PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transkripsi

1 UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN FLUIDA KERJA DIETIL ETER MENGGUNAKAN KOLEKTOR PARALEL PANJANG TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin Oleh : CHANDRA DWI WICHAKSANA NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015 i

2 PERFORMANCE OF DIETYL ETHER WORKING FLUID THERMAL ENERGY WATER PUMP WITH LONG PARALLEL COLLECTOR FINAL PROJECT Presented as partial fulfilment of the requirements to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering Presented by CHANDRA DWI WICHAKSANA NIM : MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2015 ii

3

4 PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

5

6

7 INTISARI Air adalah salah satu kebutuhan pokok manusia untuk menjamin kelangsungan hidup manusia. Tetapi keberadaan air tidak selalu di tempat yang strategis. Diperlukan alat untuk mengalirkan air dari sumbernya ke tempat yang manusia inginkan. Pompa adalah alat untuk menaikan air dari sumber ke tempat yang manusia inginkan. Pompa air energi termal adalah salah satu alternatif untuk menggantikan cara tersebut. Tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah membuat model pompa air energi termal dengan fluida kerja dietil eter menggunakan kolektor panjang, meneliti debit, daya pompa, efisiensi pompa dan efisiensi termal yang di hasilkan pompa, Variasi yang di teliti adalah waktu bukaan katup (7 detik, 10 detik, 15 detik), variasi jenis pendinginan (air yang terpompa dan kran, air pompa dan udara alami, kipas), variasi level air (140 cm, 145 cm, 150 cm). Parameter yang diukur adalah temperatur plat atas kolektor, temperatur plat bawah kolektor, temperatur input kondensor, temperatur output kolektor, temperatur output pendinginan kondensor, temperatur output kondensor, temperatur input kolektor, temperatur kondensor, tekanan udara pipa pemanas, tekanan air pada tabung air tekan, tekanan udara pada tabung tekan udara, alat ukur temperatur menggunakan termologer dan alat ukur tekanan menggunakan manometer. Dari data yang diperoleh dari penelitian didapat hasil debit pemompaan tertinggi 1,987 liter/detik, daya pemompaan tertinggi 1,039 watt, efisiensi pompa tertinggi 4,62% didapat pada variasi waktu bukaan katup 10 detik, pada level air 140 cm, menggunakan pendinginan air yang terpompa dan kran, dan didapat hasil efisiensi termal maksimum 1,655% pada variasi waktu bukaan katup 15 detik dengan ketinggian level air 140 cm, menggunakan pendinginan air yang terpompa dan kran. Kata kunci : pompa air, energi termal, kolektor paralel panjang vii

8 ABSTRACT Water is one of the basic human needs to ensure human survival. But water occasionally is not easy to get. People need tools to move water. Water pump is a tool to raise water from the source to another place. Thermal energy water pump is one alternative to replace conventional water pump. The research objective are to create a model of thermal energy water pump with a working fluid diethyl ether using long collector, to measure its discharge, power, efficiency and thermal efficiency. Parameter variations of the research are the valve opening time (7 seconds, 10 sec, 15 sec), type of cooling methods (pumped water and net water, pumped water and natural air, fan), the variation of water level (140 cm, 145 cm, 150 cm). The parameters measured were the temperature on the collector plate, the bottom plate collector temperature, temperature of condenser inlet, temperature of collector output, temperature of outlet condenser, temperature of condenser output, temperature of collector input, condenser temperature, air pressure heating pipes, water pressure at the tap water tube, air pressure in the air pressure tube. The instruments are thermologer for temperatures and manometers for pressures. The data of the research shows that the highest discharge pumping is 1,987 liters / second, the highest pumping power is 1,039 watts, the highest pump efficiency is 4.62 % on the variation of the 10 seconds valve opening time, the 140 cm water level, water pumping and faucets cooling. The maximum thermal efficiency is % at time variations of 15 seconds valve opening with 140 cm water level, using water pumping and faucets cooling. Keywords: water pumps, thermal energy, long parallel collector viii

9 KATA PENGANTAR Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. Selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. A. Prasetyadi, M.Si. selaku Dosen Pembimbing dalam penulisan skripsi. 5. Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T. selaku Dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam proses penelitian. 6. Susanto dan sri kuntari selaku Bapak dan Ibu saya yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini. 7. Natalia Desi selaku saudara kandung saya yang memberikan dorongan semangat serta membantu agar segera terselesaikannya Tugas Akhir ini. ix

10 8. Antonius Putra Wahyudi, Bagas Waras Hartanto, Deni Sulistiyawan, selaku rekan kelompok saya, yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikan alat dan pengambilan data. Julius Suta Wijaya dan Theodora Adeline L T yang selalu mendukung dalam proses pembuatan alat dan skripsi. 9. Saudara-saudara yang senantiasa membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 10. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuanya. 11. Seluruh Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Yogyakarta, 23 juni 2015 Penulis Chandra Dwi Wichaksana x

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i TITLE PAGE.... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii DAFTAR DEWAN PENGUJI iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR v LEMBAR PUBLIKASI.... vi INTISARI... vii ABSTRACT... viii KATA PENGANTAR ix DAFTAR ISI xi DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR TABEL... xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan dan Manfaat Batasan Masalah... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Dasar Teori Persamaan Yang Digunakan Penelitian Terdahulu... 9 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Skema Alat Variabel Yang Divariasikan Variabel Yang Diukur Langkah Penelitian xi

12 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Pembahasan BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1 Skema alat penelitian Gambar 3.2 Skema pemisah uap Gambar 3.3 Skema keadaan fluida kerja tidak mengalir Gambar 3.4 Skema keadaan debit 0,3 liter/menit Gambar 3.5 Keadaan kondensor terisi fluida kerja dietil eter Gambar 3.6 Keadaan kondensor dan pemanas terisi fluida kerja dietil eter Gambar 3.7 Variasi ketinggian pipa buang 2,35 meter Gambar 3.8 Metode menggunakan 2 tabung tekan udara Gambar 3.9 Proses pendinginan dengan hasil pompa Gambar 3.10 Pendinginan dengan air pendingin dari kran Gambar 3.11 Gambar 3.12 Gambar 3.13 Pendinginan dengan air pompa dan udara alami... Variasi level air pada tabung tekan... Posisi termologger dan manometer Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Grafik perbandingan variasi lama bukaan katup dengan debit air, pendinginan air pompa dan kran pada ketinggian level air 140 cm Grafik perbandingan variasi lama bukaan katup dengan daya pompa, pendinginan air pompa dan kran pada ketinggian level air 140 cm Grafik perbandingan variasi lama bukaan katup dengan efisiensi pompa, menggunakan pendinginan air pompa dan kran pada ketinggian level air 140 cm Grafik perbandingan variasi lama bukaan katup dengan efisiensi termal, menggunakan pendinginan air pompa dan kran pada ketinggian level air 140 cm xiii

