Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Disusun Oleh :
THOMAS YUDANTO KURNIAWAN PERWIRANEGARA
NIM : 035214011
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
The requirement to obtain The Sarjana Teknik degree in
Mechanical Engineering
By :
THOMAS YUDANTO KURNIAWAN PERWIRANEGARA
Student Number : 035214011
MECHANICAL ENGINEERING PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND ENGINEERING FACULTY
YOGYAKARTA
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam masalah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 9 Januari 2008
Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberiku berkat dan kelimpahan
rahmat – Nya.
Papa dan Mama tercinta yang telah memberikan segalanya untuk
keberhasilan studiku.
Kakakku yang telah memberikan dukungan dan petunjuk.
Untuk kekasihku yang selalu menemaniku, memberiku semangat dan
motivasi.
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir : Pemanas Air Energi Surya dengan Kolektor Pipa Seri dan Pipa Paralel ini dengan baik.
Tujuan dari penyusunan Tugas Akhir ini adalah sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan jenjang program Strata 1 (S-1) pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dari hati yang terdalam kiranya penulis tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan, saran dan fasilitas serta segala sesuatunya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, kepada :
1. Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.ST., MA., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
5. Segenap staf dan karyawan sekretariat Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma yang telah banyak membantu penulis.
6. Bapak, Ibu tercinta dan juga kakak penulis yang telah mendoakan dan memberikan segala sesuatunya kepada penulis.
7. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2003, terima kasih atas kerjasama yang telah terjalin sampai saat ini.
8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa di dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan serta jauh dari sempurna. Untuk itu penulis mohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam penulisan ini. Saran serta kritik membangun dari pembaca sangat diharapkan penulis demi perbaikan di kemudian hari.
Akhir kata, semoga penulisan tugas akhir ini dapat berguna bagi pembaca. Yogyakarta, Desember 2007
temperatur yang dapat dihasilkan dan mengetahui faktor efisiensi suatu alat pemanas air tenaga surya.
Sistem pemanas air ini menggunakan kolektor pipa seri dan kolektor pipa paralel, selain itu pemanas air ditambahkan reflektor untuk memperluas bidang penyerapan radiasi matahari. Kolektor yang digunakan mempunyai luas 0,5 m2, sedangkan variabel yang diukur antara lain temperatur kolektor (T1), temperatur kaca (T2), temperatur air masuk kolektor (T3), temperatur air keluar kolektor (T4), temperatur tangki bagian bawah (T5), temperatur tangki atas (T6), temperatur lingkungan dan air keluaran dari tangki.
TITLE PAGE... ii
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... iii
HALAMAN PENGESAHAN DOSEN PEMBIMBING... iv
HALAMAN PENGESAHAN DOSEN PENGUJI... v
HALAMAN PUBLIKASI... vi
HALAMAN PERSEMBAHAN... vii
KATA PENGANTAR... viii
INTISARI... x
DAFTAR ISI... xi
DAFTAR GAMBAR... xiv
DAFTAR TABEL... xvii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Pemanas air tenaga surya ... 1
1.2. Pemanas air sistem termosifon... 5
1.3. Rumusan masalah ... 7
1.4. Tujuan penelitian... 7
2.2.1. Kolektor ... 9
2.2.2.Reflektor... 14
2.2.3.Tangki penyimpan air ... 15
2.2.4.Isolasi ... 16
2.2.5.Pipa saluran air... 17
2.2.6.Keran pengeluaran air panas ... 17
2.2. Penelitian yang pernah dilakukan ... 17
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Skema alat ... 19
3.2. Langkah penelitian ... 21
3.3. Langkah perhitungan... 21
BAB IV PEMBAHASAN 4.1. Dimensi alat ... 23
4.2. Data hasil pengamatan ... 24
4.2.1. Kolektor pipa seri dengan reflector... 25
4.2.2. Kolektor pipa paralel dengan reflector... 30
4.4.1. Kolektor pipa seri dengan reflektor... 43
4.4.2. Kolektor pipa paralel dengan reflektor ... 45
4.5. Grafik distribusi suhu air keluar kolektor ... 48
4.6. Grafik Faktor Efisiensi (F’)... 51
4.7 Grafik T air keluar, T storage terhadap waktu ... 54
4.8 Grafik F' vs (Trata-rata – Tlingkungan)/Gt ... 55
4.9 Grafik Gt vs waktu ... 57
BAB V KESIMPULAN 5.1. Kesimpulan ... 60
5.2. Saran ... 61
DAFTAR PUSTAKA... 62
LAMPIRAN... 63
Gambar 2.1 Kolektor pipa seri dan pipa parallel ... 10
Gambar 2.2 Bagian – bagian kolektor... 11
Gambar 2.3 Gelombang radiasi matahari... 12
Gambar 3.1 pemanas air sistem termosifon ... 19
Gambar 4.1 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa seri kesatu dengan reflektor... 43
Gambar 4.2 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa seri kedua dengan reflektor ... 43
Gambar 4.3 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa seri ketiga dengan reflektor ... 44
Gambar 4.4 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa seri keempat dengan reflektor ... 44
Gambar 4.5 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa seri kelima dengan reflektor... 45
Gambar 4.6 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa paralel kesatu dengan reflektor ... 45
pipa paralel keempat dengan reflektor ... 47
Gambar 4.10 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa paralel kelima dengan reflektor... 47
Gambar 4.11 Grafik distribusi suhu air keluar kolektor kesatu ... 48
Gambar 4.12 Grafik distribusi suhu air keluar kolektor kedua... 49
Gambar 4.13 Grafik distribusi suhu air keluar kolektor ketiga... 49
Gambar 4.14 Grafik distribusi suhu air keluar kolektor keempat... 50
Gambar 4.15 Grafik distribusi suhu air keluar kolektor kelima... 50
Gambar 4.16 Grafik faktor efisiensi F’ kesatu... 51
Gambar 4.17 Grafik faktor efisiensi F’ kedua ... 51
Gambar 4.18 Grafik faktor efisiensi F’ ketiga ... 52
Gambar 4.19 Grafik faktor efisiensi F’ keempat ... 52
Gambar 4.20 Grafik faktor efisiensi F’ kelima ... 53
Gambar 4.21Grafik suhu air keluar (To), suhu tangki rata – rata (Ts) terhadap waktu kolektor pipa seri ... 54
