Pemanas air energi surya menggunakan kolektor CPC dengan sudut kurva 0, 15 dan 30 derajat - USD Repository

  

PEMANAS AIR ENERGI SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR

CPC DENGAN SUDUT KURVA 0, 15 DAN 30 DERAJAT

Skripsi

  Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin Oleh:

  

Frans Valetino Dwi Setiawan

NIM : 055214069

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

  

SOLAR WATER HEATER USING CPC COLLECTOR WITH 0, 15

AND 30 DEGREE ANGLE OF CURVE

FINAL ASSIGNMENT

  Presented As Partial Fulfillment Of The Requirement To Obtain The Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical Engineering by

  

Frans Valetino Dwi Setiawan

Student Number: 055214069

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

  SKRIPSI

  

PEMANAS AIR ENERGI SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR

CPC DENGAN SUDUT KURVA 0, 15 DAN 30 DERAJAT

  Oleh: Frans Valentino Dwi Setiawan

  NIM : 055214069 Telah disetujui oleh:

  Pembimbing Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. SKRIPSI

  

PEMANAS AIR ENERGI SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR

CPC DENGAN SUDUT KURVA 0, 15 DAN 30 DERAJAT

  Disiapkan dan ditulis oleh Frans Valentino Dwi Setiawan

  NIM : 055214069 Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji

  Pada tanggal 16 November 2009 Dan dinyatakan memenuhi syarat

  Susunan Panitia Penguji Nama Lengkap Tanda tangan Ketua Budi Setyahandana, S.T., M.T. ......................

  Sekretaris Ir. PK Purwadi, M.T. ...................... Anggota Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. ......................

  Yogyakarta, 18 November 2009 Fakultas Sains Dan Teknologi

  Universitas Sanata Dharma Dekan,

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini, tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, 18 November 2009 Penulis

  Frans Valentino Dwi Setiawan LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta: Nama : Frans Valentino Dwi Setiawan NIM : 055214069

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, Saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

PEMANAS AIR ENERGI SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR CPC DENGAN SUDUT KURVA 0, 15 DAN 30 DERAJAT

  Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

  Yogyakarta, 18 November 2009 Yang menyatakan

  ABSTRAK

  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. Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti adalah membuat model pemanas air energi surya sederhana (jenis kolektor pelat datar) menggunakan bahan yang lebih murah, tersedia di pasar lokal dan teknologi yang sederhana dan mengetahui unjuk kerja (temperatur maksimal dan efisiensi) pemanas air yang dapat dihasilkan untuk menjajaki penggunaan pemanas air energi surya jenis kolektor pelat datar di Indonesia. Metode penelitian pada alat pemanas air energi surya ini terdiri dari 3 komponen utama yaitu kolektor dengan kaca penutup, tangki penyuplai, tangki penampungan air panas berkapasitas 20 liter. Pemanas pelat absorber umumnya banyak terdapat di pasaran dan terbuat dari tembaga. Dengan digantikannya pipa pemanas dari tembaga menjadi alumunium dan fungsi pelat absorber tembaga digantikan dengan reflektor maka dari sisi biaya dan teknologi pembuatannya menjadi lebih murah dan sederhana. Variabel yang diukur pada penelitian ini adalah temperatur air sisi masuk kolektor (T i ), temperatur air sisi keluar kolektor (T ) dan energi matahari (surya) yang

  

o

  datang (G). Hasil yang dicapai kolektor surya dengan reflektor berprofil parabola terpadu (compound parabolic) mampu menghasilkan nilai efisiensi

  o

  mencapai 26% dengan temperatur air panas yang dihasilkan mencapai 52 C

  o pada kolektor CPC dengan sudut kurva 15 .

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya hingga terselesaikannya Laporan Tugas Akhir dengan judul “Pemanas Air Energi Surya Menggunakan Kolektor CPC Dengan Sudut Kurva 0, 15 dan 30 Derajat”. Penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat meluaskan pengetahuan masyarakat serta meningkatkan minat perancang dan industri untuk menampilkan produk rekayasa surya dan semoga memberikan manfaat yang tinggi nilainya, terutama bagi masyarakat bangsa yang sedang membangun.

  Dalam perancangan ini, akan dibahas tentang penggunaan Pemanas Air Termosifon Energi Surya sebagai energi alternatif. Untuk perkembangan selanjutnya diharapkan alat ini dapat disempurnakan dan dapat dipergunakan untuk membantu dalam suatu proses produksi. Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih atas segala bantuan sehingga tugas ini dapat terselesaikan dengan baik, kepada : 1.

  Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi.

  2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.

  3. Bapak Ir. FA Rusdi Sambada, M.T. selaku Dosen pembimbing.

  4. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata pengetahuan yang sangat membantu penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini, 5. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin dan semua pihak yang telah membantu terselesaikannya Laporan Tugas Akhir ini.

  Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan ini karena keterbatasan dan pengetahuan. Untuk itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat membangun demi lebih sempurnanya tugas ini. Akhir kata semoga tugas ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.

