Rancangan dan Uji Performansi Sistem Pemanas Air Perpaduan Energi Surya dan LPG (Liquified Petroleum Gas)
RANCANGAN DAN UJI PERFORMANSI SITEM PEMANAS AR
PERPADUAN ENERGI SURYA DAN G (LiuiidPeolen s)
Ieh:
IGNASIUS FERRY M
F0149114
2J
FAKULTAS TENOLGI PERTANlAN
NSTITUT PERTANIAN BOGOR
BGOR
IGNASIUS FERRY HALlM. F01499114. Rancangan dan Uji Performansi Sistem
Pemanas Air Perpadun Energi Surya dan LPG (Liquiied Petroleum Gas). Di
bawah bimbingan : Lilik Pujantoro E.N. dan 1 Dewa Made Subrata. 2003
RINGKASAN
Dewasa ioi, alat yang dapat memanaskan air ada tiga macam, dua
diantaranya emanas dengan LPG n pemanas dengan energi surya.
°
Pemanfaatan air panas sebesar 60 C dalam proses engolahan angan dapat
dijumpai dalam engolahan tanaman hdah buaya sebagai tananan obat-obatan
(herbal medicine) dalam entuk minuman (dilakukan ada proses erendaman
lidah buaya yang sudah dikuliti) dan pada proses engolahan limbah menjadi
1kan temak melalui proses fennentasi (bertujuan uotuk nengaktifkan kegiatan
mikroba tertentu uotuk nenecah komonen yang kompleks menjadi zat-zat yang
lebih sederhana).
Penelitian ini b:rtujuan untuk menguji perfo(mansi sistem :manas air
LPG (Liquified Petroleum Gas) dan mesin emanas air dengan energi surya.
Selain itu, enelitian int juga bertujuan untuk melihat kestabilan suhu air yaitu
°
pada suhu 60 C dimana air panas ini akan dimanfaatkan untuk proses pengoiahah
tanaman Jidah buaya menjadt tanaman ohat - obatan..
Air adalah cajran yang tidak mempunyai wama, rasa, dan bau. Air
merupakan komosisi kimia yang dilambangkan dengan H20, yang menandakan
gabungan antara dua volume hidrogen n satu volume oksigen. Secara kimia, air
yang benar - benar mumi jarang sekali ditenukan karena konosisi air yang
begitu
universal
memungkinkan adanya kontaminasi
terhadap
air tersebut
(Sheppard, 1927).
Sistem enanas dengan menggwlakan matahari dapat dikategorikan
menjadi dua Pertama adalah sistem pasif, dimana radiasi matahari akan
dikumpulkan ul!h eeraa alat yang berada di dalam sist!ID itu s!ndiri, alau
diterima langsung melalui jendela besar yang menghadap ke selatan. Kedua
adalah sistem aktif, umumnya sistem tersebut terdiri dari pengumpui radiasi
malahari yang terpisah, alai enampungan !oergi yang oapal Jigunakan uotuk
malam hari dan kondisi cuaca yang buruk, dan sistem embantu untuk
meyediakan panas paa cuaca buruk yang berkepanjangan
Rancangan, embuatan, dan pengujian alat pemanas air ini dilakukan di
Bengkel Primata Laboratorium Ergonomika dan Eiektronika Pertanian, Jurusan
Teknik Pertanian, Fakultas Tdmulogi Pertanian, Institut Pertanian Bogo£. Waktu
en:litian adalah bulan Februari sampai JUnl 2003
Bahan yang dlgunakan dalam penelitian ini adalah drum kapasitas 300 ttr,
enutup transparan dengan bahan olykarbonal, peny:kal (susunan bonek,
alumunium foil, styrofoam, triplek), dan pipa besi sebagai absorber. Alat - alat
yang digunakan antara lain pemanas air LPG, instrumen kontrol, pyranometer
dengan digital multi meter, termokoel tye CC dengan recorder, Stopwatch dan
gelas ukur.
