ABSTRACT
EFFECT OF REFLECTOR SIZE ON THE PERFORMANCE OF PARABOLIC SOLAR COOKER
BY
AFRIS RAMADHI
One solution that glimpsed by a group of researchers to look for alternative
13.89%, at 4 m2 of collector size was 7.33%, and at 6 m2 of collector size was 7.81%.
ABSTRAK
PENGARUH LUAS TANGKAP REFLEKTOR TERHADAP KINERJA KOMPOR TENAGA SURYA TIPE PARABOLIK
Oleh
AFRIS RAMADHI
Salah satu solusi yang dilirik sekelompok peneliti untuk mencari solusi alternatif mengatasi krisis energi yang terjadi di Indonesia adalah pemanfaatan energi matahari. Pemanfaatan energi surya ini dapat dilakukan secara termal maupun melalui energi listrik. Pemanfaatan secara termal dapat dilakukan secara langsung dengan membiarkan objek pada radiasi Matahari, atau menggunakan peralatan yang mencakup kolektor dan konsentrator surya. Untuk memanfaatkan energi matahari dalam keperluan memasak dapat digunakan kompor energi surya.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh luas terhadap kinerja kolektor tenaga surya tipe parabolic dalam memasak air. Penelitian dilakukan dengan menggunakan 3 luas tangkap radiasi matahari yang berbeda, dengan massa awal air 2 kg parameter yang diukur adalah massa air, perubahan suhu, intensitas radiasi matahari serta lama waktu perebusan. Radiasi matahari diukur
70oC. Efisiensi termal pada kompor tenaga surya ini pada luas tangkap 2 m2 sebesar 13,89%, pada luas tangkap 4 m2 sebesar 7,33%, pada luas tangkap 6 m2 sebesar 7,81%
PENGARUH LUAS TANGKAP REFLEKTOR TERHADAP
KINERJA KOMPOR TENAGA SURYA TIPE PARABOLIK
(Skripsi)
Oleh
AFRIS RAMADHI
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG
i
SANWACANA
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan hidayah-Nya skripsi ini dapat diselesaikan.
Skripsi dengan judul “Pengaruh Luas Tangkap Reflektor Terhadap Kinerja Kompor Tenaga Surya Tipe Parabolik”,adalah salah satu syarat untuk
memperoleh gelar sarjana Teknik Pertanian di Universitas Lampung.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku Pembimbing Akademik serta selaku Ketua Jurusan Teknik Pertanian Universitas Lampung yang telah membimbing dalam menyelesaikan skripsi.
2. Bapak Ir. Budianto Lanya, M.T., selaku Pembimbing 2 Skripsi atas bimbingan dalam menyelesaikan skripsi
3. Dr. Ir. Tamrin, M.S. selaku Pembahas Skripsi atas saran dan masukan bagi penulis.
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Wan Abbas Zakaria, M.S., selaku Dekan Fakultas Pertanian Universitas Lampung.
5. Saudara-saudari ku TEP 07 dan teman-teman CADAKZ community Adit, Riski, Febri, Enky, Dodi, Rifky, Iim, Muamar, Fadil, dll.
ii
Akhir kata, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, akan tetapi sedikit harapan semoga skripsi yang sederhana ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua. Aamiin
Bandar Lampung, 9 Mei 2014
DAFTAR TABEL
Teks
Tabel Halaman
1. Data pengukuran radiasi Matahari ... 36
Lampiran
Tabel
DAFTAR GAMBAR
Gambar Teks Halaman
1. Kompor tenaga surya tipe box ... 13
2. Kompor tenaga surya tipe parabolik ... 13
3. Skema kompor tenaga surya ... 14
4. Kolektor surya prismatik ... 17
5. Kolektor surya plat datar ... 17
6. Sketsa rancangan kompor tenaga surya tipe parabolik ... 24
7. Unit kolektor tampak atas ... 25
8. Unit kolektor tampak depan ... 26
9. Unit kolektor tampak samping ... 26
10. Diagram alir penelitian... 27
11. Kolektor surya hasil rancangan ... 33
12. Hasil kalibrasi antara lux meter dan actinograph ... 37
13. Grafik kenaikan suhu air rata-rata tiap luasan parabola ... 38
14. Hubungan besarnya luas tangkap dengan suhu rata-rata yang dihasilkan ... 39
15. Grafik perkiraan waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu 100 oC ... 40
v Lampiran
Gambar Halaman
17. Parabola bekas sebagai kolektor ... 51
18. Pembuatan kerangka bawah alat ... 51
19. Proses perakitan parabola ... 52
20. Proses pemasangan parabola ... 52
21. Proses pengecekan dudukan parabola ... 53
22. Proses pembuatan dudukan absorber ... 53
23. Kompor tenaga surya hasil rancangan ... 54
24. Lux meter ... 54
25. Actinograph ... 55
26. Pengujian parabola diameter 2,85 m ... 55
27. Pengujian parabola diameter 2,24 m ... 56
28. Thermometer digital ... 56
1
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Potensi energi surya pada suatu wilayah sangat bergantung pada posisi antara Matahari dengan kedudukan wilayah tersebut dipermukaan bumi. Potensi ini akan berubah tiap waktu, tergantung dari kondisi atmosfer, dan tempat (garis lintang) serta waktu (hari dalam tahun dan jam dalam hari). Indonesia yang berada dalam wilayah khatulistiwa mempunyai potensi energi surya yang cukup besar sepanjang tahunnya.
