ANALISIS KELAYAKAN HASIL RANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS MESIN STIRLING DENGAN DECISION TREE ANALYSIS SEBAGAI METODE PEMILIHAN TIPE MESIN

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

ANALISIS KELAYAKAN HASIL RANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS MESIN STIRLING DENGAN DECISION TREE ANALYSIS SEBAGAI METODE PEMILIHAN TIPE MESIN

Skripsi Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

NUGROHO E BUDIYANTO I 0306050

JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012 commit to user i


digilib.uns.ac.id

LEMBAR PENGESAHAN ANALISIS KELAYAKAN HASIL RANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS MESIN STIRLING DENGAN DECISION TREE ANALYSIS SEBAGAI METODE PEMILIHAN TIPE MESIN

SKRIP SI oleh: NUGROHO E BUDIYANTO I 0306050 Dipertahankan di depan Tim Penguji Fakultas Teknik Un iversitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima guna memenuhi persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik Pada Hari : Kamis Tanggal

: 7 Juni 2012

Tim Penguji : 1. Roni Zakaria, ST, MT NIP. 19750304 200012 1 006

(…………………………)

2. Ilham Priadythama, ST, MT NIP. 19801124 200812 1 002

(…………………………)

3. Dr. Ir. Susy Susmartini, MSIE NIP. 19530101 198601 2 001

(…………………………)

4. Yuniaristanto, ST, MT NIP. 19750617 200012 1 001

(…………………………)

Mengesahkan, Ketua Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik,

Dr. Cucuk Nur Rosyidi, ST, MT NIP. 19711104 199903 1 001

commit to user ii


digilib.uns.ac.id

SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH

Saya mahasiswa Jurusan Tekn ik Industri UNS yang bertanda tangan di bawah ini, Nama

: Nugroho E Budiyanto

NIM

: I 0306050

Judul tugas akhir

: Analisis Kelayakan Hasil Rancangan Pembangkit Listrik Berbasis Mesin Stirling Dengan Decision Tree Analysis Sebagai Metode Pemilihan Tipe Mesin

menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun tidak mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti bahwa Tugas Akhir yang saya susun mencontoh atau melakukan plagiat dari karya orang lain, maka Tugas Akhir yang saya susun tersebut dinyatakan batal dan gelar Sarjana yang saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan apabila di kemudian hari terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup menanggung segala konsekuensinya.

Surakarta, 15 Oktober 2012

Nugroho E Budiyanto I 0306050

commit to user iii


digilib.uns.ac.id

SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH Saya mahasiswa Jurusan Tekn ik Industri UNS yang bertanda tangan di bawah ini, Nama

: Nugroho E Budiyanto

NIM

: I 0306050

Judul tugas akh ir

: Analisis Kelayakan Hasil Rancangan Pembangkit Listrik Berbasis Mesin Stirling Dengan Decision Tree Analysis Sebagai Metode Pemilihan Tipe Mesin

Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun sebagai syarat lulus Sarjana S1 disusun secara bersama-sama dengan Pembimbing 1 dan Pembimbing 2. Bersamaan dengan syarat pernyataan ini bahwa hasil penelitian dari Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun bersedia digunakan untuk publikasi dari proceeding, jurnal, atau media penerbit lainnya baik di tingkat nasional maupun internasional sebagaimana mestinya yang merupakan bagian dari publikasi karya ilmiah. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Surakarta, 15 Oktober 2012

