Proses Uji Coba Alat - METODOLOGI PENELITIAN

Tanggal Lulus :

DAFTAR LAMPIRAN

3. METODOLOGI PENELITIAN

3.6. Proses Uji Coba Alat

Proses uji coba alat dilakukan dengan cara meletakkan alat di bawah sinar matahari tanpa terhalang oleh pohon atau gedung. Selama proses tersebut dilakukan pengukuran sudut putar alat dan suhu pada titik fokus. Pengambilan data-data

tersebut dilakukan pada saat matahari terbit (pukul 06.00 WIB) sampai dengan matahari terbenam (pukul 18.00 WIB). Suhu diukur menggunakan thermocouple dengan pencatatan setiap 1 jam. Sudut diukur dengan menggunakan busur derajat dengan pencatatan setiap 1 jam.

3.7. Variabel Penelitian

Sinar matahari datang membentuk sudut terhadap permukaan bumi. Sudut tersebut berubah setiap saat karena perputaran bumi pada porosnya dan gerak bumi yang mengelilingi matahari dengan sudut kemiringan 23,5°. Berikut beberapa sudut yang dibentuk (Gambar 13).

dimana:

δ: Sudut deklinasi matahari terhadap garis equator (lintang selatan bernilai negatif) ω: Sudut jam, perpindahan sudut matahari setiap jam sebesar 15° (pagi positif,

siang negatif

θz: Sudut zenith matahari, sudut antara garis vertikal dengan matahari

αs: Sudut ketinggian matahari terhadap bidang horizontal

γs: Sudut azimuth matahari terhadap bidang horizontal (diukur dari arah utara)

Sudut deklinasi (δ) dapat dihitung dengan menggunakan rumus (Dufie & William, 1991):

.………(1) dimana n adalah jumlah hari ke-n dalam tahun tersebut.

Sudut zenith (θz) dapat dihitung dengan menggunakan rumus (Dufie &

William, 1991):

………..(2) Dimana Φ: Sudut lintang tempat tersebut (lintang selatan bernilai negatif)

Sudut ketinggian matahari (αs) dan sudut zenith (θz) membentuk sudut siku-

siku:

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Rancang Bangun

Penelitian ini menghasilkan prototip alat konsentrator surya (Gambar 14) yang berfungsi untuk memantulkan sinar matahari ke satu titik fokus sehingga dihasilkan panas yang tinggi. Agar pantulan yang dihasilkan maksimal, alat ini dilengkapi dengan sistem yang dapat mengikuti gerak matahari. Alat konsentrator surya ini memiliki tiga bagian utama, yaitu reflektor, unit mekanik, dan unit elektronik.

Gambar 14. Prototip alat konsentrator surya

Reflektor

Reflektor berfungsi untuk memantulkan sinar matahari yang masuk ke permukaan bumi menuju titik fokus (Gambar 15). Reflektor memiliki dimensi diameter (D) 50 cm dan kedalaman parabola (d) 5 cm dengan titik fokus (f) 31,25

50 cm 31,25

cm. Titik fokus (f) reflektor tersebut dicari dengan menggunakan rumus (Dufie & William, 1991):

……….(8)

Gambar 15. Reflektor konsentrator surya

Kerangka reflektor dibuat dengan menggunakan alumunium foil karena ringan dan murah. Kerangka lengkung reflektor dibuat dari parabola bekas. Berikut beberapa bahan untuk reflektor beserta keunggulan dan kekurangannya (Rahardjo, 2008):

 Cermin

Keunggulan: reflektifitas sangat baik Kekurangan: berat, susah dibentuk

 Stainless steel

Keunggulan: ringan, mudah dibentuk, reflektifitas baik

Kekurangan: mahal, perlu proses lanjutan untuk mendapatkan reflektifitas yang baik (dipoles)

 Alumunium foil

Keunggulan: sangat ringan, mudah dibentuk, refleksifitas baik, tidak perlu proses lanjutan, murah

Kekurangan: mudah berubah bentuk, mudah sobek

Melihat dari beberapa keunggulan dan kekurangan tiap material, maka dipilih alumunium foil sebagai material reflektor. Kekurangan dapat diatasi saat pemasangan dengan ketelitian agar alumunium foil tidak sobek.

Pada reflektor terdapat dua buah sensor cahaya yang berfungsi mendeteksi cahaya matahari (Gambar 16). Sensor cahaya yang digunakan adalah Light Dependent Resistors (LDR). LDR adalah suatu bentuk komponen yang

mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya, dimana nilai hambatannya akan berubah-ubah bila terkena cahaya yang diterima.

LDR-1 berfungsi untuk kontrol dari alat. Apabila cahaya terang, maka alat akan berfungsi dan sebaliknya. LDR-2 berfungsi untuk mencari cahaya matahari. Di belakang LDR-2 diletakkan sebuah papan dengan tinggi 15 cm untuk menghasilkan bayangan. Papan ini diletakkan menghadap arah terbitnya matahari, yaitu timur. Bayangan yang dihasilkan papan berfungsi untuk menutup LDR-2 sehingga resistansinya berubah. Bayangan tersebut akan berubah seiring dengan pergerakan matahari.