Selain menjadi sumber energi bagi sumber energi lainnya, energi surya sangat berpotensi untuk dimanfaatkan secara langsung sebagai sumber energi alternatif. Pemanfaatan energi surya ini dapat dilakukan secara termal maupun melalui energi listrik. Pemanfaatan secara termal dapat dilakukan secara langsung dengan membiarkan objek pada radiasi Matahari, atau menggunakan peralatan yang mencakup kolektor dan konsentrator surya.
2
amorphous silicon. Sedangkan panas (termal) dalam aplikasinya banyak digunakan sebagai pemanas dan piranti memasak.
Terdapat tiga jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam solar thermal collector system, yaitu :
1. Kolektor surya plat datar (flat-plate collectors) 2. Kolektor surya tipe konsentrator (parabolik) 3. Evacuated Tube Collectors (fluida)
Kolektor yang mampu menangkap panas secara optimal adalah kolektor tipe konsentration dimana jenis kolektor ini dapat menangkap panas secara optimal. Pada konsentrator, radiasi dikonsentrasikan pada titik atau garis untuk kemudian panas yang dihasilkan dimanfaatkan untuk proses-proses yang sesuai.
Berdasarkan prinsip pengkonsentrasian cahaya konsentrator dapat dibedakan menjadi dua yaitu konsentrator yang memiliki reflektor (cermin) dan konsentrator yang memiliki refraktor (lensa). Reflektor bekerja berdasarkan pemantulan cahaya sedangkan refraktor berdasarkan pembiasan cahaya. Hasil pemantulan atau pembiasan cahaya tersebut kemudian diterima oleh receiver. Karakteristik dasar sebuah reflektor parabola sempurna adalah reflektor tersebut mengubah gelombang yang berbentuk bola menyinari dari sumber titik ditempatkan di fokus menjadi gelombang planar. Sebaliknya, seluruh energi yang diterima oleh
3
1.2. Tujuan Percobaan
Adapun tujuan dari perancangan ini adalah mengetahui pengaruh ukuran reflektor terhadap kinerja kompor tenaga surya tipe parabolik.
1.3. Manfaat Penelitian
Memberikan informasi kepada masyarakat tentang pengaruh luas reflektor terhadap kinerja kompor tenaga surya tipe parabolik serta sebagai alternatife energi terbarukan dalam membudayakan hemat energi dan pemanfaatan sumber energi ramah lingkungan dengan keuntungan Indonesia berada di garis
4
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kebutuhan energi
Kebutuhan akan sumber energi di muka bumi ini sangat mempengaruhi aspek kehidupan di dalamnya dari hubungan energi dengan musim, pemenuhan kebutuhan pokok makhluk hidup, ekonomi bahkan kebudayaan kultural suatu kelompok. Kebutuhan energi dalam rumah tangga yang sangat besar, untuk memasak atau sekedar memanaskan air (Wilson and Maryam, 2000).
Kenaikan bahan bakar pada tahun 2012 ini semakin mempersulit ekonomi rakyat golongan menengah ke bawah, sehingga banyak yang mencari sumber energi alternatif untuk mengatasi problematika ekonomi. Kayu bakar yang dahulu tergeser oleh minyak tanah dan gas elpiji mulai diminati kembali. Kuantitas dan kualitaskayu bakar untuk saat ini tidak dapat dijadikan andalan. Energi alternatif lainnya yang dapat dipilih adalah cahaya Matahari yang sering dikenal dengan istilah solar energi (Mazen dkk, 2008).
