Kompor surya menggunakan penyimpan panas dengan variasi apertur kolektor - USD Repository

KOMPOR SURYA MENGGUNAKAN PENYIMPAN PANAS DENGAN

VARIASI LUAS APERTUR KOLEKTOR

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

Program Studi Sains dan Teknologi Oleh:

Deny Kris Riyantaka

NIM : 065214005

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

SOLAR COOKER USING THERMAL STORAGE WITH AN

APERTURE AREA VARIATION OF COLLECTOR

FINAL ASSIGNMENT

Presented as partial fullfilment to obtain the Sarjana Teknik degree In Mechanical Engineering study program by

Deny Kris Riyantaka

Student Number : 065214005

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA

INTISARI

Dalam rangka mengurangi atau menggantikan pemakaian kayu bakar dan minyak bumi untuk memasak telah banyak penelitian dilakukan untuk meningkatkan efisiensi tungku kayu tradisional dan mencari sumber energi alternatif untuk memasak. Sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai potensi

energi surya yang cukup dengan radiasi harian rata-rata 4,8 kWh/m sehingga cukup memadai untuk membuat kompor dengan energi surya. Tujuan penelitian adalah mengetahui unjuk kerja kompor yang meliputi temperatur maksimal, efisiensi kompor dan efisiensi sensibel yang dapat dihasilkan.

Kompor surya kolektor parabola silinder terdiri dari 1 pipa absorber tembaga berdiameter 1 inchi dengan panjang 1 m, menggunakan variasi luas apertur kolektor, selubung kaca dan reflektor berukuran 1,5 m x 1 m, kompor yang terbuat dari plat tembaga berukuran 16 cm x 16 cm x 4 cm, dan oli sebagai fluida kerja. Variabel yang divariasikan yaitu luas apertur kolektor

dengan luas apertur : 0.5 m , 0.8 m , dan 1.1 m . Variabel yang diukur meliputi temperatur fluida kerja masuk pipa absorber (T

1 ), temperatur udara

sekitar (Ta), radiasi surya yang datang pada permukaan miring kolektor (G), temperatur fluida kerja keluar pipa absorber (T

2 ), temperatur air dalam panci

pemasak (T

3 ), temperatur tangki penyimpan (T 4 ), dan lama waktu pemanasan air dalam panci pemasak.

Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: telah berhasil dibuat kompor surya jenis parabola silinder dengan penyimpan panas menggunakan bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang dapat didukung kemampuan industri lokal. Dari data yang diperoleh, temperatur air yang dipanaskan (T3) terdapat pada kompor dengan luas

apertur 1.1 m dengan suhu 88°C pada pengambilan data keempat. sedangkan

pada kompor dengan luas apertur 0.5 m dan kompor dengan luas apertur 0.8

m hanya mencapai 69°C dan 81°C. Efisiensi kompor tertinggi terdapat pada

kompor dengan luas apertur 0.5 m yang mencapai 64.02 % pada pengambilan data keempat, efisiensi sensibel tertinggi terdapat pada kompor dengan luas

2 apertur 0.5 m yang mencapai 7.29 % pada pengambilan data keempat.

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan karunia-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan lancar dan tepat pada waktunya. Tugas akhir ini adalah salah satu syarat untuk mencapai derajat sarjana S – 1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Sekarang telah memasuki era globalisasi sehingga banyak tenaga kerja yang terampil dan berkualitas dibutuhkan oleh perusahaan-perusahaan. Oleh sebab itu, program studi Teknik Mesin fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta telah mempersiapkan mahasiswa dengan melatih keterampilan melalui Tugas Akhir ini sebagai bekal masuk dalam dunia kerja. Penulis mengharapkan hasil yang maksimal dari Tugas Akhir yang dilaksanakan selama kurang lebih 1 semester di kampus III Universitas Sanata Dharma Paingan, Maguwoharjo Yogyakarta.

Penulis telah membuat laporan hasil dari Tugas Akhir yang telah diadakan dan dilaksanakan di kampus III Universitas Sanata Dharma Paingan, Maguwoharjo Yogyakarta. Dalam laporan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

2. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

3. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas bimbingan dan fasilitas yang diberikan.

