Tempat dan Waktu Variabel yang diamati Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisis Data

BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian dilaksanakan di laboratorium Thermal dan Fluida Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas Syiah Kuala, mulai perencanaan alat, pembuatan, pengambilan data maupun pengolahan data. Simulasi dilakukan di laboratorium perancangan Politeknik negeri Lhokseumawe. Waktu penelitian dimulai dari disetujuinya usulan, pengambilan data, pengolahan data sampai sidang akhir menghabiskan waktu sekitar 9 sembilan bulan terhitung sejak dari persetujuan yang diberikan oleh komisi pembimbing.

3.2 Bahan, Peralatan dan Metode

3.2.1 Bahan

Pada penelitian ini alat penyerap panas dengan memanfaatkan energi matahari surya dibuat dari rangka kayu dengan isolasi dari bahan seng dan karet, sebagai absorber digunakan pasir besi.

3.2.2 Peralatan

Pada pelaksanaan penelitian ini diperlukan beberapa peralatan yaitu satu unit alat penyerap panas dengan memanfaatkan energi matahari surya, thermocouple, thermometer, dan stop wacth. 16 Universitas Sumatera Utara Peralatan pengujian yang digunakan dalam penelitian ini adalah saluran segi empat dengan memodifikasi penambahan susunan baffel yang berbentuk saluran multi belokan tajam dengan sudut 90 dan 105 dan tanpa belokan diantara laluan udara. Konstruksi dari peralatan pengujian secara skematik dapat dilihat pada lampiran 1. Ukuran dari kolektor adalah 250 cm x 80 cm. Pada setiap sisi dari kotak absober dilapisi dengan isolator termal berupa karet bewarna hitam dengan tebal 10 mm. Sebagai penyerap radiasi surya pada pengujian ini digunakan pasir besi dengan tebal 6 cm. Kotak pasir besi terbuat dari kayu dengan tebal 15 mm dan sebagai penutup transparan digunakan kaca 5 mm dengan ukuran 250 cm x 80 cm. Posisi kotak pemanas udara dibuat miring 15 dengan tujuan agar proses aliran udaranya bisa berlangsung dengan adanya perbedaan elevasi masukan dan keluaran.

3.2.3. Metode

Peralatan utama dari penelitian terdiri dari alat penyerap panas dengan memanfaatkan energi matahari surya dengan absorber pasir besi sebagai pemanas bawah, sedangkan untuk pemanas atas menggunakan kaca. Saluran ini juga dilengkapi oleh isolator termal. Gambar 3.1 memperlihatkan sketsa peralatan uji. Pada penelitian ini, peralatan ukur menggunakan thermometer air raksa yang memiliki range temperatur 0-110 C. Sebelum pengujian dilakukan, seluruh thermometer sudah harus dipasang dengan baik pada alat penyerap panas yang memanfaatkan energi matahari. Posisi penempatan thermometer atau titikpengukuran temperatur diletakkan menurut kondisi saluran masuk pemanas pada kolektor. Universitas Sumatera Utara Masukan Isolasi Matahari Gambar 3.1 Sket alat penyerap panas yang dibuat Pengukuran temperatur dilakukan dengan beberapa variasi, yaitu : a. Pengujian pertama, dilakukan terhadap peralatan penyerap panas dengan memanfaatkan energi matahari yang menggunakan teknik saluran multi belokan tajam 180 dengan sudut hambatan 90 . b. Pengujian kedua, dilakukan terhadap peralatan penyerap panas dengan memanfaatkan energi matahari yang menggunakan teknik saluran multi belokan tajam 90 dengan sudut hambatan 105 c. Pengujian ketiga, dilakukan terhadap peralatan penyerap panas dengan memanfaatkan energi matahari yang menggunakan teknik saluran tanpa belokan. Universitas Sumatera Utara

3.3. Pelaksanaan Penelitian

3.3.1 Pengujian eksperimental

Pengujian dilakukan di alam terbuka dengan menggunakan energi surya sebagai energi pemanas dan pengukuran temperatur dilakukan di banyak titik pada laluan aliran Pengukuran temperatur dengan belokan tajan 180 , sudut hambatan baffle90 menggunakan hambatan sebanyak sembilan buah dan 29 thermometer. Peletakan baffle dan titik-titik pengukuran secara skematis diperlihatkan Gambar 3.2 dan 3.3. 250 50 25 85 65 Gambar 3.2. Tata letak hambatan pada kolektor dengan belokan tajam 180 O dengan sudut hambatan 90 O Gambar 3.3 Posisi pengukuran temperatur pada kolektor dengan belokan tajam 180 O dengan sudut hambatan 90 O 4 2 3 1 7 5 6 10 8 9 16 14 15 22 21 27 28 20 26 19 17 18 25 12 13 11 24 29 23 Universitas Sumatera Utara Untuk pengukuran temperatur dengan belokan tajan 180 , sudut hambatan 105 juga digunakan sebanyak sembilan buah hambatan dan 29 thermometer. Peletakan hambatan dan titik-titik pengukuran diperlihatkan Gambar 3.4 dan 3.5. 250 105 65 50 85 Gambar 3.4. Tata letak hambatan pada kolektor dengan belokan tajam 180 O dengan sudut hambatan 105 O Gambar 3.5 Posisi pengukuran temperatur pada kolektor dengan belokan tajam 180 O dengan sudut hambatan 105 O Sebagai pembanding dilakukan pengukuran temperatur tanpa belokan. Secara skematik pengukuran temperatur tanpa belokan dapat dilihat pada Gambar 3.6. Pada pengujian tanpa belokan, pengukuran temperatur dilakukan di 5 titik sepanjang kolektor. 4 2 3 1 7 5 6 10 16 15 22 20 21 28 26 27 19 17 18 25 23 24 14 9 8 29 12 13 11 Universitas Sumatera Utara 250 50 85 1 2 3 4 5 Gambar 3.6 Posisi pengukuran temperatur kolektor tanpa belokan Karakteristik aliran dapat diprediksi jika distribusi temperatur di sepanjang laluan saluran terutama dibelokan dapat di data. Dengan demikian, pemanasan dan pengukuran temperatur fluida pada titik-titik tertentu yang melalui saluran uji adalah hal yang utama dilakukan untuk pendataan agar analisis hasil penelitian dapat dilakukan