Gambar 16. LDR pada reflektor

Unit Mekanik

Unit mekanik berfungsi untuk menggerakkan reflektor mengikuti gerak matahari. Unit mekanik ini terdiri dari motor DC, gear, per dan rantai (Gambar 17). Motor DC dikaitkan langsung pada gear yang telah terkait juga oleh rantai. Rantai yang terkait pada gear kemudian dikaitkan pada parabola yang berfungsi sebagai reflektor.

Gambar 17. Unit mekanik pada konsentrator surya

LDR-2 LDR-1 Rantai Per Motor Gear Penghasil Bayangan

Motor DC memiliki 2 buah supply, yaitu supply dari tegangan positif (Vcc) dan supply ground (0). Pada dasarnya putaran motor DC akan berbalik seandainya supply yang menempel pada motor tersebut dibalik kutub positif (+) dan kutub negatifnya (-). Apabila LDR-2 mendapatkan cahaya, maka ia akan memberikan pulsa output positif sampai LDR-2 tidak menerima cahaya lagi. Output pulsa tersebut akan bekerja pada koil relay sehingga terbentuk medan magnet pada koil yang menarik contact relay dari posisi Normally Close (NC) ke Normally Open (NO). Hal ini menyebabkan motor DC bergerak ke suatu arah.

Unit Elektronik

Unit elektronik berfungsi mengontrol sensor cahaya dan motor DC (Gambar 18). Unit elektronik mendapat tegangan 5 V dari catu daya. Tegangan yang diperoleh oleh catu daya berasal dari tegangan AC dari PLN 220 V,

kemudian tegangan PLN diubah oleh trafo CT menjadi tegangan AC 12 V. Tegangan AC 12 V akan diubah menjadi tegangan positif (+) DC 12 V oleh diode bridge. Tegangan DC 12 V ini akan diubah menjadi tegangan 5 V oleh regulator 7805. Tegangan 5 V inilah yang digunakan untuk memfungsikan rangkaian elektronik pada alat konsentrator surya.

Gambar 18. Unit elektronik pada alat konsentrator surya Di dalam unit elektronik terdapat rangkaian pembangkit sinyal dan penguat tegangan. Rangkaian pembangkit sinyal berfungsi untuk menghasilkan sinyal yang digunakan untuk menggerakkan motor DC. Rangkaian penguat tegangan berfungsi untuk meningkatkan tegangan agar sensor cahaya dapat berfungsi dengan baik.

4.2. Hubungan antara Sudut dan Suhu

Perubahan sudut yang mengikuti matahari diperlukan agar reflektor senantiasa selalu menghadap matahari. Hal ini diperlukan supaya pantulan cahaya matahari oleh reflektor selalu jatuh pada titik fokusnya. Sudut yang dibentuk oleh reflektor terhadap sumbu vertikal adalah sudut reflektor. Sudut reflektor bernilai 55° saat menghadap ke arah timur dan bernilai 135° saat menghadap ke arah barat. Perubahan maksimal sudut yang dapat dibentuk dari alat ini adalah sebesar 80°. Kemiringan sudut reflektor tersebut dirancang karena motor DC tidak kuat memutar reflektor untuk mengikuti pergerakan matahari. Sebaiknya

Rangkaian Penguat Tegangan Rangkaian Pembangkit Sinyal Rangkaian Catu Daya Relay

menggunakan motor servo dengan torsi yang lebih tinggi agar mampu memutar reflektor dan memiliki putaran yang halus.

Sudut awal yang dibentuk oleh reflektor adalah sebesar 55°, yaitu sekitar pukul 09.30 WIB. Pukul 06.00-09.00 WIB tidak terjadi perubahan sudut. Pada pukul 10.00 WIB sudut mengalami perubahan sebesar 5° menjadi 60°. Perubahan sudut tersebut konstan sebesar 15° sampai reflektor mencapai kemiringan sebesar 135° pada pukul 15.00 WIB dan sudut akan tetap sama sampai pukul 18.00 WIB (Lampiran 1).

Besarnya intensitas matahari sangat mempengaruhi kinerja dari alat konsentrator surya ini. Semakin besar intensitas matahari yang diterima reflektor, maka pantulan yang akan difokuskan menuju titik fokus juga akan semakin besar, sehingga suhu yang diterima oleh receiver juga lebih besar. Selain besarnya intensitas matahari, bahan dari reflektor yang digunakan juga sangat

mempengaruhi suhu yang diperoleh. Nilai suhu yang diperoleh dari hasil

pengamatan berubah-ubah tiap harinya tergantung dari besarnya intensitas cahaya matahari yang diterima. Suhu yang diperoleh dari hasil pengujian selama enam hari berkisar antara 23,5 – 62,5 °C (Lampiran 2).

