PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI - core.ac.uk fileevaporator, (2) pemanas, (3) pendingin dan...

i

POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR 6

PIPA PARALEL 135 cc DENGAN DUA PIPA HISAP

Tugas Akhir

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

DANIEL ANGGI PRASETYO

NIM : 065214051

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2014

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THERMAL ENERGY WATER PUMP USING EVAPORATOR 6

PARALLEL PIPE 135 cc WITH TWO PIPE SUCTION

Final Project

Presented as partitial fulfilment of the requirement

as to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

by

DANIEL ANGGI PRASETYO

NIM : 065214051

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2014


iii

TUGAS AKHIR



Disusun Oleh:

Nama : Daniel Anggi Prasetyo

NIM : 065214051

Telah disetujui oleh:

Pembimbing Utama tanggal 19 Februari 2014

I Gusti Ketut Puja, S.T, M.T.


iv

TUGAS AKHIR



Dipersiapkan dan ditulis oleh:

Nama Daniel Anggi Prasetyo

NIM : 065214051

Telah dipertahankan di depan panitia penguji pada tanggal 19 Februari 2014

dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan panitia penguji:

Ketua : Doddy Purwadianto, ST, MT.

Sekretaris : Ir. PK. Purwadi, MT.

Anggota : I Gusti Ketut Puja, ST, MT.

Yogyakarta, 19 Februari 2014

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc.


v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam tugas Tugas Akhir ini tidak

terdapat karya yang pernah diajukan dan dibuat di perguruan tinggi manapun

kecuali kami mengambil atau mengutip data dari buku yang tertera pada daftar

pustaka, dan sepengetahuan kami juga tidak terdapat karya tulis yang pernah

ditulis atau di terbitkan oleh orang lain, sehingga karya tulis yang kami buat

ini adalah asli karya penulis.


Daniel Anggi Prasetyo


vi

INTISARI

Air sangat penting bagi kehidupan manusia. Pada umumnya air mengalir

dari permukaan yang tinggi ke permukaan yang rendah, tetapi dengan adanya

pompa air, air dapat mengalir dari permukaan yang rendah ke permukaan yang

tinggi. Terdapat banyak jenis pompa yang pada umumnya digunakan manusia

pada kehidupan sehari-hari adalah pompa air dengan energi listrik, tetapi di

Indonesia tidak semua daerah yang mendapatkan listrik. Oleh sebab itu, di buat

pompa air dengan energi termal, yang mana pompa air tersebut dapat mengalirkan

air dari permukaan rendah ke permukaan yang tinggi dengan cara dipanaskan.

Jenis pompa air yang digunakan adalah pulsajet air (water pulsejet).

Pompa air energi termal terdiri dari 4 (empat) komponen utama, (1)

evaporator, (2) pemanas, (3) pendingin dan (4) tuning pipe (pipa osilasi).

Variabel-variabel yang diukur pada pengujian pompa adalah temperatur suhu air

awal (T0), temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah

pemanas spirtus (T2), temperatur air di dalam gelas ukur (T3), temperatur udara

sekitar (T4), V out dan t out pemompaan.. Variasi yang dilakukan pada pengujian

pompa adalah ketinggian head 1,50 m dan 1,80 m, osilasi ⅜ inci dan ½ inci,

variasi pendingin yaitu air. Hasil penelitian menunjukkan debit maksimum (Q)

adalah 0,000007475 m³/s. Daya pompa maksimum (Wp) adalah 0,11 watt. Daya

spirtus maksimum (Wspirtus) adalah 61,16 watt. Efisiensi pompa maksimum

(ηpompa) adalah 0,31 %.


vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Daniel Anggi Prasetyo

Nomor Mahasiswa : 065214051

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya berjudul : “Pompa Air Energi

Termal Menggunakan Evaporator 6 Pipa Paralel 135 cc Dengan Dua Pipa

Hisap”.

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,

mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan

data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau

media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya

ataupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 19 Februari 2014

Yang menyatakan



viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan

karuniaNya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini adalah

sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Pompa Air

Energi Termal Menggunakan Evaporator 6 Pipa Paralel 135 cc Dengan Dua

Pipa Hisap” ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada

kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin sekaligus

Dosen Pembimbing Akademik.

3. I Gusti Ketut Puja, S.T, M.T selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang telah

memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis

selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

5. Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah

memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas yang telah dipergunakan dalam

penelitian ini.