  Yogyakarta, 18 November 2009 Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i TITLE PAGE .......................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBINGBING .................................................. iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iv PERNYATAAN ......................................................................................................v ABSTRAK ............................................................................................................ vii KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii DAFTAR ISI ...........................................................................................................x DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii DAFTAR TABEL ..................................................................................................xv

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  DAFTAR GAMBAR

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  DAFTAR TABEL

  

  

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Air panas umumnya digunakan untuk mandi, mencuci atau mendukung suatu proses kimia 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 digunakan 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 secara tradisional juga dapat menimbulkan dampak negatif terhadap kesehatan karena asap yang ditimbulkan, selain itu pengumpulan kayu bakar memerlukan waktu yang sebenarnya dapat dipergunakan 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 kenaikan 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

  2

  potensi energi surya yang cukup dengan radiasi harian rata-rata 4,8 kWh/m (Menteri Energi, 2003). 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 komponen utamanya pipa pemanas (pipa riser) dan pelat absorber. Pipa pemanas dan pelat absorber umumnya terbuat dari tembaga, absorber berfungsi untuk menambah luasan penerima panas dari energi surya (berfungsi sebagai sirip bagi pipa pemanas). Pipa pemanas direkatkan pada pelat absorber dengan cara dilas/solder. Pemanas air energi surya jenis pelat datar yang terbuat dari pipa dan pelat tembaga mempunyai efisiensi yang baik untuk kondisi cuaca di Indonesia, hal ini disebabkan karena tembaga merupakan bahan dengan sifat hantar panas yang baik. Akan tetapi dari sisi biaya yang diperlukan tidaklah termasuk murah, hal ini disebabkan harga pipa dan pelat tembaga termasuk mahal dan tidak mudah didapat dipasarkan. Selain biaya dari sisi teknologi pembuatannya (pengelasan pipa pemanas ke pelat absorber) juga tidak termasuk teknologi yang sederhana. Alternatif bahan lain untuk pipa pemanas yang jauh lebih murah tetapi dapat menghasilkan efisiensi yang hampir sama dengan tembaga adalah pipa alumunium.

1.2 Perumusan Masalah

  Masalah yang ada dengan penggunaan bahan alumunium adalah cara bahkan lebih susah mengelas pipa alumunium ke pelat alumunium dibanding mengelas pipa tembaga ke pelat tembaga. Untuk itu pada penelitian ini fungsi pelat absorber digantikan dengan reflektor berprofil parabola terpadu (compound

parabolic ) sehingga kolektornya disebut CPC (compound parabolic collector).

  Reflektor dapat dibuat dari bahan yang mempunyai sifat pantul energi surya yang baik seperti pelat stainles steel, pelat alumunium tipis atau alumunium foil.

  Dengan digantikannya pipa pemanas dari tembaga menjadi alumunium dan fungsi pelat absorber tembaga digantikan dengan reflektor maka dari sisi biaya dan teknologi pembuatannya menjadi lebih murah dan sederhana.

  Pada penelitian ini akan diteliti unjuk kerja pemanas air dengan kolektor CPC yang dapat dihasilkan dengan kondisi energi surya di Indonesia khususnya di Yogyakarta.

1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu: 1.

  Membuat model pemanas air energi surya sederhana (jenis kolektor CPC

  o o o

  dengan sudut kurva 0 , 15 dan 30 ) menggunakan bahan yang lebih murah, tersedia di pasar lokal dan teknologi yang sederhana.

  2. Mengetahui unjuk kerja (temperatur maksimal dan efisiensi) pemanas air yang dapat dihasilkan untuk menjajaki penggunaan pemanas air energi surya jenis kolektor CPC di Indonesia.

1.3 Manfaat Penelitian

  Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini : 1.

  Menambah kepustakaan teknologi pemanas air surya.

  2. dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pemanas air energi surya sederhana yang sesuai dengan kondisi cuaca di

  Indonesia dan dapat diterima masyarakat.

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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan

  Hasil penelitian A.B Copsey (1984) memperlihatkan bahwa tangki dengan derajat strarifikasi thermal lebih baik akan menghasilkan fraksi surya lebih tinggi, M.D.Wuestling ( 1985) serta G.L Morison dan J.E Braun (1985) mengatakan bahwa unjuk kerja optimum pemanas air terjadi pada laju aliran air rata-rata harian di kolektor yang sama dengan laju aliran air pembebanan. Kolektor CPC sederhana tanpa pemvakuman dapat mencapai efisiensi 50% hal ini dapat dicapai dengan penambahan material honeycomb sebagai pengontrol laju kerugian konveksi pada kolektor (Pereira, et.AL,2003). Pembuatan profil parabola, pengaturan fokus, prosedur pembuatan dudukan pipa pemanas pada reflektor merupakan permasalahan yang umum pada disain sebuah kolektor CPC di samping keuntungan dari kolektor CPC seperti rugi-rugi panas yang kecil dan temperatur kerja yang cukup tinggi (Zheng, et. AL, 2004).

