-
i
PEMANAS AIR ENERGI SURYA
DENGAN KOLEKTOR PIPA SERI
Tugas Akhir
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
memperoleh gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh
Anggara Nurwidhi Prasetyanta
NIM : 035214026
Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta
2008
i
-
ii
SOLAR WATER HEATER WITH SERIES PIPE COLLECTOR
Final Project
Pressented as partial fulfillment of
the requirements to obtain
The Sarjana Teknik degree in
Mechanical Engineering
By
Anggara Nurwidhi Prasetyanta
Student number : 035214026
Mechanical Engineering Study Program
Mechanical Engineering Department
Science and Engineering Faculty
Sanata Dharma University
Yogyakarta
2008
ii
-
iii
Tugas Akhir
PEMANAS AIR ENERGI SURYA
DENGAN KOLEKTOR PIPA SERI
Disusun oleh
Anggara Nurwidhi Prasetyanta
NIM : 035214026
Telah disetujui
Tanggal 23 Februari 2008
Dosen Pembimbing
Ir. FA.Rusdi Sambada,M.T
iii
-
iv
Tugas Akhir
PEMANAS AIR ENERGI SURYA
DENGAN KOLEKTOR PIPA SERI
Dipersiapkan dan ditulis oleh
Anggara Nurwidhi Prasetyanta
NIM : 035214026
Telah dipertahankan di depan panitia penguji
pada tanggal 23 Februari 2008
dan dinyatakan memenuhi syarat
Susunan Panitia Penguji
Ketua : Budi Setyahandana, ST., MT. ______________
Sekretaris : R.B. Dwiseno Wihadi, ST., M.Si. ______________
Anggota : Ir. FA.Rusdi Sambada,M.T ______________
Yogyakarta, 23 Februari 2008
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta
Dekan
(Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc)
iv
-
v
Pernyataan
Dengan ini, saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak
terdapat
karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di
suatu
perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya tidak terdapat
karya atau
pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain,
kecuali yang secara
tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar
pustaka.
Yogyakarta, 23 Februari 2008
Anggara N.P.
v
-
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tanggan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas
Sanata Dharma: Nama : Anggara Nurwidhi Prasetyanta Nomor Mahasiswa
: 035214026 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan
kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya
yang berjudul : …………………………………………………………………………………………… Pemanas Air
Energi Surya Dengan Kolektor Pipa Seri
.................................
....................................................................................................................................
beserta peragkat 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, dam
mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan
akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan
royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai
penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 26 Februari 2008 Yang
menyatakan ( Anggara Nurwidhi Prasetyanta )
vi
-
vii
Intisari
Seiring perkembangan jaman pemanfaatan energi surya terus
berkembang mengikuti kebutuhan manusia. Penelitian ini bertujuan
membuat alat pemanas air memanfaatkan sumber panas alternatif yang
ramah lingkungan serta mengetahui besar temperatur maksimum dan
faktor efisiensi pemanas air tersebut.
Sistem pemanas air ini menggunakan kolektor seri dengan luas 0,5
m2 tanpa menggunakan reflektor. Pengukuran suhu ditempatkan pada
beberapa titik yaitu suhu air masuk, suhu kolektor suhu air
keluaran serta suhu tangki penyimpan. Pengukuran dilakukan secara
periodik yaitu setiap 10 menit pemanasan. Setiap jam dikeluarkan
air sebanyak 5 liter dan diukur temperaturnya.
Dari penelitian ini dapat diketahui besar faktor efisiensi
tertinggi = 96% dan faktor efisiensi rata-rata 58% serta suhu
tertinggi sebesar = 66,90 oC dan suhu yang terendah 38,40 oC.
vii
-
viii
Kata Pengantar
Puji syukur kepada Allah Bapa di surga yang telah
menganugerahkan
berkat, rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan penelitian
Tugas Akhir yang berjudul ” Pemanas Air Energi Surya dengan
Kolektor Pipa
Seri”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus
ditempuh untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam kesempatan
ini penulis
mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan, saran dan
fasilitas,
sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan, kepada :
1. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc.
selaku Dekan
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
2. Budi Sugiharto, S.T., M.T selaku Ketua Program Studi Teknik
Mesin
3. Ir. FA.Rusdi Sambada,M.T selaku Dosen Pembimbing Tugas
Akhir.
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T selaku Dosen Pembimbing
Akademik
5. Agustinus Roni, selaku Laboran Laboratorium Mekanika
Fluida
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata
Dharma
Yogyakarta, terima kasih atas bantuannya.
6. Bapak, Ibu, Kakak, Adek, Nenek, Om Dundee serta keluarga
yang
telah memberikan cinta, doa restu dan yang pasti bantuan
finansialnya.
7. Romo FX. Tri Priyo Widarto, SCJ. atas doa serta
semangatnya.
8. G.Agung Nugroho, Stefonus Tri Ardi, Thomas, Ign Kurniadi
yang
telah banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
9. Dian.K., Rista Tiranda.S. atas pinjaman laptop dan
flasdisknya.
viii
-
ix
10. Cevy Amelia, Maria Stephany Aliandu, Pak Hari dan keluarga
atas
dukungan, sindiran dan semangatnya.
11. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas
Akhir
ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak terlepas dari
kekurangan,
oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun akan
selalu diterima
supaya laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi orang lain
khususnya teman-
teman yang melaksanakan penelitian tentang sistem pemanas air
energi surya..
Yogyakarta, 23 Februari 2008
Hormat saya
Anggara N.P
ix
-
x
Daftar Isi
Halaman Judul
............................................................................................................
i
Tittle Page
..................................................................................................................
ii
Halaman Pengesahan
Pembimbing.............................................................................iii
Halaman Pengesahan
..................................................................................................
iv
Halaman Pernyataan
..................................................................................................
v
Intisari
........................................................................................................................vi
Kata Pengantar
..........................................................................................................viii
Daftar Isi
....................................................................................................................
ix
Daftar Gambar
............................................................................................................xi
Daftar Tabel
..............................................................................................................xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
.........................................................................................
1
1.2 Rumusan masalah
....................................................................................
3
1.3 Tujuan Penelitian
.....................................................................................
4
1.4 Batasan Masalah
.......................................................................................
4
1.5 Manfaat penelitian..
..................................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar
Teori................................................................................................
5
2.1.1 Prinsip Kerja Pemanas Air Tenaga
Surya........................................ 6
2.1.2 Kolektor
...........................................................................................
8
2.1.3 Tangki Penampung Air
...................................................................
11
2.1.4 Isolasi
..............................................................................................
12
x
-
xi
2.1.5 Pipa Saluran Air
..............................................................................
13
2.1.6 Keran Pengeluaran Air Panas
......................................................... 13
2.2 Penelitian yang pernah dilakukan
............................................................ 14
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Skema Alat
..............................................................................................
15
3.2 Cara Kerja Alat
.......................................................................................
16
3.3 Diagram Alir Penelitian
...........................................................................
17
3.4 Peralatan yang digunakan pada
Penelitian............................................... 18
3.5 Langkah
Penelitian...................................................................................
19
3.5.1 Pembuatan Alat
..............................................................................
19
3.5.2 Pelaksanaan Penelitian
...................................................................
19
3.5.3 Parameter yang dihitung
................................................................
21
3.6 Langkah Perhitungan
...............................................................................
21
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengamatan
............................................................................
24
4.2 Perhitungan Data Hasil
Percobaan...........................................................
32
4.3 Analisa Data Percobaan
...........................................................................
41
4.3.1 Temperatur Air
...............................................................................
41
4.3.2 Temperatur Air Tangki
...................................................................
46
4.3.3 Nilai Radiasi Masuk (Gt)
................................................................
49
4.3.4 Nilai Faktor Efisiensi (F’) dan
(Trata-rata-Tlingkungan)/Gt.......... 53
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
.............................................................................................
57
5.2 Saran
.......................................................................................................
57
xi
-
xii
Daftar Pustaka
...........................................................................................................
59
Lampiran
...................................................................................................................
60
xii
-
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air panas sangat dibutuhkan dalam kehidupan kita sehari-hari,
mulai dari
keperluan rumah tangga hingga untuk proses-proses industri. Air
panas ini dapat
disediakan dengan berbagai macam cara atau proses, antara lain
yang telah umum
kita lakukan yaitu dengan merebus menggunakan sumber panas api.
Akan tetapi ada
cara lain yang lebih murah dan mudah yaitu melalui peralatan
pemanas air dengan
sistem tenaga surya (Solar Water Heater System). Seiring
perkembangan jaman
pemanfaatan energi surya terus berkembang mengikuti kebutuhan
manusia. Melalui
pancaran tenaga surya / sinar matahari langsung ini, kita dapat
memperoleh
pemanasan air tanpa harus menggunakan energi listrik ataupun
harus membeli bahan
baker minyak.
Pemanas air tenaga surya telah banyak digunakan di negara-negara
maju
seperti; Jepang, Australia dan Israel. Pemanas thermosifon
merupakan tipe pemanas
yang banyak digunakan. Pemanas thermosifon mempunyai metode
konversi energi
surya yang sederhana dan sangat efektif, sehingga banyak
digunakan di negara
sedang berkembang. Pada saat ini kira-kira 60 % dari penjualan
kolektor pelat rata di
Amerika Utara adalah sistem panas bagi keperluan rumah tangga.
Kebanyakan dari
sistem tersebut menggunakan zat anti beku atau dengan
mensirkulasi air melalui
1
-
2
kolektor. Air dialirkan kembali ke dalam tangki penyimpan
apabila radiasi surya
tidak cukup.
Pemanas air sistem thermosifon merupakan sistem pemanas air
yang
sederhana, sistem ini hanya terdiri dari sebuah tangki penyimpan
yang ditempatkan
lebih tingi di bagian atas dari kolektor. Thermosifon diciptakan
oleh perbedaan
massa jenis fluida, apabila dalam kolektor memperoleh panas dari
matahari, maka
massa jenisnya turun; segera setelah perbedaan massa jenis
antara kolektor dan
tangki telah cukup untuk mengatasi tinggi gesekan dari sistem,
maka terjadilah suatu
sirkulasi searah jarum jam, air hangat dari kolektor dipindahkan
ke tangki penyimpan
dan diganti oleh air yang dingin dari dasar tangki. Sirkulasi
ini berlanjut sampai
seluruh sistem mencapai temperature yang seragam. Gerakan
sirkulasi fluida ini tidak
lagi memerlukan sensor temperatur, alat-alat kontrol, pompa
serta motor.
