STUDI EKSPERIMENTAL UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR MIRING SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi diajukan oleh : CHRISTIAN HALIM 095214003 Kepada FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2012 i
EXPERIMENTAL STUDY OF THERMAL ENERGY WATER PUMP PERFORMANCE USING SLOPING EVAPORATOR THESIS For fulfill requirement undergraduate degree Mechanical Engineering Faculty of Science and Technology proposed by: CHRISTIAN HALIM 095214003 FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2012 ii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI iii
iv
v
vi
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas anugerah dan bimbingannya yang penuh kasih, sehingga penulis dapat menyelesaikan dan menyusun skripsi yang berjudul Studi Eksperimental Unjuk Kerja Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator Miring. Skripsi ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Strata Satu (S1) Program Studi Teknik Mesin (S.T.) di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dengan tersusunnya skripsi ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi. 2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin 3. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis. 4. Cynthia Listiyani Santoso yang sudah menemani dalam penyusunan skripsi ini 5. Albertus The Sugiarto, Oryza Sativa, dan Galih Aji Sanjaya yang sudah membantu dalam pengambilan data. 6. Seluruh Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. vii
Penulis menyadari bahwa banyak kesalahan dan kekurangan dalam penulisan skripsi ini, untuk itu diharapkan kritik dan saran dari berbagai pihak yang membangun agar penulisan skripsi ini dapat lebih baik lagi. Yogyakarta, 2012 Penulis Christian Halim viii
DAFTAR ISI Halaman Judul... Title Page... Halaman Persetujuan... Halaman Pengesahan... Pernyataan Keaslian Karya... Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Gambar... Daftar Tabel... Abstrak... i ii iii iv v vi viii x xiii xv Bab I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Batasan Masalah... 2 1.2 Tujuan... 2 1.3 Manfaat... 3 Bab II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan... 4 2.2 Dasar Teori...... 7 ix
Bab III METODE PENELITIAN 3.1 Skema Alat... 11 3.2 Prinsip kerja alat... 13 3.2 Variabel yang di variasikan... 14 3.3 Variabel yang di ukur... 17 3.4 Metode dan Langkah Pengambilan Data... 17 Bab IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Tabel Data dan Hasil Penelitian... 19 4.2 Pembahasan... 31 Bab V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 44 5.2 Saran... 44 Daftar pustaka... 45 Lampiran x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema pompa energi panas menggunakan pendingin (Widagdo, 2009)... 5 Gambar 2.2 Skema pompa air energi surya menggunakan kotak pendingin (Sugiarto, 2012)... 5 Gambar 2.3 Skema pompa energi panas menggunakan dua evaporator paralel (Martanto, 2010)... 6 Gambar 2.4 Skema pompa energi panas menggunakan dua pipa hisap dan dua evaporator paralel (Lukito, 2009)... 6 Gambar 3.1 Skema alat... 11 Gambar 3.2 Evaporator... 12 Gambar 3.3 Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 3,25m, (2) 2,44m dan (3) 1,7m... 14 Gambar 3.4 Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml... 15 Gambar 3.5 Variasi volume udara tekan pada tabung tekan, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter... 16 Gambar 3.6 Variasi tabung tekan udara, (1) satu tabung tekan dan (2) dua tabung tekan... 16 Gambar 3.7 Posisi temperatur yang diukur pada pompa... 17 xi
Gambar 4.1 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 31 Gambar 4.2 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 32 Gambar 4.3 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 33 Gambar 4.4 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 34 Gambar 4.5 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 35 Gambar 4.6 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 36 Gambar 4.7 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 37 xii
Gambar 4.8 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 38 Gambar 4.9 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 39 Gambar 4.10 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter... 40 Gambar 4.11 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter... 41 Gambar 4.12 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter... 42 Gambar 4.13 Tekanan yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter... 43 xiii
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter dan menggunakan satu tabung tekan udara... 22 Tabel 4.2 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 23 Tabel 4.3 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 4,71 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 24 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volum eter 653ml, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 25 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 26 Tabel 4.6 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 844ml, tinggi kolom 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 27 xiv
Tabel 4.7 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara... 28 Tabel 4.8 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 244cm, volume eter 653ml,volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 29 Tabel 4.9 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 170cm, volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 30 Tabel 4.10 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara... 31 Tabel 4.11 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara... 31 xv
