BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.5 Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Hybrid
Pemanas air tenaga surya sistem hybrid adalah alat pemanas air tenaga surya yang memanfaatkan energi surya sebagai sumber energi utama yang akan dikonversikan menjadi dua bentuk energi yang lain. Pemanfaatan energi radiasi surya ini memanfaatkan dua buah alat yang masing-masing mempunyai fungsi yang berbeda. Yaitu kolektor yang memanfaatkan energi surya menjadi energi termal dan sel fotofoltaik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik.
Energi surya ini akan digunakan untuk memanaskan air secara langsung dan juga untuk menggerakkan pompa yang digunakan untuk mensirkulasikan air yang dipanasi.Perbedaan diantara pemanas air tenaga surya sistem konvensional dengan pemanas air tenaga surya sitem hybrid hanya terletak pada sumber tenaga yang digunakan. Adapun penjelasan komponen yang digunakan tersebut, adalah:
1. Kolektor termal surya.
Kolektor termal surya yaitu alat yang digunakan untuk menyerap panas dari energi radiasi surya yang akan digunakan untuk memanaskan air pada sistem pemanas air tenaga surya. Kolektor termal surya sistem konvensional tidak jauh berbeda dengan kolektor termal surya yang digunakan pada pemanas air tenaga surya sistem konvensional.
2. Panel surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya mejadi listrik. Panel surya sering disebut sebagai sel photovoltaik (PV) adalah alat yang yang terdiri dari sel surya yang ramah lingkungan. Biasanya sebuah modul panel surya terdiri dari banyak sel surya yang dapat disusun secara seri maupun parallel. Sel surya dapat juga merupakan suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik, pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm. Panel surya kebanyakan terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Prinsip dasar pembuatan sel surya adalah memanfaatkan efek fotovoltaik, yaitu suatu efek yang dapat mengubah langsung cahaya matahari menjadi energi listrik [16].
Pada pemanas air tenaga surya sistem hybrid, solar panel digunakan untuk menghasilkan energi listrik yang digunakan untuk memutar pompa yang digunakan untuk mensirkuasikan air yang dipanaskan.
3. Tangki Penyimpanan
Tangki penyimpanan adalah komponen alat pemanas air tenaga surya yang berfungsi untuk menyimpan air yang telah dipanaskan kolektor. Tangki ini berperan penting dalam menjaga suhu air yang telah dipanaskan, karena pada umumnya air yang telah dipanaskan, disimpan dalam waktu yang cukup lama sebelum digunakan. Tangki penyimpanan yang digunakan sudah diisolasi terlebih dahulu, menggunakan polyurethane dan glasswool, dan lapisan paling luar menggunakan plat aluminium. Tangki ini berfungsi untuk menjaga temperatur air panas yang dihasilkan proses kerja kolektor di siang hari dan dijaga suhunya pada malam hari sehingga temperatur air tidak berkurang yang digunakan pada pagi hari.
Gambar 2.23 Pemanas Air Tenaga Surya sistem hybrid 2.6 Fotovoltaik / Panel Surya
Fotovoltaik (panel surya) adalah peristiwa konversi langsung dari cahaya menjadi listrik. Hal ini menggunakan material yang menyerap foton dari cahaya.
Hal tersebut dapat digunakan untuk membuat pembangkit listrik tenaga surya.
Elemen dasar dari sebuah sistem fotovoltaik adalah sel surya yang mengkonversi
energi matahari menjadi arus searah. Iradiansi adalah kuantitas yang menggambarkan fluks radiasi matahari yang sampai pada suatu permukaan (kW/m2). Kepadatan iradiansi dari matahari di atmosfer luar adalah 1.373 kW/m2 tetapi kepadatan puncak hanya 1 kW/m2 saat penyinaran akhir sinar matahari pada permukaan bumi [16]. Iradiansi mengukur energi radiasi matahari yang diterima oleh suatu area permukaan pada waktu tertentu.
Gambar 2.24 Model rangkaian sel surya
Gambar 2.24 menunjukkan model rangkaian sel surya sederhana yang terdiri dari dua buah dioda. Sebuah sel surya tipikal terdiri dari sambungan p-n yang dibentuk dari material semikonduktor yang mirip dioda.
