KOMPOR SURYA MENGGUNAKAN PENYIMPAN PANAS DENGAN …repository.usd.ac.id/30010/2/065214030_Full[1].pdf · meningkatkan efisiensi tungku kayu tradisional dan mencari sumber energi alternatif
Post on 07-Jan-2020
7 Views
Preview:
Transcript
i
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
ii
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
iii
SKRIPSI
KOMPOR SURYA MENGGUNAKAN PENYIMPAN PANAS DENGAN
VARIASI KETINGGIAN KOMPOR
Oleh:
Titus Yoga Yanuartanto
NIM : 065214030
Telah disetujui oleh:
Pembimbing I
iv
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.
v
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
vi
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/m2 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 m2. Variabel yang diukur meliputi temperatur fluida kerja masuk pipa absorber (T1), temperatur udara sekitar (Ta), radiasi surya yang datang pada permukaan miring reflektor (G), temperatur fluida kerja keluar pipa absorber (T2), temperatur air dalam panci pemasak (T3), temperatur tangki penyimpan (T4), dan lama waktu pemanasan air 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 KOMPORbeserta 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 )
vii
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
viii
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
ix
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
x
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
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Kolektor plat parabola jenis tabung ........................................................ 6
Gambar 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 (T2), Radiasi Surya (G) dengan
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 (T3), Radiasi Surya (G) dengan
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 (T4), 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. 4. Grafik hubungan Temperatur (T2), Radiasi Surya (G) dengan
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 (T3), Radiasi Surya (G) dengan
Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3
(10 cm), Tanggal 13 Juni 2009 ........................................................ 21
xii
Gambar 4. 6. Grafik hubungan Temperatur (T4), 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. 7. Grafik hubungan Temperatur (T2), Radiasi Surya (G) dengan
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 (T3), Radiasi Surya (G) dengan
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 (T4), 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. 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
xiii
Gambar 4. 15. Grafik hubungan Efisiensi Sensibel (ηs), Radiasi Surya (G) dengan
Waktu pada Data III Tanggal 19 Juni 2009 ..................................... 36
xiv
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 (FR),
Efisiensi (η), dan Efisiensi Sensibel (ηs) pada Data I Tanggal 12
Juni 2009 ............................................................................................... 28
Tabel 4. 6. Perhitungan Daya Sensibel, Faktor Pelepasan Panas (FR),
Efisiensi (η), dan Efisiensi Sensibel (ηs) pada Data III Tanggal
19 Juni 2009 .......................................................................................... 29
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
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/m2. 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:
4
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.
5
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 m2) 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 m2) 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).
6
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
8
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 :
(2.1)
Dengan :
FR : Faktor pelepasan panas
G : Radiasi yang datang (W/m2)
Ta : Temperatur sekitar (K)
T1 : Temperatur fluida kerja masuk kolektor (K)
UL : Koefisien kerugian (W/(m2.K)
(τα) : Faktor transmitan-absorpan kolektor
Faktor pelepasan panas kolektor (FR) dihitung dengan persamaan :
(2.2)
Koefisien kerugian UL tergantung dari beberapa parameter diantaranya
kualitas pipa absorber dan isolasi selubung kaca. Untuk perancangan praktis harga
UL sebesar 8 W/(m2.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
( ) ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
−=G
TTUFF aLRR
1ταη
( )( )[ ]aLC
PFFR TTUGA
TTCmF−−
−=
1
12
.
)(.τα
9
energi surya yang datang selama interval waktu tertentu. Pemilihan temperatur
akhir 95°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 :
AC : Luasan kolektor (m2)
G : Radiasi yang datang (W/m2)
mF : Massa fluida kerja dalam pipa di kolektor (Kg)
Ta : Temperatur sekitar (K)
T1 : Temperatur fluida kerja masuk kolektor (K)
T2 : Temperatur fluida kerja keluar kolektor (K)
UL : Koefisien kerugian (W/(m2.K))
(τα) : Faktor transmitan-absorpan kolektor
∫
∆= t
C
PWS
dtGA
TCm
0
.
..η
tTCmQ PW
h ∆∆
=...
thm
Q fgWb ∆=
..
∫= t
C
fgWb
dtGA
hm
0
.
.η
10
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
11
Gambar 3.2. Komponen Kompor Surya Tipe Parabola Silinder dengan Penyimpan Panas
Gambar 3. 3. Peletakan Termokopel
12
Keterangan :
1. T1 berada pada ujung bawah saluran masuk (pipa penghubung) pada
reflektor.