5
hilang sangat sukar. Kalor hasil transformasi harus disimpan supaya saat Matahari tidak menyinari bumi masih dapat dimanfaatkan. Cara mengatasinya diperlukan bahan yang memiliki kapasitas panas jenis tinggi untuk
mempertahankan simpanan kalor.
2.2. Radiasi dan sinar Matahari
Melaporkan bahwa Indonesia terletak di garis khatulistiwa, sehingga Indonesia mempunyai sumber energi Matahari yang berlimpah dengan intensitas radiasi Matahari rata-rata sekitar 4,5 kWh/m2/hari diseluruh wilayah Indonesia. Dalam kondisi puncak atau posisi Matahari tegak lurus, sinar Matahari di Indonesia seluas 1m2 akan mampu mencapai 900 hingga 1000 W. Total intensitas penyinaran perharinya di Indonesia mampu mencapai 4500 W jam/m2 yang membuat Indonesia tergolong kaya sumber energi Matahari. Salah satu cara sederhana dan efektif untuk memanfaatkan energi yang diperlukan untuk
memasak adalah kompor tenaga surya. Kompor berkonsentrasi energi Matahari dengan merefleksikan cahaya Matahari melalui lapisan. Teknologi yang
digunakan pada kompor ini disebut teknologi energi termal dengan mengubah energi Matahari menjadi energi panas pada panci. Kompor energi surya mengurangi ketergantungan terhadap listrik dan bahan bakar minyak, sehingga mengurangi pencemaran lingkungan.
6
menerima sinar Matahari tidak kurang dari 10 jam tiap harinya karena letaknya di khatulistiwa. Pemanfaatannya di Indonesia belum optimal dalam bentuk teknologi maju, baru sebatas untuk pengeringan dan penerangan secara tradisional.
Eksplorasi artifisial di negara lain sudah banyak dilakukan, misalnya untuk pengeringan makanan (Scanlin, 1997), solar cooker di Pakistan tahun 1985 dan di Cina pada 1987, di Prancis Bernard telah mengembangkan solar panel cooker dan tak kalah Barbara Kerr di Arizona juga mengembangkan hal yang serupa.
Radiasi dari Matahari merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan guna menggantikan energi yang
dihasilkan minyak bumi. Matahari dengan jari-jari 6,96.105 km dan jarak rata-rata ke Bumi sekitar1,496 x 108 km. Arus energi yang memasuki atmosfer bumi dengan kepadatan yang diperkirakan sebesar antara 1 sampai 1,4 kW/m2 dengan arah tegak lurus terhadap poros sinar. Dari jumlah tersebut, 34% dipantulkan kembali ke ruang angkasa, 19% diserap atmosfer yaitu oleh komponen-komponen yang terdapat diudara seperti karbon dioksida (CO2), debu dan awan. Energi yang diserap bumi kurang lebih sebesar 47% .
7
1. Jarak Matahari. Setiap perubahan jarak bumi dan Matahari menimbulkan variasi terhadap penerimaan energi Matahari
2. Intensitas radiasi Matahari yaitu besar kecilnya sudut datang sinar Matahari pada permukaan bumi. Jumlah yang diterima berbanding lurus dengan sudut besarnya sudut datang. Sinar dengan sudut datang yang miring kurang memberikan energi pada permukaan bumi disebabkan karena energinya tersebar pada permukaan yang luas dan juga karena sinar tersebut harus menempuh lapisan atmosphir yang lebih jauh ketimbang jika sinar dengan sudut datang yang tegak lurus.
3. Panjang hari (sun duration), yaitu jarak dan lamanya antara Matahari terbit dan Matahari terbenam.
4. Pengaruh atmosfer. Sinar yang melalui atmosfer sebagian akan diadsorbsi oleh gas-gas, debu dan uap air, dipantulkan kembali, dipancarkan dan sisanya diteruskan ke permukaan bumi.
2.3. Pemanfaatan energi Matahari
Dalam pemanfaatan energi surya dapat dibedakan menjadi tiga cara (Marwani, 2011) yaitu :
1. Pemanfaatan langsung sinar Matahari untuk pengeringan, misalnya : pengeringan baju, pembuatan garam, pengering hasil pertanian, dll. 2. Mengumpulkan energi termal Matahari melalui suatu kolektor energi
8
3. Mengkonversikan energi radiasi termal Matahari langsung menjadi energi listrik melalui sel fotovoltaik.
Matahari dipercayai terbentuk pada 4,6 miliar tahun lalu. Kepadatan massa Matahari adalah 1,41 berbanding massa air. Jumlah tenaga Matahari yang sampai ke permukaan Bumi yang dikenali sebagai konstan surya menyamai 1.370 watt per meter persegi setiap saat. Untuk memanfaatkan potensi energi surya tersebut, ada 2 (dua) macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu teknologi energi surya termal dan energi surya fotovoltaik. Energi surya termal pada umumnya
digunakan untuk memasak (kompor surya), mengeringkan hasil pertanian (perkebunan, perikanan, kehutanan, tanaman pangan) dan memanaskan air.
