PEMANAS AIR ENERGI SURYA DENGAN KOLEKTOR PIPA SERI Tugas Akhir - Pemanas air energi surya dengan kolektor pipa seri - USD Repository

  PEMANAS AIR ENERGI SURYA DENGAN KOLEKTOR PIPA SERI Tugas Akhir

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh SOLAR WATER HEATER WITH SERIES PIPE COLLECTOR Final Project

  Pressented as partial fulfillment of the requirements to obtain The Sarjana Teknik degree in

  Mechanical Engineering By

  Tugas Akhir PEMANAS AIR ENERGI SURYA DENGAN KOLEKTOR PIPA SERI

  Disusun oleh Anggara Nurwidhi Prasetyanta

  NIM : 035214026 Telah disetujui

  Tanggal 23 Februari 2008 Dosen Pembimbing

  Ir. FA.Rusdi Sambada,M.T

  Tugas Akhir PEMANAS AIR ENERGI SURYA DENGAN KOLEKTOR PIPA SERI

  Dipersiapkan dan ditulis oleh Anggara Nurwidhi Prasetyanta

  NIM : 035214026 Telah dipertahankan di depan panitia penguji pada tanggal 23 Februari 2008 dan dinyatakan memenuhi syarat

  Susunan Panitia Penguji Ketua : Budi Setyahandana, ST., MT. ______________ Sekretaris : R.B. Dwiseno Wihadi, ST., M.Si. ______________ Anggota : Ir. FA.Rusdi Sambada,M.T ______________

  Yogyakarta, 23 Februari 2008 Fakultas Sains dan Teknologi

  Universitas Sanata Dharma Pernyataan Dengan ini, saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 23 Februari 2008 Anggara N.P.

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tanggan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : Anggara Nurwidhi Prasetyanta Nomor Mahasiswa : 035214026 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : ……………………………………………………………………………………… …… Pemanas Air Energi Surya Dengan Kolektor Pipa Seri ................................. .................................................................................................................................... beserta peragkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me- ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dam mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 26 Februari 2008

  

Intisari

  Seiring perkembangan jaman pemanfaatan energi surya terus berkembang mengikuti kebutuhan manusia. Penelitian ini bertujuan membuat alat pemanas air memanfaatkan sumber panas alternatif yang ramah lingkungan serta mengetahui besar temperatur maksimum dan faktor efisiensi pemanas air tersebut.

  2 Sistem pemanas air ini menggunakan kolektor seri dengan luas 0,5 m

  tanpa menggunakan reflektor. Pengukuran suhu ditempatkan pada beberapa titik yaitu suhu air masuk, suhu kolektor suhu air keluaran serta suhu tangki penyimpan. Pengukuran dilakukan secara periodik yaitu setiap 10 menit pemanasan. Setiap jam dikeluarkan air sebanyak 5 liter dan diukur temperaturnya.

  Dari penelitian ini dapat diketahui besar faktor efisiensi tertinggi = 96%

  o

  dan faktor efisiensi rata-rata 58% serta suhu tertinggi sebesar = 66,90 C dan suhu

  o

  yang terendah 38,40 C.

  

Kata Pengantar

  Puji syukur kepada Allah Bapa di surga yang telah menganugerahkan berkat, rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir yang berjudul ” Pemanas Air Energi Surya dengan Kolektor Pipa Seri”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan, saran dan fasilitas, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan, kepada :

  1. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Budi Sugiharto, S.T., M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin 3. Ir. FA.Rusdi Sambada,M.T selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T selaku Dosen Pembimbing Akademik

  5. Agustinus Roni, selaku Laboran Laboratorium Mekanika Fluida

  10. Cevy Amelia, Maria Stephany Aliandu, Pak Hari dan keluarga atas dukungan, sindiran dan semangatnya.

  11. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak terlepas dari kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun akan selalu diterima supaya laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi orang lain khususnya teman- teman yang melaksanakan penelitian tentang sistem pemanas air energi surya..

  Yogyakarta, 23 Februari 2008 Hormat saya

  Anggara N.P

  Daftar Isi

  Halaman Judul ............................................................................................................i Tittle Page .................................................................................................................. ii Halaman Pengesahan Pembimbing.............................................................................iii Halaman Pengesahan ..................................................................................................iv Halaman Pernyataan .................................................................................................. v Intisari ........................................................................................................................vi Kata Pengantar ..........................................................................................................viii Daftar Isi ....................................................................................................................ix Daftar Gambar ............................................................................................................xi Daftar Tabel ..............................................................................................................xiii

  BAB I PENDAHULUAN

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

  1.2 Rumusan masalah .................................................................................... 3

  1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 4

  2.1.5 Pipa Saluran Air .............................................................................. 13

  2.1.6 Keran Pengeluaran Air Panas ......................................................... 13

  2.2 Penelitian yang pernah dilakukan ............................................................ 14

  BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Skema Alat .............................................................................................. 15

  3.2 Cara Kerja Alat ....................................................................................... 16

  3.3 Diagram Alir Penelitian ........................................................................... 17

  3.4 Peralatan yang digunakan pada Penelitian............................................... 18

  3.5 Langkah Penelitian................................................................................... 19

  3.5.1 Pembuatan Alat .............................................................................. 19

  3.5.2 Pelaksanaan Penelitian ................................................................... 19

  3.5.3 Parameter yang dihitung ................................................................ 21

  3.6 Langkah Perhitungan ............................................................................... 21

  BAB IV PEMBAHASAN

  4.1 Data Hasil Pengamatan ............................................................................ 24

  4.2 Perhitungan Data Hasil Percobaan........................................................... 32

  Daftar Pustaka ........................................................................................................... 59 Lampiran ................................................................................................................... 60

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Air panas sangat dibutuhkan dalam kehidupan kita sehari-hari, mulai dari keperluan rumah tangga hingga untuk proses-proses industri. Air panas ini dapat disediakan dengan berbagai macam cara atau proses, antara lain yang telah umum kita lakukan yaitu dengan merebus menggunakan sumber panas api. Akan tetapi ada cara lain yang lebih murah dan mudah yaitu melalui peralatan pemanas air dengan sistem tenaga surya (Solar Water Heater System). Seiring perkembangan jaman pemanfaatan energi surya terus berkembang mengikuti kebutuhan manusia. Melalui pancaran tenaga surya / sinar matahari langsung ini, kita dapat memperoleh pemanasan air tanpa harus menggunakan energi listrik ataupun harus membeli bahan baker minyak.

