16
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN
Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Energi BaruTerbarukan Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan yang terletak di Jalan Sisingamangaraja,
Medan selama 1 bulan.
3.2 PERALATAN
3.2.1 PERALATAN YANG DIGUNAKAN
Gambar 3.1 Pengering Surya 1.
Ruang Pengering Ruang pengering menggunakan plat aluminium dengan ketebalan 0,35 mm.
Ruang pengering memiliki cerobong sebagai keluarnya udara dan uap air hasil dari pengeringan. Ruang pengering ini memiliki dimensi panjang 2 m, lebar 1 m dan
tinggi 1 m. Ruang pengering dilapisi isolator berbahan fiber pada bagian samping dan atas yaitu acrylic dengan ketebalan 2 mm dan jarak antara lemari pengering dan
Universitas Sumatera Utara
17 acrylic 20 mm, sedangkan pada bagian bawah lemari pengering diberi isolator
sterofoam.
2. Kolektor
Kolektor surya pada pengering surya ini adalah tipe plat datar bersirip. Panjang daripada kolektor surya ini adalah 2 m dengan lebar 2 m. Berikut ini adalah gambar
detail kolektor surya beserta ukurannya [dalam mm].
3.
Gambar 3.2 Sirip Kolektor
Kolektor surya ini memiliki plat absorber dan dilapisi isolator berupa kayu, styrofoam, dan rockwoll, serta pada bagian atas dilapisi kaca.
base
permukaan sirip
Universitas Sumatera Utara
18 Gambar 3.3 Penampang Kolektor Surya
Adapun sifat konduktivitas dari bahan-bahan ini disajikan pada tabel 3.1 berikut ini.
Tabel 3.1 Konduktivitas Bahan [26] K
Aluminium
287 Wm.K K
kaca
0,761 Wm.K K
kayu
0,140 Wm.K K
rockwoll
0,042 Wm.K K
styrofoam
0,036 Wm.K Berikut ini merupakan dimensi dari kolektor surya:
Keterangan: A = Luas; p = panjang; l = lebar; t = tebal A
1
= p
1
x l
1
= 2,00 m x 0,17 m = 0,34 m
2
A
2
= p
2
x l
2
= 2,00 m x 0,16 m = 0,32 m
2
A
3
= p
3
x l
3
= 2,00 m x 0,11 m = 0,22 m
2
A
4
= p
4
x l
4
= 2,00 m x 0,05 m = 0,10 m
2
A
5
= p
5
x l
5
= 2,00 m x 2,00 m = 4,00 m
2
A
6
= p
6
x l
6
= 2,00 m x 2,005 m = 4,01 m
2
A
7
= p
7
x l
7
= 2,00 m x 2,125 =4,25 m
2
A
8
= p
8
x l
8
= 2,00 m x 2,230 m = 4,46 m
2
t
1
= t
8
= 10 mm t
2
= t
7
= 50 mm t
3
= t
6
= 60 mm t
4
= t
5
= 0,5 mm
Universitas Sumatera Utara
19
3.2.2 PERALATAN PENGUKURAN
Kajian performansi pengering surya diperoleh dari hasil perhitungan dengan menggunakan data-data yang diperoleh dari alat ukur seperti alat ukur intensitas
radiasi matahari, alat ukur temperatur dan yang lainnya.
1. Hobo Microstation Data Logger
Alat ini di hubungkan ke data logger untuk kemudian dihubungkan ke komputer untuk diolah datanya.
Spesifikasi Alat : a.
Skala pengoperasian: 20
o
C-50
o
C dengan baterai alkalin 40
o
C-70
o
C dengan baterai lithium
b. Input Processor: 3 buah sensor pintar multi channel monitoring
c. Ukuran: 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm
d. Berat: 0,36 Kg
e. Memori: 512 kb Penyimpanan data nonvolatile flash
f. Interval Pengukuran: 1 detik - 18 jam tergantung pengguna
g. Akurasi Waktu: 0 detik - 2 detik
Terdapat beberapa alat ukur pada Hobo Micro station data logger yaitu :
Gambar 3.4 Hobo Microstation data logger
a c
b
d
Universitas Sumatera Utara
20 Keterangan :
a. Pyranometer, adalah alat untuk mengukur radiasi matahari pada suatu lokasi.