14 Gambar 4.5 Grafik perbandingan variasi pendinginan dengan debit, pada level air 140 cm, besar bukaan katup 0,75 dan bukaan selama 15 detik Gambar 4.6 Grafik perbandingan variasi pendinginan dengan daya pompa, pada level air 140 cm, besar bukaan katup 0,75 dan lama bukaan 15 detik Gambar 4.7 Grafik perbandingan variasi pendinginan dengan efisiensi pompa, pada level air 140 cm, besar bukaan katup 0,75 dan lama bukaan katub 15 detik... Gambar 4.8 Grafik perbandingan variasi lama bukaan katup dengan efisiensi termal, menggunakan pendinginan air pompa dan besar bukaan 41 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 katup 0,75, lama bukaan 15 detik Grafik perbandingan variasi level air dengan debit, besar bukaan katup 0,75 dan bukaan selama 15 detik menggunakan pendinginan air yang terpompa dan kran, Grafik perbandingan variasi level air dengan daya pompa, pada level air, besar bukaan katup 0,75 dan lama bukaan 15 detik, menggunakan pendinginan air yang terpompa dan kran Grafik perbandingan variasi level air dengan efisiensi pompa, besar bukaan katup 0,75 dan lama bukaan katup 15 detik, menggunakan pendinginan air yang terpompa dan kran Grafik perbandingan variasi lama level air dengan efisiensi termal, menggunakan pendinginan air pompa dan kran besar bukaan katup 0, xiv

15 Gambar L.1 Tabung Air Tekan... Gambar L.2 Gambar L.3 Gambar L.4 Gambar L.5 Tabung penampung eter... Kolektor paralel panjang... Tabung pemisah uap... Kondensor dan kipas... Gambar L.6 Tabung tekan air Gambar L.7 Tangki air output Gambar L.8 Pompa benam Gambar L.9 Bak hisap Gambar L.10 Lampu inframerah Gambar L.11 Manometer Gambar L.12 Termologer xv

16 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Data penelitian pada variasi lama bukaan dengan level air 140 cm, waktu di tentukan selama 7 detik dengan pendinginan air terpompa dan kran Data penelitian pada variasi lama bukaan dengan level air 140 cm, waktu di tentukan selama 10 detik dengan pendinginan air terpompa dan kran Data penelitian pada variasi lama bukaan katup dengan level air 140 cm, waktu di tentukan 15 detik dengan pendinginan air terpompa dan kran Data penelitian pada variasi pendinginan air pompa dan kran pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik Data penelitian pada variasi pendinginan air pompa dan udara alami pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik Data penelitian pada variasi pendinginan dengan kipas pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik Data penlitian pada variasi level air 145 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik Data penlitian pada variasi level air 140 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik xvi

17 Tabel 4.9 Tabel 4.10 Tabel 4.11 Tabel 4.12 Tabel 4.13 Tabel 4.14 Tabel 4.15 Tabel 4.16 Data penlitian pada variasi level air 150 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik Data penelitian yang telah dihitung pada variasi lama bukaan dengan level air 140 cm, waktu di tentukan selama 7 detik Data penelitian yang telah dihitung pada variasi lama bukaan dengan level air 140 cm, waktu di tentukan selama 7 detik Data penelitian yang telah dihitung pada variasi lama bukaan dengan level air 140 cm, waktu di tentukan selama 15 detik Data penelitian yang telah dihitung pada variasi pendinginan air pompa dan kran pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik Data penelitian yang telah dihitung pada variasi pendinginan air pompa dan udara alami pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik Data penelitian yang telah dihitung pada variasi pendinginan dengan kipas pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik Data penelitian yang telah dihitung pada variasi level air 145 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik xvii

18 Tabel 4.17 Tabel 4.18 Tabel 4.19 Tabel 4.20 Data penelitian yang telah di hitung pada variasi level air 140 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik Data penelitian yang telah di hitung pada variasi level air 150 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik Perbandingan variasi lama bukaan katup pada ketinggian level air 140 cm, menggunakan pendinginan air pompa dan besar bukaan katup 0,75... Perbandingan variasi pendinginan pada ketinggian level air 140 cm, menggunakan pendinginan air pompa,besar bukaan katup 0,75 dan lama bukaan 15 detik Tabel 4.21 Perbandingan variasi ketinggian level air, menggunakan pendinginan air pompa dan kran,besar bukaan katup 0,75 dan lama bukaan 15 detik xviii

19 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Kebutuhan pangan adalah kebutuhan pokok bagi manusia untuk kelangsungan kehidupannya. Air adalah salah satu kebutuhan pokok manusia untuk menjamin kelangsungan hidup manusia. Tetapi keberadaan air tidak selalu di tempat yang strategis. Diperlukan alat untuk mengalirkan air dari smbernya ke tempat yang manusia inginkan. Pompa adalah alat untuk menaikan air dari sumber ke tempat yang manusia inginkan. Pada umumnya pompa menggunakan energi listrik atau bahan bakar berupa minyak. Tetapi menggunakan pompa listrik atau bahan bakar minyak tidak selalu tersedia di tempat tempat terpencil. Di Indonesia masih banyak tempat yang tidak terjangkau aliran listrik bahkan transportasi yang sulit, sehingga berdampak mahalnya harga air dan langkanya persediaan air. Faktor tersebut membuat daerah-daerah yang tertinggal sulit untuk memenuhi kebutuhan air dengan baik. Penggunaan energi fosil atau minyak menyebabkan krisis energi untuk kehidupan manusia lainya. Pemanfaatan energi termal adalah salah satu solusi untuk mengatasi masalah tersebut. Termal adalah energi panas yang bisa didapat dari panas energi surya, kompor listrik, panas bumi dan lain-lain. Energi surya adalah alternatif untuk menjadi sumber energi pada pompa air. Karena untuk mendapatkan energi surya sangat mudah, di dalam kota ataupun tempattempat terpencil. 1

20 2 1.2 PERUMUSAN MASALAH Dalam penelitian ini penulis menggunakan media panas lampu infra merah dengan daya 375 watt berjumlah 6 buah untuk menggerakan pompa air dengan sistem termodinamik yang di perlukan fluida kerja untuk pemompaan. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter, ketika proses penguapan, tekanan fluida kerja akan naik, tekanan ini digunakan untuk mengalirkan dari sumber air ke tempat yang di perlukan. Saat terjadi proses pengembunan tekanan fluida kerja akan turun. Penurunan tekanan ini digunakan untuk mengalirkan air dari sumber air ke dalam pompa air. Proses penguapan fluida kerja memerlukan energi panas dan proses pengembunan memerlukan pendinginan. Energi panas diperoleh dari energi lampu inframerah dan pendinginan dilakukan oleh fluida pendingin seperti udara atau air. Unjuk kerja pompa air ditentukan oleh kecepatan penguapan dan pengembunan fluida kerja. Kecepatan penguapan dan pengembunan fluida kerja ditentukan oleh sifat-sifat dan jumlah massa fluida kerja yang digunakan serta beban (head) pemompaan. Permasalahan dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut. 1. Fluida kerja yang digunakan harus mempunyai sifat yang mudah menguap dan mudah untuk diembunkan kembali. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter yang mempunyai titik didih 35 C,dan bermasa jenis 0,714 gr/liter

21 3 2. Jumlah massa fluida kerja mempengaruhi dalam sistem pemompaan. massa fluida lebih banyak dapat menghasilkan tekanan lebih besar tetapi membutuhkan waktu penguapan yang lama. Penelitian ini akan meneliti bagaimana pengaruh jumlah massa fluida kerja yang digunakan dietil eter terhadap unjuk kerja pompa air dengan sistem termodinamik. 3. Beban head pemompaan mempengaruhi kecepatan penguapan fluida kerja sehingga berpengaruh pada unjuk kerja pompa yang dihasilkan. Penelitian ini akan meneliti pengaruh beban pemompaan pada unjuk kerja pompa air sistem termodinamik. 4. Penelitian ini akan meneliti pengaruh dari volume udara tekan dengan jumlah yang berbeda yang terkompresi di tabung udara tekan terhadap unjuk kerja pompa air sistem termodinamik. 5. Penelitian ini akan meneliti pengaruh volume udara pada pemanas dan kondensor terhadap unjuk kerja pompa air sistem termodinamik.