Radiasi Matahari dapat digunakan untuk menghasilkan energi termal untuk air, bisa juga digunakan sebagai sumber pemanas pada siklus pemanas mesin sebagai tenaga gerak. Kegunaan yang lain dari energi Matahari adalah menghasilkan listrik dari melalui penggunaan sel photovoltaic. Kata photovoltaic berasal dari bahasa Yunani photos yang berarti cahaya dan volta yang merupakan nama ahli fisika dari Italia yang menemukan tegangan listrik. Secara sederhana dapat diartikan sebagai listrik dari cahaya. Photovoltaic merupakan sebuah proses untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Efek photovoltaic pertama kali berhasil diidentifikasi oleh seorang ahli Fisika berkebangsaan Prancis
9
menjalankan suatu peralatan, mereka berhasil membuktikan bahwa material padat dapat menghasilkan listrik tanpa panas ataupun bagian yang bergerak.
Enargi termal pada umunya digunakan digunakan untuk memasak (kompor surya). Mengeringkan hasil pertanian (perkebunan, perikanan, kehutanan,
tanaman pangan) dan memanaskan air. Energi surya fotovoltaik digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik, pompa air, televisi, telekomunikasi, dan lemari pendingin di puskesmas dengan kapasitas total kurang lebih 6 MW. Prinsip kerja dari kompor Matahari adalah dengan memfokuskan panas yang diterima dari Matahari pada suatu titik menggunakan sebuah cermin cekung besar sehingga didapatkan panas yang besar yang dapat digunakan untuk menggantikan panas dari kompor minyak atau kayu bakar.
10
antara tenaga listrik yang dihasilkan oleh peranti sel surya dibandingkan dengan jumlah energi cahaya yang diterima dari pancaran sinar Matahari.
2.4. Kompor tenaga surya
Kompor tenaga surya adalah perangkat memasak yang menggunakan energi termal Matahari melalui suatu kolektor sebagai sumber energi. Prinsip dasar cara kerja kompor surya adalah radiasi termal sinar Matahari yang jatuh pada
permukaan kolektor dipantulkan ke sebuah titik atau area tertentu yang disebut titik api kolektor; konsentrasi energi termal Matahari pada titik atau area ini menghasilkan suhu yang sangat tinggi. Panci atau alat tempat memasak ditempatkan pada daerah titik api ini sedemikinan rupa sehingga energi termal yang terkonsentrasi mengenai alas panci dan meneruskan energi termal tersebut ke produk yang sedang dimasak. Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja kompor tenaga surya ini selain lamanya waktu bersinar dan besarnya intensitas radiasi termal dari Matahari, adalah:
a) Refleksivitas material kolektor b) Luas permukaan kolektor
c) Bentuk geometrik dan letak titik api dari kolektor
d) Arah normal permukaan kolektor terhadap sinar Matahari yang datang. e) Sifat benda hitam dari panci atau alat memasak
f) Besarnya kehilangan energi kalor ke sekitarnya.
11
sejenis bahan metal atau logam yang memantulkan cahaya, digunakan untuk memusatkan cahaya dan panas Matahari ke arah area memasak yang kecil, membuat energi lebih terkonsentrasi ke satu titik dan menghasilkan panas yang cukup untuk memasak.
Mengubah cahaya menjadi panas. Bagian dalam kompor surya dan panci, dari bahan apapun asal yang berwarna hitam, dapat meningkatkan efektivitas
pengubahan cahaya menjadi panas. Panci berwarna hitam dapat menyerap hampir semua cahaya Matahari dan mengubahnya menjadi panas, secara mendasar
meningkatkan efektivitas kerja kompor surya. Semakin baik kemampuan panci menghantarkan panas, semakin cepat kompor dan oven bekerja memerangkap panas. Upaya mengisolasi udara di dalam kompor dari udara di luarnya akan menjadi penting. Penggunaan bahan yang keras dan bening seperti
kantong plastik atau tutup panci berbahan kaca memungkinkan cahaya untuk masuk ke dalam panci. Setelah cahaya terserap dan berubah jadi panas, kantong plastik atau tutup berbahan gelas akan memerangkap panas di dalamnya
seperti efek rumah kaca. Hal ini memungkinkan kompor untuk mencapai temperatur yang sama ketika hari dingin dan berangin seperti halnya ketika hari cerah dan panas.
