Waktu dan TempatPenelitian Metode Desain MetodePengumpulan Data

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan TempatPenelitian

Penelitian dilakukan pada bulan Januari 2014 sampai dengan Juni 2014.Lokasi penelitian bertempat di Gedung Magister Pascasarjana Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3.2. Metode Desain

Perancangan merupakan kegiatan awal dari usaha merealisasikan suatu produkyang dibutuhkan oleh masyarakat. Setelah perancangan selesai makakegiatan yang menyusul adalah pembuatan produk.Langkah perancanganterdiri dari 4 tahap atau fase, yang masing-masing terdiri dari beberapalangkah Pahl danBeitz. Ke-4 fase tersebut adalah : 1. Fase Perumusan . Formulation Phase 2. Fase Fungsi Functional Phase 3. Fase Perancangan Design Phase 4. Hasil Result Perancangan alat pemanas air meliputi kolektor.Kolektor yang dipilih dalam perancangan ini adalah kolektor pelat datar. Tujuannya untuk meningkatkan efisiensi alat dengan memperluas bidang serap radiasi surya tanpa mengubah dimensi kolektor tersebut atau menambah dimensi dari kolektor.Perancangan kolektor yang akan dibahas meliputi pelat absorber, penutup transparan kaca dan isolasi pada kolektor. Perancangan alat pemanas air bertujuan untukmengurangipenggunaanbahanbakaruntukmemanaskan air. Oleh karena itu pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam perancangan pemanas air, yaitu ekonomis, kuat, produktifitas tinggi, mudah pembuatan dan mudah dioperasikan.

3.3. Perancangan Alat

3.3.1. Perancangan Rangka Alat Pemanas

Untuk rangka alatpemanas airini harus kuat dan kokoh karena rangka memiliki fungsi sebagai tumpuan kolektor. Pemilihan rangka alat pemanas ini Universitas Sumatera Utara mempertimbangkan beban yang akan dipikul oleh rangka tersebut dengan kemiringan kolektor 60 . 3.3.2. Perancangan Kolektor Surya 3.3.2.1.Perancangan Pelat Absorber Pelat absorber berfungsi untuk menyerap radiasisurya danmengkonversikannya menjadi panas. Kemudian energi matahari yang diserap dan dialirkan ke pipanantinya akan semakin besar. Kemudian energidialirkan melalui fluida kerja yaitu air yang terdapatdidalampipa secara konveksi.Kemudian air yang beradadalampipamengalirkanenergi keair yang beradapadatanki air.Dengan mengacu fungsinya sebagai absorber, maka dipilih sifatbahan antara lain:  Absorbsivitas tinggi α  Emisifitas panas rendah  Kapasitas panas kecil Cp.  Konduktifitas besar k  Refleksi rendah ρ  Tahan panas dan tahan korosi  Kaku dan mudah dibentuk  Ada dipasaran Universitas Sumatera Utara Bahan-bahan yang biasa dipakai untuk pelatpengumpul yaitu: aluminium, tembaga, kuningan dan baja. Sesuai dengan pertimbangan di atas dalam perancangan ini digunakanplat alumunium dan permukaannya dilakukan pelapisan dengan cat hitam kusam dof, agar jangan terjadi korosi dan mempunyai absorbsivitas maksimum. 3.3.2.2.Perancangan Kaca Penutup Kaca penutup berfungsi untuk meneruskan radiasisurya dan mencegah panasyang keluar dari kolektor ke lingkungan pada bagianatas. Berdasarkan fungsi ini maka kaca penutup harusmempunyai sifat:  Transmisivitas tinggi �  Absorsivitas rendah α  Refleksivitas rendah ρ  Tahan panas  Ada dipasaran dan kuat Universitas Sumatera Utara 3.3.2.3.Perancangan Isolasi Isolasi berfungsi untuk memperkecil panas yanghilang dari kolektor ke lingkungan pada bagianbelakang dan samping kolektor. Pada isolasi terjadiperpindahan panas secara konduksi sehinggakehilangan panas dipengaruhi oleh sifat-sifat bahan.Isolasi yang digunakan adalah:  Konduktifitas termal bahan k kecil.  Mudah dibentuk dan praktis  harga murah dan ada dipasaran  Tahan lama.