2.2 Dasar Teori

  Kolektor plat datar merupakan jenis kolektor yang paling umum. Ada 2 jenis kolektor datar yaitu kolektor plat datar konvensional dan kolektor plat datar “evacuated tube”. Jenis kolektor plat datar konvensional adalah jenis yang paling dari logam berwarna hitam yang menyerap panas. Energi surya diterima plat absorber dan dikonversikan menjadi panas. Fluida dalam pipa/saluran mengambil panas dari plat absorber. Jumlah radiasi surya yang diterima kolektor tergantung dari beberapa hal (1)Letak Geografis : daerah kutub, khatulistiwa dan ketinggian (makin tinggi daerah makin besar radiasi). (2) Kondisi tempat ; banyak pohon, bangunan atau daerah terbuka. (3) Orientasi kolektor terhadap posisi harian matahari ; kolektor tetap atau dapat mengikuti gerak matahari. (4) Waktu ; pagi, siang atau sore. (5) Musim : hujan atau kemarau. (6)Kondisi atmosfer : cerah, berawan, uap air, debu, polutan.

  Ada beberapa sistem yang dapat digunakan dalam pengaplikasian dari pemanas air yaitu (1) Aktif ; menggunakan pompa. (2) Pasif ; tidak menggunakan pompa, sirkulasi berlangsung secara alami. (3) Direct ; fluida yang dipanasi langsung dapat digunakan. (4) Indirect ; Terdapat alat penukar panas pada sistem sehingga fluida yang dipanasi digunakan untuk memanasi fluida lain.

  Gambar 2. 1. Cara Kerja Sistem Direct (kiri) dan Sistem Indirect (kanan) Pemanas air energi surya jenis pelat datar (gambar 2.1) adalah pemanas air energi surya yang sederhana, tidak memerlukan pompa, alat kontrol, sensor, dan jaringan listrik. Air bersirkulasi dari kolektor ke tangki karena adanya perbedaan massa jenis.

  Tangki penyuplai Pipa air keluar Isolasi Tangki penyimpan Pipa penghubung Kolektor

  Gambar 2. 2. Bagian-bagian Pemanas Air Energi Surya Prinsip kerja pemanas air energi surya jenis pelat datar adalah sebagai berikut : energi surya memanasi kolektor sehingga air dalam pipa kolektor menjadi panas, air yang panas ini mempunyai massa jenis yang lebih kecil dari air yang lebih dingin di sekitarnya sehingga bagian air yang panas ini merambat ke bagian atas kolektor, masuk dalam tangki penyimpanan di bagian atas tangki penyimpanan dan mendesak air dalam tangki penyimpanan yang lebih dingin ke bagian bawah tangki penyimpanan. Air dingin yang terdesak ini selanjutnya akan keluar dari air dingin dari tangki penyimpan ke kolektor terjadi tanpa bantuan pompa maka sirkulasi ini disebut sirkulasi natural atau yang lebih dikenal sebagai prinsip

  

thermosyphon . Air dingin yang masuk kolektor akan dipanasi lagi dengan energi

  surya yang diterima kolektor. Karena temperatur air dalam kolektor lebih tinggi dari temperatur air yang ada dalam tangki penyimpan maka sirkulasi natural akan terus berlangsung selama kolektor menerima energi surya dan akibatnya air dalam tangki penyimpan makin lama makin panas. Temperatur yang dapat dicapai air dalam tangki penyimpan tergantung pada energi surya yang diterima kolektor, luas kolektor, banyaknya air, dan kualitas bahan isolasi tangki penyimpan

  o

  (umumnya air dalam tangki penyimpan dapat mencapai temperatur 60 C sampai

  o

  80 C). Jika air panas dalam tangki penyimpan akan digunakan maka kran pengeluaran air panas dibuka, sehingga air panas dalam tangki penyimpan keluar.

  Karena antara tangki penyimpan dan tangki penyuplai terhubung dengan pipa aliran air penyuplai maka air dalam tangki penyuplai akan masuk ke dalam tangki penyimpan melalui bagian bawah tangki penyimpan dan mendesak air panas dalam tangki penyimpan ke atas dan keluar melalui kran pengeluaran air panas.