Pemanas air tenaga surya merupakan suatu peralatan pemanas air
yang
menggunakan media pemanas yang diperoleh dari radiasi atau
pancaran sinar
matahari. Pada prinsipnya pemanas air tenaga surya ini didasari
prinsip mekanika
fluida dan peralatan-peralatan elemen perancangan peralatan
konversi energi.
Perencanaan solar water heater system mencakup prinsip- prinsip
perpindahan panas
radiasi, konveksi, maupun konduksi.
Sebagai suatu gambaran mengenai tiga cara perpindahan panas
dalam sebuah
alat pemanas cairan surya, panas mengalir secara konduktif
sepanjang pelat penyerap
dan melalui dinding saluran. Dari pelat penyerap panas kemudian
dipindahkan ke
-
3
fluida dalam saluran melalui cara konveksi, apabila sirkulasi
dilakukan dengan
pompa, biasa kita sebut dengan konveksi paksa. Pelat penyerap
yang panas itu
melepaskan panas ke pelat penutup kaca dengan cara konveksi
alamiah dan dengan
cara radiasi.
Pemanas cairan surya pada umumnya terdiri dari selembar bahan
konduktif
thermal yang biasa disebut pelat penyerap yang terhubung dengan
pipa pemindah
panas. Radiasi thermal ditransmisikan melalui penutup yang
trnsparan dan diubah
menjadi panas pada pelat penyerap tersebut. Alat pemanas cairan
digunakan untuk
menyediakan air panas untuk keperluan industri dan sistem air
panas untuk keperluan
rumah tangga.
1.2 Rumusan Masalah
Pada penelitian ini akan dibuat model pemanas air jenis
thermosifon yang
tersusun seri dan bersusun pararel untuk mengetahui unjuk kerja
yang dihasilkan jika
digunakan di Indonesia, dalam hal ini penelitian dilakukan di
halaman laboratorium
konversi energi Unversitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Selain itu dalam penelitian ini juga akan dicoba meningkatkan
efisiensi pemanas
air dengan menggunakan reflektor, yaitu yang dipasang pada
bagian: atas, samping
kanan-kiri, serta di bawah kolektor.
-
4
1.3 Tujuan Penelitian
a. Membuat model pemanas air energi surya sederhana (jenis
thermosifon).
b. Mengetahui temperatur air dan faktor efisiensi pemanas air
yang dapat
dihasilkan.
c. Membandingkan hasil penelitian ini dengan hasil penelitian
lain yang ada.
1.4 Batasan Masalah
a. Kemiringan kolektor 30° tipe seri, luas 0,5 m2 dan susunan
pipa seri.
b. Jumlah tangki yang digunakan 2 buah, yaitu tangki air
dingin(atas), dan
tangki air panas (bawah).
c. Volume air tiap tangki 20 liter
d. Pemakaian / pengambilan air panas dilakukan setiap 1 jam
sekali sebanyak 5
liter
1.5 Manfaat Penelitian
a. Menambah kepustakaan teknologi pemanas air energi surya.
b. Dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi
pemanas air
energi surya sederhana yang sesuai dengan kondisi cuaca di
Indonesia dan
dapat diterima masyarakat.
c. Mengurangi ketergantungan penggunaan energi listrik, kayu
bakar, minyak
dan gas bumi khususnya untuk memanaskan air.
-
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
Pemanas air sistem thermosifon merupakan salah satu dari sistem
pemanas air
tenaga surya atau tenaga matahari. Pemanas air tenaga surya
menggunakan sinar
matahari sebagai sumber panas, ini berbeda dengan pemanas air
elektrik yang
mamarlukan tenaga listrik sebagai sumber energi panas. Pemanas
air tenaga matahari
ini jauh lebih sederhana dan lebih efisien dibandingkan dengan
pemanas air elektrik,
karena pemanas air tenaga surya hanya memerlukan panas matahari
yang cukup
untuk membangkitkan panas yang digunakan untuk memanaskan air di
dalam
kolektor. Berbeda dengan yang elektrik dimana pemanas air
elektrik hanya dapat
beroperasi bila ada temaga listrik, hal ini akan menyulitkan
bila pemanas air elektrik
ini harus beroperasi di daerah yang belum terjangkau
listrik.
Pemanas air tenaga surya bekerja untuk memanaskan air melalui
pemanas
pada kolektor. Sinar matahari akan memanasi pipa-pipa kolektor
yang akan
menyebabkan air yang berada di dalam kolektor akan menjadi ikut
terpanasi. Pada
saat air di dalam kolektor terkena panas, air akan menjadi
memuai dan air akan
menjadi lebih ringan dari pada air dingin yang ada di tangki
penyimpan yang terletak
di atas kolektor. Adanya pengaruh gaya grafitasi akan mendorong
air dingin mengalir
turun menuju ke kolektor. Karena adanya dorongan air dingin ke
kolektor
5
-
6
menyebabkan air panas akan ikut terdorong mengalir keluar dari
kolektor pemanas
menuju ke tangki penyimpan air panas yang terletak lebih tinggi
dari tangki
penyimpan air dingin. Demikian siklus ini bekerja, air dingin
akan terpanasi oleh
kolektor sehingga menjadi lebih ringan dan akan terdorong ke
atas menuju tangki
penyimpan air panas. Siklus ini akan terus bekerja sehingga
seluruh air akan
terpanasi dengan suhu secara merata.
Gambar 2.1 Pemanas air sistem thermosifon
2.1.1 Prinsip kerja pemanas air tenaga surya
Prinsip kerja pemanas air tenaga surya ini didasari prinsip
mekanika
fluida dan peralatan-peralatan elemen perancangan peralatan
konversi energi.
Perencanaan solar water heater system mencakup prinsip-
prinsip
perpindahan panas radiasi, konveksi, maupun konduksi. Energi
radiasi dari
sinar matahari akan ditangkap oleh kolektor,panas mengalir
secara konduktif
sepanjang pelat penyerap dan melalui dinding saluran. Dari pelat
penyerap
-
7
panas kemudian dipindahkan ke fluida dalam saluran melalui cara
konveksi.
Agar panas tidak cepat hilang maka isolasi harus benar-benar
baik.
Gambar. 2.2 Aliran panas ke dalam cairan
Sebagai gambaran mengenai perpindahan panas dalam sebuah
alat
pemanas air tenaga surya, dapat terjadi melalui konduksi,
konveksi, dan
radiasi.
• Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan kalor yang
melalui media
padat. Panas mengalir dari temperatur tinggi ke daerah yang
bertemperatur
rendah.
• Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan energi dalam
bentuk kalor
antara suatu permukaan dan fluida yang berada di atasnya
yang
disebabkan adanya gerakan molekul secara acak, atau adanya
gerakan
fluida itu sendiri
• Radiasi yaitu proses perpindahan panas tanpa membutuhkan suatu
zat
perantara. Ada beberapa jenis radiasi elektromagnetic, radiasi
termal
adalah salah satu diantaranya. Dalam radiasi termal ada radiasi
surya.
-
8
Radiasi ini akan merambat dengan kecepatan cahaya 3 x 1010
m/s.
Kecepatan ini sama dengan perkalian panjang gelombang dengan
frekuensi radiasi.
Gambar 2.3 Radiasi surya
2.1.2 Kolektor
Kolektor merupakan suatu komponen atau peralatan yang
fungsinya
untuk menangkap atau menerima sinar matahari yang digunakan
untuk
memanasi air yang mengalir di dalam kolektor. Bahan untuk
kolektor ini
menggunakan kaca dan tembaga. Kaca berfungsi sebagai penerima
dan
pengumpul sinar matahari. Kaca mempunyai konduktivitas thermal
rata-rata
0,043 W/mºK, diperkirakan ada faktor warna yang berpengaruh pada
kaca.
Sifat kaca bening menyebabkan panas yang ditransmisikan relatif
lebih besar.
-
9
Kaca bening baik untuk digunakan pada tempat yang langsung
terkena sinar
matahari.
Tembaga mempunyai sifat sebagai penghantar panas dan penghantar
listrik
yang sangat tinggi. Selain mempunyai daya hantar panas yang
baik, tembaga
juga mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap terjadinya karat,
sehingga
biasa digunakan pada pembuatan alat pemanas.
Gambar 2.4 Kolektor
Kolektor yang digunakan adalah kolektor pelat datar. Kolektor
jenis
ini merupakan kolektor yang biasa digunakan di rumah untuk
pemanas air dan
pemanas ruangan. Kolektor pelat rata adalah suatu kotak logam
yang dibatasi
dengan suatu plastik atau suatu kaca atau penutup plastik yang
disebut glazing
dan suatu piringan penyerap berwarna gelap. Pemasangan kaca
dapat tembus
cahaya atau transparan. Kaca tipis adalah suatu material yang
umum
digunakan untuk kolektor pelat rata, sebab kaca tipis
memancarkan suatu
prosentase yang tinggi dari total energi matahari yang tersedia.
Pemasangan
-
10
kaca memungkinkan cahaya untuk mengenai penyerap tapi
mengurangi
jumlah panas yang dapat dilepas. Alas dan sisi dari kolektor
pada umumnya
diisolasi, tujuannya untuk memperkecil hilangnya panas.
Gambar 2.5 Susunan pipa kolektor pararel dan seri
Pelat penyerap pada umumnya hitam sebab warna hitam adalah
penyerap
energi matahari yang baik. Cahaya matahari lewat melalui kaca
dan memantul
ke pelat penyerap, yang akan memanaskan dan akan mengubah
radiasi
matahari menjadi energi panas. Panas ditransfer ke udara atau
cairan yang
terdapat pada kolektor itu. Plat penyerap biasanya ditutup
dengan mantek
selektip, yang akan mempertahankan cahaya matahari yang diserap
lebih baik
dan menjadi lebih tahan lama dibanding cat hitam biasa. Supaya
pipa kolektor
tidak bergeser,maka dilakukan penyambungan pipa saluran air
dengan pelat
penyerap yaitu dengan dipatri.
Plat penyerap sering dibuat dari logam, pada umumnya tembaga
atau
aluminium karena kedua-duanya merupakan konduktor panas yang
baik.
