DENGAN KOLEKTOR PIPA SERI
Tugas Akhir
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh
Anggara Nurwidhi Prasetyanta NIM : 035214026
Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta
2008
Final Project
Pressented as partial fulfillment of the requirements to obtain The Sarjana Teknik degree in
Mechanical Engineering
By
Anggara Nurwidhi Prasetyanta Student number : 035214026
Mechanical Engineering Study Program
Mechanical Engineering Department
Science and Engineering Faculty
Sanata Dharma University
Yogyakarta
2008
PEMANAS AIR ENERGI SURYA
DENGAN KOLEKTOR PIPA SERI
Disusun oleh
Anggara Nurwidhi Prasetyanta NIM : 035214026
Telah disetujui Tanggal 23 Februari 2008
Dosen Pembimbing
Ir. FA.Rusdi Sambada,M.T
PEMANAS AIR ENERGI SURYA
DENGAN KOLEKTOR PIPA SERI
Dipersiapkan dan ditulis oleh Anggara Nurwidhi Prasetyanta
NIM : 035214026
Telah dipertahankan di depan panitia penguji pada tanggal 23 Februari 2008 dan dinyatakan memenuhi syarat
Susunan Panitia Penguji
Ketua : Budi Setyahandana, ST., MT. ______________ Sekretaris : R.B. Dwiseno Wihadi, ST., M.Si. ______________ Anggota : Ir. FA.Rusdi Sambada,M.T ______________
Yogyakarta, 23 Februari 2008 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta Dekan
(Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc)
Dengan ini, saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 23 Februari 2008
Anggara N.P.
Yang bertanda tanggan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Anggara Nurwidhi Prasetyanta
Nomor Mahasiswa : 035214026
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
……… …… Pemanas Air Energi Surya Dengan Kolektor Pipa Seri ... ... beserta peragkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me- ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dam mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal : 26 Februari 2008
Yang menyatakan
( Anggara Nurwidhi Prasetyanta )
Seiring perkembangan jaman pemanfaatan energi surya terus berkembang mengikuti kebutuhan manusia. Penelitian ini bertujuan membuat alat pemanas air memanfaatkan sumber panas alternatif yang ramah lingkungan serta mengetahui besar temperatur maksimum dan faktor efisiensi pemanas air tersebut.
Sistem pemanas air ini menggunakan kolektor seri dengan luas 0,5 m2 tanpa menggunakan reflektor. Pengukuran suhu ditempatkan pada beberapa titik yaitu suhu air masuk, suhu kolektor suhu air keluaran serta suhu tangki penyimpan. Pengukuran dilakukan secara periodik yaitu setiap 10 menit pemanasan. Setiap jam dikeluarkan air sebanyak 5 liter dan diukur temperaturnya.
Dari penelitian ini dapat diketahui besar faktor efisiensi tertinggi = 96% dan faktor efisiensi rata-rata 58% serta suhu tertinggi sebesar = 66,90 oC dan suhu yang terendah 38,40 oC.
Puji syukur kepada Allah Bapa di surga yang telah menganugerahkan berkat, rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir yang berjudul ” Pemanas Air Energi Surya dengan Kolektor Pipa Seri”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan, saran dan fasilitas, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan, kepada :
1. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Budi Sugiharto, S.T., M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin 3. Ir. FA.Rusdi Sambada,M.T selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T selaku Dosen Pembimbing Akademik 5. Agustinus Roni, selaku Laboran Laboratorium Mekanika Fluida
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, terima kasih atas bantuannya.
6. Bapak, Ibu, Kakak, Adek, Nenek, Om Dundee serta keluarga yang telah memberikan cinta, doa restu dan yang pasti bantuan finansialnya. 7. Romo FX. Tri Priyo Widarto, SCJ. atas doa serta semangatnya.
8. G.Agung Nugroho, Stefonus Tri Ardi, Thomas, Ign Kurniadi yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
9. Dian.K., Rista Tiranda.S. atas pinjaman laptop dan flasdisknya.
dukungan, sindiran dan semangatnya.
11.Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak terlepas dari kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun akan selalu diterima supaya laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi orang lain khususnya teman-teman yang melaksanakan penelitian tentang sistem pemanas air energi surya..