Ada beberapa tipe kompor tenaga surya dilihat dari segi bentuk dan kolektor yang digunakan (Noam, 1990), diantaranyaan :
1. Kompor tenaga surya tipe box
12
umumnya. Namun demikian, memasak dengan kompor ini sebaiknya dilakukan sebelum tengah hari. Bergantung pada lokasi berdasarkan garis lintang dan cuaca, makanan dapat dimasak baik pada pagi hari atau siang hari. Kompor ini ditemukan oleh Horace de Saussure, seorang naturalis
Swiss, sejak tahun 1767, kompor surya baru populer sekitar tahun 1970an.
Perangkat masak yang sederhana dan berguna ini semakin banyak digunakan di berbagai negara di seluruh dunia. Adapun kompor tenaga surya tipe box dapat dilihat pada Gambar 1.
2. Kompor tenaga surya tipe parabolik
13
Gambar 1. Kompor tenaga surya tipe box
Gambar 2. Kompor tenaga surya tipe parabolik
14
Gambar 3. Skema kompor tenaga surya
2.5. Kolektor surya dan jenis-jenis kolektor
Kolektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar Matahari sebagai sumber energi utama. Ketika cahaya Matahari menimpa absorber pada kolektor surya sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan guna berbagai aplikasi. Jenis kolektor surya yang sering digunakan adalah tipe kolektor surya prismatik, tipe kolektor surya plat datar, tipe concentrating collectors, tipe evacuated tube collectors.
15
Ketika cahaya Matahari menimpa absorber pada kolektor surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan guna berbagai aplikasi. Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen utama, yaitu (Duffie dan Beckman, 1974) :
1. Cover, berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju lingkungan
2. Absorber, berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya Matahari. 3. Isolator, berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari
absorber menuju lingkungan
4. Frame, berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor.
Salah satu komponen kompor adalah kolektor surya sejalan dengan pendapat Made dan Astawa (2001), mengatakan bahwa kolektor surya merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengumpulkan energi Matahari yang masuk dan diubah menjadi energi thermal dan meneruskan energi tersebut ke fluida. Kolektor surya memiliki beberapa komponen yaitu: transmisi, refleksi, dan absorbsi. Komponen transmisi dapat diperoleh dengan menggunakan kaca, refleksi dari elemen cermin dan absorber dari bahan aluminium atau kuningan yang dilapisi dengan
permukaan benda hitam. .Jadi dapat disimpulkan secara prinsip bahwa metode kerja dari kolektor surya adalah sama yaitu menyerap sinar Matahari.
16
Matahari yang maksimal serta suhu didalam kompor menjadi lebih tinggi. Jumlah reflektor dapat mempengaruhi suhu pada kompor, dengan 4 reflektor dapat menaikkan suhu 20 oC lebih tinggi dari pada kompor yang hanya menggunakan 1 reflektor (Martin, 2006).
Ada beberapa jenis kolektor surya, dimana kolektor surya ini dibuat berdasakan sifat dan kegunaannya, diantaranya kolektor surya prismatik, plat datar dan parabolik.
1. Kolektor surya prismatik
Kolektor surya prismatik adalah kolektor surya yang dapat menerima energi radiasi dari segala posisi Matahari. Kolektor jenis ini juga dapat digolongkan dalam kolektor plat datar dengan permukaan kolektor berbentuk prisma yang tersusun dari empat bidang yang berbentuk prisma, dua bidang berbentuk segitiga sama kaki dan dua bidang berbentuk segi empat siku–siku sehingga dapat lebih optimal proses penyerapan. Tipe kolektor jenis Prismatik ini dapat dilihat seperti Gambar 4.
17
2. Kolektor surya plat datar
Kolektor surya type plat datar adalah type kolektor surya yang dapat
menyerap energi Matahari dari sudut kemiringan tertentu sehingga pada pross penggunaanya dapat lebih mudah dan lebih sederhana dengan bentuk persegi panjang seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Kolektor surya plat datar
3. Kolektor surya parabolik
Kolektor tipe parabolik ini masuk dalam tipe konsentrator dengan titik fokus yang sangat tinggi dimana dalam prakteknya harus dalam pengawasan orang dewasa, kolektor ini mampu menghasilkan panas sangat tinggi. Kolektor tipe parabolik dapat dilihat pada Gambar 2.
Keuntungan dari reflektor terkonsentrasi adalah sebagai berikut: Dapat menghasilkan output temperatur tinggi.