  Pemanas air tenaga surya telah banyak digunakan di negara-negara maju seperti; Jepang, Australia dan Israel. Pemanas thermosifon merupakan tipe pemanas kolektor. Air dialirkan kembali ke dalam tangki penyimpan apabila radiasi surya tidak cukup.

  Pemanas air sistem thermosifon merupakan sistem pemanas air yang sederhana, sistem ini hanya terdiri dari sebuah tangki penyimpan yang ditempatkan lebih tingi di bagian atas dari kolektor. Thermosifon diciptakan oleh perbedaan massa jenis fluida, apabila dalam kolektor memperoleh panas dari matahari, maka massa jenisnya turun; segera setelah perbedaan massa jenis antara kolektor dan tangki telah cukup untuk mengatasi tinggi gesekan dari sistem, maka terjadilah suatu sirkulasi searah jarum jam, air hangat dari kolektor dipindahkan ke tangki penyimpan dan diganti oleh air yang dingin dari dasar tangki. Sirkulasi ini berlanjut sampai seluruh sistem mencapai temperature yang seragam. Gerakan sirkulasi fluida ini tidak lagi memerlukan sensor temperatur, alat-alat kontrol, pompa serta motor.

  Pemanas air tenaga surya merupakan suatu peralatan pemanas air yang menggunakan media pemanas yang diperoleh dari radiasi atau pancaran sinar matahari. Pada prinsipnya pemanas air tenaga surya ini didasari prinsip mekanika fluida dalam saluran melalui cara konveksi, apabila sirkulasi dilakukan dengan pompa, biasa kita sebut dengan konveksi paksa. Pelat penyerap yang panas itu melepaskan panas ke pelat penutup kaca dengan cara konveksi alamiah dan dengan cara radiasi.

  Pemanas cairan surya pada umumnya terdiri dari selembar bahan konduktif thermal yang biasa disebut pelat penyerap yang terhubung dengan pipa pemindah panas. Radiasi thermal ditransmisikan melalui penutup yang trnsparan dan diubah menjadi panas pada pelat penyerap tersebut. Alat pemanas cairan digunakan untuk menyediakan air panas untuk keperluan industri dan sistem air panas untuk keperluan rumah tangga.

1.2 Rumusan Masalah

  Pada penelitian ini akan dibuat model pemanas air jenis thermosifon yang tersusun seri dan bersusun pararel untuk mengetahui unjuk kerja yang dihasilkan jika digunakan di Indonesia, dalam hal ini penelitian dilakukan di halaman laboratorium

  1.3 Tujuan Penelitian a.

  Membuat model pemanas air energi surya sederhana (jenis thermosifon).

  b. Mengetahui temperatur air dan faktor efisiensi pemanas air yang dapat dihasilkan.

  c. Membandingkan hasil penelitian ini dengan hasil penelitian lain yang ada.

  1.4 Batasan Masalah

  a. Kemiringan kolektor 30

  °

  tipe seri, luas 0,5 m

  2 dan susunan pipa seri.

  b.

  Jumlah tangki yang digunakan 2 buah, yaitu tangki air dingin(atas), dan tangki air panas (bawah).

  c.

  Volume air tiap tangki 20 liter

  d. Pemakaian / pengambilan air panas dilakukan setiap 1 jam sekali sebanyak 5 liter

  1.5 Manfaat Penelitian a. Menambah kepustakaan teknologi pemanas air energi surya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

  Pemanas air sistem thermosifon merupakan salah satu dari sistem pemanas air tenaga surya atau tenaga matahari. Pemanas air tenaga surya menggunakan sinar matahari sebagai sumber panas, ini berbeda dengan pemanas air elektrik yang mamarlukan tenaga listrik sebagai sumber energi panas. Pemanas air tenaga matahari ini jauh lebih sederhana dan lebih efisien dibandingkan dengan pemanas air elektrik, karena pemanas air tenaga surya hanya memerlukan panas matahari yang cukup untuk membangkitkan panas yang digunakan untuk memanaskan air di dalam kolektor. Berbeda dengan yang elektrik dimana pemanas air elektrik hanya dapat beroperasi bila ada temaga listrik, hal ini akan menyulitkan bila pemanas air elektrik ini harus beroperasi di daerah yang belum terjangkau listrik.

  Pemanas air tenaga surya bekerja untuk memanaskan air melalui pemanas menyebabkan air panas akan ikut terdorong mengalir keluar dari kolektor pemanas menuju ke tangki penyimpan air panas yang terletak lebih tinggi dari tangki penyimpan air dingin. Demikian siklus ini bekerja, air dingin akan terpanasi oleh kolektor sehingga menjadi lebih ringan dan akan terdorong ke atas menuju tangki penyimpan air panas. Siklus ini akan terus bekerja sehingga seluruh air akan terpanasi dengan suhu secara merata.

Gambar 2.1 Pemanas air sistem thermosifon

2.1.1 Prinsip kerja pemanas air tenaga surya

  

Gambar. 2.2 Aliran panas ke dalam cairan

  panas kemudian dipindahkan ke fluida dalam saluran melalui cara konveksi. Agar panas tidak cepat hilang maka isolasi harus benar-benar baik.