Yogyakarta, 23 Februari 2008
Hormat saya
Anggara N.P
Halaman Judul ...i
Tittle Page ... ii
Halaman Pengesahan Pembimbing...iii
Halaman Pengesahan ...iv
Halaman Pernyataan ... v
Intisari ...vi
Kata Pengantar ...viii
Daftar Isi ...ix
Daftar Gambar ...xi
Daftar Tabel ...xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 4
1.4 Batasan Masalah ... 4
1.5 Manfaat penelitian.. ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori... 5
2.1.1 Prinsip Kerja Pemanas Air Tenaga Surya... 6
2.1.2 Kolektor ... 8
2.1.3 Tangki Penampung Air ... 11
2.1.4 Isolasi ... 12
2.1.6 Keran Pengeluaran Air Panas ... 13
2.2 Penelitian yang pernah dilakukan ... 14
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Skema Alat ... 15
3.2 Cara Kerja Alat ... 16
3.3 Diagram Alir Penelitian ... 17
3.4 Peralatan yang digunakan pada Penelitian... 18
3.5 Langkah Penelitian... 19
3.5.1 Pembuatan Alat ... 19
3.5.2 Pelaksanaan Penelitian ... 19
3.5.3 Parameter yang dihitung ... 21
3.6 Langkah Perhitungan ... 21
BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Pengamatan ... 24
4.2 Perhitungan Data Hasil Percobaan... 32
4.3 Analisa Data Percobaan ... 41
4.3.1 Temperatur Air ... 41
4.3.2 Temperatur Air Tangki ... 46
4.3.3 Nilai Radiasi Masuk (Gt) ... 49
4.3.4 Nilai Faktor Efisiensi (F’) dan (Trata-rata-Tlingkungan)/Gt... 53
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 57
5.2 Saran ... 57
Lampiran ... 60
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air panas sangat dibutuhkan dalam kehidupan kita sehari-hari, mulai dari keperluan rumah tangga hingga untuk proses-proses industri. Air panas ini dapat disediakan dengan berbagai macam cara atau proses, antara lain yang telah umum kita lakukan yaitu dengan merebus menggunakan sumber panas api. Akan tetapi ada cara lain yang lebih murah dan mudah yaitu melalui peralatan pemanas air dengan sistem tenaga surya (Solar Water Heater System). Seiring perkembangan jaman pemanfaatan energi surya terus berkembang mengikuti kebutuhan manusia. Melalui pancaran tenaga surya / sinar matahari langsung ini, kita dapat memperoleh pemanasan air tanpa harus menggunakan energi listrik ataupun harus membeli bahan baker minyak.
Pemanas air tenaga surya telah banyak digunakan di negara-negara maju seperti; Jepang, Australia dan Israel. Pemanas thermosifon merupakan tipe pemanas yang banyak digunakan. Pemanas thermosifon mempunyai metode konversi energi surya yang sederhana dan sangat efektif, sehingga banyak digunakan di negara sedang berkembang. Pada saat ini kira-kira 60 % dari penjualan kolektor pelat rata di Amerika Utara adalah sistem panas bagi keperluan rumah tangga. Kebanyakan dari sistem tersebut menggunakan zat anti beku atau dengan mensirkulasi air melalui
kolektor. Air dialirkan kembali ke dalam tangki penyimpan apabila radiasi surya tidak cukup.
Pemanas air sistem thermosifon merupakan sistem pemanas air yang sederhana, sistem ini hanya terdiri dari sebuah tangki penyimpan yang ditempatkan lebih tingi di bagian atas dari kolektor. Thermosifon diciptakan oleh perbedaan massa jenis fluida, apabila dalam kolektor memperoleh panas dari matahari, maka massa jenisnya turun; segera setelah perbedaan massa jenis antara kolektor dan tangki telah cukup untuk mengatasi tinggi gesekan dari sistem, maka terjadilah suatu sirkulasi searah jarum jam, air hangat dari kolektor dipindahkan ke tangki penyimpan dan diganti oleh air yang dingin dari dasar tangki. Sirkulasi ini berlanjut sampai seluruh sistem mencapai temperature yang seragam. Gerakan sirkulasi fluida ini tidak lagi memerlukan sensor temperatur, alat-alat kontrol, pompa serta motor.
Pemanas air tenaga surya merupakan suatu peralatan pemanas air yang menggunakan media pemanas yang diperoleh dari radiasi atau pancaran sinar matahari. Pada prinsipnya pemanas air tenaga surya ini didasari prinsip mekanika fluida dan peralatan-peralatan elemen perancangan peralatan konversi energi. Perencanaan solar water heater system mencakup prinsip- prinsip perpindahan panas radiasi, konveksi, maupun konduksi.
fluida dalam saluran melalui cara konveksi, apabila sirkulasi dilakukan dengan pompa, biasa kita sebut dengan konveksi paksa. Pelat penyerap yang panas itu melepaskan panas ke pelat penutup kaca dengan cara konveksi alamiah dan dengan cara radiasi.
Pemanas cairan surya pada umumnya terdiri dari selembar bahan konduktif thermal yang biasa disebut pelat penyerap yang terhubung dengan pipa pemindah panas. Radiasi thermal ditransmisikan melalui penutup yang trnsparan dan diubah menjadi panas pada pelat penyerap tersebut. Alat pemanas cairan digunakan untuk menyediakan air panas untuk keperluan industri dan sistem air panas untuk keperluan rumah tangga.