Gambar 4.22 Grafik suhu air keluar (To), suhu tangki rata – rata (Ts) terhadap waktu kolektor pipa paralel... 54
Gambar 4.23 Grafik F' vs (Ts – Ta)/Gt kolektor pipa seri ... 55
Tabel 4.3 Data pengamatan kolektor pipa seri ketiga ... 27
Tabel 4.4 Data pengamatan kolektor pipa seri keempat ... 28
Tabel 4.5 Data pengamatan kolektor pipa seri kelima ... 29
Tabel 4.6 Data pengamatan kolektor pipa paralel kesatu ... 30
Tabel 4.7 Data pengamatan kolektor pipa paralel kedua ... 31
Tabel 4.8 Data pengamatan kolektor pipa paralel ketiga... 32
Tabel 4.9 Data pengamatan kolektor pipa paralel keempat ... 33
Tabel 4.10 Data pengamatan kolektor pipa paralel kelima... 34
Tabel 4.11 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa seri kesatu... 37
Tabel 4.12 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa seri kedua ... 38
Tabel 4.13 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa seri ketiga ... 38
Tabel 4.14 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa seri keempat ... 39
Tabel 4.15 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa seri kelima ... 39
Tabel 4.16 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa paralel kesatu... 40
Tabel 4.17 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa paralel kedua ... 40
Tabel 4.18 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa paralel ketiga ... 41
Tabel 4.19 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa paralel keempat ... 41
1.1.Pemanas Air Energi Surya
Air panas sekarang ini banyak digunakan dalam beberapa keperluan antara lain, mulai dari keperluan rumah tangga seperti untuk mencuci laundry hingga untuk proses – proses industri. Ide dasar dari penggunaan pemanas air tenaga surya ini adalah sebagai energi alternatif pengganti dari energi listrik yang harganya semakin melonjak dan juga untuk menghemat bahan bakar fosil. Air panas ini dapat disediakan langsung dengan cara yang mudah melalui peralatan pemanas air tenaga air dengan sistem tenaga surya. Tujuan dari pemanas air tenaga surya ini untuk menghemat energi listrik yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan air panas, melalui pancaran tenaga surya / sinar matahari langsung ini, kita dapat memperoleh pemanasan air tanpa harus menggunakan energi listrik.
menggunakan zat anti beku atau dengan mensirkulasi air langsung melalui kolektor.
Pemanas air sistem termosifon merupakan sistem pemanas air yang sederhana, sistem ini hanya terdiri dari sebuah tangki penyimpan yang ditempatkan lebih tinggi di bagian atas dari kolektor. Termosifon terjadi karena perbedaan massa jenis fluida, apabila air di dalam kolektor memperoleh panas dari matahari maka massa jenisnya turun, segera setelah perbedaan massa jenis antara kolektor maka massa jenis fluida yang telah mengecil akan naik kedalam tangki penyimpanan karena terdorong oleh fluida yang mempunyai massa jenis lebih besar yang masih dalam keadaan dingin, maka terjadilah suatu sirkulasi. Sirkulasi ini berlanjut sampai seluruh sistem mencapai temperatur yang seragam. Gerakan sirkulasi fluida ini tidak lagi memerlukan sensor temperatur, alat – alat kontrol, pompa serta motor.
Pemanas air energi 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. Perancangan pemanas air energi surya ini mencakup perpindahan panas radiasi, konveksi, dan konduksi.
matahari dengan radiasi pancaran sinar matahari, kemudian panas mengalir secara konduksi sepanjang pelat penyerap dan melalui atau pipa tembaga. Dari pelat penyerap panas kemudian dipindahkan ke fluida dalam saluran melalui cara konveksi, apabila sirkulasi dilakukan dengan pompa, biasa kita sebut sebagai konveksi paksa.
Gambar 1.1 Radiasi surya
1. 2. Pemanas air sistem termosifon
Prinsip kerja sistem pemanas air tenaga surya ini adalah pertama air dimasukkan ke dalam alat pemanas ini hingga tangki cadangan atau tangki penyimpan air dingin terisi penuh, ini dimaksudkan agar siklus termosifon dapat terjadi secara kontinyu. Air dipanaskan di dalam kolektor, setelah suhu naik maka massa jenis air akan menjadi lebih ringan dari air dingin, air panas akan mengalir ke bagian atas kolektor karena terdorong oleh air dingin yang mempunyai massa jenis lebih besar dan kemudian masuk ke dalam tangki penyimpanan yang terletak di atas kolektor. Karena adanya dorongan air dingin ke kolektor menyebabkan air panas akan ikut terdorong mengalir keluar dari kolektor pemanas menuju tangki penyimpan 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 oleh kolektor dan akan terdorong ke atas oleh air dingin, siklus ini akan terus berlansung berulang – ulang hingga seluruh air akan mencapai suhu yang seragam.
suatu tangki dan selanjutnya dari tangki air yang telah panas kemudian disalurkan untuk berbagai macam kebutuhan.
Gambar 1.2 Pemanas air sistem termosifon
sekeliling tangki untuk mengisolasi agar air yang telah panas, tidak terpengaruh oleh temperatur lingkungan yang lebih dingin.
1.3 Rumusan Masalah
Pada penelitian ini akan dibuat model pemanas air jenis termosifon 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.
Selain itu dalam penelitian ini juga akan di coba meningkatkan efisiensi pemanas air dengan menggunakan reflektor, yaitu yang dipasang pada bagian: atas, samping kanan-kiri, serta di bawah kolektor.
1.4 Tujuan Penelitian
a. Membuat model pemanas air energi surya sederhana (jenis termosifon). b. Mengetahui temperatur maksimal dan faktor efisiensi pemanas air yang
dapat dihasilkan.
1.5 Batasan Masalah
a. Kemiringan kolektor 30°.
b. Jumlah tangki yang digunakan 2 buah, yaitu tangki air dingin (atas), dan tangki air panas (bawah).
c. Setiap 1 jam dikeluarkan air panas dari tangki penyimpanan sebanyak 5 liter.
1.6 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 terutama golongan ekonomi menengah kebawah.
2.1. Dasar teori
Sistem sirkulasi air panas adalah sistem yang memutarkan air panas melalui pipa sedemikian sehingga menghasilkan air panas yang stabil. Sebagai suatu sistem pemanas air, maka peralatan ini juga membutuhkan komponen yang sesuai pula dengan jenis operasional yang nantinya akan dijalankan alat pemanas termosifon ini.
