PEMANAS AIR ENERGI SURYA TIPE BATCH DENGAN LD 3,0

  i

  PEMANAS AIR ENERGI SURYA TIPE BATCH DENGAN L/D 3,0 Tugas Akhir

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat Memperoleh gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh:

  Nama : G.Agung Nugroho NIM : 035214027

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2008

  BATCH TYPE SOLAR WATER HEATER WITH L/D 3,0 Final Project

  Presented as partial fulfillment of The requirements to obtain

  The Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

  Presented by

  Name : G.Agung Nugroho NIM : 035214027

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2008

  `

  PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepengetahuan saya juga 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, Februari2008 Penulis

  G.Agung Nugroho

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir yang berjudul “Pemanas Air Energi Surya Tipe Batch Dengan L/D 3,0”. Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu selama penyusunan tugas akhir ini, antara lain :

  1. Romo Ir. Gregorius Heliarko, SJ., SS., B.ST., MA., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak Ir. Fransiskus Asisi Rusdi Sambada, M.T. selaku Dosen pembimbing Tugas Akhir I.

  4. Bapak RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si. selaku Dosen pembimbing Tugas Akhir II.

  5. Bapak D.Doody Purwadianto, S.T., M.T. selaku Dosen pembimbing Akademik.

  6. Agustinus Roni selaku Laboran Laboratium Mekanika Fluida terima kasih atas bantuanya.

  7. Bapak, Ibu, Adik dan kelurga di rumah yang selalu memberikan dukungan.

  8. Anggara, Hendri, Ari, Didik, Tanto yang telah membantu dalam pengambilan data. Theo, Frenky, Andre, Ibnu, Daniel, Hendro dll yang membantu dalam menyelesaikan naskah tugas akhir ini.

  9. Dek Meta yang menjadi motivasi dan semangat.

  10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan yang telah ikut membantu terselesainya 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 Tugas Akhir ini akan lebih baik, dan dapat bermanfaat kepada pembaca.

  Yogyakarta, Februari2008 Penulis

  G.Agung Nugroho

  

INTISARI

Sejalan dengan perkembangan jaman konsumsi energi terus meningkat.

  Terbatasnya sumberdaya fosil khususnya minyak bumi menyebabkan perlunya mencari sumberdaya energi alternatif. Salah satu energi alternatif tersebut adalah energi surya, di Indonesia mempunyai potensi yang sangat besar karena terletak di daerah tropis. Yang mempunyai radiasi harian rata- rata energi surya sebesar 4,8

  2

  kWh/m . Pemanas air energi surya jenis kolektor terpadu memiliki bagian – bagian utama, kolektor berbentuk silinder yang dicat hitam yang berfugsi sebagai penyerap panas dan tangki penyimpan, reflektor berbentuk setengah lingkaran dan terletak di bagian dalam yang berfungsi memantulkan kembali energi surya yang melewati kolektor, kaca yang berfungsi sebagai penutup atas kolektor dan struktur pendukung untuk penopang kolektor dan meletakkan reflektor.

  Pemanas air energi surya jenis kolektor terpadu merupakan alat yang sederhana. Pemanas air ini mengunakan 2 buah tangki yang berbentuk silinder yang di pasang sejajar dengan ukuran panjang L = 0,6m dan diameter D = 0,20m.

  o Di pasang dengan kemirinan 30 . Dengan kapasitas volume 20liter pertangki.

  Dengan struktur pendukung yang berbentuk kotak dengan panjang 1,3m dan lebar 1,1m.

  Hasil penelitian terhadap pemanas air tenaga surya jenis kolektor terpadu dengan L/D 3,0 maka di ketahui temperatur maksimal pada susunan paralel sebesar 57,30°C dan pada susunan seri sebesar 58,20°C. Dengan efesiensi sensibel rata – rata pada susunan paralel sebesar 48,54% dan pada susunan seri

  2

  sebesar 25,04% , dengan G rata – rata pada susunan paralel sebesar 542,37W/m

  2 dan pada susunan seri sebesar 638,47 W/m .

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL..............................................................................................i HALAMAN JUDUL ( INGGRIS ).......................................................................ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING.................................................. iii HALAMAN PENGESAHAN..............................................................................iv HALAMAN PERNYATAAN.............................................................................. v HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI....................................................... vi KATA PENGANTAR.........................................................................................vii

  INTISARI.............................................................................................................ix DAFTAR ISI......................................................................................................... x

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

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

  1.2 Rumusan Masalah………………………………………………….. 3

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

  1.4 Batasan Masalah …………………………………………………... 4

  1.5 Manfaat Penelitian ………………………………………………… 4

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA....................................................................... 5

  2.1 Dasar Teori………………………………………………………….5

  2.1.1 Prinsip kerja pemanas air tenaga surya ………………….. 6

  2.1.2 Koefisien kerugian total …………………………………. 7

  2.1.3 Pengukuran radiasi surya ………………………………... 7

  2.1.4 Energi surya yang terserap (Q) ………………………….. 8

  2.1.5 Efisiensi ( η) ……………………………………………… 9

  2.2 Penelitian yang Pernah Dilakukan ………………………………… 9

BAB III METODE PENELITIAN ………………………………………….. 12

  3.1 Skema Alat ………………………………………………………… 12

  3.2 Peralatan yang digunakan pada penelitian ………………………… 12

  3.3Parameter yang diukur ……………………………………………... 14

  3.4 Langkah Penelitian …………………………………………………15

  3.4.1 Pembuatan Alat ………………………………………… 15

  3.4.2 Pelaksanaan penelitian ………………………………….. 15

  3.3.3 Langkah perhitungan …………………………………… 16

  