Satuan alat ukur ini adalah Wm
2
. Adapun spesifikasi dari alat Pyranometer dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 3.2 Spesifikasi Pyranometer Parameter pengukuran
Intensitas radiasi dengan interval 1 detik Rentang Pengukuran
0 sampai 1280 Wm
2
Temperatur kerja Temperature: -40° C to 75 °C -40° F to 167 °F
Akurasi ± 10,0 Wm
2
or ± 5. Tambahan temperatur error 0,38 Wm
2
°C from 25 °C 0,21 Wm
2
°F from 77 °F Resolusi
1,5 Wm
2
Penyimpangan ± 2 per Year
Panjang kabel 3 Meters 9,8 ft
Berat 120 grams 4,0 oz
Dimensi 41 mm Height x 32 mm Diameter 1 58 x 1 14
b. Wind Velocity Sensor, adalah alat untuk mengukur kecepatan angin. Satuan alat
ukur ini adalah ms. Adapun spesifikasi dari alat Wind Velocity Sensor dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 3.3 Spesifikasi Wind Velocity Sensor Parameter pengukuran
Kecepatan angin rata-rata Kecepatan angin tertinggi
Data Channels 2 Channel, 1 Port
Rentang pengukuran 0 to 45 ms 0 to 100 mph
Operasi kerja Temperatur: -40
o
C to 75
o
C -40
o
F to 167
o
F Akurasi
±1.1 ms 2.4 mph atau 4 Resolusi
0,38 ms 0,85 mph Ambang batas awal
1 ms 2,2 mph Kecepatan angin maksimum 54 ms 120 mph
Universitas Sumatera Utara
21 Radius pengukuran
3 Meter Housing
3 buah Anemometer dengan bantalan Teflon Bearings dan poros Hardened Beryllium
Panjang kabel 3,0 Meters 10 ft
Dimensi 190 cm x 51 cm 7,5 x 3,2
Berat 300 gram 10 oz
c. Ambient Measurement Apparatus, adalah alat untuk mengukur temperatur
lingkungan sekitar. Satuan alat ukur ini adalah °C. Adapun spesifikasi dari alat Ambient Measurement Apparatus, dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 3.4 Spesifikasi Measurement Apparatus Rentang pengukuran
-40 °C to 125 °C -40 °F to 257 °F Akurasi
±0,22 °C at 25 °C ±0.4 °F at 77 °F see Diagram Resolusi
0,02 °C 25 °C 0,04 °F 77 °F Penyimpangan
0,05 °Cyr + 0,1 °C1000 hrs above 100 °C Waktu Respon
Water: 3,5 minutes to 90 Air: 10 minutes to 90 Moving at 1 msec
Akurasi Waktu ±2 Minutes per Month at 25 °C 77 °F
Sampling Rate 1 Second to 18 Hours
Kapasitas penyimpanan data 43,000 12-bit SamplesReadings
Konstruksi housing 316L Stainless Steel with O-ring seal
Tekanankedalaman kerja 2200 psi 1500 m4900 ft maximum
Lingkungan kerja Air, Water, Steam 0 to 100 RH
Berat 72 g 2,5 oz
Dimensi 10,1 cm long x 1,75 cm diameter
d. T and RH Smart Sensor, adalah alat untuk mengukur kelembaban udara. Besarnya
nilai yang diukur oleh alat ini dalam persen .Adapun spesifikasi dari alat T and RH Smart Sensor, dapat dilihat pada tabel berikut :
Universitas Sumatera Utara
22 Tabel 3.5 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor
Channel 1 Channel kelembapan
Rentang pengukuran -40 °C - 100 °C -40 °F - 212 °F
Akurasi ±0.2 °C - 0 °C sampai 50 °C ±0.36 °F 32
°C - 122 °F Resolusi
±0,03 °C dari 0 °C - 50 °C ±0,054°F dari 32°F - 122°F
Penyimpangan ±0,1 °C 0,18 °Ftahun
Waktu Respon kurang 2,5 Menit sampai RH 90 dalam 1 mdet
gerakan udara Housing
Stainless Steel Sensor Tip Pilihan operasi pengukuran
Tersedia Kondisi Lingkungan
Kabel dan Sensor Tahan air selama 1 tahun dengan Temperatur sampai 50 °C
Berat w 17 Meter Cable: 880 grams 12,0 oz
Dimensi 7 mm x 38 mm 0,28 x 1,50 - Sensor saja
2. Laptop
Digunakan untuk menyimpan dan mengolah data yang telah didapatkan dari Hobo Microstation data logger.