22 4 1.3 TUJUAN DAN MANFAAT Tujuan dalam penelitian ini adalah 1. Membuat pompa air energi termal menggunakan pemanas kolektor paralel dengan 9 pipa, jarak antar pipa 1,5 cm, ukuran pipa 97 cm x 29 cm, dan luas penampang kolektor 106,5 cm x 36,5 cm. 2. Meneliti debit tertinggi. 3. Meneliti daya pompa tertinggi. 4. Meneliti efisiensi pompa terbesar. 5. Meniliti efisiensi termal terbesar. Manfaat dalam penelitian ini: 1. Menambah pustaka tentang pompa energi termal. 2. Hasil penelitian harap bisa dikembangkan dan di terima masyarakat. 3. Mengurangi ketergantungan pada minyak bumi yang berlebihan. 4. Pemanfaatan sumber energi gratis.

23 5 1.4 BATASAN MASALAH Batasan masalah dari penelitian ini adalah : 1. Pada penelitian ini dibuat model pompa air energi termal dengan pemanasan menggunakan lampu inframerah berdaya 375 watt dengan jumlah 6 buah, evaporator tersusun paralel dan menggunakan tabung pemisah uap. Pendinginan menggunakan pipa spiral berbahan tembaga yang di aliri aircari. 2. Fluida kerja menggunakan dietil eter dengan berat jenis 0,714 gr/ml pada kondisi cair. 3. Kalor laten dietil eter yaitu 98,28 kj/kg. 4. Tekanan udara sekitar dibutuhkan dalam perhitungan kompresi udara. Diasumsikan tekanan udara sekitar adalah 1 bar. 5. Variasi yang digunakan yaitu level air, waktu bukaan kran dietil eter, dan tipe pendinginan

24 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori Pemanasan pompa air tenaga termal dapat menggunakan energi surya. Ada dua metode untuk pemanfaatan energi surya agar menghasilkan energi mekanik, yaitu metode termodinamik dan metode konversi. Pada metode termodinamik, alat utama untuk pengumpulan energi termal surya adalah kolektor termal. Energi termal ini yang digunakan untuk menaikan temperatur dan tekanan fluida kerja. Fluida kerja dengan temperatur dan tekanan tinggi ini yang digunakan untuk menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik yang dihasilkan dimanfaatkan untuk menggunakan pompa air konvensional (dengan siklus Rankine, Brayton atau Stirling) maupun pompa air dengan disain khusus. Pada pompa air dengan desain khusus dapat dikelompokan berdasarkan media pendingin uap fluida kerjanya yaitu berpendingin udara atau air. Pada metode konversi langsung energi surya dikonversi menjadi energi listrik dan energi listrik yang dihasilkan digunakan untuk menggerakan pompa. Pengkonversian energi surya ke listrik menggunakan photovoltaic atau thermoelektrik. Komponen utama sistem pompa air energi termal pada umumnya adalah penggerak pompa air, kondensor dan pompa air. Pompa air yang digunakan berjenis pompa benam. Prinsip pompa benam selalu terletak di bawah pemukaan air. Kondensor digunakan untuk mempercepat proses pendinginan. Pendinginan dilakukan dengan fluida air. Pada penelitian ini kondensor yang digunakan berbentuk pipa spiral berbahan tembaga. Dalam penggerak pompa air terdapat penampung fluida kerja cair dan pemanas fluida kerja. Selain pemanasan dengan energi surya termal fluida kerja juga bisa dipanaskan menggunakan pemanasan kolektor pararel dengan lampu inframerah. Dalam penelitian ini, fluida kerja yang digunakan adalah fluida dietil eter yang mempunyai temperatur uap 35 o C. 6

25 7 Pompa air ini mempunyai prinsip kerja sebagai berikut: Bagian pemanas fluida kerja katup penampung fluida kerja cair dibuka. Fluida kerja cair masuk ke dalam bagian pemanas berbentuk paralel dan terpanasi kemudian menguap. Uap akan mendorong dan memberi tekanan melewati kondensor yang terhubung ke tabung udara tekan. Proses kompresi terjadi di tabung udara ketika uap fluida kerja terbentuk. Setelah proses tersebut, air di pompa benam akan terpompa selama tekanan di dalam tabung tekan mengalami kenaikan. Air di pompa benam akan mengalir ke dalam bak penampung atas. Proses mengalirnya air dari pompa benam ke bak penampung disebut langkah tekan. Sebagian air di bak penampung akan mengalir ke kondensor yang terletak di dalam tangki air. Karena kondensor teraliri air maka kondensor mengalami pendinginan sehingga mengembun. Proses pengembunan ini menyebabkan tekanan sistem turun. Penurunan tekanan menyebabkan air di dalam sumber air terhisap kedalam pompa benam dapat disebut proses hisap. Satu siklus pemompaan terdiri dari satu langkah tekan dan satu langkah hisap. Siklus pemompaan akan berlangsung terus selama masih ada persediaan energi panas yang cukup dan jumlah fluida kerja yang digunakan. 2.2 Persamaan yang Digunakan Untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi termal ini dibutuhkan persamaan yang dapat membantu mengetahui unjuk kerja sistem. Unjuk kerja pompa air energi termal diantaranya dinyatakan dengan daya pompa dan efisiensi pompa. Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya pompa dengan daya pemanas tiap satuan waktu. Menghitung daya pemompaan dapat dengan menggunakan persamaan berikut (Soemitro, 1986) : P pompa gqh (1)

26 8 Q = dengan adalah daya pemompaan, ρ adalah massa jenis air, g adalah percepatan gravitasi, Q adalah debit pemompaan, H adalah head pemompaan. Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya output pompa dengan daya input pompa. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut. (2) P. output pompa = daya pompa P. output pompa = Kompresi udara tekan adalah besarnya tekanan yang terjadi akibat perubahan volume udara di dalam tabung tekan pada massa udara tetap. Untuk dapat menghitung kompresi udara tekan di tabung tekan maka menggunakan persamaan sebagai berikut. (3) p 1 adalah tekanan udara awal, p 2 adalah kompresi udara tekan, V 1 adalah volume udara awal, dan V 2 adalah volume udara akhir.

27 9 Efisisensi termal adalah perbandingan antara daya pemanas output dengan daya pemanas input, efisiensi termal dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut. termal P pemanas( output) P pemanas( input) 100% (4) P pemanas output = daya input pompa P pemanas input = daya lampu 2.3 Penelitian Terdahulu Pompa air energi surya termal menunjukkan bahwa waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap fluida kerja dipengaruhi debit dan temperatur air pendingin masuk ke kondensor (Sumathy et. al., 1995). Prototipe pompa air energi surya termal yang bekerja dengan siklus Rankin diuji dengan menggunakan fluida kerja refrijeran R 113 untuk mengetahui unjuk kerjanya (Spindler et. al., 1996). Penelitian unjuk kerja pompa air energi surya termal dengan menggunakan kolektor pelat datar seluas 1 m2, pada variasi head 6, 8, dan 10 m menunjukkan bahwa ukuran vesel uap fluida kerja berpengaruh pada unjuk kerja pompa (Sumathy, 1999). Penelitian secara teoritis pompa air energi surya termal dengan menggunakan dua fluida kerja, yaitu n-pentane dan etil eter menunjukkan bahwa efisiensi pompa dengan fluida kerja etil eter lebih tinggi 17% dibanding n-pentane pada head 6 m (Wong, 2000). Analisa termodinamika untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi surya termal pada beberapa ketinggian head menunjukkan bahwa jumlah siklus tiap satu hari tergantung waktu yang diperlukan untuk pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap.