Pada enelitian ini terdapat eberaa parameter yang digunakan sebagai
data masukan yaitu radiasi surya, suhu, dan laju aliran air. Radiasi surya diukur
tl::ngan menggunakan pyranometer dengan setang waktu engukuran adalah 0.5
jam. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan teml0koei dan recorder. Laju
aiiran air diukur dengan menggunakan sopwatch dan gelas ukur (volumetri).
nalisa ekonomi digakan untuk membandingkan antara sistem em.anas
air yang dirancang dengan emanas air konvensional (Listrik, LPG). Lee
digunakan untuk memperkirakan total biaya dari suatu sistem selama umur
ekonomi
alat
-
alat
di
dalam
sistem
itu.
Analisa
dilakukan
engan
memertimbangkan apakah alat ini digunakan untuk komersial atau hanya
.igunakan sen.iri untuk menghemat energi.
Pengujian erfonnansi kolektor dilakukan tiga kali, yaitu pada tanggal 25,
28, dan 29 April 2003 dengan debit aliran masing - masing 0.87 liter / menit, 0.9
likr / menit, dan 0.9 liter / menit. Pada engujian ertama dengan debit aliran 0.87
liter I menit, radiasi rata - rata harian adalah 544.63 W 1m2, suhu air rata - rata
masuk kolektor adalah 30.96 °e, suhu air rata - rata keluar kolektor adalah 37.71
IJC dan suhu Iingkungan rata - rata adalah 31.84 0c.
Pada engujian kedua den an debit aliran 0.9 liter / menit, radiasi rata �
rata harian adalah 398.53 W 1m , suhu air rata - rata masuk kolektor adalah
30.88 °e. suhu air rata - rata keluar koletor adalah 34.06 °e dan suhu hngkungan
rata - rata adalah 30.61 Dc.
Pada pengujian ketiga dengan debit ahran 0.9 liter / menit, radiasi rata
rata harian adalah 335.83 W.I mZ, suhu air rata - rata nasuk kolektor adalah 30.82
(\e, suhu air rata - rata keluar kolektor adalah 34.12 °e dan suhu lingkungan rata
rata adalah 30.20 "c.
Pada pengujian sistem emanas air erpaduan energi surya dan LPG,
terlihat bahwa suhu 60°C tdah tercapai dan dapat dikontrol dengan adanya
instrumcn
kontrol
yang ada. Namun, ertonansl
kolektor
menurun
yang
diakibatkan oleh besamya debit aliran yang ada. Pada engujian ini radiasi rata
rata harian adalah 384.59 W/m2, suhu air rata - rata masuk kolektor adalah 28.59
Pc, suhu air ota - rata keluar kolektor adalah 29.39 °c, suhu lingkungan rata rata adalah 28.47 °e dan suhu air rata - rata keluar emanas LPG adalah 59.78oC
Oari data tersebut didapat efisiensi kolektor rata - rata adalah 24.3 %.
Hasil
perhitungan
membuktikan
bahwa
sistem
emanas
air
yang
Jigunakan masih cukup efektif Hal mi dibuktikan dengan murahnya biaya okok.
energi er iiter flC air panas yang dihasilkan yaitu sebesar Rp. 0.363. Hal
diakibatkan
oleh besanya energi yang dihasilkan.
Energi yang
besar
I1
ini
uiakibatkan karena aliran air yang ada mempunyai debit yang l:ukup besar yailu
943.2 liter / hart.
Sistem sirkulasi air yang digunakan pada pe nelitian im adalah slstem
sirkulasl telbuka. Diharapkan pada penelitian berikutnya dikembangkan sistem
pemanas air dengan slrkulasi tertutup untuk mencegah kehilangan panas yang
lebih besar. Selain itll, ala1 pemanas khususnya k�lektor surya yang akan uipakai
diharapkan ellar - benar mirip dengan yang ada di pasaran.