2. T2 berada pada saluran menuju panci pemasak.
3. T3 berada di bagian dalam tangki penyimpan air.
4. T4 berada pada tangki penyimpan oli.
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
tangki penyimpan : 10 cm, 20 cm, dan 30 cm dengan luas reflektor 0,8 m2.
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.
c. Stopwatch
Alat ini digunakan untuk mengukur waktu pengambilan data setiap 10
menit.
14
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 :
15
1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti gambar 3.1 sebanyak 3
alat yaitu kompor surya dengan luas reflektor 0,8 m2 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.
6. Mengukur temperatur fluida mula-mula (T1,T2,T3,T4).
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).
16
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, T1, T2, T3 dan T4 dicatat setiap 10
menit. Pengambilan data kompor surya jenis parabola silinder dengan
penyimpan panas yaitu menggunakan variasi beda ketinggian reflektor dengan
tangki penyimpan : 10 cm, 20 cm, dan 30 cm dengan luas reflektor 0,8 m2.
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 (T2), 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 (T3), 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 (T4), 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 (T2), 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 (T3), 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 (T4), 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 (T2), 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 (T3), 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 (T4), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada kompor 1 (30 cm), kompor 2 (20 cm), dan kompor 3 (10 cm), Tanggal 19 Juni 2009
26
4.2 Pengolahan Data
Dalam menentukan efisiensi kompor (η) dan faktor pelepasan panas
kolektor (FR) digunakan koefisien kerugian total (UL) perancangan praktis
dengan harga UL dapat diambil sebesar 8 W/(m2oC), nilai transmisi-
absorptansi (τα) sebesar 0,8. Untuk mengetahui efisiensi terlebih dahulu
melakukan pencarian terhadap faktor pelepasan panas kolektor (FR)
persamaan 2, sebagai contoh perhitungan diambil data Tabel Data Pertama
kompor 1 (30 cm) pada pukul 12.35 WIB yakni radiasi matahari (G) = 155
W/m2, suhu masuk kolektor (T1) = 44 oC, suhu keluar kolektor (T2) = 57 oC,
dan suhu udara sekitar saat itu (Ta) = 32 oC.
= 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 :
= 0.5*4200*(62-52)/((1.5*(822+682)/2))*600)
= 3,103 %
Untuk mempermudah perhitungan lainnya maka hasil FR , η dan ηs kompor
disajikan dalam bentuk tabel sebagai berikut :
( ) ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
−=G
TTUFF aiLRR ταη
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
××−×=155
3244844,08,044,0η
∫
∆= t
C
PWS
dtGA
TCm
0
.
..η
27
Tabel 4. 4. Perhitungan Daya Sensibel, Faktor Pelepasan Panas (FR), Efisiensi (η), dan Efisiensi Sensibel (ηs) 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
