Perancangan Tangki 1. Dimensi Tangki

Hasil si atas disubtitusikan ke persamaan 2.18. = 2 + 2 = 2 + 2 60000 = 2 + 120000 Untuk mendapatkan heat loss minimum maka luas tangki harus minimum sehingga persamaan di atas diturunkan dan dinolkan. = 4 − 120000 = 0 4 = 120000 = 120000 4 = 21,2156 = 22 Jadi jari-jari tangki agar luasnya minimum adalah 22 cm, maka panjang tangki adalah: = 60000 × 21 = 43,307 = 44 Berdasarkan perhitungan di atas, agar rugi-rugi kalor minimum maka panjang tangki sama dengan diameternya. 4.2.2. Ketebalan Shell Tangki pemanas air tenaga surya yang dirancang menggunakan material plat baja karbon. Harga tegangan maksimum disajikan pada Tabel 4.1. Harga untuk plat baja karbon padasuhu 90 °C adalah 13,2 ksi. Data yang diketahui adalah tekanan air pada tangki p adalah 1,5 bar atau 150 kPa, diameter tangki d 44 cm atau 440 mm dan efisiensi penyambungan padauntuk pengelasan tabung tanpa pengujian Ƞ adalah 0,6 Tabel 4.2. Ketebalan tangki dicari dari persamaan 2.21 dengan asumsi hoop stressnya kurang dari tegangan ijin bahan. Tabel 4.2 Efisiensi penyambungan pada pengelasan Bhandari, 2010 Ketebalan pada dinding tangki shell Syarat: maka . . . 150 kPa × 440 mm 2 × 13,2 × 6894,757 kPa × 0,6 0,604 Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan tebal dinding tangki shell dan tebal pada kepalatutup tangki. Tebal pada dinding tangki shell harus lebih besar dari 0,604 mm. 4.2.3. Hasil Perancangan Tangki Berdasarkan hasil perhitungan di atas maka tangki yang dirancang memiliki panjang 44 cm, diameter 44 mm, tebal shell minimum 0,604 mm seperti Gambar 4.1. Gambar 4.1 Skema hasil rancangan ideal Rancangan ideal sulit untuk direalisasikan karena panjang tangki terlalu pendek dibanding kolektor sehingga pipa outlet dari kolektor ke tangki bagian atas besar dan berbolak-belok yang nantinya mengganggu aliran thermosyphon. Kemudian plat yang tipis menyulitkan proses produksi tangki. Modifikasi terhadap rancangan ideal dilakukan demi menunjang operasional PATS maka tangki yang dirancang memiliki panjang 122 cm, diameter 25, tebal shell 2 mm seperti Gambar 4.2. Gambar 4.2 Skema modifikasi racangan ideal 1, 9 m 1 m 122 cm 25 c m Kolektor Tangki Kolektor Tangki 44 cm 1, 9 m 1 m 44 cm Perbandingan antara rancangan ideal dan modifikasi terletak pada penginstalasian jalur pipa yaitu jarak pipa outlet dari kolektor ke tangki bagian atas menjadi lebih kecil dari rancanagan yang ideal dan tidak terlaku berbolak- belok sehingga tidak mengganggu aliran thermosyphon. Proses produksi jadi lebih mudah karena plat yang digunakan lebih tebal dari rancangan yang ideal. Perancangan hasil modifikasi dilanjutkan dengan mengambarkan dalam bentuk 3D dan 2D seperti pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4. Gambar 4.3 PATS kapasitas 60 liter 38 Gambar 4.4 Desain tangki kapasitas 60 lit 4.3. Perancangan Insulasi Tangki 4.3.1. Material Insulasi Glasswool merupakan bahan yang akan digunakan sebagai insulasi dengan konduktivitas 0,038 Wm.K seperti ditunjukkan Tabel 4.3. Tabel 4.3 Konduktivitas termal Holman, 2002 4.3.2. Jari-Jari Kritis Nilai koefisien perpindahan panas konveksi lingkungan dicari dengan persamaan 2.29. Kecepatan angin rata-rata adalah 2,28 m s dan temperatur rata- rata udara luar adalah 32,55 °C Nadjib, 2015. Koefisien perpindahan panas konveksi lingkungan adalah: = , + Maka: ℎ = 2,8 + 32,28 = 9,64 . Berdasarkan harga-harga k dan h w di atas maka jari-jari kritis insulasi adalah: = = 0,038 . 9,64 . = 0,00394 = 3,94 Hasil perhitungan menunjukan bahwa jari-jari kritis jauh lebih kecil dari pada jari-jari luar tangki = 122,4 mm. Oleh karena itu berapapunpenambahan insulasi akan memperbesar hambatan total mengurangi heat loss ke lingkunganIncropera dkk, 2007. 4.3.3. Tebal Insulasi Untuk mengetahui kalor total yang hilang dan koefisien perpindahan panas secara keseluruhan di setiap tahapannya maka perlu dilakukan perhitungan tahanan totalnya. Diketahui bahwa suhu air T i 90 °C, suhu di lingkungan T ∞ 32,55 °C, panjang tangki 125 cm, koefisien perpindahan kalor konveksi lingkungan adalah 9,64 Wm 2 .K, jari-jari luat tangki r 1 sebesar 0,127 m. Dengan asumsi tebal insulasi 1 cm maka temperatur permukaan insulasi diketahui dari persamaan 2.27. = ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎡ ⎝ ⎜ ⎛ − + + ⎠ ⎟ ⎞ × ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎤ + = 90 − 32,55 , , . . . , + , , . . , . , + . . , . , . , × 1 2. . 0,137.1,22.9,64 + 32,55