28 10 Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pendinginan tergantung pada luasan optimum koil pendingin (Wong, 2001a). Penelitian pompa air energi surya dengan menggunakan kolektor pelat datar sederhana seluas 1 m 2 dengan fluida kerja etil eter menghasilkan kapasitas pemompaan liter/hari tergantung ketinggian head (6-10 m). Efisiensi sistem mencapai 0,34-0,42% (Wong, 2001b). Penelitian pompa air energi surya termal dengan menggunakan metode matematis menunjukkan unjuk kerja pompa ditentukan oleh fraksi uap dari siklus yang terjadi. Naiknya temperatur maksimum pemanasan meningkatkan daya pemompaan, sementara penurunan efisiensi disebabkan oleh kerugian panas karena proses penguapan dan pengembunan air (Mahkamov, 2005).

29 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Skema Alat Pompa air energi termal ini memanfaatkan panas kolektor yang dipanaskan dengan lampu inframerah berjumlah 6 buah dengan masing masing lampu berdaya 375 watt sebagai sumber panas. Fluida kerja yang dipakai adalah dietil eter. Berikut ini adalah gambar skema alat yang digunakan ditunjukan pada Gambar 3.1. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.1. Gambar 3.1 Skema alat penelitian. 11

30 12 Bagian-bagian utama pada alat penelitian di Gambar 3.1 : 1. Pipa tembaga dengan diameter ½ inci dirangkai secara paralel dipasang miring 10 dan dipanaskan dengan lampu inframerah. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L Penampang kolektor dengan ukuran 106,5 cm x 36,5 cm. 3. Tabung pemisah uap terbuat dari stainless steel dengan ukuran diameter 10 cm dan tinggi 15,5 cm. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L Kondensor spiral dari tembaga diameter 1/2 inci dengan panjang 8 m. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L Penampung fluida kerja cair dengan diameter 10 cm, panjang 20 cm terbuat dari stainless steel. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L Tabung air tekan, dengan diameter 40 cm, tinggi 100 cm dan terbuat dari plat baja dengan tebal 1 mm. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L Tabung tekan udara dari pipa PVC diameter 4 inci, tinggi 2 m. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L Katup searah pada sisi tekan. 9. Pompa benam, terbuat dari PVC diameter 4 inci, panjang 2 m. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L Katup searah pada sisi hisap.

31 Tangki air output dengan tinggi heat 320 cm kapasitas maksimal 17 liter. 12. Kipas pendingin kondensor. 13. Bak penampung bawah. 14. Lampu inframerah sebagai pemanas kolektor. Untuk meminimalisir fluida kerja cair yang terbawa uap pada penelitian ini menggunakan tabung pemisah uap dengan skema sesuai Gambar 3.2. Gambar 3.2 Tabung pemisah uap eter.

32 14 Proses kerja dari alat penelitian ini dimulai dari pemanasan pipa tembaga yang dirangkai secara paralel. Pemanasan menggunakan lampu inframerah berjumlah 6 buah dengan masing masing lampu berdaya 375 watt hingga mencapai suhu 110 C. Setelah mengalami pemanasan, fluida kerja yang berada di dalam pipa tembaga akan mengalami penguapan. Uap fluida kerja akan masuk ke tabung pemisah fluida kerja. Fluida kerja yang masih cair yang terdorong, sampai tabung pemisah akan dipisahkan dan fluida kerja yang masih cair dikembalikan ke pemanas. Uap fluida kerja akan terus masuk ke kondensor dan uap menuju tabung tekan air. Uap memberi tekanan di tabung tekan air. Air yang berada di tabung tekan air akan memberi tekanan menuju tabung tekan udara. Ditabung tekan udara air mengalami kenaikan dan menyebabkan kompresi. Pada saat udara terkompresi pompa benam bekerja, katup searah sisi tekan membuka karena mendapat tekanan dan air terpompa sampai tangki air out put. Pada saat proses pendinginan, suhu pemanasan menurun dengan cara hasil pompa di alirkan pada kondensor. Sehingga terjadi pengembunan pada uap fluida kerja. Karena mengembun tekanan menurun dan air yang berada di tabung tekan udara menurun. Pada saat penurunan air di tabung tekan udara, katup searah sisi hisap di pompa benam bekerja dan terjadi proses penghisapan air dari bak bawah.

33 Variabel yang Divariasikan Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut 1. Variasi dengan lama pembukaan katup 7 detik, 10 detik, dan 15 detik. Dengan bukaan kran 3/4 dan level air 140 cm. 2. Variasi pendinginan dengan air pompa dan keran, air pompa dan udara alami, dan pendinginan dengan kipas pada bukaan 3/4 dan level air 140 cm. 3. Variasi level air 145 cm, 140 cm, 150 cm pada pendinginan air pompa dan kran, dengan bukaan 3/4. Debit fluida kerja diperoleh dari perhitungan bukaan katup di antara tabung penampung fluida kerja menuju pemanas, seperti pada Gambar 3.3 dan 3.4. Gambar 3.3 Skema keadaan fluida kerja tidak mengalir.

34 16 Gambar 3.4 Skema keadaan debit fluida pada bukaan 0,75. Pada pemanas dan kondensor terisi fluida kerja, katup tabung penampung dibuka saat fluida kerja di pemanas sudah habis. Pada variasi pemanas hanya terisi udara dan kondensor terisi fluida kerja, katup tabung penampung dibuka saat pipa tembaga di pemanas sudah mencapai suhu 110 C. Ilustrasi terlihat pada Gambar 3.5 dan Gambar 3.6. Gambar 3.5 Keadaan kondensor terisi fluida kerja dietil Eter.

35 17 Gambar 3.6 Keadaan kondensor dan pemanas terisi fluida kerja dietil eter. Metode ketinggian head pemompaan dilakukan dengan mengatur ketinggian pipa buang dari pompa benam dengan tinggi 3,2 m (Gambar 3.7). 3,2 m Gambar 3.7 Metode ketinggian pipa buang 3,2 meter.

36 18 Untuk penggunaan 2 tabung tekan udara adalah dengan cara membuka semua katup pada tabung tekan udara (Gambar 3.8). Gambar 3.8 Metode menggunakan 2 tabung tekan udara.

37 19 Variasi pendinginan dengan menggunakan air pompa dengan kran, dengan pembukaan kran hasil pompa kemudian kran air pendingin di buka Saat kran penampung hasil pompa di buka Gambar 3.9 Proses pendinginan dengan hasil pompa. Pada saat kran air pendingin di buka dan sebelummnya kran penampung hasil pompa di tutup terlebih dahulu agar air pendingin tidak naik ke arah penampung hasil pompa. Saat kran air pendingin di buka dan kran penampung hasil pompa di tutup Gambar 3.10 Pendinginan dengan air pendingin dari kran.

38 20 Pendinginan mengunakan air hasil pompa dan dengan menggunakan udara alami/ udara di ruangan sekitar. Saat kran penampung hasil pompa di buka dan kran air pendingin tertutup Gambar 3.11 Pendinginan dengan air pompa dan udara alami. Variasi ketinggian level air pada tabung tekan. Gambar 3.12 Variasi level air pada tabung tekan.

