Perbandingan unjuk kerja pemanas air energi surya sirkulasi alami dengan sirkulasi paksa - USD Repository

(1)

i

PERBANDINGAN UNJUK KERJA PEMANAS AIR ENERGI SURYA SIRKULASI ALAMI DENGAN SIRKULASI PAKSA

HALAMAN JUDUL TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S-1

Program Studi Sains dan Teknologi Jurusan Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

BIMA TAMBARA PUTRA

NIM : 055214045

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii TITLE PAGE FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

Presented by:

BIMA TAMBARA PUTRA

Student Number: 055214045

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii ABSTRAK

(8)

viii

Surya menggunakan kolektor CPC, Variasi Aliran”. Penulis berharap 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.

Tugas akhir ini adalah salah satu syarat untuk mencapai derajat sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Untuk perkembangan selanjutnya diharapkan alat ini dapat disempurnakan dan dapat dipergunakan untuk membantu dalam suatu proses produksi. Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kepada :

1. Bapak Yosef Agung 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. F.A. Rusdi Sambada, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing. 4. Seluruh staf pengajar jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. 5. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan laporan Tugas

Akhir ini.

Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Sekian dan terima kasih.

Yogyakarta, 12 November 2009

(9)

ix DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING... iii

HALAMAN PERNYATAAN ... iv

HALAMAN PENGESAHAN ...v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... iv

ABSTRAK ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xiv

BAB I ...1

1.1 Latar Belakang ...1

1.3 Tujuan Penelitian ...4

1.4 Manfaat Penelitian ...4

BAB II ...5

TINJAUAN PUSTAKA ...5

2.1 Pemanas Air Energi Surya ...5

2.2 Dasar Teori ...7

2.3 Penelitian yang Pernah Dilakukan ...12

BAB III ...13

METODE PENELITIAN ...13

(10)

x

3.5 Langkah penelitian ...18

3.6 Jadwal kegiatan penelitian ...18

3.7 Langkah Analisa data ...19

BAB IV ...20

HASIL DAN PEMBAHASAN ...20

4.1 Hasil Penelitian ...20

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data ...33

4.3 Analisa Data ...41

4.3.1 Analisa Temperatur Rata-rata Tangki Penyimpan Air ...41

4.3.2 Analisa Efisiensi Kolektor ...46

BAB V ...53

KESIMPULAN DAN SARAN ...53

Kesimpulan ...53

Saran ...54

DAFTARA PUSTAKA ...55

(11)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1. Cara Kerja Sistem Direct (kiri) dan Sistem Indirect (kanan) ...5

Gambar 2. 2. Sistem Pemanas Air dengan Larutan Anti Beku ...6

Gambar 2. 3. Sistem Aliran Balik (Drainback) dengan Air Lunak...6

Gambar 2. 4. Pemanas Air Termosifon ...7

Gambar 2. 5. Bagian-bagian Pemanas Air Energi Surya ...8

Gambar 2. 6. Bagian-bagian kolektor CPC...11

Gambar 3. 1. Gambar rancangan alat ...13

Gambar 3. 2. Peletakan Termokopel ...14

Gambar 3. 3. Gambar rancangan tampak depan dan belakang ...15

Gambar 3. 4. Rangkaian Pompa Aquarium ...17

Gambar 4. 1. Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu Kolektor Tanpa Pompa (25 Agustus 2009) ...27

Gambar 4. 2. Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu Kolektor Dengan Pompa (25 Agustus 2009) ...27

Gambar 4. 4. Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu Kolektor Dengan Pompa (26 Agustus 2009) ...28

(12)

xii

(13)

xiii

(14)

xiv

Tabel 4. 2. Pengambilan data pada tanggal 26 Agustus 2009. ...22

Tabel 4. 3. Pengambilan Data Tanggal 27 Agustus 2009. ...23

Tabel 4. 4. Pengambilan Data Tanggal 7 September 2009. ...24

Tabel 4. 7. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 25 Agustus 2009 ...35

Tabel 4. 10. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 7 September 2009 ...38

Tabel 4. 11. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 9 September 2009 ...39

(15)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di negara-negara berkembang seperti Indonesia terdapat kayu bakar, minyak dan gas bumi yang merupakan sumber energi yang banyak digunakan untuk memanaskan air. Air panas umumnya digunakan untuk mandi,mencuci atau mendukung suatu proses kimia dalam rumah tangga, puskesmas, rumah makan, penginapan, industri dan lain-lain. 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.