1.2 Rumusan Masalah
Pada penelitian ini akan dibuat model pemanas air jenis thermosifon yang tersusun seri dan bersusun pararel untuk mengetahui unjuk kerja yang dihasilkan jika digunakan di Indonesia, dalam hal ini penelitian dilakukan di halaman laboratorium konversi energi Unversitas Sanata Dharma Yogyakarta.
1.3 Tujuan Penelitian
a. Membuat model pemanas air energi surya sederhana (jenis thermosifon). b. Mengetahui temperatur air dan faktor efisiensi pemanas air yang dapat
dihasilkan.
c. Membandingkan hasil penelitian ini dengan hasil penelitian lain yang ada.
1.4 Batasan Masalah
a. Kemiringan kolektor 30° tipe seri, luas 0,5 m2 dan susunan pipa seri.
b. Jumlah tangki yang digunakan 2 buah, yaitu tangki air dingin(atas), dan tangki air panas (bawah).
c. Volume air tiap tangki 20 liter
d. Pemakaian / pengambilan air panas dilakukan setiap 1 jam sekali sebanyak 5 liter
1.5 Manfaat Penelitian
a. Menambah kepustakaan teknologi pemanas air energi surya.
b. Dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pemanas air energi surya sederhana yang sesuai dengan kondisi cuaca di Indonesia dan dapat diterima masyarakat.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
Pemanas air sistem thermosifon merupakan salah satu dari sistem pemanas air tenaga surya atau tenaga matahari. Pemanas air tenaga surya menggunakan sinar matahari sebagai sumber panas, ini berbeda dengan pemanas air elektrik yang mamarlukan tenaga listrik sebagai sumber energi panas. Pemanas air tenaga matahari ini jauh lebih sederhana dan lebih efisien dibandingkan dengan pemanas air elektrik, karena pemanas air tenaga surya hanya memerlukan panas matahari yang cukup untuk membangkitkan panas yang digunakan untuk memanaskan air di dalam kolektor. Berbeda dengan yang elektrik dimana pemanas air elektrik hanya dapat beroperasi bila ada temaga listrik, hal ini akan menyulitkan bila pemanas air elektrik ini harus beroperasi di daerah yang belum terjangkau listrik.
Pemanas air tenaga surya bekerja untuk memanaskan air melalui pemanas pada kolektor. Sinar matahari akan memanasi pipa-pipa kolektor yang akan menyebabkan air yang berada di dalam kolektor akan menjadi ikut terpanasi. Pada saat air di dalam kolektor terkena panas, air akan menjadi memuai dan air akan menjadi lebih ringan dari pada air dingin yang ada di tangki penyimpan yang terletak di atas kolektor. Adanya pengaruh gaya grafitasi akan mendorong air dingin mengalir turun menuju ke kolektor. Karena adanya dorongan air dingin ke kolektor
menyebabkan air panas akan ikut terdorong mengalir keluar dari kolektor pemanas menuju ke tangki penyimpan air panas yang terletak lebih tinggi dari tangki penyimpan air dingin. Demikian siklus ini bekerja, air dingin akan terpanasi oleh kolektor sehingga menjadi lebih ringan dan akan terdorong ke atas menuju tangki penyimpan air panas. Siklus ini akan terus bekerja sehingga seluruh air akan terpanasi dengan suhu secara merata.
Gambar 2.1 Pemanas air sistem thermosifon 2.1.1 Prinsip kerja pemanas air tenaga surya
panas kemudian dipindahkan ke fluida dalam saluran melalui cara konveksi. Agar panas tidak cepat hilang maka isolasi harus benar-benar baik.
Gambar. 2.2 Aliran panas ke dalam cairan
Sebagai gambaran mengenai perpindahan panas dalam sebuah alat pemanas air tenaga surya, dapat terjadi melalui konduksi, konveksi, dan radiasi.
• Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan kalor yang melalui media padat. Panas mengalir dari temperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah.
• Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan energi dalam bentuk kalor antara suatu permukaan dan fluida yang berada di atasnya yang disebabkan adanya gerakan molekul secara acak, atau adanya gerakan fluida itu sendiri
Radiasi ini akan merambat dengan kecepatan cahaya 3 x 1010 m/s. Kecepatan ini sama dengan perkalian panjang gelombang dengan frekuensi radiasi.
Gambar 2.3 Radiasi surya 2.1.2 Kolektor
Kaca bening baik untuk digunakan pada tempat yang langsung terkena sinar matahari.
Tembaga mempunyai sifat sebagai penghantar panas dan penghantar listrik yang sangat tinggi. Selain mempunyai daya hantar panas yang baik, tembaga juga mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap terjadinya karat, sehingga biasa digunakan pada pembuatan alat pemanas.
Gambar 2.4 Kolektor
kaca memungkinkan cahaya untuk mengenai penyerap tapi mengurangi jumlah panas yang dapat dilepas. Alas dan sisi dari kolektor pada umumnya diisolasi, tujuannya untuk memperkecil hilangnya panas.