39 Parameter yang diukur Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah : Termokopel A: Temperatur plat atas kolektor (T1A). Temperatur plat bawah kolektor (T2A). Temperatur input kondensor (T3A). Temperatur output kolektor (T4A). Termokopel B: Temperatur output pendinginan air kondensor (T1B). Temperatur output kondensor (T2B). Temperatur input kolektor (T3B). Temperatur kondensor (T4B). Parameter Tekanan: Tekanan udara pipa pemanas (P1). Tekanan air pada tabung air tekan (P2). Tekanan udara pada tabung tekan udara (P2). Tpompa : Lama waktu pemompaan di mulai dari air terpompa keluar dari ujung pipa buang sampai berhenti keluar. Tdingin : Lama waktu pendinginan. Dimulai dari kondensor di dinginkan sampai alat ukur dan fluida pada tabung tekan kembali ke posisi awal.

40 22 Volume air : Volume air yang keluar dari pipa buang selama siklus pemompaan. Level air : Ketinggian air pada tabung tekan udara. Jumlah hisap : Banyaknya air yang terhisap pada saat pendinginan. Pengukuran temperatur menggunakan thermologger, untuk pengukuran waktu menggunakan stopwatch dan pengukuran volume menggunakan gelas ukur. Foto alat ukur thermologger dan manometer ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.13 dan Gambar L.12. T4B P2 T1B T3A T2B P3 T4A T1A T2A T3B P1 Gambar 3.13 Posisi termokopel dan manometer.

41 Langkah Penelitian Berikut ini adalah langkah-langkah yang dilakukan untuk pengambilan data penelitian : 1. Persiapan alat-alat dan pembuatan alat seperti pada Gambar Pengambilan data dimulai dengan kalibrasi level eter dan level air. 3. Panaskan kolektor dengan 6 buah bohlam lampu hingga T1A dan T2A mencapai termperatur maksimal kemudian melakukan variasi lama bukaan katup 7 detik, 10 detik, 15 detik. Dengan pendinginan air termpompa dan kran, pada level air 140 cm. 4. Parameter yang diukur adalah temperatur plat atas kolektor (T1A), temperatur plat bawah kolektor (T2A), temperatur input kondensor (T3A), temperatur output kolektor (TA4), temperatur output pendinginan kondensor (T1B), temperatur output kondensor (T2B), temperatur input kolektor (T3B), temperatur kondensor (T4B), tekanan udara pipa pemanas (P1), tekanan air pada tabung air tekan (P2), tekanan udara pada tabung tekan udara (P3). 5. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi pendinginan air pompa dan kran, pendingan air pompa dan udara alami, pendinginan dengan kipas. Dengan waktu bukaan katup 15 detik pada level air 140 cm.

42 24 6. Langkah 3 diulangi dengan menggunakan variasi level air 145 cm, 140 cm, 150 cm. Menggunakan pendinginan air hasil pompa dan kran dengan waktu bukaan katup 15 detik. 7. Data yang diperoleh dianalisa dengan menggunakan Persamaan (1) sampai Persamaan (4).

43 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian Berikut ini adalah data hasil penelitian yang didapat dengan memvariasikan waktu bukaan katub (7 detik, 10 detik, 15 detik), metode pendinginan (air pompa dan kran, air pompa dan udara alami, pendinginan kipas) dan metode ketinggian level air (145 cm, 140 cm, 150 cm). Adapun penjelasan mengenai penamaan kolom dan baris adalah sebagai berikut: Baris Awal : Kondisi saat proses pendinginan selesai dan fluida kerja belum masuk ke pemanas. Bisa dikatakan awal siklus tekan atau akhir siklus hisap. Akhir : Kondisi saat proses pemompaan selesai. Terlihat ketika ketinggian air di tabung udara tekan menurun. Bisa dikatakan sebagai akhir siklus tekan. Kolom : Termokopel A: T1A : Temperatur plat atas kolektor. T2A : Temperatur plat bawah kolektor. 25

44 26 T3A : Temperatur input kondensor. T4A : Temperatur output kolektor. Termokopel B: T1B : Temperatur output pendinginan air kondensor. T2B : Temperatur output kondensor. T3B : Temperatur input kolektor. T4B : Temperatur kondensor. P1 : Tekanan udara pipa pemanas. P2 : Tekanan air pada tabung air tekan. P3 : Tekanan udara pada tabung tekan udara. Tpompa : Lama waktu pemompaan di mulai dari air terpompa keluar dari ujung pipa buang sampai berhenti keluar. Tdingin : Lama waktu pendinginan. Dimulai dari kondensor di dinginkan sampai alat ukur dan fluida pada tabung tekan kembali ke posisi awal. Volume air : Volume air yang keluar dari pipa buang selama siklus pemompaan. Level air : Ketinggian air pada tabung tekan udara. Jumlah hisap : Banyaknya air yang terhisap pada saat pendinginan.

45 Tabel 4.1 Data penelitian pada variasi lama bukaan dengan level air 140 cm, waktu di tentukan selama 7 detik. LAMA BUKAAN VARIASI TEKANAN (bar) THERMOKOPEL A ( 0 C) THERMOKOPEL B ( 0 C) LEVEL AIR Head P pemaanas t pompa (detik) t dingin (detik ) v sumur (liter) KATUP(s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 (cm) (cm) (watt) 7 awal 0,15 0, , ,0444 0,75 0,5 0,48 0, ,04292 Tabel 4.2 Data penelitian pada variasi lama bukaan dengan level air 140 cm, waktu di tentukan selama waktu 10 detik. LAMA BUKAAN VARIASI TEKANAN (bar) THERMOKOPEL A ( 0 C) THERMOKOPEL B ( 0 C) LEVEL AIR Head P pemaanas t pompa (detik) t dingin (detik ) v sumur (liter) KATUP(s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 (cm ) (cm) (watt) 10 awal 0,1 0,08 0, , ,0444 0,75 0,52 0,48 0, , ,03792 Tabel 4.3 Data penelitian pada variasi lama bukaan katup dengan level air 140 cm, waktu di tentukan 15 detik. LAMA BUKAAN VARIASI TEKANAN (bar) THERMOKOPEL A ( 0 C) THERMOKOPEL B ( 0 C) LEVEL AIR Head P pemaanas t pompa (detik) t dingin (detik ) v sumur (liter) KATUP(s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 (cm) (cm) (watt) 15 awal 0,2 0, ,0444 0,75 0,5 0,45 0, ,

46 Tabel 4.4 Data penelitian pada variasi pendinginan air pompa dan kran pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik. LAMA BUKAAN VARIASI TEKANAN (bar) THERMOKOPEL A ( 0 C) THERMOKOPEL B ( 0 C) LEVEL AIR Head P pemaanas t pompa (detik) t dingin (detik ) v sumur (liter) KATUP(s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 (cm) (cm) (watt) 15 awal 0,2 0, ,0444 0,75 0,5 0,45 0, ,03922 Tabel 4.5 Data penelitian pada variasi pendinginan air pompa dan udara alami pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik. LAMA BUKAAN VARIASI TEKANAN (bar)31 THERMOKOPEL A ( 0 C) THERMOKOPEL B ( 0 C) LEVEL AIR Head P pemaanas t pompa (detik) t dingin (detik ) v sumur (liter) KATUP(s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 (cm) (cm) (watt) 15 awal 0,15 0,13 0, ,0444 0,75 0,52 0,49 0, ,03922 Tabel data 4.6 Data penelitian pada variasi pendinginan dengan kipas pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik. LAMA BUKAAN VARIASI TEKANAN (bar) THERMOKOPEL A ( 0 C) THERMOKOPEL B ( 0 C) LEVEL AIR Head P pemaanas t pompa (detik) t dingin (detik ) v sumur (liter) KATUP(s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 (cm) (cm) (watt) 15 awal 0,1 0, , ,0444 0,75 0,51 0,48 0, , ,