BAB IV HASILPENELITIAN DAN PEMBAHASAN.................................. 18

  4.1 Hasil Penelitian………..…………………………………………. 18

  4.1.1 Data Hasil penelitian ke 1 Untuk Rangkaian Seri ………. 18

  4.1.2 Data Hasil Penelitian ke 2 Untuk Rangkaian Seri ………. 19

  4.1.3 Data Hasil Penelitian ke 3 Untuk Rangkaian Seri ………. 20

  4.1.4 Data Hasil Penelitian ke 1 Untuk Rangkaian Paralel ……. 21

  4.1.5 Data Hasil Penelitian ke 2 Untuk Rangkaian Paralel……. 22

  4.1.6 Data Hasil Penelitian ke 3 Untuk Rangkaian Paralel ……. 23

  4.2 Perhitungan Data Penelitian ……………………………………….. 24

  4.3 Pembahasan Data Perhitungan …………………………………….. 32

  4.3.1 Temperatur rata-rata …………………………………….. 33

  4.3.2 Temperatur air keluar …………………………………… 35

  4.3.3 Temperatur air …………………………………………... 38

  4.3.4 Energi yang terserap …………………………………… 41

  4.3.5 Efisiensi ………………………………………………… 45

BAB V PENUTUP……………………………………………………………..51

  5. 1 Kesimpulan ……………………………………………………….. 51 5. 2 Saran ……………………………………………………………….51

  5.3 Penutup ……………………………………………………………. 52 Daftar Pustaka…………………………………………………………………. 53 Lampiran …………………………………………………………………….... 54

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Air panas umumnya digunakan untuk mandi, mencuci dalam rumah tangga, puskesmas, rumah makan, penginapan, industri dan lain-lain. Di negara-negara berkembang seperti Indonesia kayu bakar, minyak dan gas bumi merupakan sumber energi yang banyak dipakai untuk memanaskan air. Pemakaian kayu bakar yang berlebihan dapat menyebabkan kerusakan hutan sehingga dapat mengakibatkan bencana alam seperti banjir dan tanah longsor. Penggunaan kayu bakar untuk memasak secara tradisional juga dapat menimbulkan dampak negatif terhadap kesehatan karena asap yang ditimbulkan selain itu pengumpulan kayu bakar memerlukan waktu yang sebenarnya dapat dimanfaatkan untuk kegiatan lain yang lebih produktif. Krisis energi karena semakin menipisnya cadangan minyak dan gas bumi menyebabkan harga minyak dan gas bumi semakin mahal, hal ini tentunya akan berdampak pada kenaikkan biaya hidup atau harga jual produk yang pada prosesnya menggunakan air panas.

  Dalam rangka mengurangi atau menggantikan pemakaian kayu bakar, minyak dan gas bumi untuk memanaskan air, telah banyak penelitian dilakukan untuk meningkatkan efisiensi tungku kayu tradisional dan mencari sumber energi alternatif lain. Energi surya merupakan salah satu energi alternatif yang dapat digunakan untuk memanaskan air. Sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai

  2 potensi energi surya yang cukup dengan radiasi harian rata-rata 4,8 kWh/m . Penggunaan energi surya juga sejalan dengan target pengurangan emisi karbondioksida di atmosfer (berdasarkan Protokol Kyoto).

  Sistem pemanas air energi surya yang banyak digunakan umumnya adalah jenis kolektor pelat datar dengan tangki penyimpan air panas yang terpisah.

  Pemanas air energi surya jenis pelat datar mempunyai efisiensi yang baik untuk kondisi cuaca di Indonesia tetapi dari sisi biaya dan teknologi pembuatan yang diperlukan jenis ini tidak termasuk murah dan sederhana.

  Beberapa negara di Amerika dan Australia telah lama menggunakan pemanas air energi surya jenis kolektor dan tangki terpadu. Dari sisi biaya dan teknologi pembuatannya jenis kolektor dan tangki terpadu merupakan jenis yang paling murah dan sederhana. Kelemahan pemanas air energi surya jenis kolektor dan tangki terpadu adalah efisiensinya yang lebih rendah jika dibandingkan jenis kolektor pelat datar dan tidak dapat digunakan pada daerah yang mempunyai musim dingin karena air dalam kolektor dapat membeku.

  Pemanas air jenis kolektor dan tangki terpadu seharusnya merupakan jenis yang sesuai untuk digunakan di Indonesia karena selain biaya dan teknologi pembuatannya murah dan sederhana, di Indonesia tidak ada musim dingin. Tetapi kenyatan yang ada menunjukkan pemanfaatan pemanas air jenis ini di Indonesia sangat sedikit/ tidak ada sehingga informasi mengenai unjuk kerja jenis pemanas ini jika digunakan di Indonesia.

  1.2 Rumusan Masalah

  Pada penelitian ini akan dibuat model pemanas air jenis kolektor dan tangki terpadu dengan konfigurasi kolektor tunggal, bersusun seri dan bersusun pararel.

  Pemanas ini ditujukan untuk dipergunakan di Indonesia. Untuk itu perlu kiranya diketahui unjuk kerjanya. Pada penelitian ini pengambilan data dilakukan di Yogyakarta.

Gambar 1.1 Variasi susunan kolektor pada pemanas air energi surya jenis kolektor dan tangki terpadu.

  1.3 Tujuan Penelitian 1.

  Membuat model pemanas air energi surya sederhana (jenis kolektor dan tangki terpadu) agar dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari - hari.