Kehilangan panas lebih kecil karena permukaan absorber lebih kecil.
18
Konsentrator adalah permukaanyang mengkonsentrasikan radiasi Matahari.
Receiver adalah penerima radiasi dari konsentrator dan mengkonversikan menjadi energi panas
Reflector (konsentrator) berfungsi untuk memantulkan sinar ke daerah titik fokus. Sifat–sifat bahan reflector yang penting adalah sebagai berikut ( Brenndorfer, et. Al., 1985 dalam Haryanto, 1998 ) :
1. Memiliki reflektivitas yang tinggi
2. Memiliki absorbsivitas dan konduktivitas panas yang rendah 3. Memiliki emisivitas tinggi
4. Awet dan kuat
5. Stabil pada suhu tinggi.
2.6. Receiver ( absorber )
Menurut (Duffie and Beckman, 1974), melaporkan bahwa penggunaan panci memasak warna hitam dapat menghasilkan suhu yang lebih tinggi dari aluminium. Menggunakan panci hitam menghasilkan 10 oC lebih tinggi didalam panci dan 13 o
C pada permukaan panci. Pelat absorber berfungi menyerap radiasi surya dan mengkonversikanya menjadi panas. Energy dialirkan melalui fluida kerja udara secara konveksi. Bahan yang baik untuk absorber antara lain harus mempunyai sifat absorbsivitas tinggi, emisifitas panas rendah, kapasitas panas kecil,
19
temperatur 150°C pada keadaan normal akan memasak pada suhu 82 - 135ºC, namun makanan cukup untuk dapat dimasak pada suhu 82 - 91 derajat celcius yang dikatakan oleh (Yousif dan Badran, 2012)
2.7. Perpindahan panas
20
dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah hingga terjadinya kesetimbangan termal. Sedangkan pada kompor bertenaga surya perpindahan panas secara radiasi terjadi pada saat energi terpancar ke kolektor yang selanjutnya akan di pantulkan ke absorber. Pada proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Sinar Matahari yang melimpah di daerah tropis, termasuk Indonesia merupakan sumber energi potensial yang hingga kini belum
21
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Bengkel Pertanian Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung pada bulan Desember 2012 sampai dengan Januari 2013.
3.2. Alat dan bahan
Alat yang akan di rancang adalah kompor tenaga surya adalah actinograf (Franz Ketterer 7007), lux meter (Krisbow KW0600288), thermometer, sedangkan bahan yang digunakan adalah air, perekat, alumunium foil, parabola bekas, besi sebagai penyangga parabola.
3.3. Prosedur Penelitian
22
3.4. Perancangan Teknik
3.4.1. Kriteria Desain
Pembuatan kompor tenaga surya tipe parabolik ini diharapkan dapat memenuhi sesuai dengan keinginan dengan kriteria kolektor konsentrator tipe parabola ini mampu mendidihkan 2 liter air dalam waktu kurang lebih 15 menit dengan laju perubahan suhu yang tinggi.
3.4.2. Desain Fungsional
Beberapa rancangan fungsional yang akan dibuat adalah sebagai berikut :
1. Dish
Dish ini berfungsi sebagai tempat meletakan alumunium foil yang sudah dipotong sehingga membentuk cekungan menyerupai bentuk aslinya yaitu parabola. Bahan terbuat dari alumunium.
2. Reflektor terkonsentrasi
Reflektor ini berfungsi sebagai pemantul cahaya Matahari yang akan langsung diteruskan ke receiver. Keuntungan dari reflektor terkonsentrasi ini adalah dapat menghasilkan output temperature tinggi, kehilangan panas lebih kecil karena permukaan receiver lebih kecil. Sedangkan kerugianya hanya dapat memanfaatkan komponen radiasi langsung saja. Bahan yang digunakan adalah alumunium foil.
23
Absorber berfungsi untuk menyerap radiasi surya dan mengkonversikan menjadi panas. Sifat–sifat absorber yang baik adalah :
Absorbsivitas tinggi Emisifitas panas rendah Kapasitas panas kecil Konduktifitas besar Refleksi rendah
Tahan panas dan korosi Kaku dan mudah dibentuk
Sedangkan bahan yang baik untuk absorber adalah alumunium, tembaga,
kuningan, dan baja. Kemudian dicat hitam sepanjang permukaan nya agar tidak terjadi refleksi dan absorsivitas tinggi. Absorber yang digunakan adalah panci yang umumnya digunakan untuk memasak yang terbuat dari alumunium.
