KOMPOR SURYA MENGGUNAKAN PENYIMPAN PANAS DENGAN VARIASI KETINGGIAN KOMPOR SKRIPSI

KOMPOR SURYA MENGGUNAKAN PENYIMPAN PANAS DENGAN

VARIASI KETINGGIAN KOMPOR

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

Program Studi Sains dan Teknologi Oleh:

Titus Yoga Yanuartanto

NIM : 065214030

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

SOLAR COOKER USING THERMAL STORAGE WITH COOKER

HEIGHT VARIATION

FINAL ASSIGNMENT

Presented as a meaning To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering study program by

Titus Yoga Yanuartanto

Student Number : 065214030

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

SKRIPSI

KOMPOR SURYA MENGGUNAKAN PENYIMPAN PANAS DENGAN

VARIASI KETINGGIAN KOMPOR

Oleh:

Titus Yoga Yanuartanto

NIM : 065214030

Telah disetujui oleh: Pembimbing I

SKRIPSI

KOMPOR SURYA MENGGUNAKAN PENYIMPAN PANAS DENGAN

VARIASI KETINGGIAN KOMPOR

Disiapkan dan ditulis oleh

Titus Yoga Yanuartanto

NIM : 065214030

Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji Pada tanggal 21 Desember 2009

Dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji

Nama Lengkap Tanda tangan Ketua Wibowo Kusbandono, S.T.

Sekretaris Ir. Rines, M.T Pembimbing Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T.

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, 25 Januari 2010 Penulis

Titus Yoga Yanuartanto

ABSTRAK

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

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

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

penyimpan : 10 cm, 20 cm, dan 30 cm dengan luas reflektor 0,8 m . Variabel yang diukur meliputi temperatur fluida kerja masuk pipa absorber (T ), temperatur

udara sekitar (Ta), radiasi surya yang datang pada permukaan miring reflektor (G), temperatur fluida kerja keluar pipa absorber (T ), temperatur air dalam panci

pemasak (T ), temperatur tangki penyimpan (T ), dan lama waktu pemanasan air

4 dalam panci pemasak.

Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: telah berhasil dibuat kompor surya jenis parabola silinder dengan penyimpan panas menggunakan bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang dapat didukung kemampuan industri lokal. Dari data yang diperoleh, temperatur air maksimal (T3) terdapat pada kompor 3 (10 cm) dengan suhu 74°C pada pengambilan data pertama sedangkan pada kompor 2 (20 cm) dan kompor 1 (30 cm) hanya mencapai 72°C dan 70°C. Efisiensi kompor tertinggi terdapat pada kompor 3 (10 cm) yang mencapai 41,48% pada pengambilan data kedua, efisiensi sensibel tertinggi terdapat pada kompor 3 (10 cm) yang mencapai 3,97% pada pengambilan data kedua.

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Titus Yoga Yanuartanto

Nomor Mahasiswa : 065214030

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

KOMPOR SURYA MENGGUNAKAN PENYIMPAN PANAS DENGAN VARI-

ASI KETINGGIAN KOMPOR

beserta perangkat 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, dan mempublikasikannya di Internet atau media

lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun mem-

berikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 2 Februari 2010 Yang menyatakan ( Titus Yoga Yanuartanto )

KATA PENGANTAR

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

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

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

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

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

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

4. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan laporan ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih banyak kesalahan-kesalahan yang disengaja atau tidak disengaja sehingga masih jauh dari harapan dan kesempurnaan. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para dosen dan pembaca agar laporan ini berguna bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya. Terima kasih.