  2. Mengetahui efesiensi dan temperatur yang dihasilkan oleh permodelan pemanas air tenaga surya jenis kolektor dan tangki terpadu.

  3. Menambah pustaka permodelan pemanas air tenaga surya jenis kolektor dan tangki terpadu.

  4. Membandingkan hasil penelitian dengan penelitian lain yang sejenis.

1.4 Batasan Masalah 1.

  Kemiringan kolektor 30

  ° .

  2. Jumlah tangki yang digunakan 2 buah tangki.

  3. Dilakukan pengambilan air 5 liter setiap 60 menit sekali untuk melihat pengaruh hubungan antara seri dan paralel.

1.5 Manfaat Penelitian 1.

  Menambah kepustakaan teknologi pemanas air energi surya.

  2. Dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pemanas air energi surya sederhana yang sesuai dengan kondisi cuaca di Indonesia dan dapat diterima masyarakat terutama golongan ekonomi menengah ke awah.

  3. Mengurangi ketergantungan penggunaan kayu bakar, minyak dan gas bumi khususnya untuk memanaskan air.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

  Pemanas air tenaga surya pada umumnya terdapat kolektor surya, yang terdiri dari pelat penyerap yang memiliki konduktivitas termal yang baik. Dimana pelat penyerap ini berhubungan dengan pipa-pipa yang mengalirkan cairan, sebuah atau lebih penutup tembus cahaya bagian atasnya biasanya kaca. Energi radiasi matahari yang datang ditransmisikan memalui penutup transparan dan diubah menjadi panas oleh pelat penyerap dimana dibagian dasar dan sisi pelat penyerap tersebut diisolasi. Panas yang diterima itu diterima oleh pelat penyerap selanjutnya dikonduksikan ke pipa-pipa pembawa cairan.

  Kolektor surya merupakan komponen utama sebagai penerima panas dari matahari, kolektor yang digunakan pada pemanas air tenaga surya ini yaitu kolektor terpadu ( ICS jenis batch solar heater). Panas yang diterima oleh kotak kolektor akan dipantulkan secara terpusat pada tangki yang digunakan untuk meletakkan bahan uji dengan kata lain panas mengalir secara radiasi. Selain itu panas yang diterima kolektor akan menglir secara konduksi pada bagian bawah pada tangki, karena alas tangki berhubungan langsung dengan alas dari kolektor.

  Selain kolektor surya bagian utama alat pemanas air tenaga surya adalah reflektor, yang berfungsi untuk memantulkan panas yang dipancarkan oleh matahari. Reflektor merupakan suatu media untuk mengumpulkan lebih banyak sorotan radiasi dari sinar matahari. Dengan adanya reflektor ini sinar matahari yang berada di luar jangkauan kolektor dapat dipantulkan oleh reflektor, sehingga akan terkumpul secara terpusat pada kolektor. Reflektor ini dibuat dari bahan yang mempunyai daya memantulkan cahaya matahari yang baik. Untuk pemanas air tenaga surya ini digunakan bahan berupa alumunium foil. Alumunium foil ini dapat memantulkan cahaya matahari dengan baik, karena mempunyai warna yang mendekati perak dan terang, sehingga sinar yang diperoleh dapat dipantulkan dengan sempurna. Reflektor yang digunakan dalam penelitian ini berbentuk involut.

2.1.1 Prinsip kerja pemanas air tenaga surya

  Prinsip kerja pemanas air tenaga surya ini sangat sederhana yaitu energi radiasi dari sinar matahari yang diterima akan masuk melalalui kaca dan akan terjebak di dalam, kemudian memanaskan kolektor. Kolektor pada alat ini berfungsi ganda selain sebagai penyerap panas juga berfungsi sebagai penampung air yang akan dipanaskan. Air yang terpanaskan masa jenisnya akan lebih ringan sehingga akan berada di atas atau pada bagian saluran keluar. Untuk menjaga agar panas yang keluar tidak terlalu besar dan juga untuk melindungi panas yang digunakan, untuk manaikan temperatur tangki maka diberi isolasi, sehingga kerugian-kerugian kalor tidak terlalu besar. Bagian atas kolektor ditutup dengan kaca bening, yang mempunyai ketebalan 5 mm dan kemudian diberi sealer sehingga tidak ada udara sekitar yang masuk ke dalam kolektor.

  2.1.2 Koefisien kerugian total

  Koefisien kerugian total (U) sangat mempengaruhi harga energi yang hilang pada waktu malam hari. Jika temperatur air pada saat matahari terbenam relatif rendah maka kehilangan panas pada waktu malam juga relatif rendah. Kehilangan panas pada kolektor ini dipengaruhi oleh luasan total tangki (A).

  2.1.3 Pengukuran radiasi surya

  2 Radiasi surya yang terdapat di luar atmosfer bumi 1353 W/m . berdasarkan

  ini sering disebut konstanta surya atau radiasi sorotan. Konstanta surya akan mengalami pengurangan sebelum mencapai permukaan bumi. Hal ini disebabkan oleh penyerapan dan pemantulan di atmosfer. Selain penyerapan dan pemantulan tersebut, radiasi sorotan terkadang dipancarkan oleh molekul-molekul gas, debu, dan uap air sebelum mencapai bumi sebagai radiasi sebaran (diffuse).

  a. Arus yang dikeluarkan solar sel ( I ph )

  (Hari subagya, Fisika 2 SMA)

  V I

  ( 1 )

  ph = R

  dengan : V : voltase (volt ) R : tahanan (

  Ώ )

  b. Radiasi yang datang (G) Merupakan energi radiasi surya per satuan luasan dimana ( solar sel.