Nugroho E Budiyanto I 0306050

commit to user iv


digilib.uns.ac.id

ABSTRAK NUGROHO E BUDIYANTO, NIM : I 0306050. ANALISIS KELAYAKAN HASIL PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS MESIN STIRLING DENGAN DECISION TREE ANALYSIS SEBAGAI METODE PEMILIHAN TIPE MESIN. Skripsi. Surakarta: Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Juni 2012. Mesin Stirling merupakan salah satu alternatif sumber energi listrik rumah tangga yang mampu memanfaatkan matahari selain panel surya. Selain panas matahari, mesin stirling dapat menggunakan energi panas panas lain seperti panas bumi, LPG, batu bara, dll. Pada dasarnya Mesin Stirling dapat dibangun dari komponen mesin lain dan dapat dikerjakan di workshop skala mikro. Mesin Stirling yang dikenal memiliki beberapa tipe mesin yaitu alfa, beta, gamma, dan low temperature displacer (LTD). Untuk mendapatkan pilihan yang tepat diperlukan metode pemilihan agar dapat diakomodasi beberapa variabel penyusun sistem. Metode yang mampu mengakomodasi kriteria yang saling berhubungan yaitu decision tree analysis method. Adjustment dari pakar atau ahli di bidang Mesin Stirling diperlukan untuk mengetahui nilai perkiraan dari masingmasing kriteria terhadap keseluruhan sistem. Prototipe dibuat dengan perbengkelan skala mikro dari hasil estimasi nilai pilihan decision tree analysis. Kemudian prototipe diuji performansi mesin dengan metode pengujian beban pada poros mesin. Hasil yang didapat dari pengujian pembebanan perlu dikomparasikan dengan kompetitor yang setara dimana tersedia dari skala kecil hingga skala besar. Pengaplikasian sebagai pembangkit listrik dengan menghubungkan Mesin Stirling dengan dinamo yang sesuai spesifikasi mesin yang telah dibuat. Hasil dari penelitian ini selain membuat prototipe, analisis dari kelayakan dari hasil rancangan prototipe Mesin Stirling baik berupa kelemahan dan kelebihan untuk menjadi acuan pengembangan teknologi selanjutnya agar tercapai teknologi Mesin Stirling yang ideal, murah, dan memiliki nilai daya guna tinggi. Kata kunci : Alternatif sumber listrik, pembangkit listrik, Mesin Stirling, pembuatan prototipe, kelayakan, decision tree analysis. xv + 57 hal; 17 gambar; 11 tabel Daftar pustaka : 15 (1994 – 2011)

commit to user vii


digilib.uns.ac.id

ABSTRACT Nugroho E Budiyanto, NIM : I 0306050. FEASIBILITY ANALYSIS OF RESULT STIRLING ENGINE-BASED DESIGN WITH DECISION TREE ANALYSIS AS A METHOD OF SELECTING TYPE OF ENGINE. Scription. Surakarta: Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, June 2012. Stirling engine is one of the alternative energy sources that it can use solar energy like solar panels. In addition to solar, stirling engine can use thermal energy such as geothermal heat, LPG, coal, etc.. Basically the Stirling engine can be built from other engine components and can be done at the micro-scale workshop. Stirling engines are known to have some type of machine that is alpha, beta, gamma, and low temperature displacer (LTD). To get the right choice selection methods are needed method of choosing to accommodate some variables making up the system. The method can accommodate interrelated criteria that decision tree analysis method. Adjustment of an expert or experts in the field of machine Stirling necessary to know the approximate value of each criterion to the overall system. The prototype is made with micro-scale overhaul of the estimated value selection decision tree analysis. Then prototype tested by the method of testing the performance of the machine load on the crankshaft. The results of the load testing needs to be compared with similar competitors which are available from small scale to large scale. Application as power plants Stirling engine is connected with a dynamo which it’s suited engine specifications have been made. The results of this study in addition to making a prototype, the analysis of the feasibility of the results of the design prototype Stirling engine in the form of weakness and strength to be a reference further technological development in order to achieve an ideal Stirling engine technology, inexpensive, and has a high usability value. Keywords: alternative source of electricity, power generator, Stirling Engines, prototyping, feasibility, decision tree analysis.

xv + 57 pages; 17 pictures; 11 table Reference: 15 (1994 – 2011)

commit to user viii


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah serta kekuatan sehingga penulis berhasil menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Analisis Kelayakan Hasil Rancangan Pembangkit Listrik Berbasis Mesin Stirling Dengan Decision Tree Analysis Sebagai Metode Pemilihan Tipe Mesin”. Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang telah mendorong dan membimbing penulis, baik tenaga, ide-ide, maupun pemikiran. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Allah SWT yang selalu dan tidak henti-hentinya melimpahkan segala rahmat, nikmat, anugerah, kesempatan serta ilmu yang berguna sehingga penulis dapat menuntaskan pendidikan kesarjanaan ini dengan baik dan lancar. 2. Bapak Dr. Cucuk Nur Rosyidi, ST, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Bapak Roni Zakaria, ST, MT selaku Dosen Pembimbing, terima kasih atas segala bimbingan, bantuan, arahan dan kesabaran Bapak selama penyelesaian Laporan Skripsi ini. 4. Bapak Ilham Priadythama, ST, MT selaku Dosen Pembimbing, terima kasih atas segala bantuan, motivasi, pengertian, kesabaran bapak selama penyelesaian Laporan Skripsi ini. 5. Bapak Yuniaristanto, ST, MT dan Ibu Dr. Ir. Susy Susmartini, MSIE selaku Dosen Penguji, terima kasih atas masukan dan perbaikan untuk Laporan Skripsi ini. 6. Bapak Wakhid A. Jauhari, ST, MT selaku koordinator Tugas Akhir yang telah membantu mempermudah pelaksanaan Skripsi ini. 7. Ibu Retno Wulan Damayanti, ST, MT selaku Pembimbing Akademis, terimakasih atas segala bimbingan, motivasi dan nasehat yang telah ibu sampaikan kepada saya selama di Teknik Industri ini.