-
11
Tembaga lebih mahal, tetapi merupakan konduktor yang lebih baik
dan
cenderung lebih mudah berkarat dibanding aluminium.
2.1.3 Tangki penampung air
Air yang nantinya akan disikulasikan terlebih dahulu akan
disimpan
dan ditampung di dalam tangki. Oleh karena itu penyimpan harus
mempunyai
sifat yang tahan terhadap air, diantaranya harus tahan terhadap
terjadinya
karat. Apabila tangki air ini mudah terkena karat ini akan
sangat berbahaya,
karena air yang disimpan akan ikut jadi kotor tercemar oleh
karat yang ada
ditangki.
Gambar 2.6 Tangki penampung air
Tangki penyimpan air sebaiknya menggunakan bahan yang tidak
mudah berkarat dan juga dari bahan yang tahan terhadap panas,
walupun pada
alat pemanas air ini suhu air yang dihasilkan tidak terlalu
panas atau masih
-
12
dibawah titik didih air 1000C. Alat pemanas air thermosifon ini
akan
mempergunakan tangki yang terbuat dari plastik dan plat logam.
Tangki
plastik ini seperti yang telah dijelaskan salah satunya untuk
menghindari
terjadinya karat. Dengan tangki yang terbuat dari bahan plastik
ini pula,
pengerjaan akan lebih mudah kemudian plat logam mudah dibentuk
dan
relatif tahan terhadap terjadinya panas. Tangki yang akan
digunakan untuk
menyimpan dan menampung air harus bebas dari segala kotoran agar
tidak
mengotori pipa kolektor.
2.1.4. Isolasi
Agar panas yang diperoleh dari sistem thermosifon tidak
mudah
terlepas ke lingkungan sekitar maka diperlukan isolasi yang
baik. Isolasi ini
sangat penting, apalagi jika pemanas air ini digunakan pada
daerah yang
cukup dingin. Dengan adanya isolasi ini diharapkan dapat
mencegah
keluarnya suhu air panas dari tangki ke lingkungan sekitar.
Isolasi yang
digunakan pada perancangan alat pemanas air energi surya ini
adalah isolasi
dengan menggunakan bahan glass-woll. Alasan utama dipilih
glass-woll
karena mempunyai nilai konduktivitas panas yang sangat kecil.
Selain glass-
woll pada alat pemanas ini menggunakan isolasi yang lain yaitu
Sealant dan
kayu pada bagian luar tangki penyimpan air panas.
-
13
2.1.5. Pipa saluran air
Gambar 2.7 Pipa saluran air
Dalam pemanas air tenaga surya ini digunakan pipa besi
sebagai
penyalur aliran air. Pipa besi ini dipilih karena dalam
perancangan
sebelumnya yang menggunakan pipa pralon, mempunyai kecenderungan
tidak
kuat atau pipa pralon berubah bentuk karena menerima panas dari
air panas
yang keluar dari kolektor. Selain itu pipa pada bagian output
kolektor diberi
isolasi berupa karet ban untuk mengurangi laju perpindahan kalor
ke
lingkungan sekitar.
2.1.6. Keran pengeluaran air panas
-
14
Gambar 2.8 Keran pengeluaran air panas
Untuk mengeluarkan air panas dari hasil pemanasan dengan
sistem
thermosyphon ini, digunakan keran yang terpasang pada bagian
atas tangki
penyimpanan air panas. Pemasangan keran pada bagian wadah ini
bertujuan
agar air yang diambil selalu mendapatkan air yang terpanas
karena massa
jenis air panas lebih ringan dan berada di bagian atas daripada
air yang lebih
dingin yang berada di bagian bawah tangki penyimpan.
2.2. Penelitian yang pernah dilakukan
Pada penelitian pemanas air sistem termosiphon dengan pipa seri
sebelumnya
oleh saudara Agus Tomi pada tahun 2004, pemanas air termosiphon
ini menggunakan
pipa pralon sebagai alat distribusi airnya. Tangki penyimpan air
panas menggunakan
jerigen plastik yang cenderung kurang bisa menahan suhu tinggi.
Alat ini dijemur
dibawah terik matahari antara pukul 09.00 hingga 15.00 dan
dibiarkan hingga air
bersirkulasi secara kontinyu selama rentang waktu tersebut dan
tidak diakukan
pengukuran suhu air panas keluaran dari tangki penyimpan air
panas.
Pada penelitian ini diperoleh data suhu air tertinggi keluar
dari kolektor, pada
kolektor seri 86,1 0C dan yang paling rendah 39,6 0C. Pada
penelitian ini juga
diperoleh perhitungan Faktor efisiensi F’ terbesar pada pipa
seri sebesar 99% dan
yang paling rendah sebesar 86%.
-
15
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Skema alat
Gambar 3.1 Skema alat
15
-
16
Parameter yang diukur dalam pemanas air thermosifon ini antara
lain :
T1 = suhu permukaan kaca (0C)
T2 = suhu permukaan kolektor (0C)
T3 = suhu air masuk kolektor (0C)
T4 = suhu air keluar kolektor (0C)
T5 = suhu penampung air bagian bawah (0C)
T6 = suhu penampung air bagian atas (0C)
T lingkungan = suhu lingkungan sekitar (0C)
T air keluar = Temperatur air keluar (0C)
V = Tegangan (Volt)
3.2 Cara Kerja Alat
Prinsip kerja sistem pemanas air tenaga surya ini adalah pertama
air
dimasukkan ke dalam alat pemanas ini hingga tangki cadangan atau
tangki
penyimpan air dingin terisi penuh, ini dimaksudkan agar siklus
termosiphon dapat
terjadi secara kontinyu. Air dipanaskan di dalam kolektor,
setelah suhu naik maka
massa jenis air akan menjadi lebih ringan dari air dingin, air
panas akan mengalir ke
bagian atas kolektor karena terdorong oleh air dingin yang
mempunyai massa jenis
lebih besar dan kemudian masuk ke dalam tangki penyimpanan yang
terletak di atas
kolektor. Karena adanya dorongan air dingin ke kolektor
menyebabkan air panas
akan ikut terdorong mengalir keluar dari kolektor pemanas menuju
tangki penyimpan
-
17
air panasyang terletak lebih rendah daripada tangki penyimpan
air dingin. Demikian
siklus ini bekerja, air dingin akan terpanasi oleh kolektor
sehingga massa jenisnya
menjadi lebih ringan dan akan terdorong ke atas oleh air dingin,
siklus ini akan terus
berlangsung berulang – ulang hingga seluruh air akan mencapai
suhu yang seragam.
3.3 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian
Pengambilan data
Analisa data
Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
Tidak
Pembuatan / perbaikan alat sebagai sarana penelitian
Mulai
Ada masalah alat
Uji coba alat
Ya
-
18
3.4 Peralatan yang digunakan pada penelitian
1. Kolektor
Panjang kolektor = 1 m
Lebar = 0,5 m
2. Kaca
Tebal = 0,003 m
Panjang = 1 m
Lebar = 0,5 m
Luasan kaca (Ac) = 1 m x 0,5 m
= 0,5 m2
Transmitasi-absorber normal (τα ) = 0,8
3. Rangka dan casing
Kemiringan kolektor (β) = 30°
4. Pipa besi ukuran ½ anci
Diameter pipa (d1) = 0,013 m
Sela antar pipa (s) = 0,11 m
Diameter dalam pipa = 0,011 m
Panjang keseluruhan pipa = 4,46 m
5. Tangki air
Tangki air dingin (air input)
Terbuat dari jerigen plastik, dengan kapasitas 20 liter
-
19
Tangki air panas
Terbuat dari jerigen plat seng, dengan kapasitas 20 liter
Diameter = 0,28 m
Tinggi = 0,37 m
6. Massa air yang ditampung tangki adalah 20 liter
3.5 Langkah Penelitian
3.5.1 Pembuatan Alat
1. Membuat tangki dari seng (ember cat) dengan kapasitas 20
liter.
2. Memasang kolektor dengan sudut kemiringan 30°.
3. Membuat pipa saluran air beserta ulirnya untuk
penyambungan
4. Merangkai tangki yang dihubungkan dengan pipa yang sudah
dibuat
dengan kolektor.
5. Mengisolasi dan menyiler sambungan –sambungan pipa,kolektor,
serta
kotak penampung tangki air panas.
3.5.2 Pelaksanaan penelitian
a. Persiapan pengambilan data
1. Pengisian air ke tangki sampai penuh dan di isi dari tangki
input
(atas) dan siap dipanaskan
2. Penempatan solar cell dan diukur pasisinya dengan
kemiringan
kolektor yaitu 30°C.
-
20
b. Pengukuran masukan energi matahari
1. Solar cell dipanaskan dan diatur posisinya sama dengan
kemiringan kolektor.
2. Diukur voltasenya setiap 10 menit bersamaan dengan
pengambilan data.
c. Pengambilan data
Setiap 10 menit diukur temperatur ruangan, temperatur
kolektor
(T1), temperatur kaca (T2), temperatur air masuk kolektor
(T3),
temperatur air keluar kolektor(T4), temperatur air masuk
tangki
bagian atas (T5), temperatur air masuk tangki bagian atas
bawah
(T6), energi radiasi matahari yang terserap.
d. Lokasi Pengambilan data
Halaman laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin
Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
-
21
3.5.4 Parameter yang dihitung
1. Arus keluaran sel yang masuk kolektor (Iph)
2. Energi sel surya yang terukur (GT)
3. Tahanan thermal (Us)
4. Temperatur tangki rata-rata (Ts)
5. Faktor efisiensi (F’)
3.6 Langkah Perhitungan
Karena akan menggunakan temperatur air kolektor rata – rata
(T1+T0)/2 maka
Faktor efisiensi dinyatakan dengan persamaan : (Wiranto
Arismunandar, 1995:116)
( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +−
−+⋅=
aLTc
rSSSss
TTTUGA
TTAUddTsCm
F
2
))(()(
01
1
τα
θ ( 3.1 )
dengan : ms = massa air (liter)
Cs = panas jenis fluida
dTs = T awal – T sebelum
dTθ = waktu (detik)
Ac = luas kolektor (m2)
τα = trasmitan kaca,absortifitas plat
GT = Radiasi masuk
UL = Koefisien kerugian (W/(m2.K))
T1 = Suhu air masuk kolektor (celcius)
T0 = Suhu air keluar kolektor (celcius)
Ta = Suhu lingkungan (celcius)
Ts = Teperatur rata-rata (celcius)
Tr = Suhu ruangan dalam lingkungan
-
22
Us = Tahanan thermal (W/(m2.K))
As = Luas permukaan (m2)
• Arus keluaran sel yang masuk kolektor ( I )
Dirumuskan;
Iph = V / R (ampere) ( 3.2)
Dimana ; V = Voltase terukur ( V )
R = Hambatan Resistor ( Ω )
• Radiasi masuk (GT)
Yaitu jumlah intensitas radiasi yang di terima oleh solar
cell.