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i TITLE PAGE .................................................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii DAFTAR DEWAN PENGUJI ......................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................ v PERNYATAAN PUBLIKSI ............................................................................ vi ABSTRAK ....................................................................................................... vii KATA PENGANTAR .................................................................................... viii DAFTAR ISI..................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii DAFTAR TABEL............................................................................................ xv

BAB I ................................................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah ................................................................................. 3

1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 3

1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................... 4

1.5 Batasan Masalah ...................................................................................... 4

BAB II................................................................................................................ 5

2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan .......................................................... 5

2.2 Dasar Teori............................................................................................... 6

2.3 Rumus Perhitungan .................................................................................. 8

BAB III ............................................................................................................ 11

3.1 Skema Alat............................................................................................. 11

3.2 Cara kerja alat ........................................................................................ 13

3.3 Variabel yang divariasikan..................................................................... 13

3.4 Peralatan Pendukung.............................................................................. 14

3.5 Variabel yang diukur.............................................................................. 15

3.6 Langkah penelitian................................................................................. 16

3.7 Pengolahan dan analisis data.................................................................. 16

BAB IV ............................................................................................................ 17

4.1 Data Penelitian ....................................................................................... 17

4.2 Perhitungan faktor pelepas panas........................................................... 29

4.3 Perhitungan efisiensi kolektor................................................................ 30

4.4 Perhitungan efisiensi sensibel ................................................................ 30

4.5 Perhitungan daya sensibel...................................................................... 31

4.6 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan............................................ 40

BAB V ............................................................................................................. 52

5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 52

5.2 Saran ...................................................................................................... 52 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 53 LAMPIRAN..................................................................................................... 54

DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1. Kompor surya tampak samping………………………………….......7 Gambar 3. 1. Skema Alat ........................................................................................ 11 Gambar 3. 2. Komponen kompor surya…….......................................................... 12 Gambar 3. 3. Peletakkan termokopel……. ............................................................. 12 Gambar 3. 4. Kolektor parabola……...................................................................... 12 Gambar 3. 5. Variasi luas apertur kolektor………………………………….........14 Gambar 4. 1. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G)

dengan Waktu Tanggal 28 April 2009........................................... 18 Gambar 4. 2. Grafik hubungan Temperatur (T

3 ), Radiasi Surya (G)

dengan Waktu Tanggal 28 April 2009............................................ 19 Gambar 4. 3. Grafik hubungan Temperatur (T

4 ), Radiasi Surya (G)

dengan Waktu Tanggal 28 April 2009........................................... 19 Gambar 4. 4. Grafik hubungan Temperatur (T

2 ), Radiasi Surya (G)

dengan Waktu Tanggal 29 April 2009........................................... 20 Gambar 4. 5. Grafik hubungan Temperatur (T

3 ), Radiasi Surya (G)

dengan Waktu Tanggal 29 April 2009........................................... 21 Gambar 4. 6. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G)

dengan Waktu Tanggal 29 April 2009........................................... 21 Gambar 4. 7. Grafik hubungan Temperatur (T

2 ), Radiasi Surya (G)

dengan Waktu Tanggal 30 April 2009........................................... 23

Gambar 4. 9. Grafik hubungan Temperatur (T

dengan Waktu Tanggal 2 Mei 2009.............................................. 28 Gambar 4. 14. Grafik hubungan Temperatur (T

Waktu pada Data Tanggal 29 April 2009 ....................................... 42 Gambar 4. 19. Grafik hubungan Efisiensi sensibel

( ηs ), G surya dengan Waktu pada Data Tanggal 28 April 2009 ....................................... 41 Gambar 4. 18. Grafik hubungan Efisiensi kolektor ( ηk ), G surya dengan

Waktu pada Data Tanggal 28 April 2009 ....................................... 40 Gambar 4. 17. Grafik hubungan Efisiensi sensibel

dengan Waktu Tanggal 2 Mei 2009.............................................. 29 Gambar 4. 16. Grafik hubungan Efisiensi kolektor ( ηk ), G surya dengan

4 ), Radiasi Surya (G)

), Radiasi Surya (G) dengan Waktu Tanggal 2 Mei 2009.............................................. 28 Gambar 4. 15. Grafik hubungan Temperatur (T

2 ), Radiasi Surya (G)

dengan Waktu Tanggal 1 Mei 2009.............................................. 26 Gambar 4. 13. Grafik hubungan Temperatur (T

4 ), Radiasi Surya (G)

dengan Waktu Tanggal 1 Mei 2009.............................................. 26 Gambar 4. 12. Grafik hubungan Temperatur (T

3 ), Radiasi Surya (G)

dengan Waktu Tanggal 1 Mei 2009.............................................. 25 Gambar 4. 11. Grafik hubungan Temperatur (T

2 ), Radiasi Surya (G)

), Radiasi Surya (G) dengan Waktu Tanggal 30 April 2009........................................... 24 Gambar 4. 10. Grafik hubungan Temperatur (T

( ηs ), G surya dengan

Gambar 4. 20.