6. Keluarga dan teman-teman yang selalu memberi dorongan doa dan motivasi

kepada penulis.


ix

7. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini

serta yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari

sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang bersifat

membangun.

Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca

lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf

yang sebesar-besarnya. Terima Kasih.


Penulis



x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i

TITLE PAGE ................................................................................................ ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ......................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ....................................................... v

INTISARI ...................................................................................................... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS..................................... vii

KATA PENGANTAR ................................................................................... viii

DAFTAR ISI.................................................................................................. x

DAFTAR GAMBAR..................................................................................... xii

DAFTAR TABEL.......................................................................................... xiv

BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................. 1

1.l Latar Belakang ................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................ 3

1.4 Batasan masalah .............................................................................. 3

1.5 Manfaat............................................................................................ 4

BAB II. DASAR TEORI ............................................................................... 5

2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan ................................................ 5

2.2 Dasar Teori ..................................................................................... 6

2.3 Penerapan Rumus ........................................................................... 10


xi

BAB III. METODE PENELITIAN ............................................................. 12

3.1 Deskripsi Alat ................................................................................. 12

3.2 Prinsip Kerja Alat ............................................................................ 14

3.3 Variabel Yang Divariasikan ............................................................ 15

3.4 Variabel Yang Diukur ..................................................................... 18

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ........................................ 19

3.6 Analisa Data ................................................................................... 19

3.7 Peralatan Pendukung ....................................................................... 20

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 22

4.1 Data Penelitian ................................................................................ 22

4.2 Perhitungan ..................................................................................... 26

4.2.1. Perhitungan Pompa ............................................................... 26

4.3 Pembahasan .................................................................................... 28

BAB V. PENUTUP ........................................................................................ 33

5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 33

5.2 Saran ................................................................................................ 34

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 35

LAMPIRAN


xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulsajet Air (Water Pulsejet)……6

Gambar 2.2.2 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump................................7

Gambar 2.2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifle Pump....................................7

Gambar 2.2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump…...…………….…8

Gambar 2.2.5 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifle Pump………...….................8

Gambar 2.2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis Water Pulsejet…………...............9

Gambar 2.2.7 Evaporator Pompa Air Energi Termal Jenis Water Pulsejet..........10

Gambar 3.1.1 Skema Alat Penelitian……………………………........................12

Gambar 3.1.2 Detail Evaporator............................................................................13

Gambar 3.3.1 Variasi Ketinggian Head................................................................16

Gambar 3.3.2 Variasi Diameter Selang Osilasi………………………………….17

Gambar 3.3.3 Variasi Posisi Evaporator…….......................................................17

Gambar 3.4.1 Posisi Termokopel Pada Pompa………………………………….18

Gambar 4.1 Hubungan Daya (Wp) dengan Debit (Q) pada variasi Head 1,5 m,

Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci........................................................28


Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci........................................................28


xiii

Gambar 4.3 Hubungan Efisiensi Pompa (η) dengan Debit (Q) pada variasi Head

1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci.............................................29

Gambar 4.4 Hubungan Efisiensi Pompa (η) dengan Debit (Q) pada variasi Head

1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci.............................................29

Gambar 4.5 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,5 m,

Osilasi ½ inci……………..………...………….…………………30


Osilasi ½ inci……………..………...………….…………………30


Osilasi ⅜ inci…………..…………………………………………31


Osilasi ⅜ inci…………..…………………………………………31


Osilasi ⅜ inci dan ½ inci…………..………………..……………32


Osilasi ⅜ inci dan ½ inci…………..…………………………..…32


xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1.1 Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan

Osilasi ½ inci (percobaan ke-1)......................................................22


Osilasi ½ inci (percobaan ke-2)......................................................22


Osilasi ½ inci (percobaan ke-3) .....................................................22


Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-1) .....................................................23












xv







Tabel 4.1.13 Data hasil Volume, Waktu, Debit, Daya Pompa dan Efisiensi

Pompa dengan Head 1,5 m dan Osilasi ½ inci...............................25


Pompa dengan Head 1,5 m dan Osilasi ⅜ inci...............................25


Pompa dengan Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci...............................25


Pompa dengan Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci...............................26

Tabel 4.1.17 Daya pemompaan rata-rata (Wp rata-rata)..........................................26

Tabel 4.2.1 Perhitungan Pompa Variasi Ketinggian Head................................27


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air adalah sumber kehidupan dan sumber daya alam yang tidak akan

pernah tergantikan untuk kebutuhan hidup manusia sehari-hari . Pada

umumnya air dipergunakan oleh masyarakat untuk minum, memasak,

mencuci dan untuk keperluan lainnya. Ketersediaan air di Indonesia sangat

melimpah namun pada umumnya sumber air terletak lebih rendah dari tempat

air tersebut dipergunakan sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkan

air dari sumber ke tempat yang memerlukan.

