i
POMPA AIR PULSE JET ENERGI TERMAL
DENGAN EVAPORATOR MIRING
Tugas akhir
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
Memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
NASIUS SARTONO
NIM : 065214032
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2010
ii
THERMAL ENERGY PULSE JET WATER PUMP
WITH SLOPING EVAPORATOR
Final project
Presented as partitial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by
NASIUS SARTONO
NIM : 065214032
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2010
iii
iv
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
diterbitkan oleh orang lain. Sehingga karya tulis yang kami buat ini adalah asli karya
tim penulis.
Yogyakarta 27 Juli 210
penulis
vi
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya Mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
NAMA : NASIUS SARTONO
NIM : 065214032
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
POMPA AIR PULSE JET ENERGI TERMAL
DENGAN EVAPORATOR MIRING
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 maupun
memberikan royalti kepada saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagai
penulis. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta 27 Juli 210
Yang menyatakan,
Nasius Sartono
vii
INTISARI
Air menjadi kebutuhan pokok manusia dan dalam pemanfaatannya selalu dibutuhkan energi, baik energi manusia maupun energi mekanik yang dalam penyediaannya perlu biaya tinggi. Untuk penghematan energi perlu diadakannya rekayasa energi misalkan rekayasa energi matahari selain ramah lungkungan energi ini juga selalu tersedia sepanjang masa, selain energi matahari sumber energi lain di dunia adalah angin dan air. Sumber energi ini belum dimanfaatkan secara optimal dalam pengembangan teknologi khususnya teknologi sederhana dan tepat guna. Pada kesempatan ini penulis mengadakan penelitian pompa energi termal jenis water pulse jet dengan kemiringan evaporator 40o, hal ini dimaksudkan untuk pengembangan lebih lanjut dengan menggunakan energi surya. Adapun tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti, yaitu mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi (η pompa). Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 4 komponen utama yaitu, (1) Rangkaian katup, (2) Pipa osilasi atau tuning pipe, (3) Evaporator, (4) Pemanas. Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu, (1) Variasi diameter selang osilasi, (2) Variasi ketinggian head, (3) variasi api ( daya pemanas). Variabel-variabel yang diukur antara lain, (1) Temperatur evaporator sisi uap (T1) , (2) Temperatur evaporator sisi bagian bawah (T2), (3) Temperatur air keluaran (T3). Hasil penelitian menunjukkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.11 watt terdapat pada variasi head: 3 m, pemanas: 1470 watt, diameter selang osilasi ½ inci, dan debit 238.9 ml/menit. Efisiensi pompa (η pompa) maksimum 0,00720% terdapat pada variasi head: 3 m, pemanas: 1470 watt, diameter selang osilasi ½ inci, dan debit 238.9 ml/menit. Debit (Q) maksimum 256.7 ml/menit terdapat pada variasi pemanas: 1470 watt, head: 2 m, diameter selang osilasi ½ inci.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas kasih
dan karunia yang telah diberikan, 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 Pulse
Jet Energi Termal Dengan Evaporator Miring ” ini karena adanya bantuan dan
kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima
kasih kepada:
1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
3. Ir. FA Rusdi Sambada, M.T. Selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang
telah memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Ir. YB. Lukiyanto, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
5. Seluruh Dosen Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Sanata Dharma.
6. Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah
memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas yang diperlukan dalam
penelitian ini.
ix
7. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna,
maka penulis terbuka untuk menerima keritik 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.
Yogyakarta 27 Juli 2010
Penulis
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i
TITLE PAGE ................................................................................................ ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ......................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ....................................................... v
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ....... vi
INTISARI ...................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ................................................................................... viii
DAFTAR ISI .................................................................................................. x
DAFTAR TABEL ......................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xviii
BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................. 1
1.l Latar Belakang ................................................................................ 1
1.2 Perumusan Masalah ........................................................................ 2
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ....................................................... 2
xi
BAB II. DASAR TEORI ............................................................................... 4
2.1 Penelitian Yang Pernah Dialakukan .............................................. 4
2.2 Dasar Teori ..................................................................................... 6
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 ..................................................................... 17
3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ........................................ 18
3.6 Analisa Data ................................................................................... 18
3.7 Peralatan Pendukung ....................................................................... 19
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 20
4.1 Data Penelitian ................................................................................ 20
4.2 Perhitungan ..................................................................................... 34
4.2.1. Perhitungan Pompa ............................................................... 34
4.3 Grafik dan Pembahasan Pompa ...................................................... 39
xii
BAB V. PENUTUP ........................................................................................ 55
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 55
5.2 Saran ................................................................................................ 55
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 57
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
4.1 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.2 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.3 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,
head:2 m, diameter selang osilasi: 3/inci..........................................................
4.4 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,
Head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci......................................................
4.5 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.6 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci......................................................
4.7 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt,
head: 2 m diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.8 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.9 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.10 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m,
pemanas: 1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................
20 20 21 21 21 22 22 22 23 23
xiv
4.11 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.12 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.13 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.14 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.15 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.16 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.17 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.18 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci.......................................................
4.19 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt,
head: 2 m diameter selang osilasi: 1/2 inci...................................................
4.20 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci......................................................
4.21 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci......................................................
23 24 24 24 25 25 25 26 26 26 27
xv
4.22 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci.......................................................
4.23 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci.......................................................
4.24 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci.......................................................
4.25 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci.......................................................
4.26 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci......................................................
4.27 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,
head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci.......................................................
4.28 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, pemanas:
1470 watt diameter selang osilasi: 1/2 inci........................................................
4.29 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 1/2 inci.......................................................
4.30 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 1/2 inci....................................................
4.31 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head:2 m, pemanas:
1470 watt diameter selang osilasi: 1/2 inci........................................................
