Pemanas air energi surya menggunakan kolektor CPC dengan sudut kurva 0, 15 dan 30 derajat - USD Repository

(1)

i

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

Frans Valetino Dwi Setiawan

NIM : 055214069

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

SOLAR WATER HEATER USING CPC COLLECTOR WITH 0, 15

AND 30 DEGREE ANGLE OF CURVE

FINAL ASSIGNMENT

Presented As Partial Fulfillment Of The Requirement To Obtain The Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

by

Frans Valetino Dwi Setiawan

Student Number: 055214069

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

iii Oleh:

Frans Valentino Dwi Setiawan NIM : 055214069

Telah disetujui oleh:

Pembimbing

(4)

iv SKRIPSI

PEMANAS AIR ENERGI SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR CPC DENGAN SUDUT KURVA 0, 15DAN 30 DERAJAT

Disiapkan dan ditulis oleh

Frans Valentino Dwi Setiawan NIM : 055214069

Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji Pada tanggal 16 November 2009 Dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Nama Lengkap Tanda tangan Ketua Budi Setyahandana, S.T., M.T. ... Sekretaris Ir. PK Purwadi, M.T. ... Anggota Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. ...

Yogyakarta, 18 November 2009 Fakultas Sains Dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Dekan,

(5)

v

tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 18 November 2009 Penulis

(6)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini,

saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta: Nama : Frans Valentino Dwi Setiawan

NIM : 055214069

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, Saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

PEMANAS AIR ENERGI SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR CPC DENGAN SUDUT KURVA 0, 15DAN 30 DERAJAT

Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 18 November 2009

Yang menyatakan

(7)

vii

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya hingga terselesaikannya Laporan Tugas Akhir dengan judul “Pemanas Air Energi Surya Menggunakan Kolektor CPC Dengan Sudut Kurva 0, 15 dan 30 Derajat”. Penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat meluaskan pengetahuan masyarakat serta meningkatkan minat perancang dan industri untuk menampilkan produk rekayasa surya dan semoga memberikan manfaat yang tinggi nilainya, terutama bagi masyarakat bangsa yang sedang membangun.

Dalam perancangan ini, akan dibahas tentang penggunaan Pemanas Air Termosifon Energi Surya sebagai energi alternatif. Untuk perkembangan selanjutnya diharapkan alat ini dapat disempurnakan dan dapat dipergunakan untuk membantu dalam suatu proses produksi. Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih atas segala bantuan sehingga tugas ini dapat terselesaikan dengan baik, kepada :

1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi.

2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 3. Bapak Ir. FA Rusdi Sambada, M.T. selaku Dosen pembimbing.

(9)

ix

telah membantu terselesaikannya Laporan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan ini karena keterbatasan dan pengetahuan. Untuk itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat membangun demi lebih sempurnanya tugas ini. Akhir kata semoga tugas ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.

Yogyakarta, 18 November 2009

(10)

x DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBINGBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN ...v

ABSTRAK ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ...x

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ...xv

BAB I ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.3 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II ... 5

2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan ... 5

2.2 Dasar Teori ... 5

BAB III ... 14

3.1 Skema Alat ... 14

3.2 Cara kerja alat ... 17

3.3 Variabel yang divariasikan... 17

(11)

xi

BAB IV ... 20

4.1 Data Penelitian ... 20

4.2 Pengolahan Data ... 38

4.3 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan ... 46

BAB V ... 55

5.1 Kesimpulan ... 55

5.2 Saran ... 55

DAFTAR PUSTAKA ... 56

(12)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1. Cara Kerja Sistem Direct (kiri) dan Sistem Indirect (kanan) ... 6

Gambar 2. 2. Bagian-bagian Pemanas Air Energi Surya ... 7

Gambar 2. 3. Bagian-bagian kolektor CPC ... 10

Gambar 2. 4. Detil Reflektor pada Kolektor CPC ... 10

Gambar 2. 5. Sudut Kurva 0o ... 12

Gambar 3. 1. Skema Alat ... 14

Gambar 3. 2. Peletakan Termokopel ... 15

Gambar 3. 3. Gambar Rancangan Tampak Tiga Dimensi ... 16

Gambar 3. 4. Variasi-variasi Penelitian ... 17

Gambar 4. 1. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Kolektor 1 (CPC 0o), Tanggal 22 Mei 2009 ... 22