Gambar 2.25 Struktur sel surya
Gambar 2.25 memperlihatkan struktur sel surya yang terdiri dari beberapa elemen seperti lapisan depan, lapisan belakang, dan lain-lain. Untuk mengetahui pembentukan panel surya, dapat melihat gambar berikut ini.
Gambar 2.26 Susunan dioda, sel surya dan panel surya
Gambar 2.26 menunjukkan bahwa susunan material dioda dapat membentuk sel surya, dan susunan sel surya dapat digunakan untuk membentuk panel surya. Untuk lebih memahami bagaimana arus dan tegangan dihasilkan dari modul PV, maka diperlukan model rangkaian PV. Model tersebut bermanfaat untuk digunakan pada tingkat kerumitan tertentu, dapat melakukan input ke dalam rangkaian, melakukan simulasi dan program komputasi menggunakan perangkat lunak seperti PSIM®, SPICE® and MATLAB/Simulink® [12]. Alasan utama mengapa teknologi PV sedang populer adalah karena fakta bahwa teknologi PV tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca, tidak memiliki bagian yang berputar, memiliki umur yang panjang dan hanya memerlukan sedikit perawatan [16]. Daya yang dihasilkan dari sebuah panel surya tidak selalu konstan tergantung waktu dan lingkungan. Untuk kalkulasi data panel surya, diperlukan persamaan matematis.
Berikut adalah rumus matematis yang berhubungan dengan panel surya terkait daya keluaran, daya masukan, dan efisiensi.
1. Daya sel surya
Sebelum mengetahui daya sel surya yang dihasilkan kita harus mengetahui energi yang diterima yaitu perkalian intensitas radiasi yang diterima dengan luasan, dengan persamaan [16]:
Pin = IG x A ...(2.33)
Keterangan :
Pin = Daya Input (Watt)
IG = Intensitas radiasi global matahari (W/m2) A = Luas permukaan (m2)
Sedangkan untuk besarnya daya sel surya yaitu perkalian tegangan dan arus yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut [16]:
Pout = V x I ... (2.34) Dimana :
Pout = Daya Output (Watt) V = Beda Potensial (Volt) A = Arus (Ampere)
2. Efisiensi sel surya
Efisiensi yang terjadi pada sel surya merupakan perbandingan daya yang dapat dibandingkan oleh sel surya dengan energi input yang diperoleh dari sinar matahari. Efisiensi yang digunakan adalah efisiensi pada pengambilan data, rumus yang digunakan yaitu [16]:
η =
100 %... (2.35) Keterangan :
η
= Efisiensi sel surya= Daya output sel surya (Watt)
= Daya input sel surya (Watt)
2.6 Pipe Flow Expert Software
Pipe Flow Expert Software adalah program untuk mendesain pipa dan pemodelan sistem pipa. Menghitung aliran fluida dalam jaringan pipa loop terbuka atau tertutup dengan beberapa tangki atau reservoir, beberapa pompa secara seri atau paralel, dan beberapa ukuran pipa dan fitting, Pipe Flow Expert akan menghitung laju aliran di setiap pipa dan akan menghitung penurunan tekanan pipa di sepanjang pipa.
Pipe Flow ini dirancang untuk membantu insinyur untuk menggambar sistem jaringan pipa kompleks kemudian menganalisa dan memecahkan berbagai masalah didalam sebuah jaringan pipa tersebut. Program ini juga bisa digunakan untuk melakukan simulasi perancangan terhadap sebuah jaringan pipa untuk mendapatkan sejumlah hasil yang nantinya akan menjadi acuan untuk melakukan perancangan yang sebenarnya dilapangan.
Sistem penggambaran pipa dengan menggambar titik sambungan dan pipa yang menjadi penghubung antar titik (node). Secara horizontal, vertikal atau diagonal dapat digunakan untuk menghubungkan satu titik ke titik lain. Data-data fisik yang dimasukkan oleh pengguna biasanya meliputi:
1. Diameter pipa, panjang pipa dan material pipa pada setiap pipa penghubung.
2. Ketinggian (elevasi) masing-masing titik (node)
3. Aliran masuk dan aliran keluar pada setiap titik sambungan
4. Ketinggian tangki dan tinggi fluida di dalam tangki serta tekanan setiap tangki 5. Data kinerja untuk setiap pompa
Kotak input data terletak di sisi kiri panel gambar. Kotak input ini akan menampilkan data untuk node yang sedang dipilih atau pipa dan dapat digunakan untuk mengubah data. Data untuk node, pipa, pompa dan lain-lain dapat diubah pada setiap saat selama proses desain.