4.32 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head:2 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 1/2 inci.......................................................
27 27 28 28 28 29 29 29 30 30 30
xvi
4.33 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head:2 m, pemanas:
1470 watt diameter selang osilasi: 1/2 inci........................................................
4.34 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head:3 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 1/2 inci.......................................................
4.35 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head:3 m, pemanas:
1470 watt, diameter selang osilasi: 1/2 inci.......................................................
4.36 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head:3 m, pemanas:
1470 watt diameter selang osilasi: 1/2 inci........................................................
4.37 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
3/8 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m..........................................................
4.38 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
3/8 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m..........................................................
4.39 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
3/8 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m..........................................................
4.40 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
1/2 inci, pemanas: 1470 watt, head:..................................................................
4.41 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
1/2 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m...........................................................
4.42 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
1/2 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m..........................................................
4.43 Data perhitungan daya spritus...........................................................................
4.44 Perhitungan pompa variasi api dengan diameter selang osilasi: ⅜ inci
head: 2 m.........................................................................................................
31 31 31 32 32 32 33 33 33 34 35 36
xvii
4.45 Perhitungan pompa variasi api dengan diameter selang osilasi: ½ inci
head: 2 m.........................................................................................................
4.46 Perhitungan pompa variasi head dengan diameter selang osilasi: ⅜ inci
pemanas 1470 watt...........................................................................................
4.47 Perhitungan pompa variasi head dengan diameter selang osilasi: ½ inci
pemanas 1470 wat............................................................................................
4.48 Perhitungan pompa dengan variasi diameter selang osilasi, dengan head: 2m
pemanas 1470 watt...........................................................................................
37 38 38 38
xviii
DAFTAR GAMBAR
2.1. Gambar pompa air energi termal jenis pulsajet air ..................................... 6
2.2. Gambar pompa air energi termal jenis fluidyn pump .................................. 7
2.3. Gambar pompa air energi termal jenis nifte pump ...................................... 7
2.4. Gambar pompa air energi termal jenis water pulse jet................................ 8
2.5. Evaporator tegak pompa air energi termal jenis water pulse jet ............... 8
2.6. Gambar pharaoh pump saat siklus hisap.................................................... 9
2.7. Gambar pharaoh pump saat siklus buang................................................... 9
3.1 Gambar skema alat penelitian..................................................................... 12
3.2 Gambar detail evaporator............................................................................ 13
3.3 Gambar variasi pemanas............................................................................. 15
3.4 Gambar variasi head.................................................................................... 16
3.5 Gambar variasi diameter selang osilasi....................................................... 16
3.6 Gambar posisi termokopel pada pompa...................................................... 17
4.1 Grafik hubungan variasi diameter selang osilasi dengan daya pompa, pada
head: 2m, pemanas: 1470 watt.................................................................... 39
4.2 Grafik hubungan variasi diameter selang osilasi dengan efisiensi pompa,
pada head: 2m, pemanas: 1470 watt…….................................................... 40
xix
4.3 Grafik hubungan pemanas dengan daya pompa pada head: 2 m .............. 41
4.4 Grafik hubungan pemanas dengan efisiensi pompa pada head: 2 m…..... 41
4.5 Grafik hubungan head dengan daya pompa pada pemanas: 1470 watt.... 42
4.6 Grafik hubungan head dengan efisiensi pompa pada pemanas:
1470 watt....…………………………………………………………….. 43
4.7 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas:
1470 watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ½ inci……………...
4.8 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas:
1102.5 watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ½ inci…………...
4.9 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 735
watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ½ inci...............................
4.10 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi variasi pemanas:
1470 watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci......................
4.11 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 1 m,
pemanas: 1102.5 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci…………….
4.12 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 2 m,
pemanas: 735 watt, dan diameter selang osilasi: ½ inci..........................
4.13 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 3 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ½ in………………...
4.14 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 1 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ½ inci……………....
44 45 45 46 46 47 47 48
xx
4.15 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 2 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ½ inci…………..…..
4.16 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 3 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci…....................
4.17 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 2 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci. ……………....
4.18 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 3 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci. ………………
4.19 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T1 (temperatur
bagian atas evaporator / uap), selang osilasi: ⅜ inci, head 2 m………...
4.20 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T2 (temperatur
bagian bawah evaporator), selang osilasi: ⅜ inci, head 2 m………........
4.21 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T1 (temperatur
bagian atas evaporator / uap), selang osilasi: ½ inci, head 2 m……….
4.22 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T2 (temperatur
bagian bawah evaporator), selang osilasi: ½ inci, head 2 m……………
48 49 49 50 51 51 53 54
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan pokok manusia bahkan semua makhluk hidup
membutuhkannya, dalam pemanfaatannya selalu dibutuhkan energi untuk
memindahkan dari suatu tempat ketempat lain baik dengan energi manusia ataupun
energi listrik seperti pompa dengan energi listrik atau jenis pompa yang
menggunakan sumber energi minyak bumi yang dapat meringankan kerja manusia,
tetapi semua itu memiliki dampak yaitu pembakaran dari sumber energi selalu
menimbulkan polusi udara dan pencemaran lingkungan yang dapat menimbulkan
global warming, oleh sebab itu energi terbarukan yang ramah lingkungan menjadi
alternatif penting dalam mengatasi masalah tersebut. Selain itu belum semua daerah
di Indonesia dapat menikmati jaringan listrik dan penggunaan energi listrik
menyebabkan biaya penyediaan air menjadi lebih mahal, sehingga mengurangi
kemampuan masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain.
Sumber energi terbesar di dunia adalah energi matahari selain ramah
lungkungan energi ini juga selalu tersedia sepanjang masa, selain energi matahari
sumber energi lain di dunia adalah angin dan air. Sumber energi ini belum
dimanfaatkan secara optimal dalam pengembangan teknologi khususnya teknologi
sederhana dan tepat guna.