commit to user v


digilib.uns.ac.id

8. Mama Kusuma Retnowati (Ibu), Papa Arifin Budiyanto (Bapak), dan Adikku (Listiani Devi Budiyanto) yang selalu memberi dukungan dan do’a yang tak pernah putus sehingga penulis berhasil menyelesaikan Laporan Skripsi ini. Semoga Allah selalu menyayangi kalian. 9. Ricki Hutomo, Mas Eryko Wisnu, Angga Libera, dan segenap temanteman Jurusan Teknik Industri UNS atas kerjasama dan kebersamaan yang sangat berarti bagi penulis beruntung memiliki sahabat seperti kalian semua, semoga kesuksesan selalu menyertai kita. Amiin. 10. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan laporan ini. Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik, masukan dan saran yang membangun untuk penyempurnaan laporan ini. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Surakarta, Oktober 2012

Penulis

commit to user vi


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

BAB 1 LATAR BELAKANG...…………...………..……………..……….... ..I-1 1.1 Latar belakang……………………………………………………...…....I-1 1.2 Perumusan masalah……………………………………………………...I-3 1.3 Tujuan penelitian………………………..……………..………………...I-3 1.4 Manfaat penelitian………………………………………………..….… .I-3 1.5 Batasan penelitian…………………………………..………….……… ..I-4 1.6 Asumsi penelitian……………………………..………………..………..I-4 1.7 Sistematika penulisan…………………………..……………..…………I-4 BAB II LANDASAN TEORI………..…………………………………… .…II-1 2.1 Sejarah Penelitian Sebelumnya..…………………………....…………..II-1 2.2 Stirling……………………….………….………………………..……..II-2 2.2.1 Siklus Stirling…………………….…….……………….…….…….II-2 2.2.1.1 Fase pertama……………………..………………….…….…….II-3 2.2.1.2 Fase kedua…………………….….……………………….….…II-3 2.2.1.3 Fase ketiga…………………..……………………….….………II-3 2.2.1.4 Fase keempat…………………..…………………….….………II-3 2.2.2 Jen is-jenis mesin stirling……………………………..….….………II-5 2.2.2.1 Alfa stirling…………………..……………………….….……..II-5 2.2.2.2 Beta stirling……………..…………………………….….……..II-6 2.2.2.3 Gamma stirling…………………………..…………..….………II-6 2.2.2.4 Low temperature displacer…………………………….………..II-7 2.3 Gaya, torsi, dan daya……………………..……………….…..………...II-7 2.3.1 Gaya………………………………..…………….….…….………..II-7 2.3.2 Torsi…………………………...……...……………….….………...II-9 2.3.3 Daya………………………..……………………….…….………...II-9 2.4 Model penelitian………………………..………………...….…….…..II-10 2.5 Decision tree analysis………………………..………………..……….II-15 2.6 Kelayakan fotovoltaik…...……………...…………………..…………II-20 2.6.1 Kombinasi Alat Pendukung……………...………….…………….II-20 2.6.2 Kebutuhan Sumber Cahaya Matahari……………....……………..II-21