Adapun hasil analisis sistem pemipaan dengan menggunakan Pipe Flow Expert Software ini meliputi:
1. Kapasitas Aliran (Q) Pada pipa 2. Kecepatan Aliran (V) pada pipa 3. Aliran massa pada pipa
4. Reynolds Number (re) 5. Nilai head loss Mayor 6. Nilai head loss Minor
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan pada tanggal 13 Juni 2017 dan 15 Juni 2017. .Lokasi penelitian bertempat lantai 4 (empat) di Gedung Magister Pascasarjana Teknik Mesin, Fakultas Teknik. Universitas Sumatera Utara.
3.2 Peralatan Pengujian
Adapun beberapa alat pengujian yang digunakan adalah:
1. Komputer
Digunakan untuk menyimpan dan mengolah data yang telah didapatkan dari Hobo Microstation data logger dan Agilient 34972 A.
Gambar 3.1 Laptop Dengan spesifikasi:
Processor : AMD Dual Core
Memory : 2 GB
Harddisk : 500 GB
Windows Seven Home Edition
2. Agilient
Alat ini dihubungkan dengan termocouple yang dipasang pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya, setelah itu akan disimpan ke dalam flashdisk, setelah itu dipindahkan ke komputer untuk dapat diolah datanya.
Gambar 3.2 Agilent Dengan Spesifikasi:
a. Daya 35 Watt
b. Jumlah saluran termokopel 20 buah c. Tegangan 250 Volt
d. Mempunyai 3 saluran utama
e. Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik f. Mempunyai 8 tombol panel dan sistem control
g. Fungsional antara lain pembacaan suhu termokopel, Resistance Temperature Detector (RTD) dan termistor,arus listrik AC
3. Hobo Microstation Data Logger
Alat ini di hubungkan ke data logger untuk kemudian dihubungkan ke komputer untuk di olah datanya. Terdapat beberapa alat ukur pada Hobo Microstation data logger yaitu :
Gambar 3.3 Hobo Microstation Data Logger 1. Pyranometer
Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi matahari pada suatu lokasi.
2. Wind Velocity Sensor
Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan angin 3. Ambient Measurement apparatus
Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur lingkungan sekitar 4. T and RH Smart Sensor
Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban.
Spesifikasi Hobo Microstation Data Logger:
a. Skala pengoperasian : 20o C -50 o C dengan baterai alkalin 40o C -70 o C dengan baterai lithium
b. Input Processor : 3 buah sensor pintar multi channel monitoring c. Dimensi : 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm
d. Berat : 0,36 Kg
e. Memori : 512 Kb Penyimpanan data nonvolati flash f. Interval Pengukuran : 1 detik – 18 jam (tergantung pengguna) g. Akurasi Waktu : 0 – 2 detik
4. Multitester
Alat ini digunakan untuk mengukur arus DC yang dihasilkan oleh panel surya.
Alat ini digunakan secara manual dengan memutuskan arus penghubung antara panel surya dan pompa. Adapun interval pengecekan adalah 15 menit.
Gambar 3.4 Multitester 5. Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Hybrid
Pemanas air tenaga surya (PATS) sistem hybrid ini menggunakan kolektor plat datar yang berfungsi untuk menyerap radiasi surya dan mengkonversikannya menjadi energi panas. Kemudian panas tersebut akan diserap oleh air di dalam tangki melalui pipa sirkulasi. Pemanas air ini menggunakan sel surya sebagai sumber daya untuk menggerakkan pompa.
Gambar 3.5 Pemanas air tenaga surya sistem hybrid
1. Spesifikasi kolektor
a. Dimensi : p x l x t (1,6 x 1,1 x 0,15) m b. Frame : Profil U Aluminium
c. Isolator : Polyurethane dan Styrofoam d. Pipa Sirkulasi : Tembaga (1/2 inch)
P VC (1 inchi) e. Absorber : Aluminium 0,6 mm f. Cover : Kaca 4 mm
Akrilik 2 mm
Gambar 3.6 Kolektor Plat Datar
Adapun pipa sirkulasi yang digunakan pada kolektor plat datar ini adalah pipa tembaga (copper) dan pipa PVC. Pipa tembaga (copper) digunakan untuk sirkulasi air di dalam kolektor dan pipa PVC digunakan untuk sirkulasi air di luar kolektor. Diameter masing-masing dari pipa ini adalah untuk pipa tembaga (copper) diameternya
½ inchi dan pipa PVC diameternya 1 inchi. Untuk menghubungkan antar pipa pada kolektor plat datar ini adalah elbow 90°.