2
Pada kesempatan ini penulis mengadakan penelitian pompa energi termal
jenis water pulse jet dengan kemiringan evaporator 40o, hal ini dimaksudkan untuk
pengembangan lebih lanjut dengan menggunakan energi surya. Dalam memanfaatkan
energi surya tersebut bisa menggunakan kolektor plat parabolik jenis tabung sehingga
mempunyai peluang dimanfaatkan dalam masyarakat untuk diaplikasikan sebagai
teknologi sederhana dan tepat guna.
1.2. Perumusan Masalah
Pada penelitian ini membuat model pompa air energi termal dengan kemiringan
evaporator 400, ketinggian head ( 1 m, 2 m, dan 3 m ), diameter selang osilasi ( ⅜ inci
dan 1/2 inci ), daya pemanas 735 watt, 1102.5 watt, dan 1470 watt, mengetahui debit
(Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η pompa). waktu pemompaan (t out) dan
besarnya volume keluaran yang dihasilkan (V).
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian adalah:
Mengetahui kinerja pompa air energi termal jenis pulsa jet air (Water Pulse
Jet) dengan posisi kemiringan evaporator 40o, dengan menghitung debit (Q),
daya pompa (Wp) dan efisiensi (η pompa).
3
Adapun manfaat dari penelitian adalah:
1. Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.
2. Menambah pengetahuan tentang pompa air energi termal.
3. Dapat dikembangkan menjadi pompa air energi surya.
4
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).
5
Pemodelan pompa air energi surya dengan kolektor pelat datar, dari gerafik data
diketahui suhu tertinggi mencapai 60 0C dengan demikian diperlukan fluida kerja
yang memiliki titik didih dibawah 60 0C, unjuk kerja wash benzene yang titik
didihnya 40 0C bisa deterapkan sebagai fluida kerja ( Triyono setiyo nugroho, V.
Erwan widyarto. W, Bima tambara putra, 2009 )
Pompa air energi termal dengan evaporator 26 cc dan pemanas 78 watt,
menunjukkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.119 watt pada variasi
ketinggian head 1,75 m, bukaankran 0 ºC dan pendingin udara, efisiensi pompa
(ηpompa) maksimum 0,152 % padavariasi ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0 ºC
dan pendingin udara, debit (Q) maksimum 0,417 (liter/menit) pada variasi ketinggian
head 1,75, bukaan kran 0 ºC dan pendingin udara (Widagdo, 2009).
Pompa air energi termal dengan evaporator 44 cc dan pemanas 78 watt, dari
data yang diperoleh menunjukkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.167 watt
pada variasi ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0 ºC dan pendingin udara, efisiensi
pompa (ηpompa) maksimum 0,213 % pada variasi ketinggian head 1,75 m, bukaan
kran 0 ºC dan pendingin udara, debit (Q) maksimum 0,376 (liter/menit) pada variasi
ketinggian head 1,75, bukaan kran 0 ºC dan pendingin udara (Triyono Setiyo
Nugroho, 2009).
6
2.2.Dasar Teori
Ada berbagai jenis Pompa air energi termal diantaranya adalah pompa air energi
termal dengan jenis pulsa jet air (water pulse jet), 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 pulsa jet air (water pulse jet) 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 2.1 Pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet)
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 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 2.3 Pompa air energi termal jenis nifte pump .
8
Keterangan :
1. Tuning pipe
2. Kran osilasi
3. Gelas ukur
4. Tangki hisap
5. Katup hisap satu arah
6. Katup buang satu arah
7. Selang keluaran
8. vaporator
9. Pendingin
10. Kran pengisi fluida
11. Rangka
Gambar 2.4 Pompa air energi termal jenis water pulse jet.
Gambar 2.5 Evaporator tegak pompa air energi termal jenis water pulse jet.
9
Gambar 2.6 Pharaoh pump saat siklus hisap.
Gambar 2.7 Pharaoh pump saat siklus buang.
10
Debit pemompaan yaitu jumlah volume air yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik)
dapat dihitung dengan persamaan:
tVQ = (2.1)
dengan:
v : volume air (ml)
t : waktu yang diperlukan (detik)
Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:
HQgPW ...ρ= (2.2)
dengan:
ρ : massa jenis air (kg/m3)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
Q : debit pemompaan (m3/s)
H : head pemompaan (m)
Daya spirtus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
tTcm
W pspirtus
∆=
.. (2.3)
11
dengan :
mair : massa air (kg)
Cp : panas jenis air (J/K)
∆ T : kenaikan temperatur (o C)
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)
Wspritus : daya spirtus (watt)
WspritusW P
pompa =η
12
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Deskripsi Alat
Pompa termal yang digunakan dalam penelitian ini adalah pompa air jenis pulsa
jet (water pulse jet pump), dengan kemiringan evaporator 40o. Berikut ini adalah
gambar skema alat penelitian.
Pompa termal
Gambar 3.1 Skema alat penelitian.
13
Keterangan pompa :
1. Selang osilasi 1/2 inci 8. Katup buang satu arah
2. Selang osilasi 3/8 inci 9. Katup hisap satu arah
3. Kran osilasi 10. Tangki hisap
4. Rangka 11. Tutup saluran udara
5. Corong air keluaran 12. Kaleng spirtus
6. Gelas ukur 13. Evaporator
7. Selang air keluaran
Evaporator
Bahan : pipa tembaga.
Diameter : 3/8 inci.
Gambar 3.2 Detail evaporator.
14
Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 4 komponen utama yaitu:
1. Evaporator menggunakan bahan dari pipa tembaga sebagai bagian yang
dipanasi.
2. Pemanas / pembakar yang terbuat dari kaleng sebagai tempat bahan bakar
spirtus.