3.4. Alat dan Bahan Pengujianyang Digunakan

3.4.1. Peralatan Pengujian

Adapun beberapa alat pengujian yang digunakan adalah: 1. AlatPemanas air, terdiri dari: Kolektor Tankipenampungan air 2. Laptop Digunakan untuk menyimpan dan mengolah data yang telah didapatkan dari Agilient 34972 A. Gambar 3.1 Laptop 3. Agilient 34972 A Universitas Sumatera Utara Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya. Pencatatan data pengukuran disimpan pada flashdisk yang dihubungkan pada bagian belakang alat ini. Gambar 3.2 Agilient 34972 A Spesifikasi Alat: a. Daya 35 Watt b. Jumlah saluran termokopel 20 buah c. Tegangan 250 Volt d. Mempunyai 3 saluran utama e. Ketelitian termokopel 0,03 o C f. Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik g. Mempunyai 8 tombol panel dan sistem kontrol h. Fungsional antara lain pembacaan suhu termokopel, Resistance Temperature Detector RTD, dan termistor, serta arus listrik AC 4. Hobo Microstation Data Logger Alat ini di hubungkan ke data logger untuk kemudian dihubungkan ke komputer untuk diolah datanya. Spesifikasi Alat : a. Skala pengoperasian: 20 o C-50 o C dengan baterai alkalin 40 o C-70 o C dengan baterai lithium b. Input Processor: 3 buah sensor pintar multi channel monitoring c. Ukuran: 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm Universitas Sumatera Utara d. Berat: 0,36 Kg e. Memori: 512 Kb Penyimpanan data nonvolatile flash f. Interval Pengukuran: 1 detik - 18 jam tergantung pengguna g. Akurasi Waktu: 0 deti - 2 detik Terdapat beberapa alat ukur pada Hobo Micro station data logger yaitu : Gambar 3.3 Hobo Microstation data logger Keterangan : 1 Pyranometer Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi matahari pada suatu lokasi. Satuan alat ukur ini adalah Wm 2 . Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer Parameter pengukuran Intensitas radiasi dengan interval 1 detik Rentang Pengukuran 0 sampai 1280 Wm 2 Temperatur kerja Temperature: -40° C to 75 °C -40° F to 167 °F Akurasi ± 10,0 Wm 2 or ± 5. Tambahan temperatur error 0,38 Wm 2 °C from 25 °C 0,21 Wm 2 °F from 77 °F Resolusi 1,5 Wm 2 3 2 1 4 Universitas Sumatera Utara Penyimpangan ± 2 per Year Panjang kabel 3 Meters 9,8 ft Berat 120 grams 4,0 oz Dimensi 41 mm Height x 32 mm Diameter 1 58 x 1 14 2 Wind Velocity Sensor Gambar 3.4 Wind Velocity Sensor Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan angin. Satuan alat ukur ini adalah ms. Berikut adalah spesifikasi wind velocity sensor. Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor Parameter pengukuran Kecepatan angin rata-rata Kecepatan angin tertinggi Data Channels 2 Channel, 1 Port Universitas Sumatera Utara Rentang pengukuran 0 to 45 ms 0 to 100 mph Operasi kerja Temperatur: -40 o C to 75 o C -40 o F to 167 o F Akurasi ±1.1 ms 2.4 mph atau 4 Resolusi 0,38 ms 0,85 mph Ambang batas awal 1 ms 2,2 mph Kecepatan angin maksimum 54 ms 120 mph Radius pengukuran 3 Meter Housing 3 buah Anemometer dengan bantalan Teflon Bearings dan poros Hardened Beryllium Panjang kabel 3,0 Meters 10 ft Dimensi 190 cm x 51 cm 7,5 x 3,2 Berat 300 gram 10 oz 3 Ambient Measurement apparatus Gambar 3.5 Ambient Measurement Apparatus Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur lingkungan sekitar. Satuan alat ukur ini adalah °C. Dengan spesifikasi: Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus Rentang pengukuran -40 °C to 125 °C -40 °F to 257 °F Akurasi ±0,22 °C at 25 °C ±0.4 °F at 77 °F see Diagram Resolusi 0,02 °C 25 °C 0,04 °F 77 °F Universitas Sumatera Utara Penyimpangan 0,05 °Cyr + 0,1 °C1000 hrs above 100 °C Waktu Respon Water: 3,5 minutes to 90 Air: 10 minutes to 90 Moving at 1 msec Akurasi Waktu ±2 Minutes per Month at 25 °C 77 °F Sampling Rate 1 Second to 18 Hours Kapasitas penyimpanan data 43,000 12-bit SamplesReadings Konstruksi housing 316L Stainless Steel with O-ring seal Tekanankedalaman kerja 2200 psi 1500 m4900 ft maximum Lingkungan kerja Air, Water, Steam 0 to 100 RH Berat 72 g 2,5 oz Dimensi 10,1 cm long x 1,75 cm diameter 4 T and RH Smart Sensor Gambar 3.6 T and RH Smart Sensor Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban. Besarnya nilai yang diukur oleh alat ini dalam persen . Universitas Sumatera Utara Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor Channel 1 Channel kelembapan Rentang pengukuran -40 °C - 100 °C -40 °F - 212 °F Akurasi ±0.2 °C - 0 °C sampai 50 °C ±0.36 °F 32 °C - 122 °F Resolusi ±0,03 °C dari 0 °C - 50 °C ±0,054°F dari 32°F - 122°F Penyimpangan ±0,1 °C 0,18 °Ftahun Waktu Respon kurang 2,5 Menit sampai RH 90 dalam 1 mdet gerakan udara Housing Stainless Steel Sensor Tip Pilihan operasi pengukuran Tersedia Kondisi Lingkungan Kabel dan Sensor Tahan air selama 1 tahun dengan Temperatur sampai 50 °C Berat w 17 Meter Cable: 880 grams 12,0 oz Dimensi 7 mm x 38 mm 0,28 x 1,50 - Sensor saja 5. Pressure Gauge Digunakanuntukmengukurtekanan air yang berada di dalampipapanas. Spesifikasidarialatpengukurtekananpipa: Sambungan: 18NPT Kisarantekanan:-30 psi Hg-0-500 psi Hg atau-30 psi Hg-0-250 psi Hg KeakuratanGauge : ASME kelas b. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.7 Pressure Gauge 6. PompaVacum Pompavacuumdigunakanuntuk : 1. Memeriksaapakahadakebocoranpadapipasirkulasirefrigeran 2. Untukmembuatvacuumbagiandalamsirkulasipiparefrigerantsupayatidakada udara yang tinggaldisana Spesifikasi: Merk : Robinair Model No. : 15601 Kapasitas : 142 Litermenit Motor : ½ HP Volts : 110-115 V 220 – 250 V Universitas Sumatera Utara Gambar3.8 PompaVacum