1 10:05 360 28 29 25 26 27 21 27 27 29 21 22 26 0 0.01 0.59% 0.455% 0 -0.04 -3.55% 0 0.00 -0.05 -4.66% 0.00% 2 10:15 666 35 40 26 27 31 43 27 28 35 27 25 27 3.50 0.02 1.51% 0.778% 0 0.05 3.70% 0.00% 10.50 -0.03 -2.42% 1.36% 3 10:25 533 41 48 28 28 32 46 27 29 35 32 27 29 7.00 0.04 2.51% 0.745% 0 0.07 5.37% 0.00% 7.00 -0.01 -1.13% 0.78% 4 10:35 720 43 52 30 32 35 52 30 33 36 35 29 33 7.00 0.04 2.41% 1.434% 10.5 0.06 4.76% 1.12% 7.00 0.00 -0.28% 0.74% 5 10:45 582 45 58 34 34 35 53 32 35 37 40 32 33 14.00 0.07 4.17% 0.800% 7 0.08 6.21% 0.72% 10.50 0.01 1.02% 1.08% 6 10:55 585 49 67 36 36 41 62 35 36 37 44 35 37 7.00 0.10 5.53% 3.023% 10.5 0.10 6.92% 1.20% 10.50 0.03 2.37% 1.20% 7 11:05 650 53 75 44 43 46 76 40 41 38 53 42 40 28.00 0.11 5.97% 2.536% 17.5 0.14 8.64% 1.89% 24.50 0.06 4.56% 2.65% 8 11:15 822 56 82 52 48 51 88 45 45 40 60 49 45 28.00 0.10 5.69% 3.103% 17.5 0.14 8.36% 1.59% 24.50 0.07 4.80% 2.22% 9 11:25 682 57 83 62 54 54 93 56 52 38 67 59 51 35.00 0.13 6.53% 1.514% 38.5 0.19 10.09% 3.41% 35.00 0.12 8.42% 3.10% 10 11:35 859 58 83 67 58 54 97 64 57 41 75 66 56 17.50 0.09 5.20% 0.791% 28 0.15 9.18% 2.42% 24.50 0.11 7.79% 2.12% 11 11:45 911 57 80 70 59 54 94 68 60 41 75 72 59 10.50 0.08 4.58% 0.000% 14 0.13 8.12% 1.05% 21.00 0.10 7.36% 1.58% 12 11:55 796 58 80 70 59 51 92 72 59 43 78 74 62 0.00 0.09 4.86% 0.937% 14 0.16 9.53% 1.09% 7.00 0.12 8.53% 0.55% 13 12:05 200 49 65 72 57 44 70 74 57 38 70 74 57 7.00 0.47 5.66% -2.233% 7 0.55 17.72% 0.94% 0.00 0.51 28.62% 0.00% 14 12:15 845 49 62 67 57 43 68 67 58 41 66 67 58 -17.50 0.05 2.90% -0.561% -24.5 0.08 5.76% -3.13% -24.50 0.08 5.82% -3.13% 15 12:25 820 49 60 65 52 43 67 66 56 41 64 65 56 -7.00 0.04 2.52% -0.479% -3.5 0.08 5.69% -0.28% -7.00 0.08 5.51% -0.56% 16 12:35 155 44 57 64 51 41 59 65 51 36 59 65 51 -3.50 0.44 8.00% -1.913% -3.5 0.48 16.24% -0.48% 0.00 0.46 27.19% 0.00% 17 12:45 821 43 51 60 54 35 53 61 54 38 59 61 52 -14.00 0.03 1.89% -0.830% -14 0.06 4.43% -1.91% -14.00 0.07 5.10% -1.91% 18 12:55 866 44 52 57 50 36 56 57 51 41 54 57 53 -10.50 0.03 1.79% 0.000% -14 0.06 4.65% -1.11% -14.00 0.04 2.95% -1.11% 19 13:05 725 45 53 57 51 37 57 57 52 40 53 56 53 0.00 0.03 2.10% -0.449% 0 0.07 5.50% 0.00% -3.50 0.05 3.52% -0.29% 20 13:15 315 42 51 56 46 37 51 57 46 37 52 54 45 -3.50 0.09 5.06% -2.390% 0 0.13 8.55% 0.00% -7.00 0.14 9.16% -0.90% 21 13:25 466 42 49 52 48 36 51 53 49 38 51 52 51 -14.00 0.04 2.81% -0.697% -14 0.09 6.38% -2.39% -7.00 0.08 5.44% -1.20% 22 13:35 204 38 45 51 43 35 46 51 43 35 49 51 54 -3.50 0.11 6.16% -0.455% -7 0.15 10.42% -1.39% -3.50 0.19 13.27% -0.70% 23 13:45 822 38 44 50 43 32 45 50 54 37 46 50 48 -3.50 0.02 1.45% -1.928% -3.5 0.04 3.23% -0.45% -3.50 0.03 2.19% -0.45% 24 13:55 146 36 43 46 40 35 43 49 41 35 43 48 42 -14.00 0.15 8.71% -28.535% -3.5 0.16 10.31% -0.48% -7.00 0.16 10.31% -0.96%
28