Grafik hubungan Efisiensi kolektor ( ηk ), G surya dengan Waktu pada Data Tanggal 30 April 2009 ...................................... 44

Gambar 4. 21. Grafik hubungan Efisiensi sensibel ( ηs ), G surya dengan

Waktu pada Data Tanggal 30 April 2009 ...................................... 45

Gambar 4.22. Grafik hubungan Efisiensi kolektor

( ηk ), G surya dengan Waktu pada Data Tanggal 1 Mei 2009 ........................................... 46

Gambar 4. 23. Grafik hubungan Efisiensi sensibel ( ηs ), G surya dengan

Waktu pada Data Tanggal 1 Mei 2009 ........................................... 47 Gambar 4. 24. Grafik hubungan Efisiensi kolektor ( ηk ), G surya dengan

Waktu pada Data Tanggal 2 Mei 2009 .......................................... 48 Gambar 4. 25. Grafik hubungan Efisiensi sensibel( ηs ), G surya dengan

Waktu pada Data Tanggal 2 Mei 2009 ........................................... 49

DAFTAR TABEL Tabel 4. 1.Pengambilan I Data Tanggal 28 April 2009 ........................................... 16 Tabel 4. 2. Pengambilan II Data Tanggal 29 April 2009........................................ 19 Tabel 4. 3. Pengambilan III Data Tanggal 30 April 2009 ...................................... 22 Tabel 4. 4.Pengambilan IV Data Tanggal 1 Mei 2009 ............................................ 25 Tabel 4. 5. Pengambilan V Data Tanggal 2 Mei 2009............................................. 28 Tabel 4. 6. Perhitungan Efisiensi (

η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 28 April 2009............................................................33 Tabel 4. 7. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 29 April 2009............................................................34 Tabel 4. 8. Perhitungan

Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 30 April 2009............................................................35 Tabel 4. 9. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 1 Mei 2009..............................................................37 Tabel 4. 10. Perhitungan Efisiensi (η) dan Faktor Pelepasan Panas (FR) pada Data Tanggal 2 Mei 2009..............................................................39

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

energi surya yang cukup dengan radiasi harian rata-rata 4,8 kWh/m . Cara pemanfaatan energi surya untuk memasak adalah dengan menggunakan kompor energi surya yang mengkonversikan radiasi surya yang datang menjadi panas. Panas yang dihasilkan dapat digunakan untuk memasak baik secara langsung (dengan kompor surya jenis kotak atau parabola piringan) maupun tidak langsung (dengan kompor surya jenis parabola silinder atau jenis pelat datar). Penggunaan kompor ini juga sejalan dengan target pengurangan emisi karbondioksida di atmosfer (berdasarkan Protokol Kyoto).

Kompor surya yang paling umum dimasyarakatkan di Indonesia dan negara berkembang lain adalah jenis kotak dan jenis parabola piringan, hal ini disebabkan pembuatan kedua jenis kompor surya ini relatif mudah dan murah. Tetapi di beberapa negara/ daerah kedua jenis kompor surya ini sulit diterima masyarakat, hal ini disebabkan karena cara memasak dengan kedua jenis kompor memasak pagi, siang dan malam, (3) cara memasak dengan mengukus atau menggoreng.

Cara memasak dengan kompor surya jenis parabola piringan dilakukan di luar ruangan sehingga kurang nyaman karena orang yang memasak harus berjemur di bawah radiasi surya. Kompor surya jenis kotak hanya dapat memanggang dan mengukus tetapi tidak dapat digunakan untuk menggoreng.

Kelemahan lain dari kedua jenis kompor surya tersebut adalah hanya dapat dipakai pada saat radiasi surya cukup banyak (pada siang hari dan cuaca tidak mendung). Selain itu umur pemakaian kedua jenis kompor surya umumnya ini tidak lama.

Beberapa negara seperti India, Mali, Chili, Argentina dan Jerman dikembangkan kompor surya menggunakan media penyimpan panas jenis parabola silinder atau jenis pelat datar yang cara pemakaiannya lebih sesuai dengan kebiasaan memasak di masyarakat. Dengan kompor surya jenis kolektor parabola silinder atau jenis pelat datar ini proses memasak dapat dilakukan di dalam ruangan. Jika dilengkapi dengan penyimpan panas dengan kapasitas yang memadai maka proses memasak dapat dilakukan pada pagi, siang dan malam hari. Cara memasak mengukus, memanggang dan menggoreng dapat dilakukan dengan kedua jenis kompor surya ini. Keuntungan lain dari kompor surya jenis parabola silinder atau pelat datar ini adalah keandalan, kenyamanan pemakaian, perawatan yang mudah dan umur pakai yang lama. Kelemahan dari kompor surya jenis biaya yang lebih mahal dibandingkan kompor surya jenis kotak dan parabola piringan.

Pemanfaatan bahan dasar yang tersedia di pasar lokal merupakan cara untuk menekan biaya pembuatan kompor surya jenis kolektor datar.