Dirumuskan; (Solar sell. GL8 33 TF 5.4W/12V System)
GT = (Iph/0,4) x 1000 ( 3.3 )
• Tahanan Thermal ( Us )
Yaitu jumlah hambatan total antara air dalam tangki sampai luar
box
Dirumuskan; (J.P. Holman, 1994: 33)
01
44
33
22
111
hkx
kx
kx
kx
Us+
Δ+
Δ+
Δ+
Δ= ( 3.4 )
dimana ; ∆x1= tebal plat seng (m)
∆x2= tebal glasswoll (m)
∆x3= tebal gabus (m)
∆x4= tebal kayu (m)
k1 = konduktivitas thermal plat seng (W/(m.K))
k2 = konduktivitas thermal glasswoll (W/(m.K))
k3 = konduktivitas thermal gabus (W/(m.K))
k4 = konduktivitas thermal kayu (W/(m.K))
-
23
• Koefisien konveksi luar ( h0 )
Dinyatakan dengan persamaan : (Wiranto Arismunandar,
1995:51)
h0 = 5,7 + (3,8).V W/(m2.K) (3.5 )
dengan ; V = kecepatan angin (m/s)
-
24
BAB IV
PEMBAHASAN
Dalam bab ini data yang diperoleh dari hasil penelitian akan
dianalisa untuk
mengetahui faktor efisensi (F’) dari pemanas air sistem
termosifon. Pada bab ini juga
akan ditunjukkan tabel data yang diperoleh selama pengujian atau
pengambilan data.
4.1. Data Hasil Pengamatan
Pengujian alat diakukan pada tanggal 1 September 2007 hingga 14
September 2007.
Tempat Percobaan = Halaman depan laboratorium konversi
energi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
Jenis Reflektor = thermosifon Seri
Besar Tahanan = 10 Ohm
Kemiringan Kolektor = 30°
Luas kolektor = 0,5 m2
Diameter tabung = 28 cm
Tinggi tabung = 37 cm
Pengukuran suhu pada pemanas air themosiphon ini dilakukan
dengan
termokopel yang kemudian disambungkan pada penera temperatur,
termokopel ini
dipasang pada beberapa titik yaitu :
T1 = suhu permukaan kaca (0C)
T2 = suhu permukaan kolektor (0C)
T3 = suhu air masuk kolektor (0C)
24
-
25
T4 = suhu air keluar kolektor (0C)
T5 = suhu penampung air bagian bawah (0C)
T6 = suhu penampung air bagian atas (0C)
Sedangkan untuk mengukur parameter yang lain yaitu suhu
lingkungan dan
radiasi matahari digunakan termokopel dan solarcell. Hasil
pengambilan data
penelitian dapat dilihat pada tabel 4.1 sampai dengan 4.6 . Pada
tabel –tabel tersebut
beberapa data diarsir, yang berarti data tidak dipakai karena
suhu rata-rata air tangki
turun.
-
26
Tabel 4.1 Data penelitian termosifon pipa seri pertama
Waktu T1 (°C) T2
(°C) T3
(°C) T4
(°C) T5
(°C) T6
(°C)
T lingk (°C)
V T air
keluar (°C)
T rata2 (°C)
10:05 29,50 46,10 16,30 38,40 26,90 34,50 26,50 3,66 30,7010:15
29,50 47,10 17,60 40,90 26,90 40,30 28,00 3,41 33,6010:25 38,00
47,20 20,30 47,00 27,80 40,60 30,70 3,39 34,2010:35 38,20 55,00
21,10 53,00 27,60 42,20 31,20 3,37 34,9010:45 41,00 56,40 21,00
53,90 30,60 46,00 32,50 3,56 38,3010:55 43,90 57,00 22,10 54,20
33,20 47,50 33,00 3,56 40,3511:05 44,10 59,20 23,10 56,60 34,20
49,20 32,80 4,46 48,30 41,7011:15 54,00 52,10 23,10 54,20 30,70
42,20 29,60 4,46 36,4511:25 57,60 58,00 24,00 55,90 31,40 44,60
28,10 3,57 38,0011:35 60,20 60,30 25,50 56,40 32,00 47,60 31,20
3,87 39,8011:45 63,70 60,90 26,20 56,80 35,90 49,00 32,90 3,92
42,4511:55 63,20 61,10 26,00 58,70 36,00 52,00 30,40 2,58
44,0012:05 63,50 61,30 25,20 60,90 38,20 58,20 31,80 3,98 59,10
48,2012:15 63,50 64,50 24,20 57,20 35,40 49,10 27,90 3,61
42,2512:25 63,90 64,10 26,00 59,10 39,20 53,00 29,40 2,88
46,1012:35 64,00 63,00 27,00 60,00 39,60 56,20 30,00 2,63
47,9012:45 64,30 62,60 25,10 60,90 39,10 57,80 33,10 3,62
48,4512:55 65,20 62,50 26,20 63,20 39,00 59,80 27,00 3,49
49,4013:05 66,50 62,90 26,90 66,90 40,20 61,20 26,70 3,17 61,20
50,7013:15 63,60 64,00 25,70 55,20 34,20 49,20 28,10 2,79
41,7013:25 66,10 66,30 25,70 57,70 33,10 50,90 30,00 2,93
42,0013:35 63,20 60,00 23,50 56,00 34,60 52,00 31,30 2,93
43,3013:45 55,20 56,00 25,90 57,80 33,50 55,20 25,00 2,14
44,3513:55 56,60 57,70 27,00 59,00 33,30 56,70 29,70 2,17
45,0014:05 56,80 57,60 26,80 62,20 36,70 57,20 28,70 1,05 59,20
46,95
-
27
Tabel 4.2 Data penelitian termosifon pipa seri kedua
Waktu T1 (°C) T2
(°C) T3
(°C) T4
(°C) T5
(°C) T6
(°C)
T lingk (°C)
V T air
keluar (°C)
T rata2 (°C)
9:25 33,20 49,20 21,70 44,30 29,30 27,50 26,20 3,31 28,40 9:35
36,40 53,40 20,10 50,80 31,80 31,10 25,30 3,40 31,45 9:45 37,50
48,70 21,10 51,10 36,60 40,40 26,40 3,32 38,50 9:55 43,90 54,00
24,70 55,80 38,40 45,80 29,70 3,48 42,10 10:05 44,10 54,70 28,20
59,00 39,30 49,40 23,70 3,42 44,35 10:15 44,20 48,50 22,30 55,30
40,90 50,00 29,90 3,47 45,45 10:25 40,70 54,10 22,10 57,60 42,30
52,00 25,90 3,53 45,20 47,15 10:35 42,20 50,00 26,10 59,10 36,40
49,90 25,30 3,74 43,15 10:45 43,20 52,50 31,50 57,50 38,70 51,40
32,00 3,84 45,05 10:55 44,30 51,10 26,20 59,00 38,50 51,10 29,40
3,54 44,80 11:05 40,40 49,60 24,30 56,00 38,70 52,70 30,30 3,70
45,70 11:15 54,00 55,00 24,50 57,50 39,00 53,00 32,10 3,69 46,00
11:25 43,30 55,40 24,60 55,60 35,20 51,30 30,60 3,70 51,70 43,25
11:35 45,00 52,80 26,20 56,10 33,00 50,50 30,20 3,51 41,75 11:45
43,30 54,00 24,90 59,80 31,60 50,60 29,10 3,32 41,10 11:55 41,30
54,40 26,20 58,00 35,00 49,70 28,50 2,61 42,35 12:05 44,40 49,90
25,50 57,60 33,30 53,70 30,00 3,34 43,50 12:15 43,10 55,40 28,20
61,50 35,10 52,40 30,50 3,43 43,75 12:25 43,50 57,20 30,00 64,50
37,70 55,50 29,50 3,57 54,00 46,60 12:35 54,50 57,60 27,30 59,50
35,30 52,40 26,80 3,05 43,85 12:45 52,80 51,70 27,30 62,30 32,00
53,30 28,80 3,18 42,65 12:55 46,60 53,10 28,30 63,40 30,50 53,00
25,90 3,14 41,75 13:05 42,20 45,20 29,40 58,50 29,20 53,00 29,70
0,00 41,10 13:15 46,70 51,80 28,80 61,00 28,00 48,20 30,60 2,90
38,10 13:25 43,90 54,00 29,10 60,70 27,30 52,50 28,80 2,98 54,80
39,90 13:35 24,10 51,80 30,80 59,00 22,80 47,70 30,10 2,73 35,25
13:45 42,30 43,90 36,20 56,90 28,10 49,50 28,20 0,53 38,80 13:55
44,00 40,00 39,70 50,50 22,00 44,60 28,50 0,40 33,30 14:05 47,7
48,5 34,3 57,8 22,9 46 28,6 2,25 34,45 14:15 44,7 43,6 38,7 53 21,9
44,9 29,3 0,88 33,4 14:25 44,4 41,7 35,5 54,4 30,4 41,7 29 0,75
51,1 36,05
Keterangan:
Baris data terarsir tidak dipakai dalam perhitungan
-
28
Tabel 4.3 Data penelitian termosifon pipa seri ketiga
Waktu T1 (°C) T2
(°C) T3
(°C) T4
(°C) T5
(°C) T6
(°C) T lingk (°C) V
T air keluar (°C)
T rata2 (°C)
9:00 39,20 31,20 21,00 48,10 28,20 28,50 24,40 2,69 28,35 9:10
41,10 37,90 20,60 51,10 33,60 35,40 24,90 2,78 34,50 9:20 42,30
41,00 23,30 52,00 35,70 40,90 28,10 2,88 38,30 9:30 46,00 41,00
22,00 53,00 37,20 45,00 30,00 2,93 41,10 9:40 45,40 41,90 24,80
54,10 38,30 47,20 31,40 3,16 42,75 9:50 41,30 45,00 24,00 54,70
39,40 48,30 33,10 3,17 43,85
10:00 40,00 44,10 23,30 55,90 40,30 50,10 30,70 3,18 49,90 45,20
10:10 35,60 42,80 24,80 55,50 35,60 47,90 31,00 3,18 41,75 10:20
37,30 43,40 25,00 56,80 35,20 48,20 29,70 3,10 41,70 10:30 42,10
44,20 28,50 60,20 33,60 38,90 29,90 3,30 36,25 10:40 41,30 50,10
23,00 57,00 37,30 52,00 32,20 3,54 44,65 10:50 35,30 51,50 22,00