Gambar 3.5 Laptop
3. T data logger
Alat ini digunakan untuk merekam temperatur dalam kolektor dan ruang pengering. Pencatatan data pengukuran dilakukan dengan data logger untuk setiap 5
menit.
Universitas Sumatera Utara
23 Gambar 3.6 T data logger
4. Termolaser
Alat ini memiliki laser yang ditembakkan pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya. Pencatatan data pengukuran dilakukan secara manual.
Gambar 3.7 Termolaser
3.3 PROSEDUR PENELITIAN
Adapun prosedur yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1.
Pengering surya dioperasikan pada pukul 09.00-17.00 WIB. 2.
Penelitian dilakukan dengan memvariasikan bukaan kolektor,yaitu terbuka 100, terbuka 15, terbuka 75, dan tertutup 100.
3. Intensitas radiasi matahari dan temperatur lingkungan direkam setiap 5 menit
dengan menggunakan HOBO microstation data logger. 4.
T data logger ditempatkan dalam kolektor dan ruang pengering untuk merekam temperatur setiap 5 menit.
5. Temperatur kayu, kaca, dan plat absorber diukur dengan menggunakan
termolaser secara manual setiap 5 menit. 6.
Setiap data yang diperoleh dicatat lalu akan digunakan dalam perhitungan untuk memperoleh efisiensi dari kolektor surya.
Universitas Sumatera Utara
24 Gambar 3.8 Prosedur Penelitian
3.4 PROSEDUR PERHITUNGAN
3.4.1 MENGHITUNG KEHILANGAN PANAS
Kehilangan panas keseluruhan dihitung berdasarkan besarnya total kehilangan panas konveksi melalui udara lingkungan terhadap permukaan kayu,
kehilangan panas konveksi melalui udara di dalam kolektor terhadap permukaan plat, kehilangan panas pada sisi bawah dan sisi atas dan kehilangan panas radiasi.
Gambar 3.9 Penampang Kolektor Surya dan Kehilangan Panasnya
Universitas Sumatera Utara
25 1.
Menghitung Kehilangan Panas pada Sisi Dinding Q
1
Pada perhitungan kehilangan panas pada sisi dinding, hasil yang diperoleh akan dikalikan dua karena kolektor surya mempunyai dua dinding, yaitu sebelah kanan
dan kiri.