  GL8 33 Tf 5.4 w/12v sistem)

  I _ph

  2 G = x1000W/m ( 2 ) ,

  4 dengan : I ph : arus Keluaran solar sel (Ampere)

  Pengukuran G dengan mengunakan sel surya. Prinsip kerja sel surya, radiasi yang datang dari sinar matahari ditangkap oleh sel surya kemudian oleh sel surya diubah menjadi listrik searah (DC), yang dapat diukur tagangan(V) yang dihasilkan. Dengan memberi hambatan sebesar 10

  Ω maka dapat diketahui berapa arus yang dihasilkan dengan mengunakan persamaan ke (1) dan dengan mengunakan persamaan (2) maka dapat diketahui berapa harga radiasi surya yang datang G.

  2.1.4 Energi surya yang terserap (Q)

  Dalam penelitian ini air tidak disirkulasikan (m = 0) sehingga kesetimbangan energinya dapat dituliskan sebagai berikut : (hukum termodinamika 1).

  Qu = M.Cp. T ( 3 ) ∆

  Qs = M.Cp. T ∆ + U. A. ( T – Ta) ( 4 ) dengan :

  O

  M.C : kapasitas panas sistem (J/

  C)

  P O

  T : temperature rata-rata tangki dan air(

  C) Qu : energi surya yang berguna menaikan temparatur air (W) Q S : energi surya yang terserap (W)

  2 U : koefisien kerugian (W/(m .K))

  

2

A : luas kolektor (m ) O

  T a : temperatur ruangan (

  C)

  2.1.5 Efisiensi ( η)

  Efisiensi pemanas air merupakan perbandingan antara energi surya yang terserap dengan energi surya yang datang dan dapat dinyatakan dengan persamaan : (Prof. Wiranto Arismunandar 1995 : hal 177)

  Q

_S

  = ( 5 ) η _Sistem

  G

( ) τα

  

Q

_u

  = ( 6 ) η Sensibel

  G ( ) τα

  dengan : Q : energi surya yang terserap kolektor (W)

  S

  Qu : energi surya yang berguna menaikan temparatur air (W)

  2 G : radiasi yang datang (W/m )

  τα : faktor transmitan-absorber kolektor

2.2 Penelitian yang Pernah Dilakukan

  Koefisien kerugian U tergantung dari beberapa parameter diantaranya kualitas kolektor, isolasi kolektor dan jumlah tutup kaca. Untuk perancangan praktis harga

2 U sebesar 8 W/(m .K) adalah khas untuk bahan isolasi biasa (serat kaca, sabut

  kelapa dan serbuk gergaji), kolektor yang dicat hitam dan jumlah tutup kaca satu sampai dua buah.

  Penelitian untuk mencari bentuk konstruksi pemanas air jenis kolektor dan tangki terpadu yang dapat digunakan di daerah dingin mendapatkan bahwa konstruksi dengan dengan tutup kaca ganda jenis low-iron glass dengan harga transmitan yang tinggi, bahan isolasi R-40, menggunakan lapisan selektif pada tangki berkapasitas 170 liter, reflektor bagian dalam berbentuk cekung dan bahan pipa dari polybutylene dapat digunakan di daerah yang memiliki musim dingin (Bishop,1983). Pada pemanas air jenis kolektor dan tangki terpadu kerugian panas pada malam hari pada sistem dengan tangki tunggal lebih kecil dibandingkan sistem dengan dua tangki atau lebih dan kapasitas optimum tangki merupakan fungsi dari karakteristik pemakaian air panas (Lewandowski et al, 1985).

  Walaupun pemanas air jenis kolektor dan tangki terpadu umunya tidak memerlukan alat kontrol tetapi jika temperatur air yang dapat dicapai melebihi

  O

  70 C maka penggunaan katup pengatur tekanan/ pengaman di sisi air panas ke luar diperlukan untuk menghindari tekanan berlebih (Olson, 2001).

  Pemanas air jenis kolektor dan tangki terpadu berkapasitas 227 liter dengan reflektor dibagian dalam berbentuk cekung dan penutup kaca tunggal seluas 2,7

  2

  m yang digunakan di pegunungan Colorado menghasilkan efisiensi pemanas

  O O

  72% dan temperatur air mula-mula 7 C dapat dipanaskan hingga 23,5 C (Bainbridge, 1981). Sistem pemanas menggunakan dua tangki di Oregon dapat menghemat energi listrik antara 10% (pada musim dingin) sampai 67% (pada musim panas). Penghematan ini dapat mengembalikan biaya pembuatan dalam 3,2 tahun. Efisiensi pemanas yang dihasilkan berkisar antara 46% sampai 48%.

  (Wykes dan Baker, 1986). Pengujian pemanas air jenis kolektor dan tangki terpadu yang terdiri dari 2 kolektor dapat menghasilkan penghematan rata-rata 30% dari pengeluaran tahunan untuk pemanas air (Baker dan Wykes, 1986). Pemanas air jenis kolektor dan tangki terpadu di Pennsylvania berkapasitas 160 liter dibuat dengan biaya sebesar $ 450 untuk umur pemakaian antara 10-20 tahun. Pemanas menggunakan reflektor cekung pada bagian dalam. Temperatur

  O

  yang dapat dicapai antara 110-120

  F. Pemanas dapat menghemat 4000 kWh listrik per tahun setara dengan 600 liter bahan bakar minyak atau biaya untuk pemanas air sebesar $ 300 setahun (Langa, 1981).

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Skema Alat

  Keterangan : 1.