3. Rangkaian katup yang terdiri dari dua buah katup yaitu katup hisap dan
katup buang.
4. Pipa osilasi atau tuning pipe.
3.1 Prinsip Kerja Alat
Prisip kerja pompa dapat dijelaskan sebagai berikut :
Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsa jet (water pulse
jet pump). Evaporator dan sistem yang berisi air mula-mula dipanaskan dengan
pemanas bahan bakar spritus. 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 dikarenakan adanya penurunan tekanan didalam pompa
(dibawah tekanan atmosfir atau vakum), sehingga air dari sumber masuk / terhisap
mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap
yang baru dalam evaporator mendorong air masuk ke dalam pompa. Setiap satu
langkah tekan pompa (karena uap bertekanan mendorong air masuk pompa) dan
satu langkah hisap (karena uap mengembun yang disebabkan oleh pendinginan)
disebut satu siklus namun siklus ini berlangsung cepat. Pompa dilengkapi dengan
15
dua katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup
adalah agar pada langkah hisap atau tekan air mengalir ke tujuan dan tidak
kembali ke sumber.
3.2 Variabel Yang Divariasikan
Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu:
1. Variasi pemanas ( 735 watt, 1102.5 watt dan 1470 watt )
2. Variasi ketinggian head ( 1 ; 2 dan 3 m ).
3. Variasi diameter selang osilasi ( 3/8 dan 1/2 inci ).
Berikut ini adalah skema gambar variabel yang divariasikan :
Gambar 3.3 Variasi pemanas.
16
Gambar 3.4 Variasi head
Gambar 3.5 Variasi diameter selang osilasi
17
Variabel yang Diukur
Variabel-variabel yang diukur antara lain :
- Temperatur evaporator sisi uap (T1) ,
- Temperatur evaporator sisi bagian bawah (T2) ,
- Temperatur air keluaran (T3) ,
Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan
untuk mendapatkan debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η
pompa) serta daya spirtus. (W spirtus).
Gambar 3.6 Posisi termokopel pada pompa
18
3.3 Metode dan Langkah Pengambilan Data
Metode pengumpulan data adalah cara-cara memperoleh data melalui
percobaan alat. Metode yang dipakai 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; 2 dan 3 m.
2. Mengatur penggantian diameter selang osilasi yang akan dipakai.
3. Mengatur penggantian jumlah volume spirtus. ( 2 ; 3 dan 4 volume
spritus, masing-masing 50 cc ).
4. Mengisi fluida kerja pada evaporator dan sistem.
5. Memasang termokopel dan alat ukur yang digunakan.
6. Mengisi bahan bakar spirtus.
7. Mulai menyalakan bagian pemanas evaporator.
8. Mencatat suhu T1, T2, T3, waktu, serta volume air yang dihasilkan pompa
9. Ulangi no 1 – 8 pada pengujian selanjutnya.
3.4 Analisa Data
Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : temperatur sisi
uap (T1), temperatur sisi dibawah evaporator (T2), temperatur air keluar dari
pompa (T3), 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 (η pompa).
19
Peralatan Pendukung
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :
a. Stopwatch
Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir.
b. Gelas Ukur
Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air
setelah jangka waktu tertentu.
c. 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.
d. Thermo Logger
Alat ini digunakan untuk mengukur suhu evaporator pada posisi T1 dan T2
serta air keluaran pada posisi T3 per menit.
e. Termokopel
Digunakan untuk mendeteksi suhu dan menghubungkan ke display.
f. Gyipsum
Gyipsum digunakan sebagai dudukan kaleng spritus, karena gyipsum memiliki
sifat tahan api yang baik selain itu juga mudah dibentuk.
g. Adaptor
Adaptor digunakan sebagai penyearah supply pada Thermo Logger
20
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Penelitian
Dari penelitian ini diperoleh data pompa seperti pada tabel 4.1 sampai dengan
tabel 4.42
Tabel 4.1 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 3/8 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 34 34 28 0
03:00 178 51 28 170
06:00 195 50 28 320
09:00 192 50 28 350
11:02 180 48 28 170 Tabel 4.2 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 3/8 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 61 38 28 0
03:00 206 51 28 200
06:00 219 51 28 400
09:00 89 45 28 200
21
Tabel 4.3 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 3/8 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 64 40 28 0
03:00 208 49 28 570
06:00 205 49 28 550
09:00 124 48 28 510 Tabel 4.4 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 3/8 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 51 42 29 0
03:00 211 58 28 120
06:00 201 54 27 270
09:00 216 52 27 350
10:11 221 52 27 125 Tabel 4.5 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 3/8 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 49 35 29 0
03:00 224 52 28 200
06:00 238 51 27 290
09:00 115 51 27 330
22
Tabel 4.6 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 3/8 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 83 44 30 0
03:00 218 51 28 350
06:00 229 50 27 360
09:00 131 49 28 420 Tabel 4.7 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 3/8 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 44 33 30 0
03:00 236 52 28 120
06:00 230 51 28 250
09:00 171 48 27 180 Tabel 4.8 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 3/8 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 128 46 30 0
03:00 227 48 27 350
06:00 232 49 27 370
07:34 205 49 27 100
23
Tabel 4.9 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt, head: 2
m dan diameter selang osilasi: 3/8 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 80 42 30 0
03:00 241 49 28 180
06:00 250 50 28 380
08:18 198 48 28 240 Tabel 4.10 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m, diameter selang
osilasi: 3/8 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 35 29 29 0
03:00 267 46 28 320
06:00 267 48 28 450
09:00 232 45 28 450
09:48 109 43 28 10 Tabel 4.11 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m, diameter selang
osilasi: 3/8 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 56 35 30 0
03:00 252 45 28 240
06:00 273 45 28 340
08:29 220 44 28 190
24
Tabel 4.12 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m, diameter selang
osilasi: 3/8 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 74 40 30 0
03:00 258 45 28 150
06:00 265 46 28 210
09:00 275 46 28 180 Tabel 4.13 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, diameter selang