3.4.3. Desain Struktural
Disc yang digunakan dalam penelitian ini adalah dari parabola bekas yang terbuat dari alumunium selanjutnya setiap bagian bagianya dilapisi oleh alumunium foil yang berfungsi sebagai pemantul cahaya ke titik api. Tepat di atas disc terdapat dudukan absorber.
24
Absorber yang digunakan terbuat dari bahan alumunium dimana setiap bagianya di cat menggunakan cat warna hitam guna meningkatkan absorbsi radiasi
Matahari. Absorber yang digunakan adalah dari panci.
Sedangkan pada bagian kaki–kaki penyangga reflektor menggunakan bahan yang terbuat dari besi siku yang dirancang supaya dapat menopang dari reflektor itu sendiri dan diberikan roda supaya mudah dalam memindahkan alat. Sedangkan penyangga absorber terbuat dari besi yang disambungkan di kedua sisi reflektor sehingga dapat dengan mudah memfokuskan pada titik api. Sketsa kompor tenaga surya tipe parabolik dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 1. Sketsa rancangan kompor tenaga surya tipe parabolik
3.4.4. Rancangan Penelitian
25
Dalam penelitian ini menggunakan 3 perlakuan yaitu kolektor dengan luas 6 m2, 4 m2, 2 m2 dengan 4 kali ulangan pada setiap perlakuanya. Pengamatan yang dilakukan adalah mengamati laju peningkatan suhu saat merebus air pada jam 12.00, 13.00, 14.00 serta fluks energi radiasi Matahari.
Unit kolektor yang akan diuji yaitu dengan luasan pertama 6 m2 berdiameter 2,85 m, luasan kedua 4 m2 dengan diameter 2,24 m, luasan ketiga 2 m2 dengan
diameter 1,59 m. Sketsa gambar unit kolektor dapat dilihat pada Gambar 7, 8, 9.
26
Gambar 3. Unit kolektor tampak depan
27
3.4.5. Pembuatan Alat
Adapun tahap-tahap pembuatan kompor tenaga surya tipe parabolik adalah sebagai berikut :
1. Membuat sketsa berupa gambar kompor tenaga surya tipe parabolik lengkap dengan ukurannya.
2. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan. 3. Mempersiapkan kolektor dari parabola bekas
PERENCANAAN
PENGUMPULAN ALAT DAN BAHAN
PEMBUATAN UNIT KOLEKTOR
PELAKSANAAN PENGUJIAN
PENGAMATAN DAN ANALISIS
SELESAI
Gambar 5. Diagram alir penelitian
28
4. Membuat rangka dudukan kolektor serta penyangga absorber
5. Melapisi alumunium foil di seluruh permukaan parabola sebagai reflektor 6. Membuat absorber dari bahan alumunium yang dicat warna hitam.
3.5. Pengujian
3.5.1. Pelaksanaan
Tahap pelaksanaan penelitian ini dilaksanakan dengan cara :
1. Siapkan alat dan peralatan di tempat yang sama sekali tidak terhalang sinar Matahari. Siapkan bahan berupa air sebanyak 2 liter selanjutnya ukur massa air awal sebelum perebusan dan ukur suhu awal menggunakan thermometer selanjutnya masukan air kedalam panci yang telat dicat hitam
letakan diatas dudukan absorber. Selanjutnya atur posisi kolektor sehingga titik fokus tepat mengarah ke absorber. Proses ini dilakukan pada pukul 12.00, 13.00, 14.00 WIB.
29
3.5.2. Pengamatan dan pengukuran
Parameter yang diukur selama pengujian alat meliputi :
1. Massa awal air sebelum dan massa akhir air sesusah perebusan 2. Suhu awal air sebelum dan suhu akhir sesudah perebusan
3. Energi yang tersedia untuk proses perebusan menggunakan alat pengukur radiasi
4. Lama waktu selama perebusan.
Parameter yang dihitung selama proses dan setelah pengujian meliputi :
1. Energi yang tersedia untuk proses perebusan menggunakan alat pengukur radiasi surya lux meter selanjutnya dikonversikan ke dalam satuan energi radiasi Matahari ( W/m2 ).
2. Energi yang digunakan untuk merebus air. 3. Energi yang masuk ke alat.
Pengamatan yang dilakukan selama proses pengujian unit kolektor yaitu: 1. Suhu pada saat perebusan
Pengukuran suhu pada saat perebusan air dilakukan menggunakan
thermometer untuk mengetahui perubahan suhu pada saat perebusan serta
30
2. Lama perebusan
Lama waktu perebusan adalah waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan air sampai suhu maximal alat yang dicapai sesuai dengan ukuran kolektor selanjutanya data dicatat dan disajikan dalam tabel.