(13)

xiii

Waktu pada Kolektor 1 (CPC 0o), Tanggal 24 Mei 2009 ... 28 Gambar 4. 8.Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan

Waktu pada Kolektor 3 (CPC 30o), Tanggal 24 Mei 2009 ... 29 Gambar 4. 10. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan

(14)

xiv

Gambar 4. 17. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan

Waktu pada Kolektor 3 (CPC 30o), Tanggal 27 Mei 2009 ... 38 Gambar 4. 19. Grafik hubungan Efisiensi (η) dengan Ti/G pada Data

Tanggal 22 Mei 2009 ... 47 Gambar 4. 20. Grafik hubungan Efisiensi (η) dengan Ti/G pada Data

(15)

xv

Tabel 4. 2. Pengambilan Data Tanggal 23 Mei 2009 ... 24

Tabel 4. 4.Pengambilan Data Tanggal 25 Mei 2009 ... 30

Tabel 4. 7.Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 22 Mei 2009 ... 40

Tabel 4. 8. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 23 Mei 2009 ... 41

(16)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air panas umumnya digunakan untuk mandi, mencuci atau mendukung suatu proses kimia dalam rumah tangga, puskesmas, rumah makan, penginapan, industri dan lain-lain. Di negara-negara berkembang seperti Indonesia, kayu bakar, minyak dan gas bumi merupakan sumber energi yang banyak digunakan untuk memanaskan air. Pemakaian kayu bakar yang berlebihan dapat menyebabkan kerusakan hutan sehingga dapat mengakibatkan bencana alam seperti banjir dan tanah longsor. Penggunaan kayu bakar secara tradisional juga dapat menimbulkan dampak negatif terhadap kesehatan karena asap yang ditimbulkan, selain itu pengumpulan kayu bakar memerlukan waktu yang sebenarnya dapat dipergunakan untuk kegiatan lain yang lebih produktif. Krisis energi karena semakin menipisnya cadangan minyak dan gas bumi menyebabkan harga minyak dan gas bumi semakin mahal, hal ini tentunya akan berdampak pada kenaikan biaya hidup atau harga jual produk yang pada prosesnya menggunakan air panas.

(17)

potensi energi surya yang cukup dengan radiasi harian rata-rata 4,8 kWh/m2 (Menteri Energi, 2003). Penggunaan energi surya juga sejalan dengan target pengurangan emisi karbondioksida di atmosfer (berdasarkan protokol Kyoto).

Sistem pemanas air energi surya yang banyak digunakan umumnya adalah jenis kolektor pelat datar dengan komponen utamanya pipa pemanas (pipa riser) dan pelat absorber. Pipa pemanas dan pelat absorber umumnya terbuat dari tembaga, absorber berfungsi untuk menambah luasan penerima panas dari energi surya (berfungsi sebagai sirip bagi pipa pemanas). Pipa pemanas direkatkan pada pelat absorber dengan cara dilas/solder. Pemanas air energi surya jenis pelat datar yang terbuat dari pipa dan pelat tembaga mempunyai efisiensi yang baik untuk kondisi cuaca di Indonesia, hal ini disebabkan karena tembaga merupakan bahan dengan sifat hantar panas yang baik. Akan tetapi dari sisi biaya yang diperlukan tidaklah termasuk murah, hal ini disebabkan harga pipa dan pelat tembaga termasuk mahal dan tidak mudah didapat dipasarkan. Selain biaya dari sisi teknologi pembuatannya (pengelasan pipa pemanas ke pelat absorber) juga tidak termasuk teknologi yang sederhana. Alternatif bahan lain untuk pipa pemanas yang jauh lebih murah tetapi dapat menghasilkan efisiensi yang hampir sama dengan tembaga adalah pipa alumunium.