3.4.2 Bahan Pengujian

1. Triplek Bahan ini digunakan sebagai kerangka luar dari pada solar collector yang akan dibuat. Juga digunakan sebagai isolator, sehingga dapat meminimalkan panas yang hilang. Konduktivitas termal triplek adalah 0,19 WmK. Ketebalan triplek yang digunakan pada rancang bangun ini adalah 7 mm. Gambar 3.9 Triplek, sebagaikerangkaluar 2. Rockwool Bahan ini digunakan sebagai lapisan isolator,digunakan untuk mencegah panas dari solar collector hilang keluar. Jenis Rockwool yang dipakai adalah jenis Wire Mesh yang memiliki konduktivitas 0,043Wmk. Pada rancang bangun ini ketebalan rockwool yang dirancang pada kolektor adalah 60 mm. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.10 Rockwool, sebagailapisan isolator 3. Kaca Bahan ini digunakan sebagai jalur masuknya radiasi matahari danuntuk meningkatkan performance dari solar collector.Kaca yang digunakan memilikiketebalan 5mm, konduktivitas termal 0,81 Wm.K,transmisivitas �= 0,85, refleksi ρ = 0,09, absorsivitasα=0,0θ dan emisivitas = 0,88 Gambar 3.11 Kaca, sebagaipenangkappanasmatahari 4. Pelat Alumunium Bahan ini digunakan sebagai absorber.Pelat alumunium ini memiliki konduktivitas yang bagus yaitu sebesar βγ7 Wm.K, emisivitas = 0,97, diberi cat hitam agar radiasi yang masuk pada solar collectorakan diserap sepenuhnya oleh pelat seng. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.8 Plat Alumunium, sebagai absorber 5. Air murni Air yang akandipakaidalampenelitianiniadalah air murnidanbersih yang biasadipakaiuntukmandi. Sumber air tersebutdiambildarikran air PAM.

6. Refrigeran R-718

Refrigeran yang digunakandalampenelitianiniadalah R- 718jumlahrefrigerantdigunakan adalah 3 liter

3.5 MetodePengumpulan Data

Prosedurpengujiandapatdiuraikansebagaiberikutini: 1. Proses assemblingpenyambungansemuakomponenalatpemanas air tenagasurya. Dipastikansemuakomponenterpasangdenganbaik, terutamapadakaca. Agar panastidakhilangdarikolektor. 2. Kemudiandipasangtermokopelagilent. Padakolektor 3 titik, yaitupadatekanan 0 CmHg, 20 CmHg, dan 30 CmHg. Padatangki air 3 titik, yaitupadatangkipenampungan air. 3. Setiaptangki air diisi air sebanyak 5 liter. Kemudian Agilent dihidupkan, kemudianflashdiscdihubungankeagilent. 4. Pengujiandilakukanmulaipukul 8:00 hingga 17:00. 5. Setelahpengujian, flashdiscdicabutdariagilent. Kemudian data hasilpengujiandiolahmenggunakan Microsoft excel,sehinggadidapat data lampiran. Data yang diperolehberupanilaiintensitasmatahari yang diseraptiapkolektordanpanas yang diserap air daritiapkolektor. Universitas Sumatera Utara

BAB IV RANCANG BANGUN DAN HASIL DATA

4.1. Desain Alat

4.1.1. Desain Rangka

Seperti yang sudah dijelaskan pada bab sebelumnya, rangka alat pemanas ini memiliki fungsi sebagai tumpuan kolektor. Oleh karena itu haruslah kuat dan kokoh, maka bahan yang dipilih yaitu besi berdimensi 40 x 30 mm dan besi siku 30 mm. Pada rancang bangun ini, rangka alat pemanas air ini memiliki dimensi dengan panjang 1,20 m, lebar 0,91 m dan dengan mempertimbangkan kemiringan kolektor 60 ° dan panjang kolektor 1,16 m, maka tinggi dari rangka adalah ± 1,30m.

4.1.2. Desain Kolektor Surya

Desain kolektor surya pada rancang bangun denganpanjang daripada kolektor surya ini adalah 1,16 m dengan lebar 0,80 m. Kolektor ini dibagi menjadi 3 bagian kolektor dengan ukuran masing-masing kolektor 190 mm dengan jarak masing-masing kolektor adalah 50 mm Universitas Sumatera Utara