Waktu Dan Tempat Persiapan Penelitian Proses pembuatan Kolektor

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu Dan Tempat

Lokasi perancangan dan pembuatan alat pengering bertempat di Gedung Magister Pascasarjana Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Waktu penelitian ± 7 bulan.

3.2 Metode Desain

Perancangan merupakan kegiatan awal dari usaha merealisasikan suatu produk yang kebutuhannya dibutuhkan oleh masyarakat. Setelah perancangan selesai maka kegiatan yang menyusul adalah pembuatan produk. Cara merancang terdiri dari 4 tahap atau fase, yang masing-masing terdiri dari beberapa langkah Pahl danBeitz. Keempat fase tersebut adalah : 1. Fase Perumusan . Formulation Phase 2. Fase Fungsi Functional Phase 3. Fase Perancangan Design Phase 4. Hasil Result Perencanaan alat pengering meliputi kolektor. Kolektor yang dipilih dalam perancangan ini adalah kolektor pelat datar, karena tingkat kesulitan pembuatan yang rendah namun memiliki efisiensi yang cukup baik dan sesuai dengan kebutuhan untuk penelitian. Perencanaan kolektor yang akan dibahas meliputi triplek, pelat absorber, penutup transparan akrilik, dan isolasi pada kolektor. Perencanaan alat pengering bertujuan untuk membantu para petani dalam mengolah hasil produksi perkebunan dan pertanian. Oleh karena itu pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam perencanaan pengering yaitu: ekonomis, produktifitas tinggi, mudah pembuatan, kuat dan mudah dioperasikan. Universitas Sumatera Utara Rockwool Poly carbonate sterofoam Plat aluminium Poly urethane 5mm Gambar 3.1 Kolektor

3.2.1 Perancangan Pelat Absorber

Pelat absorber berfungsi untuk menyerap radiasi surya dan mengkonversikan menjadi panas. Energi dialirkan melalui fluida kerja udara secara konveksi. Dengan mengacu fungsi absorber maka dipilih sifat bahan 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 Bahan-bahan yang biasa dipakai untuk pelat pengumpul yaitu: seng, aluminium, tembaga, kuningan, dan baja. Dalam perancangan ini digunakan aluminium sesuai pertimbangan di atas. Aluminium yang digunakan mempunyai ketebalan 0,5 mm. Permukaannya dilakukan pelapisan dengan cat semprot hitam kusam, agar jangan terjadi refleksi dan mempunyai absorsivitas maksimum.

3.2.2 Perancangan penutup kolektor

Penutup kolektor berfungsi untuk meneruskan radiasi surya dan mencegah panas yang keluar dari kolektor ke lingkungan pada bagian atas. Berdasarkan fungsi ini maka kaca penutup harusmempunyai sifat: Universitas Sumatera Utara  Transmisivitas tinggi �  Absorsivitas rendah α  Refleksivitas rendah ρ  Tahan panas  Ada dipasaran dan kuat Dengan pertimbangan sifat di atas, maka digunakan dua lapis polycarbonate dengan ketebalan 3mm. Transmisivitas �= 0.88, emisifitas = 0.93.

3.2.3 Perancangan Isolasi

Isolasi berfungsi untuk memperkecil panas yang hilang dari kolektor ke lingkungan pada bagian belakang dan samping kolektor. Pada isolasi terjadi perpindahan panas secara konduksi sehingga kehilangan 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. Isolator yang dipilih dalam perancangan ini adalah 1 lapisan polyurethane dengan tebal 5mm dimana kehantaran thermalnya 0,023 Wm.K, rockwool dengan tebal 50mm dimana kehantaran termalnya 0,04 Wm.K, dan sterofoam dengan kehantaran thermalnya 0.036 Wm.K. 3.3 Alat dan Bahan yang Digunakan 3.3.1 Peralatan pengujian Adapun beberapa alat pengujian yang digunakan adalah : 1. kolektor Spesifikasi : Tipe = Pelat datar Panjang kolektor = 3 m Lebar kolektor = 1,5 m Tinggi kolektor = 0,117 m Universitas Sumatera Utara Luas kolektor = 4.5 m 2 Kemiringan = 0 o 180 o 2. Laptop Digunakan untuk menyimpan dan mengolah data yang telah didapatkan dari Hobo Microstation data logger dan Agilient 34972 A. Gambar 3.2 Laptop Spesifikasi: a. G42 series b. Intel core i3 processor c. 14widescreen d. Os: Microsoft windows 7 3. Agilient 34972 A Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya. Pencatatan data pengukuran disimpan pada flashdisk yang dicolokkan pada bagian belakang alat ini. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.3 Agilient 34972 A Dengan Spesifikasi : 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. Anemometer Digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara yang mengalir didalam suatu aliran. Jenis Anemometer yang digunakan adalah Hot Wire Anemometer Krisbow KW0600653. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.4 Hot Wire Anemometer Spesifikasi: General Specification Display 46.7 mm x 60 mm LCD display Dual fu ctio eter’s display Measurement ms meters per second Kmh kilometers per hour0 Ftmin feet per minute MPH miles per hour Knot nautical miles per hour Temp. o C, o F Data hold Memory Maximum and minimum with recall Sampling Approx. 0.8 sec Operating Humidity Less than 80 RH Power Supply 9V battery Universitas Sumatera Utara Power Current Approx. DC 60-90 mA Weight 280g Dimension 210mmx75mmx50mm Accessories Hot wire sensor 9V battery Electrical Specifications Air Velocity Measurement: Range: Resolution: Accuracy: ms 0.1 – 25.0 ms 0.01 ms ± 5+1d reading or ±1+1d full scale Kmh 0.3 – 90.0 kmh 0.1 kmh Ftmin 20 – 4925min 1ftmin MPH 0.2 – 55.8 MPH 0.1MPH Knot 0.2 – 55.8knots 0.1knots Temperature Measuring Range o C to 50 o C 32 o F to 122 o F Accuracy ±1 o C1.8 o F 5. Hobo Microstation Data Logger Alat ini di hubungkan ke data logger untuk kemudian dihubungkan ke komputer untuk diolah datanya. Dengan Spesifikasi : a. Skala pengoperasian: 20 o C -50 o C dengan baterai alkalin40 o C -70 o C dengan baterai lithium b. Input Processor: 3 buah sensor pintar multi channel monitoring Universitas Sumatera Utara c. Ukuran: 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm 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 – 2 detik Terdapat beberapa alat ukur pada Hobo Micro station data logger yaitu : Gambar 3.5 HoboMicrostation 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 Penyimpangan ±2 per Year Panjang kabel 3 Meters 9.8 ft 1 2 3 4 Universitas Sumatera Utara Berat 120 grams 4.0 oz Dimensi 41mm Height x 32mm Diameter 1 58 x 1 14 Sumber: From Rian Arikundo, Fadly, USU, Medan, 2013. [4] 2 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 terttinggi Data Channels 2 Channel, 1 Port Rentang pengukuran 0 to 45 ms 0 to 100 mph Operasi kerja Temperatur: -40C to 75C -40F to 167F 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 Sumber: From Rian Arikundo, Fadly, USU, Medan, 2013. [4] 3 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 Universitas Sumatera Utara 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 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 1msec 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 10.1cm long x 1.75cm diameter Sumber: From Rian Arikundo, Fadly, USU, Medan, 2013. [4] 4 T and RH Smart Sensor Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban.Besarnya nilai yang diukur oleh alat ini dalam persen . 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 Universitas Sumatera Utara 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 .28 x 1.50 - Sensor saja Sumber: From Rian Arikundo, Fadly, USU, Medan, 2013. [4]