Gambar 2.5 Susunan pipa kolektor pararel dan seri
Pelat penyerap pada umumnya hitam sebab warna hitam adalah penyerap energi matahari yang baik. Cahaya matahari lewat melalui kaca dan memantul ke pelat penyerap, yang akan memanaskan dan akan mengubah radiasi matahari menjadi energi panas. Panas ditransfer ke udara atau cairan yang terdapat pada kolektor itu. Plat penyerap biasanya ditutup dengan mantek selektip, yang akan mempertahankan cahaya matahari yang diserap lebih baik dan menjadi lebih tahan lama dibanding cat hitam biasa. Supaya pipa kolektor tidak bergeser,maka dilakukan penyambungan pipa saluran air dengan pelat penyerap yaitu dengan dipatri.
Tembaga lebih mahal, tetapi merupakan konduktor yang lebih baik dan cenderung lebih mudah berkarat dibanding aluminium.
2.1.3 Tangki penampung air
Air yang nantinya akan disikulasikan terlebih dahulu akan disimpan dan ditampung di dalam tangki. Oleh karena itu penyimpan harus mempunyai sifat yang tahan terhadap air, diantaranya harus tahan terhadap terjadinya karat. Apabila tangki air ini mudah terkena karat ini akan sangat berbahaya, karena air yang disimpan akan ikut jadi kotor tercemar oleh karat yang ada ditangki.
Gambar 2.6 Tangki penampung air
dibawah titik didih air 1000C. Alat pemanas air thermosifon ini akan mempergunakan tangki yang terbuat dari plastik dan plat logam. Tangki plastik ini seperti yang telah dijelaskan salah satunya untuk menghindari terjadinya karat. Dengan tangki yang terbuat dari bahan plastik ini pula, pengerjaan akan lebih mudah kemudian plat logam mudah dibentuk dan relatif tahan terhadap terjadinya panas. Tangki yang akan digunakan untuk menyimpan dan menampung air harus bebas dari segala kotoran agar tidak mengotori pipa kolektor.
2.1.4. Isolasi
2.1.5. Pipa saluran air
Gambar 2.7 Pipa saluran air
Dalam pemanas air tenaga surya ini digunakan pipa besi sebagai penyalur aliran air. Pipa besi ini dipilih karena dalam perancangan sebelumnya yang menggunakan pipa pralon, mempunyai kecenderungan tidak kuat atau pipa pralon berubah bentuk karena menerima panas dari air panas yang keluar dari kolektor. Selain itu pipa pada bagian output kolektor diberi isolasi berupa karet ban untuk mengurangi laju perpindahan kalor ke lingkungan sekitar.
Gambar 2.8 Keran pengeluaran air panas
Untuk mengeluarkan air panas dari hasil pemanasan dengan sistem thermosyphon ini, digunakan keran yang terpasang pada bagian atas tangki penyimpanan air panas. Pemasangan keran pada bagian wadah ini bertujuan agar air yang diambil selalu mendapatkan air yang terpanas karena massa jenis air panas lebih ringan dan berada di bagian atas daripada air yang lebih dingin yang berada di bagian bawah tangki penyimpan.
2.2. Penelitian yang pernah dilakukan
Pada penelitian pemanas air sistem termosiphon dengan pipa seri sebelumnya oleh saudara Agus Tomi pada tahun 2004, pemanas air termosiphon ini menggunakan pipa pralon sebagai alat distribusi airnya. Tangki penyimpan air panas menggunakan jerigen plastik yang cenderung kurang bisa menahan suhu tinggi. Alat ini dijemur dibawah terik matahari antara pukul 09.00 hingga 15.00 dan dibiarkan hingga air bersirkulasi secara kontinyu selama rentang waktu tersebut dan tidak diakukan pengukuran suhu air panas keluaran dari tangki penyimpan air panas.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Skema alat
Gambar 3.1 Skema alat
Parameter yang diukur dalam pemanas air thermosifon ini antara lain : T1 = suhu permukaan kaca (0C) T2 = suhu permukaan kolektor (0C)
T3 = suhu air masuk kolektor (0C) T4 = suhu air keluar kolektor (0C)
T5 = suhu penampung air bagian bawah (0C) T6 = suhu penampung air bagian atas (0C) T lingkungan = suhu lingkungan sekitar (0C)
T air keluar = Temperatur air keluar (0C)
V = Tegangan (Volt)
3.2 Cara Kerja Alat
air panasyang terletak lebih rendah daripada tangki penyimpan air dingin. Demikian siklus ini bekerja, air dingin akan terpanasi oleh kolektor sehingga massa jenisnya menjadi lebih ringan dan akan terdorong ke atas oleh air dingin, siklus ini akan terus berlangsung berulang – ulang hingga seluruh air akan mencapai suhu yang seragam. 3.3 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian Pengambilan data
Analisa data
Pembahasan
Kesimpulan
Selesai Tidak
Pembuatan / perbaikan alat sebagai sarana penelitian
Mulai
Ada masalah alat Uji coba alat
3.4 Peralatan yang digunakan pada penelitian 1. Kolektor
Panjang kolektor = 1 m
Lebar = 0,5 m
2. Kaca
Tebal = 0,003 m
Panjang = 1 m
Lebar = 0,5 m
Luasan kaca (Ac) = 1 m x 0,5 m
= 0,5 m2 Transmitasi-absorber normal (τα ) = 0,8 3. Rangka dan casing
Kemiringan kolektor (β) = 30° 4. Pipa besi ukuran ½ anci
Diameter pipa (d1) = 0,013 m
Sela antar pipa (s) = 0,11 m
Diameter dalam pipa = 0,011 m
Panjang keseluruhan pipa = 4,46 m 5. Tangki air
Tangki air dingin (air input)