(16)

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).

(17)

3

1.2 Perumusan Masalah

Pemanas air energi surya merupakan pemanas air energi surya dengan teknologi sederhana dan tidak menggunakan jaringan listrik. Penggunaan bahan pada pipa pemanas yaitu dengan bahan alumunium. Masalah yang ada dengan penggunaan bahan alumunium adalah cara merekatkan pipa alumunium ke pelat absorber. Alumunium merupakan bahan yang tidak mudah dilas walaupun pelat absorbernya juga terbuat dari alumunium, 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 compound parabolic collector (CPC).

(18)

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu:

1. Membuat model pemanas air energi surya sederhana jenis kolektor CPC menggunakan bahan yang murah, tersedia di pasar lokal dan teknologi yang sederhana.

2. Mengetahui unjuk kerja (temperatur maksimal dan efisiensi) pemanas air yang dapat dihasilkan untuk menjajaki penggunaan pemanas air energi surya jenis di Indonesia.

3. Membandingkan antara model pemanas air energi surya yang menggunakan aliran air alami dengan model pemanas air energi surya yang menggunakan aliran air paksa menggunakan pompa.

1.4 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.

(19)

5 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pemanas Air Energi Surya

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)

Sistem sirkulasi paksa glikol-air, sitem aliran balik (drainback system) dan sistem termosifon merupakan beberapa jenis dari sistem pemanas air surya.

(20)

Gambar 2. 2. Sistem Pemanas Air dengan Larutan Anti Beku

Apabila diperlukan perlindungan terhadap pembekuan, maka suatu larutan anti beku dapat disirkulasikan melalui kolektor, panas yang diserap dipindahkan ke air di dalam tangki penyimpan dengan menggunakan sebuah penukar panas (gambar 2.2).

(21)

7

Sistem aliran balik (drainback system) menggunakan udara tekan untuk mengembalikan air yang bersirkulasi melalui kolektor ke tangki penyimpan, jika isolasinya tidak cukup.

Gambar 2. 4. Pemanas Air Termosifon

Sistem termosifon merupakan sistem pasif dan sistem direct yaitu tidak menggunakan pompa dan fluida air yang dipanasi dapat langsung digunakan.

2.2 Dasar Teori

(22)

pemanas air jenis pelat datar dan pemanas air jenis kolektor CPC. Pemanas air yang menggunakan kolektor CPC akan menghasilkan panas yang lebih besar dibandingkan dengan pemanas air yang tidak menggunakan kolektor CPC.

Gambar 2. 5. 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

Isolasi

Tangki penyimpan

Tangki penyuplai Pipa air

keluar

Pipa penghubung

(23)

9

(24)

Kolektor merupakan bagian pada pemanas air (gambar 2.5) yang menerima energi surya. Bagian-bagian sebuah kolektor CPC dapat dilihat pada gambar 2.6 dan gambar 2.7. 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 :



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 :

(2.2)

dengan:

Ac : Luasan kolektor (m2) Cpf

G : Radiasi yang datang (W/m

: Panas jenis fluida kerja (J/(Kg.K)) 2

(25)

11

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

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

(τα) : Faktor transmitan-absorpan kolektor

Gambar 2. 6. Bagian-bagian kolektor CPC. Tutup Kaca

Air Masuk

Pipa Header

Pipa riser

Reflektor CPC

Isolasi Air Keluar

(26)

2.3 Penelitian yang Pernah Dilakukan

(27)

13 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Alat Penelitian

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. Gambar rancangan alat dapat dilihat sebagai berikut :

(28)

Gambar 3. 2. Peletakan Termokopel

Keterangan : 1. T1 2. T

berada pada saluran masuk (pipa penghubung) pada kolektor.

2 3. T

berada pada saluran keluar (pipa penghubung) pada kolektor.

3 4. T

berada di dalam tangki penyimpan yakni 10 cm dari dasar tangki.

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

T2 To

(29)

15

Gambar 3. 3. Gambar rancangan tampak depan dan belakang

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.

(30)

3.2 Cara kerja alat

(31)

17

3.3 Variabel yang divariasikan

Variabel yang divariasikan pada penelitian ini adalah aliran alami dan aliran paksa. Untuk aliran paksa digunakan pompa aquarium.