ANCANGAN DAN UJI PERFOMANSI SISTEM PEMANAS AR
PERPADUAN ENERGI SURYA DAN LPG (Liquifid Perolewn Gs)
SPSI
Sebi b u sya! nk memeroleh gelar
SARJANA TENOLGI PERTANIAN
Pa Jn Teknik Pertanin,
Fkls Tenologi Petanin,
Istitut Petanin Bogor
Oleh
IGNASJS ERY ALM
FOl499114
23
FAKULTAS TEKNOLGIPERTA�
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BGOR
NSTITUT PERTANIAN GOR
FAKULTAS TEKNOLGI PERTANlAN
RANCANGAN DAN un PERFORMANSI SISTEM PEMANAS AR
PERPADUAN ENERGI SURYA DAN G (Liquiid Peolem as)
SnPSI
eai h u sm! nk memeroleh elar
SAJANA TEKNOLGI PERTANIAN
Pa Jn Tenik Pn,
Fakultas Teknoloi Pian,
Institut Pertanian Bogor
Oleh
IGNASIUS ERY LM
F01499114
Dilahirkan da anl 2 Ji 1981
i Ja
Tnall1s:
Dosen Pembimbing I
27 s 203
Dosen Pembimbing II
KATA PENGANTAR
Puji n SYUkUT enulis panjatkan keada Tuhan Yesus atas berkat dan
rahmat-Nya sehingga enulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan sebaik baiknya. Selain itu, enulisjuga mengucapkan terima kasih kepada:
I.
Dr. Ir. Lilik Pujantoro E.N. MAr selaku Dosen Pembimbing I yang
te1ah membimbing enulis.
2.
Dr. If. I Dewa Made Subrata, MAgr selaku Dosen Pembimbing II yang
juga telah banyak membimbing penulis.
3.
8apak Budi selaku kepala Lab Ergonomika dan Elektronika Pertanian
atas izin untuk melakukan penehtian di bengkel Walgenihem.
4.
Papi, mami, koko, dan Xiao Fen atas semua dukungan baik noril
maupun materi selama penulis melakukan enelitian.
5.
Clarissa aas semua perhatian, dukungan, dan kasih sayang yang
diberikan kepada penulis.
6,
Yusuf Adhitama alas kesediaan menjadi tenan seenderitaan dan
sepejuangan selama enulis melakukan enelitian.
7.
Tenan - tenan angkatan 36 di Perwira 44 (Patar, Roni, Yonathan,
Yulis, Echa) atas segala kebersamaan dan perjuangan yang telah
dilewati bersama.
8.
Asi dan Tuti atas segala kebersamaan n keceriaan selama menjadi
tenan se-PA.
9.
Kepada semua tenan - tenan TEP'36 atas kebersamaan selama ini.
10. Dan
kepada semua pihak yang te1ah
nembantu penuhs selana
melaksanakan ene1itian.
Penulis
menyadari
bahwa
skripsi
ml
masih
mempunyai
banyak
kekurangan. Oleh karena itu enulis ersedia menerima saran - saran dan kritikan
yang membangun. Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua
pembaca.
Bogor, l guslus 2003
Penuhs
III
DAFTARISI
Halaman
I.
KATA PENGANTAR..
HI
DAFTAR SIMBOL
VI
DAFTAR TABEL.
Vill
DAFTAR GAMBAR....
IX
DAFT AR LAMPIRAN. .
X
PENDAHULUAN
A LATAR BELAKANG ...
I
B. TUJUAN PENELlTIAN.
2
II. TlNJAUAN PUSTAKA
A KARAKTERISTIK AIR DAN SIFATNYA ......... .
3
l. ENERGI SURY A...
4
C. PEMANAS AIR DENGAN KOLEKTOR SURYA ...
5
1. Kolektor Keping Datar (Flat Plate Collector) . . . . . . . ... . .. . . .... .
.
7
2. Kolektor Konsentrator (Concentrator Col/ector)...
7
.
.
_
D. SISTEM LOGIKA FUZZY
1. Teori Jan Himpunan Fuzy..
... . ....
'.. ..... . . . . ....
. . .......
2. Kontrol Logika Fuzy..
8
9
III PENDEKAT N RANCANGAN PEMANAS DENGAN ENERGI SURYA
A. KEBUTUHAN PANAS..
11
B. RADlASI SURY A.. . .
II
C. PERFORMANSI KOLEKTOR
12
1.
Panas yang Hilang pada Pipa
2.
Panas yang Hilang pada Sambungan...
' , _
12
13
D. RANCANGAN FUNGSIONAL. .
.
E RANCANGAN STRUKTURAL
t. Pipa Absorber..
14
2. Penutup Transparan .
15
3. Penyekat (back insulation)..
15
4. Kerangka...
15
IV
5. Tabung insulasi .............. .
15
IV. ETODOLOGI PENELlTIAN
A. TEPAT DAN WAKTUPENELlTlAN
B. BAHAN DAN ALAT..
....