3.3.2 Bahan Pengujian

Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian sebelumnya sudah dibahas pada tahap perancangan.Bahan yang digunakan dalam pengujian ini adalah: 1. Polyurethane sheet Bahan ini digunakan sebagai lapisan isolator,digunakan untuk mencegah panas dari solar collector hilang keluar. Jenis Polyurethane yang dipakai adalah jenis sheet sintetis dengan kehantaran thermal 0,023 Wm.K Gambar 3.6 Polyurethane 2. Polycarbonate Bahan ini digunakan sebagai jalur masuknya radiasi matahari. Digunakan jenis double glasses, untuk meningkatkan performance dari solar collector. Digunakan dua lapis polycarbonate dengan ketebalan 3mm. Transmisivitas polycarbonate �= 0,88, dan emisivitas = 0.93. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.7 Polycarbonate 3. Pelat aluminium Bahan ini digunakan sebagai absorber. Pelat aluminium yang memiliki konduktivitas yang bagus dan diberi cat hitam agar radiasi yang masuk pada solar collector akan diserap sepenuhnya oleh pelat aluminium. Gambar 3.8 Pelat Aluminium 4. Cat Bahan ini digunakan untuk mencat pelat seng.Cat yang digunakan adalah cat berwarna gelap hitam. Gambar 3.9 Cat hitam gelap Universitas Sumatera Utara 5. 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 0.043 . Gambar 3.10 Rockwool 6. Sterofoam Bahan ini digunakan sebagai lapisan isolator,digunakan untuk mencegah panas dari solar collector hilang keluar. Gambar 3.11 Sterofoam

3.4 Persiapan Penelitian

Penelitian dimulai dengan menghubungkan kabel-kabel termokopel antara agilient dan parameter-parameter yang akan diukur temperaturnya. Flashdisk dimasukkan ke agilient untuk pencatatanpenyimpanan data selama pengukuran. Universitas Sumatera Utara Setelah agilient membaca temperatur selama waktu yang telah diatur, flashdisk dicabut dan dibaca dalam bentuk Microsoft Excel pada komputer. Gambar 3.12 Experimental Setup Adapun beberapa parameter yang diukur ialah : 1. Temperatur permukaan plat absorber T 1 2. Temperatur permukaan glass1 T 2 3. Temperatur permukaan glass2 T 3 4. Temperatur permukaan plat absorber T 4 5. Temperatur permukaan glass1 T 5 6. Temperatur permukaan glass2 T 6 Parameter diatas digunakan untuk menghitung besarnya nilai energi panas yang hilang pada kolektor surya dan nilai dari effisiensi kolektor surya.

3.5 Proses pembuatan Kolektor

1. Pembuatan desain kolektor menggunakan software solidwork 2010 Universitas Sumatera Utara Gambar 3.13 Desain kolektor pada software solidwork 2. Membuat rangka kolektor Gambar 3.14 Pembuatan rangka kolektor 3. Pemasangan polyurethane sebagai isolator kolektor Universitas Sumatera Utara Gambar 3.15 Pemasangan polyurethane 4. Pemasangan sterofoam sebagai isolator kedua Gambar 3.16 Pemasangan sterofoam 5. Pemasangan rockwool sebagai isolator ketiga Gambar 3.17 Pemasangan rockwool 6. Pemasangan pelat absorber yang sebelumnya sudah dicat terlebih dahulu Universitas Sumatera Utara Gambar 3.18 Pemasangan pelat absorber 7. Pemasangan kaca penutup kolektor Gambar 3.19 Pemasangan kaca penutup 8. Pemasangan penutup kolektor Gambar 3.20 Pemasangan Penutup Kolektor Universitas Sumatera Utara 9. Pemasangan kolektor pada mesin pengering Gambar 3.21 Pemasangan kolektor pada mesin pengering

3.6 Prosedur Penelitian