  Kran

  2. Rangka 3.

  Pipa aliran 4. Kaca

  5. Kolektor 6.

  Termokopel 7. Reflektor

Gambar 3.1 skema pemanas air energi surya jenis kolektor dan tangki terpadu.

  3.2 Peralatan yang digunakan pada penelitian

  1. Termo Kopel dan Display

  2. Tangki air dingin (air input) Dimensi dan bahan sama dengan tangki air panas

  3. Kaca Tebal = 0,005 m Panjang = 1,20 m Lebar = 0,94 m

  Luasan kaca (A ) = 1,20 m x 0,94 m

  c

  2

  = 1,128 m Transmitasi-absorber normal (

  τα) = 0,8

  4. Rangka dan casing Kemiringan kolektor (

  β) = 30°

  5. Bahan dari alumunium foil dan kertas karton

  2 Luasan total reflektor dalam kolektor (A r ) = 2,0245 m 6.

  Pipa besi ukuran ½ inci 7. Tangki air

  Terbuat dari seng dan berbentuk tangki Diameter luar tangki (D ) = 0,206

  o

  Tebal = 0,0005 m

  Tinggi tangki = 0,6 m Diameter dalam tangki (D) = 0,206 - (0,0005 x 2)

  = 0,205 m Keliling lingkaran luar =

  π x 0,205 m = 0,644 m

  Luasan Tangki

  Luasan sisi samping tangki = 0,644 x 0,6

  2

  = 0,386 m

  2 x ( 0,206 )

  π Luasan sisi bawah dan atas = 2x

  4

  2

  = 0,0666 m Luasan total untuk 1 tangki = 0,644 x 0,0666 = 0,0428 m

  2 Volume Tangki (V) =

  4 ) 6 , 0,205 (

  2 x x

  π = 0,01979 m

  3 Massa air yang ditampung tangki

  Dengan menganggap massa jenis (

  ρ) air pada temperatur 27°C

  maka massa air dapat diketahui dengan cara mengalikan volume tangki dengan massa jenis air.

  M ( 1 tangki ) = V x

  ρ

  = 0,01979 x 995,7 = 19,708 kg

3.3Parameter yang diukur

  SL

  : Temperatur tangki kiri °C T SR : Temperatur tangki kanan °C T

  L1

  : Temperatur air di dalam tangki bagian atas kiri °C T R1 : Temperatur air di dalam tangki bagian atas kanan °C T L21 : Temperatur air di dalam tangki bagian bawah kiri °C T

  R2

  : Temperatur air di dalam tangki bagian bawah kanan°C T

  air keluar

  : Temperatur air keluar °C G : Radiasi yang datang (W/m

  2

  )

  T a : Temperatur ruangan °C T

3.4 Langkah Penelitian

3.4.1 Pembuatan Alat 1.

  Membuat 2 buah tangki dari seng dengan kapasitas 20 liter pertangki.

  2. Membuat kotak tangki dengan kemiringan tangki 30°C.

  3. Membuat reflektor dalam yang berbentuk ½ lingkaran 4.

  Menutup kotak dengan kaca yang disesuaikan dengan ukuran kotak itu sendiri.

  5. Mengisolasi kotak serta kaca dengan sealer.

3.4.2 Pelaksanaan penelitian

  a. Persiapan pengambilan data 1.

  Pengisian air ke tangki sampai penuh dan diisi dari bawah dan siap dipanaskan

  2. Penempatan sel surya dan diukur posisinya dengan kemiringan kolektor yaitu 30°C.

  b. Pengukuran masukan energi matahari 1.

  Sel surya dipanaskan dan diatur posisinya sama dengan kemiringan kolektor.

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

c. Pengambilan data 1.

  Setiap 10 menit diukur temperatur ruangan, temperatur tangki(kanan dan kiri), temperatur air atas (kanan dan kiri), temperature air bawah (kanan dan kiri), energi radiasi matahari yang terserap.

2. Setiap 1 jam sekali air diambil dengan menganti air yang baru sebanyak 5 liter.

d. Lokasi Pengambilan data

  Halaman laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Gambar 3.2 Alat Pengujian

3.3.3 Langkah perhitungan 1.

  ) Menghitung arus yang keluar dari sel surya (I ph dengan persamaan ke 1.

  2. Menghitung radiasi yang datang (G) dengan mengunakan persamaan ke 2.

  2 ).

  Hubungan efisiensi ( η) dengan waktu ( t ) dan dengan G (W/m

  d.

  2 ).

  ) dengan waktu (t) dan dengan G (W/m

  s

  c. Hubungan energi radiasi surya yang terserap rata – rata (Q

  Hubungan temperatur air rata-rata dengan waktu ( t ) dan dengan G (W/m

  3. Menghitung energi surya yang terserap (Q) dengan mengunakan persamaan ke 3 dan ke 4.

  b.

  2 ).

  a. Hubungan temperatur air ke luar dengan waktu (t) dan dengan radiasi yang datang rata-rata (W/m

  Menghitung temperatur tangki dan air rata –rata ( T ) 7. Membuat grafik

  a ) 6.

  5. Menghitung temperatur ruangan rata-rata (T

  4. Menghitung Efisiensi ( η) dengan mengunakan persamaan ke 5 dan ke 6.

  2 ).