ABSTRAK Air merupakan salah satu kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia. Ketersediaan air di Indonesia merupakan keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum dioptimalkan. Umumnya pompa air digerakan oleh energi listrik, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk digerakan dengan energi lain yaitu dengan energi minyak bumi (dengan motor bakar). Energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi termal. Energi termal dapat berasal dari batu bara, energi surya, panas bumi atau panas buangan dari industri yang sudah tidak terpakai lagi. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui debit, daya pompa dan efisiensi maksimum. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Panas berasal dari kompor listrik yang akan memanaskan fluida kerja yaitu dietil eter. Variabel yang diukur adalah temperatur,volume dan waktu pemompaan. Variabel yang di variasikan adalah variasi ketinggian head pemompaan, (1) 170cm, (2) 244cm dan (3) 325cm. Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter. Variasi penggunaan tabung tekan, (1) satu tabung tekan udara dan (2) dua tabung tekan udara. Hasil penelitian menunjukan debit maksimum sebesar 0,63 liter/menit didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 1,7m, volume eter 653ml, volume udara tekan tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara. Daya pompa maksimum sebesar 0,185 watt dan efisiensi pompa maksimum sebesar 0,047% didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 3,25m, volume eter 653ml, volume udara tekan tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara. Kata kunci : pompa air, energi termal, dietil eter, daya, efisiensi xvi
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air merupakan salah satu kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia. Air selama ini digunakan untuk mandi, memasak, mencuci, dan kebutuhan lainnya. Ketersediaan air di Indonesia merupakan keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum dioptimalkan. Tetapi semua itu akan menjadi kurang bermanfaat apabila yang dimiliki tidak diolah dengan sebaik-baiknya. Sumber air umumnya terletak lebih rendah dari tempat air yang diperlukan sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkan air dari sumber air ke tempat yang memerlukan. Pada umumnya pompa air digerakan oleh energi listrik, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk digerakan dengan energi lain yaitu dengan energi minyak bumi (dengan motor bakar). Tidak semua daerah di Indonesia terdapat jaringan listrik dan sarana transportasi yang baik, sehingga sulitnya bahan bakar yang akan didapatkan. Selain itu penggunaan energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga dapat mengurangi kemampuan masyarakat untuk memenuhi kebutuhan hidup. Selain penyediaan air yang menjadi mahal, penyediaan air dengan menggunakan tenaga manusia seperti menimba, membawa dengan ember, atau dengan pompa tangan akan mengurangi waktu dan juga tenaga untuk dapat melakukan kegiatan lain yang lebih produktif. 1
2 Energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi termal. Energi termal dapat berasal dari batu bara, energi surya, panas bumi atau panas buangan dari industri yang sudah tidak terpakai lagi. Di Indonesia unjuk kerja pompa air energi termal belum banyak diteliti, khususnya dengan fluida kerja dietil eter. Pada penelitian ini dibuat model pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter dengan pemanas tunggal yang memiliki kemiringan 30 0. Pemanas diposisikan dengan kemiringan 30 0 bertujuan untuk menyesuaikan kondisi pada penggunaan kolektor surya. Selain itu juga untuk mengetahui debit, daya pompa dan efisiensi pompa maksimum yang dihasilkan. 1.2 Batasan Masalah Dalam penelitian ini fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Dietil eter yang digunakan didapat dari toko kimia yang berbeda beda. Dalam penggunaan dietil eter terdapat sedikit perbedaan karakteristik antar dietil eter. Maka nilai hfg yang digunakan ditetapkan sebesar 360,2 KJ / Kg. Tekanan udara sekitar pada tiap-tiap daerah berbeda beda, tergantung ketinggian permukaan tanah dengan permukaan air laut. Pada penelitian ini tekanan udara sekitar diasumsikan sebesar satu bar. 1.3 Tujuan Dari penelitian yang dilakukan memiliki tujuan sebagai berikut : 1. Membuat model pompa air energi termal 2. Mengetahui debbit maksimum yang dapat dihasilkan
3 3. Mengetahui daya pompa maksimum yang dapat dihasilkan 4. Mengetahui efisiensi maksimum yang dapat dihasilkan 1.4 Manfaat Manfaat yang dapatkan diperoleh dari penelitian adalah sebagai berikut : 1. Menambah informasi mengenai pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter. 2. Dapat dikembangkan pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter untuk penelitian selanjutnya.
4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan Penelitian pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995). Penelitian secaara teoritis pompa air energi surya dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m (Wong, 2000). Penelitian pompa energi panas berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air dengan variaso head antara 2-5 m (Mahkamov, 2003). Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% (Smith, 2005). Penelitian pompa air energi surya dengan menggunakan model matematis memperlihatkan unjuk kerja pompa detentukan oleh fraksi uap dari siklus. Pada Gambar 2.1 penelitian menggunakan volume evaporator 26 cc menghasilkan daya pemompaan 0,119 watt dan efisiensi 0,152% untuk head 1,75 m (Widagdo, 2009).
5 Gambar 2.1 Skema pompa 5nergy panas menggunakan pendingin (Widagdo, 2009) Pada Gambar 2.2 daya pemompaan terbesar terjadi pada head 3,25 m dengan volume eter 844 ml yaitu sebesar 0,335 watt, efisiensi pompa terbesar terjadi pada variasi head 1,7m dengan volume eter 653 ml yaitu sebesar 0.054%. Gambar 2.2 Skema pompa air 5nergy surya menggunakan kotak pendingin (Sugiarto, 2012) Pada Gambar 2.3 penelitian menggunakan volume evaporator 110 cc
6 menghasilkan daya pemompaan 0,029 watt dan efisiensi 0,043% untuk head 1,8 m, diameter selang osilasi 3/8 inci (Martanto, 2010). Gambar 2.3 Skema pompa energi panas menggunakan dua evaporator paralel (Martanto, 2010) Pada Gambar 2.4 penelitian menggunakan volume evaporator 285 cc menghasilkan daya pemompaan 0,359 watt dan efisiensi 0,082% untuk head 2,5 m dan selang osilasi 3/8 inci (Lukito, 2009). Gambar 2.4 Skema pompa energi panas menggunakan dua pipa hisap dan dua evaporator paralel (Lukito, 2009)