2.1.1. Kolektor
kaca mempunyai ketebalan yang ideal untuk menyerap sinar matahari dan juga mempunyai kekuatan yang cukup jika terjadi pemuaian.
Tembaga mempunyai sifat sebagai penghantar panas dan penghantar listrik yang baik. Selain mempunyai daya hantar panas yang baik, tembaga juga mempunyai daya tahan tinggi terhadap terjadinya karat sehingga biasa digunakan pada pembuatan alat pemanas. Tembaga juga lebih mudah dibentuk maupun dirol seperti pada pengerolan untuk pembentukan pipa kolektor.
Gambar 2.1 Kolektor pipa seri dan pipa paralel
material yang umum digunakan untuk pelat rata, sebab kaca tipis memancarkan suatu prosentase yang tinggi dari total energi yang tersedia. Pemasangan kaca memungkinkan kaca cahaya untuk mengenai pelat penyerap tapi mengurangi jumlah panas yang dapat dilepas. Alas dan sisi dari kolektor biasanya diisolasi, tujuannya untuk mengurangi atau memperkecil hilangnya panas. Bagian - bagian dari kolektor adalah tutup kaca, pelat penyerap atau absorber, isolasi, dan kotak kolektor.
Gambar 2.2 Bagian – bagian kolektor
dipantulkan berubah menjadi gelombang panjang. Radiasi gelombang panjang tersebut terperangkap dan memantul kembali di dalam kolektor karena dipantulkan oleh kaca, kaca mempunyai sifat dapat meneruskan radiasi gelombang pendek tetapi tidak bisa meneruskan radiasi gelombang panjang atau dipantulkan kembali.
Gambar 2.3 Gelombang radiasi matahari
matahari memanaskan suatu zat cair maupun udara. Cairan ini kemudian digunakan untuk memanaskan secara langsung (direct), maupun tidak langsung (indirect) tergantung dari kegunaan air apakah untuk rumah tangga, pemanas air untuk kolam renang, atau air yang digunakan untuk penggunaan komersil. Kolektor yang berfungsi untuk menghangatkan udara, dialiri udara yang kemudian dipanskan di dalam kolektor dan udara tersebut dialirkan ke dalam suatu ruangan.
Kolektor matahari yang terdiri dari suatu peredam tembaga yang berfungsi untuk menyalurkan energi panas hasil radiasi matahari untuk memanasi air. Untuk membatasi terjadinya kehilangan panas, kaca bagian atas diberi suatu lapisan penyekat di dalamnya. Kolektor dapat disambung menggunakan konstruksi pelat logam sederhana, untuk penguatan dapat digunakan bingkai atau kotak dari kayu.
2.1.2. Reflektor
Reflektor merupakan suatu komponen yang berfungsi untuk memantulkan panas yang dipancarkan oleh matahari. Reflektor merupakan suatu media untuk mengumpulkan lebih banyak sorotan radiasi dari sinar matahari. Dengan adanya reflektor ini matahari sinar matahari yang berada di luar jangkauan kolektor dapat dipantulkan oleh reflektor sehingga akan terkumpul di tengah kolektor. Oleh karena itu sudut kolektor harus dicari agar radiasi sinar matahari yang diterima kolektor dapat sampai ke kolektor dengan efektif. Apabila sudut dari reflektor tidak sesuai maka radiasi sinar matahari yang dipantulkan reflektor tidak akan diterima oleh kolektor pemanas dengan baik.
Untuk mengetahui besarnya sudut yang diperlukan agar radiasi sinar matahari dapat terpantul dengan baik, maka perlu dicari besarnya sudut yang sesuai. Besarnya sudut ini dapat dicari dengan menggunakan cermin. Cermin diletakkan dipermukaan kolektor, kemudian dicari sudut pantul yang sesuai yaitu dengan melihat sinar yang dipantulkan oleh cermin. Cermin akan memantulkan sinar matahari ke kolektor. Setelah dicapai besarnya sudut yang sesuai, reflektor perlu dibuatkan suatu pegangan agar sudut yang telah dicapai tidak berubah selama pengujian.
warna yang mendekati perak sehingga sinar yang diperoleh dapat terpantul dengan sempurna. Selain itu jika dilihat dari segi ekonomis, aluminium foil sangat murah dibanding dengan logam lain yang dapat memantulkan sinar. Aluminium foil ini direkatkan pada papan kayu dengan meggunakan lem dan kemudian reflektor ini dipasang pada sisi - sisi kolektor. Dengan adanya reflektor ini diharapkan panas yang diperoleh dapat lebih tinggi karena luasan untuk menyerap panas pada kolektor menjadi lebih luas.
2.1.3. Tangki Penyimpan Air
Air yang nantinya akan disirkulasikan terlebih dahulu akan disimpan dan ditampung di dalam tangki. Oleh karena itu tangki penyimpan harus mempunyai sifat yang tahan terhadap sifat air, diantaranya harus tahan terhadap adanya kebocoran, kuat, harus tahan terhadap suhu tinggi (tangki penyimpan air panas), dan tahan terhadap karat.
Sedangkan untuk tangki penyimpan air dingin digunakan tangki plastik, tangki ini digunakan karena air yang disimpan pada tangki ini adalah air yang dingin, selain itu tangki ini lebih ekonomis daripada tangki ember cat yang digunakan untuk menyimpan air panas.
Tangki yang digunakan untuk menyimpan air panas juga harus diberi isolasi untuk menjaga agar suhu air bisa stabil dan untuk mengurangi penurunan suhu akibat adanya pelepasan kalor ke lingkungan sekitar.
2.1.4. Isolasi
2.1.5. 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.
2.1.6. 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
coba dibawah terik matahari antara pukul 09.00 hingga 15.00 dan dibiarkan hingga air bersirkulasi secara kontinyu selama renang waktu tersebut, sehingga tidak diakukan pengukuran suhu air panas keluaran dari tangki penyimpan air panas.