Yogyakarta, 25 Januari 2010 Penulis

Titus Yoga Yanuartanto

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i TITLE PAGE ........................................................................................................ ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .................................................. iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................... v ABSTRAK ........................................................................................................... vi KATA PENGANTAR ........................................................................................ vii DAFTAR ISI ....................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xi DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiv

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

BAB III ............................................................................................................... 10

3.1 Skema Alat ................................................................................................ 10

3.2 Cara Kerja Alat ......................................................................................... 12

3.3 Variabel yang divariasikan........................................................................ 12

3.4 Peralatan Pendukung ................................................................................. 13

3.5 Variabel yang diukur ................................................................................. 14

3.6 Langkah penelitian .................................................................................... 14

3.7 Pengolahan dan analisa data ..................................................................... 15

BAB IV ............................................................................................................... 16

4.1 Data Penelitian .......................................................................................... 16

4.2 Pengolahan Data ....................................................................................... 26

4.3 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan ............................................... 30

BAB V ................................................................................................................ 39

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 39

5.2 Saran ......................................................................................................... 39 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 41 LAMPIRAN ........................................................................................................ 42

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Kolektor plat parabola jenis tabung ........................................................ 6Gambar 2.2. Kompor surya tampak samping ............................................................. 7

Gambar 3. 1. Skema Alat .......................................................................................... 10 Gambar 3. 2. Komponen Kompor Surya Tipe Parabola Silinder dengan

Penyimpan Panas ............................................................................... 11 Gambar 3. 3. Peletakkan Termokopel ....................................................................... 11 Gambar 3. 4. Variasi-variasi Penelitian .................................................................... 13 Gambar 4. 1. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G) dengan

2 Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor

3 (10 cm), Tanggal 12 Juni 2009 ................................................... 18 Gambar 4. 2. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G) dengan

3 Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3

(10 cm), Tanggal 12 Juni 2009 ........................................................ 18 Gambar 4. 3. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G) dengan

4 Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3

(10 cm), Tanggal 12 Juni 2009 ........................................................ 19 Gambar 4. 4. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G) dengan

2 Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3

(10 cm), Tanggal 13 Juni 2009 ........................................................ 21 Gambar 4. 5. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G) dengan

3 Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3

(10 cm), Tanggal 13 Juni 2009 ........................................................ 21

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

4 Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3

(10 cm), Tanggal 13 Juni 2009 .................................................... ...... 22 Gambar 4. 7. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G) dengan

2 Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3

(10 cm), Tanggal 19 Juni 2009 .................................................... ...... 24 Gambar 4. 8. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G) dengan

3 Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3

(10 cm), Tanggal 19 Juni 2009 ........................................................... 24 Gambar 4. 9. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G) dengan

4 Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3

(10 cm), Tanggal 19 Juni 2009 ........................................................... 25 Gambar 4. 10. Grafik hubungan Efisiensi (

η), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Data I Tanggal 12 Juni 2009 ...................................... 31

Gambar 4. 11. Grafik hubungan Efisiensi ( η), Radiasi Surya (G) dengan

Waktu pada Data II Tanggal 13 Juni 2009 .................................... 32 Gambar 4. 12. Grafik hubungan Efisiensi (

η), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Data III Tanggal 19 Juni 2009 ................................... 33

Gambar 4. 13. Grafik hubungan Efisiensi Sensibel ( ηs), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Data I Tanggal 12 Juni 2009 .... ..................... 34

Gambar 4. 14. Grafik hubungan Efisiensi Sensibel ( ηs), Radiasi Surya (G) dengan

Waktu pada Data II Tanggal 13 Juni 2009 ....................................... 35

Gambar 4. 15. Grafik hubungan Efisiensi Sensibel ( ηs), Radiasi Surya (G) dengan

Waktu pada Data III Tanggal 19 Juni 2009 ..................................... 36

DAFTAR TABEL

Tabel 4. 1. Pengambilan Data I : Jumat / 12 Juni 2009 .......................................... 17 Tabel 4. 2. Pengambilan Data II : Sabtu / 13 Juni 2009 ......................................... 20 Tabel 4. 3. Pengambilan Data III : Jumat / 19 Juni 2009 ........................................ 23 Tabel 4. 4. Perhitungan Daya Sensibel, Faktor Pelepasan Panas (F ),

Efisiensi ( ) pada Data I Tanggal 12 η), dan Efisiensi Sensibel (η s

Juni 2009 ............................................................................................... 28 Tabel 4. 6. Perhitungan Daya Sensibel, Faktor Pelepasan Panas (F ),