7 2.2 Dasar Teori Pompa air energi termal pada umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu pulsa jet (water pulse jet), fluidyn pump, dan jenis nifte pump). Pompa air energi termal umumnya terdiri dari beberapa komponen, yaitu pengerak pompa air, evaporator, saluran hisap, dan saluran tekan. Pemanfaatan energi surya untuk menghasilkan energi mekanik penggerak pompa air dapa dikelompokkan menjadi dua yaitu metode termodinamik dan metode konversi langsung. Pada metode termodinamik, energi termal surya dikumpulkan menggunakan kolektor termal baik jenis pelat datar maupun fokus. Energi termal digunakan untuk menaikkan temperatur dan tekanan fluida kerja. Fluida kerja dengan temperatur dan tekanan tinggi ini dimanfaatkan secara langsung maupun secara tidak langsung untuk menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik yang dihasilkan dimanfaatkan untuk menggerakkan pompa air. Pompa air dengan disain khusus dapat dikelompokkan berdasarkan media pendingin uap fluida kerjanya yaitu berpendingin udara atau air. Pada metode konversi lagsung energi surya dikonvrsikan menjadi energi listrik (dengan photovoltaic, thermoelektrik atau thermionik), energi listrik yang dihasilkan digunakan motor listrik untuk menggerakkan pompa air. Pada penelitian ini digunakan dietil eter (diethyl ether). Pada bagian evaporator terdapat selubung pipa yang berguna sebagai tempat penerima panas berupa uap air yang berasal dari pemanasan air. Di dalam evaporator terdapat fluida kerja berupa eter, karena menerima panas dari uap air maka dietil eter akan menguap, titik didih dietil eter sekitar 36 0 C. Karena eter dalam evaporator menguap, maka tekanan dalam pompa akan naik dan akan mendorong air yang berada di pompa benam
8 naik ke tangki penampung. Uap dietil eter akan masuk kedalam kondensor dan mengalami pendinginan, sehingga uap dietil eter akan mengembun. Karena terjadinya pengembunan maka tekanan di dalam pompa akan turun sampai pada kondisi tekanan sebelum dimulai penguapan dietil eter, sehingga menyebabkan air yang berasal dari sumber air akan terhisap masuk ke dalam pompa benam, bersamaan dengan hal ini, dietil eter akan kembali ke dalam evaporator untuk dipanaskan kembali. Siklus seperti ini terjadi berulang-ulang selama masih ada sumber panas dari uap air. Setiap satu langkah tekan pompa (pada proses penguapan dietil eter) dan satu langkah hisap (pada proses pengembunan uap dietil eter) dapat disebut satu siklus pemompaan. Pada pompa benam dilengkapi dengan dua katup searah, yang masing-masing pada sisi hisap dan pada sisi tekan. Katup berfungsi agar langkah tekan hanya mengalir ke tangki penampung dan katup pada bagian sisi hisap berfungsi untuk menghisap air yang berasal dari tangki sumber air. Debit yang didapatkan berasal jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu dapat dihitung dengan persamaan : Q = VV tt (soemitro,1986) (1) dengan : V = volume air keluar (m 3 ) t Q = waktu yang diperlukan (detik) = Debit pemompaan (mm 3 /det) Daya pemompaan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
9 PP pppppppppp = ρρ. gg. QQ. HH (soemitro,1986) (2) dengan: ρ = massa jenis air ( kg / mm 3 ) g = percepatan gravitasi ( m /dddddd 2 ) Q H = debit pemompaan(mm 3 /dddddd) = head pemompaan (m) P pompa = daya (watt) Daya pemanasan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut dengan : P pemanasan = m eter. hfg eter (Cengel,2008) (3) t pemanasan m eter hfg = massa eter (Kg) = kalor laten penguapan (KJ/Kg) t pemanasan = waktu pemanasan (detik) P pemanasan = Daya pemanasan (watt) Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan dengan besarnya daya pemanasan. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :
10 η pompa = DDDDDDDD PPPPPPPPPP DDDDDDDD PPPPPPPPPPPPPPPPPP.100% (soemitro,1986) (4) Tekanan dalam tabung tekan udara dapat dihitung dengan persamaan : P 1. V 1 = P 2. V 2 (soemitro,1986) (5) P 2 = P 1. V 1 dengan V 2 P 1 V 1 V 2 P 2 = Tekanan udara awal (1bar) = Volume udara awal (liter) = Volume udara akhir (liter) = Tekanan yang dihasilkan (bar)
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Skema Alat Metode yang digunakan adalah metode eksperimental yaitu membuat model pompa air energi termal dengan fluida kerja dietil eter. Model dapat dilihat pada skema alat berikut : 7 1 6 8 5 2 3 12 30 0 ETER AIR 9 AIR 11 4 10 Gambar 3.1 Skema alat Keterangan : 1. Keran 2. Evaporator dengan kemiringan 30 0 3. Selubung tempat keluar dan masuk uap air 11
12 4. Tabung tekan air 5. Tabung penampung dietil eter 6. Kotak pendingin tembaga 7. Tabung tekan udara 8. Pipa buang 9. Pompa benam 10. Katup hisap satu arah 11. Katup tekan satu arah 12. Gelas ukur uap eter keluar uap air pemanas masuk uap air pemanas keluar eter cair masuk Gambar 3.2 Evaporator
13 3.2 Prinsip Kerja Alat Pompa air yang digunakan adalah pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter. Evaporator berisi dietil eter dan sistem pompa berisi air. Mula-mula evaporator dipanaskan menggunakan uap air yang dihasilkan dari pemanasan air menggunakan kompor. Uap air yang dihasilkan akan mengalir dengan sendirinya ke dalam selubung pada evaporator melalui selang. Panas dari uap air akan menyebabkan kenaikan temperatur pada evaporator. Dietil eter akan menguap karen tiitk didih yang rendah yaitu 36 0 C. Penguapan akan memberikan tekanan yang cukup agar air pada tabung tekan air, dapat terdorong ke dalam tabung tekan udara. Air yang terdapat pada tabung tekan udara akan naik dan mendorong udara yang terhubung melalui selang, ke dalam pompa benam yang berisi air. Melewati katup satu arah menunju pipa buang yang berada di atas, air akan terdorong selama penguapan dietil eter, setelah itu terjadi pengembunan. Pengembunan menyebabkan tekanan dalam sistem turun sehingga katup hisap akan terbuka dan air dalam pompa benam akan bertambah. Air dalam tabung tekan udara akan kembali ke kondisi awal. Eter yang mengembun akan kembali ke evaporator untuk kembali dipanaskan. Setiap satu langkah tekan dan satu langkah hisap disebut satu siklus pemompaan. Pompa benam dilengkapi dengan katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup yaitu agar pada langkah tekan air tidak kembali ke sumber tetapi mengalir ke tujuan.