osilasi: 3/8 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 34 34 28 0
03:00 178 51 28 170
06:00 195 50 28 320
09:00 192 50 28 350
11:02 180 48 28 170
Tabel 4.14 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, diameter selang
osilasi: 3/8 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 61 38 28 0
03:00 206 51 28 200
06:00 219 51 28 400
09:00 89 45 28 200
25
Tabel 4.15 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, diameter selang
osilasi: 3/8 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 64 40 28 0
03:00 208 49 28 570
06:00 205 49 28 550
09:00 124 48 28 510 Tabel 4.16 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, diameter selang
osilasi: 3/8 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 35 32 30 0
03:00 125 51 28 100
06:00 194 51 28 250
08:02 196 51 28 150
Tabel 4.17 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, diameter selang
osilasi: 3/8 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 91 48 30 0
03:00 210 51 28 150
06:00 235 51 28 140
09:00 166 51 28 230
26
Tabel 4.18 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, diameter selang
osilasi: 3/8 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 96 47 31 0
03:00 206 49 28 280
06:00 220 49 28 250
09:00 99 45 28 120
Tabel 4.19 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 49 34 29 0
03:00 104 50 27 50
06:00 136 49 26 500
09:00 133 48 26 750
09:46 130 48 27 100 Tabel 4.20 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml) 00:00 72 42 29 0 03:00 112 48 27 350 06:00 134 48 27 650 09:00 137 46 27 570 10:30 160 48 27 150
27
Tabel 4.21 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 51 43 29 0
03:00 166 49 27 170
06:00 149 46 27 800
08:53 143 48 27 490
Tabel 4.22 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 64 41 29 0
03:00 156 45 26 400
06:00 144 45 28 660
09:00 139 45 27 950
10:48 160 44 27 320 Tabel 4.23 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt, head:
2 m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 35 35 29 0
03:00 214 46 27 150
06:00 149 44 26 660
09:00 74 43 27 540
28
Tabel 4.24 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,
head:2 m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 46 30 29 0
03:00 172 45 27 600
06:00 187 44 26 800
09:00 105 44 27 750
09:26 83 43 27 80 Tabel 4.25 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt, head:
2m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml) 00:00 27 27 27 0 03:00 96 25 27 450 06:00 110 46 27 900 09:00 105 48 27 1000 10:13 88 45 27 230
Tabel 4.26 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt, head:
2m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml) 00:00 40 32 28 0 03:00 126 49 27 310 06:00 131 48 27 1000 09:00 91 48 27 1000
29
Tabel 4.27 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,
head:2m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml) 00:00 38 33 29 0 03:00 115 48 27 300 06:00 123 48 27 800 09:00 126 49 27 750 10:50 101 48 27 370
Tabel 4.28 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, diameter selang
osilasi: 1/2 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 30 30 27 0
03:00 259 49 26 100
06:00 242 48 26 570 09:00 232 48 27 700 09:54 156 46 27 160
Tabel 4.29 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, diameter selang
osilasi: 1/2 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml) 00:00 34 33 28 0 03:00 210 49 27 350 06:00 219 49 27 650 09:00 198 49 27 670 09:30 148 48 28 50
30
Tabel 4.30 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, diameter selang
osilasi: 1/2 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 56 40 29 0
03:00 190 48 28 550
06:00 220 49 28 800
09:00 121 46 28 650
Tabel 4.31 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, diameter selang
osilasi: 1/2 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 27 27 27 0
03:00 96 25 27 450
06:00 110 46 27 900
09:00 105 48 27 1000
10:13 88 45 27 230
Tabel 4.32 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, diameter selang
osilasi: 1/2 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 40 32 28 0
03:00 126 49 27 310
06:00 131 48 27 1000
09:00 91 48 27 1000
31
Tabel 4.33 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, diameter selang
osilasi: 1/2 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 38 33 29 0
03:00 115 48 27 300
06:00 123 48 27 800
09:00 126 49 27 750
10:50 101 48 27 370 Tabel 4.34 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, diameter selang
osilasi: 1/2 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 37 32 29 0
03:00 125 45 27 280
06:00 152 44 26 670
09:00 121 45 26 800
10:45 89 44 26 300 Tabel 4.35 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, diameter selang
osilasi: 1/2 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 35 37 28 0
03:00 134 45 26 600
06:00 160 44 26 900
09:00 66 43 26 650
32
Tabel 4.36 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, diameter selang
osilasi: 1/2 inci dan pemanas: 1470 watt.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 51 38 29 0
03:00 149 44 27 750
06:00 148 43 27 850
09:00 67 42 27 300
Tabel 4.37 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
3/8 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 34 34 28 0
03:00 178 51 28 170
06:00 195 50 28 320
09:00 192 50 28 350
11:02 180 48 28 170 Tabel 4.38 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
3/8 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 61 38 28 0
03:00 206 51 28 200
06:00 219 51 28 400
09:00 89 45 28 200
33
Tabel 4.39 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
3/8 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 64 40 28 0
03:00 208 49 28 570
06:00 205 49 28 550
09:00 124 48 28 510
Tabel 4.40 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
1/2 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 27 27 27 0
03:00 96 25 27 450
06:00 110 46 27 900
09:00 105 48 27 1000
10:13 88 45 27 230 Tabel 4.41 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
1/2 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 40 32 28 0
03:00 126 49 27 310
06:00 131 48 27 1000
09:00 91 48 27 1000
34
Tabel 4.42 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:
1/2 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m.