Efisiensi ( ) pada Data III Tanggal η), dan Efisiensi Sensibel (η s

19 Juni 2009 .......................................................................................... 29

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

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

Kompor surya yang paling umum dimasyarakatkan di Indonesia dan negara berkembang lain adalah jenis kotak dan jenis parabola piringan, hal ini disebabkan pembuatan kedua jenis kompor surya ini relatif mudah dan murah. Tetapi di beberapa negara/ daerah kedua jenis kompor surya ini sulit diterima masyarakat, hal ini disebabkan karena cara memasak dengan kedua jenis kompor surya ini berbeda dengan kebiasaan memasak masyarakat. Kebiasaan memasak masyarakat diantaranya : (1) memasak dilakukan di dalam ruangan, (2) waktu

2 memasak pagi, siang dan malam, (3) cara memasak dengan mengukus atau menggoreng.

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

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

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

3 biaya yang lebih mahal dibandingkan kompor surya jenis kotak dan parabola piringan.

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

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

1.2 Perumusan Masalah

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

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu:

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

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

1.4 Manfaat Penelitian

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

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

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

1.5 Batasan Masalah

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

2. Fluida kerja yang digunakan oli sebagai penyimpan panas.

3. Beda ketinggian antara fluida keluar kolektor dengan fluida masuk kompor: 10 cm, 20 cm, dan 30 cm.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan

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

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

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

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

2.2 Dasar Teori

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

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

Ada 2 jenis kolektor plat parabola :

1. Tabung (Through)

2. Piringan (Dish)

Gambar 2.1. Kolektor plat parabola jenis tabung

7 Jenis trough berbentuk setengah tabung memanjang. Jenis ini dapat menghasilkan temperatur 90ºC sampai 290ºC dengan efisiensi

η maks 60% (pada tengah hari) maksudnya 60% energi surya yang datang dapat dikonversi langsung menjadi panas termal dan diserap fluida kerja.

Pada aplikasi di industri, fluida panas dari kolektor umumnya dialirkan ke penukar panas untuk proses uap atau panas. Temperatur yang dihasilkan ini juga cukup untuk pembangkit listrik. Panas dari kolektor dapat menghasilkan energi input ke mesin siklus uap Rankine konvensional.

Mesin Rankine ini dapat menghasilkan daya listrik sampai 32 kW dan sisa panas sebanyak 790 MJ. Daya listrik dan panas ini dipakai untuk kebutuhan listrik, pemanasan dan pendinginan masyarakat sekitarnya.

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

Gambar 2.2. Kompor surya tampak samping

2.3. Rumus Perhitungan

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

T T ⎛ − ⎞

1 a = F − F U

η ( ) τα ⎜ ⎟ R R L G

⎝ ⎠

(2.1) Dengan : F : Faktor pelepasan panas

G : Radiasi yang datang (W/m )

T : Temperatur sekitar (K)

T : Temperatur fluida kerja masuk kolektor (K)

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

( τα) : Faktor transmitan-absorpan kolektor Faktor pelepasan panas kolektor (F ) dihitung dengan persamaan :

R .

(2.2)

m F . C T T

( − )

1 F = R

A G ( τα ) U T T

− ( − )

C [ L 1 a ]

Koefisien kerugian U tergantung dari beberapa parameter diantaranya

kualitas pipa absorber dan isolasi selubung kaca. Untuk perancangan praktis harga

2 U sebesar 8 W/(m .K).

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

pemasak dari temperatur awal sampai temperatur tertentu (95

C) dengan jumlah

9 energi surya yang datang selama interval waktu tertentu. Pemilihan temperatur akhir 95

∆ ∆ = . .

∫

∆ =

t C P W S

G dt A T C m

. . .

t T C m Q P W h

. t h m

Q W fg b

∆ = .

∫

t C W fg b

G dt A h m

. .

.K)) ( τα) : Faktor transmitan-absorpan kolektor

: Koefisien kerugian (W/(m

° C dimaksudkan agar tidak terjadi pendidihan pada kondisi akhir air.

