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