1.2 Perumusan Masalah

(18)

3

bahkan lebih susah mengelas pipa alumunium ke pelat alumunium dibanding mengelas pipa tembaga ke pelat tembaga. Untuk itu pada penelitian ini fungsi pelat absorber digantikan dengan reflektor berprofil parabola terpadu (compound parabolic) sehingga kolektornya disebut CPC (compound parabolic collector). Reflektor dapat dibuat dari bahan yang mempunyai sifat pantul energi surya yang baik seperti pelat stainles steel, pelat alumunium tipis atau alumunium foil. Dengan digantikannya pipa pemanas dari tembaga menjadi alumunium dan fungsi pelat absorber tembaga digantikan dengan reflektor maka dari sisi biaya dan teknologi pembuatannya menjadi lebih murah dan sederhana.

Pada penelitian ini akan diteliti unjuk kerja pemanas air dengan kolektor CPC yang dapat dihasilkan dengan kondisi energi surya di Indonesia khususnya di Yogyakarta.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu:

1. Membuat model pemanas air energi surya sederhana (jenis kolektor CPC dengan sudut kurva 0o, 15o dan 30o) menggunakan bahan yang lebih murah, tersedia di pasar lokal dan teknologi yang sederhana.

(19)

1.3 Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini :

1. Menambah kepustakaan teknologi pemanas air surya.

2. dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pemanas air energi surya sederhana yang sesuai dengan kondisi cuaca di Indonesia dan dapat diterima masyarakat.

(20)

5 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan

Hasil penelitian A.B Copsey (1984) memperlihatkan bahwa tangki dengan derajat strarifikasi thermal lebih baik akan menghasilkan fraksi surya lebih tinggi, M.D.Wuestling ( 1985) serta G.L Morison dan J.E Braun (1985) mengatakan bahwa unjuk kerja optimum pemanas air terjadi pada laju aliran air rata-rata harian di kolektor yang sama dengan laju aliran air pembebanan. Kolektor CPC sederhana tanpa pemvakuman dapat mencapai efisiensi 50% hal ini dapat dicapai dengan penambahan material honeycomb sebagai pengontrol laju kerugian konveksi pada kolektor (Pereira, et.AL,2003). Pembuatan profil parabola, pengaturan fokus, prosedur pembuatan dudukan pipa pemanas pada reflektor merupakan permasalahan yang umum pada disain sebuah kolektor CPC di samping keuntungan dari kolektor CPC seperti rugi-rugi panas yang kecil dan temperatur kerja yang cukup tinggi (Zheng, et. AL, 2004).

2.2Dasar Teori

(21)

dari logam berwarna hitam yang menyerap panas. Energi surya diterima plat absorber dan dikonversikan menjadi panas. Fluida dalam pipa/saluran mengambil panas dari plat absorber. Jumlah radiasi surya yang diterima kolektor tergantung dari beberapa hal (1)Letak Geografis : daerah kutub, khatulistiwa dan ketinggian (makin tinggi daerah makin besar radiasi). (2) Kondisi tempat ; banyak pohon, bangunan atau daerah terbuka. (3) Orientasi kolektor terhadap posisi harian matahari ; kolektor tetap atau dapat mengikuti gerak matahari. (4) Waktu ; pagi, siang atau sore. (5) Musim : hujan atau kemarau. (6)Kondisi atmosfer : cerah, berawan, uap air, debu, polutan.

Ada beberapa sistem yang dapat digunakan dalam pengaplikasian dari pemanas air yaitu (1) Aktif ; menggunakan pompa. (2) Pasif ; tidak menggunakan pompa, sirkulasi berlangsung secara alami. (3) Direct ; fluida yang dipanasi langsung dapat digunakan. (4) Indirect ; Terdapat alat penukar panas pada sistem sehingga fluida yang dipanasi digunakan untuk memanasi fluida lain.

Gambar 2. 1. Cara Kerja Sistem Direct (kiri) dan Sistem Indirect (kanan)

(22)

7

Pemanas air energi surya jenis pelat datar (gambar 2.1) adalah pemanas air energi surya yang sederhana, tidak memerlukan pompa, alat kontrol, sensor, dan jaringan listrik. Air bersirkulasi dari kolektor ke tangki karena adanya perbedaan massa jenis.