" .
.
"
.
.
. "
. .. .
"
16
"" "
. ..
.
"
. . .. .
.
.
.
.
" .
. "
..
.
16
C. PARAMETER YANG DlUKIJR
16
1. Radiasi Surya . .
2.
Suhu ....
"
..
16
.
3. Laju Aliran Air.
17
D. PE NGUJ IAN SISTEM PEMANAS AIR
1.
Radiasi yang Diterima Kolektof ..
17
2.
Efisiensi Kolektor... .
17
.
3. Kehilangan Panas .. .
"
... ... .
'
17
4.
Efisiensi Penyerapan Panas_ .
18
5.
Efisiensi Optik.
18
18
F. ANALlSA EKONOMI
V. HASIL DAN PEMBAHASAN
A PERFORMANSI KOLEKTOR ..
21
B. SISTEM PEMANAS AIR ENERGl SURY A DAN
LPG
(Liquified Peroleum Gas) ..
23
.
1. Pefon ansl Kolektor,
23
2
Energi Efektif dan Kehilangan Panas
25
3.
Eisiensi Penyerapan..
26
4.
Analisa E konomi..
27
VI. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN .
29
B. SARAN ..
30
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
y
DATAR SIMBOL
Aa
=
Luas permukaan aerture
(m")
Ad;: Radiasl yang dipantulkan kembali oleh debu, uap air (W1m2)
AT
=
Au
=
Aw
Luas ennukaan absorber (m:)
Radiasi yang diaJsorbsi oteh debu dan uap air (W/m2)
=
factor keawanan
ea
=
Radiasi surya yang diabsorbsl oteh awan (W/m2)
Cp
=
Panasjenis air (KJikg K)
Cr
=
2
Radiasl yang dipancarkan kembali ke angkasa oleh awan (W1m )
d
=
sudut dekhnasi
=
(I)
diameter dalam pipa absorber
o
=
Ec
=
emisivitas penutup
Er
=
Emisivitas pipa absorber
F'
=
faktor efisiensi kolektor
Fr
=
Faktor pergerakan panas
hi
=
diameter luar pia absorber
2
Koefisien pindah panas dalam pipa (W/m K)
.
Koefislen radiasi tennal dari kaca enutup ke lingkungan (W/m K)
hrC-3
=
hTr_c
=
:
Koetisien Tadiasi tenal dari absorber ke kaca enutup (W/m K)
hWc-a
=
Koefisien konveksi an kaca penutup ke Iingkungan (W/m2 K)
h wr_c
=
Koeisien konveksi dari absorber ke kaca penutup (W/mz K)
lb
=
Radiasl langsung (Wlml)
Id
=
Radiasi baur �W/m�)
lh
=
Radiasi harian matahari (W/m�)
=
Radiasi ekstrateresterial (W/m�)
lr
=
Radiasl surya yang sanpai dt permukaan kolektor (W/m2)
Isc
�
Konstanta matahari
k
- konduktivitas pipa absorber (W/m K)
10
ka - konduktivitas air (W/m K)
n
Nu
-'
1a.lU aliran massa (k.ijam)
=
Bilangan Nusselt
VI
Qa = Radiasi yang ampai di bumi (W/m2)
Qabs
�
Energi efektifyang masuk ke dalam plpa (Wlm')
Qu = Energi yang dimanfaatkan untuk menaikkan suhu air (W/m�)
Qui
Rb
=
Rd
=
=
Energi berguna er satuan luas absorber (W/ml)
Faktor hambatan untuk radiasi Iangsung
Faktor hambatan untuk radiasi baur
S
�
Radiasi sya yang dapat ditangkap oleh permukaan absorer (Wlm')
Ta
�
Suhu Iingkungan (K)
Tc
�
Suhu kaca enutup (K)
Ti
=
suhu masuk kolektor (K)
To
=
suhu keluar kolektor (K)
Tr
=
Suhu pipa absorer (K)
UI
=
Kehilangan panas (Wiml)
w
=
sudut matahari e)
a
=
Absorbsivitas ennukaan kolektor
)
=
Sudut azimuth (0)
$
=
r
-
p
=
'
!