Pompa air yang kita kenal pada umumnya digerakkan dengan energi

minyak bumi (dengan motor bakar) atau energi listrik (motor listrik). Tetapi

belum semua daerah di Indonesia terdapat jaringan listrik atau belum memiliki

sarana transportasi yang baik sehingga bahan bakar minyak tidak mudah

didapat, disamping itu efek dari hasil pembakaran bahan bakar minyak selalu

menimbulkan polusi udara dan pencemaran lingkungan yang dapat

menimbulkan global warming, oleh sebab itu energi terbarukan yang ramah

lingkungan menjadi alternatif lain yang sangat penting dalam mengatasi

masalah tersebut.

Untuk kondisi daerah seperti itu umumnya penyediaan air dilakukan

dengan tenaga manusia yaitu membawanya dengan ember, menimba atau

dengan pompa tangan. Jika penyediaan


2

air dilakukan dengan tenaga manusia maka bukan hanya tenaga tetapi

waktu untuk melakukan kegiatan lain yang lebih produktif akan berkurang.

Alternatif lain adalah memanfaatkan sumber energi terbarukan untuk

memompa air, tergantung potensi yang ada di daerah tersebut. Maka sumber-

sumber energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan untuk memompa air

adalah energi air, angin atau energi surya. Pemanfaatan energi surya untuk

memompa air dapat dilakukan dengan dua cara yaitu menggunakan sel surya

atau menggunakan kolektor termal plat parabolik jenis tabung. Sel surya

masih merupakan teknologi yang tinggi dan mahal bagi masyarakat terutama

masyarakat di negara berkembang seperti Indonesia sehingga penerapannya

sangat terbatas. Disisi lain kolektor termal plat parabolik jenis tabung

merupakan teknologi yang sederhana dan murah sehingga mempunyai

peluang dimanfaatkan masyarakat untuk memompa air. Informasi tentang

unjuk kerja kolektor termal untuk memompa air atau yang lebih sering disebut

pompa air energi surya termal di Indonesia belum banyak dijumpai sehingga

perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinannya. Sebagai

simulasi pompa air energi surya termal, panas yang digunakan adalah panas

dari api.

1.2 Rumusan Masalah

Unjuk kerja pompa air energi termal tergantung pada lama waktu

penguapan fluida kerja dan lama waktu pengembunan uap. Waktu yang

diperlukan untuk penguapan tergantung pada efisiensi pompa dalam


3

mengumpulkan energi termal dan mengkonversikannya ke fluida kerja, juga

tergantung pada sifat-sifat dan jumlah awal fluida kerja dalam sistem. Pada

penelitian ini model pompa air energi termal yang digunakan yaitu dengan

evaporator 6 pipa paralel volume fluida kerja 135 cc, ketinggian head (1,5 m,

1,8 m dan 2 m), diameter selang osilasi (⅜ inci) dan (½ inci ). Diameter selang

osilasi bertujuan untuk mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp), daya spirtus

(Wspirtus), efisiensi pompa (ηpompa), waktu pemompaan (tout) dan besarnya

volume keluaran yang dihasilkan (V).

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

a. Membuat model pompa air energi termal jenis pulsajet air (water pulsejet)

menggunakan evaporator enam pipa paralel dengan volume 135 cc.

b. Mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp), daya spirtus (Wspirtus), efisiensi

pompa (ηpompa), waktu pemompaan (tout) dan besarnya volume keluaran

yang dihasilkan (V).

c. Membandingkan kinerja selang osilasi ⅜ inci dengan selang osilasi ½ inci.

1.4 Batasan Masalah

Batasan-batasan yang di ambil pada penelitian ini adalah :

a. Pompa air energi termal menggunakan evaporator 6 pipa paralel 135 cc

dengan dua pipa hisap dan sumber panas menggunakan bahan bakar

spirtus.


4

b. Fluida kerja yang digunakan adalah air.

c. Ketinggian head pemompaan 1.5 m, 1.8 m.

d. Diameter selang osilasi ⅜ inci dan ½ inci.