Gambar 3. 4. Rangkaian Pompa Aquarium

3.4 Variabel yang diukur

Variabel yang diukur pada penelitian ini adalah : 1. Temperatur air sisi masuk kolektor (Ti 2. Temperatur air sisi keluar kolektor (T

).

o 3. Temperatur lingkungan.

).

(32)

Untuk pengukuran temperatur digunakan termokopel dan untuk pengukuran radiasi surya digunakan solar sel yang telah di kalibrasi.

3.5 Langkah penelitian

Langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian ini adalah :

1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat pemanas air energi surya seperti gambar 3.1 sebanyak 2 alat agar variabel yang divariasikan pada penelitian ini dapat diambil datanya.

2. Pengisian air pada tangki penyimpan air dan penyuplai air.

3. Menyiapkan alat pengukur radiasi surya dan alat pengukur temperatur. 4. Menyiapkan alat tulis untuk mencatat data penelitian.

5. Persiapan pengambilan data, pengambilan data dilakukan tiap 10 menit. 6. Waktu pengambilan data dimulai dari pukul 10.00 hingga 14.00 WIB.

3.6 Jadwal kegiatan penelitian

Jadwal kegiatan penelitian yang dilakukan adalah : 1. Persiapan bahan.

2. Pembuatan alat penelitian. 3. Pengujian dan perbaikan alat. 4. Pengolahan data.

(33)

19

3.7 Langkah Analisa data

(34)

20 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Pada proses penelitian, kita akan mengetahui data yang telah diambil dengan variasi alat yang berbeda. Pengambilan data tiap variasi dilakukan beberapa kali untuk mendapatkan data yang akurat dari setiap variasi yang dilakukan. Tempat pengambilan data di lakukan di lingkungan universitas sanata Dharma.

(35)

21

Tahap pengambilan data penelitian :

Tabel 4. 1. Pengambilan data pada tanggal 25 Agustus 2009.

25-8-2009 Kolektor 1

(36)

Tabel 4. 2. Pengambilan data pada tanggal 26 Agustus 2009.

(37)

23

Tabel 4. 3. Pengambilan Data Tanggal 27 Agustus 2009.

(38)

Tabel 4. 4. Pengambilan Data Tanggal 7 September 2009.

7-9-2009 Kolektor 1

(Tanpa Pompa)

Kolektor 2 (Dengan Pompa)

Waktu G T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4

(39)

25

9-9-2009 Kolektor 1

(40)

(Tanpa Pompa)

Kolektor 2 (Dengan Pompa)

Waktu G T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4

(41)

27

Gambar 4. 1. Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu Kolektor Tanpa Pompa (25 Agustus 2009)

Gambar 4. 2. Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu Kolektor Dengan Pompa (25 Agustus 2009)

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

Temperatur, o_C

waktu, menit

T1

T2

T3

(42)

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

Temperatur, o_C

waktu, menit

T1

T2

T3

(43)

29

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

Temperatur, o_C

waktu, menit

T1

T2

T3

(44)

Gambar 4. 7. Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu Kolektor Tanpa Pompa (7 September 2009)

Gambar 4. 8. Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu Kolektor Dengan Pompa (7 September 2009)

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

Temperatur, o_C

waktu, menit

T1

T2

T3

(45)

31

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

Temperatur, o_C

waktu, menit

T1

T2

T3

(46)

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

Temperatur, o_C

waktu, menit

T1

T2

T3

(47)

33

4.2 Pengolahan dan Perhitungan 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 diketahui adalah =2,15 kg, dan Ac = 1,26 m2. Untuk mengetahui efisiensi terlebih dahulu dilakukan pencarian terhadap faktor pelepasan panas kolektor (FR

[

( ) ( )

]

) dengan persamaan:

(48)



(49)

35

Tabel 4. 7. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 25 Agustus 2009

Tgl 25-8-2009

G

Kolektor 1 Kolektor 2

Kolektor 1 Kolektor 2 Kolekto

r 1

Kolektor 2 (Tanpa Pompa) (Dengan Pompa)

(50)

Tgl 26-8-2009

G

Kolektor 1 Kolektor 2 Kolektor

1

Kolektor 2

(Tanpa Pompa) (Dengan Pompa)

(51)

37

Tgl 27-8-2009

G

1

Kolektor 2

(52)

Tabel 4. 10. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 7 September 2009

Tgl 7-9-2009

G

1

Kolektor 2

(53)

39

Tabel 4. 11. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 9 September 2009 Tgl 9-9-2009 (Tanpa Pompa) (Dengan Pompa)