=
Lintang sllatu tempat
5.67 X 10-8 (W/m2 K�)
Refleksivitas daTi kolektor
transmisivitas kaca penutup
VII
PERPADUAN ENERGI SURYA DAN G (LiuiidPeolen s)
Ieh:
IGNASIUS FERRY M
F0149114
2J
FAKULTAS TENOLGI PERTANlAN
NSTITUT PERTANIAN BOGOR
BGOR
IGNASIUS FERRY HALlM. F01499114. Rancangan dan Uji Performansi Sistem
Pemanas Air Perpadun Energi Surya dan LPG (Liquiied Petroleum Gas). Di
bawah bimbingan : Lilik Pujantoro E.N. dan 1 Dewa Made Subrata. 2003
RINGKASAN
Dewasa ioi, alat yang dapat memanaskan air ada tiga macam, dua
diantaranya emanas dengan LPG n pemanas dengan energi surya.
°
Pemanfaatan air panas sebesar 60 C dalam proses engolahan angan dapat
dijumpai dalam engolahan tanaman hdah buaya sebagai tananan obat-obatan
(herbal medicine) dalam entuk minuman (dilakukan ada proses erendaman
lidah buaya yang sudah dikuliti) dan pada proses engolahan limbah menjadi
1kan temak melalui proses fennentasi (bertujuan uotuk nengaktifkan kegiatan
mikroba tertentu uotuk nenecah komonen yang kompleks menjadi zat-zat yang
lebih sederhana).
Penelitian ini b:rtujuan untuk menguji perfo(mansi sistem :manas air
LPG (Liquified Petroleum Gas) dan mesin emanas air dengan energi surya.
Selain itu, enelitian int juga bertujuan untuk melihat kestabilan suhu air yaitu
°
pada suhu 60 C dimana air panas ini akan dimanfaatkan untuk proses pengoiahah
tanaman Jidah buaya menjadt tanaman ohat - obatan..
Air adalah cajran yang tidak mempunyai wama, rasa, dan bau. Air
merupakan komosisi kimia yang dilambangkan dengan H20, yang menandakan
gabungan antara dua volume hidrogen n satu volume oksigen. Secara kimia, air
yang benar - benar mumi jarang sekali ditenukan karena konosisi air yang
begitu
universal
memungkinkan adanya kontaminasi
terhadap
air tersebut
(Sheppard, 1927).
Sistem enanas dengan menggwlakan matahari dapat dikategorikan
menjadi dua Pertama adalah sistem pasif, dimana radiasi matahari akan
dikumpulkan ul!h eeraa alat yang berada di dalam sist!ID itu s!ndiri, alau
diterima langsung melalui jendela besar yang menghadap ke selatan. Kedua
adalah sistem aktif, umumnya sistem tersebut terdiri dari pengumpui radiasi
malahari yang terpisah, alai enampungan !oergi yang oapal Jigunakan uotuk
malam hari dan kondisi cuaca yang buruk, dan sistem embantu untuk
meyediakan panas paa cuaca buruk yang berkepanjangan
Rancangan, embuatan, dan pengujian alat pemanas air ini dilakukan di
Bengkel Primata Laboratorium Ergonomika dan Eiektronika Pertanian, Jurusan
Teknik Pertanian, Fakultas Tdmulogi Pertanian, Institut Pertanian Bogo£. Waktu
en:litian adalah bulan Februari sampai JUnl 2003
Bahan yang dlgunakan dalam penelitian ini adalah drum kapasitas 300 ttr,
enutup transparan dengan bahan olykarbonal, peny:kal (susunan bonek,
alumunium foil, styrofoam, triplek), dan pipa besi sebagai absorber. Alat - alat
yang digunakan antara lain pemanas air LPG, instrumen kontrol, pyranometer
dengan digital multi meter, termokoel tye CC dengan recorder, Stopwatch dan
gelas ukur.
Pada enelitian ini terdapat eberaa parameter yang digunakan sebagai
data masukan yaitu radiasi surya, suhu, dan laju aliran air. Radiasi surya diukur
tl::ngan menggunakan pyranometer dengan setang waktu engukuran adalah 0.5
jam. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan teml0koei dan recorder. Laju
aiiran air diukur dengan menggunakan sopwatch dan gelas ukur (volumetri).
nalisa ekonomi digakan untuk membandingkan antara sistem em.anas
air yang dirancang dengan emanas air konvensional (Listrik, LPG). Lee
digunakan untuk memperkirakan total biaya dari suatu sistem selama umur
ekonomi
alat
-
alat
di
dalam
sistem
itu.