  Sebagai gambaran mengenai perpindahan panas dalam sebuah alat pemanas air tenaga surya, dapat terjadi melalui konduksi, konveksi, dan radiasi.

• Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan kalor yang melalui media padat. Panas mengalir dari temperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah.

  10 Radiasi ini akan merambat dengan kecepatan cahaya 3 x 10 m/s.

  Kecepatan ini sama dengan perkalian panjang gelombang dengan frekuensi radiasi.

Gambar 2.3 Radiasi surya

2.1.2 Kolektor

  Kolektor merupakan suatu komponen atau peralatan yang fungsinya Kaca bening baik untuk digunakan pada tempat yang langsung terkena sinar matahari.

  Tembaga mempunyai sifat sebagai penghantar panas dan penghantar listrik yang sangat tinggi. Selain mempunyai daya hantar panas yang baik, tembaga juga mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap terjadinya karat, sehingga biasa digunakan pada pembuatan alat pemanas.

Gambar 2.4 Kolektor

  Kolektor yang digunakan adalah kolektor pelat datar. Kolektor jenis ini merupakan kolektor yang biasa digunakan di rumah untuk pemanas air dan kaca memungkinkan cahaya untuk mengenai penyerap tapi mengurangi jumlah panas yang dapat dilepas. Alas dan sisi dari kolektor pada umumnya diisolasi, tujuannya untuk memperkecil hilangnya panas.

Gambar 2.5 Susunan pipa kolektor pararel dan seri

  Pelat penyerap pada umumnya hitam sebab warna hitam adalah penyerap energi matahari yang baik. Cahaya matahari lewat melalui kaca dan memantul ke pelat penyerap, yang akan memanaskan dan akan mengubah radiasi matahari menjadi energi panas. Panas ditransfer ke udara atau cairan yang terdapat pada kolektor itu. Plat penyerap biasanya ditutup dengan mantek

  Tembaga lebih mahal, tetapi merupakan konduktor yang lebih baik dan cenderung lebih mudah berkarat dibanding aluminium.

2.1.3 Tangki penampung air

  Air yang nantinya akan disikulasikan terlebih dahulu akan disimpan dan ditampung di dalam tangki. Oleh karena itu penyimpan harus mempunyai sifat yang tahan terhadap air, diantaranya harus tahan terhadap terjadinya karat. Apabila tangki air ini mudah terkena karat ini akan sangat berbahaya, karena air yang disimpan akan ikut jadi kotor tercemar oleh karat yang ada ditangki. dibawah titik didih air 100

  C. Alat pemanas air thermosifon ini akan mempergunakan tangki yang terbuat dari plastik dan plat logam. Tangki plastik ini seperti yang telah dijelaskan salah satunya untuk menghindari terjadinya karat. Dengan tangki yang terbuat dari bahan plastik ini pula, pengerjaan akan lebih mudah kemudian plat logam mudah dibentuk dan relatif tahan terhadap terjadinya panas. Tangki yang akan digunakan untuk menyimpan dan menampung air harus bebas dari segala kotoran agar tidak mengotori pipa kolektor.

2.1.4. Isolasi

  Agar panas yang diperoleh dari sistem thermosifon tidak mudah terlepas ke lingkungan sekitar maka diperlukan isolasi yang baik. Isolasi ini sangat penting, apalagi jika pemanas air ini digunakan pada daerah yang cukup dingin. Dengan adanya isolasi ini diharapkan dapat mencegah keluarnya suhu air panas dari tangki ke lingkungan sekitar. Isolasi yang digunakan pada perancangan alat pemanas air energi surya ini adalah isolasi

2.1.5. Pipa saluran air

Gambar 2.7 Pipa saluran air

  Dalam pemanas air tenaga surya ini digunakan pipa besi sebagai penyalur aliran air. Pipa besi ini dipilih karena dalam perancangan sebelumnya yang menggunakan pipa pralon, mempunyai kecenderungan tidak kuat atau pipa pralon berubah bentuk karena menerima panas dari air panas yang keluar dari kolektor. Selain itu pipa pada bagian output kolektor diberi isolasi berupa karet ban untuk mengurangi laju perpindahan kalor ke lingkungan sekitar.

Gambar 2.8 Keran pengeluaran air panas

  Untuk mengeluarkan air panas dari hasil pemanasan dengan sistem thermosyphon ini, digunakan keran yang terpasang pada bagian atas tangki penyimpanan air panas. Pemasangan keran pada bagian wadah ini bertujuan agar air yang diambil selalu mendapatkan air yang terpanas karena massa jenis air panas lebih ringan dan berada di bagian atas daripada air yang lebih dingin yang berada di bagian bawah tangki penyimpan.

2.2. Penelitian yang pernah dilakukan

  Pada penelitian pemanas air sistem termosiphon dengan pipa seri sebelumnya oleh saudara Agus Tomi pada tahun 2004, pemanas air termosiphon ini menggunakan pipa pralon sebagai alat distribusi airnya. Tangki penyimpan air panas menggunakan jerigen plastik yang cenderung kurang bisa menahan suhu tinggi. Alat ini dijemur dibawah terik matahari antara pukul 09.00 hingga 15.00 dan dibiarkan hingga air

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema alat

  Parameter yang diukur dalam pemanas air thermosifon ini antara lain : T1 = suhu permukaan kaca (

  C) T2 = suhu permukaan kolektor (

  C) T3 = suhu air masuk kolektor (

  C) T4 = suhu air keluar kolektor (

  C) T5 = suhu penampung air bagian bawah (

  C) T6 = suhu penampung air bagian atas (

  C) T lingkungan = suhu lingkungan sekitar (

  C) T

  air keluar

  = Temperatur air keluar (

  C) V = Tegangan (Volt)

3.2 Cara Kerja Alat

  Prinsip kerja sistem pemanas air tenaga surya ini adalah pertama air dimasukkan ke dalam alat pemanas ini hingga tangki cadangan atau tangki penyimpan air dingin terisi penuh, ini dimaksudkan agar siklus termosiphon dapat air panasyang terletak lebih rendah daripada tangki penyimpan air dingin. Demikian siklus ini bekerja, air dingin akan terpanasi oleh kolektor sehingga massa jenisnya menjadi lebih ringan dan akan terdorong ke atas oleh air dingin, siklus ini akan terus berlangsung berulang – ulang hingga seluruh air akan mencapai suhu yang seragam.