1.5 Manfaat

Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini yaitu :

a. Menambah kepustakaan teknologi pompa air energi termal.

b. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat

prototipe dan produk teknologi pompa air dengan energi termal yang dapat

diterima masyarakat sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan.

c. Mengurangi ketergantungan penggunaan minyak bumi dan listrik.


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan

Penelitian pompa energi panas berbasis motor stirling dapat secara

efektif memompa air dengan variasi head antara 2 – 5 m (Mahkamov,

2003).

Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa

ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56

% (Smith, 2005).

Penelitian pompa air energi panas surya memperlihatkan bahwa waktu

pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin

masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995).

Penelitian secara teoritis pompa air energi panas 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).

Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air

energi panas surya pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa

jumlah siklus/ hari tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan

waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan

tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pengembunan

tergantung pada luasan optimum koil pendingin (Wong, 2001).


6

2.2 Dasar Teori

Pompa air energi termal umumnya adalah pompa air energi termal dengan

jenis pulsajet air (water pulsejet), pompa air energi termal dengan jenis

fluidyn pump dan pompa air energi termal dengan jenis nifte pump. Pada

penelitian ini dibuat pompa energi termal jenis pulsajet air (water pulsejet)

dengan menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air

energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.

Untuk jenis-jenis pompa air dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Keterangan :

1. Fluida air

2. Sisi uap

3. Sisi panas

4. Sisi dingin

5. Tuning pipe

6. Katup hisap

7. Katup buang

Gambar 2.2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulsajet Air (Water

Pulsejet)


7

Keterangan :

1. Displacer

2. Penukar panas

3. Pemicu regenerasi

4. Penukar panas

5. Tuning pipe

6. Katup hisap

7. Katup buang

8. Sisi volume mati

9. Pengapung

Gambar 2.2.2 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump

Keterangan :

1. Kekuatan piston

2. Beban

3. Silinder displacer

4. Evaporator

5. Kondenser

6. Katup

7. Saturator

8. Difusi kolom

9. Perpindahan panas

Gambar 2.2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump


8

Discharge Suction

Gambar 2.2.4 Pompa air energi termal jenis fluidyn pump

Discharge Suction

Gambar 2.2.5 Pompa air energi termal jenis nifte pump


9

Gambar 2.2.6 Pompa air energi termal jenis water pulsejet

Keterangan pompa :

1. Tuning pipe 7. Selang keluaran

2. Kran osilasi 8. Evaporator

3. Gelas ukur 9. Pendingin

4. Tangki hisap 10. Kran pengisi fluida

5. Katup hisap satu arah 11. Rangka

6. Katup buang satu arah


10

Gambar 2.2.7 Evaporator pompa air energi termal jenis water pulsejet

2.3 Penerapan Rumus

Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu

(detik) dapat dihitung dengan persamaan:

t

VQ (2.1)

dengan:

V : volume air (m³)

t : waktu yang diperlukan (detik)

Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:

Wp = ρ.g.Q.H

(2.2)

dengan:

ρ : massa jenis air (kg/m3)

g : percepatan gravitasi (m/s2)


11

Q : debit pemompaan (m3/s)

H : head pemompaan (m)

Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

t

TcmW

p

spirtus

.. (2.3)

dengan :

mair : massa air (kg)

Cp : panas jenis air ( CkgJ )

ΔT : kenaikan temperatur (oC) atau

kenaikan suhu (T3) dikurangi suhu air awal (T0 = 25ºC)

t : waktu yang diperlukan untuk pemanasan (detik)

Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya

pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya

fluida yang dihasilkan . Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

(2.4)

dengan :

Wp : daya pemompaan (watt)

Wspirtus : daya spritus (watt)

%100 xW

W

spirtus

P

pompa


12

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Deskripsi Alat

Adapun skema alat penelitian pompa air energi termal menggunakan

evaporator enam pipa paralel 135 cc dengan dua pipa hisap dapat dilihat

pada Gambar 3.1.1.

Gambar 3.1.1 Skema alat penelitian


13

Keterangan pompa :

1. Evaporator 7. Katup hisap satu arah

2. Kotak Pemanas (spirtus) 8. Tangki air hisap

3. Corong Air Keluaran 9. Selang Osilasi ½ inci

4. Gelas ukur 10. Selang Osilasi ⅜ inci

5. Selang air keluaran 11. Kran Osilasi

6. Katup buang satu arah 12. Kerangka

Evaporator :

Bahan : Pipa Tembaga

Gambar 3.1.2 Detail Evaporator


14

Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 5 komponen utama yaitu:

1. Enam buah evaporator menggunakan bahan dari pipa tembaga dengan

panjang masing-masing 79 cm sebagai bagian yang dipanasi.

