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