Gambar 3.7 Pipa Tembaga
2. Spesifikasi tangki
Tangki digunakan untuk tempat penampungan air yang akan dipanaskan.
a. Dimensi : D x t (56 x 80) cm b. Volume : 80 Liter
c. Frame : Aluminium d. Isolator : Polyurethane
Glass Woll
Gambar 3.8 Tangki 3. Spesifikasi panel surya
Panel surya (solar panel) merupakan komponen utama yang digunakan untuk menghasilkan listrik pada pemanas ini yang fungsinya untuk menggerakkan pompa untuk mensirkulasikan air. Panel surya (solar panel)
terdiri dari sel surya yang mengumpulkan radiasi surya dan mengubahnya menjadi daya listrik. Spesifikasinya adalah :
a. Daya (Pmax) : 100 WP b. Voltage (V) : 18 V c. Arus (I) : 5,56 A
d. Size : 1196mm x 541mm x 30mm e. Weight : 7 kg
f. Cells : 36 pcs
Gambar 3.9 Panel Surya
4. Spesifikasi pompa
Pompa yang digunakan untuk mensirkulasikan pada kolektor ini adalah pompa celup (DC) yang digunakan pada aquarium yang memiliki daya cukup rendah. Pompa ini adalah tipe DC RF-B12.
Gambar 3.10 Pompa
Berikut adalah spesifikasi pompa yang digunakan:
Tabel 3.1 Spesifikasi pompa Tegangan DC 12 V Kuat arus 5,4 A Putaran Continuous Daya motor 45 W/ 5400 Rpm Diameter luar 25 mm
Max Head 4 m Max Rate 80 L/ m Suhu air 0-600C
Ukuran 135 mm x 110 m x 85 mm
Massa 1,3 kg
5. Flow Meter
Flow meter merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur laju aliran fluida maupun debit dari fluida yang bergerak mengalir dalam suatu pipa tertutup atau saluran terbuka. Flow meter ini dipasang di pipa PVC yang letaknya diluar kolektor. Pengukurannya dilakukan secara manual dengan interval 15 menit.
Gambar 3.11 Flow meter 3.3 Bahan Pengujian
Bahan yang digunakan untuk pengujian adalah air (H2O) sebanyak 80 Liter. Air adalah substansi kimia dengan rumus kimia H2O: satu molekul air tersusun atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Pada percobaan ini, Air dari PDAM digunakan sebagai bahan utama pengujian.
3.4 Pelaksanaan Penelitian
Adapun waktu penelitian ini dilakukan pada hari Selasa 13 Juni 2017 dan Kamis 15 Juni 2017.
3.5 Set Up Experimental
Gambar 3.12 Experimental Setup
Penelitian ini menggunakan Hobo mikro stasiun data logger untuk mengukur radiasi matahari, kabel termokopel yang terhubung langsung ke agilent diletakkan pada air di tangki, flow meter diletakkan pada pipa PVC untuk mengetahui kapasitas air dan multitester berfungsi untuk mengetahui kuat arus yang dihasilkan panel surya di ukur dengan cara memutus sambungkan kabel penghubung pompa dan panel surya.
Tabel 3.2 Titik-titik Pengukuran pada Pemanas Air Tenaga Surya
Titik Pengukuran Objek yang diukur Alat Ukur Parameter Satuan
Titik 1 Air Agilent Temperatur °C
Titik 2 Air Flowmeter Debit L/m
Titik 3 Panel Surya/ Pompa Multitester Arus DC Amp
Titik 4 Panel Surya Hobo Radiasi IG
Adapun beberapa parameter yang akan diukur ialah:
1. Temperatur Air (T).
2. Debit Air (Q)
3. Arus DC Panel Surya (Amp) 4. Radiasi Solar (IG)
3.6 Diagram Alir Penelitian
Tahapan dalam pengujian Pemanas Air Tenaga Surya ini dapat dilihat pada diagram alir penelitian berikut ini:
Gambar 3.13 Diagram Alir Penelitian
BAB IV ANALISA DATA
4.1 Skema Sitem Pemipaan
Sistem pemipaan pada alat pemanas air tenaga surya sistem hybrid ini terbuat dari dua buah pipa, yaitu pipa yang terbuat dari PVC (PolyVinyl Chloride) dan pipa yang terbuat dari tembaga (copper). Adapun skema sistem pemipaannya dapat dilihat seperti gambar berikut.