Tangki air panas
Terbuat dari jerigen plat seng, dengan kapasitas 20 liter
Diameter = 0,28 m
Tinggi = 0,37 m
6. Massa air yang ditampung tangki adalah 20 liter
3.5 Langkah Penelitian 3.5.1 Pembuatan Alat
1. Membuat tangki dari seng (ember cat) dengan kapasitas 20 liter. 2. Memasang kolektor dengan sudut kemiringan 30°.
3. Membuat pipa saluran air beserta ulirnya untuk penyambungan 4. Merangkai tangki yang dihubungkan dengan pipa yang sudah dibuat
dengan kolektor.
5. Mengisolasi dan menyiler sambungan –sambungan pipa,kolektor, serta kotak penampung tangki air panas.
3.5.2 Pelaksanaan penelitian
a. Persiapan pengambilan data
1. Pengisian air ke tangki sampai penuh dan di isi dari tangki input (atas) dan siap dipanaskan
b. Pengukuran masukan energi matahari
1. Solar cell dipanaskan dan diatur posisinya sama dengan kemiringan kolektor.
2. Diukur voltasenya setiap 10 menit bersamaan dengan pengambilan data.
c. Pengambilan data
Setiap 10 menit diukur temperatur ruangan, temperatur kolektor (T1), temperatur kaca (T2), temperatur air masuk kolektor (T3), temperatur air keluar kolektor(T4), temperatur air masuk tangki bagian atas (T5), temperatur air masuk tangki bagian atas bawah (T6), energi radiasi matahari yang terserap.
d. Lokasi Pengambilan data
3.5.4 Parameter yang dihitung
1. Arus keluaran sel yang masuk kolektor (Iph)
2. Energi sel surya yang terukur (GT)
3. Tahanan thermal (Us)
4. Temperatur tangki rata-rata (Ts) 5. Faktor efisiensi (F’)
3.6 Langkah Perhitungan
Karena akan menggunakan temperatur air kolektor rata – rata (T1+T0)/2 maka
Us = Tahanan thermal (W/(m2.K))
Yaitu jumlah intensitas radiasi yang di terima oleh solar cell. Dirumuskan; (Solar sell. GL8 33 TF 5.4W/12V System)
GT = (Iph/0,4) x 1000 ( 3.3 )
• Tahanan Thermal ( Us )
Yaitu jumlah hambatan total antara air dalam tangki sampai luar box Dirumuskan; (J.P. Holman, 1994: 33)
0
• Koefisien konveksi luar ( h0 )
BAB IV
PEMBAHASAN
Dalam bab ini data yang diperoleh dari hasil penelitian akan dianalisa untuk mengetahui faktor efisensi (F’) dari pemanas air sistem termosifon. Pada bab ini juga akan ditunjukkan tabel data yang diperoleh selama pengujian atau pengambilan data. 4.1. Data Hasil Pengamatan
Pengujian alat diakukan pada tanggal 1 September 2007 hingga 14 September 2007. Tempat Percobaan = Halaman depan laboratorium konversi energi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta Jenis Reflektor = thermosifon Seri
Besar Tahanan = 10 Ohm
Kemiringan Kolektor = 30° Luas kolektor = 0,5 m2 Diameter tabung = 28 cm Tinggi tabung = 37 cm
Pengukuran suhu pada pemanas air themosiphon ini dilakukan dengan termokopel yang kemudian disambungkan pada penera temperatur, termokopel ini dipasang pada beberapa titik yaitu :
T1 = suhu permukaan kaca (0C) T2 = suhu permukaan kolektor (0C) T3 = suhu air masuk kolektor (0C)
T4 = suhu air keluar kolektor (0C)
T5 = suhu penampung air bagian bawah (0C) T6 = suhu penampung air bagian atas (0C)
Tabel 4.2 Data penelitian termosifon pipa seri kedua
Tabel 4.3 Data penelitian termosifon pipa seri ketiga
Tabel 4.4 Data penelitian termosifon pipa seri keempat
Tabel 4.5 Data penelitian termosifon pipa seri kelima
Tabel 4.6 Data penelitian termosifon pipa seri keenam
4.2. Perhitungan Data Hasil Percobaan
Energi surya total merupakan energi surya yang masuk ke kolektor. Dengan bantuan sel surya (solar sell), maka energi radiasi surya yang dipancarkan saat itu dapat diolah menjadi inputan voltase setelah sel surya dibeeri tahanan (R) sebesar 10 Ω. Sebagai contoh, dari data input pada table 4.1 maka energi surya total dapat diperolah dengan cara :