Tabel 4. 5. Perhitungan Daya Sensibel, Faktor Pelepasan Panas (FR), Efisiensi (η), dan Efisiensi Sensibel (ηs) pada Data II Tanggal 13 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
1 10:15 656 33 37 27 26 27 37 27 27 32 26 26 27 0 0.02 1.24% 0.000% 0 0.04 3.19% 0 0.00 -0.02 -1.87% 0.00%
2 10:25 539 37 43 27 27 36 43 28 29 34 30 27 28 0.00 0.03 2.20% 1.116% 3.5 0.03 2.59% 0.39% 3.50 -0.02 -1.50% 0.39% 3 10:35 715 42 51 30 29 41 51 27 33 36 35 28 32 10.50 0.04 2.44% 0.979% -3.5 0.04 2.73% -0.37% 3.50 0.00 -0.28% 0.37% 4 10:45 715 43 56 33 32 43 58 32 35 36 40 32 33 10.50 0.05 3.50% 0.512% 17.5 0.06 4.04% 1.63% 14.00 0.01 1.12% 1.31%
5 10:55 197 42 54 34 36 43 58 33 35 34 43 37 35 3.50 0.24 9.27% 0.512% 3.5 0.31 10.95% 0.51% 17.50 0.13 9.00% 2.56%
6 11:05 715 49 67 35 38 49 72 38 38 37 51 40 37 3.50 0.08 4.66% 2.962% 17.5 0.10 5.96% 2.56% 10.50 0.05 3.91% 1.54% 7 11:15 703 52 76 44 44 53 83 44 45 37 60 49 44 31.50 0.11 6.16% 1.455% 21 0.14 7.64% 1.97% 31.50 0.09 6.52% 2.96% 8 11:25 901 56 80 49 54 58 89 54 51 40 70 59 52 17.50 0.08 4.86% 0.881% 35 0.11 6.20% 2.91% 35.00 0.09 6.59% 2.91%
9 11:35 158 53 77 51 64 57 83 55 50 37 74 68 53 7.00 3.41 -89.71% 2.458% 3.5 -7.67 357.13% 0.44% 31.50 0.76 41.48% 3.97%
10 11:45 981 57 82 57 67 59 89 67 58 42 75 70 58 21.00 0.08 4.68% -1.349% 42 0.10 5.55% 4.92% 7.00 0.09 6.63% 0.82%
11 11:55 403 51 69 53 70 53 74 70 51 38 70 73 54 -14.00 0.17 7.04% 0.368% 10.5 0.20 7.82% 1.01% 10.50 0.23 15.34% 1.01%
12 12:05 866 53 73 54 67 53 75 67 57 42 67 67 56 3.50 0.07 4.27% 0.503% -10.5 0.08 4.69% -1.10% -21.00 0.08 5.66% -2.21%
13 12:15 990 54 74 56 67 52 75 66 54 42 65 64 58 7.00 0.06 3.77% -2.112% -3.5 0.07 4.38% -0.25% -10.50 0.06 4.58% -0.75%
14 12:25 115 46 61 51 67 46 61 66 49 36 60 65 50 -17.50 1.77 -30.77% 0.000% 0 1.77 -30.77% 0.00% 3.50 0.69 36.23% 0.42%
15 12:35 569 42 51 51 64 42 52 62 49 36 57 61 49 0.00 0.05 3.02% -1.326% -14 0.05 3.35% -2.73% -14.00 0.10 7.36% -2.73%
16 12:45 135 38 46 49 59 38 48 59 45 34 52 57 46 -7.00 0.22 9.56% 1.051% -10.5 0.27 11.96% -1.99% -14.00 0.38 25.77% -2.65%
17 12:55 753 38 44 51 57 38 46 57 51 36 51 53 49 7.00 0.02 1.58% -0.382% -7 0.03 2.11% -1.05% -14.00 0.05 4.00% -2.10%
18 13:05 469 40 46 50 52 41 49 52 50 35 48 50 51 -3.50 0.04 2.45% -4.389% -17.5 0.05 3.23% -1.91% -10.50 0.07 5.54% -1.15%
19 13:15 169 38 45 44 52 40 45 52 43 35 48 51 43 -21.00 0.14 7.16% -1.231% 0 0.11 4.65% 0.00% 3.50 0.22 14.67% 0.73%
20 13:25 210 36 43 43 51 37 43 51 42 35 45 49 43 -3.50 0.10 6.32% 0.000% -3.5 0.09 5.29% -1.23% -7.00 0.13 9.22% -2.46%
21 13:35 366 37 43 43 49 37 43 49 41 35 43 45 44 0.00 0.05 3.18% -1.709% -7 0.05 3.18% -1.62% -14.00 0.06 4.34% -3.24%
22 13:45 180 35 41 41 46 35 42 48 40 33 42 44 41 -7.00 0.10 6.39% -4.542% -3.5 0.11 7.45% -0.85% -3.50 0.13 10.03% -0.85%
23 13:55 231 35 38 37 45 35 40 45 36 33 40 43 38 -14.00 0.04 2.53% 1.023% -10.5 0.06 4.22% -3.41% -3.50 0.08 6.10% -1.14%
24 14:05 225 35 37 38 43 34 38 43 38 32 38 42 38 3.50 0.02 1.73% -1.272% -7 0.05 3.52% -2.05% -3.50 0.07 5.45% -1.02%