Gambar 2. 2. Bagian-bagian Pemanas Air Energi Surya

Prinsip kerja pemanas air energi surya jenis pelat datar adalah sebagai berikut : energi surya memanasi kolektor sehingga air dalam pipa kolektor menjadi panas, air yang panas ini mempunyai massa jenis yang lebih kecil dari air yang lebih dingin di sekitarnya sehingga bagian air yang panas ini merambat ke bagian atas kolektor, masuk dalam tangki penyimpanan di bagian atas tangki penyimpanan dan mendesak air dalam tangki penyimpanan yang lebih dingin ke bagian bawah tangki penyimpanan. Air dingin yang terdesak ini selanjutnya akan keluar dari tangki penyimpanan dan melalui pipa aliran air dingin masuk kolektor dari bagian bawah kolektor. Karena sirkulasi air panas dari kolektor ke tangki penyimpan dan

Isolasi

Tangki penyimpan

Tangki penyuplai Pipa air

keluar

Pipa penghubung

(23)

(24)

9

Kolektor merupakan bagian pada pemanas air (gambar 2.1) yang menerima energi surya. Bagian-bagian sebuah kolektor CPC dapat dilihat pada gambar 2.2 dan gambar 2.3. efisiensi kolektor sangat menentukan unjuk kerja pemanas air secara keseluruhan. Efisiensi kolektor merupakan fungsi temperatur fluida kerja masuk kolektor, semakin rendah temperatur fluida kerja masuk kolektor efisiensi kolektor akan semakin tinggi, efisiensi sebuah kolektor dinyatakan dengan persamaan :

η

= F

_R

(

τα

)

−

F

_R

U

_L

�

Ti−Ta

G

�

(2.1)

dengan:

FR : Faktor pelepasan panas G : Radiasi yang datang (W/m2) Ta : Temperatur sekitar (K)

Ti : Temperatur fluida kerja masuk kolektor (K) UL : Koefisien kerugian (W/(m2.K)

(τα) : Faktor transmitan-absorpan kolektor

Faktor pelepasan panas kolektor (FR) dihitung dengan persamaan :

F

_R

=

m ḟ .C pf�T o−T i�

A c�G (τα)−_{U l}�_{T i}−_{T a}�� (2.2)

dengan :

AC : Luasan kolektor (m2)

CPF : Panas jenis fluida kerja (J/(Kg.K)) G : Radiasi yang datang (W/m2)

mF : Massa fluida kerja dalam pipa di kolektor (Kg) Ta : Temperatur sekitar (K)

(25)

T0 : Temperatur fluida kerja keluar kolektor (K) UL : Koefisien kerugian (W/(m2.K))

(τα) : Faktor transmitan-absorpan kolektor

Gambar 2. 3. Bagian-bagian kolektor CPC

Gambar 2. 4. Detil Reflektor pada Kolektor CPC Pipa Header

Pipa Riser

Reflektor Air Masuk

Air Keluar

Tutup Kaca

Pelat Absorber Isolasi

Tutup Kaca

Pipa Riser

(26)

11

Koefisien kerugian UL tergantung dari beberapa parameter di antaranya kualitas pelat absorber, isolasi kolektor dan jumlah tutup kaca. Untuk perancangan praktis harga UL dapat diambil sebesar 8 W/(m2K).

CPC (compound parabolic collector) adalah gabungan beberapa reflektor yang berbentuk parabola yang terlihat pada gambar 2.4 dan disusun pada kolektor (gambar 2.3). Fungsi dari reflektor berbentuk parabola ini adalah untuk menggantikan fungsi plat absorber yang biasa digunakan pada pemanas air plat datar sehingga biaya pembuatan kolektor dapat ditekan tetapi diharapkan dapat memiliki kemampuan yang sama dengan plat absorber dalam mentransferkan energi surya. Reflektor parabolik yang dibuat memiliki perbedaan sudut kurva, yaitu 0o, 15o dan 30o. Yang dimaksudkan dengan sudut kurva adalah garis tengah parabolik dan garis tengah alat gambar parabolik membentuk sudut 0o, 15o dan 30o. Pembuatan sudut kurva parabolik dapat di jelaskan sebagai berikut :