Q
1
= U
d
.AT
u
-T
r
=
[25]
Dimana : U
d
= koefisien pindahan panas menyeluruh pada dinding h
1
= koefisien konveksi permukaan luar Wm
2
.K h
2
= koefisien konveksi permukaan dalam Wm
2
.K T
u
= temperatur udara dalam kolektor K T
r
= temperatur lingkungan K t
1
= tebal kayu m t
2
= tebal sterofoam m t
3
= tebal rockwoll m t
4
= tebal plat absorber m k
ky
= konduktivitas termal kayu Wm.K k
st
= konduktivitas termal sterofoam Wm.K k
rw
= konduktivitas termal rockwoll Wm.K k
p
= konduktivitas termal plat absorber Wm.K A
1
= luas penampang kayu pada sisi dinding m
2
A
2
= luas penampang styrofoam pada sisi dinding m
2
A
3
= luas penampang rockwoll pada sisi dinding m
2
A
4
= luas penampang plat absorber pada sisi dinding m
2
2. Menghitung Kehilangan Panas pada Sisi Alas Q
2
Pada perhitungan kehilangan panas pada sisi alas diasumsikan sama dengan perhitungan kehilangan panas pada dinding sehingga parameter-parameter yang
digunakan dalam perhitungan pada sisi alas ini sama dengan pada perhitungan dinding. Maka kehilangan panas pada sisi alas adalah:
Universitas Sumatera Utara
26
Q
2
= U
b
.AT
u
-T
r
=
[25] Dimana :
U
b
= koefisien pindahan panas menyeluruh pada sisi bawah alas h
1
= koefisien konveksi permukaan luar Wm
2
.K h
2
= koefisien konveksi permukaan dalam Wm
2
.K T
u
= temperatur udara dalam kolektor K T
r
= temperatur lingkungan K t
8
= tebal kayu m t
7
= tebal sterofoam m t
6
= tebal rockwoll m t
5
= tebal plat absorber m k
ky
= konduktivitas termal kayu Wm.K k
st
= konduktivitas termal sterofoam Wm.K k
rw
= konduktivitas termal rockwoll Wm.K k
p
= konduktivitas termal plat absorber Wm.K A
8
= luas penampang kayu pada sisi alas m
2
A
7
= luas penampang sterofoam pada sisi alas m
2
A
6
= luas penampang rockwoll pada sisi alas m
2
A
5
= luas penampang plat absorber pada sisi alas m
2
3. Menghitung Kehilangan Panas pada KacaCover Q
3
Untuk menghitung kehilangan panas pada kaca digunakan koefisien perpindahan panas menyeluruh secpersamaan sebagai berikut :
Q
3
= U
a
.AT
u
-T
r
[25] U
a
= +
+
,,- .
0, 1
1
[27]
Dimana : U
a
= koefisien pindahan panas menyeluruh pada kaca cover N = jumlah kacacover
= 1 lembar β = sudut kemiringan kolektor
= 45
Universitas Sumatera Utara
27 σ = konstanta Stefan-Boltzman
= 5,67 x 10
-8
Wm.K
4
[25] C = 5201 – 0,000051.β
2
untuk 0 ≤ β ≤ 70
= 466,297 [27] e = 0,43 1 – 100T
u
= 0,30756613 [27] ε
k
= emisivitas kaca = 0,88 [27]
ε
p
= emisivitas plat = 0,97 [22]
h
w
= koefisien perpindahan kalor konveksi f = 1 + 0,089h
w
– 0,1166h
w
. ε
p
1 + 0,07866N [27] A = luas permukaan kaca m
2
T
u
= temperatur udara dalam kolektor C
T
r
= temperatur lingkungan C
4. Menghitung Kehilangan Panas Radiasi Q
4
Untuk menghitung kehilangan panas pada radiasi digunakan persamaan sebagai berikut :
Q
4
=
2. 4
1 1
5 4
1 1
5
[25]
Dimana : T
p
= temperatur plat K T
k
= temperatur kaca K ε
k
= emisivitas kaca = 0,88 [27] ε
p
= emisivitas plat = 0,97 [22] σ
= konstanta Stefan-Boltzman = 5,67 x 10
-8
Wm.C
4
[25] A
= luas permukaan dalam kolektor m
2
Maka, dari hasil perhitungan kehilangan panas yang dilakukan, akan diperoleh total kehilangan panas pada kolektor dengan persamaan sebagai berikut :
Q
loss
= Q
dinding
+ Q
alas
+ Q
atas
+ Q
radiasi