a. Menghitung Arus yang dikeluarkan solar sel (Iph)
Arus yang dikeluarkan solar sel dapat diperoleh dari pesamaan (3.2)
Iph=
b. Energi Surya yang Terukur Sel Surya (G) Dari persamaan (3.3) dapat diperoleh harga G
c. Menghitung besar koefisien konveksi luar ( h0 )
Dari persamaan ( 3.5 ) dapat diperoleh besarnya h0 yaitu : h0 = 5,7 + 3,8 . V
= 5,7 + 3,8 . 0,5 = 7,60 W/(m2.K)
d. Menghitung besar Tahanan Thermal tangki air ( Us ) Dari persamaan (3.4) dapat diperoleh besarnya h0 yaitu:
0
e. Menghitung besar Faktor efisiensi (F’)
Dari persamaan (3.1) dapat diperoleh besarnya F’ yaitu
Tabel 4.7 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri pertama
dTs I=V/R Gt (T3+T4/2) Us F' (Trata2-Tling) Gt
2,90 0,34 852,50 29,25 0,54 1,21 0,01
0,60 0,34 847,50 33,65 0,54 0,26 0,00
0,70 0,34 842,50 37,05 0,54 0,31 0,00
3,40 0,36 890,00 37,45 0,54 1,41 0,01
2,05 0,36 890,00 38,15 0,54 0,86 0,01
1,35 0,45 1115,00 39,85 0,54 0,46 0,01
-5,25 0,45 1115,00 38,65 0,54 -1,78 0,01
1,55 0,36 892,50 39,95 0,54 0,71 0,01
1,80 0,39 967,50 40,95 0,54 0,73 0,01
2,65 0,39 980,00 41,50 0,54 1,04 0,01
1,55 0,26 645,00 42,35 0,54 1,04 0,02
4,20 0,40 995,00 43,05 0,54 1,67 0,02
-5,95 0,36 902,50 40,70 0,54 -2,67 0,02
3,85 0,29 720,00 42,55 0,54 2,30 0,02
1,80 0,26 657,50 43,50 0,54 1,22 0,03
0,55 0,36 905,00 43,00 0,54 0,25 0,02
0,95 0,35 872,50 44,70 0,54 0,50 0,03
1,30 0,32 792,50 46,90 0,54 0,79 0,03
-9,00 0,28 697,50 40,45 0,54 -5,45 0,02
0,30 0,29 732,50 41,70 0,54 0,18 0,02
1,30 0,29 732,50 39,75 0,54 0,71 0,02
1,05 0,21 535,00 41,85 0,54 1,03 0,04
0,65 0,22 542,50 43,00 0,54 0,58 0,03
1,95 0,11 262,50 44,50 0,54 6,60 0,07
Keterangan:
Tabel 4.8 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri kedua
Tabel 4.9 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri ketiga
Tabel 4.10 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri keempat
dTs I=V/R Gt (T1+T0/2) Us F' (Trata2-Tling) Gt
7,95 0,31 777,50 32,80 0,54 3,11 0,02
2,80 0,33 825,00 32,15 0,54 1,04 0,01
-3,50 0,34 850,00 34,40 0,54 -1,28 0,02
0,45 0,35 880,00 31,35 0,54 0,15 0,01
-6,55 0,36 897,50 29,75 0,54 -2,18 0,01
1,30 0,38 952,50 35,80 0,54 0,42 0,01
3,00 0,37 912,50 30,85 0,54 0,97 0,01
-0,35 0,37 922,50 34,25 0,54 -0,12 0,01
0,25 0,39 965,00 31,00 0,54 0,07 0,01
1,60 0,39 967,50 35,45 0,54 0,51 0,01
4,00 0,39 970,00 32,75 0,54 1,22 0,01
4,45 0,39 980,00 36,90 0,54 1,39 0,01
-10,95 0,39 965,00 42,65 0,54 -3,67 0,01
2,55 0,39 970,00 42,45 0,54 0,85 0,01
1,15 0,38 952,50 47,35 0,54 0,40 0,01
3,60 0,31 775,00 51,20 0,54 1,58 0,02
2,45 0,35 872,50 52,35 0,54 0,96 0,02
2,25 0,35 885,00 55,10 0,54 0,88 0,02
-4,70 0,32 800,00 45,45 0,54 -1,88 0,02
-1,20 0,07 167,50 43,60 0,54 -1,53 0,10
4,10 0,33 815,00 50,75 0,54 1,66 0,02
2,65 0,35 885,00 45,85 0,54 0,92 0,02
-0,75 0,25 625,00 45,10 0,54 -0,36 0,03
-3,95 0,198 495 44,8 0,54 -2,21 0,04
Keterangan:
Tabel 4.11 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri kelima
dTs I=V/R Gt (T3+T4/2) Us F' (Trata2-Tling) Gt
2,35 0,31 767,50 33,40 0,54 1,02 0,01
5,65 0,23 570,00 37,35 0,54 3,09 0,02
3,60 0,40 1010,00 38,35 0,54 1,14 0,01
-2,85 0,37 932,50 34,50 0,54 -0,93 0,01
-1,60 0,23 582,50 35,10 0,54 -0,78 0,02
-1,35 0,11 277,50 35,30 0,54 -1,14 0,04
-2,60 0,39 985,00 34,25 0,54 -0,82 0,01
5,70 0,13 330,00 32,00 0,54 3,93 0,04
-4,90 0,13 325,00 32,10 0,54 -3,70 0,03
-1,85 0,11 277,50 27,60 0,54 -1,45 0,05
-0,95 0,15 375,00 32,60 0,54 -0,73 0,04