2. Kotak pemanas/pembakar dengan bahan bakar spirtus.

3. Pendingin menggunakan air dari kondensor (thermosifon).

4. Pompa termal evaporator paralel ini dilengkapi dua katup satu arah

pada sisi masuk dan sisi keluar.

5. Tuning pipe atau pipa osilasi dengan diameter ⅜ inci dan ½ inci.

3.2 Prinsip Kerja Alat

Prisip kerja pompa dapat dijelaskan sebagai berikut :

Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsajet (water pulsejet

pump). Kondensor yang digunakan berbentuk pipa pvc. Pada penelitian ini

menggunakan satu macam pendingin sebagai pendingin kondenser

digunakan air dalam tangki yang dihubungkan ke kondenser dengan pipa

evaporator. Tangki diletakkan lebih tinggi dari kondenser agar air pendingin

dapat bersirkulasi secara alami.

Evaporator dan sistem yang berisi air mula mula dipanaskan dengan

pemanas bahan bakar spirtus. Evaporator berfungsi untuk menguapkan

fluida kerja air sehingga terjadi osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan

yang cukup air dalam sistem terdorong keluar melalui saluran buang,

kemudian uap mengalami pengembunan. Pengembunan uap ini

menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau


15

vakum) sehingga air dari sumber masuk atau terhisap mengisi sistem, dan

proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap yang baru dari

evaporator masuk ke dalam pompa. Setiap satu langkah tekan pompa

(karena uap bertekanan masuk pompa) dan satu langkah hisap (karena uap

mengembun karena pendinginan) disebut satu siklus namun siklus ini

berlangsung cepat. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing-

masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah

tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.

3.3 Variabel Yang Divariasikan

Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu:

1. Variasi ketinggian head yaitu 1,5 m, 1,8 m.

2. Variasi diameter selang osilasi yaitu ⅜ inci dan ½ inci.

3. Variasi posisi evaporator.


16

Berikut ini adalah skema gambar variabel yang divariasikan :

Gambar 3.3.1 Variasi Ketinggian Head


17

Gambar 3.3.2 Variasi Diameter Selang Osilasi

Gambar 3.3.3 Variasi Posisi Evaporator


18

3.4 Variabel Yang Diukur

Variabel-variabel yang diukur yaitu temperatur suhu air awal (T0),

temperatur sisi bawah pemanas spirtus (T1), temperatur sisi atas evaporator

(T2), temperatur air di dalam gelas ukur (T3), temperatur udara sekitar atau

lingkungan (T4). Debit (Q), daya pompa (Wp), efisiensi pompa (ηpompa) dan

daya spirtus (Wspirtus).

Gambar 3.4.1 Posisi Termokopel Pada Pompa


19

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data

Metode pengumpulan data yaitu cara-cara memperoleh data. Metode yang

digunakan untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung.

Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah

dibuat.

Langkah – langkah pengambilan data pompa :

1. Alat diatur pada ketinggian head 1,5 m, 1,8 m.

2. Mengatur penggantian diameter selang osilasi yang akan dipakai.

3. Mengatur penggantian jumlah volume spirtus (volume spirtus masing-

masing 100 cc)

4. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem.

5. Memasang termokopel dan alat ukur yang digunakan.

6. Mengisi bahan bakar spirtus.

7. Mulai penyalaan pemanas evaporator.

8. Mencatat suhu T0, T1, T2, T3, T4, waktu yang diperlukan (t) dan

volume air yang dihasilkan pompa (V).

9. Pengambilan data dilakukan sebanyak 3 data tiap 3 menit.

10. Ulangi no 1 – 8 pada variasi yang selanjutnya.

3.6 Analisa Data

Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : temperatur

suhu air awal (T0), temperatur sisi bawah pemanas spirtus (T1), temperatur

sisi atas evaporator (T2), temperatur air di dalam gelas ukur (T3),


20

temperatur udara sekitar (T4), volume output air (V) dan waktu pemompaan

(t) untuk menghitung debit aliran air (Q) pada variasi tertentu. Tinggi head

(H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) untuk menghitung daya pompa

(Wp) dan efisiensi pompa (ηpompa).

Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan :

waktu dengan daya pemompaan dan efisiensi pompa.