55,40 36,70 51,70 30,10 3,48 44,20 11:00 38,60 40,00 25,00 60,20
41,10 54,80 33,10 3,46 53,00 47,95 11:10 37,70 45,40 27,60 57,50
37,70 54,30 34,10 3,34 46,00 11:20 47,00 52,30 31,50 60,10 35,70
53,80 33,20 3,24 44,75 11:30 44,30 38,60 28,30 52,60 35,70 53,40
35,20 3,40 44,55 11:40 46,50 40,20 32,50 53,20 34,70 52,00 31,20
2,42 43,35 11:50 42,90 36,20 34,80 47,50 32,50 50,50 33,00 0,48
41,50 12:00 47,00 35,10 32,00 45,80 33,00 51,50 31,90 0,85 51,00
42,25 12:10 43,20 35,90 35,50 47,70 32,50 49,50 32,00 0,83 41,00
12:20 44,30 33,30 31,30 44,50 30,80 50,10 36,00 2,88 40,45 12:30
46,00 40,80 32,20 56,70 31,20 48,80 28,30 2,70 40,00 12:40 48,20
46,50 35,20 58,80 29,60 41,50 30,40 2,89 35,55 12:50 48,30 35,50
39,80 57,00 23,10 47,00 31,10 0,65 35,05 13:00 48,30 40,60 35,90
51,00 24,00 45,10 30,00 2,25 49,10 34,55 13:10 47,90 38,60 32,00
48,20 22,00 41,20 30,10 0,89 31,60 13:20 44,90 33,90 33,40 48,30
23,10 43,80 30,10 0,89 33,45 13:30 46,80 40,00 35,80 47,10 24,90
44,20 34,10 1,20 34,55 13:40 43,90 33,90 35,80 46,30 22,30 45,10
28,10 1,35 33,70 13:50 48,20 42,10 34,30 44,00 24,50 47,30 30,10
2,88 35,90 14:00 47,80 40,00 34,10 45,10 23,10 48,20 30,20 2,76
48,10 35,65
Keterangan:
Baris data terarsir tidak dipakai dalam perhitungan
-
29
Tabel 4.4 Data penelitian termosifon pipa seri keempat
Waktu T1 (°C) T2
(°C) T3
(°C) T4
(°C) T5
(°C) T6
(°C) T lingk (°C) V
T air keluar (°C)
T rata2 (°C)
9.30 41,3 16,6 24,6 39,2 32,5 32,5 28,7 3,16 32,59.40 45,0 45,1
20,5 43,6 44,0 44,0 28,7 3,11 449.50 39,2 48,1 16,2 49,5 43,7 43,7
32,8 3,30 43,710.00 37,6 50,0 18,8 41,5 44,7 44,7 31,3 3,40
44,710.10 34,7 48,0 14,7 42,6 44,5 44,5 32,2 3,52 44,510.20 40,0
45,0 14,5 45,0 29,0 45,0 30,2 3,59 3710.30 41,4 54,3 17,3 41,9 34,7
47,2 31,6 3,81 47,3 40,9510.40 41,7 48,4 13,3 48,1 34,5 47,1 30,8
3,65 40,810.50 40,1 51,2 17,3 48,0 33,9 48,3 30,8 3,69 41,111.00
43,1 47,1 14,9 48,7 33,7 47,5 27,1 3,86 40,611.10 55,4 53,7 17,2
50,5 35,1 48,2 30,1 3,87 41,6511.20 57,6 50,6 14,9 57,8 35,8 50,2
30,2 3,88 4311.30 61,5 56,5 17,3 64,7 37,8 50,5 32,2 3,92 52,6
44,1511.40 53,4 54,0 31,3 46,9 33,7 50,4 32,4 3,86 42,0511.50 55,1
49,0 35,9 53,4 32,3 49,5 31,2 3,88 40,912.00 50,2 54,8 39,9 51,3
36,7 52,1 31,5 3,81 44,412.10 60,4 57,9 44,5 55,6 39,6 52,8 31,1
3,10 46,212.20 62,1 57,7 47,0 59,1 41,0 54,2 29,5 3,49 47,612.30
63,9 60,0 50,2 62,0 42,6 55,7 29,7 3,54 56,3 49,1512.40 55,3 44,1
46,8 57,7 37,5 52,9 29,5 3,20 45,212.50 56,5 43,2 44,0 57,8 35,0
54,4 28,3 0,67 44,713.00 55,8 56,5 45,0 63,0 38,0 55,3 30,6 3,26
46,6513.10 59,5 53,5 38,2 68,2 38,1 57,0 28,7 3,54 47,5513.20 60,0
47,0 43,2 67,1 37,7 56,6 28,9 2,50 47,1513.30 65,1 51,3 38,3 61,5
35,4 57,8 26,3 1,98 58,7 46,6
Keterangan:
Baris data terarsir tidak dipakai dalam perhitungan
-
30
Tabel 4.5 Data penelitian termosifon pipa seri kelima
Waktu T1 (°C) T2
(°C) T3
(°C) T4
(°C) T5
(°C) T6
(°C)
T lingk (°C)
V T air
keluar (°C)
T rata2 (°C)
9:50 35,70 41,60 21,00 43,00 28,30 27,90 26,30 3,63 28,1010:00
38,60 45,70 21,10 48,40 27,60 37,10 25,50 3,07 32,3510:10 40,60
53,40 21,30 51,80 35,50 44,00 26,70 2,28 39,7510:20 43,10 54,70
22,00 54,00 40,50 47,50 31,20 4,04 44,0010:30 48,40 46,40 22,60
52,30 36,50 48,50 33,60 3,73 42,5010:40 44,30 43,20 27,00 49,50
36,10 48,70 32,10 2,33 42,4010:50 42,00 41,70 28,90 47,10 35,80
49,20 31,60 1,11 48,30 42,5011:00 43,30 46,20 22,30 44,00 33,70
46,70 29,60 3,94 40,2011:10 46,10 40,30 23,70 51,90 37,20 49,50
28,70 1,32 43,3511:20 30,80 35,50 28,70 46,70 32,60 45,90 30,60
1,30 39,2511:30 38,70 35,00 20,20 45,40 30,20 44,50 22,80 1,11
37,3511:40 39,70 36,00 29,20 43,90 29,80 40,50 21,50 1,50
35,1511:50 50,50 46,00 28,60 48,70 27,20 41,20 20,50 4,50 37,00
34,2012:00 47,40 40,10 29,20 48,80 29,10 41,50 21,70 1,52
35,3012:10 42,40 38,80 30,90 48,90 31,80 41,90 22,80 1,05
36,8512:20 46,10 38,00 32,20 48,00 32,00 43,20 28,60 1,67
37,6012:30 40,40 37,90 30,20 46,10 30,10 44,20 20,50 0,74
37,1512:40 39,40 33,90 31,10 43,50 28,00 39,70 25,10 1,02
33,8512:50 43,20 37,00 31,50 45,70 31,40 37,90 24,60 1,13 41,20
34,6513:00 35,10 36,00 25,40 40,10 28,70 33,00 25,30 0,75
30,8513:10 36,80 36,20 27,60 41,60 26,20 35,00 28,60 0,87
30,6013:20 32,50 34,20 27,40 43,20 23,70 36,90 26,70 0,98
30,3013:30 35,00 36,10 26,40 45,10 24,30 37,60 25,70 1,55
30,9513:40 38,30 37,50 21,50 43,80 25,30 36,70 24,40 1,12
31,0013:50 39,40 33,80 28,50 44,40 26,10 38,70 26,90 1,05 41,90
32,40
Keterangan:
Baris data terarsir tidak dipakai dalam perhitungan
-
31
Tabel 4.6 Data penelitian termosifon pipa seri keenam
Waktu T1 (°C) T2
(°C) T3
(°C) T4
(°C) T5
(°C) T6
(°C)
T lingk (°C)
V T air
keluar (°C)
T rata2 (°C)
10:10 48,00 44,60 31,30 47,70 39,10 40,70 30,20 3,23 39,9010:20
45,10 43,00 27,00 50,80 41,40 44,00 34,30 3,20 42,7010:30 44,90
44,50 19,30 50,70 41,90 47,00 33,30 3,25 44,4510:40 44,40 46,50
18,50 50,60 42,80 50,40 33,40 3,30 46,6010:50 54,10 48,50 25,60
55,00 43,50 52,00 33,70 3,33 47,7511:00 54,70 44,70 27,70 53,30
41,30 50,40 32,90 3,37 45,8511:10 41,10 45,30 24,70 57,00 42,40
52,80 31,20 3,34 50,40 47,6011:20 47,20 44,30 24,90 56,00 41,30
53,00 33,20 3,30 47,1511:30 49,40 44,00 25,20 55,20 39,10 53,30
35,50 3,39 46,2011:40 46,70 46,60 26,10 52,90 40,60 54,40 35,20
3,25 47,5011:50 46,60 45,60 26,30 55,10 38,80 53,70 34,40 3,18
46,2512:00 45,50 45,70 26,70 53,60 39,00 53,30 35,30 3,11
46,1512:10 46,10 46,30 31,40 55,10 40,00 53,50 33,20 2,53 54,50
46,7512:20 46,00 43,00 33,20 53,50 36,10 51,20 31,00 2,82
43,6512:30 49,80 43,40 29,90 53,80 34,90 52,20 31,50 2,80
43,5512:40 42,70 40,10 30,10 50,40 35,90 52,00 31,20 1,25
43,9512:50 46,20 46,20 24,20 53,90 35,80 49,00 31,70 2,66
42,4013:00 47,90 42,00 23,20 54,20 35,00 48,10 28,90 2,58
41,5513:10 50,10 45,10 36,80 52,10 32,50 52,70 26,80 2,38 54,70
42,6013:20 51,80 43,80 42,20 58,50 26,60 48,00 27,80 2,37
37,3013:30 48,40 44,40 36,20 57,90 29,10 51,90 33,20 2,37
40,5013:40 41,80 44,50 40,50 61,00 30,50 53,30 34,70 3,05
41,9013:50 42,50 43,00 42,30 59,60 27,10 52,10 32,10 3,02
39,6014:00 44,10 42,20 43,20 59,90 26,30 52,50 33,20 2,93
39,4014:10 46,60 41,00 44,30 60,30 25,00 53,00 34,30 2,83 55,10
39,0014:20 48,60 39,50 42,50 58,20 24,20 48,50 31,00 2,58
36,3514:30 46,00 41,90 41,40 59,00 26,20 48,60 30,30 2,64
37,4014:40 45,70 42,40 30,10 58,00 25,10 50,70 31,50 2,20
37,9014:50 49,90 41,10 27,80 60,20 26,00 49,60 31,90 2,55
37,8015:00 45,40 38,80 40,00 58,80 25,10 48,30 30,70 2,46
36,7015:10 54,00 38,50 42,10 58,40 24,60 47,10 30,50 2,02 50,10
35,85
Keterangan:
Baris data terarsir tidak dipakai dalam perhitungan
-
32
4.2. Perhitungan Data Hasil Percobaan
Energi surya total merupakan energi surya yang masuk ke
kolektor.