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

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

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

(2.6) Dengan : A

: Luasan kolektor (m

) G : Radiasi yang datang (W/m

) m

: Massa fluida kerja dalam pipa di kolektor (Kg) T

: Temperatur sekitar (K) T

: Temperatur fluida kerja masuk kolektor (K) T

: Temperatur fluida kerja keluar kolektor (K) U

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema Alat

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

2. Pipa absorber.

3. Panci pemasak berisi air.

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

Gambar 3.1. Skema Alat

Gambar 3.2. Komponen Kompor Surya Tipe Parabola Silinder dengan Penyimpan

Panas Gambar 3. 3. Peletakan Termokopel

12 Keterangan : berada pada ujung bawah saluran masuk (pipa penghubung) pada

1. T reflektor. berada pada saluran menuju panci pemasak.

2. T berada di bagian dalam tangki penyimpan air.

3. T berada pada tangki penyimpan oli.

4. T

3.2 Cara kerja alat

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

3.3 Variabel yang divariasikan

Variabel yang divariasikan meliputi beda ketinggian reflektor dengan

2 tangki penyimpan : 10 cm, 20 cm, dan 30 cm dengan luas reflektor 0,8 m .

13 Gambar 3. 4. Variasi-variasi Penelitian

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.

Stopwatch

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

d. Thermo Logger

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

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

3.5 Variabel yang diukur

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

2. Temperatur udara sekitar (Ta).

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

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

5. Temperatur air dalam panci pemasak (T3).

6. Temperatur oli dalam panci pemasak (T4).

7. Lama waktu pemanasan air dalam panci pemasak.

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

3.6 Langkah penelitian

Langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian ini adalah :

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

alat yaitu kompor surya dengan luas reflektor 0,8 m dengan variasi ketinggian kompor 10 cm, 20 cm, dan 30 cm.

2. Mempersiapkan piranometer yang telah dirangkai dengan logger.

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

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

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

,T ,T ,T ).

6. Mengukur temperatur fluida mula-mula (T 7. Pengambilan data selanjutnya dilakukan tiap 10 menit.

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

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

3.7 Pengolahan dan analisa data

Pengolahan data dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (2.1) dan persamaan (2.2).

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Dalam penelitian kompor surya jenis parabola silinder dengan penyimpan panas yang dilakukan dapat diketahui dengan pengambilan data (mengukur variabel) kemudian mengolahnya menggunakan persamaan 2.1 dan 2.2 untuk mengetahui efisiensi kolektor dan faktor pelepasan panas kolektor. Pada saat pengambilan data, T , T , T dan T dicatat setiap 10

menit. Pengambilan data kompor surya jenis parabola silinder dengan penyimpan panas yaitu menggunakan variasi beda ketinggian reflektor dengan

2 tangki penyimpan : 10 cm, 20 cm, dan 30 cm dengan luas reflektor 0,8 m .

Radiasi energi surya yang datang juga diambil menggunakan alat pengukur solar meter yang akan digunakan dalam perhitungan untuk mengetahui efisiensi kolektor dan faktor pelepasan panas kolektor. Pengambilan data tiap variasi dilakukan beberapa kali (selama 3 hari) untuk mendapatkan data yang akurat dari setiap variasi yang dilakukan. Tempat pengambilan data dilakukan di lingkungan Universitas Sanata Dharma.

17 Tabel 4. 1.Pengambilan Data I : Jumat / 12 Juni 2009

No. Jam G Surya (W/m²) Kompor 1 (30 cm) Kompor 2 (20 cm) Kompor 3 (10 cm) T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4