Waktu (menit) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) Volume (ml)
00:00 38 33 29 0
03:00 115 48 27 300
06:00 123 48 27 800
09:00 126 49 27 750
10:50 101 48 27 370 4.2 Perhitungan
4.2.1 Perhitungan Pompa
Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1 (Data I
Temperatur dan Debit Pompa Pada Variasi Pemanas: 1470 watt, Head: 2 m Pipa Osilasi
3/8 inci) :
Perhitungan nilai Q ( debit )
Dimana besarnya volume keluaran adalah 1010 ml, dan waktu yang diperlukan
selama 11,02 menit, sehingga debit yang dihasilkan :
Q = 02,11
1010
= 91,65 ml/menit
35
Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan 2.2 :
= 0,0297 watt
Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan 2.3. Berikut ini adalah
data dari perhitungan daya sepritus dengan perbandingangan 50 ml spritus dan 1 liter
air.
Tabel 4.43 Data perhitungan daya spritus.
waktu (t) suhu (T)
Daya detik
0 25 0 30 27 280 60 28 140 90 30 280 120 34 560 150 36 280 180 38 280 210 43 700 240 46 420 270 50 560 300 52 280 330 54 280 360 57 420 390 59 280 420 61 280 450 64 420 480 67 420
Daya rata‐rata (watt) 367.5
36
Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan 2.4. Karena pada variasi ini
menggunakan pemanas 1470 watt atau yang berarti volume spritus yang digunakan
adalah 200 cc. maka nilai daya spritus dikalikan empat.
η pompa = 4x 367,5Watt
0,0297Watt x 100
= 0,002 % Untuk perhitungan selanjutnya terdapat dalam tabel 4.44 sampi dengan tabel 4.48.
Tabel 4.44 Perhitungan pompa variasi pemanas dengan diameter selang osilasi:
⅜ inci, head: 2 m.
Data Variasi pemanas Debit Daya Pompa Efisiensi Pompa
(watt) Q (ml/menit) Wp (watt) η (%)
I 1470.0 091.7 0.030 0.002
II 1470.0 088.9 0.029 0.002
III 1470.0 181.1 0.059 0.004
I 1102.5 085.6 0.028 0.003
II 1102.5 091.1 0.030 0.003
III 1102.5 125.6 0.041 0.004
I 0735.0 061.1 0.020 0.003
II 0735.0 111.7 0.036 0.005
III 0735.0 097.8 0.032 0.004
37
Tabel 4.45 Perhitungan pompa variasi pemanas dengan diameter selang osilasi:
½ inci, head: 2 m.
Data Variasi pemanas Debit Daya Pompa Efisiensi Pompa
(watt) Q (ml/menit) Wp (watt) η (%)
I 1470.0 254.7 0.083 0.006
II 1470.0 256.7 0.084 0.006
III 1470.0 211.4 0.069 0.005
I 1102.5 222.3 0.073 0.007
II 1102.5 150.0 0.049 0.004
III 1102.5 240.8 0.079 0.007
I 0735.0 148.0 0.048 0.007
II 0735.0 167.0 0.055 0.007
III 0735.0 171.2 0.056 0.008
Tabel 4.46 Perhitungan pompa variasi head dengan diameter selang osilasi: ⅜ inci
pemanas: 1470 watt.
Data Variasi Head Debit Daya Pompa Efisiensi Pompa (m) Q (ml/menit) Wp (watt) η (%)
I 1 129.7 0.021 0.001
II 1 092.9 0.015 0.001
III 1 060.0 0.010 0.001
I 2 091.7 0.030 0.002
II 2 088.9 0.029 0.002
III 2 181.1 0.059 0.004
I 3 061.0 0.030 0.002
II 3 057.8 0.028 0.002
III 3 072.2 0.035 0.002
38
Tabel 4.47 Perhitungan pompa variasi head dengan diameter selang osilasi: ½ inci
pemanas: 1470 watt.
Data Variasi Head Debit Daya Pompa Efisiensi Pompa
(m) Q (ml/menit) Wp (watt) η (%)
I 1 160.4 0.026 0.002
II 1 184.9 0.030 0.002
III 1 222.2 0.036 0.002
I 2 254.7 0.083 0.006
II 2 256.7 0.084 0.006
III 2 211.4 0.069 0.005
I 3 196.2 0.096 0.007
II 3 238.9 0.106 0.008
III 3 211.1 0.103 0.007
Tabel 4.48 Perhitungan pompa dengan variasi diameter selang osilasi, dengan head:
2m, pemanas: 1470 watt.
Data Variasi Diameter Debit Daya Pompa Efisiensi Pompa
Selang Osilas (inci) Q (ml/menit) Wp (watt) η (%)
I ⅜ 091.7 0.030 0.002
II ⅜ 088.9 0.029 0.002
III ⅜ 181.1 0.059 0.004
I ½ 254.7 0.083 0.006
II ½ 256.7 0.084 0.006
III ½ 211.4 0.069 0.005
39
4.3. Grafik dan Pembahasan Pompa
Gambar 4.1 Grafik hubungan variasi diameter selang osilasi dengan daya pompa,
pada head: 2m, pemanas: 1470 watt.
Pembahasan Gambar 4.1 :
Daya pompa yang dihasilkan antara selang osilasi 3/8 dan 1/2 inci memiliki
perbedaan yang cukup besar seperti terlihat ada grafik di atas, pompa dengan selang
osilasi 3/8 inci memiliki daya 0,039 watt sedangkan pada pompa dengan selang
osilasi 1/2 inci memiliki daya 0,079 watt, hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil
diameter selang osilasi maka semakin besar gesekan yang terjadi dan mengakibatkan
penurunan daya pompa
40
Gambar 4.2 Grafik hubungan variasi diameter selang osilasi dengan efisiensi pompa,
pada head: 2m, pemanas: 1470 watt.