14 3.3 Variabel yang Divariasikan Pada penelitian ini dilakukan beberapa variasi, dengan maksud mendapatkan hasil yang bervariasi. Variasi yang dilakukan yaitu : 1. Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 170cm, (2) 244cm dan (3) 325cm. 2. Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml. 3. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter. 4. Variasi jumlah tabung tekan, (1) satu tabung tekan dan (2) dua tabung tekan Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 3,25m, (2) 2,44m dan (3). 1,7m. Variasi ketinggian head dapat dilihat pada Gambar 3.3. 3,25 m 2,44 m 1 2 3 1,7 m Gambar 3.3 Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 3,25m, (2) 2,44m dan (3) 1,7m
15 Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml. Dari variasi volume eter dapat ditentukan dari ketinggian eter. Untuk volume eter (1) 653ml, memiliki tinggi 2cm, untuk volume eter (2) 717ml, memiliki tinggi 3cm, dan volume eter (3) 844ml, memiliki tinggi 5cm pada tabung penampung eter. Variasi volume dietil eter pada tabung penampung dapat dilihat pada Gambar 3.4. 1 2 3 2cm 3cm 5cm Gambar 3.4 Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan diukur menggunakan satu tabung tekan udara. Dari variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara dapat ditentukan dari ketinggian kolom air pada tabung tekan udara. Untuk (1) 5,49 liter, memiliki ketinggian kolom air 150cm, (2) 4,71 liter, memiliki ketinggian kolom air 165cm, dan (3) 3,14 liter, memiliki keitnggian kolom air 180cm. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara diukur menggunakan satu tabung tekan. Variasi Volume udara tekan pada tabung tekan udara dapat dilihat pada Gambar 3.5.
16 1 2 3 UDARA UDARA UDARA 150cm 165cm 180cm Gambar 3.5 Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter. Variasi penggunaan tabung tekan udara, (1) satu tabung tekan dan (2) tabung tekan. Variasi penggunaan tabung tekan udara dapat dilihat pada Gambar 3.6. 1 2 Gambar 3.6 Variasi jumlah tabung tekan udara, (1) satu tabung tekan dan (2) dua tabung tekan
17 3.4 Variabel yang Diukur Variabel-variabel yang diukur antara lain 1. Temperatur pada sisi bagian atas evaporator (T1), 2. Temperatur pada sisi bagian bawah selubung tempat keluar masuk uap air (T2), 3. Temperatur pada bagian masuk evaporator (T3), 4. Temperatur pada kotak pendingin tembaga (T4). 5. Volume 6. Waktu pemompaan Untuk selanjutnya dari variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan debit, daya pompa, daya pemanasan dan efisiensi pompa. T4 T1 T3 30 0 T2 Gambar 3.7 Posisi temperatur yang diukur pada pompa 3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data Metode yang dipakai dalam mengumpulkan data yaitu metode langsung. Penulis mendapatkan data dengan cara menguji langsung alat yang telah dibuat. Langkah-langkah pengambilan data pompa :
18 1. Ketinggian head diatur 2. Volume dietil eter diatur dan diisi pada tempat penampung eter 3. Termokopel dan alat ukur yang digunakan dipasang 4. Volume udara tekan pada tabung tekan udara diatur 5. Pemanasan evaporator dimulai 6. Suhu T1, T2, T3, T4,waktu serta volume air yang dihasilkan pompa dicatat. 7. Pendinginan dilakukan dengan menyiram kotak pendingin tembaga dengan air. 8. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 1,7m, 2,44m, dan 3,25m menggunakan satu tabung tekan udara, volume eter 653ml dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 5,49 liter. 9. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter dan volume eter 653ml, 717ml, dan 844ml menggunakan tabung tekan udara tunggal 10. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 3,25m, volume eter 717ml, menggunakan satu tabung tekan udara, dengan volume udara tekan pada tabung tekan udara 5,49 liter, 4,71 liter, dan 3,14 liter. 11. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 3,25, volume eter 717ml, menggunakan dua tabung tekan udara, dengan volume udara tekan 3,14 liter.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Tabel Data dan Hasil Penelitian Dari penelitian ini diperoleh data seperti pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.9. Berikut adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1. Perhitungan debit, daya pompa, daya pemanasan dan efisiensi pompa dilakukan dari Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.9. Debit yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan (1) : Q = VV tt Q = 400 95 Q = 4,21 ml / det Dari debit yang sudah didapatkan, daya pemompaan dan daya pemanasan dapat dihitung. Berikut adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1. Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persaman (2) : PP pppppppppp = ρρ. gg. QQ. HH 4,21 PP pppppppppp = 1000.9,8. 1000000. 3,25 PP pppppppppp = 0,134 wwwwwwww 19
20 Perhitungan daya pemanasan menggunakan massa dietil eter, massa didapatkan dari pengukuran di lapangan. Untuk volume eter 653ml memiliki massa 465,8 gram, 717ml memiliki massa 511,5 gram, dan 844ml memiliki massa 602,1 gram. Dengan Hfg dietil eter sebesar 360,2 KJ / Kg. Daya pemanasan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan (3) : P pemanasan = m eter. hfg eter t pemanasan P pemanasan = 465,8 1000. 360,2 344 P pemanasan = 487,8 watt Dari daya pompa dan daya pemanasan yang sudah didapatkan, efisiensi pompa dapat dihitung. Berikut adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1. Untuk menghitung efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan (4) : η pompa = DDDDDDDD PPPPPPPPPP DDDDDDDD PPPPPPPPPPPPPPPPPP.100% η pompa = 0,134 487,8.100% η pompa = 0,028% Pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.9 volume udara tekan akhir adalah volume udara tekan yang tidak dapat tertekan kembali atau volume udara tekan yang tersisa pada tabung tekan udara saat proses langkah tekan. Waktu langkah tekan
21 adalah waktu yang diperlukan saat proses awal langkah tekan sampai proses akhir langkah tekan. Waktu pemompaan adalah waktu yang dicatat pada saat air yang dipompa dari sumber air mulai keluar sampai berhenti, pada saat langkah tekan terjadi. Waktu langkah hisap adalah waktu yang diperoleh pada saat pendinginan, yaitu pada saat volume udara tekan akan kembali ke volume mula-mula sampai pada volume udara tekan mula-mula. Volume adalah banyaknya air hasil pemompaan yang diukur pada saat proses pemompaan. Debit adalah perbandingan antara volume dengan waktu pemompaan. Daya pemanasan adalah perkalian antara massa eter dengan hfg dari eter pada waktu pemanasan. Daya pompa adalah perkalian antara massa jenis air, percepatan gravitasi, debit, dan head pemompaan. Efisiensi adalah perbandingan daya pompa dibanding daya pemanasan.