3.3.2 Simulasi elemen

hingga Simulasi komputer dilakukan untuk hipotesa awal dan klarifikasi terhadap hasil eksperimental. Simulasi komputer secara metode elemen hingga MEH dilakukan dengan software FLUENT 6.2 for Windows. Kecepatan angin di wilayah penelitian eksperimental dijadikan input kecepatan angin pada simulasi yaitu, 1 ms. Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini telah dilaksanakan berurutan dan sistematis Gambar 3.7. Pelaksanaan penelitian dimulai dari penelusuran literatur dan penyusunan proposal penelitian, pemeriksaan ketersediaan peralatan, pembuatan prototipe alat uji, simulasi, dan pengujian dengan belokan tajam dengan sudut hambatan 90 dan 105 dan tanpa belokan tajam sebagai pembanding hasil dari Universitas Sumatera Utara pengujian dengan belokan tajam. Semua hasil pengujian akan diolah dan didapat kesimpulan yang berupa jawaban dari tujuan penelitian. Penelusuran literatur Mulai peny usunan proposal Selesai Pemeriksaan ketersediaan peralatan bahan Pembuatan Gambar 3.7 Diagram alir pelaksanaan penelitian

3.4. Variabel yang diamati

Variabel terikat 1. Suhu udara luar masuk alat 2. Suhu udara pada titik-titik pengamatan prototipe alat uji Pengujian 1. 2. Dengan belok Tanpa belokan an sudut 90 dan 105 Pengolahan d hasil pengujia ata n Hasil dan kesimpulan Simulasi MEH Fluent 6.2 Universitas Sumatera Utara 3. Suhu pada pengarah awal 4. Suhu pada pengarah akhir Variabel bebas 1. Arah hambatan 2. Sudut belokan

3.5. Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisis Data

Pengukuran temperatur pada alat penyerap panas dengan memanfaatkan energi matahari dilakukan setiap selang waktu setengah jam, dari jam 11.00 Wib s.d 15.00 Wib. Pengujian tersebut dilakukan dengan tiga kondisi alat, yaitu memvariasikan posisi aliran di dalam saluran tersebut yang diberi hambatan dengan sudut 90 , 105 dan tanpa diberi hambatan di dalam saluran aliran tersebut. Dari ketiga alat penyerap panas yang menggunakan energi matahari tersebut akan diketahui karakteristik pergerakan fluida dan posisi saluran yang akhirnya diperoleh suatu sistim penyerap panas yang paling optimal diantara ketiga alat tersebut. Pengolahan atau analisa data merupakan tahap akhir dari metodologi penelitian. Data-data yang diperoleh dari pengujian ditabulasikan dan kemudian diplot dalam bentuk grafik yang selanjutnya dilakukan pembahasan dan dilihat perbandingan diantara masing-masing kondisi perlakuan. Universitas Sumatera Utara

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik aliran dan distribusi temperatur sepanjang saluran perlu pemahaman lebih detil, keoptimasian penyerapan panas dengan memanfaatkan energi matahari surya dipengaruhi oleh beberapa karakteristik aliran fluida di dalam saluran yang diakibatkan oleh pemanasan. Karakteristik pola aliran ini dapat diprediksi jika distribusi temperatur disepanjang laluan dapat ditentukan.

4.1 Distribusi Temperatur di Sepanjang Laluan

Distribusi temperatur pada absorber di sepanjang saluran pemanas kolektor mempengaruhi distribusi udara panas yang melalui saluran tersebut. Gambar 4.1 memperlihatkan pengukuran distribusi temperatur pada absober dengan saluran tanpa hambatan. Pada kasus ini diambil hanya 3 titik yaitu posisi setelah saluran masuk, titik tengah saluran dan posisi mendekati saluran keluar. 1 2 3 Gambar 4.1 Posisi pengukuran temperatur absorber pada laluan tanpa hambatan 24 Universitas Sumatera Utara