Analisa
dilakukan
engan
memertimbangkan apakah alat ini digunakan untuk komersial atau hanya
.igunakan sen.iri untuk menghemat energi.
Pengujian erfonnansi kolektor dilakukan tiga kali, yaitu pada tanggal 25,
28, dan 29 April 2003 dengan debit aliran masing - masing 0.87 liter / menit, 0.9
likr / menit, dan 0.9 liter / menit. Pada engujian ertama dengan debit aliran 0.87
liter I menit, radiasi rata - rata harian adalah 544.63 W 1m2, suhu air rata - rata
masuk kolektor adalah 30.96 °e, suhu air rata - rata keluar kolektor adalah 37.71
IJC dan suhu Iingkungan rata - rata adalah 31.84 0c.
Pada engujian kedua den an debit aliran 0.9 liter / menit, radiasi rata �
rata harian adalah 398.53 W 1m , suhu air rata - rata masuk kolektor adalah
30.88 °e. suhu air rata - rata keluar koletor adalah 34.06 °e dan suhu hngkungan
rata - rata adalah 30.61 Dc.
Pada pengujian ketiga dengan debit ahran 0.9 liter / menit, radiasi rata
rata harian adalah 335.83 W.I mZ, suhu air rata - rata nasuk kolektor adalah 30.82
(\e, suhu air rata - rata keluar kolektor adalah 34.12 °e dan suhu lingkungan rata
rata adalah 30.20 "c.
Pada pengujian sistem emanas air erpaduan energi surya dan LPG,
terlihat bahwa suhu 60°C tdah tercapai dan dapat dikontrol dengan adanya
instrumcn
kontrol
yang ada. Namun, ertonansl
kolektor
menurun
yang
diakibatkan oleh besamya debit aliran yang ada. Pada engujian ini radiasi rata
rata harian adalah 384.59 W/m2, suhu air rata - rata masuk kolektor adalah 28.59
Pc, suhu air ota - rata keluar kolektor adalah 29.39 °c, suhu lingkungan rata rata adalah 28.47 °e dan suhu air rata - rata keluar emanas LPG adalah 59.78oC
Oari data tersebut didapat efisiensi kolektor rata - rata adalah 24.3 %.
Hasil
perhitungan
membuktikan
bahwa
sistem
emanas
air
yang
Jigunakan masih cukup efektif Hal mi dibuktikan dengan murahnya biaya okok.
energi er iiter flC air panas yang dihasilkan yaitu sebesar Rp. 0.363. Hal
diakibatkan
oleh besanya energi yang dihasilkan.
Energi yang
besar
I1
ini
uiakibatkan karena aliran air yang ada mempunyai debit yang l:ukup besar yailu
943.2 liter / hart.
Sistem sirkulasi air yang digunakan pada pe nelitian im adalah slstem
sirkulasl telbuka. Diharapkan pada penelitian berikutnya dikembangkan sistem
pemanas air dengan slrkulasi tertutup untuk mencegah kehilangan panas yang
lebih besar. Selain itll, ala1 pemanas khususnya k�lektor surya yang akan uipakai
diharapkan ellar - benar mirip dengan yang ada di pasaran.
ANCANGAN DAN UJI PERFOMANSI SISTEM PEMANAS AR
PERPADUAN ENERGI SURYA DAN LPG (Liquifid Perolewn Gs)
SPSI
Sebi b u sya! nk memeroleh gelar
SARJANA TENOLGI PERTANIAN
Pa Jn Teknik Pertanin,
Fkls Tenologi Petanin,
Istitut Petanin Bogor
Oleh
IGNASJS ERY ALM
FOl499114
23
FAKULTAS TEKNOLGIPERTA�
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BGOR
NSTITUT PERTANIAN GOR
FAKULTAS TEKNOLGI PERTANlAN
RANCANGAN DAN un PERFORMANSI SISTEM PEMANAS AR
PERPADUAN ENERGI SURYA DAN G (Liquiid Peolem as)
SnPSI
eai h u sm! nk memeroleh elar
SAJANA TEKNOLGI PERTANIAN
Pa Jn Tenik Pn,
Fakultas Teknoloi Pian,
Institut Pertanian Bogor
Oleh
IGNASIUS ERY LM
F01499114
Dilahirkan da anl 2 Ji 1981
i Ja
Tnall1s:
Dosen Pembimbing I
27 s 203
Dosen Pembimbing II
KATA PENGANTAR
Puji n SYUkUT enulis panjatkan keada Tuhan Yesus atas berkat dan
rahmat-Nya sehingga enulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan sebaik baiknya. Selain itu, enulisjuga mengucapkan terima kasih kepada:
I.