Penyederhanaan teknik pembuatan sampai tingkat teknologi yang dapat dikerjakan oleh industri lokal merupakan cara mengatasi kendala teknologi pembuatan kompor surya jenis parabola silinder. Pemanfaatan bahan dan teknologi yang terdapat di pasar dan industri lokal akan mempengaruhi unjuk kerja kompor surya jenis parabola silinder atau pelat datar ini.

1.2 Perumusan Masalah

Pada penelitian ini akan dibuat model kompor surya jenis parabola silinder dengan penyimpan panas menggunakan bahan dan teknologi yang tersedia di pasar dan industri lokal untuk mengetahui kemungkinan penerapannya di Indonesia. Kemungkinan penerapan kompor surya jenis parabola silinder di Indonesia ditentukan oleh unjuk kerja yang dihasilkan. Unjuk kerja kompor surya ditunjukkan oleh temperatur maksimal, efisiensi kompor, efisiensi sensibel dan efisiensi laten yang dapat dihasilkan.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu:

1. Membuat model kompor surya jenis parabola silinder dengan penyimpan panas menggunakan bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang dapat didukung kemampuan industri lokal.

2. Mengetahui temperatur maksimal (temperatur air yang di panaskan ), efisiensi kompor, dan efisiensi sensibel yang dapat dihasilkan.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini : 1. Menambah kepustakaan teknologi kompor tenaga surya.

2. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi kompor surya yang dapat diterima masyarakat sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan.

3. Mengurangi ketergantungan penggunaan kayu bakar dan minyak bumi sehingga kelestarian hutan dan alam dapat terjaga.

1.5 Batasan Masalah

1. Unjuk kerja kompor surya ditunjukkan oleh temperatur maksimal, efisiensi kompor dan efisiensi sensibel yang dapat dihasilkan.

2. Fluida kerja yang digunakan oli sebagai penyimpan panas.

3. Beda luas apertur kolektor sebanyak 3 variasi yakni : 0.5 m

, 0.8 m

, 1.1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan

Nusa Tenggara Timur merupakan propinsi termiskin di Indonesia disusul Lampung, Jawa Timur, Nusa Tenggara Barat dan Sulawesi Tenggara. Masyarakat di daerah-daerah ini umumnya memanfaatakan kayu bakar untuk memasak.

Penggunaan kompor surya merupakan salah satu cara untuk mencegah kerusakan hutan (Suharta et al, 2005). Penggunaan kompor surya jenis kotak dan parabola di India masih dibawah biogas. Hal ini disebabkan cara memasak dengan kompor surya jenis kotak dan parabola berbeda dengan kebiasaan memasak masyarakat India (Jagadeesh, 2000). Kelemahan kompor surya jenis kotak dan parabola adalah pada saat radiasi surya yang ada berlebih kompor surya jenis ini tidak dapat menyimpan energi surya yang berlebih (Doraswami, 1994). Kompor surya

jenis kolektor datar (1,97 m ) menggunakan dua panci pemasak (8 liter) menghasilkan efisiensi sensibel antara 0,3 sampai 0,36 dan efisiensi laten sekitar

0,49 (Silva et al, 2005). Penelitian kompor surya jenis kolektor datar (4 m ) di Brazil menggunakan satu tangki penyimpan panas (50 liter), 5 katup kontrol, 3 panci pemasak dan satu oven menghasilkan efisiensi sensibel antara 0,34 sampai 0,38 dan efisiensi laten sekitar 0,30. (Silva et al, 2002).

2.2 Dasar Teori

Kompor surya adalah alat yang dibuat untuk menggantikan kayu bakar yang berfungsi untuk mendidihkan air dan memasak. Kelemahan kompor surya jenis kotak dan parabola adalah pada saat radiasi surya yang ada berlebih, kompor surya jenis ini tidak dapat menyimpan energi surya yang berlebih. Penggunaan kompor surya hanya dapat dilakukan pada saat siang hari pada waktu terik matahari.

Kolektor plat parabola menggunakan cermin berbentuk parabolis untuk merefleksikan radiasi surya dan mengkonsentrasikan energinya pada area tertentu. Agar tetap dapat memfokuskan radiasi surya yang datang kolektor ini harus dapat bergerak mengikuti gerak matahari dari terbit sampai tenggelam.

Ada 2 jenis kolektor plat parabola :

1. Tabung (Through)

2. Piringan (Dish) tengah hari) maksudnya 60% energi surya yang datang dapat dikonversi langsung menjadi panas termal dan diserap fluida kerja.