Gambar 4.1 Skema sistem pemipaan PATS sistem hybrid
Dilihat dari gambar 4.1 bahwa terdapat 40 pipa penyusun dari alat Pemanas Air Tenaga Surya (PATS) sistem hybrid ini. Pipa yang terbuat dari tembaga (copper) atau yang berwarna hitam pada gambar, letaknya ada di dalam kolektor. Sedangkan pipa yang terbuat dari PVC (pada gambar berwarna biru) letaknya di luar kolektor. Pipa copper ada sebanyak 31 pipa dan pipa PVC ada sebanyak 9 pipa. Dan pompa letaknya ada di dalam tangki yang fungsinya untuk menyirkulasikan air yang ada di dalam tangki menuju ke kolektor dan kembali ke tangki. Selama radiasi matahari cukup menggerakkan pompa, maka proses sirkulasi akan terus berlangsung. Sehingga air dapat berubah suhunya menjadi panas.
4.2 Pemilihan Jenis Pipa
Pemakaina pipa pada instalasi Pemanas Air Tenaga Surya ini ada dua macam, yaitu pipa yang terbuat dari tembaga (copper) dan pipa yang terbuat dari PVC. Satu-satunya kelemahan pipa PVC ialah tidak tahan panas pada suhu yang sangat tinggi. Pada alat PATS ini, pipa PVC masih bisa digunakan dikarenakan suhu air tidak terlalu tinggi dan tidak membuat pipa PVC meleleh.
Keunggulan PVC yaitu antara lain :
1. Ringan (mengapung di air), dengan massa jenis (density) ≥ 0,94 kg/m3 2. Mudah dan cepat pada penyambungan dan pemasangan.
3. Tahan karat.
4. Memiliki kemampuan unrtuk menahan “beban kejut” (impact strenght) yang tinggi.
5. Tahan terhadap temperatur rendah.
6. Harganya yang relative murah.
7. Tifak mengandung zat-zat beracun sehingga direkomendasikan sangat aman untuk sistem distribusi air minum (environmental technology).
8. Permukaannya halus sehingga pengaruh kehilangan tekanannya kecil.
Keunggulan pipa copper yaitu antara lain:
1. Tahan terhadap getaran, tekanan, dan vakum.
2. Tahan bocor.
3. Tahan karat, jadi jangan khawatir air berubah menjadi cokelat.
4. Memiliki umur yang panjang, tahan hingga 50 tahun lebih.
5. Mudah ditekuk.
6. Mudah dan fleksibel untuk dipasang.
7. Tahan terhadap sinar ultraviolet sehingga bisa disesuaikan untuk aplikasi luar ruangan.
8. Mudah diganti dan diperbaiki jika ada kerusakan.
9. Kerugian tekanannya (head losses) kecil.
10. Penghantar panas yang baik sehingga sering digunakan pada pipa pemanas air tenaga surya.
4.3 Komponen Pipa
Adapun panjang dan diameter pipa yang digunakan pada alat Pemanas Air Tenaga Surya (PATS) sistem hybrid berdasarkan skema sistem pemipaan diatas adalah sebagai berikut :
Tabel 4.1 Komponen pipa
Komponen Panjang (Milimeter) Diameter (inch) Material
Pipa 1 1070 0,5 Copper
Pipa 22 80 0,5 Copper
Komponen dalam sistem pemipaan antara lain : Tabel 4.2 Komponen pendukung sistem pemipaan
4.4 Analisa Head Losses
Adanya kekentalan fluida akan mengakibatkan tegangan geser pada waktu fluida bergerak. Tegangan geser ini akan merubah sebagian besar energi aliran menjadi energi bentuk lain seperti panas, suara, dan sebagainya. Hal ini menyebabkan terjadinya kehilangan energi ( head loss ). Head loss terbagi menjadi dua macam, yaitu head loss mayor dan head loss minor. Head loss sendiri (Ht) merupakan penjumlahan dari head loss mayor dan head loss minor.