Pembahasan Gambar 4.2 :
Dari grafik dapat dilihat bahwa efisiensi pompa yang dihasilkan antara selang
osilasi 3/8 dan 1/2 inci memiliki perbedaan yang cukup besar, pompa dengan selang
osilasi 3/8 inci memiliki efisiensi 0,003% sedangkan pada pompa dengan selang
osilasi 1/2 inci memiliki efisiensi 0,005%, hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil
diameter selang osilasi bukan hanya berakibat pada penurunan daya pompa tetapi
juga mengakibatkan penurunan efisiensi pompa.
41
Gambar 4.3 Grafik hubungan pemanas dengan daya pompa pada head: 2 m.
Pembahasan Gambar 4.3 :
Dari grafik dapat dilihat bahwa besarnya pemanas berpengaruh terhadap daya
pompa, semakin besar pemanas maka daya pompa semakin tinggi hal ini berlaku
untuk selang osilasi 3/8 maupun 1/2 inci.
Gambar 4.4 Grafik hubungan pemanas dengan efisiensi pompa pada head: 2 m.
42
Pembahasan Gambar 4.4 :
Dari grafik dapat dilihat bahwa besarnya pemanas berpengaruh terhadap
efisiensi pompa, tetapi semaki besar pemanas daya pompa menjadi lebih rendah hal
ini berlaku untuk selang osilasi 3/8 maupun 1/2 inci, ini dapat terjadi karena daya
spritus yang digunakan lebih besar dibanding dengan daya pompa yang dihasilkan
sehingga efisiensi pompa menjadi lebih kecil, hal lain yang mempengaruhi adalah
posisi evaporator yang miring meskipun penambahan api dilakukan tetapi
permukaakan pipa pemanas yang dapat kontak secara langsung dengan api tetap
terbatas yaitu permukaan pada bagian bawah saja.
Gambar 4.5 Grafik hubungan head dengan daya pompa pada pemanas: 1470 watt.
43
Pembahasan Gambar 4.5 :
Daya pompa dengan selang osilasi 3/8 inci pada head 2m mengalami
peningkatan sebesar 0,024 watt dibandingkan pada head 1m tetapi mengalami
penurunan sebesar 0.008 watt pada head 3m, hal ini tidak berlaku pada pompa
dengan selang osilasi 1/2 inci yang selalu mengalami peningkatan daya dari head 1m
dengan daya 0.031 watt meningkat pada head 2m dengan daya 0.079 watt dan pada
head 3m meningkat lagi menjadi 0,106 watt, hal ini disebabkan karena adanya
perbedaan gelombang osilasi yang diakibatkan oleh besarnya puls yang taerjadi pada
pipa pemanas.
Gambar 4.6 Grafik hubungan head dengan efisiensi pompa pada pemanas: 1470 watt.
44
Pembahasan Gambar 4.6 :
Gerafik hubungan antara variasi head dengan efisiensi menunjukkan keadaan
yang sama dengan gerafik hubungan variasi head dengan daya pompa, dimana
efisiensi pompa dengan selang osilasi 3/8 inci pada head 2m mengalami peningkatan
sebesar 0,0017% dibandingkan pada head 1m tetapi mengalami penurunan sebesar
0.0006% pada head 3m, keadaan ini ini tidak berlaku pada pompa dengan selang
osilasi 1/2 inci yang selalu mengalami peningkatan efisiensi dari head 1m yaitu
0.0021% meningkat pada head 2m menadi 0.0054% dan pada head 3m meningkat
lagi menjadi 0,0072% hal ini juga disebabkan karena adanya perbedaan gelombang
osilasi yang diakibatkan oleh besarnya puls yang taerjadi pada pipa pemanas.
Gambar 4.7 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 1470
watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ½ inci.
45
Gambar 4.8 Grafik hubungan t (menit) vs T (ºC) dengan variasi pemanas: 1102.5
watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ½ inci.
Gambar 4.9 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 735 watt,
head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ½ inci.
46
Gambar 4.10 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 1470
watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci.
Gambar 4.11 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 1102.5
watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci.
47
Gambar 4.12 Grafik hubungan t (menit) vs T (ºC) dengan variasi pemanas: 735 watt,
head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci.
Gambar 4.13 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 1 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ½ inci.
48
Gambar 4.14 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 2 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ½ inci.
Gambar 4.15 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 3 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang silasi: ½ inci.
49
Gambar 4.16 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 1 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci.
Gambar 4.17 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 2 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci.
50
Gambar 4.18 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 3 m,
pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci.
Pembahasan Gambar 4.7 – 4.18 :
Dari grafik dapat dilihat bahwa kenaikan temperatur T1, T2 dan T3 untuk
setiap variasi data hampir sama begitu juga dengan penurunan suhunya, penurunan
suhu terjadi karena mengecilnya nyala api seiring dengan berkurangnya spritus di
dalam keleng pembakar.
51
Gambar 4.19 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T1(temperatur
bagian atas evaporator / uap), selang osilasi: ⅜ inci, head 2 m.
Pembahasan Gambar 4.19 :
Dari grafik dapat dilihat bahwa kenaikan temperatur evaporator sisi uap T1
tidak berbanding lurus dengan besarnya pemanas yang diberikan, bahkan berbanding
terbalik. Temperatur evaporator sisi uap dengan pemanas 1470 watt lebih kecil
dibanding dengan pemanas 1102.5 watt dan pemanas 735 watt, dari pengamatan hal
ini disebabkan karena semakin besar pemanas yang diberikan maka semakin cepat
osilasi yang terjadi, kecepatan osilasi dipengaruhi oleh cepatnya proses penguapan
dan pengembunan dalam evaporator sehingga kalor yang diterima oleh fluida
digunakan untuk perubahan fase (kalor laten).