3.3 Diagram Alir Penelitian

  Mulai Pembuatan / perbaikan alat sebagai sarana penelitian

  Uji coba alat Ya

  Ada masalah alat Tidak

  Pengambilan data Analisa data

3.4 Peralatan yang digunakan pada penelitian 1.

  Kolektor Panjang kolektor = 1 m Lebar = 0,5 m

  2. Kaca Tebal = 0,003 m Panjang = 1 m Lebar = 0,5 m Luasan kaca (A ) = 1 m x 0,5 m

  c

  2

  = 0,5 m Transmitasi-absorber normal ( = 0,8

  τα )

  3. Rangka dan casing Kemiringan kolektor ( = 30°

  β) 4. Pipa besi ukuran ½ anci

  Diameter pipa (d1) = 0,013 m

  Tangki air panas Terbuat dari jerigen plat seng, dengan kapasitas 20 liter

  Diameter = 0,28 m Tinggi = 0,37 m

  6. Massa air yang ditampung tangki adalah 20 liter

3.5 Langkah Penelitian

3.5.1 Pembuatan Alat 1.

  Membuat tangki dari seng (ember cat) dengan kapasitas 20 liter.

  2. Memasang kolektor dengan sudut kemiringan 30°.

  3. Membuat pipa saluran air beserta ulirnya untuk penyambungan

  4. Merangkai tangki yang dihubungkan dengan pipa yang sudah dibuat dengan kolektor.

  5. Mengisolasi dan menyiler sambungan –sambungan pipa,kolektor, serta kotak penampung tangki air panas.

b. Pengukuran masukan energi matahari 1.

  Solar cell dipanaskan dan diatur posisinya sama dengan kemiringan kolektor.

2. Diukur voltasenya setiap 10 menit bersamaan dengan pengambilan data.

  c. Pengambilan data

  Setiap 10 menit diukur temperatur ruangan, temperatur kolektor (T1), temperatur kaca (T2), temperatur air masuk kolektor (T3), temperatur air keluar kolektor(T4), temperatur air masuk tangki bagian atas (T5), temperatur air masuk tangki bagian atas bawah (T6), energi radiasi matahari yang terserap.

  d. Lokasi Pengambilan data

  Halaman laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.5.4 Parameter yang dihitung 1.

  ph )

  Arus keluaran sel yang masuk kolektor (I

  T

  2. Energi sel surya yang terukur (G ) 3. s )

  Tahanan thermal (U

  4. Temperatur tangki rata-rata (Ts) 5.

  Faktor efisiensi (F’)

3.6 Langkah Perhitungan

  Karena akan menggunakan temperatur air kolektor rata – rata (T

  1 +T )/2 maka

  Faktor efisiensi dinyatakan dengan persamaan : (Wiranto Arismunandar, 1995:116)

  dTs ₁ ( m ⋅ + C ) ( U A ( T − T )) _{s s S S S r} d

  θ

  F =

  ( 3.1 ) ⎡ T T ⎤

  ⎛ + ^{1 ⎞}

  ⎢ ⎥

  A G U T _{c T L ⎜ ⎟ a} ( ) τα − −

  2 ⎝ ⎠

  ⎣ ⎦

  s

  dengan : m = massa air (liter)

  s C = panas jenis fluida dTs = T awal – T sebelum dT = waktu (detik) θ

  2

  2 s

  U = Tahanan thermal (W/(m .K))

  2 s

  A = Luas permukaan (m )

• Arus keluaran sel yang masuk kolektor ( I )

  Dirumuskan;

  ph

  I = V / R (ampere) ( 3.2) Dimana ; V = Voltase terukur ( V )

  R = Hambatan Resistor ( Ω )

  T

• Radiasi masuk (G ) Yaitu jumlah intensitas radiasi yang di terima oleh solar cell.

  Dirumuskan; (Solar sell. GL8 33 TF 5.4W/12V System)

  T ph

  G = (I /0,4) x 1000 ( 3.3 )

• Tahanan Thermal ( Us )

  Yaitu jumlah hambatan total antara air dalam tangki sampai luar box Dirumuskan; (J.P. Holman, 1994: 33) 1 Δ x

  1 Δ x 2 Δ x 3 Δ x

  4

  1

• = + + ( 3.4 )

  Us k

  1 k 2 k 3 k 4 h dimana ; ∆x1= tebal plat seng (m)

• Koefisien konveksi luar ( h0 ) Dinyatakan dengan persamaan : (Wiranto Arismunandar, 1995:51)

  h0 = 5,7 + (3,8).V W/(m

  2

  .K) (3.5 ) dengan ; V = kecepatan angin (m/s)

BAB IV PEMBAHASAN Dalam bab ini data yang diperoleh dari hasil penelitian akan dianalisa untuk

  mengetahui faktor efisensi (F’) dari pemanas air sistem termosifon. Pada bab ini juga akan ditunjukkan tabel data yang diperoleh selama pengujian atau pengambilan data.