Dengan bantuan sel surya (solar sell), maka energi radiasi surya
yang
dipancarkan saat itu dapat diolah menjadi inputan voltase
setelah sel surya
dibeeri tahanan (R) sebesar 10 Ω. Sebagai contoh, dari data
input pada table 4.1
maka energi surya total dapat diperolah dengan cara :
a. Menghitung Arus yang dikeluarkan solar sel (Iph)
Arus yang dikeluarkan solar sel dapat diperoleh dari pesamaan
(3.2)
Iph= RV
Iph=1041,3
= 0,34 Ampere
b. Energi Surya yang Terukur Sel Surya (G)
Dari persamaan (3.3) dapat diperoleh harga G
G =4,0
phI x1000W/m2
G = 4,0
341,0 x1000W/m2
= 852,50 W/m2
-
33
c. Menghitung besar koefisien konveksi luar ( h0 )
Dari persamaan ( 3.5 ) dapat diperoleh besarnya h0 yaitu :
h0 = 5,7 + 3,8 . V
= 5,7 + 3,8 . 0,5
= 7,60 W/(m2.K)
d. Menghitung besar Tahanan Thermal tangki air ( Us )
Dari persamaan (3.4) dapat diperoleh besarnya h0 yaitu:
01
44
33
22
111
hkx
kx
kx
kx
Us+
Δ+
Δ+
Δ+
Δ=
6,71
055,001,0
045,001,0
038,005,0
2,112001,01
++++=Us
Us = 0,54 W/(m2 .K)
e. Menghitung besar Faktor efisiensi (F’)
Dari persamaan (3.1) dapat diperoleh besarnya F’ yaitu
( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +−
−+⋅=
aLTc
rSSSss
TTTUGA
TTAUddTsCm
F
2
))(()(
01
1
τα
θ
(
( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +−
−+⋅=
7,302
473,2085,8478,05,0
))7,302,34(44,0.540127,0()6006,0.78,418020(
1F
= 0,26
= 26 %
-
34
Dengan menggunakan cara perhitungan yang sama, maka perhitungan
kuat
arus sel surya, koefisien konveksi luar, energi surya terukur,
tahanan termal
penyimpan air serta faktor efisiensi F’ tiap data ujicoba dapat
diketahui. Hasil
perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.7 sampai dengan 4.12.
Pada tabel–tabel
tersebut beberapa data diarsir, yang berarti data tidak di pakai
karena bernilai negatif
dan lebih dari 100%.
-
35
Tabel 4.7 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri pertama
dTs I=V/R Gt (T3+T4/2) Us F' (Trata2-Tling)
Gt
2,90 0,34 852,50 29,25 0,54 1,21 0,01 0,60 0,34 847,50 33,65
0,54 0,26 0,00 0,70 0,34 842,50 37,05 0,54 0,31 0,00 3,40 0,36
890,00 37,45 0,54 1,41 0,01 2,05 0,36 890,00 38,15 0,54 0,86 0,01
1,35 0,45 1115,00 39,85 0,54 0,46 0,01
-5,25 0,45 1115,00 38,65 0,54 -1,78 0,01 1,55 0,36 892,50 39,95
0,54 0,71 0,01 1,80 0,39 967,50 40,95 0,54 0,73 0,01 2,65 0,39
980,00 41,50 0,54 1,04 0,01 1,55 0,26 645,00 42,35 0,54 1,04 0,02
4,20 0,40 995,00 43,05 0,54 1,67 0,02
-5,95 0,36 902,50 40,70 0,54 -2,67 0,02 3,85 0,29 720,00 42,55
0,54 2,30 0,02 1,80 0,26 657,50 43,50 0,54 1,22 0,03 0,55 0,36
905,00 43,00 0,54 0,25 0,02 0,95 0,35 872,50 44,70 0,54 0,50 0,03
1,30 0,32 792,50 46,90 0,54 0,79 0,03
-9,00 0,28 697,50 40,45 0,54 -5,45 0,02 0,30 0,29 732,50 41,70
0,54 0,18 0,02 1,30 0,29 732,50 39,75 0,54 0,71 0,02 1,05 0,21
535,00 41,85 0,54 1,03 0,04 0,65 0,22 542,50 43,00 0,54 0,58 0,03
1,95 0,11 262,50 44,50 0,54 6,60 0,07
Keterangan:
Baris data terarsir tidak dipakai
-
36
Tabel 4.8 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri kedua
dTs I=V/R Gt (T3+T4/2) Us F' (Trata2-Tling)
Gt
4,50 0,34 850,00 36,75 0,54 1,98 0,01 2,55 0,33 830,00 34,90
0,54 1,98 0,01 3,25 0,35 870,00 39,35 0,54 1,21 0,01 2,05 0,34
855,00 41,45 0,54 0,76 0,02
-1,05 0,35 867,50 35,40 0,54 -0,36 0,02 1,85 0,35 882,50 38,10
0,54 0,63 0,02
-2,20 0,37 935,00 38,05 0,54 -0,73 0,02 0,35 0,38 960,00 42,00
0,54 0,11 0,01 0,65 0,35 885,00 38,65 0,54 0,22 0,02
-1,40 0,37 925,00 36,95 0,54 -0,45 0,02 0,90 0,37 922,50 39,75
0,54 0,29 0,02
-2,85 0,37 925,00 40,00 0,54 -0,96 0,01 -0,85 0,35 877,50 39,50
0,54 -0,30 0,01 1,15 0,33 830,00 39,45 0,54 0,42 0,01 0,80 0,26
652,50 40,30 0,54 0,37 0,02
-1,05 0,33 835,00 37,70 0,54 -0,37 0,02 2,85 0,34 857,50 41,80
0,54 1,03 0,02 2,80 0,36 892,50 43,60 0,54 0,96 0,02
-3,70 0,31 762,50 42,45 0,54 -1,50 0,02 -0,25 0,32 795,00 39,50
0,54 -0,10 0,02 -0,20 0,31 785,00 40,70 0,54 -0,08 0,02 -3,10 0,27
682,50 41,30 0,54 -1,45 0,01 0,65 0,29 725,00 40,30 0,54 0,28
0,01
-0,50 0,30 745,00 41,55 0,54 -0,21 0,01 -3,10 0,27 682,50 41,30
0,54 -1,45 0,01 1,60 0,05 132,50 40,05 0,54 2,44 0,08
-6,25 0,04 100,00 39,85 0,54 -14,80 0,05 4,10 0,23 562,50 41,40
0,54 2,34 0,01
-2,90 0,09 220,00 41,15 0,54 -3,94 0,02 4,95 0,08 187,50 38,60
0,54 7,89 0,04
Keterangan:
Baris data terarsir tidak dipakai
-
37
Tabel 4.9 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri ketiga
dTs I=V/R Gt (T3+T4/2) Us F' (Trata2-Tling)
Gt
4,20 0,28 695,00 29,25 0,54 1,94 0,01 1,50 0,29 720,00 32,15
0,54 0,65 0,01 1,25 0,29 732,50 31,50 0,54 0,50 0,02 1,10 0,32
790,00 33,35 0,54 0,41 0,01 0,85 0,32 792,50 34,50 0,54 0,32 0,01
1,05 0,32 795,00 33,70 0,54 0,38 0,02
-2,55 0,32 795,00 33,80 0,54 -0,95 0,01 0,45 0,31 775,00 34,20
0,54 0,17 0,02 0,90 0,33 825,00 36,35 0,54 0,37 0,01 0,25 0,35
885,00 36,55 0,54 0,08 0,01
-1,10 0,35 870,00 36,75 0,54 -0,38 0,02 4,60 0,35 865,00 32,50
0,54 1,47 0,02
-3,05 0,33 835,00 36,50 0,54 -1,05 0,01 0,30 0,32 810,00 41,90
0,54 0,11 0,01
-3,75 0,34 850,00 33,45 0,54 -1,25 0,01 -0,20 0,24 605,00 36,35
0,54 -0,10 0,02 -3,95 0,05 120,00 35,50 0,54 -5,12 0,07 -0,60 0,09
212,50 33,55 0,54 -0,55 0,05 0,70 0,08 207,50 35,70 0,54 0,69
0,04
-2,45 0,29 720,00 32,30 0,54 -0,96 0,01 6,30 0,27 675,00 36,50
0,54 2,75 0,02 0,25 0,29 722,50 40,85 0,54 0,12 0,01
-4,15 0,07 162,50 37,65 0,54 -5,66 0,02 -2,55 0,23 562,50 38,25
0,54 -1,42 0,01 -2,40 0,09 222,50 35,30 0,54 -2,98 0,01 0,60 0,09
222,50 33,65 0,54 0,63 0,02 0,30 0,12 300,00 37,90 0,54 0,27
0,00
-1,70 0,14 337,50 34,85 0,54 -1,36 0,02 -0,05 0,29 720,00 38,20
0,54 -0,03 0,01 -0,15 0,28 690,00 37,05 0,54 -0,08 0,01
Keterangan:
Baris data terarsir tidak dipakai
-
38
Tabel 4.10 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri keempat
dTs I=V/R Gt (T1+T0/2) Us F' (Trata2-Tling)
Gt
7,95 0,31 777,50 32,80 0,54 3,11 0,02 2,80 0,33 825,00 32,15
0,54 1,04 0,01
-3,50 0,34 850,00 34,40 0,54 -1,28 0,02 0,45 0,35 880,00 31,35
0,54 0,15 0,01
-6,55 0,36 897,50 29,75 0,54 -2,18 0,01 1,30 0,38 952,50 35,80
0,54 0,42 0,01 3,00 0,37 912,50 30,85 0,54 0,97 0,01
-0,35 0,37 922,50 34,25 0,54 -0,12 0,01 0,25 0,39 965,00 31,00
0,54 0,07 0,01 1,60 0,39 967,50 35,45 0,54 0,51 0,01 4,00 0,39
970,00 32,75 0,54 1,22 0,01 4,45 0,39 980,00 36,90 0,54 1,39
0,01
-10,95 0,39 965,00 42,65 0,54 -3,67 0,01 2,55 0,39 970,00 42,45