25 14:15 142 34 37 37 43 34 37 43 37 32 38 41 35 -3.50 0.06 4.10% -60.798% 0 0.06 4.10% 0.00% -3.50 0.11 8.64% -1.27%
29
Tabel 4. 6. Perhitungan Daya Sensibel, Faktor Pelepasan Panas (FR), Efisiensi (η), dan Efisiensi Sensibel (ηs) pada Data III Tanggal 19 Juni 2009
No. Jam G Surya Kompor 1 (30 cm) Kompor 2 (20 cm) Kompor 3 (10 cm) kompor 1 kompor2 kompor3
(W/m²) 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
1 10:45 750 36 43 25 27 36 43 27 26 34 32 24 27 0 0.02 1.87% 1.171% 0 0.02 1.87% 0 0.00 -0.01 -0.54% 0.00% 2 10:55 844 44 60 29 30 43 59 29 27 35 40 29 28 14.00 0.05 3.67% 1.857% 7 0.05 3.69% 0.59% 17.50 0.02 1.20% 1.46% 3 11:05 915 48 66 36 35 48 67 35 40 36 46 35 32 24.50 0.06 3.76% 2.298% 21 0.06 3.97% 1.59% 21.00 0.03 2.20% 1.59% 4 11:15 913 51 73 45 43 51 78 42 43 37 57 43 35 31.50 0.07 4.53% 2.052% 24.5 0.09 5.56% 1.79% 28.00 0.06 4.39% 2.04% 5 11:25 906 52 75 53 46 53 82 50 46 38 66 53 42 28.00 0.08 4.74% 1.814% 28 0.10 5.95% 2.05% 35.00 0.08 6.17% 2.57% 6 11:35 895 53 76 60 51 57 86 58 51 40 75 62 46 24.50 0.08 4.77% 1.282% 28 0.10 5.87% 2.07% 31.50 0.11 7.74% 2.33% 7 11:45 925 54 75 65 53 57 85 64 53 41 76 69 50 17.50 0.07 4.20% 0.514% 21 0.09 5.51% 1.54% 24.50 0.10 7.47% 1.79% 8 11:55 892 53 75 67 56 58 85 67 54 41 76 72 51 7.00 0.07 4.57% 0.000% 10.5 0.10 5.44% 0.77% 10.50 0.11 7.73% 0.77% 9 12:05 738 50 66 67 54 51 73 68 54 40 73 73 53 0.00 0.07 4.00% -0.607% 3.5 0.09 5.46% 0.29% 3.50 0.12 8.79% 0.29% 10 12:15 799 51 67 65 51 52 73 67 53 41 68 67 50 -7.00 0.06 3.71% -0.288% -3.5 0.08 4.84% -0.30% -21.00 0.09 6.63% -1.82% 11 12:25 822 51 67 64 54 51 70 65 57 41 64 65 51 -3.50 0.06 3.62% -0.579% -7 0.07 4.30% -0.58% -7.00 0.08 5.50% -0.58% 12 12:35 789 51 65 62 51 52 70 64 53 43 62 62 49 -7.00 0.05 3.28% -0.287% -3.5 0.07 4.19% -0.29% -10.50 0.07 4.67% -0.87% 13 12:45 835 50 61 61 51 51 67 62 53 42 60 60 49 -3.50 0.04 2.47% -0.282% -7 0.06 3.57% -0.57% -7.00 0.06 4.22% -0.57% 14 12:55 819 45 56 60 50 45 59 62 50 37 59 60 46 -3.50 0.04 2.58% -0.613% 0 0.05 3.29% 0.00% 0.00 0.07 5.38% 0.00% 15 13:05 704 43 51 58 50 43 52 59 51 38 54 57 51 -7.00 0.03 2.19% -1.646% -10.5 0.04 2.46% -0.92% -10.50 0.06 4.51% -0.92% 16 13:15 714 43 50 53 46 43 52 54 50 40 51 52 48 -17.50 0.03 1.89% -17.320% -17.5 0.04 2.43% -1.65% -17.50 0.04 3.02% -1.65%
30
4.3 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan
Dalam perhitungan terdapat hasil-hasil yang tidak valid, baik pada
faktor pelepas panas dan efisiensinya di mana untuk hasil dari nilai FR harus
berkisar mulai dari 0 hingga 1. Bagian tabel perhitungan efisiensi dan faktor
pelepasan panas yang diberi warna tidak dimasukkan ke dalam grafik
hubungan efisiensi dengan suhu. Ketidakvalidan data ini disebabkan oleh
beberapa faktor yaitu :
1. Alat pengukur yaitu termokopel kurang akurat, di mana data yang
dikeluarkan oleh termokopel pada T1 lebih besar dari T2 sehingga nilai
dari FR dan η menjadi minus.