Dr. Ir. Lilik Pujantoro E.N. MAr selaku Dosen Pembimbing I yang
te1ah membimbing enulis.
2.
Dr. If. I Dewa Made Subrata, MAgr selaku Dosen Pembimbing II yang
juga telah banyak membimbing penulis.
3.
8apak Budi selaku kepala Lab Ergonomika dan Elektronika Pertanian
atas izin untuk melakukan penehtian di bengkel Walgenihem.
4.
Papi, mami, koko, dan Xiao Fen atas semua dukungan baik noril
maupun materi selama penulis melakukan enelitian.
5.
Clarissa aas semua perhatian, dukungan, dan kasih sayang yang
diberikan kepada penulis.
6,
Yusuf Adhitama alas kesediaan menjadi tenan seenderitaan dan
sepejuangan selama enulis melakukan enelitian.
7.
Tenan - tenan angkatan 36 di Perwira 44 (Patar, Roni, Yonathan,
Yulis, Echa) atas segala kebersamaan dan perjuangan yang telah
dilewati bersama.
8.
Asi dan Tuti atas segala kebersamaan n keceriaan selama menjadi
tenan se-PA.
9.
Kepada semua tenan - tenan TEP'36 atas kebersamaan selama ini.
10. Dan
kepada semua pihak yang te1ah
nembantu penuhs selana
melaksanakan ene1itian.
Penulis
menyadari
bahwa
skripsi
ml
masih
mempunyai
banyak
kekurangan. Oleh karena itu enulis ersedia menerima saran - saran dan kritikan
yang membangun. Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua
pembaca.
Bogor, l guslus 2003
Penuhs
III
DAFTARISI
Halaman
I.
KATA PENGANTAR..
HI
DAFTAR SIMBOL
VI
DAFTAR TABEL.
Vill
DAFTAR GAMBAR....
IX
DAFT AR LAMPIRAN. .
X
PENDAHULUAN
A LATAR BELAKANG ...
I
B. TUJUAN PENELlTIAN.
2
II. TlNJAUAN PUSTAKA
A KARAKTERISTIK AIR DAN SIFATNYA ......... .
3
l. ENERGI SURY A...
4
C. PEMANAS AIR DENGAN KOLEKTOR SURYA ...
5
1. Kolektor Keping Datar (Flat Plate Collector) . . . . . . . ... . .. . . .... .
.
7
2. Kolektor Konsentrator (Concentrator Col/ector)...
7
.
.
_
D. SISTEM LOGIKA FUZZY
1. Teori Jan Himpunan Fuzy..
... . ....
'.. ..... . . . . ....
. . .......
2. Kontrol Logika Fuzy..
8
9
III PENDEKAT N RANCANGAN PEMANAS DENGAN ENERGI SURYA
A. KEBUTUHAN PANAS..
11
B. RADlASI SURY A.. . .
II
C. PERFORMANSI KOLEKTOR
12
1.
Panas yang Hilang pada Pipa
2.
Panas yang Hilang pada Sambungan...
' , _
12
13
D. RANCANGAN FUNGSIONAL. .
.
E RANCANGAN STRUKTURAL
t. Pipa Absorber..
14
2. Penutup Transparan .
15
3. Penyekat (back insulation)..
15
4. Kerangka...
15
IV
5. Tabung insulasi .............. .
15
IV. ETODOLOGI PENELlTIAN
A. TEPAT DAN WAKTUPENELlTlAN
B. BAHAN DAN ALAT..
....
" .
.
"
.
.
. "
. .. .