3.7 Peralatan Pendukung

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

a. Solar Meter

Alat ini berfungsi untuk melihat radiasi surya yang datang dalam W/m2.

b. Stopwatch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir.

c. Gelas Ukur

Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari

pompa air setelah jangka waktu tertentu.

d. Ember

Ember digunakan untuk menampung air yang akan dihisap. Air didalam

ember ini juga dijaga ketinggiannya agar sama dari waktu ke waktu

dengan cara diisi secara terus menerus.

e. Thermo Logger

Alat ini digunakan untuk mengukur suhu pada kolektor, dan suhu air

kondensor per menit.


21

f. Adaptor

Alat ini digunakan untuk merubah arus AC menjadi arus DC. Adaptor

yang digunakan memiliki tegangan 12 Volt.

g. Termokopel

Digunakan untuk mendeteksi suhu dan menghubungkan ke display.

h. Kerangka

Kerangka digunakan sebagai tempat dimana pompa dipasang dan juga

untuk mengatur head.


22

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Pada pengambilan data penelitian ini diperoleh data pompa sebagai berikut :


Osilasi ½ inci (percobaan ke-1).

Waktu (menit) T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) Volume (ml)

0 78 54 28 27 0

3 184 72 44 28 1000

6 203 74 48 28 1480

9 171 83 45 27 400

10,09 134 85 37 27 50




0 99 62 28 27 0

3 163 74 45 27 800

6 178 75 49 28 1500

9 155 81 48 27 500

10,2 136 84 35 27 20




0 103 70 28 27 0

3 173 77 50 27 1100

6 195 78 50 27 1300

9 154 86 42 27 150

9,2 131 90 35 27 10


23


Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-1).


0 53 34 28 27 0

3 129 75 38 27 1000

6 187 77 38 27 2600

9 164 83 38 27 800

10,09 134 96 33 27 20




0 97 65 28 27 0

3 139 74 43 27 1200

6 163 77 41 27 2350

9 157 83 42 27 900

10,20 129 75 32 27 30




0 91 59 27 27 0

3 152 68 43 28 1200

6 180 74 43 28 2400

9 165 78 43 27 900

10,10 144 75 35 27 30




0 98 72 28 28 0

3 187 72 45 27 600

6 214 75 51 27 700

9 186 83 43 28 100

9,56 157 83 37 27 10


24




0 97 71 28 28 0

3 198 76 48 28 700

6 220 76 53 28 900

9 185 83 43 28 100

9,5 147 89 36 27 10




0 96 57 28 28 0

3 172 80 48 28 500

6 196 76 51 27 500

9 160 83 35 27 50

9,31 146 86 32 27 5




0 57 30 27 27 0

3 91 68 46 28 500

6 181 72 53 27 400

9 168 78 49 27 200

10,15 139 88 33 28 51




0 98 67 27 27 0

3 152 70 49 27 750

6 182 73 49 28 800

9 160 78 43 28 200

10,08 139 83 33 28 20


25




0 98 70 28 28 0

3 178 69 48 28 800

6 212 72 50 28 1000

9 193 78 45 27 300

10,2 145 83 34 28 10


Pompa dengan Head 1,5 m dan Osilasi ½ inci

Volume Waktu Debit Daya pompa Efisiensi pompa

(V) (t) (Q) (Wp) (ηpompa)

2930 605 290,39 0,07 0,13

2820 612 276,47 0,07 0,12

2560 612 278,26 0,07 0,12


Pompa dengan Head 1,5 m dan Osilasi ⅜ inci



4420 605 438,06 0,11 0,31

4480 612 439,22 0,11 0,26

4530 606 448,51 0,11 0,24


Pompa dengan Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci



1410 572 147,49 0,04 0,07

1710 570 180 0,05 0,09

1055 559 113,40 0,03 0,06


26


Pompa dengan Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci



1151 615 113,40 0,03 0,06

1770 605 175,60 0,05 0,10

2110 612 206,86 0,06 0,11

Tabel 4.1.17 Daya pemompaan rata-rata (Wp rata-rata)

Head 1,5 m

dan Osilasi

Head 1,5 m

dan Osilasi

Head 1,8 m

dan Osilasi

Head 1,8 m

dan Osilasi

½ inci ⅜ inci ½ inci ⅜ inci

0,07 0,11 0,04 0,05

4.2 Perhitungan

4.2.1 Perhitungan Pompa

Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.2.1,

head 1,5 m dan osilasi ½ inci dengan variasi bukaan kran terbuka penuh :