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
dalam satuan Watt
3.4.2 MENGHITUNG PANAS MASUK Q
IN
PADA KOLEKTOR
Untuk menghitung panas masuk Q
in
yang diserap kolektor digunakan persamaan sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
28
Q
in
= I.A.τ.α
[28] Dimana :
Q
in
= panas masuk pada kolektor Watt I
= Intensitas radiasi matahariHobo Wm
2
A = luas permukaan kolektor m
2
τ = transmisivitas kaca = 0,85 [24]
α = absorbsivitas plat = 0,97 Nilai absorbsivitas α plat yang dicat
hitam diasumsikan 0,97 [24
3.4.3 MENGHITUNG
PANAS YANG
DIGUNAKAN Q
U
PADA KOLEKTOR
Untuk menghitung panas yang digunakan Q
u
digunakan persamaan sebagai berikut :
Q
u
= F`. Q
in
- Q
loss
[24] Dimana :
Q
u
= panas yang digunakan Watt F`
= faktor efisiensi kolektor diasumsikan = 90 Q
in
= panas yang masuk pada kolektor Q
loss
= panas yang hilang pada kolektor
3.4.4 MENGHITUNG EFISIENSI KOLEKTOR η
Untuk menghitung efisiensi kolektor surya η digunakan persamaan sebagai berikut :
η =
6 6
78
9:;:
× 100
[24]
;
Q
in
HOBO = I.A [28] Dimana :
η = efisiensi kolektor Q
u
= panas yang digunakan Watt I = Intensitas radiasi matahariHobo Wm
2
A = luas permukaan kolektor m
2
Universitas Sumatera Utara
29 Ya
Tidak
3.5 FLOWCHART PENELITIAN
Untuk lebih jelasnya prosedur penelitian disajikan dalam bentuk flowchart sebagai berikut :
Gambar 3.10 Flowchart Penelitian Kajian Performansi Pengering Surya Metode Tidak Langsung Indirect Solar Dryer
Adakah variasi bukaan lainnya?
Mulai
Alat pengering dipersiapkan
Pengukuran suhu, radiasi matahari, dan laju aliran udara akan dilakukan setiap 5 menit
Pengeringan di bawah sinar matahari dilakukan selama 8 jam
Dilakukan variasi bukaan kolektor surya terbuka total
Diperoleh data
Dilakukan perhitungan kehilangan panas dan efisiensi kolektor surya
Selesai
Universitas Sumatera Utara
30
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 ANALISIS
INTENSITAS RADIASI
MATAHARI SOLAR
RADIATION TERHADAP TEMPERATUR DALAM KOLEKTOR SURYA
Pada penelitian ini, intensitas radiasi matahari diukur dengan menggunakan alat ukur sensor radiasi yaitu pyranometer yang terdapat pada Hobo Micro Station
Data Logger. Sensor ini dapat mencatat data-data dalam interval waktu 1 menit. Intensitas radiasi akan mempengaruhi temperatur dalam kolektor surya. Kolektor
surya ini digunakan sebagai pengumpul energi termal untuk menaikkan temperatur udara yang nantinya akan ditransmisikan ke dalam ruang pengering
[4]. Kolektor surya pada penelitian ini memiliki bukaan kolektor yang
divariasikan menjadi 4, yaitu terbuka 100, bukaan 1 cm, terbuka 75, dan tertutup 100.
Selama penelitian, keadaan cuaca tidak menentu. Dalam satu hari kadang cerah, lalu sehingga intensitas radiasi matahari pada penelitian ini sangat
berfluktuasi. Berikut ini adalah gambar intensitas radiasi dan temperatur kolektor per 5 menit untuk variasi terbuka 100.
Gambar 4.1 Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 100
900 850
800 750
700 650
600 550
500 450
400 350
300 250
200 150
100 50
In te
n si
ta s
R ad
ia si
W m
2
9:00 10:00
11:00 12:00
13:00 14:00
15:00 16:00
17:00
Waktu
70 65
60 55
50 45
40 35
30 25
20 15
T em
p er
at u
r K o
le k
to r
C Intensitas Radiasi
Temperatur Kolektor
Universitas Sumatera Utara
Kategori