1. Pembuatan sudut kurva 0o

Sudut kurva yang terbentuk antara garis tengah kertas gambar dengan alat gambar membentuk sudut 0o seperti yang terlihat pada gambar 2.5. Kemudian gambar yang telah terbentuk di cerminkan terhadap garis tengah pada kertas gambar

(27)

Kemudian gambar yang telah terbentuk di cerminkan terhadap garis tengah pada kertas gambar

Gambar 2. 5. Sudut Kurva 0o

Sudut kurva yang terbentuk antara garis tengah kertas gambar dengan alat gambar membentuk sudut 30o seperti yang terlihat pada gambar 2.7. Kemudian gambar yang telah terbentuk di cerminkan terhadap garis tengah pada kertas gambar

(28)

13

Garis Tengah Alat

Garis Tengah Alat Garis Tengah Kertas Gambar

Garis Tengah Kertas Gambar

15o

(29)

14 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Skema Alat

Alat pemanas air energi surya pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama:

1. Kolektor (komponen utama) dengan kaca penutup. 2. Tangki penyuplai.

3. Tangki penampungan air panas berkapasitas 20 liter.

Skema alat dan gambar rancangan dapat dilihat sebagai berikut :

Gambar 3. 1. Skema Alat Air Panas

Tangki Penyuplai

Tangki Penampung Radiasi

Surya

Kolektor

Air Dingin

(30)

15

Gambar 3. 2. Peletakan Termokopel

Keterangan :

1. T1 berada pada saluran masuk (pipa penghubung) pada kolektor. 2. T2 berada pada saluran keluar (pipa penghubung) pada kolektor. 3. T3 berada di bagian dalam tangki penyimpan yakni 10 cm dari dasar

tangki.

4. T4 berada di bagian dalam tangki penyimpan yakni 25 cm di atas T3. T1 Ti

T2 To T3

(31)

Gambar 3. 3. Gambar Rancangan Tampak Tiga Dimensi

Keterangan :

1. Tangki penampung yang telah diberi isolasi. 2. Tangki penyuplai (jerigen).

3. Pipa penyuplai.

4. Pipa masuk air panas ke tangki penampung.

5. Pipa keluar air dingin dari tangki penampung maupun tangki penyuplai. 6. Kran pembuangan.

7. Kran air panas keluar.

(32)

17

3.2 Cara kerja alat

Pada penelitian pemanas air energi surya dengan kolektor CPC ini, air bertemperatur rendah yang mengalir dari tangki penyuplai masuk ke pipa kolektor bagian bawah. Pada kolektor, air dingin dipanaskan oleh energi surya sehingga air menjadi panas dan keluar melalui pipa kolektor bagian atas. Karena adanya perbedaan massa jenis antara air panas dan air dingin, di mana temperatur air dalam kolektor lebih tinggi dari temperatur air yang ada dalam tangki penyimpan maka terjadi sirkulasi natural dan akan terus berlangsung selama kolektor menerima energi surya dan akibatnya air dalam tangki penyimpan makin lama makin panas

3.3 Variabel yang divariasikan

Variabel yang divariasikan pada penelitian ini adalah Sudut kurva parabola sebanyak 3 variasi yaitu 0o, 15o dan 30o (gambar 3.4).

Gambar 3. 4. Variasi-variasi Penelitian

0

o

15

o

₃₀

o

Pipa Pemanas

(Riser) 5/8 in Pipa Pemanas (Riser) 5/8 in

(33)

3.4 Peralatan Pendukung

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : a. Piranometer Logger

Alat ini berfungsi untuk menerima radiasi surya yang datang per detik. b. Solar Meter

Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi surya yang datang secara manual.

c. Stopwatch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu pengambilan data setiap 10 menit.

d. Thermo Logger

Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur pada kolektor, dan temperatur air pada tangki penampung setiap menit.

3.5 Variabel yang diukur

Variabel yang diukur pada penelitian ini adalah : 1. Temperatur air sisi masuk kolektor (Ti). 2. Temperatur air sisi keluar kolektor (To). 3. Temperatur lingkungan.

