Rancangan dan Uji Performansi Sistem Pemanas Air Perpaduan Energi Surya dan LPG (Liquified Petroleum Gas)

(1)

RANCANGAN DAN UJI PERFORMANSI SITEM PEMANAS AR

PERPADUAN ENERGI SURYA DAN

G

(LiuiidPeolen s)

Ieh:

IGNASIUS FERRY M

F0149114

2J

FAKULTAS TENOLGI PERTANlAN

NSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

IGNASIUS FERRY HALlM. F01499114. Rancangan dan Uji Performansi Sistem Pemanas Air Perpadun Energi Surya dan LPG (Liquiied Petroleum Gas). Di bawah bimbingan : Lilik Pujantoro E.N. dan 1 Dewa Made Subrata. 2003

RINGKASAN

Dewasa ioi, alat yang dapat memanaskan air ada tiga macam, dua diantaranya emanas dengan LPG n pemanas dengan energi surya. Pemanfaatan air panas sebesar 60°C dalam proses engolahan angan dapat dijumpai dalam engolahan tanaman hdah buaya sebagai tananan obat-obatan (herbal medicine) dalam entuk minuman (dilakukan ada proses erendaman lidah buaya yang sudah dikuliti) dan pada proses engolahan limbah menjadi 1kan temak melalui proses fennentasi (bertujuan uotuk nengaktifkan kegiatan mikroba tertentu uotuk nenecah komonen yang kompleks menjadi zat-zat yang lebih sederhana).

Penelitian ini b:rtujuan untuk menguji perfo(mansi sistem :manas air LPG (Liquified Petroleum Gas) dan mesin emanas air dengan energi surya. Selain itu, enelitian int juga bertujuan untuk melihat kestabilan suhu air yaitu pada suhu 60°C dimana air panas ini akan dimanfaatkan untuk proses pengoiahah tanaman Jidah buaya menjadt tanaman ohat - obatan ..

Air

adalah cajran yang tidak mempunyai wama, rasa, dan bau. Air merupakan komosisi kimia yang dilambangkan dengan H20, yang menandakan gabungan antara dua volume hidrogen n satu volume oksigen. Secara kimia, air yang benar - benar mumi jarang sekali ditenukan karena konosisi air yang begitu universal memungkinkan adanya kontaminasi terhadap air tersebut (Sheppard, 1927).

Sistem enanas dengan menggwlakan matahari dapat dikategorikan menjadi dua Pertama adalah sistem pasif, dimana radiasi matahari akan dikumpulkan ul!h eeraa alat yang berada di dalam sist!ID itu s!ndiri, alau diterima langsung melalui jendela besar yang menghadap ke selatan. Kedua adalah sistem aktif, umumnya sistem tersebut terdiri dari pengumpui radiasi malahari yang terpisah, alai enampungan !oergi yang oapal Jigunakan uotuk malam hari dan kondisi cuaca yang buruk, dan sistem embantu untuk meyediakan panas paa cuaca buruk yang berkepanjangan

Rancangan, embuatan, dan pengujian alat pemanas air ini dilakukan di Bengkel Primata Laboratorium Ergonomika dan Eiektronika Pertanian, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Tdmulogi Pertanian, Institut Pertanian Bogo£. Waktu en:litian adalah bulan Februari sampai JUnl 2003

(3)

Pada enelitian ini terdapat eberaa parameter yang digunakan sebagai data masukan yaitu radiasi surya, suhu, dan laju aliran air. Radiasi surya diukur tl::ngan menggunakan pyranometer dengan setang waktu engukuran adalah 0.5 jam. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan teml0koei dan recorder. Laju

aiiran air diukur dengan menggunakan sopwatch dan gelas ukur (volumetri). nalisa ekonomi digakan untuk membandingkan antara sistem em.anas air yang dirancang dengan emanas air konvensional (Listrik, LPG). Lee digunakan untuk memperkirakan total biaya dari suatu sistem selama umur ekonomi alat - alat di dalam sistem itu. Analisa dilakukan engan memertimbangkan apakah alat ini digunakan untuk komersial atau hanya .igunakan sen.iri untuk menghemat energi.

Pengujian erfonnansi kolektor dilakukan tiga kali, yaitu pada tanggal 25, 28, dan 29 April 2003 dengan debit aliran masing - masing 0.87 liter / menit, 0.9 (\e, suhu air rata - rata keluar kolektor adalah 34.12 °e dan suhu lingkungan rata rata adalah 30.20 "c.