2. Temperatur fluida oli masuk kolektor maupun keluar kolektor yang naik
maupun turun secara konstan sedangkan radiasi surya (G) yang selalu
berubah-ubah setiap waktu menyebabkan perhitungan faktor pelapasan
panas dan efisiensi menjadi tidak valid.
31
Gambar 4. 10. Grafik hubungan Efisiensi (η), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Data I Tanggal 12 Juni 2009
Dari gambar 4.10, diketahui :
Efisiensi tertinggi pada Kompor 1 (30 cm) = 0,0871 x 100% = 8,71 %
Efisiensi tertinggi pada Kompor 2 (20 cm) = 0,1772 x 100% = 17,72 %
Efisiensi tertinggi pada Kompor 3 (10 cm) = 0,2862 x 100% = 28,62 %
Radiasi surya rata-rata = 606,29 W/m2
Dari grafik hubungan di atas dapat terlihat perbedaan ketinggian efisiensi pada
tiap-tiap kompor. Efisiensi kompor tertinggi terlihat pada kompor 3 (10 cm) yaitu
mencapai 28,62%. Semakin tinggi temperatur fluida kerja (oli), maka semakin
kecil massa jenisnya sehingga fluida akan merambat naik menuju panci pemasak
dengan ketinggian 10 cm dengan kisaran radiasi surya rata-rata 606,29 W/m2.
32
Gambar 4. 11. Grafik hubungan Efisiensi (η), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Data II Tanggal 13 Juni 2009
Dari gambar 4.11, diketahui :
Efisiensi tertinggi pada Kompor 1 (30 cm) = 0,0956 x 100% = 9,56 %
Efisiensi tertinggi pada Kompor 2 (20 cm) = 0,1196 x 100% = 11,96 %
Efisiensi tertinggi pada Kompor 3 (10 cm) = 0,4148 x 100% = 41,48 %
Radiasi surya rata-rata = 484,12 W/m2
Dari grafik hubungan di atas dapat terlihat perbedaan ketinggian efisiensi pada
tiap-tiap kompor. Efisiensi kompor tertinggi terlihat pada kompor 3 (10 cm) yaitu
mencapai 41,48 %. Semakin tinggi temperatur fluida kerja (oli), maka semakin
kecil massa jenisnya sehingga fluida akan merambat naik menuju panci dengan
ketinggian 10 cm dengan kisaran radiasi surya rata-rata 484,12 W/m2.
33
Gambar 4. 12. Grafik hubungan Efisiensi (η), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Data III Tanggal 19 Juni 2009
Dari gambar 4.12, diketahui :
Efisiensi tertinggi pada Kompor 1 (30 cm) = 0,0477 x 100% = 4,77 %
Efisiensi tertinggi pada Kompor 2 (20 cm) = 0,0595 x 100% = 5,95 %
Efisiensi tertinggi pada Kompor 3 (10 cm) = 0,0879 x 100% = 8,79 %
Radiasi surya rata-rata = 828,75 W/m2
Dari grafik hubungan di atas dapat terlihat perbedaan ketinggian efisiensi pada
tiap-tiap kompor. Efisiensi kompor tertinggi terlihat pada kompor 3 (10 cm) yaitu
mencapai 8,79 %. Semakin tinggi temperatur fluida kerja (oli), maka semakin
kecil massa jenisnya sehingga fluida akan merambat naik menuju panci dengan
ketinggian 10 cm dengan kisaran radiasi surya rata-rata 828,75 W/m2.