Pada aplikasi di industri, fluida panas dari kolektor umumnya dialirkan ke penukar panas untuk proses uap atau panas. Temperatur yang dihasilkan ini juga cukup untuk pembangkit listrik. Panas dari kolektor dapat menghasilkan energi input ke mesin siklus uap Rankine konvensional. Mesin Rankine ini dapat menghasilkan daya listrik sampai 32 kW dan sisa panas sebanyak 790 MJ. Daya listrik dan panas ini dipakai untuk kebutuhan listrik, pemanasan dan pendinginan masyarakat sekitarnya.

Kompor surya jenis parabola silinder umumnya terdiri dari pipa absorber yang diselubungi kaca dan reflektor (apertur), panci pemasak dan dapat ditambahkan sebuah tangki penyimpan panas sehingga proses memasak dapat dilakukan pada malam hari. Reflektor berfungsi untuk memperbanyak jumlah radiasi surya yang masuk ke dalam pipa absorber.

2.3.Rumus Perhitungan

  





) ( .



T T C m F   

L a C PF F R T T U G A

   

 

1  

G T T U F F a L R R



   

Efisiensi kolektor sangat menentukan unjuk kerja kompor secara keseluruhan. Efisiensi kolektor merupakan fungsi temperatur fluida kerja masuk kolektor, semakin rendah temperatur fluida kerja masuk kolektor efisiensi kolektor akan semakin tinggi, efisiensi sebuah kolektor dapat dinyatakan dengan persamaan :

(2.1) Dengan : F R : Faktor pelepasan panas G : Radiasi yang datang (W/m

tergantung dari beberapa parameter diantaranya kualitas pipa absorber dan isolasi selubung kaca. Untuk perancangan praktis harga

Koefisien kerugian U

Faktor pelepasan panas kolektor (F R ) dihitung dengan persamaan : (2.2)

.K) ( ) : Faktor transmitan-absorpan kolektor

U L : Koefisien kerugian (W/(m

1 : Temperatur fluida kerja masuk kolektor (K)

: Temperatur sekitar (K) T

) T

2   Efisiensi sensibel didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang dipakai untuk menaikkan temperatur sejumlah massa air dalam panci

pemasak dari temperatur awal sampai 95 C dengan jumlah energi surya yang

datang selama interval waktu tertentu. Pemilihan temperatur akhir 95 C dimaksudkan agar tidak terjadi pendidihan pada kondisi akhir air.

m . C .  T (2.3) W P

 

S t

A G . dt

C 

Daya sensibel adalah laju energi sensibel yang digunakan untuk memanaskan air dan dinyatakan dengan persamaan :

 m . C . T

W P

Q 

(2.4)

h  t

Daya pendidihan adalah laju aliran energi yang dipakai untuk mendidihkan sejumlah massa air selama waktu tertentu dan dapat dihitung dengan persamaan : .

m h .

W fg

(2.5)

Q  b t



Efisiensi laten didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang digunakan dalam proses pendidihan dengan jumlah radiasi surya yang datang selama waktu tertentu. Efisiensi laten dapat dihitung dengan persamaan:

m . h W fg

(2.6)

  b t

A G . dt

C Dengan : A C : Luasan kolektor (m

) G : Radiasi yang datang (W/m

) m

: Massa fluida kerja dalam pipa di kolektor (Kg) T a : Temperatur sekitar (K) T

1 : Temperatur fluida kerja masuk kolektor (K)

: Temperatur fluida kerja keluar kolektor (K) U

: Koefisien kerugian (W/(m

.K)) ( ) : Faktor transmitan-absorpan kolektor

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema Alat

Kompor energi surya pada penelitian ini terdiri dari 4 komponen utama: 1. Reflektor (apertur).

2. Pipa absorber.

3. Panci pemasak berisi air.

4. Panci pemasak berisi oli. Skema alat dan gambar rancangan dapat dilihat sebagai berikut :

Gambar 3.2. Kompon

Panas ponen Kompor Surya Tipe Parabola Silinder denga dengan Penyimpan Keterangan :

1. T

1 berada pada ujung bawah saluran masuk (pipa penghubung) pada

reflektor.

2. T 2 berada pada saluran menuju panci pemasak.

3. T berada di bagian dalam tangki penyimpan air.

4. T 4 berada pada tangki penyimpan oli.

3.2 Cara kerja alat

Radiasi energi surya yang datang, dipantulkan oleh kolektor menuju pipa absorber yang mengkonversikannya menjadi panas. Panas yang terjadi diambil oleh fluida kerja (oli) di dalam pipa absorber sehingga temperatur fluida kerja tersebut akan naik. Kenaikan temperatur fluida kerja ini menyebabkan rapat masanya turun sehingga fluida kerja dapat mengalir secara alami ke panci pemasak yang berada di sebelah atas kolektor. Hal ini terjadi secara berulang- ulang.