3.1. Skema alat
Parameter yang diukur dalam pemanas air thermosiphon ini antara lain :
T1 = suhu permukaan kolektor (0C)
T2 = suhu permukaan kaca (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)
V = Radiasi sinar matahari (V)
Prinsip kerja sistem pemanas air tenaga surya ini adalah pertama air
dimasukkan ke dalam alat pemanas ini hingga tangki cadangan atau tangki
penyimpan air dingin terisi penuh, ini dimaksudkan agar siklus termosifon dapat
terjadi secara kontinyu. Air dipanaskan di dalam kolektor, setelah suhu naik maka
massa jenis air akan menjadi lebih ringan dari air dingin, air panas akan mengalir
ke bagian atas kolektor karena terdorong oleh air dingin yang mempunyai massa
jenis lebih besar dan kemudian masuk ke dalam tangki penyimpanan yang terletak
di atas kolektor. Karena adanya dorongan air dingin ke kolektor menyebabkan air
panas akan ikut terdorong mengalir keluar dari kolektor pemanas menuju tangki
penyimpan air panas yang terletak lebih rendah daripada tangki penyimpan air
dingin. Demikian siklus ini bekerja, air dingin akan terpanasi oleh kolektor
dingin, siklus ini akan terus berlangsung berulang – ulang hingga seluruh air akan
mencapai suhu yang seragam.
3.2. Langkah Penelitian
Pengambilan data dilakukan untuk melakukan perhitungan faktor efisiensi
(F’), setelah dilakukan pengambilan data kemudian dilakukan perhitungan
menggunakan temperatur air kolektor rata – rata. Data diambil tiap 10 menit,
kemudian dengan menggunakan penampil temperatur dan termokopel yang
terpasang pada pemanas air thermosiphon diperoleh suhu permukaan kaca, suhu
permukaan kolektor, suhu air masuk kolektor, suhu air keluar kolektor, suhu
penampung air bagian bawah, suhu penampung air bagian atas. Setiap 1 jam juga
dilakukan pengambilan air keluaran dari ember penampung sebanyak 5 liter.
3.3. Langkah Perhitungan
Karena akan menggunakan temperatur air kolektor rata – rata (T1+T0)/2
maka digunakan persamaan :
Koefisien kerugian tangki penyimpan (Us) dicari dengan persamaan :
1/h0 = perpindahan panas konveksi dari kayu ke
lingkungan
= 1 / (5,7 + 3,8.V)
Sedangkan untuk mencari Radiasi Masuk (GT) digunakan persamaan :
1000
Sedangkan untuk (T1+T0)/2 adalah suhu rata – rata antara suhu air masuk
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. Dimensi alat
Diameter pipa tembaga : 0,013 m
Sela antar pipa tembaga : 0,11 m
Diameter dalam pipa tembaga : 0,011 m
Panjang keseluruhan pipa : 4,46 m
Panjang kolektor : 1 m
Lebar kolektor : 0,5 m
Sudut kolektor : 300
Tebal kaca : 0,003 m
4.2. Data Hasil Pengamatan
Pengujian alat diakukan pada tanggal 26 September 2007 hingga 9
November 2007. Data hasil pengujian terdiri dari 2 jenis tabel yaitu tabel pipa seri
dengan reflektor dan tabel pipa paralel dengan reflektor.
Pengukuran suhu pada pemanas air themosiphon ini dilakukan dengan
termokopel yang kemudian disambungkan pada display suhu, termokopel ini
dipasang pada beberapa titik yaitu :
T1 = suhu permukaan kolektor (0C)
T2 = suhu permukaan kaca (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)
Sedangkan untuk mengukur parameter yang lain yaitu suhu lingkungan
dan radiasi matahari digunakan termokopel yang dikopel dan solarcell.
4.2.1. Kolektor pipa seri dengan reflektor
Tabel 4.1 Data pengamatan kolektor pipa seri kesatu
T1 T2 T3 T4 T5 T6
11.15 44,00 41,20 20,60 56,20 42,40 44,10 31,50 2,30
11.25 53,00 36,00 26,00 52,60 43,70 47,00 28,40 0,28
11.35 48,50 33,50 29,00 47,80 41,80 46,00 31,20 0,64
11.45 63,00 40,00 30,50 60,50 42,30 46,70 30,70 3,10
11.55 49,40 38,00 30,90 56,20 42,20 48,00 31,60 0,30
12.05 54,10 39,30 30,80 54,40 43,10 48,90 32,70 2,58
12.15 58,20 40,50 31,10 53,30 43,80 50,60 33,90 3,08
48,7
14.15 38,20 33,30 35,10 39,80 26,20 45,20 30,10 0,53
Tabel 4.3 Data pengamatan kolektor pipa seri ketiga
10.00 52,00 52,80 22,40 54,20 36,80 45,20 31,10 3,15
10.10 58,10 57,20 26,40 57,30 38,50 46,80 31,20 3,33
10.20 48,00 50,10 25,60 51,60 40,30 49,80 31,10 2,00
10.30 60,00 58,30 25,50 60,50 40,50 50,00 31,30 3,35
50,1
10.40 44,70 44,70 32,00 46,70 37,50 49,30 31,50 0,77 10.50 54,00 51,90 33,30 52,80 35,70 46,50 28,90 2,03
11.00 59,70 67,20 28,60 62,50 37,40 53,20 31,80 2,40
11.10 60,30 61,00 32,50 62,10 40,10 56,20 27,40 3,10
11.20 67,80 70,20 31,60 66,90 40,70 57,30 31,00 3,61
11.30 65,50 68,60 32,70 68,10 39,60 58,90 34,20 3,11
59,6
11.40 66,50 66,00 27,10 65,80 35,10 56,60 31,30 3,52
11.50 64,60 65,50 40,80 63,00 34,80 59,10 33,20 2,56