Tabel 4.1 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter dan menggunakan satu tabung tekan udara 1 2 3 4 5 Kondisi T1 ( o c) T2 ( o c) T3 ( o c) T4 ( o c) volume udara tekan akhir ( liter ) waktu langkah tekan (det) Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det) Awal langkah tekan 26 43 72 60 344 95 Akhir langkah tekan 40 44 51 48 1,49 Akhir langkah hisap 495 Awal langkah tekan 26 38 70 54 545 151 Akhir langkah tekan 42 48 67 59 1,41 Akhir langkah hisap 420 Awal langkah tekan 27 42 75 61 532 98 Akhir langkah tekan 41 52 67 69 1,57 Akhir langkah hisap 477 Awal langkah tekan 27 34 61 64 427 112 Akhir langkah tekan 38 53 64 68 1,80 Akhir langkah hisap 594 Awal langkah tekan 26 48 69 73 446 124 Akhir langkah tekan 41 51 69 72 1,41 Akhir langkah hisap 404 Volume (ml) Debit (liter/mnt) Daya Pemanasan (watt) Daya pompa (watt) efisiensi (%) 400 0,253 487,815 0,134 0,028 550 0,219 307,905 0,116 0,038 450 0,276 315,429 0,146 0,046 650 0,348 392,994 0,185 0,047 600 0,290 376,252 0,154 0,041 22
Tabel 4.2 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara 1 2 3 4 5 Kondisi T1 ( o c) T2 ( o c) T3 ( o c) T4 ( o c) volume udara tekan akhir ( liter ) waktu langkah tekan (det) Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det) Awal langkah tekan 26 27 66 73 275 69 Akhir langkah tekan 40 41 50 53 1,57 Akhir langkah hisap 496 Awal langkah tekan 26 27 69 68 282 90 Akhir langkah tekan 40 41 49 53 1,49 Akhir langkah hisap 516 Awal langkah tekan 25 27 67 69 305 98 Akhir langkah tekan 40 41 46 52 1,49 Akhir langkah hisap 541 Awal langkah tekan 26 27 68 67 292 97 Akhir langkah tekan 40 43 51 52 1,49 Akhir langkah hisap 583 Awal langkah tekan 26 27 68 67 262 76 Akhir langkah tekan 38 41 49 52 1,49 Akhir langkah hisap 621 Volume (ml) Debit (liter/mnt) Daya Pemanasan (watt) Daya pompa (watt) efisiensi (%) 400 0,35 670,009 0,185 0,028 425 0,28 653,378 0,151 0,023 500 0,31 604,107 0,163 0,027 490 0,30 631,002 0,161 0,026 400 0,32 703,254 0,168 0,024 23
Tabel 4.3 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 4,71 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara 1 2 3 4 5 Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det) Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det) Volume (ml) Awal langkah tekan 25 30 54 58 270 24 20 Akhir langkah tekan 36 40 50 52 3,14 Akhir langkah hisap 383 Awal langkah tekan 27 28 66 66 289 108 600 Akhir langkah tekan 40 40 49 52 2,51 Akhir langkah hisap 515 Awal langkah tekan 26 27 69 66 279 45 40 Akhir langkah tekan 40 40 48 51 2,90 Akhir langkah hisap 625 Awal langkah tekan 26 27 68 64 271 0 0 Akhir langkah tekan 40 40 50 51 2,90 Akhir langkah hisap 653 Awal langkah tekan 26 27 68 64 281 43 60 Akhir langkah tekan 40 40 49 51 2,90 Akhir langkah hisap 547 Debit (L/mnt) Daya Pemanasan (watt) Daya pompa (watt) efisiensi (%) 0,05 682,417 0,027 0,004 0,33 637,552 0,177 0,028 0,05 660,403 0,028 0,004 0,00 679,899 0,000 0,000 0,08 655,703 0,044 0,007 24
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volum eter 653ml, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara 1 2 3 Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det) Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det) Awal langkah tekan 24 28 62 75 276 0 Akhir langkah tekan 38 37 53 56 3,8 Akhir langkah hisap 402 Awal langkah tekan 25 28 67 61 261 0 Akhir langkah tekan 37 38 54 51 3,9 Akhir langkah hisap 430 Awal langkah tekan 25 28 67 61 250 0 Akhir langkah tekan 37 38 52 48 3,9 Akhir langkah hisap 638 Volume (ml) Debit (L/mnt) Daya Pemanasan (watt) Daya pompa (watt) efisiensi (%) 0 0 607,903 0 0 0 0 642,840 0 0 0 0 671,125 0 0 25
Tabel 4.5 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara 1 2 3 4 5 Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det) Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det) Awal langkah tekan 24 27 67 66 262 0 Akhir langkah tekan 37 38 54 49 4,10 Akhir langkah hisap 288 Awal langkah tekan 26 28 65 60 302 57 Akhir langkah tekan 40 38 61 69 4,00 Akhir langkah hisap 340 Awal langkah tekan 25 27 69 70 282 25 Akhir langkah tekan 40 38 51 48 3,92 Akhir langkah hisap 427 Awal langkah tekan 26 27 66 65 322 0 Akhir langkah tekan 38 38 62 73 3,92 Akhir langkah hisap 468 Awal langkah tekan 25 27 74 74 329 0 Akhir langkah tekan 38 38 69 67 3,92 Akhir langkah hisap 454 Volume (ml) Debit (L/mnt) Daya Pemanasan (watt) Daya pompa (watt) efisiensi (%) 0 0,00 703,215 0,000 0,000 150 0,16 610,074 0,084 0,014 25 0,06 653,341 0,032 0,005 0 0,00 572,181 0,000 0,000 0 0,00 560,007 0,000 0,000 26
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 844ml, tinggi kolom 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara 1 2 3 4 Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det) Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det) Awal langkah tekan 25 38 62 69 273 97 Akhir langkah tekan 40 42 44 51 3,76 Akhir langkah hisap 320 Awal langkah tekan 26 29 62 67 285 0 Akhir langkah tekan 38 44 46 51 3,92 Akhir langkah hisap 291 Awal langkah tekan 25 27 57 51 290 0 Akhir langkah tekan 38 38 48 51 3,92 Akhir langkah hisap 335 Awal langkah tekan 26 27 61 65 264 0 Akhir langkah tekan 38 38 48 51 3,92 Akhir langkah hisap 337 Volume (ml) Debit (L/mnt) Daya Pemanasan (watt) Daya pompa (watt) efisiensi (%) 500 0,31 794,419 0,164 0,021 0 0,00 760,970 0,000 0,000 0 0,00 747,850 0,000 0 0,00 821,502 0,000 0,000 0,000 27