  Penempatan kran pengeluaran air panas harus pada bagian atas tangki penyimpan karena air terpanas dalam tangki penyimpan selalu berada pada bagian atas (air terpanas mempunyai massa jenis terkecil) sementara penempatan saluran pipa aliran air penyuplai ditempatkan pada bagian bawah tangki penyimpan agar air penyuplai yang bertemperatur lebih rendah tidak teraduk dengan air terpanas yang

  Kolektor merupakan bagian pada pemanas air (gambar 2.1) yang menerima energi surya. Bagian-bagian sebuah kolektor CPC dapat dilihat pada

gambar 2.2 dan gambar 2.3. efisiensi kolektor sangat menentukan unjuk kerja pemanas air 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 dinyatakan dengan persamaan :

  T

  i a

  −T

  (

  (2.1)

  U

  R R L

  η = F τα) − F � �

  G dengan: F R : Faktor pelepasan panas

2 G : Radiasi yang datang (W/m )

  T : Temperatur sekitar (K)

  a

  T i : Temperatur fluida kerja masuk kolektor (K)

2 U L : Koefisien kerugian (W/(m .K)

  ( τα) : Faktor transmitan-absorpan kolektor Faktor pelepasan panas kolektor (F R ) dihitung dengan persamaan : m ḟ .Cpf �To −Ti�

  (2.2)

  F = R

  A c �G (τα )−U l�Ti−Ta �� dengan :

2 A C : Luasan kolektor (m )

  C PF : Panas jenis fluida kerja (J/(Kg.K))

2 G : Radiasi yang datang (W/m )

  T : Temperatur fluida kerja keluar kolektor (K)

  2 U : Koefisien kerugian (W/(m .K)) L

  ( τα) : Faktor transmitan-absorpan kolektor Air Keluar

  Tutup Kaca Isolasi

  Air Masuk Pelat Absorber

  Reflektor Pipa Riser

  Pipa Header Gambar 2. 3. Bagian-bagian kolektor CPC

  Pipa Riser Tutup Kaca

  Reflektor Koefisien kerugian U L tergantung dari beberapa parameter di antaranya kualitas pelat absorber, isolasi kolektor dan jumlah tutup kaca. Untuk perancangan praktis

  2 harga U dapat diambil sebesar 8 W/(m K). L

  CPC (compound parabolic collector) adalah gabungan beberapa reflektor yang berbentuk parabola yang terlihat pada gambar 2.4 dan disusun pada kolektor (gambar 2.3). Fungsi dari reflektor berbentuk parabola ini adalah untuk menggantikan fungsi plat absorber yang biasa digunakan pada pemanas air plat datar sehingga biaya pembuatan kolektor dapat ditekan tetapi diharapkan dapat memiliki kemampuan yang sama dengan plat absorber dalam mentransferkan energi surya. Reflektor parabolik yang dibuat memiliki perbedaan sudut kurva,

  o o o

  yaitu 0 , 15 dan 30 . Yang dimaksudkan dengan sudut kurva adalah garis tengah

  o o

  parabolik dan garis tengah alat gambar parabolik membentuk sudut 0 , 15 dan

  o

  30 . Pembuatan sudut kurva parabolik dapat di jelaskan sebagai berikut :

  o 1.

  Pembuatan sudut kurva 0 Sudut kurva yang terbentuk antara garis tengah kertas gambar dengan alat

  o gambar membentuk sudut 0 seperti yang terlihat pada gambar 2.5.

  Kemudian gambar yang telah terbentuk di cerminkan terhadap garis tengah pada kertas gambar

  o 2.

  Pembuatan sudut kurva 15

  Kemudian gambar yang telah terbentuk di cerminkan terhadap garis tengah pada kertas gambar Garis Tengah Alat Garis Tengah Kertas Gambar

  o

  Gambar 2. 5. Sudut Kurva 0

  o 3.

  Pembuatan sudut kurva 30 Sudut kurva yang terbentuk antara garis tengah kertas gambar dengan alat

  o gambar membentuk sudut 30 seperti yang terlihat pada gambar 2.7.

  Kemudian gambar yang telah terbentuk di cerminkan terhadap garis tengah pada kertas gambar

  Garis Tengah Alat

  o

  15 Garis Tengah Kertas Gambar

  

o

  Gambar 2. 6. Sudut Kurva 15 Garis Tengah Alat

  o

  30 Garis Tengah Kertas Gambar

  

o

  Gambar 2. 7. Sudut Kurva 30

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema Alat

  Alat pemanas air energi surya pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama:

  1. Kolektor (komponen utama) dengan kaca penutup.

  2. Tangki penyuplai.

  3. Tangki penampungan air panas berkapasitas 20 liter. Skema alat dan gambar rancangan dapat dilihat sebagai berikut :

  Tangki Penyuplai

  Tangki Air Panas

  Penampung Radiasi

  Elevasi Tangki Surya

  Kolektor Air Dingin Gambar 3. 2. Peletakan Termokopel Keterangan : 1.

  T

1 berada pada saluran masuk (pipa penghubung) pada kolektor.

  2. T

  2 berada pada saluran keluar (pipa penghubung) pada kolektor.

  3. T

  

3 berada di bagian dalam tangki penyimpan yakni 10 cm dari dasar

tangki.

  4. T

  

4 berada di bagian dalam tangki penyimpan yakni 25 cm di atas T

3 .

  T

  1 T i

  T

  2 T

o

  T

  3 T

  4 Gambar 3. 3. Gambar Rancangan Tampak Tiga Dimensi Keterangan : 1.

  Tangki penampung yang telah diberi isolasi.