12.00 70,20 67,10 42,60 67,20 34,30 60,50 32,30 2,48
12.10 47,00 58,40 41,00 67,40 34,70 61,50 29,50 0,92
12.20 69,00 66,00 36,60 65,70 33,10 60,60 30,90 3,40 12.30 72,30 69,40 36,80 68,20 31,40 61,40 30,60 3,20
64,9
12.40 67,70 66,10 45,20 66,60 30,00 60,70 33,00 3,31
12.50 63,80 66,30 38,20 67,00 30,20 60,90 32,60 3,12
13.00 63,40 63,60 34,20 67,50 30,40 60,60 33,60 3,16 13.10 57,30 62,60 39,20 67,10 28,50 59,80 33,30 2,60 13.20 52,20 61,30 39,50 65,50 28,10 58,60 32,10 2,95 13.30 46,70 59,10 30,70 65,50 23,00 57,80 29,00 2,78
Tabel 4.4 Data pengamatan kolektor pipa seri keempat
10.20 54,10 46,50 26,30 49,70 32,50 30,60 26,70 2,65
10.30 40,00 39,40 27,70 42,00 35,30 37,70 29,70 0,81
10.40 45,80 51,10 26,90 53,70 37,10 41,00 31,20 3,12
10.50 55,20 53,00 26,40 50,70 39,50 46,10 31,50 3,15
11.00 55,60 51,10 27,20 50,30 39,20 46,20 31,80 1,02
11.50 48,90 59,00 30,80 58,30 36,90 50,10 28,80 3,00
12.00 42,50 53,60 27,60 53,30 38,00 52,00 27,50 2,53
12.10 45,90 55,10 25,90 54,60 36,70 51,20 29,10 2,56 12.20 43,20 60,40 30,70 58,20 37,50 52,10 30,90 2,60
53,1
12.30 51,50 59,40 30,30 55,30 34,00 49,50 28,90 2,56
12.40 57,20 59,00 34,40 55,10 34,50 52,00 31,70 2,62
12.50 59,60 55,00 39,60 53,00 34,60 52,10 31,40 2,56
13.00 59,60 60,40 39,40 55,40 35,10 52,40 32,20 2,28
13.10 61,40 59,60 39,00 55,60 37,00 52,10 31,90 2,69
14.10 47,80 60,00 35,90 58,60 34,00 48,80 33,10 1,63
14.20 55,70 61,90 36,90 58,80 33,50 49,70 32,40 2,32
Tabel 4.5 Data pengamatan kolektor pipa seri kelima
10.10 47,30 46,30 25,40 49,40 38,10 49,40 30,50 0,92
10.20 57,60 55,70 29,30 52,70 40,00 50,00 30,00 3,24
10.30 41,40 50,50 30,40 47,50 37,20 51,00 30,30 0,76
11.30 57,20 59,70 30,80 53,50 34,40 54,80 30,10 2,75
53,2
11.40 59,20 58,70 32,30 54,40 33,40 54,50 30,70 2,60
11.50 58,40 58,90 32,00 56,70 32,60 56,80 31,20 2,46
12.00 64,20 60,50 30,50 60,00 33,20 57,30 31,60 3,61
12.10 50,30 41,50 26,60 56,20 31,10 52,80 29,50 0,85 12.20 64,70 62,10 29,10 62,10 32,40 57,30 31,00 3,68 12.30 58,50 51,70 36,70 51,20 29,60 55,00 31,80 3,42
57,3
12.40 55,70 48,30 24,00 54,30 29,20 52,10 32,20 0,78
12.50 51,50 49,60 25,10 54,60 28,90 53,30 31,50 2,56
13.00 66,30 49,90 27,50 56,60 30,00 54,80 31,30 3,09
13.10 60,00 54,40 28,80 50,00 28,00 55,20 32,10 2,60 13.20 50,00 42,80 23,80 44,70 23,60 51,70 29,40 0,67
13.30 55,50 51,10 24,90 53,60 29,50 54,00 29,20 0,89
4.2.2. Kolektor pipa paralel dengan reflektor
Tabel 4.6 Data pengamatan kolektor pipa paralel kesatu
T1 T2 T3 T4 T5 T6
11.15 40,50 48,60 32,00 48,20 26,80 47,40 31,50 2,30
11.25 40,00 40,00 35,00 41,50 23,60 44,40 28,40 0,28
11.35 35,00 37,90 31,30 44,20 24,60 44,60 31,20 0,64
11.45 39,00 45,50 33,40 52,00 28,30 46,40 30,70 3,10
11.55 35,00 34,40 34,20 43,90 29,00 46,00 31,60 0,30
12.05 39,60 41,20 35,70 51,30 32,10 47,80 32,70 2,58
12.15 43,00 45,30 33,30 56,40 36,20 48,60 33,90 3,08
48,1
12.25 41,20 50,50 40,80 52,80 34,00 49,00 29,80 0,80
12.35 38,50 36,10 39,50 47,40 31,80 46,80 30,10 0,33
12.45 45,70 53,70 38,00 52,60 32,30 47,40 31,30 3,06
12.55 39,20 40,30 37,60 54,50 33,50 48,10 29,90 0,38
13.05 38,10 34,60 37,80 45,50 33,00 47,00 30,80 0,57
13.15 40,00 34,00 38,10 46,50 33,40 46,20 29,80 0,14
50,3
13.25 40,10 33,50 37,50 43,20 33,50 44,30 30,30 0,12
13.35 39,00 33,40 37,00 42,60 32,00 42,40 30,50 0,09
13.45 39,00 36,50 37,00 41,10 32,70 42,90 30,20 1,90
13.55 38,00 34,00 37,50 43,20 32,70 42,30 30,30 0,27
14.05 38,20 33,70 34,50 40,00 33,00 42,00 30,00 0,22
14.15 38,50 34,50 33,10 41,20 34,00 43,80 30,10 0,53
Tabel 4.7 Data pengamatan kolektor pipa paralel kedua
10.25 30,00 28,00 33,50 45,20 26,50 34,20 31,30 3,65
10.35 39,20 35,30 33,80 46,90 27,10 38,40 32,00 3,71
10.45 32,10 30,20 32,70 48,70 27,50 41,70 32,20 1,28
10.55 50,30 52,70 33,30 50,00 28,00 46,60 29,00 0,80
11.05 57,20 51,30 34,80 55,10 31,00 50,40 32,30 3,77
11.15 59,10 59,80 38,80 57,20 34,30 51,00 32,60 3,85
11.25 63,00 74,40 43,00 59,70 39,40 53,40 31,20 3,92
54,5
11.35 58,00 62,50 45,30 54,30 36,00 52,30 33,60 3,90
11.45 63,00 73,50 44,30 59,80 35,70 53,40 31,60 3,92
11.55 62,30 70,60 41,50 59,20 36,80 53,70 32,30 3,75
12.05 67,60 75,20 31,70 61,60 42,00 56,60 30,50 4,06
12.15 67,50 71,10 51,50 59,30 42,70 56,60 32,80 3,55
12.25 68,20 72,80 52,00 60,80 43,60 56,80 32,10 3,84
60,2
12.35 65,00 72,40 48,00 59,30 37,20 56,00 32,70 3,56
12.45 66,50 73,00 47,60 62,60 36,70 56,30 33,10 3,37
12.55 71,40 74,30 49,30 71,10 38,50 57,40 32,10 3,36
13.05 79,40 74,10 51,60 69,10 41,00 59,70 32,30 2,96