4. Temperatur rata-rata tangki penyimpan. 5. Energy matahari (surya) yang datang (G)

(34)

19

3.6 Langkah penelitian

Langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian ini adalah :

1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti gambar 3.3 sebanyak 3 alat yaitu pemanas air menggunakan kolektor CPC dengan sudut kurva 0o, 15o dan 30o

2. Mempersiapkan piranometer yang telah dirangkai dengan logger. 3. Mengisi tangki penyuplai dengan air hingga penuh.

4. Mengarahkan kolektor menghadap ke utara atau selatan sehingga mendapatkan radiasi surya sepanjang hari.

5. Memasang thermo logger pada setiap alat yang akan diambil datanya. 6. Mengukur temperatur fluida mula-mula (T1,T2,T3,T4).

7. Pengambilan data selanjutnya dilakukan tiap 10 menit.

8. Data radiasi surya juga diambil secara manual menggunakan solar meter bersamaan dengan pencatatan data pada thermo logger.

9. Waktu pengambilan data dimulai dari pukul 10.00 hingga 14.00 WIB.

3.7 Pengolahan dan analisa data

(35)

20 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

(36)

21

(37)

Gambar 4. 1. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Kolektor 1 (CPC 0o), Tanggal 22 Mei 2009

(38)

23

0 250 500 750 1000

15 25 35 45 55

0 50 100 150 200

Suhu,o_C

Waktu, Menit

G, W/m2

T2

T4

(39)

Tabel 4. 2. Pengambilan Data Tanggal 23 Mei 2009 Tgl 23-5-2009 Kolektor 1

(40)

25

(41)

Gambar 4. 6.Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Kolektor 3 (CPC 30o), Tanggal 23 Mei 2009

0 200 400 600 800 1000

15 20 25 30 35 40 45 50 55

0 50 100 150 200

Suhu,o_C

Waktu, Menit

G, W/m2

T2

T4

(42)

27

(43)

(44)

29

0 200 400 600 800 1000 1200

15 20 25 30 35 40 45 50

0 50 100 150 200

Suhu,o_C

Waktu, Menit

G, W/m2

T2

T4

(45)

Tabel 4. 4.Pengambilan Data Tanggal 25 Mei 2009 Tgl 25-5-2009 Kolektor 1

(CPC 0°)

Kolektor 2 (CPC 15°)

Kolektor 3 (CPC 30°) Waktu G T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4

(46)

31

(47)

0 200 400 600 800 1000 1200

15 20 25 30 35 40 45 50 55

0 50 100 150 200

Suhu,o_C

Waktu, Menit

G, W/m2

T2

T4

(48)

33

(49)

(50)

35

0 200 400 600 800 1000 1200

15 20 25 30 35 40 45 50

0 50 100 150 200

Suhu,o_C

Waktu, Menit

G, W/m2

T2

T4

(51)

(52)

37

(53)

4.2 Pengolahan Data

Dalam menentukan efisiensi kolektor (η) dan faktor pelepasan panas

kolektor (FR) digunakan koefisien kerugian total (UL) perancangan praktis dengan harga UL dapat diambil sebesar 8 W/(m2oC), nilai transmisi-absorptansi (τα) sebesar 0,8 dan nilai-nilai yang telah diketahui ṁf @ 5/8in= 2,15 kg, dan Ac = 1,26 m2.

(54)

39

Maka untuk mengetahui efisiensi terlebih dahulu melakukan pencarian terhadap faktor pelepasan panas kolektor (FR) dengan persamaan sebagai berikut :

F_R = ṁf .Cpf�To−Ti�

Ac�G(τα)−Ul�Ti−Ta��

FR =

3,29 Kg×4180 J

�Kg. ̊C�×(43 ̊C−27 ̊C)

1,26 m2�926 W

m2×0,8−8 W/(m

2_._̊_C)×_�₂₇_̊_C₋₃₀_̊_C_��

FR = 0,25

Kemudian mencari efisiensi dengan persamaan sebagai berikut :

η= F_R(τα)−F_RU_L�Ti−Ta

G �

η= 0,25 × 0,8−0,25 × 8 W/(m2 .̊C)�27 ̊C−30 ̊C

926 W

m2

�

η= 0,14 x 100% = 14 %

(55)

Tabel 4. 7.Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 22 Mei 2009 Tgl 22-5-2009 Kolektor 1

(56)

41

Tabel 4. 8. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 23 Mei 2009 Tgl 23-5-2009 Kolektor 1