47 Tabel data 4.7 Data penlitian pada variasi level air 145 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik. LAMA BUKAAN VARIASI TEKANAN (bar) THERMOKOPEL A ( 0 C) THERMOKOPEL B ( 0 C) LEVEL AIR Head P pemaanas t dingin (detik ) KATUP(s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 (cm) (cm) (watt) 15 awal 0,01 0,13 0, , ,0444 0,75 0,5 0,48 0, , ,037 t pompa (detik) v sumur (liter) Tabel data 4.8 Data penlitian pada variasi level air 140 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik. t pompa (detik) t dingin (detik ) LAMA BUKAAN VARIASI TEKANAN (bar) THERMOKOPEL A ( 0 C) THERMOKOPEL B ( 0 C) LEVEL AIR Head P pemaanas v sumur (liter) KATUP(s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 (cm) (cm) (watt) 15 awal 0,2 0, ,0444 0,75 0,5 0,45 0, ,03922 Tabel data 4.9 Data penlitian pada variasi level air 150 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik. LAMA BUKAAN VARIASI TEKANAN (bar) THERMOKOPEL A ( 0 C) THERMOKOPEL B ( 0 C) LEVEL AIR Head P pemaanas v sumur (liter) KATUP(s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 (cm) (cm) (watt) 15 awal 0,1 0,08 0, , ,0444 0,75 0,5 0,48 0, , t pompa (detik) t dingin (detik ) 29

48 30 Setelah mendapatkan data, maka dapat dilakukan perhitungan untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi termal. Perhitungan di bawah ini menggunakan data pertama pada variasi satu (Tabel 4.1). Perhitungan yang pertama adalah menghitung daya pompa. Pada perhitungan ini menggunakan Persamaan (1), variabel yang diketahui adalah: Head = 3,2 m vol air = 1,934 liter = 1000 kg/m 3 t pompa = 265,2 detik g = 9,81 m/det 2 Perhitungan daya pompa adalah: P pompa = g Q H P pompa = (1000 kg/m 3 )(9,81 m/det 2 )( ) (3,2 meter) P pompa = 0,228 watt Perhitungan yang kedua adalah menghitung efisiensi pompa. Pada penghitungan efisiensi pompa menggunakan persamaan (2) diketahui. Vol ether cair = 0,7222 liter ρ = 0,7138 gr/cm 3 H ƒg = 358,37 kj/g P pompa = 0,228 watt t pemanas = 12253,2 detik Penghitungan massa eter = (V eter cair. ρ) x 1000 = (0,7222 x 0,7138) x 1000 = 515,50636 g

49 31 Penghitungan daya input pompa = = = 15, watt Penghitungan daya output pompa Output pompa = P pompa = 0,228 watt Penghitungan efisiensi pompa Perhitungan ketiga yaitu perhitungan kompresi udara tekan.untuk menghitung kompresi udara tekan menggunakan Persamaan (3). Variabel yang diketahui adalah. p 1 = 1 bar V 2 = 1,34 liter V 1 = liter Berikut ini adalah perhitunganya: 0,61 bar

50 32 Perhitungan ke empat yaitu perhitungan efisiensi termal Untuk menghitung efisiensi termal dapat dihitung dengan persamaan (4) sebagai berikut. termal P pemanas( output) P pemanas( input) 100% termal 15, % 2250 termal 0,67% Untuk menghitung daya keluaran dan daya hisap pompa dengan perhitungan sebagai berikut. Diketahui M air pompa Δt = 1, liter = 12253,2 detik ΔP3 = Pa V tabung tekan = 0, m 3 Waktu hisap = 4800 detik Perhitungan daya yang dikeluarkan Daya keluaran = Daya keluaran = Daya keluaran = 0, watt

51 33 Perhitungan daya hisap: Daya hisap = Daya hisap = Daya hisap = 0, watt Seluruh data penelitian dihitung dengan cara yang sama yaitu menggunakan Persamaan (1) sampai Persamaan (4). Berikut ini adalah hasil perhitungan dari semua variasi yang diteliti dalam bentuk tabel. Tabel 4.10 Data penelitian yang telah di hitung pada variasi lama bukaan dengan level air 140 cm, waktu di tentukan selama 7 detik. Tpompa Tdingin Vsumur Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi (detik) (detik) (liter) (liter/menit) (watt) pompa (%) termal (%) 0, , ,043 0,437 0,229 1,5 0,670 Tabel 4.11 Data penelitian yang telah di hitung pada variasi lama bukaan dengan level air 140 cm, waktu di tentukan selama 10 detik. Tpompa Tdingin Vsumur Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi (detik) (detik) (liter) (liter/menit) (watt) pompa (%) termal(%) 0, ,0379 1,987 1,039 4,62 1,00

52 34 Tabel 4.12 Data penelitian yang telah di hitung pada variasi lama bukaan dengan level air 140 cm, waktu di tentukan selama 15 detik. Tpompa Tdingin Vsumur Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi (detik) (detik) (liter) (liter/menit) (watt) pompa (%) termal(%) 0, ,039 0,969 0,507 1,36 1,65 Tabel 4.13 Data penelitian yang telah di hitung pada variasi pendinginan air pompa dan kran pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik. Tpompa Tdingin Vsumur Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi (detik) (detik) (liter) (liter/menit) (watt) pompa(%) termal(%) 0, , ,969 0,507 1,36 1,65 Tabel 4.14 Data penelitian yang telah di hitung pada variasi pendinginan air pompa dan udara alami pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik Tpompa Tdingin Vsumur Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi (detik) (detik) (liter) (liter/menit) (watt) pompa(%) termal(%) 0, , ,014 0,531 2,24 1,05

53 35 Tabel 4.15 Data penelitian yang telah dihitung pada variasi pendinginan dengan kipas pada level air 140 cm dan lama bukaan 15 detik. `Tpompa Tdingin Vsumur Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi (detik) (detik) (liter) (liter/menit) (watt) pompa(%) termal(%) 0, , ,958 1,025 3,49 1,30 Tabel data 4.16 Data penlitian yang telah di hitung pada variasi level air 145 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik. Tpompa Tdingin Vsumur Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi (detik) (detik) (liter) (liter/menit) (watt) pompa(%) termal(%) 0, ,037 1,419 0,742 2,20 1,50 Tabel data 4.17 Data penlitian yang telah di hitung pada variasi level air 140 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik. Tpompa Tdingin Vsumur Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi (detik) (detik) (liter) (liter/menit) (watt) pompa(%) termal(%) 0, , ,969 0,507 1,36 1,65

54 36 Tabel data 4.18 Data penlitian yang telah di hitung pada variasi level air 150 cm dengan pendinginan air pompa dan kran, dengan lama bukaan 15 detik. Tpompa Tdingin Vsumur Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi (detik) (detik) (liter) (liter/menit) (watt) pompa(%) termal(%) 0, , , ,964 0,504 2,03 1, Pembahasan lainya: Berikut ini adalah hasil penelitian yang dibandingkan dengan variasi Tabel 4.19 Perbandingan variasi lama bukaan katub pada ketinggian level air 140 cm, menggunakan pendinginan air pompa dan besar bukaan katup 3/4. Variasi T pompa(s) T V Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi (detik) dingin(s) sumur(l) (liter/menit) (watt) pompa(%) termal(%) 7 det 265, , ,438 0,229 1,5 0, det , ,987 1,039 4,62 0, det , ,969 0,507 1,36 1,65

55 daya pompa (watt) Debit (liter/menit) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 37 Berikut ini adalah grafik hasil perbandingan debit, daya pompa, efisiensi pompa dan efisiensi kolektor pada variasi bukaan katup: 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 1,987 0,969 0,438 LAMA BUKAAN debit (liter/menit) bukaan 7det debit (liter/menit) bukaan 10det debit (liter/menit) bukaan 15det Gambar 4.1 Grafik debit pompa pada variasi waktu bukaan katup, menggunakan pendinginan air pompa dan kran pada ketinggian level air 140 cm. 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 1,039 0,507 0,229 LAMA BUKAAN p pompa (watt) bukaan 7 detik p pompa (watt)bukaan 10 detik p pompa (watt) bukaan 15 detik Gambar 4.2 Grafik daya pompa pada variasi waktu bukaan katup, menggunkan pendinginan air pompa dan kran pada ketinggian level air 140 cm.