1 10:05 360 28 29 25 26 27 21 27 27 29 21 22 26

2 10:15 666 35 40 26 27 31 43 27 28 35 27 25 27

3 10:25 533 41 48 28 28 32 46 27 29 35 32 27 29

4 10:35 720 43 52 30 32 35 52 30 33 36 35 29 33

5 10:45 582 45 58 34 34 35 53 32 35 37 40 32 33

6 10:55 585 49 67 36 36 41 62 35 36 37 44 35 37

7 11:05 650 53 75 44 43 46 76 40 41 38 53 42 40

8 11:15 822 56 82 52 48 51 88 45 45 40 60 49 45

9 11:25 682 57 83 62 54 54 93 56 52 38 67 59 51

10 11:35 859 58 83 67 58 54 97 64 57 41 75 66 56

11 11:45 911 57 80 70 59 54 94 68 60 41 75 72 59

12 11:55 796 58 80 70 59 51 92 72 59 43 78 74 62

13 12:05 200 49 65 72 57 44 70 74 57 38 70 74 57

14 12:15 845 49 62 67 57 43 68 67 58 41 66 67 58

15 12:25 820 49 60 65 52 43 67 66 56 41 64 65 56

16 12:35 155 44 57 64 51 41 59 65 51 36 59 65 51

17 12:45 821 43 51 60 54 35 53 61 54 38 59 61 52

18 12:55 866 44 52 57 50 36 56 57 51 41 54 57 53

19 13:05 725 45 53 57 51 37 57 57 52 40 53 56 53

20 13:15 315 42 51 56 46 37 51 57 46 37 52 54 45

21 13:25 466 42 49 52 48 36 51 53 49 38 51 52 51

22 13:35 204 38 45 51 43 35 46 51 43 35 49 51 54

23 13:45 822 38 44 50 43 32 45 50 54 37 46 50 48

24 13:55 146 36 43 46 40 35 43 49 41 35 43 48 42

18 Gambar 4. 1. Grafik hubungan Temperatur (T

), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3 (10 cm), Tanggal 12 Juni 2009

Gambar 4. 2. Grafik hubungan Temperatur (T

), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3 (10 cm), Tanggal 12 Juni 2009

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

pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3 (10 cm), Tanggal 12 Juni 2009

20 Tabel 4. 2.Pengambilan Data II : Sabtu / 13 Juni 2009

No. Jam G Surya (W/m²) Kompor 1 (30 cm) Kompor 2 (20 cm) Kompor 3 (10 cm) T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4

1 10:15 656 33 37 27 26 27 37 27 27 32 26 26 27

2 10:25 539 37 43 27 27 36 43 28 29 34 30 27 28

3 10:35 715 42 51 30 29 41 51 27 33 36 35 28 32

4 10:45 715 43 56 33 32 43 58 32 35 36 40 32 33

5 10:55 197 42 54 34 36 43 58 33 35 34 43 37 35

6 11:05 715 49 67 35 38 49 72 38 38 37 51 40 37

7 11:15 703 52 76 44 44 53 83 44 45 37 60 49 44

8 11:25 901 56 80 49 54 58 89 54 51 40 70 59 52

9 11:35 158 53 77 51 64 57 83 55 50 37 74 68 53

10 11:45 981 57 82 57 67 59 89 67 58 42 75 70 58

11 11:55 403 51 69 53 70 53 74 70 51 38 70 73 54

12 12:05 866 53 73 54 67 53 75 67 57 42 67 67 56

13 12:15 990 54 74 56 67 52 75 66 54 42 65 64 58

14 12:25 115 46 61 51 67 46 61 66 49 36 60 65 50

15 12:35 569 42 51 51 64 42 52 62 49 36 57 61 49

16 12:45 135 38 46 49 59 38 48 59 45 34 52 57 46

17 12:55 753 38 44 51 57 38 46 57 51 36 51 53 49

18 13:05 469 40 46 50 52 41 49 52 50 35 48 50 51

19 13:15 169 38 45 44 52 40 45 52 43 35 48 51 43

20 13:25 210 36 43 43 51 37 43 51 42 35 45 49 43

21 13:35 366 37 43 43 49 37 43 49 41 35 43 45 44

22 13:45 180 35 41 41 46 35 42 48 40 33 42 44 41

23 13:55 231 35 38 37 45 35 40 45 36 33 40 43 38

24 14:05 225 35 37 38 43 34 38 43 38 32 38 42 38

25 14:15 142 34 37 37 43 34 37 43 37 32 38 41 35

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

pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3 (10 cm), Tanggal 13 Juni 2009

Gambar 4. 5. Grafik hubungan Temperatur (T ), Radiasi Surya (G) dengan Waktu

pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3 (10 cm), Tanggal 13 Juni 2009

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

pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3 (10 cm), Tanggal 13 Juni 2009