3.3 Variabel yang divariasikan

Variabel yang divariasikan meliputi variasi luas apertur kolektor sebanyak

2 3 variasi yakni : 0.5 m , 0.8 m , 1,1 m . Gambar 3. 4.kolektor parabola silinder Gambar 3. 5. Variasi luas apertur kolektor

P L

Apertur Luas apertur = P x L

a. Piranometer Logger Alat ini berfungsi untuk menerima radiasi surya yang datang per detik.

b. Solar Meter Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi surya yang datang secara manual.

c. Stopwatch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu pengambilan data setiap 10 menit.

d. Thermo Logger Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur pada reflektor, dan temperatur air pada panci pemasak setiap menit.

e. Data Logger Alat ini digunakan untuk mencatat data hasil radiasi surya yang datang dan tercatat pada laptop secara otomatis.

3.5 Variabel yang diukur

Variabel yang diukur pada penelitian ini adalah : 1. Temperatur fluida kerja masuk pipa absorber (T1).

2. Temperatur udara sekitar (Ta).

3. Radiasi surya yang datang pada permukaan miring kolektor (G).

4. Temperatur fluida kerja keluar pipa absorber (T2).

5. Temperatur air dalam panci pemasak (T3).

Untuk pengukuran temperatur menggunakan termokopel dan untuk pengukuran radiasi surya menggunakan solar meter dan piranometer.

3.6 Langkah penelitian

Langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian ini adalah :

1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti gambar 3.1 sebanyak 3

alat yaitu kompor surya dengan variasi luas aperture kolektor 0.5 m , 0.8

2 m , dan 1.1 m .

2. Mempersiapkan piranometer yang telah dirangkai dengan logger.

3. Mengisi panci pemasak dengan volume air 0,5 liter.

4. Mengarahkan kolektor menghadap ke utara atau selatan sehingga mendapatkan radiasi surya sepanjang hari.

5. Memasang thermo logger pada setiap alat yang akan diambil datanya.

6. Mengukur temperatur fluida mula-mula (T ,T ,T ,T ).

4 7. Pengambilan data selanjutnya dilakukan tiap 10 menit.

8. Data radiasi surya juga diambil secara manual menggunakan solar meter bersamaan dengan pencatatan data pada thermo logger.

9. Waktu pengambilan data dimulai dari pukul 10.00 hingga 14.00 WIB.

3.7 Pengolahan dan analisa data

Pengolahan data dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (2.1)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Dalam penelitian kompor surya jenis parabola silinder dengan penyimpan panas yang dilakukan dapat diketahui dengan pengambilan data (mengukur variabel) kemudian mengolahnya menggunakan persamaan 2.1 dan 2.2 untuk mengetahui efisiensi kolektor dan faktor pelepasan panas kolektor. Pada saat pengambilan data, T

1 , T 2 , T 3 dan T 4 dicatat setiap 10

menit. Pengambilan data kompor surya jenis parabola silinder dengan penyimpan panas yaitu menggunakan variasi luas apertur kolektor yaitu 0.5

m , 0.8 m , dan 1.1 m . Radiasi energi surya yang datang juga diambil menggunakan alat pengukur solar meter yang akan digunakan dalam perhitungan untuk mengetahui efisiensi kolektor dan faktor pelepasan panas kolektor. Pengambilan data tiap variasi dilakukan beberapa kali (selama 5 hari) untuk mendapatkan data yang akurat dari setiap variasi yang dilakukan. Tempat pengambilan data dilakukan di lingkungan Universitas Sanata Dharma. Tabel 4. 1.Pengambilan Data I : Selasa / 28 April 2009 No. Jam

G Surya

46 50 45 35 48 50 43 16 13:50 629 36 48 49 43 40

66 60 56 39 62 64 54 8 12:30 833 44 61 58 52 34

67 56 58 42 62 61 59 9 12:40 880 43 62 57 52 33

66 51 56 40 59 59 59 10 12:50 805 43 61 56 51 34

65 50 53 40 59 59 57 11 13:00 765 43 60 54 52 35

64 48 53 40 59 57 58 12 13:10 128 42 59 54 50 34

59 49 49 36 57 56 52 13 13:20 140 40 50 52 43 38

51 53 48 36 51 52 45 14 13:30 760 41 50 50 44 35

56 46 46 36 51 51 49 15 13:40 110 38 48 50 41 40

49 43 46 35 48 49 46 17 14:00 577 35 43 46 42 40

78 72 64 41 69 68 62 6 12:10 873 42 67 60 51 35

48 43 49 34 46 46 48

80 100 120

200 400 600 800

1000 1200

11:02 11:31 12:00 12:28 12:57 13:26 13:55 14:24

Waktu

G Surya T2 (apertur 0.5m2) T2 (apertur 1.1m2) T2 (apertur 0.8m2)