Tabel 4.7 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara 1 2 3 Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det) Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det) Awal langkah tekan 26 26 62 57 265 0 Akhir langkah tekan 37 37 51 53 2,35 Akhir langkah hisap 95 Awal langkah tekan 27 27 60 72 348 0 Akhir langkah tekan 40 37 50 52 2,27 Akhir langkah hisap 134 Awal langkah tekan 27 28 65 74 402 0 Akhir langkah tekan 38 36 52 56 2,27 Akhir langkah hisap 182 Volume (ml) Debit (L/mnt) Daya Pemanasan (watt) Daya pompa (watt) efisiensi (%) 0 0,00 695,254 0 0 0 0,00 529,432 0 0 0 0,00 458,314 0 0 28
Tabel 4.8 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 244cm, volume eter 653ml,volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara 1 2 3 4 5 Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det) Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det) Awal langkah tekan 27 27 61 64 328 141 Akhir langkah tekan 40 37 40 52 1,09 Akhir langkah hisap 273 Awal langkah tekan 27 27 66 65 311 149 Akhir langkah tekan 40 37 46 51 1,17 Akhir langkah hisap 296 Awal langkah tekan 27 27 67 66 288 126 Akhir langkah tekan 40 38 44 51 1,09 Akhir langkah hisap 290 Awal langkah tekan 27 27 67 67 283 128 Akhir langkah tekan 38 38 44 51 1,17 Akhir langkah hisap 315 Awal langkah tekan 27 27 67 68 286 126 Akhir langkah tekan 37 37 48 51 1,17 Akhir langkah hisap 219 Volume (ml) Debit (L/mnt) Daya Pemanasan (watt) Daya pompa (watt) efisiensi (%) 800 0,34 511,528 0,136 0,027 700 0,28 539,489 0,112 0,021 800 0,38 582,573 0,152 0,026 850 0,40 592,866 0,159 0,027 850 0,40 586,647 0,161 0,028 29
Tabel 4.9 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 170cm, volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara 1 2 3 4 5 Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det) Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det) Awal langkah tekan 26 27 65 64 251 152 Akhir langkah tekan 37 38 48 51 0,86 Akhir langkah hisap 158 Awal langkah tekan 26 26 60 61 245 145 Akhir langkah tekan 38 38 41 46 0,78 Akhir langkah hisap 335 Awal langkah tekan 26 27 65 67 260 139 Akhir langkah tekan 37 38 46 50 0,78 Akhir langkah hisap 285 Awal langkah tekan 27 27 61 68 236 148 Akhir langkah tekan 37 37 44 49 0,62 Akhir langkah hisap 354 Awal langkah tekan 27 27 62 64 241 152 Akhir langkah tekan 37 38 45 49 0,70 Akhir langkah hisap 367 Volume (ml) Debit (L/mnt) Daya Pemanasan (watt) Daya pompa (watt) efisiensi (%) 1400 0,55 668,451 0,154 0,023 1450 0,60 684,821 0,167 0,024 1450 0,63 645,312 0,174 0,027 1550 0,63 710,937 0,175 0,025 1500 0,59 696,187 0,165 0,024 30
31 Tabel 4.10 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara Volume udara (liter) P2 (bar) awal (V1) 3,14 1,38 akhir (V2) 2,27 Tabel 4.11 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara Volume udara (liter) P2 (bar) awal (V1) 3,14 2,10 akhir (V2) 1,49 4.2 Pembahasan Hasil penelitian pada Gambar 4.1 menunjukan debit air maksimum didapatkan 0,63 liter/menit dengan menggunakan variasi head pemompaan 1,7 meter. 0,70 0,60 Debit (liter/menit) 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 1,70 2,44 3,25 Head pemompaan (meter) Gambar 4.1 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
32 Debit pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan ketinggian head sehingga tenaga yang dibutuhkan untuk mengalirkan air ke head yang tinggi akan semakin besar daripada mengalirkan air ke head yang lebih rendah. Tenaga yang dihasilkan oleh pemanasan dietil eter sedikit karena terjadi rugi-rugi pada saluran pemanas yang tidak sepenuhnya menguapkan dietil eter, sehingga sebagian tenaga yang didapatkan harus terbuang karena mendorong sisa dietil eter yang belum menguap. Tenaga yang dapat digunakan untuk menaikan air menjadi kecil. 0,190 0,185 0,180 Daya pompa (watt) 0,175 0,170 0,165 0,160 0,155 0,150 0,145 1,70 2,44 3,25 Head pemompaan (meter) Gambar 4.2 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
33 Hasil penelitian pada Gambar 4.2 menunjukan Daya pompa maksimum didapatkan 0,185 watt dengan menggunakan variasi head pemompaan 3,25 meter. Daya pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar seperti terlihat pada grafik di atas. Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan. Tenaga yang dibutuhkan untuk memompa air terpakai untuk mengalirkan dietil eter yang belum menguap. Dietil eter yang menguap hanya yang bersentuhan dengan dinding pipa evaporator sehingga saat dietil eter menguap, uap eter akan mendorong cairan eter yang belum menguap, sehingga eter yang seharusnya terpanasi terbawa ke atas lalu kemudian jatuh kembali ke evaporator. Tenaga yang dihasilkan menjadi tidak stabil dan mempengaruhi proses pemompaan 0,050 0,045 0,040 0,035 Efisiensi (%) 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 1,70 2,44 3,25 Head pemompaan (meter) Gambar 4.3 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
34 Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa efisiensi yang dihasilkan antar head pemompaan memiliki perbadaan yang cukup besar. Variasi head 1,7m memiliki efisiensi 0,027%, variasi head 2,44m memiliki efisiensi 0,028%, pada variasi head 3,25m memiliki efisiensi 0,047%,. Hal ini menunjukan bahwa semakin tinggi head maka efisiensi semakin baik karena daya pemanasan yang digunakan pada head 3,25m lebih kecil daripada daya pemanasan pada head 1,7m dan 2,44m, sehingga effisiensi akan semakin naik. 0,35 0,3 Debit (liter/menit) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 653 717 844 Volum eter (ml) Gambar 4.4 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara Hasil penelitian pada Gambar 4.4 menunjukan debit air maksimum didapatkan 0,31 liter/mnt dengan menggunakan variasi ketinggian dietil eter 5cm.