  2. Tangki penyuplai (jerigen).

  3. Pipa penyuplai.

  4. Pipa masuk air panas ke tangki penampung.

  5. Pipa keluar air dingin dari tangki penampung maupun tangki penyuplai.

  6. Kran pembuangan.

  7. Kran air panas keluar.

  8.

  3.2 Cara kerja alat

  Pada penelitian pemanas air energi surya dengan kolektor CPC ini, air bertemperatur rendah yang mengalir dari tangki penyuplai masuk ke pipa kolektor bagian bawah. Pada kolektor, air dingin dipanaskan oleh energi surya sehingga air menjadi panas dan keluar melalui pipa kolektor bagian atas. Karena adanya perbedaan massa jenis antara air panas dan air dingin, di mana temperatur air dalam kolektor lebih tinggi dari temperatur air yang ada dalam tangki penyimpan maka terjadi sirkulasi natural dan akan terus berlangsung selama kolektor menerima energi surya dan akibatnya air dalam tangki penyimpan makin lama makin panas

  3.3 Variabel yang divariasikan

  Variabel yang divariasikan pada penelitian ini adalah Sudut kurva parabola

  o o o sebanyak 3 variasi yaitu 0 , 15 dan 30 (gambar 3.4).

  Pipa Pemanas Pipa Pemanas

  Pipa Pemanas (Riser) 5/8 in

  (Riser) 5/8 in (Riser) 5/8 in

  o o o

  15

  30

  3.4 Peralatan Pendukung

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : 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 kolektor, dan temperatur air pada tangki penampung setiap menit.

  3.5 Variabel yang diukur

  Variabel yang diukur pada penelitian ini adalah : 1.

  Temperatur air sisi masuk kolektor (T i ).

  2. Temperatur air sisi keluar kolektor (T o ).

  3. Temperatur lingkungan.

  4. Temperatur rata-rata tangki penyimpan.

  5. Energy matahari (surya) yang datang (G)

3.6 Langkah penelitian

  Langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian ini adalah : 1.

  ,T

  Pengolahan data dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (2.1) dan persamaan (2.2). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan efisiensi kolektor dengan T i /G.

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

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

  7. Pengambilan data selanjutnya dilakukan tiap 10 menit.

  4 ).

  ,T

  3

  ,T

  2

  1

  Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti gambar 3.3 sebanyak 3 alat yaitu pemanas air menggunakan kolektor CPC dengan sudut kurva 0

  6. Mengukur temperatur fluida mula-mula (T

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

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

  3. Mengisi tangki penyuplai dengan air hingga penuh.

  Mempersiapkan piranometer yang telah dirangkai dengan logger.

  o 2.

  dan 30

  o

  15

  ,

  o

3.7 Pengolahan dan analisa data

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

  Dalam penelitian pemanas air energi surya menggunakan kolektor CPC 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

  pemanas air energi surya menggunakan kolektor CPC pada ukuran pipa riser yang sama yaitu 5/8 inchi dan sudut kurva yang berbeda pada setiap kolektor

  

o o

  yaitu sudut parabola 0 (kolektor 1), sudut parabola 15 (kolektor 2) dan sudut

  o

  parabola 30 (kolektor 3). 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 untuk mendapatkan data yang akurat dari setiap variasi yang dilakukan. Tempat pengambilan data di lakukan di lingkungan universitas sanata Dharma. Tabel 4. 1.Pengambilan Data Tanggal 22 Mei 2009 Tgl 22-5-2009

  Kolektor 1 (CPC 0°)

  Kolektor 2 (CPC 15°)

  Kolektor 3 (CPC 30°)

  Waktu G T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 10.40 491 B 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10.50 740 B 26 37 19 25 27 36 18 24 26 30 19 19 11.00 880 B 26 43 18 29 27 51 21 26 27 35 20 19 11.10 926 B 27 43 21 33 28 52 22 37 27 38 24 19 11.20 929 B 27 43 25 35 28 52 24 38 27 41 29 20 11.30 923 B 27 43 27 35 28 52 23 43 20 41 30 25 11.40 909 B 27 43 28 35 28 54 23 43 28 41 29 27 11.50 890 B 30 45 30 36 29 54 22 46 32 43 32 32 12.00 820 B 35 49 32 41 28 52 24 48 35 45 33 30 12.10 827 B 36 51 35 43 29 54 30 50 40 48 38 35 12.20 682 B 37 50 37 43 30 57 36 50 40 51 36 38 12.30 428 B 35 43 37 44 33 43 38 51 48 52 37 40 12.40 112 D 35 41 38 44 34 43 37 54 38 43 46 50 12.50 135 D 36 43 40 43 35 43 40 52 40 46 46 48 13.00 165 D 35 41 42 44 35 41 41 53 38 43 48 52 13.10 127 B 34 38 40 43 34 41 43 53 36 42 49 50