56 efisiensi termal (%) efisiensi pompa (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 38 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 4,62 1,36 1,5 LAMA BUKAAN EFISIENSI PUMP bukaan katub 15 detiki EFISIENSI PUMP bukaan katub 10 detik EFISIENSI PUMP bukaan katub 7 detik Gambar 4.3 Grafik efisiensi pompa pada variasi waktu bukaan katup, menggunakan pendinginan air pompa dan kran pada ketinggian level air 140 cm. 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 1,655 0,999 0,670 LAMA BUKAAN efisiensi thermal bukaan katub 15 detik efisiensi thermal bukaan katub 10 detik efisiensi thermal bukaan katub 7 detik Gambar 4.4 Grafik efisiensi termal pada variasi waktu bukaan katup dengan, menggunakan pendinginan air pompa dan kran pada ketinggian level air 140 cm. Hasil penelitian pada Gambar 4.1 terlihat perbandingan debit, daya pompa,efisiensi pompa, dan efisiensi kolektor. Jadi debit pada variasi lama

57 39 bukaan 10 detik lebih cepat. Pemompaan pada variasi lama bukaan 10 detik lebih cepat karena waktu pemompaan lebih cepat dan waktu hisap yang cepat juga. Pada gambar 4.2 menunjukan bahwa daya pompa tertinggi pada lama bukaan katup 10 detik dikarenakan banyaknya jumlah eter yang menguap dan massa air yang dipompa lebih besar maka membutuhkan daya yang besar, dan memiliki debit yang besar karena daya sangat berpengaruh dengan debit. Pada gambar 4.3 terlihat efisiensi tertinggi pada bukaan katup selama 10 detik karena daya yang di perlukan sesuai dengan jumlah eter yang diuapkan selama 10 detik dan jumlah air yang terpompa dengan air yang terhisap terbilang hampir sama namun memiliki pendinginan yang lama. Pada gambar 4.4 terdapat bukaan 15 detik bukaan eter paling tinggi untuk efisiensi termal karena waktu pemanas lebih cepat dan output kolektor lebih tinggi. Tabel 4.20 perbandingan variasi pendinginan pada ketinggian level air 140 cm menggunakan pendinginan air pompa,besar bukaan katup 3/4 dan lama bukaan 15 detik. Variasi T T V Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi pendinginan pompa(s) dingin(s) sumur(l) (liter/menit) (watt) pompa(%) termal (%) Air pompa , ,969 0,507 1,36 1,65 dan kran Air pompa ,014 0,531 2,24 1,05 udara alami kipas 256, ,958 1,025 3,49 1,30

58 daya pompa (watt) debit (liter / menit) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 40 Berikut ini adalah grafik hasil perbandingan debit, daya pompa, efisiensi pompa dan efisiensi kolektor pada variasi pendinginan: 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,969 1,014 Pendinginan 1,958 debit (liter/menit) air pompa dan kran debit (liter/menit) air pompa dan udara alami debit (liter/menit) kipas Gambar 4.5 Grafik debit pompa pada variasi pendinginan dengan, besar bukaan katup 3/4 dan bukaan selama 15 detik pada level air 140 cm. 1,20 1,00 0,80 1,025 p pompa (watt) air pompa dan kran 0,60 0,40 0,20 0,00 0,507 0,531 Pendinginan p pompa (watt) air pompa dan udara alami p pompa (watt) kipas Gambar 4.6 Grafik daya pompa pada variasi pendinginan dengan, besar bukaan katup 3/4,lama bukaan 15 detik pada level air 140 cm.

59 efisiensi thermal (%) efisiensi pompa (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 41 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 3,49 2,24 1,36 VARIASI JENIS PENDINGINAN EFISIENSI PUMP (pendingin airpompa + kran) EFISIENSI PUMP (pendingin airpompa+udara alami) EFISIENSI PUMP ( pendingin kipas ) Gambar 4.7 Grafik efisiensi pompa pada variasi pendinginan dengan, besar bukaan katup 3/4, lama bukaan katub 15 detik, pada level air 140 cm. 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 1,65 1,30 1,05 VARIASI JENIS PENDINGINAN efisiensi kolektor (pendingin airpompa + kran) efisiensi kolektor (airpompa+udara alami) efisiensi kolektor ( pendingin kipas ) Gambar 4.8 Grafik efisiensi termal pada variasi pendinginan dengan, besar bukaan katup 3/4, lama bukaan katup 15 detik, pada level air 140 cm.

60 42 Hasil penelitian pada gambar 4.5 menunjukan grafik perbandingan debit. Debit terbesar terdapat pada pendinginan air dengan kipas, hal ini dikarenakan waktu pemompaan cepat dan volume sumur yang sedikit mengakibatkan debit yang besar. Pada gambar 4.6 menunjukan grafik daya pompa tertinggi terdapat pada variasi pendinginan dengan kipas karena memiliki debit yang cepat sehingga mengakibatkan daya pompa yang di butuhkan juga besar. Pada gambar 4.7 menujukan grafik efisiesin pompa, pada grafik ini efisiensi tertinggi terdapat pada variasi pendinginan dengan kipas, hal ini di karenakan daya yang dibutuhkan besar dan masa eter yang berbanding lurus membuat efisiensi pompa yang baik. Pada gambar 4.8 menunjukan grafik efisiensi termal pada grafik ini menunjukan nilai efisiensi thermal tertinggi pada variasi pendinginan yang menggunakan air terpompa dan kran. Hal ini di sebabkan P input pada pendinginan air terpompa dan kran lebih besar sehingga menyebabkan efisiensi termal lebih baik. Tabel 4.21 perbandingan variasi etinggian level air, menggunakan pendinginan air pompa dan kran,besar bukaan katub 3/4 dan lama bukaan 15 detik. Variasi T T V Debit Ppompa Efisiensi Efisiesnsi pompa(s) dingin(s) sumur(l) (liter/menit) (watt) pompa(%) termal (%) (level air) 145 cm ,037 1,419 0,742 2,20 1, cm , ,969 0,507 1,36 1, cm 326, , ,964 0,504 2,03 1,10

61 dayapompa (watt) debit pompa (liter/menit) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 43 Berikut ini adalah grafik hasil perbandingan debit, daya pompa, efisiensi pompa dan efisiensi kolektor pada variasi level air: 1,60 1,40 1,419 1,20 1,00 0,969 0,964 debit (liter/menit) level air 145 cm 0,80 0,60 0,40 debit (liter/menit) level air 140 cm 0,20 0,00 Level air debit (liter/menit) level air 150 cm Gambar 4.9 Grafik debit pompa pada variasi level air dengan, besar bukaan katup 3/4,bukaan selama 15 detik menggunakan pendinginan air yang terpompa dan kran. 0, ,742 0, , , ,507 0,504 p pompa (watt) level air 145 cm 0, , ,20000 p pompa (watt) level air 140 cm 0, ,00000 Level air p pompa (watt) level air 150 cm Gambar 4.10 Grafik daya pompa pada variasi level air dengan, besar bukaan katup 3/4 dan lama bukaan 15 detik, menggunakan pendinginan air yang terpompa dan kran.