23 Tabel 4. 3.Pengambilan Data III : Jumat / 19 Juni 2009

No. Jam G Surya Kompor 1 (30 cm) Kompor 2 (20 cm) Kompor 3 (10 cm) (W/m²) T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4

1 10:45 750 36 43 25 27 36 43 27 26 34 32 24 27

2 10:55 844 44 60 29 30 43 59 29 27 35 40 29 28

3 11:05 915 48 66 36 35 48 67 35 40 36 46 35 32

4 11:15 913 51 73 45 43 51 78 42 43 37 57 43 35

5 11:25 906 52 75 53 46 53 82 50 46 38 66 53 42

6 11:35 895 53 76 60 51 57 86 58 51 40 75 62 46

7 11:45 925 54 75 65 53 57 85 64 53 41 76 69 50

8 11:55 892 53 75 67 56 58 85 67 54 41 76 72 51

9 12:05 738 50 66 67 54 51 73 68 54 40 73 73 53

10 12:15 799 51 67 65 51 52 73 67 53 41 68 67 50

11 12:25 822 51 67 64 54 51 70 65 57 41 64 65 51

12 12:35 789 51 65 62 51 52 70 64 53 43 62 62 49

13 12:45 835 50 61 61 51 51 67 62 53 42 60 60 49

14 12:55 819 45 56 60 50 45 59 62 50 37 59 60 46

15 13:05 704 43 51 58 50 43 52 59 51 38 54 57 51

16 13:15 714 43 50 53 46 43 52 54 50 40 51 52 48

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

pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3 (10 cm), Tanggal 19 Juni 2009

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

pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3 (10 cm), Tanggal 19 Juni 2009

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

pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3 (10 cm), Tanggal 19 Juni 2009

4.2 Pengolahan Data

Dalam menentukan efisiensi kompor ( η) dan faktor pelepasan panas kolektor (F ) digunakan koefisien kerugian total (U ) perancangan praktis

R L 2o

dengan harga U dapat diambil sebesar 8 W/(m

C), nilai transmisi-

absorptansi ( τα) sebesar 0,8. Untuk mengetahui efisiensi terlebih dahulu melakukan pencarian terhadap faktor pelepasan panas kolektor (F )

persamaan 2, sebagai contoh perhitungan diambil data Tabel Data Pertama kompor 1 (30 cm) pada pukul 12.35 WIB yakni radiasi matahari (G) = 155

2 o o

W/m , suhu masuk kolektor (T ) = 44

C, suhu keluar kolektor (T ) = 57

2 o

dan suhu udara sekitar saat itu (T ) = 32 C.

a T T

⎛ − ⎞ _{i a} η = F ( ) τα − F U _{R R L} ⎜ ⎟

⎝ ⎠

32 −

⎛ ⎞ , 44 , 8 ,

8 η = × − × ×

⎜ ⎟ 155

⎝ ⎠ = 8,00 %

Sedangkan sebagai contoh perhitungan dalam menentukan efisiensi sensibel ( ηs) dapat diambil dari data tabel data pertama kompor 1 (30 cm) pada pukul 11.15 WIB :

m . C . ∆ T W P

η S t

A G . dt C

∫

= 0.5*4200*(62-52)/((1.5*(822+682)/2))*600) = 3,103 %

Untuk mempermudah perhitungan lainnya maka hasil F ,

η dan ηs kompor disajikan dalam bentuk tabel sebagai berikut :

27 Tabel 4. 4. Perhitungan Daya Sensibel, Faktor Pelepasan Panas (F

), Efisiensi ( η), dan Efisiensi Sensibel (η

) pada Data I Tanggal 12 Juni 2009

No. Jam G Surya (W/m²) Kompor 1 (30 cm) Kompor 2 (20 cm) Kompor 3 (10 cm) kompor 1 kompor2 kompor3

T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 daya sensibel fr η ηs daya sensibel fr η ηs daya sensibel fr η ηs

KOMPOR SURYA MENGGUNAKAN PENYIMPAN PANAS DENGAN VARIASI KETINGGIAN KOMPOR SKRIPSI