Perhitungan nilai Q ( debit ), dimana besarnya volume keluaran sebesar 2930

ml (0,00293 m3) , dan waktu yang diperlukan selama 10,09 menit (605 detik),

sehingga debit yang dihasilkan :

s

Q

/m 00000484,0

detik 605

m 0,00293

menit 10,09

ml 2930

3

3

Daya pemompaan (Wp) yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:

msmsmmkgWp 5,1./ 00000484,0./ 8,9./ 1000 323

= 0,071 watt


27

Daya spirtus (Wspirtus) yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

detik 605

C)).(15,4kgJ kg).(4200 (0,5 CWspirtus

= 53,45 watt

Efisiensi pompa (ηpompa) dapat dihitung dengan persamaan :

ηpompa = watt53,45

watt0,07 x 100 %

= 0,13 %

Untuk perhitungan selanjutnya terdapat dalam tabel berikut :

Tabel 4.2.1 Perhitungan Pompa Variasi Ketinggian Head

Data Head Osilasi Q Wp Wspirtus ηpompa ∆T t

(m) (inci) (m³/s) (watt) (watt) (%) (°C) (detik)

I 1,5 ½ 0,000004843 0,07 53,45 0,13 15,40 605

II 1,5 ½ 0,000004608 0,07 54,90 0,12 16,00 612

III 1,5 ½ 0,000004183 0,07 54,90 0,12 16,00 612

I 1,5 ⅜ 0,000007306 0,11 34,71 0,31 10,00 605

II 1,5 ⅜ 0,000007320 0,11 41,86 0,26 12,20 612

III 1,5 ⅜ 0,000007475 0,11 45,74 0,24 13,20 606

I 1,8 ½ 0,000002465 0,04 58,01 0,07 15,80 572

II 1,8 ½ 0,000003000 0,05 61,16 0,09 16,60 570

III 1,8 ½ 0,000001887 0,03 51,84 0,06 13,80 559

I 1,8 ⅜ 0,000001872 0,03 56,68 0,06 16,60 615

II 1,8 ⅜ 0,000002926 0,05 52,76 0,10 15,20 605

III 1,8 ⅜ 0,000003448 0,06 54,90 0,11 16,00 612


28

4.3 Pembahasan

Gambar 4.1 dan 4.2 merupakan grafik hubungan antara daya pemompaan

terhadap debit pada variasi head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ½ inci dan ⅜

inci. Dari gambar tersebut untuk head 1,5 m tidak terjadi peningkatan daya

pemompaan yang signifikan. Sedangkan untuk head 1,8 m terjadi peningkatan

daya pemompaan yang signifikan. Daya pemompaan terbesar yang dihasilkan

adalah 0,11 watt terdapat pada variasi ketinggian head 1,5 m dengan osilasi ⅜

inci.

Gambar 4.1 Hubungan Daya (Wp) dengan Debit (Q) pada variasi Head 1,5

m, Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci.


Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci.


29

Gambar 4.3 dan 4.4 merupakan grafik hubungan antara efisiensi pemompaan

terhadap debit pada variasi head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ½ inci dan ⅜

inci. Dari gambar tersebut untuk head 1,5 m dan head 1,8 m dengan osilasi ½

inci tidak terjadi peningkatan efisiensi pemompaan yang signifikan. Sedangkan

untuk head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ⅜ inci terjadi peningkatan daya

pemompaan yang signifikan. Efisiensi pemompaan terbesar yang dihasilkan

adalah 0,31 % terdapat pada variasi ketinggian head 1,5 m dengan osilasi ⅜

inci.

Gambar 4.3 Hubungan Efisiensi Pompa (η) dengan Debit (Q) pada variasi

Head 1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci.

Gambar 4.4 Hubungan Efisiensi Pompa (η) dengan Debit (Q) pada variasi

Head 1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci.


30

Gambar 4.5 dan 4.6 merupakan grafik hubungan antara debit terhadap osilasi

pada variasi head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ½ inci. Dari gambar tersebut

untuk head 1,5 m tidak terjadi peningkatan debit yang signifikan. Sedangkan

untuk head 1,8 m terjadi peningkatan debit yang signifikan. Debit terbesar yang

dihasilkan adalah 0,000004843 m3/s terdapat pada variasi ketinggian head 1,5

m dengan osilasi ½ inci.


dan Osilasi ½ inci.


dan Osilasi ½ inci.