Sebelum mencari head loss, kapasitas aliran fluida harus dicari terlebih dahulu.
Sehingga nantinya kecepatan aliran fluidanya akan diketahui untuk mengetahui bilangan Reynoldnya.
Komponen Jumlah
Elbow 90o 37
Pompa 1
Sudden expansion 1 Sudden extraction 1
4.4.1 Pengujian Pertama
Pengujian pertama dilaksanakan pada tanggal 13 Juni 2017 di lantai 4 gedung Magister Teknik Mesin. Penelitian dimulai dari jam 08:00 WIB dan berakhir pada jam 16:00 WIB. Penelitian menggunakan flow meter dan agilent selama 8 jam dan interval waktu penelitan selama 15 menit. Adapun hasil penelitian ini dapat dilihat seperti grafik di bawah ini:
Gambar 4.2 Grafik Kapasitas Aliran, Temperatur Air Masuk Kolektor vs Waktu Gambar diatas menunjukkan hubungan kapasitas aliran (Q) fluida dan temperatur air masuk kolektor (T) terhadap waktu. Dari grafik ditunjukkan bahwa Q tertinggi yaitu 7,25 Liter/menit pada jam 11:00. Dan temperatur air (T) tertinggi masuk ke kolektor yaitu 56,86°C pada jam 13:30 WIB. Dapat juga kita lihat pada grafik bahwa perubahan atau naik turunnya kapasitas aliran disebabkan kondisi matahari cerah dan tertutup awan. Sehingga energi yang diterima panel surya berubah-ubah dan menyebabkan daya pompa juga berubah-ubah. Pada temperatur air juga naik dari temperatur awal 26,83°C menjadi suhu akhir 56,2°C.
Temperatur air naik disebabkan radiasi matahari yang memanasi air yang di dalam kolektor selama proses sirkulasi terjadi.
4.4.1.1 Analisa Laju Aliran Fluida
Sebelum menghitung head losses pada pipa, terlebih dahulu harus dicari
Selasa 13 Juni 2017 Kapasitas Aliran
Temperatur Air Masuk Kolektor
diketahui adalah kapasitas aliran fluida (Q). Untuk mengetahui kecepatan aliran fluidanya digunakan rumus 2.15
v =
( m/s )Misalnya pada pipa copper jam 08:30 diperoleh : Q = Kapasitas aliran (4,5 Liter/menit)
= 4,5
=
0,000075 ⁄A = Luas penampang pipa copper (Diameter yang diketahui 0,5 inchi)
=
=
=
0.000126728 m2 Sehingga diperoleh :v =
⁄
= 0.5918 ⁄
Dengan menggunakan cara yang sama dan dibantu dengan MS.Excel maka kecepatan aliran fluida pada tanggal 13 Juni 2017 dapat dilihat pada table 4.1 Tabel 4.3 Kecepatan aliran tanggal 13 Juni 2017
Waktu Q (L/m) V copper (m/s) V PVC (m/s)
8:00 0 0 0
8:15 0 0 0
8:30 4.5 0.5918 0.148
8:45 5 0.6576 0.1644
9:00 5.5 0.7233 0.1808
9:15 6 0.7891 0.1973
9:30 6 0.7891 0.1973
9:45 6.25 0.822 0.2055
10:00 6.5 0.8549 0.2137
10:15 6.5 0.8549 0.2137
10:30 6.5 0.8549 0.2137
10:45 7 0.9206 0.2302
11:00 7.25 0.9535 0.2384
11:15 3.5 0.4603 0.1151
11:30 6.5 0.8549 0.2137
11:45 2.5 0.3288 0.0822
12:00 6.75 0.8877 0.2219
12:15 6 0.7891 0.1973
12:30 6.75 0.8877 0.2219
12:45 6.75 0.8877 0.2219
13:00 6.5 0.8549 0.2137
13:15 6.5 0.8549 0.2137
13:30 2.5 0.3288 0.0822
13:45 0 0 0
14:00 0 0 0
14:15 0 0 0
14:30 2.5 0.3288 0.0822
14:45 6 0.7891 0.1973
15:00 3 0.3945 0.0986
15:15 3 0.3945 0.0986
15:30 0 0 0
15:45 0 0 0
16:00 0 0 0
4.4.1.2 Analisa Head Loss Mayor 1. Head loss mayor copper ( )
Head loss Mayor ( ) yang terjadi dapat dihitung dengan menggunakan rumus persamaan Darcy-Weisbach. Sebelum mencari , terlebih dahulu mencari Bilangan Reynoldnya. Fungsi dari bilangan reynold adalah untuk mengetahui aliran apa yang terjadi pada pipa yaitu aliran laminar, aliran turbulen dan aliran transisi. Setelah itu kita dapat menentukan koefisien gesekan ( ) persamaan Darcy-Weisbach.