(54)

Tabel 4. 12. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 11 September 2009

Tgl 11-9-2009

G

Kolektor 1 Kolektor 2 Kolektor 1 Kolektor 2

Waktu menit T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 FR η FR η T_i/G T_i/G

10.5 0 799 B 20 20 20 20 20 20 20 20 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 2,50% 2,50%

11,00 10 858 B 29 41 21 29 27 27 21 25 20,62% 10,92% 0,00% 0,00% 3,38% 3,15%

11.1 20 860 B 30 46 22 36 29 29 24 27 27,75% 14,46% 0,00% 0,00% 3,49% 3,37%

11.2 30 870 B 32 49 24 40 33 35 22 29 29,83% 15,09% 3,55% 1,76% 3,68% 3,79%

11.3 40 867 B 32 50 27 43 35 37 26 33 31,70% 16,00% 3,65% 1,74% 3,69% 4,04%

11.4 50 882 B 33 51 34 43 35 37 28 36 31,51% 15,78% 3,59% 1,73% 3,74% 3,97%

11.5 60 880 B 34 50 37 43 38 42 29 37 28,41% 13,95% 7,46% 3,39% 3,86% 4,32%

12,00 70 864 B 35 49 41 45 38 40 35 41 25,65% 12,21% 3,81% 1,71% 4,05% 4,40%

12.1 80 860 B 40 52 43 44 42 42 35 41 31,30% 14,85% 0,00% 0,00% 4,07% 4,88%

12.2 90 845 B 42 52 44 50 42 43 38 45 24,03% 10,12% 2,06% 0,83% 4,73% 4,97%

12.3 100 826 B 43 57 44 50 44 44 40 43 31,69% 12,46% 0,00% 0,00% 5,08% 5,33%

12.4 110 856 B 44 57 46 51 44 45 41 45 28,76% 11,45% 2,08% 0,81% 5,02% 5,14%

12.5 120 859 B 43 58 50 52 44 45 43 49 29,04% 11,33% 2,07% 0,81% 5,12% 5,12%

13,00 130 820 B 42 54 51 52 44 44 44 49 23,78% 9,05% 0,00% 0,00% 5,24% 5,37%

13.1 140 768 B 44 57 51 53 46 48 44 49 34,53% 12,52% 4,91% 1,57% 5,47% 5,99%

13.2 150 742 B 46 59 51 53 46 48 43 50 37,17% 12,10% 5,13% 1,56% 5,93% 6,20%

13.3 160 718 B 43 53 52 56 43 45 49 51 18,71% 5,38% 5,07% 1,63% 6,41% 5,99%

13.4 170 720 B 43 57 51 54 43 44 45 50 35,39% 11,40% 2,53% 0,81% 5,97% 5,97%

13.5 180 685 B 45 58 51 53 46 46 44 50 40,31% 12,01% 0,00% 0,00% 6,28% 6,72%

(55)

41

4.3 Analisa Data

Dari hasil penelitian dan perhitungan telah didapatkan beberapa perbedaan. Perbedaan tersebut disebabkan beberapa faktor yang terjadi selama penelitian. Untuk mengetahui hal tersebut perlu diadakan suatu analisa dari data yang diperoleh selama penelitian. Untuk memudahkan penganalisaan, maka hasil disajikan dalam bentuk grafik.

4.3.1 Analisa Temperatur Rata-rata Tangki Penyimpan Air

Temperatur rata-rata tangki penyimpan air ini diperoleh dari : (T3+T4)/2 dimana temperatur atas tangki (T3) dan temperatur bawah tangki (T4).

Gambar 4. 13. Grafik hubungan Suhu dengan Waktu pada Kolektor dengan pompa dan Tanpa Pompa, Tanggal 25 Agustus 2009.