13.15 73,20 66,50 50,40 69,00 40,70 61,20 32,10 3,01
13.25 76,80 77,70 53,60 76,70 41,70 63,60 32,30 3,13
Tabel 4.8 Data pengamatan kolektor pipa paralel ketiga
9.30 42,00 50,60 24,00 39,00 28,50 35,80 27,60 3,08
9.40 42,50 52,00 27,40 44,00 26,80 41,50 28,50 3,17 9.50 50,90 45,10 28,40 38,40 25,40 41,30 31,00 1,70
10.00 47,60 51,20 27,60 46,40 25,30 42,00 31,10 3,15
10.10 49,60 57,50 26,20 49,20 25,50 44,50 31,20 3,33
10.20 49,00 48,00 29,20 43,70 26,80 44,10 31,10 2,00
10.30 54,00 61,60 35,00 52,60 31,00 45,30 31,30 3,35
47,7
10.40 44,90 45,10 34,70 44,70 31,00 42,80 31,50 0,77 10.50 56,50 58,00 32,10 51,40 30,40 42,70 28,90 2,03
11.00 58,30 68,50 25,00 55,30 31,80 48,60 31,80 2,40
11.10 60,80 67,10 30,50 57,30 35,60 52,70 27,40 3,10
11.20 65,40 73,50 32,20 58,90 37,70 54,40 31,00 3,61
11.30 64,60 72,30 24,20 62,10 38,40 56,60 34,20 3,11
58,6
11.40 62,70 70,40 27,20 55,60 34,00 52,00 31,30 3,52
11.50 61,20 65,70 41,70 54,00 33,30 52,70 33,20 2,56
12.00 43,80 57,00 43,40 55,60 36,60 54,10 32,30 2,48
12.10 51,80 57,30 47,80 53,00 40,80 54,30 29,50 0,92
12.20 67,10 70,00 50,30 59,40 43,20 55,70 30,90 3,40
12.30 68,80 71,30 52,30 58,30 44,00 57,50 30,60 3,20
63,2
12.40 59,50 74,00 46,70 52,30 35,70 54,20 33,00 3,31
12.50 60,10 74,20 47,30 55,00 37,30 54,50 32,60 3,12
13.00 66,50 68,10 44,00 55,60 34,20 54,60 33,60 3,16 13.10 67,00 68,90 38,60 58,40 45,30 56,60 33,30 2,60
13.20 68,70 67,60 32,30 56,80 45,40 56,80 32,10 2,95
13.30 66,50 60,70 48,10 55,30 44,00 55,10 29,00 2,78
Tabel 4.9 Data pengamatan kolektor pipa paralel keempat
10.20 39,10 45,00 25,70 27,50 27,60 35,10 26,70 2,65
10.30 34,20 38,00 22,80 31,80 26,60 36,30 29,70 0,81 10.40 46,70 55,70 24,10 40,80 24,10 38,10 31,20 3,12
10.50 42,60 51,70 26,80 37,20 25,20 40,90 31,50 3,15
11.00 42,20 49,30 28,00 37,20 25,00 40,40 31,80 1,02
11.10 47,20 60,00 29,20 43,40 26,00 40,20 31,70 2,14
11.20 52,80 67,70 33,70 46,40 30,20 43,20 31,40 3,23
45,2
11.30 53,60 67,30 34,00 41,20 30,90 42,30 28,80 3,18
11.40 43,00 42,20 32,90 37,70 29,60 44,50 28,30 2,66
11.50 54,20 64,70 30,80 48,00 30,30 44,30 28,80 3,00
12.00 55,50 58,60 25,40 47,50 33,10 48,50 27,50 2,53
12.10 55,10 61,00 29,60 46,00 33,50 48,70 29,10 2,56
12.20 58,50 65,60 28,40 51,10 34,70 48,70 30,90 2,60
53,8
12.30 56,50 66,70 31,70 50,50 31,80 47,60 28,90 2,56 12.40 60,20 65,50 31,40 59,10 31,40 49,40 31,70 2,62 12.50 57,70 59,70 39,60 57,30 30,00 50,70 31,40 2,56
13.00 58,90 58,60 41,00 53,50 29,70 51,10 32,20 2,28
13.10 62,70 65,20 42,10 55,60 30,00 51,90 31,90 2,69
13.20 62,40 68,90 44,50 57,80 32,70 53,00 32,30 2,05
61,2
13.30 62,50 65,50 42,40 60,20 31,20 51,80 29,60 2,30 13.40 63,30 66,60 38,10 60,30 30,00 52,70 30,00 2,25 13.50 63,30 64,40 40,00 63,10 29,00 52,20 31,10 2,20 14.00 62,90 64,50 38,20 63,40 28,80 50,50 33,10 2,05
14.10 63,30 63,80 41,10 64,10 30,60 53,10 33,10 1,63
14.20 62,80 63,40 41,30 65,30 31,00 52,80 32,40 2,32
Tabel 4.10 Data pengamatan kolektor pipa paralel kelima
10.00 54,50 59,20 21,50 35,00 25,10 42,70 30,30 3,07
10.10 62,80 66,00 23,50 55,70 24,00 43,40 30,50 0,92
10.20 61,70 69,20 25,70 62,60 25,40 45,20 30,00 3,24
10.30 63,40 70,20 25,30 47,00 25,90 49,20 30,30 0,76
54,7
10.40 53,20 56,60 32,30 45,80 32,10 47,30 29,30 3,53
10.50 64,00 62,60 33,40 54,30 39,40 45,60 29,60 3,60
11.00 60,70 56,30 31,40 52,30 35,00 44,50 28,90 0,67
11.10 65,70 66,20 32,30 58,40 32,10 51,40 29,30 1,15
11.20 75,10 75,60 34,00 64,30 31,30 54,00 30,60 3,57
11.30 71,00 71,50 33,20 66,10 31,30 56,80 30,10 2,75
63,1
11.40 63,30 70,80 33,20 52,50 37,80 47,70 30,70 2,60 11.50 65,60 72,20 31,20 52,00 35,80 48,30 31,20 2,46
12.00 75,10 74,70 27,30 55,60 31,70 53,30 31,60 3,61
12.10 48,80 53,50 31,60 43,10 38,80 53,70 29,50 0,85
12.20 62,60 68,70 30,00 57,60 31,40 52,40 31,00 3,68
12.30 63,90 64,30 31,30 56,20 31,10 52,50 31,80 3,42
59
12.40 46,20 49,50 33,00 50,60 38,30 46,10 32,20 0,78
12.50 47,10 53,80 28,00 51,20 35,60 46,80 31,50 2,56 13.00 48,40 55,20 28,40 51,70 33,40 48,90 31,30 3,09 13.10 50,40 48,30 27,90 51,40 32,50 48,00 32,10 2,60 13.20 46,70 42,10 29,00 43,70 23,00 45,40 29,40 0,67
13.30 55,00 48,40 33,50 50,20 23,50 47,00 29,20 0,89
55,3
Dari data penelitian ini akan digunakan untuk menghitung :
Ts : suhu air panas rata – rata (C)
dTs : suhu sesudah dikurangi suhu sebelum (C)
GT : radiasi masuk
(T1+T0)/2 : suhu kolektor rata – rata (C)
Untuk analisa data hasil pengujian, akan diambil pada data pengamatan
kolektor pipa seri ketigapukul 9.50.