Pada pengujian sistem emanas air erpaduan energi surya dan LPG, terlihat bahwa suhu 60°C tdah tercapai dan dapat dikontrol dengan adanya instrumcn kontrol yang ada. Namun, ertonansl kolektor menurun yang diakibatkan oleh besamya debit aliran yang ada. Pada engujian ini radiasi rata rata harian adalah 384.59 W/m2, suhu air rata - rata masuk kolektor adalah 28.59 Pc, suhu air ota - rata keluar kolektor adalah 29.39 °c, suhu lingkungan rata -rata adalah 28.47 °e dan suhu air -rata - -rata keluar emanas LPG adalah 59.78oC Oari data tersebut didapat efisiensi kolektor rata - rata adalah 24.3 %.

Hasil perhitungan membuktikan bahwa sistem emanas air yang Jigunakan masih cukup efektif Hal mi dibuktikan dengan murahnya biaya okok. energi er iiter flC air panas yang dihasilkan yaitu sebesar Rp. 0.363. Hal I1 diakibatkan oleh besanya energi yang dihasilkan. Energi yang besar ini uiakibatkan karena ali ran air yang ada mempunyai debit yang l:ukup besar yailu 943.2 liter / hart.

(4)

ANCANGAN DAN UJI PERFOMANSI SISTEM PEMANAS AR

PERPADUAN ENERGI SURYA DAN LPG

_{(Liquifid Perolewn}

_Gs)

SPSI

S

ebi

b

u sya!

nk

memeroleh gelar

SARJANA TENOLGI PERTANIAN

Pa Jn Teknik Pertanin,

Fkls

Tenologi Petanin,

Istitut Petanin Bogor

Oleh

IGNASJS

ERY ALM

FOl499114

23

FAKULTAS TEKNOLGIPERTA�

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(5)

NSTITUT PERTANIAN GOR

FAKULTAS TEKNOLGI PERTANlAN

RANCANGAN DAN un PERFORMANSI SISTEM PEMANAS AR

PERPADUAN ENERGI SURYA DAN

G

_{(Liquiid Peolem as)}

SnPSI

eai h u sm!

nk

memeroleh elar

SAJANA TEKNOLGI PERTANIAN

Pa

Jn

Tenik Pn,

Fakultas Teknoloi Pian,

Institut Pertanian Bogor

Oleh

IGNASIUS ERY

LM

F01499114

Dilahirkan da anl 2 Ji 1981

i Ja

Tnall1s: 27 s 203

(6)

KATA PENGANTAR

Puji n SYUkUT enulis panjatkan keada Tuhan Yesus atas berkat dan rahmatNya sehingga enulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan sebaik -baiknya. Selain itu, enulisjuga mengucapkan terima kasih kepada:

I. Dr. Ir. Lilik Pujantoro E.N. MAr selaku Dosen Pembimbing I yang te1ah membimbing enulis.

2. _{Dr. If.}_I_{Dewa Made Subrata, MAgr selaku Dosen Pembimbing II yang} juga telah banyak membimbing penulis.

3. 8apak Budi selaku kepala Lab Ergonomika dan Elektronika Pertanian atas izin untuk melakukan penehtian di bengkel Walgenihem.

4. Papi, mami, koko, dan Xiao Fen atas semua dukungan baik noril maupun materi selama penulis melakukan enelitian.

5. Clarissa aas semua perhatian, dukungan, dan kasih sayang yang diberikan kepada penulis.

6, Yusuf Adhitama alas kesediaan menjadi tenan seenderitaan dan sepejuangan selama enulis melakukan enelitian.

7. Tenan - tenan angkatan 36 di Perwira 44 (Patar, Roni, Yonathan, Yulis, Echa) atas segala kebersamaan dan perjuangan yang telah dilewati bersama.

8. _{Asi dan Tuti atas segala kebersamaan}_n_{keceriaan selama menjadi} tenan se-PA.

9. Kepada semua tenan - tenan TEP'36 atas kebersamaan selama ini. 10. Dan kepada semua pihak yang te1ah nembantu penuhs selana

melaksanakan ene1itian.

Penulis menyadari bahwa skripsi ml masih mempunyai banyak kekurangan. Oleh karena itu enulis ersedia menerima saran - saran dan kritikan yang membangun. Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pembaca.