Bilangan Reynold dapat dihitung dengan memakai persamaan 2.12 :
v
VD Re
Misalnya untuk pipa copper nomor 2 di jam 08:30 diperoleh : V = kecepatan aliran (0,5918 m/s)
D = diameter pipa (0,0127 m)
v = viskositas kinematik fluida (m2/s)
Untuk mengetahui viskositas kinematiknya, nilai didapat dari tabel kinematic viscosity, terlebih dahulu di interpolasikan.
Tabel 4.4 Nilai kinematic viscosity pada temperatur 30,26 °C Temperature ( ºC ) Kinematic viscosity, x 10-7 (m2/s)
30 8,03
30,26
40 6,56
Sehingga viskositas kinematic diperoleh v =
Dengan memasukkan data yang ada, bilangan reynold dapat diperoleh : =
= 9406,89
Bilangan adalah 9406 dan lebih besar dari 4000. Maka aliran bersifat turbulen.
Sehingga untuk mencari nilai koefisien gesekan (f) dicari dari diagram Moody yang terdapat pada gambar 2.17. Pada diagram moody, bagian bawah
menunjukkan nilai bilangan reynold ,bagian samping kanan adalah dan samping kiri adalah nilai dari koefisien gesekan (f). adalah roughness dibagi dengan diameter pipa. Roughness dari copper adalah meter dan diameter pipa copper adalah 0,0127 meter. Diasumsikan sehingga diperoleh :
=
= 0,0001181 (pada diagram moody terletak diantara 0,0001 dan 0,0002) Pada diagram moody kurva dari = 0,0001181 dengan reynolds number 9406,89 hanya terdapat satu garis kurva saja, disebabkan bilangan reynoldnya yang kecil. Grafiknya dapat kita lihat seperti dibawah ini.
Gambar 4.3 Letak copper pada diagram moody
Untuk mencari nilai x yang letaknya posisi bawah diagram moody, ditentukan dulu letak bilangan reynold 9406,89 yaitu terletak diantara bilangan reynold 103 dan 104. Jarak antara bilangan reynold 103 dan 104 adalah 37 mm.
Sehingga dengan cara interpolasi maka akan didapat letak dari bilangan reynold
Maka nilai sejauh 36 mm diukur dari bilangan reynold 103.
Selanjutnya mencari nilai y dengan cara mencari kurva yaitu 0,0001181 yang letaknya disebelah kanan diagram moody. Dan setelah dapat kurvanya, tinggal menarik garis diatas nilai x yang sejauh 36 mm dan mengukurnya. Nilai y adalah titik dimana letak bilangan reynold dan nilai roughness bertemu.
Sehingga y = 74 mm.
Untuk mencari nilai , kita tinggal menarik garis lurus kearah kiri dari posisi y berada. Sehingga nilai berada diantara 0,03 dan 0,04. Jarak antara 0,03 dengan 0,04 adalah 15 mm dan jarak 0,03 dengan posisi adalah 3,5 mm. Maka dengan cara interpolasi diperoleh :
Nilai dari koefisien gesekan adalah 0,032
Dengan mengasumsikan data yang ada, nilai dari dapat dihitung dengan persamaan Darcy-Weisbach yaitu menggunakan persamaan 2.17.
Dimana data pipa nomor 2 (copper) jam 08:30 : f = faktor gesekan (0,032)
L = panjang pipa ( 800mm = 0,8m ) D = diameter pipa (0,5 inch = 0,0127 m )
L = panjang pipa ( 800mm = 0,8m ) D = diameter pipa (0,5 inch = 0,0127 m )