35 Debit pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar. Pada volume eter 653ml tidak terjadi pemompaan. Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan. Dietil eter yang menguap hanya yang bersentuhan dengan dinding pipa evaporator, sehingga saat dietil eter menguap, uap eter akan mendorong cairan eter yang belum menguap, sehingga eter yang seharusnya terpanasi terbawa ke atas lalu kemudian jatuh kembali ke evaporator. Kolom air juga mempunyai pengaruh besar. Ketinggian kolom air akan mempengaruhi volume udara tekan yang harus ditekan. Semakin rendah kolom air maka volume udara tekan yang harus ditekan akan semakin besar. Udara mempunyai sifat kompresibel, sehingga besarnya kenaikan kolom air tidak sama dengan naiknya air ke pipa buang. Daya pompa (watt) 0,180 0,160 0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 653 717 844 Volum eter (ml) Gambar 4.5 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
36 Hasil penelitian pada Gambar 4.5 menunjukan daya pompa maksimum didapatkan 0,164 watt dengan menggunakan variasi ketinggian dietil eter 5cm. Daya pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar seperti terlihat pada grafik di atas. Pada volume eter 653ml tidak terdapat daya pompa kerena tidak terjadi pemompaan Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan. Jumlah dietil eter yang digunakan dapat mempengaruhi daya pemompaan. Dari Gambar 4.5 terlihat bahwa semakin tinggi, atau semakin banyak dietil eter yang digunakan, maka daya pompa yang dihasilkan akan semakin besar 0,025 0,02 Efisiensi (%) 0,015 0,01 0,005 0 653 717 844 Volum eter (ml) Gambar 4.6 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
37 Dari Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa efisiensi yang dihasilkan pada ketinggian dietil eter 5cm adalah efisiensi paling besar. Variasi volume eter 653ml tidak memiliki efisiensi, karena tidak terjadi proses pemompaan, variasi volume eter 717ml memiliki efisiensi 0,014%, variasi volume eter 844ml memiliki efisiensi 0,021 Hal ini menunjukan bahwa semakin tinggi atau semakin banyak dietil eter yang digunakan, maka efisiensi yang dihasilkan akan semakin baik. Semakin sedikit jumlah eter yang digunakan maka semakin rendah efisiensi yang dihasilkan. 0,4 0,35 0,3 Debit (liter/menit) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 5,49 4,71 3,14 Volume udara (liter) Gambar 4.7 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara Hasil penelitian pada Gambar 4.7 menunjukan debit air maksimum didapatkan 0,34 liter/mnt dengan menggunakan variasi volum udara 3,14 liter.
38 Debit pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar pada volume udara tekan 5,49 liter. Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan.. Ketinggian kolom air akan mempengaruhi volume udara tekan yang harus ditekan. Semakin rendah kolom air, maka volume udara tekan yang harus ditekan akan semakin besar. Udara mempunyai sifat kompresibel, sehingga besarnya kenaikan kolom air tidak sama dengan naiknya air ke pipa buang. 0,200 0,180 0,160 Daya pompa (watt) 0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 5,49 4,71 3,14 Volume udara (liter) Gambar 4.8 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara Hasil penelitian pada Gambar 4.8 menunjukan daya pompa maksimum didapatkan 0,185 watt dengan menggunakan variasi volume udara tekan 3,14 liter. Daya pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar pada volume udara tekan 5,49 liter. Hal ini disebabkan karena ketinggian kolom air yang
39 rendah. Rendahnya kolom air akan meningkatkan volume udara tekan dalam tabung tekan, sehingga membutuhkan tenaga yang lebih jika kolom air lebih rendah. Dengan tenaga yang sama maka volume udara tekan 5,49 liter akan memiliki daya pompa yang paling kecil. 0,030 0,025 0,020 Efisiensi (%) 0,015 0,010 0,005 0,000 5,49 4,71 3,14 Volume udara (liter) Gambar 4.9 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara Dari Gambar 4.9 dapat dilihat bahwa efisiensi yang dihasilkan pada volume udara tekan 4,71 liter dan 3,14 liter yaitu sebesar 0,028%. Variasi volume udara tekan 5,49 liter memiliki efisiensi sebesar 0,014. Rendahnya efisiensi pada volume udara tekan 5,49 liter disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan. Banyaknya udara pada volume udara tekan 5,49 liter menyebabkan
40 rugi tenaga yang cukup besar, karena udara memiliki sifat kompresibel. Sehingga air yang naik pada volume udara tekan 5,49 liter tidak sama besarnya dengan air yang naik pada pipa buang. 0,40 0,35 0,30 Debit (ml/det) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 satu dua Tabung Tekan Gambar 4.10 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi jumlah tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter Hasil penelitian pada Gambar 4.10 menunjukan debit air maksimum didapatkan 3,47 liter/mnt dengan menggunakan variasi satu tabung tekan udara. Pada dua tabung tekan udara tidak terjadi proses pemompaan. Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan. Penggunaan dua tabung tekan udara yang menyebabkan tenaga yang digunakan untuk memompa terbagi dua, sehingga semakin sulit untuk memompa air, karena tenaga habis untuk menekan udara yang terdapat dalam tabung tekan.