3. Energi yang tersedia
Energi yang tersedia menggunakan radiasi sinar Matahari yang diukur menggunakan lux meter. Energi inilah yang nanti akan digunakan untuk memasak. Pengamatan ini dilakukan pada saat melakukan perebusan air pada pukul 12.00, 13.00, 14.00 WIB.
4. Massa air
Massa awal pada saat mulai perebusan diukur terlebih dahulu selanjutnya setelah melakukan perebusan akan diketahui massa akhir yang selanjutnya diukur dan dicatat untuk diolah ke dalam data.
3.5.3 Perhitungan
Energi input untuk memasak
31
Energi yang digunakan untuk memanaskan air dihitung menggunakan persamaan:
Panas laten atau latent heat (Q2) adalah jumlah energi (kJ) yang digunakan untuk menguapkan air, panas laten dihitung menggunakan persamaan:
Q2 = M2 × U ………..………
(3)
Dimana: M2 = berat air yang menguap (kg) U = kalor uap air (2260 kJ/kg)
Efisiensi penggunaan energi total atau efisiensi energi kompor tenaga surya dapat dihitung menggunakan persamaan :
43
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan
Setelah melakukan pengamatan dan pengujian alat, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Luas tangkap kolektor sangat berpengaruh pada kinerja kompor tenaga surya, semakin besar luas tangkap kolektor maka semakin tinggi suhu yang dihasilkan dari suhu awal 28 oC pada luas tangkap 6 m2 menjadi 94 o
C, pada luas tangkap 4 m2 menjadi 80 oC, pada luas tangkap 2 m2 menjadi 70oC.
2. Permukaan parabola yang tidak rata menyebabkan efisiensi termal yang dihasilkan tidak maksimal dimana luas tangkap terkecil menghasilkan efisiensi terbesar dikarenakan luasan tersebut lebih mudah memfokuskan radiasi yang datang dibandingkan luasan yang paling besar. Efisiensi termal pada kompor tenaga surya ini sebesar 13,89% pada luas permukaan tangkap 2 m2 , 7,33% pada luas tangkap 4 m2 dan 7,81% pada luas
tangkap 6 m2.
44
5.2. Saran
45
DAFTAR PUSTAKA
Duffie, J.A. dan W.A. Beckman. 1974. Thermal Processes. Wiley Inter-Science Publications. New York. Amerika Serikat. 919 Hal.
Haryanto, A. 1998. Kajian Unjuk Kerja Termal Kolektor Surya Tipe Talang Parabolik dengan Pemasangan Tetap Arah Timur – Barat, Tesis. Program
Pasca Sarjana UGM. Yogyakarta. 82 halaman.
Made, S. dan K. Astawa. 2011. Performasi Kolektor Surya Tubular
Terkonsentrasi Dengan Pipa Penyerap Dibentuk Anulus Dengan Variasi Posisi Pipa Penyerap. Jurnal Ilmiyah Teknik Mesin. Universitas Udayana. 5 (1) : 98-102.
Martin, R. 2006. Design of Solar Ovens for Use in the Developing World. International Jurnal for Service Learning in Engineering. 2(1): 78-91. Marwani. 2011. Potensi Penggunaan Kompor Energi Surya Untuk Kebutuhan
Rumah Tangga. Jurusan Teknik Mesin. Universitas Sriwijaya. Palembang. 10 hal.
Mazen, M, Mohamed. A.H, Salah. A dan O. Badran. 2008. Evaluating Thermal Performance of Solar Cooker under Jordanian Climate. Departement of Mechanical Engineering. 15 hal.
Muller, C. dan K. Schwarzer. 2004. The Use of Solar for Improving The Living Conditions in Altiplano/Argentina. Solar Global EV July.
Noam, L. 1990. Thermal Theory and Modeling of Solar Collector. Mechanical Engineering. Cambridge M.A. 182 hal.
46
Scanlin, D. 1997. Indirect, Through-Pass, Solar Food Dryer. Home Power 57 (February/March 1997). 72 Hal.
Wilson, M. dan G. J. Maryam. 2000. The Feasibility of Introducing Solar Oven to Rural Women in Maphephethe. Journal of Family Ecology and Consumer Sciences. 28: 54-60.
Yazmendra, R. 2004. Optimasi Udara Panas Keluaran Kolektor Energi Surya. Jurnal Teknik Mesin. Politeknik Negeri Padang. 1 (1) : 28-33.