"
16
"" "
. ..
.
"
. . .. .
.
.
.
.
" .
. "
..
.
16
C. PARAMETER YANG DlUKIJR
16
1. Radiasi Surya . .
2.
Suhu ....
"
..
16
.
3. Laju Aliran Air.
17
D. PE NGUJ IAN SISTEM PEMANAS AIR
1.
Radiasi yang Diterima Kolektof ..
17
2.
Efisiensi Kolektor... .
17
.
3. Kehilangan Panas .. .
"
... ... .
'
17
4.
Efisiensi Penyerapan Panas_ .
18
5.
Efisiensi Optik.
18
18
F. ANALlSA EKONOMI
V. HASIL DAN PEMBAHASAN
A PERFORMANSI KOLEKTOR ..
21
B. SISTEM PEMANAS AIR ENERGl SURY A DAN
LPG
(Liquified Peroleum Gas) ..
23
.
1. Pefon ansl Kolektor,
23
2
Energi Efektif dan Kehilangan Panas
25
3.
Eisiensi Penyerapan..
26
4.
Analisa E konomi..
27
VI. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN .
29
B. SARAN ..
30
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
y
DATAR SIMBOL
Aa
=
Luas permukaan aerture
(m")
Ad;: Radiasl yang dipantulkan kembali oleh debu, uap air (W1m2)
AT
=
Au
=
Aw
Luas ennukaan absorber (m:)
Radiasi yang diaJsorbsi oteh debu dan uap air (W/m2)
=
factor keawanan
ea
=
Radiasi surya yang diabsorbsl oteh awan (W/m2)
Cp
=
Panasjenis air (KJikg K)
Cr
=
2
Radiasl yang dipancarkan kembali ke angkasa oleh awan (W1m )
d
=
sudut dekhnasi
=
(I)
diameter dalam pipa absorber
o
=
Ec
=
emisivitas penutup
Er
=
Emisivitas pipa absorber
F'
=
faktor efisiensi kolektor
Fr
=
Faktor pergerakan panas
hi
=
diameter luar pia absorber
2
Koefisien pindah panas dalam pipa (W/m K)
.
Koefislen radiasi tennal dari kaca enutup ke lingkungan (W/m K)
hrC-3
=
hTr_c
=
:
Koetisien Tadiasi tenal dari absorber ke kaca enutup (W/m K)
hWc-a
=
Koefisien konveksi an kaca penutup ke Iingkungan (W/m2 K)
h wr_c
=
Koeisien konveksi dari absorber ke kaca penutup (W/mz K)
lb
=
Radiasl langsung (Wlml)
Id
=
Radiasi baur �W/m�)
lh
=
Radiasi harian matahari (W/m�)
=
Radiasi ekstrateresterial (W/m�)
lr
=
Radiasl surya yang sanpai dt permukaan kolektor (W/m2)
Isc
�
Konstanta matahari
k
- konduktivitas pipa absorber (W/m K)
10
ka - konduktivitas air (W/m K)
n
Nu
-'
1a.lU aliran massa (k.ijam)
=
Bilangan Nusselt
VI
Qa = Radiasi yang ampai di bumi (W/m2)
Qabs
�
Energi efektifyang masuk ke dalam plpa (Wlm')
Qu = Energi yang dimanfaatkan untuk menaikkan suhu air (W/m�)
Qui
Rb
=
Rd
=
=
Energi berguna er satuan luas absorber (W/ml)
Faktor hambatan untuk radiasi Iangsung
Faktor hambatan untuk radiasi baur
S
�
Radiasi sya yang dapat ditangkap oleh permukaan absorer (Wlm')
Ta
�
Suhu Iingkungan (K)
Tc
�
Suhu kaca enutup (K)
Ti
=
suhu masuk kolektor (K)
To
=
suhu keluar kolektor (K)
Tr
=
Suhu pipa absorer (K)
UI
=
Kehilangan panas (Wiml)
w
=
sudut matahari e)
a
=
Absorbsivitas ennukaan kolektor
)
=
Sudut azimuth (0)
$
=
r
-
p
=
'
!
=
Lintang sllatu tempat
5.67 X 10-8 (W/m2 K�)
Refleksivitas daTi kolektor
transmisivitas kaca penutup
VII