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

  Dari penelitian yang telah dilakukan didapat data, dimana dalam satu hari penelitian didapat satu data. Parameter yang diketahui dalam pengambilan data adalah:

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

  Jam = 10:00-14:00 WIB Jenis Reflektor = Involut Lama uji coba = 4 jam Besar Tahanan = 10 Ohm Kemiringan Kolektor = 30° Luasan Reflektor = 2,0245 m

  2

4.1.1 Data Hasil penelitian ke 1 Untuk Rangkaian Seri

  T L1 (

  O

Tabel 4.1 Data penelitian ke 1 seri pada tanggal 26-09-2007

  Waktu (menit)

  30.10

  70 0.50 46.30 39.50 34.10 34.40 39.00 38.90 49.50

  C) 0 3.18 32.80 38.50 26.60 25.80 30.30 29.50 31.60 29.70 10 3.14 40.60 42.30 26.30 26.70 31.40 31.30 38.10 29.30 20 3.14 45.20 45.50 26.40 23.80 33.90 30.90 43.60 31.90 30 3.41 46.30 48.90 25.30 24.80 34.40 32.80 44.90 32.50 40 3.40 45.50 54.90 27.10 26.30 35.60 33.40 52.10 30.10 50 0.81 46.40 52.10 28.90 28.10 35.40 33.10 50.10 32.00 60 3.04 47.40 51.70 29.10 28.20 37.90 35.40 50.70 43.50 32.60

  O

  (

  C) Tling

  O

  C) Tair keluar (

  O

  (

  C) Ta

  (

  O

  C) T SR

  O

  V (volt)

  C) T SL

  O

  (

  C) T R2

  O

  (

  C) T L2

  O

  (

  C) T R1

  (

Tabel 4.1 Lanjutan Data penelitian ke 1 seri pada tanggal 26-09-2007

  Tair Waktu

  V T L1 T R1 T L2 T R2 T SL T SR Ta Tling

  O O O O O O O keluar O

  (menit) (volt) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) O (

  C) (

  C) 80 0.52 45.20 38.90 31.20 35.30 35.70 32.60 43.80 30.40 90 3.28 61.10 50.00 28.30 33.80 34.90 35.40 51.60 30.20 100 1.62 40.50 40.80 31.00 31.10 35.10 37.30 45.10 31.60 110 0.67 39.10 39.60 30.20 29.20 36.60 37.10 44.50 30.90 120 3.41 59.20 52.70 30.10 28.80 35.90 35.10 55.50 49.30 29.20

  130 0.42 52.00 53.10 32.20 36.20 34.10 36.40 50.50

  31.70 140 0.52 42.80 45.50 33.10 36.10 37.60 39.40 46.20 30.50 150 2.95 59.30 61.30 29.80 32.10 36.10 35.80 53.40 31.30 160 0.26 40.40 49.80 33.30 37.50 35.30 37.90 48.30 31.10 170 1.63 40.70 44.20 32.70 37.10 35.10 37.40 44.30 32.40 180 2.52 48.40 44.60 31.60 38.60 36.10 40.90 44.90 47.10 28.90

  190 0.16 30.90 36.80 34.10 38.70 35.10 37.70 39.50

  30.50 200 0.21 30.70 34.80 33.80 39.10 35.10 38.60 38.40 30.10 210 0.15 36.90 32.30 32.80 39.20 34.50 38.40 38.80 30.80 220 0.18 32.80 29.80 33.40 39.70 34.80 38.80 38.20 30.00 230 0.97 40.60 36.90 32.20 39.20 35.50 38.30 42.10 30.10 240 2.30 42.20 38.90 31.30 39.40 35.00 39.10 44.10 43.20 29.50

4.1.2 Data Hasil Penelitian ke 2 Untuk Rangkaian Seri

Tabel 4.2 Data penelitian ke 2 seri pada tanggal 27-09-2007

  Tair Waktu

  V T T T T T T Ta Tling

L1 R1 L2 R2 SL SR

  keluar

  O O O O O O O O

  (menit) (volt) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) O (

  C) (

  C) 0 3.08 60.20 55.20 26.20 21.10 32.20 29.00 46.40 31.80 10 1.28 61.90 60.80 25.30 21.90 31.80 31.30 52.70 29.10 20 3.11 61.80 65.20 24.70 22.70 29.50 30.70 55.20 30.30 30 3.71 60.00 65.60 26.20 26.30 34.50 35.10 59.70 32.00 40 1.28 52.70 62.40 25.80 27.50 35.50 32.60 58.40 32.30 50 3.92 56.70 63.00 26.30 26.10 35.10 36.30 60.80 31.90 60 3.91 57.00 62.30 27.10 27.70 36.80 37.00 61.70 42.50 28.40

  70 3.97 55.60 50.90 27.80 28.70 35.10 37.50 57.30

  29.20 80 3.12 63.20 51.10 30.20 32.70 34.50 38.00 56.90 30.10 90 3.41 60.90 54.10 31.70 33.30 38.30 39.50 58.40 32.70 100 3.54 58.10 53.10 29.40 30.50 36.90 37.80 57.80

  33.20

Tabel 4.2 Lanjutan Data penelitian ke 2 seri pada tanggal 27-09-2007

  Tair Waktu

  V T L1 T R1 T L2 T R2 T SL T SR Ta Tling

  O O O O O O O keluar O

  (menit) (volt) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) O (

  C) (

  C) 110 3.18 54.30 52.10 29.80 31.50 36.80 39.10 58.40 32.10 120 3.91 51.80 51.00 29.20 30.80 37.00 37.60 58.70 53.70 31.10

  130 3.71 61.30 48.60 32.10 36.10 37.50 39.60 57.50

  31.90 140 3.12 57.80 48.30 31.50 36.20 33.50 37.80 55.70 32.90 150 3.81 56.60 50.10 32.80 38.40 38.20 44.20 57.80 32.10 160 3.41 55.10 49.30 31.10 35.70 38.00 38.80 58.50 32.30 170 3.25 51.90 48.80 30.70 38.30 37.70 40.30 58.60 31.80 180 3.32 49.50 48.40 33.40 40.40 38.60 45.10 59.70 58.20 32.60