4.1. Data Hasil Pengamatan Pengujian alat diakukan pada tanggal 1 September 2007 hingga 14 September 2007.

  Tempat Percobaan = Halaman depan laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

  Jenis Reflektor = thermosifon Seri Besar Tahanan = 10 Ohm Kemiringan Kolektor = 30° Luas kolektor = 0,5 m

  2 Diameter tabung = 28 cm

  Tinggi tabung = 37 cm T4 = suhu air keluar kolektor (

  C) T5 = suhu penampung air bagian bawah (

  C) T6 = suhu penampung air bagian atas (

  C) Sedangkan untuk mengukur parameter yang lain yaitu suhu lingkungan dan radiasi matahari digunakan termokopel dan solarcell. Hasil pengambilan data penelitian dapat dilihat pada tabel 4.1 sampai dengan 4.6 . Pada tabel –tabel tersebut beberapa data diarsir, yang berarti data tidak dipakai karena suhu rata-rata air tangki turun.

Tabel 4.1 Data penelitian termosifon pipa seri pertama

  Waktu T1 (° C) T2

  (° C) T3 (° C) T4

  (° C)

T5

(° C)

T6

  (° C) T lingk (° C)

  V T air keluar (° C) T rata2 (° C)

  

10:05 29,50 46,10 16,30 38,40 26,90 34,50 26,50 3,66 30,70

10:15 29,50 47,10 17,60 40,90 26,90 40,30 28,00 3,41 33,60

10:25 38,00 47,20 20,30 47,00 27,80 40,60 30,70 3,39 34,20

10:35 38,20 55,00 21,10 53,00 27,60 42,20 31,20 3,37 34,90

10:45 41,00 56,40 21,00 53,90 30,60 46,00 32,50 3,56 38,30

10:55 43,90 57,00 22,10 54,20 33,20 47,50 33,00 3,56 40,35

11:05 44,10 59,20 23,10 56,60 34,20 49,20 32,80 4,46 48,30 41,70

11:15 54,00 52,10 23,10 54,20 30,70 42,20 29,60 4,46 36,45

11:25 57,60 58,00 24,00 55,90 31,40 44,60 28,10 3,57 38,00

11:35 60,20 60,30 25,50 56,40 32,00 47,60 31,20 3,87 39,80

11:45 63,70 60,90 26,20 56,80 35,90 49,00 32,90 3,92 42,45

11:55 63,20 61,10 26,00 58,70 36,00 52,00 30,40 2,58 44,00

12:05 63,50 61,30 25,20 60,90 38,20 58,20 31,80 3,98 59,10 48,20

12:15 63,50 64,50 24,20 57,20 35,40 49,10 27,90 3,61 42,25

12:25 63,90 64,10 26,00 59,10 39,20 53,00 29,40 2,88 46,10

12:35 64,00 63,00 27,00 60,00 39,60 56,20 30,00 2,63 47,90

12:45 64,30 62,60 25,10 60,90 39,10 57,80 33,10 3,62 48,45

12:55 65,20 62,50 26,20 63,20 39,00 59,80 27,00 3,49 49,40

13:05 66,50 62,90 26,90 66,90 40,20 61,20 26,70 3,17 61,20 50,70

13:15 63,60 64,00 25,70 55,20 34,20 49,20 28,10 2,79 41,70

13:25 66,10 66,30 25,70 57,70 33,10 50,90 30,00 2,93 42,00

13:35 63,20 60,00 23,50 56,00 34,60 52,00 31,30 2,93 43,30

13:45 55,20 56,00 25,90 57,80 33,50 55,20 25,00 2,14 44,35

13:55 56,60 57,70 27,00 59,00 33,30 56,70 29,70 2,17 45,00

Tabel 4.2 Data penelitian termosifon pipa seri kedua

  44,30 51,10 26,20 59,00 38,50 51,10 29,40 3,54 44,80 11:05 40,40 49,60 24,30 56,00 38,70 52,70 30,30 3,70

  39,90 13:35 24,10 51,80 30,80 59,00 22,80 47,70 30,10 2,73 35,25

  

12:25 43,50 57,20 30,00 64,50 37,70 55,50 29,50 3,57 54,00 46,60

12:35 54,50 57,60 27,30 59,50 35,30 52,40 26,80 3,05 43,85

12:45 52,80 51,70 27,30 62,30 32,00 53,30 28,80 3,18 42,65

12:55 46,60 53,10 28,30 63,40 30,50 53,00 25,90 3,14 41,75

13:05 42,20 45,20 29,40 58,50 29,20 53,00 29,70 0,00 41,10

13:15 46,70 51,80 28,80 61,00 28,00 48,20 30,60 2,90 38,10

13:25

43,90 54,00 29,10 60,70 27,30 52,50 28,80 2,98 54,80

  12:05 44,40 49,90 25,50 57,60 33,30 53,70 30,00 3,34 43,50

12:15 43,10 55,40 28,20 61,50 35,10 52,40 30,50 3,43 43,75

  41,10 11:55 41,30 54,40 26,20 58,00 35,00 49,70 28,50 2,61 42,35

  45,00 52,80 26,20 56,10 33,00 50,50 30,20 3,51 41,75 11:45 43,30 54,00 24,90 59,80 31,60 50,60 29,10 3,32

  11:25

43,30 55,40 24,60 55,60 35,20 51,30 30,60 3,70 51,70

43,25 11:35

  45,70 11:15 54,00 55,00 24,50 57,50 39,00 53,00 32,10 3,69 46,00

  10:45 43,20 52,50 31,50 57,50 38,70 51,40 32,00 3,84 45,05 10:55

  Waktu T1 (° C) T2

  47,15 10:35 42,20 50,00 26,10 59,10 36,40 49,90 25,30 3,74 43,15

  44,20 48,50 22,30 55,30 40,90 50,00 29,90 3,47 45,45 10:25

40,70 54,10 22,10 57,60 42,30 52,00 25,90 3,53 45,20

  10:05 44,10 54,70 28,20 59,00 39,30 49,40 23,70 3,42 44,35 10:15

  