Asumsi :
(τα) = 0,8
UL = 8
V udara = 0,5 m/s
Diketahui :
m air = 20 kg
Cs air = 4180,78 J/(kg,K)
Ac = 2 m2
dT = 600 s
∆xseng = 0,001 m
∆x wollglass = 0,05 m
∆x gabus butiran = 0,01 m
∆x kayu balsa = 0,01 m
k seng = 112,2 W/(m,0C)
k wollglass = 0,038 W/(m,0C)
k gabus butiran = 0,045 W/(m,0C)
k kayu balsa = 0,055 W/(m,0C)
tahanan resistor (R) = 10 ohm
Nilai dari k seng, k wollglass, k gabus butiran, k kayu balsa dapat dilihat
pada lampiran tabel A, tabel B, dan tabel C.
Untuk mencari nilai I digunakan persamaan (3.4)
GT diperoleh dengan menggunakan persamaan (3.3)
1000
Untuk mencari US menggunakan persamaan (3.2)
F’ diperoleh dari persamaan :
Sehingga F’ dapat diperoleh menggunakan persamaan (3.1):
(
)
4.3. Faktor efisiensi (F’)
Dengan menggunakan cara perhitungan yang sama, maka perhitungan kuat
arus sel surya, radiasi masuk kolektor, tahanan termal tangki penyimpan air serta
faktor efisiensi F’ tiap data ujicoba dapat diketahui. Hasil lengkap perhitungan ini
dapat dilihat pada tabel 4.3.
4.3.1 Kolektor pipa seri dengan reflektor
Tabel 4.11 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa seri kesatu
Tabel 4.12 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa seri kedua
Tabel 4.13 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa seri ketiga
Tabel 4.14 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa seri keempat
Tabel 4.15 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa seri kelima
4.3.2. kolektor pipa paralel dengan reflektor
Tabel 4.16 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa paralel kesatu
Ts dTs I=V/R Gt (T1+T0)/2 Us
Tabel 4.17 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa paralel kedua
Tabel 4.18 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa paralel ketiga
Tabel 4.19 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa paralel keempat
Tabel 4.20 Perhitungan Faktor Efisiensi kolektor pipa paralel kelima
Perhitungan faktor efisiensi (F’) menggunakan Gt rata-rata karena dalam
satu hari Gt selalu berubah – ubah. Oleh karena itu Gt disederhanakan menjadi Gt
rata – rata 1 hari pengambilan data.
Dari data hasil penelitian ini kemudian dapat diperoleh grafik distribusi
suhu terhadap waktu, grafik distribusi suhu air keluar kolektor dan grafik faktor
efisiensi.
4.4. Grafik distribusi suhu terhadap waktu
Pengambilan data dilakukan antara pukul 09.00 sampai 15.00. Grafik
4.4.1. Kolektor pipa seri dengan reflektor
Gambar 4.1 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa seri kesatu dengan reflektor
0
0
Gambar 4.3 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa seri ketiga dengan reflektor
0
0
Gambar 4.5 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa seri kelima dengan reflektor
4.4.2. Kolektor pipa paralel dengan reflektor
0
0
Gambar 4.7 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa paralel kedua dengan reflektor
0
0
Gambar 4.9 Grafik hubungan distribusi suhu dengan waktu pada kolektor pipa paralel keempat dengan reflektor
0
Pada rentang waktu pengambilan data selalu terjadi perubahan suhu.
Perubahan suhu ini dipengaruhi oleh radiasi matahari yang masuk pada kolektor.
Apabila radiasi yang masuk pada kolektor tinggi maka suhu pada tiap titik akan
mengalami peningkatan, tetapi bila terjadi penurunan suhu hal ini disebabkan oleh
beberapa faktor misal saat radiasi matahari tertutup oleh awan yang menyebabkan
radiasi dari matahari tidak diserap dengan baik oleh kolektor. Pada setiap 1 jam
pengambilan data akan terjadi penurunan suhu, ini terjadi karena setiap 1 jam
diambil air keluaran dari tangki penyimpan sebanyak 5 liter untuk mengetahui
suhu yang dapat dihasilkan.
4.5. Grafik distribusi suhu air keluar kolektor
Grafik distribusi suhu air keluar kolektor ini menunjukkan hasil keluaran
air panas antara kolektor pipa seri dan pipa parallel.
0
9.00 11.00 13.00 15.00
waktu (pukul)
0
9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
waktu (pukul)
Gambar 4.12 Grafik distribusi suhu air keluar kolektor kedua
0
9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
waktu (pukul)
0
9.00 11.00 13.00 15.00
waktu (pukul)
Linear (seri )
Linear (paralel)
Gambar 4.14 Grafik distribusi suhu air keluar kolektor keempat
0
9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
waktu (pukul)
Gambar 4.15 Grafik distribusi suhu air keluar kolektor kelima
Dari gambar grafik 4.11 sampai 4.15 dapat diketahui bahwa unjuk kerja
kolektor pipa seri lebih baik daripada kolektor pipa paralel, karena pipa seri
4.6. Grafik Faktor Efisiensi (F’)
Grafik faktor efisiensi ini menunjukkan faktor efisiensi (F’) kolektor pipa
seri dan kolektor pipa paralel terhadap waktu.