41 Daya pompa (watt) 0,200 0,180 0,160 0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 satu dua Tabung Tekan Gambar 4.11 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi jumlah tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter Hasil penelitian pada Gambar 4.11 menunjukan daya pompa maksimum didapatkan 0,185 watt dengan menggunakan variasi satu tabung tekan udara. Pada dua tabung tekan udara tidak terjadi pemompaan. Hal ini disebabkan karena ketinggian kolom air yang rendah. Rendahnya kolom air akan meningkatkan volume udara tekan dalam tabung tekan, sehingga membutuhkan tenaga yang lebih jika kolom air lebih rendah. Dengan menggunakan dua tabung tekan udara maka udara yang terdapat pada tabung tekan akan menjadi dua kali, sehingga tenaga yang dihasilkan akan terbagi dua untuk menekan masing-masing tabung tekan. Sehingga tenaga akan terbuang di dalam tabung tekan untuk mendorong udara yang bersifat kompresibel.
42 0,030 0,025 0,020 Efisiensi (%) 0,015 0,010 0,005 0,000 satu dua Tabung Tekan Gambar 4.12 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi jumlah tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter Dari Gambar 4.12 dapat dilihat bahwa efisiensi yang dihasilkan pada satu tabung tekan udara adalah 0,028%. Pada dua tabung tekan udara tidak terjadi pemompaan. Hal ini disebabkan karena menggunakan tabung tekan, udara yang terdapat pada tabung tekan akan menjadi dua kali, sehingga tenaga yang dihasilkan akan terbagi dua untuk menekan masing-masing tabung tekan. Sehingga tenaga akan terbuang di dalam tabung tekan untuk mendorong udara. Tidak optimal nya pemanasan dapat juga menyebabkan tidak terjadinya proses pemompaan. Tekanan yang kurang dalam proses pemompaan juga menjadi hal yang mempengaruhi saat siklus pemompaan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.13
43 2,50 2,00 Tekanan (bar) 1,50 1,00 0,50 0,00 satu dua Tabung Tekan Gambar 4.13 Tekanan yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter Pada Gambar 4.13 Tekanan yang dihasilkan oleh variasi dua tabung tekan udara memiliki tekanan yang lebih kecil dibandingkan dengan tekanan pada satu tabung tekan udara. Hal ini menyebabkan air dalam pompa benam tidak dapat naik pada head 3,25m. Sehingga volume tidak keluar dan tidak menghasilkan debit.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 1. Telah berhasil membuat model pompa air energi termal 2. Debit maksimum sebesar 0,63 liter/menit didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 1,7m, volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara. 3. Daya pompa maksimum sebesar 0,185 watt didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 3,25m, volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara. 4. Efisiensi pompa maksimum sebesar 0,047% didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 3,25m, volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara. 5.2 Saran 1. Perlu adanya penilitian lebih lanjut dengan menggunakan pemisah dietil eter 2. Saat menggunakan sealer diperhatikan bagian-bagian pada sambungan yang rawan akan kebocoran. 3. Penggunaan pemanas yang tidak menggunakan nyala api, karena eter yang mudah terbakar jika terkena percikan api. 44
45 DAFTAR PUSTAKA Cengel, Y.A., Michael, A.B., 2008, Thermodunamics an Engineering Approach, sixth edition, Mc Graw Hill Lukito, 2010, Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 285cc dengan 2 Pipa Hisap, hal. 42. Mahkamov, K., Djumanov, D., 2003, Thermal Water Pumps On The Basis Of Fluid Piston Solar Stirling Engine, 1st International Energy Concersion Engineering Conference, Portsmouth, Virginia. Martanto, A.K., 2010, Pompa Air Energi Termal Menggunakan Dua Evaporator Paralel dengan Volume 110 cc, hal 51. Sambada, R., Puja, K., 2011, Pompa Air Energi Thermal dengan Dua Pipa Hisap, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9, Fakultas Sains dan Teknologi, USD. Smith, Thomas, C.B., 2005, Asymetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid- Piston Engines, pp. 1-3. Soemitro, H.W., 1986, Mekanika Fluida dan Hidraulika, Edisi kedua, Erlangga, Jakarta Pusat Sugiarto, A.T., Oryza, S., Christian, H., Galih A. S., 2012, Studi Eksperimental Model Pompa Air Energi Surya Untuk Daerah Terpencil, Pekan Kreatifitas Mahasiswa Penelitian (PKM-P). Sumathy, K., Venkatesh, A., Sriramulu, V., 1995, The importance of the condenser in solar water pump, Energy Conversion and Management, Volume 36, Issue 12, December 1995, pp. 1167-1173. Wong, Y.W., Sumathy, K., 2000, Performance of a solar water pump with n- pentane and ethyl ether as working fluids, Energy Conversion and Management, Volume 41, Issue 9, 1 June 2000, pp. 915-927.