  190 3.21 51.20 46.20 33.70 42.30 36.60 45.90 55.90

  32.90 200 3.25 51.30 46.60 32.50 41.70 36.80 43.50 55.40 31.20 210 3.00 47.90 45.60 32.40 44.30 37.20 46.50 56.70 31.60 220 2.91 44.60 43.80 33.50 45.10 37.70 47.60 55.00 31.90 230 2.87 38.10 42.10 30.90 46.90 36.20 44.80 54.50 32.00 240 2.63 35.60 41.10 31.80 46.20 37.60 43.90 56.20 56.20 32.10

4.1.3 Data Hasil Penelitian ke 3 Untuk Rangkaian Seri

Tabel 4.3 Data penelitian ke 3 seri pada tanggal 01-10-2007

  Tair Waktu

  V T L1 T R1 T L2 T R2 T SL T SR Ta Tling keluar

  O O O O O O O O

  (menit) (volt) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C)

  O

  (

  C) 0 3.11 56.30 46.40 26.40 28.90 33.50 32.10 41.90 29.20 10 2.41 55.70 45.60 25.70 28.30 31.70 32.80 48.00 30.60 20 3.41 56.50 47.80 27.00 23.70 34.30 31.60 50.10 30.20 30 0.68 41.40 45.40 30.60 32.20 33.60 35.30 48.80 28.30 40 0.81 38.60 42.30 30.20 31.80 33.80 34.50 46.70 30.10 50 3.11 49.80 49.70 25.70 29.20 34.30 32.90 50.50 30.00 60 2.40 48.10 51.20 26.10 26.70 35.70 35.40 50.60 45.80 29.80

  70 3.44 59.30 52.20 27.70 29.30 35.60 36.10 53.30

  31.90 80 3.62 61.50 56.60 28.60 28.80 36.10 36.50 60.50 31.00 90 3.32 57.40 55.10 28.40 29.60 37.80 37.10 59.60 29.20 100 1.42 58.60 56.80 27.80 29.40 36.10 34.50 59.10 30.50 110 3.27 55.60 56.10 27.70 30.70 37.00 36.80 59.20 32.20 120 3.61 54.20 55.50 27.60 31.20 37.70 37.50 58.80 49.70 32.40

  130 3.45 61.00 48.80 31.10 34.90 36.50 39.50 55.20

  31.80

Tabel 4.3 Lanjutan Data penelitian ke 3 seri pada tanggal 01-10-2007

  C) T SR

  190 2.90 60.30 55.50 30.20 42.40 34.40 43.40 53.80

  C) 140 3.40 61.30 58.40 29.40 33.10 36.50 38.00 58.20 30.90 150 2.31 44.90 64.80 32.10 38.50 38.10 43.20 61.10 30.40 160 3.19 38.90 65.70 32.40 39.30 38.60 45.70 62.70 31.90 170 3.19 34.10 63.30 32.20 40.10 38.70 41.30 67.60 32.10 180 3.08 31.90 30.10 31.60 38.70 38.60 40.30 61.80 51.20 30.90

  O

  (

  C) Tling

  O

  (

  C) Tair keluar

  O

  (

  C) Ta

  O

  (

  O

  Waktu (menit)

  (

  C) T SL

  O

  (

  C) T R2

  O

  (

  C) T L2

  O

  (

  C) T R1

  O

  T L1 (

  V (volt)

  32.10 200 2.87 56.80 57.60 29.80 42.20 33.40 42.60 55.60 31.30 210 2.77 52.50 55.40 29.30 42.80 33.10 45.00 55.40 30.10 220 2.11 49.10 54.20 29.40 43.30 32.90 43.10 54.60 31.30 230 2.71 46.80 53.10 31.40 43.20 33.10 43.90 55.60 30.80 240 2.65 45.10 52.40 32.40 43.60 36.00 40.10 55.30 49.80 31.20

4.1.4 Data Hasil Penelitian ke 4 Untuk Rangkaian Paralel

  Waktu (menit)

  (

  (

  O

  C) Tair keluar

  (

  O

  C) Tling

  O

  O

  C) 0 3.38 38.10 34.10 25.70 21.50 28.10 29.70 50.30 30.10 10 0.82 36.30 40.40 25.20 26.10 28.90 30.00 49.30 30.70 20 3.51 30.80 35.40 23.20 21.70 32.50 29.80 53.80 30.00 30 1.07 36.20 43.50 28.10 30.70 32.50 33.80 54.10 30.30 40 3.71 29.80 31.50 24.60 24.30 30.20 29.50 56.40 29.40 50 1.05 35.10 40.10 29.80 31.10 34.10 39.00 57.00 32.90 60 0.90 37.80 42.60 30.70 29.80 39.10 39.80 55.80 45.10 29.60

  70 3.25 66.20 55.10 44.20 44.10 35.10 40.10 57.10

  30.00 80 3.91 65.20 58.10 27.60 27.40 35.20 35.00 57.80 31.50 90 3.78 63.50 58.00 26.70 42.20 35.80 39.70 57.80 29.80 100 3.68 62.70 58.10 28.40 31.40 36.50 34.20 58.30 32.50 110 3.54 52.70 51.40 30.50 32.80 39.00 40.10 55.70 32.60 120 3.69 55.50 52.10 29.70 35.60 36.40 41.30 56.10 57.30 31.10