Suhu, ⁰C

70 61 59 41 66 67 59 7 12:20 854 41 66 59 51 33

82 78 66 36 43 74 59 5 12:00 946 45 69 62 57 35

Kompor dengan luas apertur kolektor 0.5m

1.1m

0.8m

(W/m²) T1 T

2 T

3 T

99 83 73 38 77 77 62 4 11:50 95 44 72 67 51 36

2 T

3 T

4 T1

2 T

3 T

1 11:20 918 53 91 61 53 43

23 75 69 42 80 70 59 2 11:30 945 54 90 67 57 43 110 83 74 41 78 76 66 3 11:40 780 50 78 69 54 42

G Surya Gambar 4. 2. Grafik hubungan Temperatur (T

Suhu, ⁰C

Waktu G Surya T4 (apertur 0.5m2) T4 (apertur 1.1m2) T4 (apertur 0.8m2)

1000 1200 11:02 11:31 12:00 12:28 12:57 13:26 13:55 14:24

80 200 400 600 800

G Surya

Waktu G Surya T3 (apertur 0.5m2) T3 (apertur 1.1m2) T3 (apertur 0.8m2)

), Radiasi Surya (G) dengan Waktu Tanggal 28 April 2009

1000 1200 11:02 11:31 12:00 12:28 12:57 13:26 13:55 14:24

90 200 400 600 800

4 ), Radiasi Surya (G) dengan Waktu

Gambar 4. 3. Grafik hubungan Temperatur (T

G Surya Tabel 4. 2.Pengambilan Data II : Rabu / 29 April 2009 No. Jam

G Surya

54 46 50 29 44 43 49 17 14:00 154 34 42 43 40 36

59 59 51 36 50 51 45 9 12:40 628 40 53 51 45 36

60 56 51 36 50 50 49 10 12:50 145 37 52 50 46 35

56 52 51 33 48 49 50 11 13:00 920 37 53 49 49 36

59 50 53 37 50 48 52 12 13:10 108 38 52 50 42 37

54 52 49 35 49 50 43 13 13:20 864 35 51 46 46 35

52 50 50 33 45 45 48 14 13:30 592 35 51 45 45 37

54 46 51 30 46 43 49 15 13:40 803 35 50 45 44 38

53 45 51 28 45 43 50 16 13:50 706 35 44 44 41 37

51 48 44 34 44 44 43 18 14:10 107 34 40 43 38 35

64 62 64 37 53 54 46 7 12:20 906 42 57 52 50 38

45 48 43 34 43 44 41

80 100 120

200 400 600 800

1000 1200 11:02 11:31 12:00 12:28 12:57 13:26 13:55 14:24

Waktu Suhu, ⁰C

65 60 57 37 51 51 52 8 12:30 800 37 54 51 43 36

74 67 58 36 56 56 46 6 12:10 145 41 59 54 44 38

Kompor dengan luas apertur kolektor 0.5m

1.1m

0.8m

(W/m²) T1 T

2 T

3 T

82 72 59 37 58 58 46 5 12:00 152 42 65 54 44 36

2 T

3 T

4 T1

2 T

3 T

1 11:20 657 46 83 42 43 36 108 59 57 37 60 50 50 2 11:30 895 48 83 45 49 40 110 53 62 42 65 46 52 3 11:40 986 48 80 51 52 41 105 64 64 43 61 53 57 4 11:50 154 42 69 56 44 40

G Surya Gambar 4. 5. Grafik hubungan Temperatur(T

3 ), Radiasi Surya (G) dengan Waktu

G Surya

Suhu, ⁰C

Waktu G Surya T4 (apertur 0.5m2) T4 (apertur 1.1m2) T4 (apertur 0.8m2)

1000 1200 11:02 11:31 12:00 12:28 12:57 13:26 13:55 14:24

70 200 400 600 800

Suhu, ⁰C

Tanggal 29 April 2009 Gambar 4. 6. Grafik hubungan Temperatur(T

Waktu G Surya T3 (apertur 0.5m2) T3 (apertur 1.1m2) T3 (apertur 0.8m2)

1000 1200 11:02 11:31 12:00 12:28 12:57 13:26 13:55 14:24

80 200 400 600 800

4 ), Radiasi Surya (G) dengan Waktu

G Surya Tabel 4. 3.Pengambilan Data III : Kamis / 30 April 2009 No. Jam

G Surya

67 59 70 37 59 61 46 15 12:40 941 45 59 59 56 38

82 35 35 40 64 51 51

5 11:00 940 50 75 42 46 35

99 43 43 43 75 62 60

6 11:10 1022 51 78 48 48 35 106 51 52 44 83 73 64 7 11:20 1005 51 84 51 51 37 115 59 64 45 83 77 66 8 11:30 1003 53 94