9:25 33,20 49,20 21,70 44,30 29,30 27,50 26,20 3,31 28,40

9:35 36,40 53,40 20,10 50,80 31,80 31,10 25,30 3,40 31,45

9:45 37,50 48,70 21,10 51,10 36,60 40,40 26,40 3,32 38,50

9:55 43,90 54,00 24,70 55,80 38,40 45,80 29,70 3,48 42,10

  V T air keluar (° C) T rata2 (° C)

  (° C) T lingk (° C)

  (° C) T5 (° C) T6

  (° C) T3 (° C) T4

  13:45 42,30 43,90 36,20 56,90 28,10 49,50 28,20 0,53 38,80

Tabel 4.3 Data penelitian termosifon pipa seri ketiga

  Waktu T1 (° C) T2

  (° C) T3 (° C) T4

  (° C)

T5

(° C)

T6

  (° C) T lingk (° C)

  V T air keluar (° C) T rata2 (° C)

  

9:00 39,20 31,20 21,00 48,10 28,20 28,50 24,40 2,69 28,35

9:10 41,10 37,90 20,60 51,10 33,60 35,40 24,90 2,78 34,50

9:20 42,30 41,00 23,30 52,00 35,70 40,90 28,10 2,88 38,30

9:30 46,00 41,00 22,00 53,00 37,20 45,00 30,00 2,93 41,10

9:40 45,40 41,90 24,80 54,10 38,30 47,20 31,40 3,16 42,75

9:50 41,30 45,00 24,00 54,70 39,40 48,30 33,10 3,17 43,85

  10:00 40,00 44,10 23,30 55,90 40,30 50,10 30,70 3,18 49,90 45,20

10:10 35,60 42,80 24,80 55,50 35,60 47,90 31,00 3,18 41,75

  

10:20 37,30 43,40 25,00 56,80 35,20 48,20 29,70 3,10 41,70

10:30 42,10 44,20 28,50 60,20 33,60 38,90 29,90 3,30 36,25

10:40 41,30 50,10 23,00 57,00 37,30 52,00 32,20 3,54 44,65

10:50 35,30 51,50 22,00 55,40 36,70 51,70 30,10 3,48 44,20

11:00 38,60 40,00 25,00 60,20 41,10 54,80 33,10 3,46 53,00

  47,95

11:10 37,70 45,40 27,60 57,50 37,70 54,30 34,10 3,34 46,00

11:20 47,00 52,30 31,50 60,10 35,70 53,80 33,20 3,24 44,75

11:30 44,30 38,60 28,30 52,60 35,70 53,40 35,20 3,40 44,55

11:40 46,50 40,20 32,50 53,20 34,70 52,00 31,20 2,42 43,35

11:50 42,90 36,20 34,80 47,50 32,50 50,50 33,00 0,48 41,50

12:00 47,00 35,10 32,00 45,80 33,00 51,50 31,90 0,85 51,00

  42,25

12:10 43,20 35,90 35,50 47,70 32,50 49,50 32,00 0,83 41,00

12:20 44,30 33,30 31,30 44,50 30,80 50,10 36,00 2,88 40,45

12:30 46,00 40,80 32,20 56,70 31,20 48,80 28,30 2,70 40,00

12:40 48,20 46,50 35,20 58,80 29,60 41,50 30,40 2,89 35,55

12:50 48,30 35,50 39,80 57,00 23,10 47,00 31,10 0,65 35,05

Tabel 4.4 Data penelitian termosifon pipa seri keempat

  Waktu T1 (° C) T2

  (° C) T3 (° C) T4

  (° C)

T5

(° C)

T6

  (° C) T lingk (° C)

  V T air keluar (° C) T rata2 (° C)

  

9.30 41,3 16,6 24,6 39,2 32,5 32,5 28,7 3,16 32,5

9.40 45,0 45,1 20,5 43,6 44,0 44,0 28,7 3,11 44

9.50 39,2 48,1 16,2 49,5 43,7 43,7 32,8 3,30 43,7

  

10.00 37,6 50,0 18,8 41,5 44,7 44,7 31,3 3,40 44,7

10.10 34,7 48,0 14,7 42,6 44,5 44,5 32,2 3,52 44,5

10.20 40,0 45,0 14,5 45,0 29,0 45,0 30,2 3,59

  37

10.30 41,4 54,3 17,3 41,9 34,7 47,2 31,6 3,81 47,3 40,95

10.40 41,7 48,4 13,3 48,1 34,5 47,1 30,8 3,65 40,8

10.50 40,1 51,2 17,3 48,0 33,9 48,3 30,8 3,69 41,1

11.00 43,1 47,1 14,9 48,7 33,7 47,5 27,1 3,86 40,6

11.10 55,4 53,7 17,2 50,5 35,1 48,2 30,1 3,87 41,65

11.20 57,6 50,6 14,9 57,8 35,8 50,2 30,2 3,88

  43

11.30 61,5 56,5 17,3 64,7 37,8 50,5 32,2 3,92 52,6 44,15

11.40 53,4 54,0 31,3 46,9 33,7 50,4 32,4 3,86 42,05

11.50 55,1 49,0 35,9 53,4 32,3 49,5 31,2 3,88 40,9

12.00 50,2 54,8 39,9 51,3 36,7 52,1 31,5 3,81 44,4

12.10 60,4 57,9 44,5 55,6 39,6 52,8 31,1 3,10 46,2

12.20 62,1 57,7 47,0 59,1 41,0 54,2 29,5 3,49 47,6

12.30 63,9 60,0 50,2 62,0 42,6 55,7 29,7 3,54 56,3 49,15

12.40 55,3 44,1 46,8 57,7 37,5 52,9 29,5 3,20 45,2

12.50 56,5 43,2 44,0 57,8 35,0 54,4 28,3 0,67 44,7

13.00 55,8 56,5 45,0 63,0 38,0 55,3 30,6 3,26 46,65

13.10 59,5 53,5 38,2 68,2 38,1 57,0 28,7 3,54 47,55

13.20 60,0 47,0 43,2 67,1 37,7 56,6 28,9 2,50 47,15

13.30 65,1 51,3 38,3 61,5 35,4 57,8 26,3 1,98 58,7 46,6

  Keterangan:

Tabel 4.5 Data penelitian termosifon pipa seri kelima

  Waktu T1 (° C) T2

  (° C) T3 (° C) T4

  (° C) T5 (° C) T6

  (° C) T lingk (° C)

  V T air keluar (° C) T rata2 (° C)

  

9:50 35,70 41,60 21,00 43,00 28,30 27,90 26,30 3,63 28,10

10:00 38,60 45,70 21,10 48,40 27,60 37,10 25,50 3,07 32,35

10:10 40,60 53,40 21,30 51,80 35,50 44,00 26,70 2,28 39,75

10:20 43,10 54,70 22,00 54,00 40,50 47,50 31,20 4,04 44,00

10:30 48,40 46,40 22,60 52,30 36,50 48,50 33,60 3,73 42,50

10:40 44,30 43,20 27,00 49,50 36,10 48,70 32,10 2,33 42,40

10:50 42,00 41,70 28,90 47,10 35,80 49,20 31,60 1,11 48,30 42,50

11:00 43,30 46,20 22,30 44,00 33,70 46,70 29,60 3,94 40,20

11:10 46,10 40,30 23,70 51,90 37,20 49,50 28,70 1,32 43,35

11:20 30,80 35,50 28,70 46,70 32,60 45,90 30,60 1,30 39,25

11:30 38,70 35,00 20,20 45,40 30,20 44,50 22,80 1,11 37,35

11:40 39,70 36,00 29,20 43,90 29,80 40,50 21,50 1,50 35,15

11:50 50,50 46,00 28,60 48,70 27,20 41,20 20,50 4,50 37,00 34,20

12:00 47,40 40,10 29,20 48,80 29,10 41,50 21,70 1,52 35,30

12:10 42,40 38,80 30,90 48,90 31,80 41,90 22,80 1,05 36,85

12:20 46,10 38,00 32,20 48,00 32,00 43,20 28,60 1,67 37,60

12:30 40,40 37,90 30,20 46,10 30,10 44,20 20,50 0,74 37,15

12:40 39,40 33,90 31,10 43,50 28,00 39,70 25,10 1,02 33,85

12:50 43,20 37,00 31,50 45,70 31,40 37,90 24,60 1,13 41,20 34,65

13:00 35,10 36,00 25,40 40,10 28,70 33,00 25,30 0,75 30,85

13:10 36,80 36,20 27,60 41,60 26,20 35,00 28,60 0,87 30,60

13:20 32,50 34,20 27,40 43,20 23,70 36,90 26,70 0,98 30,30

13:30 35,00 36,10 26,40 45,10 24,30 37,60 25,70 1,55 30,95

13:40 38,30 37,50 21,50 43,80 25,30 36,70 24,40 1,12 31,00

13:50 39,40 33,80 28,50 44,40 26,10 38,70 26,90 1,05 41,90 32,40

  Keterangan: Baris data terarsir tidak dipakai dalam perhitungan

Tabel 4.6 Data penelitian termosifon pipa seri keenam

  Waktu T1 (° C) T2

  (° C) T3 (° C) T4

  (° C)

T5

(° C)

T6

  (° C) T lingk (° C)

  V T air keluar (° C) T rata2 (° C)

  