52
Gambar 4.20 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T2(temperatur
bagian bawah), selang osilasi: ⅜ inci, head 2 m.
Pembahasan Gambar 4.20 :
Posisi T2 adalah temperatur bagian bawah evaporator temperatur yang diukur
merupakan temperatur air yang tidak mengalami perubahan fase, temperatur pada
posisi ini tidak begitu tinggi dibandingkan pada posisi T1 karena panas berpindah
secara konveksi melalui air yang berada dalam evaporator. Posisi grafik antara variasi
pemanas tidak berbanding lurus ataupun terbalik tetapi acak dan berhimpit hal ini
disebabkan karena air cenderung lebih lama menyerap ataupun melepas panas dan
53
perubahan suhu antara variasi pemanas cukup kecil sehingga sihingga udara
lingkungan dapat mempengaruhi nilai yang terbaca pada Thermo logger.
Gambar 4.21 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T1 (temperatur
bagian atas evaporator / uap), selang osilasi: ½ inci, head 2 m.
Pembahasan Gambar 4.21 :
Dari grafik dapat dilihat bahwa kondisi yang terjadi pada kenaikan temperatur
evaporator sisi uap T1 dengan selang osilasi ½ inci dan selang osilasi ⅜ inci
(Gambar 4.19) berbeda, Hal ini disebabkan karena osilasi yang terjadi tidak stabil
sehingga kecepatan perubahan fase fluida pada evaporator juga tidak setabil yang
54
akhirnya berpengaruh juga terhadap perbedaan suhu, ketidak setabilan ini
dikarenakan frekwensi yang dihasilkan oleh pipa osilasi dan evaporator tidak sama.
Gambar 4.22 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T2 (temperatur
bagian bawah evaporator), selang osilasi: ½ inci, head 2 m.
Pembahasan Gambar 4.22 :
Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T2 dengan selang osilasi
½ inci menunjukkan kondisi yang sama dengan Grafik Hubungan t (menit) dengan T
(ºC) Pada Posisi T1, Selang Osilasi: ½ inci, Head 2 m. dikarenakan air cenderung
lebih lama menyerap ataupun melepas panas dan perubahan suhu antara variasi
pemanas cukup kecil sehingga sihingga udara lingkungan dapat mempengaruhi nilai
yang terbaca pada Thermo logger.
55
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.106 watt terdapat pada variasi head: 3
m, pemanas: 1470 watt, diameter selang osilasi: ½ inci dan debit 238.9
ml/menit.
2. Efisiensi pompa (η pompa) maksimum 0,0072% terdapat pada variasi head: 3
m, pemanas: 1470 watt, diameter selang osilasi: ½ inci dan debit 238.9
ml/menit.
3. Debit (Q) maksimum 256.7 ml/menit terdapat pada variasi pemanas: 1470
watt, head: 2 m, diameter selang osilasi: ½ inci
4. Ukuran diameter selang osilasi sangat berpengaruh terhadap kinerja pompa,
dalam penelitian ini ukuran diameter selang osilasi yang menghasilkan daya,
debit dan efisiensi terbaik adalah: ½ inci.
5.2 Saran
1. Periksa sambungan dan pastikan tidak ada kebocoran agar tidak
mempengaruhi kerja sistem.
2. Kurangi belokan atau pengecilan penampang pada sistem pompa, agar
pompa memiliki kinerja yang baik.
56
1. Dalam pengisian sistem pompa dengan fluida kerja khususnya pada bagian
evaporator harus terisi sempurna tanpa ada udara yang terjebak di dalamnya.
Solusinya adalah membuat saluran udara sekitar evaporator tetapi bukan di
bagian yang terjadi penguapan dengan memperhatikan bentuk evaporator dan
sirkulasi aliran fluida kerja yang memungkinkan evaporator dapat terisi
dengan sempurna. Solusi ini dapat mempermudah pemilihan bahan penutup
yang tidak harus tahan api, mempermudah pengamatan jika terjadi kebocoran
dan mudah diperbaikai jika bocor.
2. Pompa thermal dengan evaporator posisi miring akan lebih baik jika
menggunakan kolektor surya plat parabolik jenis tabung karena panas yang
diterima evaporator akan lebih merata sehingga efisiensinya lebih baik, tetapi
jika menggunakan air sebagai fluida kerja maka akan cukup sulit untuk
menyediakan kolektor yang mampu menguapkan air apalagi jika dengan
direct system, solusi lain adalah mengunakan indirect system dengan
memakai fluida pemanas oli atau minyak goreng yang memiliki titik didih
lebih tinggi dari air atau mengunakan fluida keja dengan titik didih rendah
seperti bensin suling atau ethyl ether dengan sekat pemisah tertentu supaya
fluida kerja tidak tercampur dengan fluida dalam sisitem pompa.
57
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.
Nugroho Triyono Setiyo, (2009). Pompa Air Energi Termal Dengan Evaporator 44 cc
dan Pemanas 78 Watt. Halaman 50.
Nugroho Triyono Setiyo, V. Widyarto Erwan. W, Putra Bima. T, (2009 ). Pemodelan
Pompa Air Energi Surya Dengan Kolektor Pelat Datar. Halaman 6.
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.
Widagdo, (2009). Pompa Air Energi Termal Dengan Evaporator 26 cc Dan Pemanas
78 Watt. Halaman 59.
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.
58
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.
LAMPIRAN
Gambar 1. Keseluruhan alat
Gambar 2. Bagian pemanas dan pipa yang dipanasi
Gambar 3. Katup satu arah Gambar 4. Kran selang osilasi
Gambar 5. Gelas ukur Gambar 6. Tangki sisi hisap
Gambar 7. Thermo logger Gambar 8. Adaptor