  13.20

  68 D 32 36 40 43 33 37 42 52 35 38 49 50 13.30 108 D 30 37 38 43 32 36 40 51 33 40 48 49 13.40 408 B 31 36 38 43 32 36 43 50 32 42 45 46

  13.50

  56 D 32 33 43 44 32 37 43 51 34 37 46 48

  14.00

  82 D 29 31 43 43 29 34 43 50 32 33 45 48 Gambar 4. 1. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Kolektor 1 (CPC 0

  o

  250 500 750 1000

  Suhu, ^o C Waktu, Menit

  65 50 100 150 200

  55

  45

  35

  25

  15

  G, W/m ² T2 T4 G

  ), Tanggal 22 Mei 2009 Gambar 4. 2. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  Suhu, ^o C Waktu, Menit

  55 50 100 150 200

  45

  35

  25

  15

  250 500 750 1000

  

o

  G, W/m ² T2 T4 G

  o ₂ Suhu, C G, W/m

  55 1000

  45 750

  35 500

  T2 T4

  25 250

  G

  15 50 100 150 200

  Waktu, Menit

  Gambar 4. 3. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  

o

  pada Kolektor 3 (CPC 30 ), Tanggal 22 Mei 2009 Tabel 4. 2. Pengambilan Data Tanggal 23 Mei 2009 Tgl 23-5-2009

  Kolektor 1 (CPC 0°)

  Kolektor 2 (CPC 15°)

  Kolektor 3 (CPC 30°)

  Waktu G T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 10.40 420 B 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10.50 475 B 25 33 20 26 26 35 19 25 27 30 20 20 11.00 539 B 26 33 20 28 27 43 21 26 28 34 21 20 11.10 592 B 27 34 21 30 28 43 21 33 29 36 23 21 11.20 924 B 28 39 22 34 27 48 24 34 30 43 25 24 11.30 178 D 27 36 25 34 27 44 26 40 28 38 26 28 11.40 126 D 28 29 26 35 28 49 28 40 27 39 25 28 11.50 828 B 30 40 29 36 28 50 28 42 29 42 28 29 12.00 787 B 32 42 31 39 28 49 28 44 31 43 31 40 12.10 775 B 34 43 34 40 28 50 30 46 34 46 35 33 12.20 704 B 36 37 36 39 29 52 34 46 37 48 35 35 12.30 609 B 35 41 33 41 31 45 38 46 42 49 36 37 12.40 413 B 35 41 35 43 32 45 36 49 37 46 41 43 12.50 454 B 36 40 37 43 34 45 36 47 39 48 41 42 13.00 415 B 36 39 40 44 34 43 37 48 38 46 43 45 13.10 378 B 37 39 40 43 34 43 38 47 37 46 45 44 13.20 533 B 36 38 40 43 34 42 38 47 38 44 45 44 13.30 330 B 36 37 39 43 34 40 37 46 37 45 45 44 13.40 458 B 36 38 40 43 36 39 40 46 35 44 44 44 13.50 243 B 35 38 43 44 33 43 43 46 37 40 43 45 14.00 179 D 35 38 43 43 32 44 43 45 36 43 42 45 Gambar 4. 4. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Kolektor 1 (CPC 0

  o

  T4 G 200 400 600 800 1000

  G, W/m ² T2

  Suhu, ^o C Waktu, Menit

  55 50 100 150 200

  50

  45

  40

  35

  30

  25

  20

  15

  G, W/m ² T2

  ), Tanggal 23 Mei 2009 Gambar 4. 5. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Kolektor 2 (CPC 15

  Suhu, ^o C Waktu, Menit

  50 50 100 150 200

  45

  40

  35

  30

  25

  20

  15

  ), Tanggal 23 Mei 2009 200 400 600 800 1000

  

o

  T4 G

  o ₂ Suhu, C G, W/m

  55 1000

  50 800

  45

  40 600

  35 T2 400

  30 T4

  25 200

  20 G

  15 50 100 150 200

  Waktu, Menit

  Gambar 4. 6.Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  

o

  pada Kolektor 3 (CPC 30 ), Tanggal 23 Mei 2009 Tabel 4. 3. Pengambilan Data Tanggal 24 Mei 2009 Tgl 24-5-2009

  Kolektor 1 (CPC 0°)

  Kolektor 2 (CPC 15°)

  Kolektor 3 (CPC 30°)

  Waktu G T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 10.50 647 B 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 11.00 890 B 26 29 22 27 27 33 21 26 28 30 22 21 11.10 137 D 27 29 23 28 27 32 23 27 29 32 23 23 11.20 596 B 28 31 22 28 28 40 22 34 33 39 20 22 11.30 965 B 29 35 20 33 27 44 23 36 32 41 20 27 11.40 198 D 28 32 23 33 28 39 30 37 28 38 22 31 11.50 768 B 30 35 27 34 28 46 35 39 27 40 23 29 12.00 837 B 31 36 28 35 29 46 35 39 28 41 28 29 12.10 765 B 32 37 31 37 28 47 34 41 31 43 29 30 12.20 586 B 34 36 34 38 29 44 32 42 32 43 35 33 12.30 545 B 35 36 34 37 29 45 31 42 34 44 35 35 12.40 619 B 36 37 34 38 31 44 35 42 36 45 37 38