34
Gambar 4. 13 Grafik hubungan Efisiensi Sensibel (ηs), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Data I Tanggal 12 Juni 2009
Dari gambar 4.13, diketahui :
Efisiensi sensibel tertinggi pada Kompor 1 (30 cm) = 0,0310 x 100% = 3,10 %
Efisiensi sensibel tertinggi pada Kompor 2 (20 cm) = 0,0341 x 100% = 3,41 %
Efisiensi sensibel tertinggi pada Kompor 3 (10 cm) = 0,0310 x 100% = 3,10 %
Radiasi surya rata-rata = 606,29 W/m2
Dari grafik hubungan di atas dapat terlihat perbedaan ketinggian efisiensi sensibel
pada tiap-tiap kompor. Efisiensi sensibel kompor tertinggi terlihat pada kompor 2
(20 cm) yaitu mencapai 3,41 %. Temperatur pada pipa masukan menuju panci
pemasak paling besar dibandingkan kompor yang lain. Pada pengambilan data ini,
kisaran radiasi surya rata-rata yang dihasilkan adalah 606,29 W/m2.
35
Gambar 4. 14. Grafik hubungan Efisiensi Sensibel (ηs), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Data II Tanggal 13 Juni 2009
Dari gambar 4.14, diketahui :
Efisiensi sensibel tertinggi pada Kompor 1 (30 cm) = 0,0296 x 100% = 2,96 %
Efisiensi sensibel tertinggi pada Kompor 2 (20 cm) = 0,0492 x 100% = 4,92 %
Efisiensi sensibel tertinggi pada Kompor 3 (10 cm) = 0,0879 x 100% = 3,97 %
Radiasi surya rata-rata = 484,12 W/m2
Dari grafik hubungan di atas dapat terlihat perbedaan ketinggian efisiensi sensibel
pada tiap-tiap kompor. Efisiensi sensibel kompor tertinggi terlihat pada kompor 2
(20 cm) yaitu mencapai 4,92 %. Temperatur pada pipa masukan menuju panci
pemasak paling besar dibandingkan kompor yang lain. Pada pengambilan data ini,
kisaran radiasi surya rata-rata yang dihasilkan adalah 484,12 W/m2.
36
Gambar 4. 15. Grafik hubungan Efisiensi Sensibel (ηs), Radiasi Surya (G) dengan Waktu pada Data III Tanggal 19 Juni 2009
Dari gambar 4.15, diketahui :
Efisiensi sensibel tertinggi pada Kompor 1 (30 cm) = 0,0229 x 100% = 2,29 %
Efisiensi sensibel tertinggi pada Kompor 2 (20 cm) = 0,0207 x 100% = 2,07 %
Efisiensi sensibel tertinggi pada Kompor 3 (10 cm) = 0,0257x 100% = 2,57 %
Radiasi surya rata-rata = 828,75 W/m2
Dari grafik hubungan di atas dapat terlihat perbedaan ketinggian efisiensi sensibel
pada tiap-tiap kompor. Efisiensi sensibel kompor tertinggi terlihat pada kompor 3
(10 cm) yaitu mencapai 2,57 Semakin tinggi temperatur fluida kerja (oli), maka
semakin kecil massa jenisnya sehingga fluida akan merambat naik menuju panci
pemasak dengan ketinggian 10 cm dengan kisaran radiasi surya rata-rata 828,75
W/m2.
37
Banyak hal yang mempengaruhi nilai efisiensi sebuah kolektor. Beberapa
di antaranya adalah kualitas penyerapan panas kolektor yang ditunjukan dengan
nilai FR (faktor pelepasan panas) dan nilai G (radiasi surya). Nilai efisiensi dapat
menggambarkan bagaimana kualitas sebuah kolektor dalam menyerap energi
surya.
Dari grafik hubungan Efisiensi (η), Radiasi Surya (G) dengan Waktu
menunjukkan adanya perbedaan Efisiensi (η) yaitu pada perbedaan ketinggian
kompor yang digunakan. Hal ini dapat dijelaskan karena nilai G (radiasi surya)
yang selalu berubah-ubah dan tak menentu yang menyebabkan besarnya
perbedaan efisiensi dari waktu ke waktu pada tiap-tiap variasi ketinggian kompor.
Dalam hal ini nilai G (radiasi surya) mempunyai pengaruh yang besar dari nilai
efisiensi sebuah kolektor.