31

Gambar 4.7 dan 4.8 merupakan grafik hubungan antara debit terhadap osilasi

pada variasi head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ⅜ inci. Dari gambar tersebut

untuk head 1,5 m tidak terjadi peningkatan debit yang signifikan. Sedangkan

untuk head 1,8 m terjadi peningkatan debit yang signifikan. Debit terbesar yang

dihasilkan adalah 0,000007475 m3/s terdapat pada variasi ketinggian head 1,5

m dengan osilasi ⅜ inci.


dan Osilasi ⅜ inci.


dan Osilasi ⅜ inci.


32

Gambar 4.9 dan 4.10 merupakan grafik hubungan antara debit terhadap

osilasi pada variasi head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ⅜ inci dan ½ inci.

Dari gambar tersebut untuk head 1,5 m dan head 1,8 m debit yang

dihasilkan dengan osilasi ⅜ inci lebih besar dibandingkan dengan osilasi ½

inci. Debit terbesar yang dihasilkan adalah 0,000007475 m3/s terdapat pada

variasi ketinggian head 1,5 m dengan osilasi ⅜ inci.


Osilasi ⅜ inci dan ½ inci.


Osilasi ⅜ inci dan ½ inci.


33

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah :

1. Membuat model pompa air energi termal jenis pulsajet air (water

pulsejet) menggunakan evaporator 6 pipa paralel 135 cc dengan

dua pipa hisap.

2. Debit (Q) maksimum yang diperoleh adalah 0,000007475

terdapat pada variasi head 1,5 m dengan selang osilasi ⅜ inci.

Daya pompa (Wp) maksimum yang diperoleh adalah 0,11 watt


Efisiensi pompa (ηpompa) maksimum yang diperoleh adalah 0,31 %


Waktu pemompaan (t) maksimum yang diperoleh adalah 615 detik


Besarnya volume air (V) maksimum yang dihasilkan adalah 4530

ml (0,00453 m3) terdapat pada variasi head 1,5 m dengan selang

osilasi ⅜ inci.

3. Ukuran diameter selang osilasi dan ketinggian head sangat

berpengaruh terhadap kinerja pompa, dalam penelitian ini ukuran

diameter selang osilasi ⅜ inci dan ketinggian head 1,5 m lebih


34

efektif dibandingkan dengan selang osilasi ½ inci dan ketinggian

head 1,8 m.

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan adalah :

1. Periksa dan pastikan tidak ada kebocoran pada pompa maupun

sambungan pada selang agar tidak mempengaruhi kerja sistem.

2. Kurangi belokan atau pengecilan penampang pada sistem pompa,

agar pompa memiliki kinerja yang baik.

3. Pastikan posisi katup hisap dan katup buang vertikal searah keatas

dan pastikan posisi katup tidak miring karena akan memungkinkan

terjadinya kebocoran pada katup tersebut.

4. Dalam pengisian sistem pompa dengan fluida kerja khususnya

pada bagian evaporator harus terisi sempurna tanpa ada udara yang

terjebak di dalamnya, agar pompa memiliki kinerja yang baik.

5. Usahakan selang osilasi dibuat tinggi agar pada saat pompa mulai

bekerja fluida dalam selang tidak keluar karena akan

mempengaruhi kerja sistem.


35

DAFTAR PUSTAKA

Mahkamov, K.; Djumanov, D., Thermal Water Pumps On The Basis Of Fluid

Piston Solar Stirling Engine. 1st International Energy Conversion

Engineering Conference, 17-21 August 2003, Portsmouth, Virginia.

Smith, Thomas. C. B, (2005), Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle

Liquid-Piston Engines . Pages 1-3.

Sumathy, K.; Venkatesh, A.; Sriramulu, V., (1995). The importance of the

condenser in a solar water pump, Energy Conversion and Management,

Volume 36, Issue 12, December 1995, Pages 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, Pages 915-927.

Wong, Y.W.; Sumathy, K., (2001). Thermodynamic analysis and optimization of

a solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume 21,

Issue 5, April 2001, Pages 613-627.


36

LAMPIRAN


37

Gambar 1. Evaporator Gambar 2. Thermo logger

Gambar 3. Tangki hisap Gambar 4. Katup tekan


38

Gambar 5. Katup hisap Gambar 6. Adaptor

Gambar 7. Gelas ukur Gambar 8. Pompa air energi termal


PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI - core.ac.uk fileevaporator, (2) pemanas, (3) pendingin dan...

Documents

Transcript of PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI - core.ac.uk fileevaporator, (2) pemanas, (3) pendingin dan...