1,10 0,45 1125,00 37,30 0,54 0,33 0,01
1,00 0,15 380,00 34,65 0,54 0,77 0,04
1,40 0,11 262,50 34,85 0,54 1,46 0,05
-0,35 0,17 417,50 35,10 0,54 -0,25 0,02
-1,90 0,07 185,00 34,05 0,54 -2,32 0,09
-2,35 0,10 255,00 32,50 0,54 -2,51 0,03
2,80 0,11 282,50 34,25 0,54 3,06 0,04
-4,15 0,08 187,50 30,70 0,54 -6,86 0,03
-0,50 0,09 217,50 31,90 0,54 -0,70 0,01
-0,45 0,10 245,00 30,80 0,54 -0,52 0,01
1,25 0,16 387,50 31,25 0,54 0,96 0,01
-0,15 0,11 280,00 29,50 0,54 -0,15 0,02
0,70 0,11 262,50 31,15 0,54 0,72 0,02
Keterangan:
4.3 Analisa Data Percobaan
Dari hasil penelitian dan perhitungan telah didapatkan beberapa perbedaan. Perbedaan itu disebabkan oleh beberapa faktor yang terjadi selama penelitian. Untuk mengetahui hal tersebut maka perlu diadakan suatu analisa dan pembahasan dari data yang diperoleh selama penelitian. Sehingga dapat diketahui faktor-faktor yang menyebabkan perbedaan.
4.3.1 Temperatur air
Tempat Percobaan = Halaman depan laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
Jenis Reflektor = termosifon Lama uji coba = 4-5 jam Besar Tahanan = 10 Ohm Kemiringan Kolektor = 30° Luasan Reflektor = 0,5 m2
Grafik Suhu Vs Waktu
10:05 10:45 11:25 12:05 12:45 13:25 14:05
Waktu
Gambar 4.1 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada kolektor pipa seri pertama
Grafik Suhu Vs Waktu
15,00
9:25 10:05 10:45 11:25 12:05 12:45 13:25 14:05
Waktu
Grafik Suhu Vs Waktu
9:00 9:40 10:20 11:00 11:40 12:20 13:00 13:40
Waktu
Gambar 4.3 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada kolektor pipa seri ketiga
Grafik Suhu Vs Waktu
10,00
9:30 10:10 10:50 11:30 12:10 12:50 13:30
Waktu
Grafik Suhu Vs Waktu
9:50 10:30 11:10 11:50 12:30 13:10 13:50
Waktu
Gambar 4.5 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada kolektor pipa seri kelima
Grafik Suhu Vs Waktu
15,00
10:10 10:50 11:30 12:10 12:50 13:30 14:10 14:50
Waktu
4.3.2 Temperatur air Tangki
Dari data-data yang telah diperoleh maka dapat dibuat dalam bentuk grafik sebagai berikut:
Grafik Suhu Vs Waktu
0,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu T air yang diambil
Gambar 4.7 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada Tangki pertama
Grafik Suhu Vs Waktu
0,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
T air yang diambil
Grafik Suhu Vs Waktu
8:00 10:24 12:48 15:12
Waktu T air yang diambil
Gambar 4.9 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada Tangki ketiga
Grafik Suhu Vs Waktu
0,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48
Waktu
T air yang diambil
Grafik Suhu Vs Waktu
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu T air yang diambil
Gambar 4.11 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada Tangki kelima
Grafik Suhu Vs Waktu
0,00
9:00 11:24 13:48 16:12
Waktu T air yang diambil
Berdasarkan gambar grafik distribusi temperatur air rata-rata tangki dan air kaluaran terhadap waktu diatas, maka dapat dilihat terjadi perubahan temperatur pada setiap parameter yang diukur per sepuluh menitnya pada temperatur rata-rata tangki. Suhu air akan terus meningkat seiring waktu hingga mencapai titik maksimal kemudian akan turun kembali menjelang sore. Perubahan temperatur ini dipengaruhi oleh naiknya suhu air dalam kolektor sehingga akan naik ke tangki. Siklus ini akan berlangsung berulang-ulang jika kolektor mendapatkan panas matahari. Pada setiap 1 jam pemanasan akan terjadi penurunan suhu, hal ini karena air panas hasil pemanasan yang ada dalam tangki penyimpan selalu dikeluarkan sebanyak 5 liter untuk mengetahui suhu air keluaran.