  12.50

  98 D 37 38 35 40 32 44 36 44 36 46 38 39 13.00 540 B 36 39 35 40 33 44 35 43 37 46 38 39 13.10 467 B 37 38 37 40 34 43 35 43 37 46 40 39 13.20 546 B 39 38 38 40 35 44 34 42 37 46 40 38 13.30 556 B 38 39 38 41 35 42 37 42 37 45 42 40 13.40 467 B 39 40 40 40 36 42 38 41 38 45 42 40 13.50 553 B 38 40 40 41 38 40 39 42 37 44 43 42 14.00 408 B 37 41 39 40 38 45 42 41 38 43 38 42

  o ₂ Suhu, C G, W/m

  45 1200

  40 1000

  35 800

  30 600

  T2

  25 400

  T4

  20 200

  G

  15 50 100 150 200

  Waktu, Menit

  Gambar 4. 7.Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  o

  pada Kolektor 1 (CPC 0 ), Tanggal 24 Mei 2009

  o ₂ Suhu, C G, W/m

  50 1200

  45 1000

  40 800

  35 600

  T2

  30 400

  T4

  25 200

  20 G

  15 50 100 150 200

  Waktu, Menit

  Gambar 4. 8.Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  o

  pada Kolektor 2 (CPC 15 ), Tanggal 24 Mei 2009

  o ₂ Suhu, C G, W/m

  50 1200

  45 1000

  40 800

  35 600

  T2

  30 400

  T4

  25 200

  20 G

  15 50 100 150 200

  Waktu, Menit

  Gambar 4. 9.Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  o

  pada Kolektor 3 (CPC 30 ), Tanggal 24 Mei 2009 Tabel 4. 4.Pengambilan Data Tanggal 25 Mei 2009 Tgl 25-5-2009

  Kolektor 1 (CPC 0°)

  Kolektor 2 (CPC 15°)

  Kolektor 3 (CPC 30°)

  Waktu G T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 10.50 350 B 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 11.00 209 D 25 30 20 27 26 33 19 25 27 30 21 20 11.10 197 D 27 27 21 27 26 34 21 27 29 32 21 21 11.20 258 D 27 27 21 27 27 33 20 28 30 34 21 20 11.30 920 B 29 35 18 32 27 43 24 29 36 45 20 27 11.40 286 D 27 29 22 32 26 36 29 36 27 35 22 30 11.50 528 B 29 33 24 34 27 43 32 36 27 37 20 28 12.00 766 B 30 35 27 35 27 45 33 38 27 40 23 25 12.10 754 B 29 35 29 36 28 45 32 40 27 41 28 29 12.20 722 B 32 35 33 37 28 45 30 41 28 43 32 30 12.30 725 B 33 36 34 35 28 46 32 42 33 45 34 32 12.40 790 B 35 38 30 37 28 46 37 41 35 46 34 34 12.50 714 B 35 40 32 41 29 46 34 43 36 49 35 36 13.00 774 B 35 41 35 42 32 46 32 41 37 49 36 36 13.10 665 B 38 40 37 43 33 44 32 42 37 49 38 38 13.20 629 B 40 40 40 43 34 45 32 41 38 49 40 38 13.30 998 B 40 40 40 43 35 46 33 41 40 49 41 37 13.40 552 B 41 41 41 43 35 44 35 40 41 49 41 38 13.50 509 B 41 41 42 43 41 42 36 41 38 45 43 41 14.00 427 B 37 41 42 43 33 49 43 41 40 43 40 42

  o ₂ Suhu, C

  G, W/m

  45 1200

  40 1000

  35 800

  30 600

  T2

  25 400

  T4

  20 200

  G

  15 50 100 150 200

  Waktu, Menit

  Gambar 4. 10. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  o

  pada Kolektor 1 (CPC 0 ), Tanggal 25 Mei 2009

  o ₂ Suhu, C

  G, W/m

  55 1200

  50 1000

  45 800

  40

  35 600

  T2

  30 400

  T4

  25 200

  G

  20

  15 50 100 150 200

  Waktu, Menit

  Gambar 4. 11. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  

o

  pada Kolektor 2 (CPC 15 ), Tanggal 25 Mei 2009

  o ₂ Suhu, C

  G, W/m

  55 1200

  50 1000

  45 800

  40

  35 600

  T2

  30 400

  T4

  25 200

  G

  20

  15 50 100 150 200

  Waktu, Menit

  Gambar 4. 12. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  

o

  pada Kolektor 3 (CPC 30 ), Tanggal 25 Mei 2009 Tabel 4. 5. Pengambilan Data Tanggal 25 Mei 2009 Tgl 26-5-2009

  Kolektor 1 (CPC 0°)

  Kolektor 2 (CPC 15°)