Hubungan antara sudut terhadap suhu tidak terlalu berpengaruh nyata (Gambar 19). Kondisi alam lebih mempengaruhi perubahan suhu yang terjadi. Pengambilan data pada hari 1 sampai 5 cuaca mendung dan berawan, hal ini menyebabkan intensitas matahari berkurang karena matahari tertutup oleh awan. Cuaca yang cerah hanya terjadi pada pengambilan data hari ke-6, sehingga didapat suhu yang paling tinggi selama pengambilan data.

Gambar 19. Grafik hubungan antara sudut dan suhu

Secara kesuluruhan hasil pengukuran sudut yang mengikuti pergerakan matahari setiap 1 jam selama enam hari adalah konstan sebesar 15°. Hal ini sesuai dengan teori mengenai sudut jam matahari (ω), yaitu matahari bergerak sebesar 15° setiap 1 jam (Dufie & William, 1991). Nilai suhu keseluruhan yang didapat dari alat ini kurang maksimal. Hal ini disebabkan oleh kondisi cuaca pada saat pengambilan data adalah musim hujan. Selain itu juga disebabkan oleh bahan dari reflektor yang seharusnya dari cermin diganti dengan alumunium foil. Nilai suhu yang seharusnya adalah lebih dari 100 °C karena pada suhu tersebut merupakan nilai titik didih air. Sebaiknya bahan dari reflektor menggunakan cermin yang dibentuk mengikuti bentuk dari reflektor. Aplikasi selanjutnya untuk alat ini adalah digunakan untuk mendidihkan air yang akan menghasilkan uap untuk menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.

5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Prototip pembangkit listrik yang menggunakan sistem konsentrator surya telah dikembangkan, namun alat ini masih kurang mampu menghasilkan suhu yang maksimal, suhu yang mampu dicapai oleh alat ini sebesar 62,50 C. Walaupun demikian, hasil rancang bangun prototip konsentrator surya yang dikembangkan telah mampu mengikuti pergerakan dari matahari dengan perubahan sudut konstan 15° setiap 1 jam dengan range perubahan sudut maksimal 800. Hubungan antara sudut terhadap suhu tidak terlalu berpengaruh nyata. Kondisi alam lebih mempengaruhi perubahan suhu yang terjadi.

5.2. Saran

Hal yang perlu dilakukan untuk penelitian selanjutnya adalah membuat mesin uap atau stirling yang mampu mengubah energi panas menjadi gerak dan juga generator untuk mengubah energi gerak menjadi listrik.

Carr, J.J. 1993. Sensor and Circuits. TR Percentice Hail, Englewood Cliffs, New Jersey

Cleanenergy. 2009. Sun Powered Stirling-Dish System.

www.cleanergyindustries.com/.../Sun%20powered%20Stirling- Dish%20system-161_GB.pdf [Diakses tanggal 20 September 2010].

Dufie, A. J., dan William, A. 1991. Solar Engineering of Thermal Processes. 2nd. ed. Hal. 1-212. John Willey & Sons, Inc. New York

Energyefficiencyasia. 2006. Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik.

http://www.energyefficiencyasia.org/docs/ee_modules/indo/Chapter%20- %20Electric%20motors%20(Bahasa%20Indonesia).pdf [Diakses tanggal 26 November 2011].

Hardjasoemantri, K. 2002. Hukum Tata Lingkungan. Edisi VII. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.

Kenny, T. 2005. Sensor Fundamentals. Hal.1-20. In. J.Wilson (ed.). Sensor Technology Handbook. Elsevier. Oxford.

Lakitan, B. 2004. Dasar-Dasar Klimatologi. PT Raja Grafindo Persada. Jakarta. Nrel. 2001. Concentrating Solar Power: Energy From Mirrors.

http://www.nrel.gov/docs/fy01osti/28751.pdf [Diakses tanggal 7 Oktober 2010]

Pitz-Paal, R. 2007. High Temperature Solar Concentrators.

http://www.eolss.net/ebooks/Sample%20Chapters/C08/E6-106-06-00.pdf [Diakses tanggal 7 Oktober 2010]

Rahardjo, J. 2008. Perencanaan Boiler Tenaga Surya. Skripsi. Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Teknologi Industri. Universitas Kristen Petra. Surabaya

Seia, 2009. Concentrating Solar Power: Utility-Scale Solutions for Pollution-Free Electricity. http://seia.org/galleries/pdf/factsheet_csp.pdf [Diakses tanggal 7 Oktober 2010]

Sitorus, S. A. 2008. Sistem Keamanan Ruangan dengan Sensor LDR dan Handphone. Tugas Akhir. Program Studi D-3 Fisika Instrumentasi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sumatra Utara. Medan.

Solarpaces. 2001. Solar Dish-Engine.

www.solarpaces.org/CSP_Technology/docs/solar_dish.pdf [Diakses tanggal 20 September 2010]

Wisnubroto, S. (2004). Meteorologi Pertanian Indonesia. Fakultas Pertanian. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta.

Dalam dokumen Rancang Bangun Prototip Konsentrator Surya dengan Pelacak Gerak Sinar Matahari (Halaman 64-79)