(57)

(58)

43

(59)

(60)

45

(61)

4.3 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan

Dalam perhitungan terdapat hasil-hasil yang tidak valid, baik pada faktor pelepas panas dan efisiensinya di mana untuk hasil dari nilai FR dan η harus berkisar mulai dari 0 hingga 1. Bagian tabel perhitungan efisiensi dan faktor pelepasan panas yang diberi warna tidak dimasukkan ke dalam grafik hubungan efisiensi dengan Ti/G. Ketidakvalidtan data ini disebabkan oleh beberapa faktor yaitu

1. Alat pengukur yaitu termokopel kurang akurat, dimana data yang dikeluarkan oleh termokopel pada Ti lebih besar dari To sehingga nilai dari FR dan η menjadi minus.

(62)

47

Gambar 4. 19. Grafik hubungan Efisiensi (η) dengan Ti/G pada Data Tanggal 22 Mei 2009

Dari gambar 4.19, diketahui :

Efisiensi tertinggi pada Kolektor 1 (CPC 0o) = 0,1553 x 100% = 15,53% Efisiensi tertinggi pada Kolektor 2 (CPC 15o) = 0,2646x 100% = 26,46% Efisiensi tertinggi pada Kolektor 3 (CPC 30o) = 0,1919 x 100% = 19,19% Radiasi surya rata-rata = 509,8 W/m2

Dari gambar 4. 19 menunjukkan grafik yang kurang baik, yaitu garis kolektor 1,2 dan 3 tidak menurun sejajar dan garis kolektor 2 memotong garis kolektor 1 dan 3. Hal ini di sebabkan selisih antara temperatur masuk kolektor (T1) dan temperatur keluar kolektor (T2) memiliki selisih yang kecil. Radiasi surya juga berubah-ubah setiap waktu dan isolasi yang kurang baik pada kolektor.

0%

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

(63)

Efisiensi tertinggi pada Kolektor 1 (CPC 0o) = 0,0969 x 100% = 9,69% Efisiensi tertinggi pada Kolektor 2 (CPC 15o) = 0,2260 x 100% = 22,60% Efisiensi tertinggi pada Kolektor 3 (CPC 30o) = 0,1203 x 100% = 12,03% Radiasi surya rata-rata = 493,3 W/m2

Dari gambar 4. 20 menunjukkan grafik yang baik, yaitu garis kolektor 1,2 dan 3 menurun sejajar dan ketiga garis tidak memotong garis kolektor yang lain. kolektor 1, 2 dan 3 sudah menunjukkan adanya kesamaan. Hal ini menunjukkan data yang sudah akurat dan perbandingan antara temperatur masuk dan temperatur keluar memiliki selisih yang baik. Dapat dikatakan data pada gambar 4.22 sudah akurat

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

(64)

49

Efisiensi tertinggi pada Kolektor 1 (CPC 0o) = 0,0514 x 100% = 5,14% Efisiensi tertinggi pada Kolektor 2 (CPC 15o) = 0,1831x 100% = 18,31% Efisiensi tertinggi pada Kolektor 3 (CPC 30o) = 0,1260 x 100% = 12,60% Radiasi surya rata-rata = 559,4 W/m2

Dari gambar 4. 21 menunjukkan grafik yang kurang baik, yaitu garis kolektor 1,2 dan 3 tidak menurun sejajar dan garis pada kolektor 2 memotong garis pada kolektor 1 dan 3, tetapi garis pada kolektor 1 dan 3 sudah menunjukan adanya kesamaan. Hal ini di sebabkan selisih antara temperatur masuk kolektor (T1) dan temperatur keluar kolektor (T2) memiliki selisih yang kecil. Radiasi surya juga berubah-ubah setiap waktu dan isolasi yang kurang baik pada kolektor.

0%

0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000

(65)

Dari grafik dan tabel, di dapatkan :

Gambar 4.22 sudah menunjukkan grafik yang baik., hal ini ditunjukkan adanya kesamaan garis yaitu garis pada kolektor 1, 2 dan 3 menurun sejajar. Hal ini menunjukkan data yang sudah akurat dan perbandingan antara temperatur masuk dan temperatur keluar memiliki selisih yang baik. Dapat dikatakan data pada gambar 4.22 sudah akurat.