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

G, W/m2

T4 (Tanpa Pompa)

T4 (Dengan Pompa)

(56)

Dari gambar grafik di atas dapat kita lihat Temperatur rata-rata tangki penyimpan air panas kedua kolektor bekerja secara baik. Mulai menit ke 200 temperatur sudah tidak mengalami kenaikan dimana radiasi surya yang ditangkap kolektor semakin menurun dikarenakan keberadaan matahari yang tidak berada tepat diatas kolektor (semakin sore). Temperatur maksimum yang dihasilkan :

• kolektor Tanpa Pompa yaitu 51 ºC menit ke 240

• kolektor Dengan Pompa yaitu 51 ºC menit ke 240

Dari gambar grafik di atas dapat kita lihat Temperatur rata-rata tangki penyimpan air panas kedua kolektor bekerja secara baik. Temperatur tetap mengalami kenaikan walaupun radiasi surya yang ditangkap kolektor semakin menurun dikarenakan keberadaan matahari yang tidak berada tepat diatas kolektor

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

(57)

43

(semakin sore) pada menit ke 130 sampai menit ke 240. Temperatur maksimum yang dihasilkan :

Dari gambar grafik di atas dapat lihat Temperatur rata-rata tangki penyimpan air panas kedua kolektor bekerja secara baik. Mulai menit ke 200 temperatur sudah tidak mengalami kenaikan dimana radiasi surya yang ditangkap kolektor semakin menurun dikarenakan keberadaan matahari yang tidak berada tepat diatas kolektor (semakin sore). Temperatur maksimum yang dihasilkan :

• kolektor Tanpa Pompa yaitu 56 ºC menit ke 220 dan 240

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

G, W/m2

T4 (Tanpa Pompa)

T4 (Dengan Pompa)

(58)

Gambar 4. 16. Grafik hubungan Suhu dengan Waktu pada Kolektor dengan pompa dan Tanpa Pompa, Tanggal 7 September 2009.

• kolektor Dengan Pompa yaitu 52 ºC menit ke 190 dan 210

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

G, W/m2

T4 (Tanpa Pompa)

T4 (Dengan Pompa)

(59)

45

Dari gambar grafik di atas dapat kita lihat Temperatur rata-rata tangki penyimpan air panas kedua kolektor bekerja secara baik. Temperatur pada menit ke 200 tidak mengalami kenaikan yang drastis walaupun radiasi surya yang ditangkap kolektor semakin menurun dikarenakan keberadaan matahari yang tidak berada tepat diatas kolektor (semakin sore). Temperatur maksimum yang dihasilkan :

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

G, W/m2

T4 (Tanpa Pompa)

T4 (Dengan Pompa)

(60)

4.3.2 Analisa Efisiensi Kolektor

Efisiensi kolektor adalah parameter yang paling penting dalam perancangan kolektor surya, dimana efisiensi kolektor merupakan suatu ukuran untuk mengetahui bagaimana kualitas sebuah kolektor dalam menyerap energi surya.

0

Temperatur, o_C

waktu, menit

G, W/m2

T4 (Tanpa Pompa)

T4 (Dengan Pompa)

(61)

47

Gambar 4. 19. Grafik hubungan Efisiensi (η) dengan Ti/G pada Data Tanggal 25 Agustus 2009.

Dari gambar grafik diatas dapat dilihat, bentuk grafik yang sudah baik namun kolektor dengan pompa memiliki efisiensi yang lebih rendah dari kolektor tanpa pompa. Hal ini disebabkan temperatur sisi masuk (T1) kolektor dengan pompa tidak berbeda jauh dengan temperatu sisi keluar (T2) kolektor dengan pompa sehingga hasil efisiensi yang didapatkan pada kolektor dengan pompa rendah. Berbeda dengan kolektor tanpa pompa yang nilai effisiensinya lebih tinggi. Ini disebabkan temperatur sisi masuk (T1) kolektor tanpa pompa berbeda jauh dengan temperatur sisi keluar (T2) kolektor tanpa pompa. Selain itu juga disebabkan masalah isolasi yang kurang baik pada kolektor dan pembacaan oleh data logger yang kurang akurat. Efisiensi maksimum yang dihasilkan kolektor tanpa pompa sebesar 12,7 % dan kolektor dengan pompa sebesar 8,7 %.

0%

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00%

(62)

Gambar 4. 20. Grafik hubungan Efisiensi (η) dengan Ti/G pada Data Tanggal 26 Agustus 2009

Dari gambar grafik diatas dapat dilihat, bentuk grafik kurang baik pada kolektor tanpa pompa dan kolektor dengan pompa karena terus menurun. Hal ini disebabkan temperatur sisi masuk (T1) kolektor 1 berbeda jauh dengan temperatu sisi keluar (T2) pada kedua kolektor. Efisiensi maksimum yang dihasilkan kolektor tanpa pompa sebesar 12,7 % dan kolektor dengan pompa sebesar 7,5 %.