10:10 48,00 44,60 31,30 47,70 39,10 40,70 30,20 3,23 39,90

10:20 45,10 43,00 27,00 50,80 41,40 44,00 34,30 3,20 42,70

10:30 44,90 44,50 19,30 50,70 41,90 47,00 33,30 3,25 44,45

10:40 44,40 46,50 18,50 50,60 42,80 50,40 33,40 3,30 46,60

10:50 54,10 48,50 25,60 55,00 43,50 52,00 33,70 3,33 47,75

11:00 54,70 44,70 27,70 53,30 41,30 50,40 32,90 3,37 45,85

11:10 41,10 45,30 24,70 57,00 42,40 52,80 31,20 3,34 50,40 47,60

11:20 47,20 44,30 24,90 56,00 41,30 53,00 33,20 3,30 47,15

11:30 49,40 44,00 25,20 55,20 39,10 53,30 35,50 3,39 46,20

11:40 46,70 46,60 26,10 52,90 40,60 54,40 35,20 3,25 47,50

11:50 46,60 45,60 26,30 55,10 38,80 53,70 34,40 3,18 46,25

12:00 45,50 45,70 26,70 53,60 39,00 53,30 35,30 3,11 46,15

12:10 46,10 46,30 31,40 55,10 40,00 53,50 33,20 2,53 54,50 46,75

12:20 46,00 43,00 33,20 53,50 36,10 51,20 31,00 2,82 43,65

12:30 49,80 43,40 29,90 53,80 34,90 52,20 31,50 2,80 43,55

12:40 42,70 40,10 30,10 50,40 35,90 52,00 31,20 1,25 43,95

12:50 46,20 46,20 24,20 53,90 35,80 49,00 31,70 2,66 42,40

13:00 47,90 42,00 23,20 54,20 35,00 48,10 28,90 2,58 41,55

13:10 50,10 45,10 36,80 52,10 32,50 52,70 26,80 2,38 54,70 42,60

13:20 51,80 43,80 42,20 58,50 26,60 48,00 27,80 2,37 37,30

13:30 48,40 44,40 36,20 57,90 29,10 51,90 33,20 2,37 40,50

13:40 41,80 44,50 40,50 61,00 30,50 53,30 34,70 3,05 41,90

13:50 42,50 43,00 42,30 59,60 27,10 52,10 32,10 3,02 39,60

14:00 44,10 42,20 43,20 59,90 26,30 52,50 33,20 2,93 39,40

14:10 46,60 41,00 44,30 60,30 25,00 53,00 34,30 2,83 55,10 39,00

14:20 48,60 39,50 42,50 58,20 24,20 48,50 31,00 2,58 36,35

14:30 46,00 41,90 41,40 59,00 26,20 48,60 30,30 2,64 37,40

14:40 45,70 42,40 30,10 58,00 25,10 50,70 31,50 2,20 37,90

14:50 49,90 41,10 27,80 60,20 26,00 49,60 31,90 2,55 37,80

4.2. Perhitungan Data Hasil Percobaan Energi surya total merupakan energi surya yang masuk ke kolektor.

  Dengan bantuan sel surya (solar sell), maka energi radiasi surya yang dipancarkan saat itu dapat diolah menjadi inputan voltase setelah sel surya dibeeri tahanan (R) sebesar 10

  Ω. Sebagai contoh, dari data input pada table 4.1 maka energi surya total dapat diperolah dengan cara :

  a. ph ) Menghitung Arus yang dikeluarkan solar sel (I

  Arus yang dikeluarkan solar sel dapat diperoleh dari pesamaan (3.2)

  V I ph = R

  3 ,

  41 I ph =

  10 = 0,34 Ampere

b. Energi Surya yang Terukur Sel Surya (G)

  c. Menghitung besar koefisien konveksi luar ( h )

  Dari persamaan ( 3.5 ) dapat diperoleh besarnya h0 yaitu :

  h0 = 5,7 + 3,8 . V

  = 5,7 + 3,8 . 0,5

  2

  = 7,60 W/(m .K)

  d. Menghitung besar Tahanan Thermal tangki air ( Us )

  Dari persamaan (3.4) dapat diperoleh besarnya h0 yaitu: 1 Δ x 1 Δ x 2 Δ x 3 Δ x

  4

  1

• = + + +

  Us k

  1 k 2 k 3 k 4 h 1 , 001 , 05 , 01 ,

  01

  1

• = + + +

  Us 112 ,

  2 , 038 , 045 , 055 7 ,

  6

  2 s

  U = 0,54 W/(m .K)

  e. Menghitung besar Faktor efisiensi (F’)

  Dari persamaan (3.1) dapat diperoleh besarnya F’ yaitu

  ( m C ) ( U A ( T T )) _{1 s s S S S r} ⋅ −

• dTs

  d θ F = T T

  ⎡ ⎤ ⎛ + ^{1 ⎞}

  A ( ) τα G − U − T _{c T L ⎜ ⎟ a}

  ⎢ ⎥ Dengan menggunakan cara perhitungan yang sama, maka perhitungan kuat arus sel surya, koefisien konveksi luar, energi surya terukur, tahanan termal penyimpan air serta faktor efisiensi F’ tiap data ujicoba dapat diketahui. Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.7 sampai dengan 4.12. Pada tabel–tabel tersebut beberapa data diarsir, yang berarti data tidak di pakai karena bernilai negatif dan lebih dari 100%.

Tabel 4.7 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri pertama

  dTs I=V/R Gt (T3+T4/2) Us F' (Trata2-Tling) Gt 2,90 0,34 852,50 29,25 0,54 1,21

  0,01 0,60 0,34 847,50 33,65 0,54 0,26 0,00 0,70 0,34 842,50 37,05 0,54 0,31 0,00 3,40 0,36 890,00 37,45 0,54 1,41

  0,01 2,05 0,36 890,00 38,15 0,54 0,86 0,01 1,35 0,45 1115,00 39,85 0,54 0,46 0,01

• 5,25 0,45 1115,00 38,65 0,54 -1,78 0,01 1,55 0,36 892,50 39,95 0,54 0,71 0,01 1,80 0,39 967,50 40,95 0,54 0,73 0,01 2,65 0,39 980,00 41,50 0,54 1,04 0,01

  1,55 0,26 645,00 42,35 0,54 1,04 0,02 4,20 0,40 995,00 43,05 0,54 1,67 0,02

• 5,95 0,36 902,50 40,70 0,54 -2,67 0,02 3,85 0,29 720,00 42,55 0,54 2,30 0,02 1,80 0,26 657,50 43,50 0,54 1,22 0,03 0,55 0,36 905,00 43,00 0,54 0,25 0,02

  0,95 0,35 872,50 44,70 0,54 0,50 0,03 1,30 0,32 792,50 46,90 0,54 0,79 0,03

• 9,00 0,28 697,50 40,45 0,54 -5,45 0,02 0,30 0,29 732,50 41,70 0,54 0,18 0,02 1,30 0,29 732,50 39,75 0,54 0,71 0,02 1,05 0,21 535,00 41,85 0,54 1,03 0,04

  0,65 0,22 542,50 43,00 0,54 0,58 0,03 1,95 0,11 262,50 44,50 0,54 6,60 0,07

  Keterangan: dTs I=V/R Gt (T3+T4/2) Us F' (Trata2-Tling) Gt 4,50 0,34 850,00 36,75 0,54 1,98

  0,01 2,55 0,33 830,00 34,90 0,54 1,98 0,01 3,25 0,35 870,00 39,35 0,54 1,21 0,01 2,05 0,34 855,00 41,45 0,54 0,76

Tabel 4.8 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri kedua

  0,02