  130 2.14 57.20 53.10 28.70 33.20 35.70 39.80 57.00

  31.80 140 3.38 58.50 53.20 27.10 31.80 34.60 29.80 58.60

  32.10

  C) Ta

  (

Tabel 4.4 Data penelitian ke 4 paralel pada tanggal 02-10-2007

  (

  T L1 (

  O

  C) T R1

  (

  O

  C) T L2

  O

  C) T SR

  C) T R2

  (

  

O

  C) T SL

  (

  O

  V (volt)

Tabel 4.4 Lanjutan Data penelitian ke 4 paralel pada tanggal 02-10-2007

  C) T SR

  190 2.80 53.10 46.20 33.10 38.50 33.10 39.10 53.80

  C) 150 3.32 56.70 52.50 27.50 31.80 31.70 30.90 55.30 32.70 160 3.09 54.40 53.90 26.40 32.60 33.90 34.90 55.10 30.60 170 3.12 50.50 52.10 25.30 32.30 31.40 30.40 56.30 30.20 180 3.02 48.10 52.10 26.50 32.60 32.00 28.80 54.90 52.10 31.70

  O

  (

  C) Tling

  O

  (

  C) Tair keluar

  O

  (

  C) Ta

  O

  (

  O

  Waktu (menit)

  (

  C) T SL

  

O

  (

  C) T R2

  O

  (

  C) T L2

  O

  (

  C) T R1

  O

  T L1 (

  V (volt)

  28.80 200 2.73 43.90 41.60 33.00 36.60 33.90 37.10 51.70 30.60 210 2.71 38.10 36.10 33.80 35.70 35.60 36.40 49.10 30.40 220 2.35 37.40 38.10 32.40 36.30 32.80 37.30 49.20 31.40 230 1.45 32.50 35.40 35.00 37.10 36.00 39.10 44.60 30.30 240 0.95 33.10 35.30 34.30 37.00 35.80 38.70 44.10 50.90 30.10

4.1.5 Data Hasil Penelitian ke 5 Untuk Rangkaian Paralel

  Waktu (menit)

  (

  (

  O

  C) Tair keluar

  (

  O

  C) Tling

  O

  O

  C) 0 3.20 36.80 39.80 26.00 23.20 32.40 30.10 44.70 32.10 10 2.90 39.30 40.10 27.80 25.60 33.10 32.80 45.10 31.10 20 1.86 36.70 45.80 29.40 29.00 34.70 34.80 48.30 30.80 30 0.67 41.60 47.30 30.60 32.10 34.30 33.40 46.70 30.90 40 1.01 51.70 50.20 28.10 28.30 31.40 30.70 46.70 32.30 50 0.71 43.00 47.50 30.20 30.90 32.50 32.90 44.40 31.10 60 3.39 61.40 66.20 26.30 25.80 33.20 32.60 49.20 44.70 31.00

  70 0.81 55.30 46.10 27.50 28.50 30.30 31.50 45.60

  28.50 80 3.25 60.60 53.00 29.40 28.40 35.80 32.80 52.10 34.40 90 3.24 62.50 57.40 27.60 29.20 35.10 34.60 57.10 32.10 100 3.30 62.40 58.50 27.80 30.10 35.20 36.00 58.40 31.30 110 3.03 59.40 59.90 29.60 32.60 36.10 37.80 58.30 30.90 120 0.87 41.70 48.40 34.00 36.70 37.00 38.80 51.30 46.70 29.80

  130 2.47 53.80 43.40 31.80 31.10 35.50 36.40 48.70

  31.30 140 2.97 60.70 59.90 27.40 29.60 32.70 33.80 54.00 31.50 150 0.58 53.10 46.70 30.10 32.10 33.40 34.70 50.10 31.90 160 0.61 40.00 45.00 34.20 36.70 35.70 37.40 47.80 30.90 170 2.40 38.70 40.60 28.90 32.20 31.30 32.90 49.50

  31.30

  C) Ta

  (

Tabel 4.5 Data penelitian ke 5 paralel pada tanggal 03-10-2007

  (

  T L1 (

  O

  C) T R1

  (

  O

  C) T L2

  O

  C) T SR

  C) T R2

  (

  O

  C) T SL

  (

  O

  V (volt)

Tabel 4.5 Lanjutan Data penelitian ke 5 paralel pada tanggal 03-10-2007

  Tair Waktu

  V T L1 T R1 T L2 T R2 T SL T SR Ta Tling

  O O O O O O O keluar O

  (menit) (volt) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) O (

  C) (

  C) 180 0.52 33.30 37.70 33.30 36.40 37.10 37.60 45.70 40.01 30.80 190 0.91 37.60 39.80 30.10 34.60 34.10 35.50 44.10

  30.90 200 0.64 40.40 44.10 31.90 33.60 33.30 36.10 42.10 30.90 210 2.27 40.50 45.30 31.20 33.50 32.80 34.40 43.20 31.10 220 1.12 42.90 46.90 31.60 33.60 31.90 34.80 43.60 30.60 230 1.31 42.40 45.20 30.80 34.40 32.80 36.60 43.50 31.10 240 2.24 43.20 46.80 32.10 33.60 32.20 37.70 45.40 39.30 30.90

4.1.6 Data Hasil Penelitian ke 6 Untuk Rangkaian Paralel

Tabel 4.6 Data penelitian ke 6 paralel pada tanggal 08-10-2007

  Tair Waktu

  V T T T T T T Ta Tling

L1 R1 L2 R2 SL SR

  keluar

  O O O O O O O O

  (menit) (volt) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) O (

  C) (