4.3.3. Nilai Radiasi Masuk (Gt)
Dari data-data yang telah diperoleh maka dapat dibuat dalam bentuk grafik nilai Radiasi Masuk (Gt) terhadap waktu sebagai berikut:
Grafik Gt Vs Waktu
0,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Grafik Gt Vs Waktu
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Gambar 4.14 Grafik Nilai Radiasi Masuk terhadap Waktu kedua
Grafik Gt Vs Waktu
0,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Grafik Gt Vs Waktu
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48
Waktu
Gambar 4.16 Grafik Nilai Radiasi Masuk terhadap Waktu keempat
Grafik Gt Vs Waktu
0,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Grafik Gt Vs Waktu
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00 16:12
Waktu
Gambar 4.18 Grafik Nilai Radiasi Masuk terhadap Waktu keenam
4.3.4. Nilai Faktor Efisiensi (F’) dan (Trata-rata-Tlingkungan)/Gt
Dari data-data yang telah diperoleh maka dapat dibuat dalam bentuk grafik Faktor efisiensi F’ terhadap besarnya (Trata-rata-Tlingkungan)/Gt sebagai berikut:
F' Vs (Trata2-Tling)/Gt
0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% 90,00% 100,00%
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04
(Trata2-Tling)/Gt
F' F'
Linear (F')
F' Vs (Trata2-Tling)/Gt
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04
(Trata2-Tling)/Gt
F' F'
Linear (F')
Gambar 4.20 Grafik Faktor efisiensi F’ terhadap (Trata-rata-Tlingkungan)/Gt kedua
F' Vs (Trata2-Tling)/Gt
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
(Trata2-Tling)/Gt
F' F'
Linear (F')
F' Vs (Trata2-Tling)/Gt
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04
(Trata2-Tling)/Gt
F' F'
Linear (F')
Gambar 4.22 Grafik Faktor efisiensi F’ terhadap (Trata-rata-Tlingkungan)/Gt keempat
F' Vs (Trata2-Tling)/Gt
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04
(Trata2-Tling)/Gt
F' F'
Linear (F')
F' Vs (Trata-Ta)/Gt
0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% 90,00% 100,00%
0,00 0,01 0,02 0,03
(Trata-Ta)/Gt
F'
% Series1
Linear (Series1)
Gambar 4.24 Grafik Faktor efisiensi F’ terhadap (Trata-rata-Tlingkungan)/Gt keenam
BAB V PENUTUP
5. 1 Kesimpulan
Mesin pemanas air tenaga surya tipe thermosiphon ini merupakan alat yang menggunakan energi alternatif yaitu energi matahari. Dari semua hasil uji coba, perhitungan, dan analisa data maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Pemanas air energi surya jenis thermosifon sebagai alat pada uji coba mempunyai nilai faktor efisiensi rata-rata 58% dan mempunyai nilai faktor efisiensi paling tinggi 96 %. Suhu air keluar paling tinggi adalah 66,9 °C dan suhu air keluaran paling rendah adalah 38,40 °C
2. Pada penelitian sebelumnya suhu air dan nilai faktor efisiensi lebih tinggi yaitu suhu air tertinggi 86,10 C dan paling rendah 39,60 C serta faktor efisiensi terendah 86 % dan tertinggi 99 %.
5. 2 Saran
a. Untuk mendapatkan hasil data pengujian yang lebih baik maka penelitian dalam sehari hanya untuk satu percobaan
b. Pengukuran temperatur kolektor dan air didalam kolektor tidak hanya di satu titik serta dilakukan maksimum tiap 5 menit.
c. Untuk memaksimalkan hasil penyimpanan panas maka perlu bahan isolasi yang baik pada setiap dinding.
d. Untuk alat pengukur panasnya sebaiknya dari thermocouple langsung ke display.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W., Teknologi Rekayasa Surya, PT Pradnya paramita, Jakarta Holman, J.P., Perpindahan Kalor. Jasjfi, Erlangga, 1994