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

(66)

51

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

(67)

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

(68)

53

Banyak hal yang mempengaruhi nilai efisiensi sebuah kolektor. Beberapa di antaranya adalah kualitas penyerapan panas kolektor yang di tunjukan dengan nilai FR (faktor pelepasan panas) dan nilai G (radiasi surya). Nilai efisiensi dapat menggambarkan bagaimana kualitas sebuah kolektor dalam menyerap energi surya.

Dari grafik hubungan Efisiensi (η) dengan Ti/G (Gambar 4.24) menunjukkan adanya kesamaan yaitu setiap kenaikan dari nilai Ti/G diikuti dengan menurunnya nilai efisiensi. Hal ini dapat dijelaskan dari rumus mencari nilai efisiensi yakni semakin besar nilai Ti/G (bilangan pengurang) maka nilai efisiensi semakin kecil. Nilai Ti/G yang besar disebabkan nilai G (radiasi surya) yang berubah drastis dari waktu ke waktu. Nilai Ti/G berbeda dengan nilai efisiensi, jika nilai G (bilangan pembagi) kecil maka nilai Ti/G akan menjadi besar dan sebaliknya jika nilai G besar maka nilai Ti/G akan kecil dan menyebabkan nilai efisiensi naik. Dalam Hal ini nilai G (radiasi surya) mempunyai pengaruh yang besar dari nilai efisiensi sebuah kolektor.

Faktor pelepasan panas adalah perbandingan antara energi berguna yang dikumpulkan terhadap energi yang mungkin dikumpulkan. Hal yang mempengaruhi nilai faktor pelepasan panas adalah G (radiasi surya) dan selisih dari temperatur masuk dan keluar kolektor. Jika selisih dari temperatur masuk dan keluar kolektor memiliki nilai yang besar dan nilai G (radiasi surya) juga besar maka nilai FR (faktor pelepasan panas) akan tinggi pula.

(69)

(70)

55 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Telah dibuat model pemanas air energi surya sederhana (jenis kolektor dengan CPC) menggunakan bahan yang lebih murah, tersedia di pasar lokal dan dengan teknologi yang sederhana.

2. Temperatur maksimal yang dihasilkan pemanas air energi surya mencapai 540 C dan efisiensi maksimal kolektor 26,46% yaitu pada kolektor CPC dengan sudut kurva 15o

5.2 Saran

1. Diharapkan untuk membuat konstruksi alat benar-benar terisolasi dengan baik agar tidak ada kebocoran.

2. Jika ingin mendapatkan hasil yang berbeda dapat mencoba alat ini dengan variasi yang berbeda, seperti merubah sudut CPC yang digunakan.

(71)

56 DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Wiranto, (1995). Teknologi Tenaga surya. Jakarta, Pradnya Paramita.

Copsey, A.B.,1984,”A Modification of the f-Chart Method for Solar Domestic Hot Water Systems with Statified storage”, M.S.Thesis, University of Wisconsin-Madison

Duffie, J.A.;Beckam, W.A., (1991). Solar Engineering Of Thermal Processes, New York, John Wiley.Malkin, M.P.,”Design of Thermosyphon Solar Domestic Hot Water System”,1985, University of Wisconsin-Madison

Morrison, G.L and Braun, J.E.,1985,”System Modeling and Operation Characteristics of Thermosyphon solar Water heaters”, Solar Enerry, 34,pp.389-405

Materi Energi dan Sumber Daya Mineral (2003), Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi Energi (Energi Hijau)

Pereira, M.C. and Carvalho, M.J.,2003,”New Low Concentration Cpc Type Collector With Convection Controler By a Honeycomb Tim Material: A Compromise With Stagnation Temperatur Control And Survival Of Cheap Fabrication Materials”, ISES Solar Word Congress 2003 Solar Energy for a Sustainable Future, June, 14-19,2003, Goterborg, Sweden.

(72)

57 LAMPIRAN

Gambar Pemanas Air Tampak Depan

(73)

Gambar Thermo Logger (kiri) dan Solar Meter (kanan)