0,54 0,85 0,01 1,15 0,38 952,50 47,35 0,54 0,40 0,01 3,60 0,31
775,00 51,20 0,54 1,58 0,02 2,45 0,35 872,50 52,35 0,54 0,96 0,02
2,25 0,35 885,00 55,10 0,54 0,88 0,02
-4,70 0,32 800,00 45,45 0,54 -1,88 0,02 -1,20 0,07 167,50 43,60
0,54 -1,53 0,10 4,10 0,33 815,00 50,75 0,54 1,66 0,02 2,65 0,35
885,00 45,85 0,54 0,92 0,02
-0,75 0,25 625,00 45,10 0,54 -0,36 0,03 -3,95 0,198 495 44,8
0,54 -2,21 0,04
Keterangan:
Baris data terarsir tidak dipakai
-
39
Tabel 4.11 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri kelima
dTs I=V/R Gt (T3+T4/2) Us F' (Trata2-Tling)
Gt
2,35 0,31 767,50 33,40 0,54 1,02 0,01 5,65 0,23 570,00 37,35
0,54 3,09 0,02 3,60 0,40 1010,00 38,35 0,54 1,14 0,01
-2,85 0,37 932,50 34,50 0,54 -0,93 0,01 -1,60 0,23 582,50 35,10
0,54 -0,78 0,02 -1,35 0,11 277,50 35,30 0,54 -1,14 0,04 -2,60 0,39
985,00 34,25 0,54 -0,82 0,01 5,70 0,13 330,00 32,00 0,54 3,93
0,04
-4,90 0,13 325,00 32,10 0,54 -3,70 0,03 -1,85 0,11 277,50 27,60
0,54 -1,45 0,05 -0,95 0,15 375,00 32,60 0,54 -0,73 0,04 1,10 0,45
1125,00 37,30 0,54 0,33 0,01 1,00 0,15 380,00 34,65 0,54 0,77 0,04
1,40 0,11 262,50 34,85 0,54 1,46 0,05
-0,35 0,17 417,50 35,10 0,54 -0,25 0,02 -1,90 0,07 185,00 34,05
0,54 -2,32 0,09 -2,35 0,10 255,00 32,50 0,54 -2,51 0,03 2,80 0,11
282,50 34,25 0,54 3,06 0,04
-4,15 0,08 187,50 30,70 0,54 -6,86 0,03 -0,50 0,09 217,50 31,90
0,54 -0,70 0,01 -0,45 0,10 245,00 30,80 0,54 -0,52 0,01 1,25 0,16
387,50 31,25 0,54 0,96 0,01
-0,15 0,11 280,00 29,50 0,54 -0,15 0,02 0,70 0,11 262,50 31,15
0,54 0,72 0,02
Keterangan:
Baris data terarsir tidak dipakai
-
40
Tabel 4.12 Data hasil perhitungan (F’) pipa seri keenam
dTs I=V/R Gt (T3+T4/2) Us F' (Trata2-Tling)
Gt
2,70 0,32 800,00 35,00 0,54 1,06 0,01 0,20 0,33 812,50 31,90
0,54 0,07 0,01 0,40 0,33 825,00 32,50 0,54 0,14 0,02 2,55 0,33
832,50 37,05 0,54 0,90 0,02
-1,95 0,34 842,50 36,20 0,54 -0,69 0,02 2,40 0,33 835,00 35,00
0,54 0,82 0,02
-1,05 0,33 825,00 34,60 0,54 -0,37 0,02 -1,50 0,34 847,50 34,60
0,54 -0,51 0,01 -0,40 0,33 812,50 36,35 0,54 -0,14 0,02 0,20 0,32
795,00 35,95 0,54 0,07 0,01
-0,65 0,31 777,50 36,20 0,54 -0,24 0,01 1,25 0,25 632,50 38,85
0,54 0,55 0,02
-2,75 0,28 705,00 38,10 0,54 -1,15 0,02 -0,45 0,28 700,00 36,65
0,54 -0,19 0,02 -1,20 0,13 312,50 35,10 0,54 -0,88 0,04 1,70 0,27
665,00 35,20 0,54 0,73 0,02
-0,25 0,26 645,00 32,60 0,54 -0,11 0,02 -2,30 0,24 595,00 40,95
0,54 -1,13 0,03 0,25 0,24 592,50 43,00 0,54 0,13 0,02 0,95 0,24
592,50 40,30 0,54 0,46 0,01 2,25 0,31 762,50 42,50 0,54 0,90
0,01
-2,40 0,30 755,00 42,65 0,54 -0,99 0,01 -0,25 0,29 732,50 42,70
0,54 -0,11 0,01 -0,45 0,28 707,50 42,65 0,54 -0,20 0,01 -1,45 0,26
645,00 41,00 0,54 -0,71 0,01 1,40 0,26 660,00 41,65 0,54 0,66
0,01
-1,05 0,22 550,00 36,25 0,54 -0,53 0,01 1,55 0,26 637,50 34,45
0,54 0,68 0,01
-1,15 0,25 615,00 39,40 0,54 -0,57 0,01 -0,45 0,20 505,00 40,30
0,54 -0,28 0,01
Keterangan: Baris data terarsir tidak dipakai
-
41
4.3 Analisa Data Percobaan
Dari hasil penelitian dan perhitungan telah didapatkan beberapa
perbedaan.
Perbedaan itu disebabkan oleh beberapa faktor yang terjadi
selama penelitian.
Untuk mengetahui hal tersebut maka perlu diadakan suatu analisa
dan
pembahasan dari data yang diperoleh selama penelitian. Sehingga
dapat diketahui
faktor-faktor yang menyebabkan perbedaan.
4.3.1 Temperatur air
Tempat Percobaan = Halaman depan laboratorium konversi
energi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
Jenis Reflektor = termosifon
Lama uji coba = 4-5 jam
Besar Tahanan = 10 Ohm
Kemiringan Kolektor = 30°
Luasan Reflektor = 0,5 m2
Dari data-data yang telah diperoleh maka dapat dibuat dalam
bentuk
grafik sebagai berikut:
-
42
Grafik Suhu Vs Waktu
15,00
25,00
35,00
45,00
55,00
65,00
10:05 10:45 11:25 12:05 12:45 13:25 14:05
Waktu
Suhu
(Cel
cius
) T3T4
T5
T6
T1T2
T lingkungan
Gambar 4.1 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
kolektor pipa seri pertama
Grafik Suhu Vs Waktu
15,00
25,00
35,00
45,00
55,00
65,00
9:25 10:05 10:45 11:25 12:05 12:45 13:25 14:05
Waktu
Suhu
(Cel
cius
) T3T4
T5T6
T1
T2
T lingkungan
Gambar 4.2 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
kolektor pipa seri kedua
-
43
Grafik Suhu Vs Waktu
15,00
25,00
35,00
45,00
55,00
65,00
9:00 9:40 10:20 11:00 11:40 12:20 13:00 13:40
Waktu
Suhu
(cel
cius
)
T3
T4
T5
T6
T1
T2
T lingkungan
Gambar 4.3 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
kolektor pipa seri ketiga
Grafik Suhu Vs Waktu
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
9:30 10:10 10:50 11:30 12:10 12:50 13:30
Waktu
Suhu
(Cel
cius
)
T3
T4
T5
T6
T1
T2
T lingkungan
Gambar 4.4 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
kolektor pipa seri keempat
-
44
Grafik Suhu Vs Waktu
15,0020,0025,0030,0035,0040,0045,0050,0055,0060,00
9:50 10:30 11:10 11:50 12:30 13:10 13:50
Waktu
Suhu
(Cel
cius
) T3T4
T5
T6
T1
T2
T lingkungan
Gambar 4.5 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
kolektor pipa seri kelima
Grafik Suhu Vs Waktu
15,00
25,00
35,00
45,00
55,00
65,00
10:10 10:50 11:30 12:10 12:50 13:30 14:10 14:50
Waktu
Suhu
(Cel
cius
)
T3
T4T5
T6
T1
T2T lingkungan
Gambar 4.6 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
kolektor pipa seri keenam
-
45
Berdasarkan gambar grafik distribusi temperatur air dan udara
sekitar terhadap waktu
di atas, maka dapat dilihat terjadi perubahan temperatur pada
setiap parameter yang
diukur tiap sepuluh menit. Perubahan setiap parameter temperatur
ini, lebih
dipengaruhi oleh intensitas radiasi matahari yang diteruskan
oleh kaca ke ruang
sekitar kolektor. Apabila intensitas radiasi tinggi maka
kenaikan suhunya akan lebih
tinggi. Temperatur tersebut akan selalu naik, akan tetapi
apabila terjadi penurunan,
hal tersebut disebabkan oleh beberapa hal yaitu pada umumnya
karena faktor cuaca
yang buruk, misalnya adalah pada waktu matahari tertutup awan
atau mendung
sehingga intensitas radiasi yang sampai ke kolektor tidak
berlangsung baik. Penyebab
lain menurunnya suhu yaitu kecepatan angin yang lebih besar
sehingga menyebabkan
intensitas radiasi yang masuk dalam alat kecil. Pada setiap 1
jam pemanasan akan
terjadi penurunan suhu, hal ini karena air panas hasil pemanasan
yang ada dalam
tangki penyimpan selalu dikeluarkan sebanyak 5 liter untuk
mengetahui suhu air
keluaran.