62 efisiensi kolektor (%) efisiensi pompa (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 44 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 2,20 1,36 2,03 EFISIENSI PUMP (level air 145 cm) EFISIENSI PUMP (level air 140 cm) EFISIENSI PUMP (level air 150 cm) 0,00 VARIASI LEVEL AIR Gambar 4.11 Grafik efisiensi pompa pada variasi level air dengan, besar bukaan katup 3/4 dan lama bukaan katub 15 detik, menggunakan pendinginan air yang terpompa dan kran. 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 1,655 1,503 1,105 VARIASI LEVEL AIR efisiensi thermal (level air 145 cm) efisiensi thermal (level air 140 cm) efisiensi thermal (level air 150 cm) Gambar 4.12 Grafik efisiensi termal pada variasi level air dengan besar bukaan katup 3/4 dan lama bukaan katub 15 detik, menggunakan pendinginan air yang terpompa dan kran.

63 45 Hasil penelitian pada gambar 4.9 menunjukan grafik debit terbesar pada variasi level air 145 cm, hal ini di karenakan volume sumur pada level air 145 cm lebih kecil dan saat pemompaan lebih cepat sehingga menyebabkan debit menjadi lebih cepat. Pada gambar 4.10 menunjukan grafik daya pompa tertinggi pada level air 145 cm hal ini di sebabkan memiliki debit air yang cepat. Jadi jika debit yang di hasilkan cepat makan daya pemompaan jadi lebih besar. Pada gambar 4.11 menunjukan grafik efisiensi pompa yang lebih baik terdapat pada variasi level air 145 cm, hal ini dikarenakan P output yang besar dan Qinput yang berbanding lurus mengakibatkan efisiensi pompa yang semakin baik. Pada gambar 4.12 menunjukan grafik efisiensi termal tertinggi terdapat pada variasi level air 140 cm di karenakan P input yang besar dan massa eter yang besar juga mengakibatkan efisiensi termal menjadi lebih baik.

64 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan 1. Telah dibuat pompa air energi termal dengan fluida kerja dietil eter dengan sumber pemanas 6 buah bohlam lampu inframerah. Dengan daya 1 buah bohlam 375 watt, digunakan untuk memanaskan kolektor jenis paralel yang panjang. 2. Debit tertinggi dari tiga variasi adalah 1,987 liter/menit terdapat di variasi lama bukaan katup selama 10 detik dengan pendinginan air terpompa dan kran pada level air 140 cm menggunakan kolektor jenis paralel panjang. 3. Daya pompa tertinggi dari tiga variasi adalah 1,039 watt terdapat di variasi lama bukaan katup selama 10 detik dengan pendinginan air terpompa dan kran pada level air 140 cm menggunakan kolektor jenis paralel panjang. 4. Efisiensi pompa terbesar dari tiga variasi adalah 4,26 % terdapat di variasi lama bukaan katup selama 10 detik dengan pendinginan air terpompa dan kran pada level air 140 cm menggunakan kolektor jenis paralel panjang. 5. Efisiensi termal terbesar dari tiga variasi adalah 1,655 % terdapat di variasi bukaan katup 15 detik dengan pendinginan air terpompa dan kran pada level air 140 cm. 46

65 Saran 1. Disarankan agar penggunaan kondensor menggunakan pipa tembaga yang panjang sehingga pada saat pendinginan uap ether bisa lebih cepat dan maksimal. 2. Disarankan supaya mengurangi sambungan pada pipa pipa agar mengurangi kemungkinan terjadinya kebocoran pipa dan sebaiknya penyambungan menggunakan las. 3. menggunakan pipa yang tahan panas dan tahan korosi sehingga penggunaan pipa bisa berjangka lama.

66 48 DAFTAR PUSTAKA Arismunandar, wiranto, Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita. Cengel Y.A; Bobs, M.A, Thermodynamics, An Engineering Approach, Sixht Edition, Mc Graw Hill. Mahkamov, K; Orda, E.P., Solar Thermal Water Pimps: A Preliminary Analysis of the Working Process, Journal of Solar Energy Engineering, February 2005, volume 127, Issue 1, pp Soemitro, H. W., Mekanika Fluida dan Hidraulika. Jakarta : Erlangga Spindler, K.; Chandwalker, K.; Hahne, E., Small solar (thermal) waterpump system, Solar Energy, Volume 57, Issue 1, July 1996, page Sumathy, K.; Venkatesh, A.; Sriramulu, V., The importance of the condenser in a solar water pump, Energy Conversion and Management, Volume 36, Issue 12, December 1995, Pages Sumathy, K., Experimental studies on a solar thermal waterpump, Applied Thermal Engineering, Volume 19, Issue 5, May 1999, Pages Wong, Y.W.; Sumathy, K., Perfomance of a solar water pump with npetane and ethyl eter as working fluid, Energy Conversion and Management, Volume 41, Issue 9, 1 June 2000, Pages Wong, Y.W.; Sumathy, K., 200lb. Thermodynamics analysis and optimization of a solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume 21, Issue 5, April 2001, Pages

67 LAMPIRAN NAMA GAMBAR KETERANGAN GAMBAR Gambar Tabung penampung fluida kerja serta tabung air tekan Tinggi 100 cm Diameter 50 cm Gambar L.1 Tabung air tekan Tabung penampung eter sebelum masuk ke dalam kolektor Berbahan dari steinless steel diameter 10 cm, panjang 20 cm Gambar L.2 Tabung penampung eter Kolektor Jenis Pararel panjang Berbahan tembaga Jumlah pipa 9 Jarak antar pipa 1,5 cm Ukuran pipa 97 cm x 29 cm luas penampang kolektor 106,5 cm x 36,5 cm Gambar L.3 Kolektor Pararel Panjang 49

68 50 Tabung Pemisah digunakan untuk memisahkan uap dengan eter yang masih cair Berbahan steinless steel Gambar L.4 Tabung Pemisah Uap Kondensor spiral yang digunakan untuk mengembunkan uap eter Berbahan tembaga diameter 1/2 inci dengan panjang 8m. Kipas pendingin digunakan untuk mendinginkan kondensor Gambar L.5 Kondensor dan kipas Tabung udara tekan Berbahan dari pipa PVC Diameter 4 inchi Panjang 2 meter Gambar L.6 Tabung tekan udara

69 51 Tangki air output di gunakan untuk menampung air hasil dari pompaan Dengan tinggi head 320 cm Berbahan toples plastik Dengan jari-jari 11,7 cm Gambar L.7 Tangki air output pompa Tabung benam Terbuat dari pipa PVC Diameter 4 inchi Panjang 2 meter Gambar L.8 Tabung benam Digunakan untuk menampung air yang akan di hisap Panjang 50 cm Lebar 37 cm Gambar L.9 Sumur hisap

70 52 Lampu infrared di gunakan untuk memanaskan kolektor Berjumlah 6 lampu 1 lampu 375 watt Gambar L.10 Lampu Infrared Pengukur pada stiap tekanan di P1, P2, P3 Gambar L.11 manometer Untuk mengukur temperatur Termologer A dan Termologer B Gambar L.12 Termologer