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14%

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00%

e

fis

ie

n

si, %

Ti/G

kolektor tanpa pompa

(63)

49

Gambar 4. 21. Grafik hubungan Efisiensi (η) dengan Ti/G pada Data Tanggal 27 Agustus 2009

Dari gambar grafik diatas dapat dilihat, bentuk grafik kurang baik pada kolektor tanpa pompa karena terus menurun dan kolektor dengan pompa menaik. Hal ini disebabkan temperatur sisi masuk (T1) kolektor tanpa pompa berbeda terlalu jauh dengan temperatur sisi keluar (T2) kolektor tanpa pompa, sebaliknya dengan kolektor dengan pompa. Efisiensi maksimum yang dihasilkan kolektor tanpa pompa sebesar 13,1 % dan kolektor dengan pompa sebesar 4,7%.

.

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14%

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00%

e

fis

ie

n

si, %

Ti/G

(64)

Gambar 4. 22. Grafik hubungan Efisiensi (η) dengan Ti/G pada Data Tanggal 7 September 2009

Dari gambar grafik diatas dapat dilihat, sama seperti pengambilan data sebelumnya bentuk grafik yang kurang baik pada kolektor tanpa pompa karena terus menurun dan kolektor dengan pompa menaik. Hal ini disebabkan temperatur sisi masuk (T1) kolektor tanpa pompa berbeda terlalu jauh dengan temperatur sisi keluar (T2) kolektor tanpa pompa, sebaliknya dengan kolektor dengan pompa. Efisiensi maksimum yang dihasilkan kolektor tanpa pompa sebesar 13,5 % dan kolektor dengan pompa sebesar 5,7 %.

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16%

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00%

e

fis

ie

n

si, %

Ti/G

(65)

51

Dari gambar grafik diatas dapat dilihat, bentuk grafik yang sudah baik namun kolektor dengan pompa memiliki efisiensi yang lebih rendah dari kolektor tanpa pompa. Hal ini disebabkan temperatur sisi masuk (T1) kolektor dengan pompa tidak berbeda jauh dengan temperatu sisi keluar (T2) kolektor dengan pompa sehingga hasil efisiensi yang didapatkan pada kolektor dengan pompa lebih rendah. Berbeda dengan kolektor tanpa pompa yang nilai effisiensinya lebih tinggi. Efisiensi maksimum yang dihasilkan kolektor tanpa pompa sebesar 14 % dan kolektor dengan pompa sebesar 5,7 %

0%

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00%

(66)

Dari gambar grafik diatas dapat dilihat, bentuk grafik kurang baik pada kolektor tanpa pompa karena terus menurun dan kolektor dengan pompa bergerak datar. Hal ini disebabkan temperatur sisi masuk (T1) kolektor tanpa pompa berbeda terlalu terlalu jauh dengan temperatur sisi keluar (T2) kolektor tanpa pompa, berbeda dengan kolektor dengan pompa yang temperatur sisi masuk (T1) kolektor dengan pompa mendekati temperatur sisi keluar (T2) kolektor dengan pompa. Efisiensi maksimum yang dihasilkan kolektor tanpa pompa sebesar 16 % dan kolektor dengan pompa sebesar 3,4 %.

0%

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00%

(67)

53 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

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

1. Telah dibuat Pemanas air energi surya sederhana ( jenis kolektor CPC dengan dan tanpa pompa) dengan bahan yang mudah didapat serta menggunakan teknologi yang sederhana, sehingga biaya yang diperlukan lebih ekonomis dibandingkan dengan menggunakan kayu bakar atau minyak bumi.

2. Diketahui unjuk kerja kolektor (temperatur maksimal yang dicapai pada titik T4 atau pada temperatur air panas yaitu mencapai 560

3. Diketahui model pemanas air energi surya tanpa pompa menghasilkan temperatur yang lebih baik (56

C dan efisiensi maksimal mencapai 16% yaitu pada kolektor tanpa pompa.

0

(68)

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.

3. Jika ingin dipasarkan, diharapkan pemilihan bahan yang baik sehingga didapatkan kualitas dan higienis air dapat terjaga dengan baik.

(69)

55

DAFTARA 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), Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, Jakarta

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

(70)

LAMPIRAN

Gambar alat pemanas air energi surya menggunakan kolektor CPC dengan pompa (kiri) dan tanpa pompa (kanan)

(71)

57

Gambar Phyranometer (kiri), Storage dan Display Global Water (kanan)