  Kolektor 3 (CPC 30°)

  Waktu G T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 10.40 718 B 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10.50 426 B 26 32 21 26 27 35 21 26 27 30 21 21 11.00 478 B 27 32 21 29 27 41 23 27 28 34 22 22 11.10 930 B 28 38 22 31 28 49 23 38 31 41 22 21 11.20 969 B 28 39 23 34 28 48 23 40 27 39 24 23 11.30 946 B 28 39 26 35 29 47 27 40 24 41 26 28 11.40 959 B 29 40 28 35 29 50 31 43 28 42 27 29 11.50 899 B 31 41 30 36 30 49 29 43 31 43 33 32 12.00 798 B 35 44 33 39 28 51 30 46 35 45 32 30 12.10 639 B 36 44 35 41 30 49 32 47 38 46 37 36 12.20 524 B 37 43 36 41 30 51 33 47 38 47 36 39 12.30 439 B 36 40 37 41 33 42 35 46 42 48 39 41 12.40 179 D 37 38 38 41 34 42 37 49 37 43 44 46 12.50 221 B 36 40 38 41 35 42 39 48 38 45 43 45 13.00 217 B 36 38 40 41 35 42 39 48 38 43 45 46 13.10 294 B 35 37 38 40 35 42 40 48 36 43 45 44

  13.20

  90 D 34 37 38 41 34 38 42 48 35 40 46 46 13.30 245 B 33 38 38 40 34 38 40 46 34 41 45 46 13.40 503 B 33 37 38 41 33 37 43 48 34 42 44 44 13.50 467 B 34 37 39 40 33 38 42 46 35 40 41 45 14.00 234 B 33 36 39 40 32 39 41 44 33 38 41 45 Gambar 4. 13. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Kolektor 1 (CPC 0

  

o

  T4 G 200 400 600 800 1000 1200

  G, W/m ² T2

  Suhu, ^o C Waktu, Menit

  55 50 100 150 200

  50

  45

  40

  35

  30

  25

  20

  15

  G, W/m ² T2

  ), Tanggal 26 Mei 2009 Gambar 4. 14.Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  Suhu, ^o C Waktu, Menit

  50 50 100 150 200

  45

  40

  35

  30

  25

  20

  15

  200 400 600 800 1000 1200

  

o

  T4 G

  _o

  2 G, W/m Suhu, C

  50 1200

  45 1000

  40 800

  35 600

  T2

  30 400

  T4

  25 200

  20 G

  15 50 100 150 200

  Waktu, Menit

  Gambar 4. 15. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  

o

  pada Kolektor 3 (CPC 30 ), Tanggal 26 Mei 2009 Tabel 4. 6. Pengambilan Data Tanggal 27 Mei 2009 Tgl 27-5-2009

  Kolektor 1 (CPC 0°)

  Kolektor 2 (CPC 15°)

  Kolektor 3 (CPC 30°)

  Waktu G T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 10.40 945 B 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10.50 112 B 27 27 24 27 27 33 23 27 28 30 22 22

  11.00

  76 D 27 26 24 28 27 30 25 28 29 32 24 24 11.10 933 B 29 35 22 28 28 46 24 40 35 44 19 23 11.20 1010 B 29 35 21 33 27 44 21 42 27 37 19 26 11.30 969 B 29 34 24 34 29 42 30 37 28 40 21 32 11.40 1009 B 30 36 27 34 29 46 38 42 27 43 25 30 11.50 908 B 32 36 29 35 30 44 36 40 29 42 33 32 12.00 775 B 34 38 33 37 28 49 36 43 34 44 30 30 12.10 450 B 35 36 34 38 30 43 34 43 35 43 35 36 12.20 365 B 36 36 34 38 30 44 30 43 35 43 35 37 12.30 449 D 37 36 37 38 33 41 32 44 36 43 40 41 12.40 245 D 38 35 37 38 34 41 37 44 36 43 41 41 12.50 306 D 36 36 35 38 34 41 38 44 36 43 40 41 13.00 268 D 37 35 37 37 35 42 37 43 37 42 41 40 13.10 462 B 40 35 35 36 35 42 36 42 36 43 40 37 13.20 111 D 35 38 36 38 35 38 41 43 34 41 42 42 13.30 382 B 36 39 38 37 36 39 40 41 35 41 42 42 13.40 598 B 34 38 37 38 34 38 42 43 35 42 42 42 13.50 390 B 36 41 35 36 34 40 41 41 36 43 36 42 14.00 385 B 37 40 35 37 35 43 38 37 34 43 37 43

  o Suhu, C ² G, W/m

  45 1200

  40 1000

  35 800

  30 600

  T2

  25 400

  T4

  20 200

  G

  15 50 100 150 200

  Waktu, Menit

  Gambar 4. 16. Grafik hubungan Temperatur, Radiasi Surya (G) dengan Waktu

  o

  pada Kolektor 1 (CPC 0 ), Tanggal 27 Mei 2009