58 56 43 122 72 78 45 82 78 62 9 11:40 866 56 98 62 57 48 122 76 85 45 80 77 60 10 11:50 1042 59 92 66 59 49 112 75 89 45 75 75 59 11 12:00 239 52 83 72 53 44

91 72 89 41 69 72 56 12 12:10 912 51 81 67 57 43

86 69 81 43 67 67 57 13 12:20 1022 48 75 67 59 40

77 67 74 43 61 64 57 14 12:30 120 43 69 65 51 38

66 60 67 41 57 58 52 16 12:50 765 43 58 52 54 38

67 33 33 38 53 41 42

62 59 60 41 54 54 48 17 13:00 144 43 56 57 48 37

57 53 61 37 51 53 43 18 13:10 904 43 52 52 50 37

57 56 58 40 51 51 49 19 13:20 840 43 53 50 50 40

59 54 52 40 51 49 43 20 13:30 804 43 57 50 51 41

58 54 50 41 51 49 42 21 13:40 724 45 58 51 51 41

60 54 48 42 51 49 43 22 13:50 775 45 58 52 49 41

59 52 46 43 51 49 43 23 14:00 723 45 56 51 46 41

57 51 46 42 51 49 43 24 14:10 614 43 51 51 42 40

57 50 49 43 51 49 45 25 14:20 912 38 45 49 41 38

4 10:50 830 46 69 36 43 35

3 10:40 974 43 66 34 41 36

Kompor dengan luas apertur kolektor 0.5m

1.1m

0.8m

(W/m²) T1 T

2 T

3 T

2 T

59 30 29 38 44 32 36

3 T

4 T1

2 T

3 T

1 10:20 760 37 44 26 36 36

46 28 27 35 35 27 33

2 10:30 840 40 59 28 38 35

50 44 50 40 50 48 48 Gambar 4. 7. Grafik hubungan Temperatur(T

Suhu, ⁰C

Waktu G Surya T3 (apertur 0.5m2) T3 (apertur 1.1m2) T3 (apertur 0.8m2)

1000 1200 9:36 10:48 12:00 13:12 14:24 15:36

90 200 400 600 800

), Radiasi Surya (G) dengan Waktu Tanggal 30 April 2009

G Surya

Suhu, ⁰C

Waktu

G Surya T2 (apertur 0.5m2) T2 (apertur 1.1m2) T2 (apertur 0.8m2)

1000 1200 9:36 10:48 12:00 13:12 14:24 15:36

200 400 600 800

80 100 120 140

G Surya Gambar 4. 9. Grafik hubungan Temperatur(T

4 ), Radiasi Surya (G) dengan Waktu

43 7 11:00 852 37 78 42 45

56 9 11:20 631 35 83 43 45 40 112 59 57

37 99 49 46

48 8 11:10 848 37 83 45 46

37 85 41 38

72 36 35

75 38 44

38 6 10:50 856

66 35 33

68 36 43

Suhu, ⁰C

Waktu

G Surya T4 (apertur 0.5m2) T4 (apertur 1.1m2) T4 (apertur 0.8m2)

1000 1200 9:36 10:48 12:00 13:12 14:24 15:36

90 100 200 400 600 800

66 10 11:30 906 36 91 51 50 43 118 74 67

65 12 11:50 660 38 100 64 51 46 115 88 73

65 11 11:40 855 38 99 59 51 48 122 83 73

Tanggal 30 April 2009 Tabel 4. 4.Pengambilan Data IV : Jumat / 1 Mei 2009 No. Jam

2 T

35 25 35

1 10:00 955

3 T

2 T

4 T1

3 T

2 T

(W/m²) T1 T

0.8m

1.1m

Kompor dengan luas apertur kolektor 0.5m

G Surya

35 25 26

38 5 10:40 957

49 29 29

58 32 33

62 33 43

35 4 10:30 824

52 29 41

33 3 10:20 705

44 27 27

44 27 41

29 2 10:10 514

G Surya Lanjutan Table 4.4. No. Jam

G Surya

41 59 52 46

43 22 13:50 775

41 60 54 48

42 21 13:40 724

41 58 54 50

43 20 13:30 804

43 23 14:00 723

Suhu, ⁰C

Waktu G Surya T2 (apertur 0.5m2) T2 (apertur 1.1m2) T2 (apertur 0.8m2)

1000 1200 9:36 10:48 12:00 13:12 14:24

200 400 600 800

80 100 120 140

Waktu Tanggal 1 Mei 2009

2 ), Radiasi Surya (G) dengan

45 Gambar 4. 10. Grafik hubungan Temperatur(T

40 57 50 49

Kompor surya menggunakan penyimpan panas dengan variasi apertur kolektor - USD Repository