-
46
4.3.2 Temperatur air Tangki
Dari data-data yang telah diperoleh maka dapat dibuat dalam
bentuk
grafik sebagai berikut:
Grafik Suhu Vs Waktu
0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Suhu
(cec
ius)
Trata-rata
T air yang diambil
Gambar 4.7 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
Tangki pertama
Grafik Suhu Vs Waktu
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Suhu
(Cel
cius
)
Trata-rata
T air yang diambil
Gambar 4.8 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
Tangki kedua
-
47
Grafik Suhu Vs Waktu
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
8:00 10:24 12:48 15:12
Waktu
Suhu
(Cel
cius
)
Trata-rata
T air yang diambil
Gambar 4.9 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
Tangki ketiga
Grafik Suhu Vs Waktu
0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48
Waktu
Suhu
(Cel
cius
)
Trata-rata
T air yang diambil
Gambar 4.10 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
Tangki keempat
-
48
Grafik Suhu Vs Waktu
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Suhu
(Cel
cius
)
Trata-rata
T air yang diambil
Gambar 4.11 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
Tangki kelima
Grafik Suhu Vs Waktu
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
9:00 11:24 13:48 16:12
Waktu
Suhu
(Cel
cius
)
Trata-rata
T air yang diambil
Gambar 4.12 Grafik hubungan distribusi suhu terhadap waktu pada
Tangki keenam
-
49
Berdasarkan gambar grafik distribusi temperatur air rata-rata
tangki dan air kaluaran
terhadap waktu diatas, maka dapat dilihat terjadi perubahan
temperatur pada setiap
parameter yang diukur per sepuluh menitnya pada temperatur
rata-rata tangki. Suhu
air akan terus meningkat seiring waktu hingga mencapai titik
maksimal kemudian
akan turun kembali menjelang sore. Perubahan temperatur ini
dipengaruhi oleh
naiknya suhu air dalam kolektor sehingga akan naik ke tangki.
Siklus ini akan
berlangsung berulang-ulang jika kolektor mendapatkan panas
matahari. Pada setiap 1
jam pemanasan akan terjadi penurunan suhu, hal ini karena air
panas hasil pemanasan
yang ada dalam tangki penyimpan selalu dikeluarkan sebanyak 5
liter untuk
mengetahui suhu air keluaran.
4.3.3. Nilai Radiasi Masuk (Gt)
Dari data-data yang telah diperoleh maka dapat dibuat dalam
bentuk grafik nilai
Radiasi Masuk (Gt) terhadap waktu sebagai berikut:
Grafik Gt Vs Waktu
0,00
200,00
400,00
600,00
800,00
1000,00
1200,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Gt (
W/m
2)
GtLinear (Gt)
Gambar 4.13 Grafik Nilai Radiasi Masuk terhadap Waktu
pertama
-
50
Grafik Gt Vs Waktu
0,00
200,00
400,00
600,00
800,00
1000,00
1200,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Gt (
W/m
2)
GtLinear (Gt)
Gambar 4.14 Grafik Nilai Radiasi Masuk terhadap Waktu kedua
Grafik Gt Vs Waktu
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
900,00
1000,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Gt (
W/m
2)
Linear
Gambar 4.15 Grafik Nilai Radiasi Masuk terhadap Waktu ketiga
-
51
Grafik Gt Vs Waktu
0,00
200,00
400,00
600,00
800,00
1000,00
1200,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48
Waktu
Gt (
W/m
2)
Linear
Gambar 4.16 Grafik Nilai Radiasi Masuk terhadap Waktu
keempat
Grafik Gt Vs Waktu
0,00
200,00
400,00
600,00
800,00
1000,00
1200,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00
Waktu
Gt (
W/m
2)
Linear
Gambar 4.17 Grafik Nilai Radiasi Masuk terhadap Waktu kelima
-
52
Grafik Gt Vs Waktu
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
900,00
9:00 10:12 11:24 12:36 13:48 15:00 16:12
Waktu
Gt (
W/m
2)
Linear
Gambar 4.18 Grafik Nilai Radiasi Masuk terhadap Waktu keenam
Dari grafik dapat dilihat bahwa nilai radiasi masuk paling
tinggi terletak disekitar
pukul 12 :00. Semakin siang nilai radiasi masuk akan terus naik
sampai titik tertinggi
yang kemudian akan menurun kembali menjelang sore/malam.
Perubahan nilai
radiasi masuk dari waktu ke waktu juga dapat dipengaruhi oleh
berbagai macam
faktor yang lain. Yang paling utama antara lain faktor cuaca.
Sebagai contohnya, ada
awan atau cuaca mendung yang menutupi atau menghalangi sinar
matahari, yang
menyebabkan intensitas radiasi yang diterima solar cell menurun
sehingga besar
tegangan yang terbaca kecil. Maka dari itu besar nilai radiasi
masuk juga menurun.
Akan jauh berbeda apabila cuaca cerah/terik, solar cell akan
menangkap radiasi
dengan sempurna sehingga tegangan yang terbaca pun akan bernilai
tinggi.
-
53
4.3.4. Nilai Faktor Efisiensi (F’) dan
(Trata-rata-Tlingkungan)/Gt
Dari data-data yang telah diperoleh maka dapat dibuat dalam
bentuk grafik
Faktor efisiensi F’ terhadap besarnya
(Trata-rata-Tlingkungan)/Gt sebagai berikut:
F' Vs (Trata2-Tling)/Gt
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04
(Trata2-Tling)/Gt
F' F'
Linear (F')
Gambar 4.19 Grafik Faktor efisiensi F’ terhadap
(Trata-rata-Tlingkungan)/Gt pertama
-
54
F' Vs (Trata2-Tling)/Gt
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04
(Trata2-Tling)/Gt
F'
F'Linear (F')
Gambar 4.20 Grafik Faktor efisiensi F’ terhadap
(Trata-rata-Tlingkungan)/Gt kedua
F' Vs (Trata2-Tling)/Gt
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
(Trata2-Tling)/Gt
F'
F'Linear (F')
Gambar 4.21 Grafik Faktor efisiensi F’ terhadap
(Trata-rata-Tlingkungan)/Gt ketiga
-
55
F' Vs (Trata2-Tling)/Gt
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04
(Trata2-Tling)/Gt
F' F'
Linear (F')
Gambar 4.22 Grafik Faktor efisiensi F’ terhadap
(Trata-rata-Tlingkungan)/Gt keempat
F' Vs (Trata2-Tling)/Gt
0,00%10,00%20,00%30,00%40,00%50,00%60,00%70,00%80,00%90,00%
100,00%
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04
(Trata2-Tling)/Gt
F' F'
Linear (F')
Gambar 4.23 Grafik Faktor efisiensi F’ terhadap
(Trata-rata-Tlingkungan)/Gt kelima
-
56
F' Vs (Trata-Ta)/Gt
0,00%10,00%20,00%30,00%40,00%50,00%60,00%70,00%80,00%90,00%
100,00%
0,00 0,01 0,02 0,03
(Trata-Ta)/Gt
F' % Series1
Linear (Series1)
Gambar 4.24 Grafik Faktor efisiensi F’ terhadap
(Trata-rata-Tlingkungan)/Gt keenam
Dari grafik dapat diketahui bahwa nilai faktor efisiensi
berbanding lurus dengan besar
intensitas radiasi masuk. Semakin tinggi nilai intensitas
radiasi matahari (Gt), maka
nilai faktor efisiensinya semakin besar. Selain itu faktor
efisiensi juga dipengaruhi
oleh perbedaan suhu rata-rata tangki dengan suhu lingkungan,
yaitu semakin kecil
perbedaannya maka semakin besar faktor efisiensinya. Tidak
demikian halnya pada
grafik pertama, hal tersebut kemungkinan besar disebabkan
pengukuran yang kurang
baik karena alat masih belum stabil (sering terjadi
kerusakan).
-
57
BAB V
PENUTUP
5. 1 Kesimpulan
Mesin pemanas air tenaga surya tipe thermosiphon ini merupakan
alat yang
menggunakan energi alternatif yaitu energi matahari. Dari semua
hasil uji coba,
perhitungan, dan analisa data maka dapat disimpulkan sebagai
berikut:
1. Pemanas air energi surya jenis thermosifon sebagai alat pada
uji coba
mempunyai nilai faktor efisiensi rata-rata 58% dan mempunyai
nilai faktor
efisiensi paling tinggi 96 %. Suhu air keluar paling tinggi
adalah 66,9 °C dan
suhu air keluaran paling rendah adalah 38,40 °C
2. Pada penelitian sebelumnya suhu air dan nilai faktor
efisiensi lebih tinggi
yaitu suhu air tertinggi 86,10 C dan paling rendah 39,60 C serta
faktor efisiensi
terendah 86 % dan tertinggi 99 %.
5. 2 Saran
a. Untuk mendapatkan hasil data pengujian yang lebih baik
maka
penelitian dalam sehari hanya untuk satu percobaan
b. Pengukuran temperatur kolektor dan air didalam kolektor tidak
hanya
di satu titik serta dilakukan maksimum tiap 5 menit.
c. Untuk memaksimalkan hasil penyimpanan panas maka perlu
bahan
isolasi yang baik pada setiap dinding.
57
-
58
d. Untuk alat pengukur panasnya sebaiknya dari thermocouple
langsung
ke display.
e. Sebaiknya semua bagian pipa yang di lewati aliran air di
isolasi
dengan baik.
-
59
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W., Teknologi Rekayasa Surya, PT Pradnya paramita,
Jakarta Holman, J.P., Perpindahan Kalor. Jasjfi, Erlangga, 1994
Tomy, A., Tugas Akhir “Thermosiphon Solar Water Heater System with
seri Pipe”,
Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, 2004
-
60
LAMPIRAN
-
61
-
62
DAFTAR PUSTAKA