0.00
10.00 12.00 14.00 16.00
waktu (pukul)
F'
F' seri
F' paralel Linear (F' seri) Linear (F' paralel)
Gambar 4.16 Grafik faktor efisiensi F’ kesatu
0.00
10.00 12.00 14.00 16.00
waktu (pukul)
F'
F' seri
F' paralel
Linear (F' seri)
Linear (F' paralel)
0.00
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
waktu (pukul)
F'
F' seri
F' paralel
Linear (F' seri) Linear (F' paralel)
Gambar 4.18 Grafik faktor efisiensi F’ ketiga
0.00
9.00 11.00 13.00 15.00
waktu (pukul)
F'
F' seri
F' paralel
Linear (F' seri) Linear (F' paralel)
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
10.00 12.00 14.00 16.00
waktu (pukul)
F'
F' seri F' paralel
Linear (F' seri)
Linear (F' paralel)
Gambar 4.20 Grafik faktor efisiensi F’ kelima
Dari gambar grafik 4.16 sampai 4.20 diketahui bahwa faktor efisiensi
kolektor pipa seri menurun ini terjadi karena selisih suhu pipa sekarang dan
sebelum (dTs) semakin kecil meskipun suhu yang dicapai dalam tangki
4.7 Grafik T air keluar, T storage terhadap waktu
Dari data yang diperoleh dapat diperoleh grafik yang membandingkan
suhu hasil air keluaran, suhu tangki rata – rata (T5 dan T6) terhadap waktu.
0
9.00 11.00 13.00 15.00
waktu (pukul)
Gambar 4.21 Grafik suhu air keluar (To), suhu tangki rata – rata (Ts) terhadap waktu kolektor pipa seri
0
9.00 11.00 13.00 15.00
waktu (pukul)
Dari gambar grafik 4.7, suhu air tangki penampung (T storage) selalu lebih
rendah daripada suhu air keluaran karena suhu yang diukur adalah suhu rata – rata
tangki penyimpan yaitu bagian bawah tangki penyimpan berisi air yang lebih
dingin dan bagian atas tangki penyimpan berisi air yang panas. Sedangkan keran
pengeluaran air panas berada pada bagian atas tangki penampung, sehingga air
yang dikeluarkan dari tangki penampung selalu air yang terpanas.
4.8 Grafik F' vs (Trata-rata – Tlingkungan)/Gt
Dari data dan hasil perhitungan, maka dapat dibuat bentuk grafik Faktor
efisiensi F’ terhadap(Trata-rata – Tlingkungan)/Gt.
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
(Ts-Ta)/Gt
F'
Linear (seri pertama)
Linear (seri kedua)
Linear (seri ketiga)
Linear (seri keempat)
Linear (seri kelima)
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90
0 0.05 0.1 0.15
(Ts-Ta)/Gt
F'
Linear (Series1)
Linear (Series2)
Linear (Series3)
Linear (Series4)
Linear (Series4)
Linear (Series5)
Gambar 4.24 Grafik F' vs (Ts – Ta)/Gt kolektor pipa parallel
Perubahan nilai faktor efisisiensi (F’) dipengaruhi salah satunya oleh
radiasi masuk Gt. Gt selalu berubah – ubah oleh karena faktor cuaca, jika cuaca
cerah dan tidak cahaya matahari tidak tertutup awan maka Gt akan tinggi,
sebaliknya jika cuaca mendung daan cahaya matari tertutup awan maka Gt akan
rendah.
F’ juga dipengaruhi oleh selisih suhu antara suhu tangki penyimpan (Ts)
dan suhu lingkungan (Ta), karena jika dengan Gt yang konstan dan (Ts – Ta)
semakin besar maka nilai F’ akan semakin tinggi. Begitu pula sebaliknya jika (Ts
4.9 Grafik Gt vs waktu
Dari data dan hasil perhitungan yang telah diperoleh maka dapat dibuat
grafik nilai radiasi masuk (Gt) terhadap waktu sebagai berikut :
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00
waktu (jam)
Gt
Gambar 4.25 Gt vs waktu kolektor pipa seri kesatu
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
waktu (jam)
Gt
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
waktu (jam)
Gt
Gambar 4.27 Gt vs waktu kolektor pipa seri ketiga
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00
waktu (jam)
Gt
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
waktu (jam)
Gt
Gambar 4.29 Gt vs waktu kolektor pipa seri kelima
Dari gambar grafik 4.9 dapat dilihat bahwa nilai Radiasi masuk (Gt) paling
tinggi terjadi disekitar pukul 12.00. semakin siang nilai radiasi akan semakin
tinggi dan akan menurun menjelang sore atau malam. Perubahan nilai radiasi juga
dipengaruhi oleh faktor yang lain, yang paling utama adalah faktor cuaca. Jika
radiasi matahari terhalangi oleh awan maka radiasi yang masuk ke dalam kolektor
dan radiasi yang diterima solar cell menurun sehingga besar tegangan yang
5.1. Kesimpulan
Terdapat beberapa kesimpulan yang dapat dikemukakan berdasarkan analisa-analisa yang dilakukan dan data-data yang didapatkan, yaitu sebagai berikut :
1. Dari pengeluaran air panas sebanyak 5 liter setiap 1 jam, diperoleh suhu air panas yang paling tinggi untuk kolektor pipa seri sebesar 67,3 0C dan kolektor pipa seri sebesar 65,5 0C. Dari perhitungan F’, faktor efisiensi yang paling tinggi yang dicapai dari kolektor pipa seri adalah 84%. Sedangkan faktor efisiensi yang paling tinggi yang dicapai dari kolektor pipa paralel adalah 77,4%.
5.2. Saran
1. Pemasangan pipa – pipa distribusi air dan termokopel pada pemanas air sistem termosiphon sebaiknya dilakukan dengan teliti, ini dimaksudkan agar pada saat penelitian dilakukan tidak terjadi kebocoran air pada alat pemanas air tersebut.
2. Pada bagian kolektor sebaiknya dibuat lubang untuk mengeluarkan uap air yang terjadi karena udara yang mengembun agar kolektor dapat bekerja dengan baik.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Wiranto 1995. “Teknologi Rekayasa Surya”. Jakarta : Pradnya Paramita
Holman, J.P. 1993. “Perpindahan Kalor”. Jakarta : Erlangga.
LAMPIRAN
Tabel A Nilai sifat – sifat logam