Faktor pelepasan panas adalah perbandingan antara energi berguna yang
dikumpulkan terhadap energi yang mungkin dikumpulkan. Hal yang
mempengaruhi nilai faktor pelepasan panas adalah G (radiasi surya) dan selisih
dari temperatur masuk dan keluar kolektor. Jika selisih dari temperatur masuk dan
keluar kolektor memiliki nilai yang besar dan nilai G (radiasi surya) juga besar
maka nilai FR (faktor pelepasan panas) akan tinggi pula.
Grafik hubungan Efisiensi (η), Radiasi Surya (G) dengan Waktu (Gambar
4.11.) menunjukkan efisiensi tertinggi pada kolektor dengan variasi beda
ketinggian kompor dengan tangki penyimpan yaitu 10 cm (pada kompor 3)
dengan nilai efisiensi tertinggi 41,48%. Dalam hal ini faktor yang mempengaruhi
adalah jarak reflektor dengan tangki penyimpan. Reflektor dengan variasi beda
38
ketinggian antara reflektor dengan tangki penyimpan yaitu 10 cm (pada kompor
3) mempunyai jarak laju aliran fluida (oli) yang lebih pendek sehingga lebih cepat
memanaskan air dalam tangki penyimpan dibandingkan dengan variasi ketinggian
kompor 20 cm dan 30 cm. Hal ini juga dipengaruhi oleh temperatur yang
dihasilkan karena semakin besar temperatur maka massa jenis fluida akan
semakin kecil. Setiap kurva parabola silinder pada kompor surya mempunyai luas
kolektor yang sama sehingga mempunyai kemampuan yang sama dalam
memantulkan radiasi matahari. Dalam pembuatan kurva pada setiap kolektor di
kerjakan secara manual sehingga dimungkinkan terjadinya ketidak akuratan dalam
pemasangan kurva dan juga kurva pada kolektor tidak memantulkan radiasi surya
tepat pada pipa absorber. Ini adalah kelemahan dari pembuatan secara manual
sehingga dimungkinkan terjadi ketidak akuratan dalam pemasangan kurva
kolektor jenis parabola silinder.
39
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil kesimpulan
sebagai berikut:
1. 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.
2. 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.
3. Efisiensi kompor tertinggi terdapat pada kompor 3 (10 cm) yang
mencapai 41,48% pada pengambilan data kedua.
4. Efisiensi sensibel tertinggi terdapat pada kompor 3 (10 cm) yang
mencapai 3,97% pada pengambilan data kedua.
5.2 Saran
1. Diharapkan untuk membuat konstruksi alat benar-benar terisolasi dengan
baik agar tidak ada kebocoran.
2. Diharapkan penjemuran kompor surya dilakukan pada terik matahari dan
dilakukan bersamaan agar temperatur yang dihasilkan maksimal.
40
3. Jika ingin mendapatkan hasil yang berbeda dapat mencoba alat ini dengan
variasi yang berbeda, seperti merubah luas absorber yang digunakan.
41
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W, (1995). Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta, Pradnya Paramita.
Doraswami, A., (1994). A significant advance in solar cooking, Energy for Sustainable Development, Vol. I, No. 2.
Jagadeesh, A.,(2000). Solar cooking in India, Solar Cooker Review, Vol.6, No.1.
Silva, M.E.V.; Santana, L.L.P.; Alves, R.D.B.; Schwarzer, K., (2005). Comperative Study of two Solar Cookers: Parabolic Reflector and Flate Plate Collector Indirect Heating. Proceedings of Rio 05 World Climate and Energy Event, 15-17 February 2005, Rio de Janeiro, Brazil.
Silva, M.E.V.; Schwarzer, K.; Medeiros, M.R.Q., (2002). Experimental Results of a Solar Cooker with Heat Storage, Proceedings of Rio 02 World Climate and Energy Event, Rio de Janeiro, Brazil, pp. 89–93.
Suharta, H.; Sayigh,A.M.; Nasser,S.H., (2005), Sun Cooking is the Best
Practice in Indonesia, ISESCO Science and Technology Vision,Vol.1, May
pp.69-75.
42
LAMPIRAN
Gambar Kompor Surya
Gambar Peletakan Kompor Surya Dilakukan Sejajar Untuk Memperoleh Radiasi Matahari yang Sama
43
Gambar Panci Pemasak Tabung Ekspansi Pada Kompor Surya
Gambar Kran Masukkan Kran Keluaran Menuju Panci Pemasak
44
Thermo Logger Solar Meter
Piranometer
45
Adaptor Data Logger
top related