Bogor, l guslus 2003 Penuhs

(7)

KATA PENGANTAR ..

A KARAKTERISTIK AIR DAN SIFATNYA ... .

l. ENERGI SURY A ...

C. PEMANAS AIR DENGAN KOLEKTOR SURYA ... 1. Kolektor Keping Datar (Flat Plate Collector) _._.... . ...

... .. _ .... . 2. _{Kolektor Konsentrator (Concentrator Col/ector) ...}

D. SISTEM LOGIKA FUZZY

III PENDEKAT N RANCANGAN PEMANAS DENGAN ENERGI SURY A

A. KEBUTUHAN PANAS.. 11

B. RADlASI SUR Y A.. .. II

C. PERFORMANSI KOLEKTOR 1. _{Panas yang Hilang pada Pipa}

2. Panas yang Hilang pada Sambungan ... ' , _

D. RANCANGAN FUNGSIONAL ...

E RANCANGAN STRUKTURAL

(8)

5. _{Tabung insulasi ...}_.

4. Efisiensi Penyerapan Panas_ .

5. Efisiensi _Optik. F. ANALlSA EKONOMI

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

A

PERFORMANSI KOLEKTOR ..

B. SISTEM PEMANAS _{AIR ENERGl SURY A DAN}

LPG

(Liquified Peroleum

Gas) ... 1. _P

_ef

_onans

l

Kolektor,

2 Energi Efektif dan Kehilangan Panas

(9)

DATAR SIMBOL

Aa = Luas permukaan aerture (m")

Ad;: Radiasl yang dipantulkan kembali oleh debu, uap air (W 1m2) AT = Luas ennukaan absorber (m:)

Au = Radiasi yang diaJsorbsi oteh debu dan uap air (W/m2) Aw = factor keawanan

ea = Radiasi surya yang diabsorbsl oteh awan (W/m2) Cp = Panasjenis air (KJikg K)

Cr = Radiasl yang dipancarkan kembali ke angkasa oleh awan (W 1m 2₎

d = sudut dekhnasi

(I)

= diameter dalam pipa absorber o = diameter luar pia absorber

Ec = emisivitas penutup Er = Emisivitas pipa absorber F' = faktor efisiensi kolektor Fr = Faktor pergerakan panas

hi = Koefisien pindah panas dalam pipa (W/m2K)

hrC-3 = Koefislen radiasi tennal dari kaca enutup ke lingkungan (W/m. K)

hTr_c = Koetisien Tadiasi tenal dari absorber ke kaca enutup (W/m: K) hWc-a = Koefisien konveksi an kaca penutup ke Iingkungan (W/m2 K) hwr_c = Koeisien konveksi dari absorber ke kaca penutup (W/mz K)

lb = Radiasl langsung (Wlml) Id = Radiasi baur � W/m�)

lh = Radiasi harian matahari (W/m�) 10 = Radiasi ekstrateresterial (W/m�)

lr = Radiasl surya yang sanpai dt permukaan kolektor (W/m2) Isc � Konstanta matahari

k - konduktivitas pipa absorber (W/m K) ka - konduktivitas air (W/m K)

n -' 1a.lU aliran massa (k.ijam) Nu = Bilangan Nusselt

(10)

Qa = Radiasi yang ampai di bumi (W/m2)

Qabs � Energi efektifyang masuk ke dalam plpa (Wlm')

Qu = Energi yang dimanfaatkan untuk menaikkan suhu air (W/m�) Qui = Energi berguna er satuan luas absorber (W/ml)

Rb = Faktor hambatan untuk radiasi Iangsung Rd = Faktor hambatan untuk radiasi baur

S � Radiasi sya yang dapat ditangkap oleh permukaan absorer (Wlm') Ta � Suhu Iingkungan (K)

Tc � Suhu kaca enutup (K) Ti = suhu masuk kolektor (K) To = suhu keluar kolektor (K) Tr = Suhu pipa absorer (K) UI = Kehilangan panas (Wiml)

w = sudut matahari e)

a = Absorbsivitas ennukaan kolektor )' = Sudut azimuth

(0)

$

= Lintang sllatu tempat

r -5.67 X 10-8 (W/m2 K�) p = Refleksivitas daTi kolektor

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

(56)

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

(68)

(69)

(70)

(71)

(72)

(73)

(74)

(75)

(76)