commit to user ix


digilib.uns.ac.id

2.6.3 Daya yang Layak Dikembangkan……...………..………..……….II-23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN…………...……………………...III-1 3.1 Metodologi penelitian………………..………………….………….….III-1 3.1.1 Studi awal penelitian………………………...………………..........III-2 3.1.2 Penentuan level tujuan dan kriteria rancangan yang akan dicapai.. ....................................................................................................…..III-3 3.1.3 Pengujian rancangan dan perhitungan biaya……………………....III-3 3.1.4 Analisis interpretasi hasil rancangan dan kesimpulan rancangan …III-6 3.2 Konversi energi LPG ke tenaga surya………………...…………….…III-6 BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA….....…..……...IV-1 4.1 Identifikasi kebutuhan perancangan………...…………………………IV-1 4.2 Pendekatan prototype……………………...………….……………….IV-7 4.3 Uji coba prototype……………………………...……..……………….IV-8 4.4 Daya potensial dalam ruang mesin stirling.………………………......IV-11 4.5 Skalab ilitas daya gas dalam ruang mesin stirling…………...…….….IV-12 4.6 Harga pokok produksi prototype Stirling tipe gamma……..…….…..IV-14 BAB V ANALISIS KELAYAKAN TEKNOLOGI………….………..……..V-1 5.1 Analisis kejadian dalam pengujian Mesin Stirling……………………..V-1 5.2 Analisis kelayakan Mesin Stirling sebagai pembangkit listrik…………V-2 5.2.1 Komparasi Mesin Stirling dengan competitor……………………...V-2 5.2.2 Fisibilitas pembangkit listrik Mesin Stirling yang dirancang………V-4 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN PENELITIAN……………………VI-1 6.1 Kesimpulan penelitian…………………………………………………VI-1 6.2 Saran penelitian………………………………………………………..VI-1

DAFTAR PUSTAKA

commit to user x


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 a) Diagram p-v dan b) Diagram T-s pada siklus stirling…………..II-2 Gambar 2.2 Mesin stirling tipe alfa……………………………………………..II-6 Gambar 2.3 Mesin stirling tipe beta…………………………………………….II-6 Gambar 2.4 Mesin stirling tipe gamma…………………………………………II-7 Gambar 2.5 Mesin stirling tipe LTD (low temperature displacer)……………...II-7 Gambar 2.6 Influence diagram mesin stirling…………………………………II-12 Gambar 2.7 Lambang atau simbol dalam decision tree analysis……………...II-15 Gambar 2.8 Contoh bentuk sederhana decision tree analysis…………………II-16 Gambar 2.9 Daya energi sinar matahari pada siklus pergerakan matahari tahunan …………………..……………………………………………...II-20 Gambar 2.10 Grafik efisiensi bahan semikonduktor berdasarkan ketebalan….II-22 Gambar 2.11 Concentrating Photovoltaic……………………………………..II-23 Gambar 3.1 Metodologi penelitian…………………………………………….III-2 Gambar 3.2 Rangkaian lintasan dan katrol uji…………………………………III-4 Gambar 4.1 Grafik tarif listrik panel surya dan TDL PLN………...………….IV-2 Gambar 4.2 Biaya kontribusi pemasangan panel surya...……………………...IV-3 Gambar 5.1 Kondisi kurang idealnya radiator………………………………….V-2 Gambar 5.2 Grafik perbandingan setelah normalisasi volume mesin………….V-3

commit to user xi


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sistem dan komponennya…………………………………………..II-11 Tabel 2.2 Pandangan sistem Stirling…………………………………………..II-13 Tabel 2.3 Efisiensi bahan semi-konduktor…………………………………….II-21 Tabel 4.1 Perbandingan tarif TDL PLN dengan tarif dasar listrik panel surya..IV-4 Tabel 4.2 Hasil pengujian pembebanan pada mesin gamma stirling 53,11 cc...IV-9 Tabel 4.3 Tabel Daya Gas Dalam Mesin Stirling dengan tekanan Ruang 1 Bar………………………………………………………………....IV-13 Tabel 4.4 Tabel Harga Pokok Produksi Mesin Stirling Gamma 53,11cc…….IV-14 Tabel 5.1 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan Mesin Stirling milik ATMI………………………………………………………………...V-3 Tabel 5.2 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan Mesin Stirling Surya prototype milik Amerika…………………………………………….V-4 Tabel 5.3 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan panel surya……..V-5 Tabel 5.4 Komparasi Mesin Stirling biogas yang ideal dengan genset berbahan bakar bensin…………………………………………………………V-7

commit to user xii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI BAB I

PENDAHULUAN .................................................................................. I-1 1.1

Latar Belakang ................................................................................... I-1

1.2

Perumusan masalah ............................................................................. I-4

1.3

Tujuan Penelitian ................................................................................ I-4

1.4

Manfaat Penelitian .............................................................................. I-5

1.5

Batasan Masalah ................................................................................. I-5

1.6

Asumsi Penelitian................................................................................ I-5

1.7

Sistematika Penulisan .......................................................................... I-6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... II-1 2.1

2.2

2.3

Deskripsi Jurusan Teknik Industri UNS ............................................. II-1 2.1.1

Visi dan Misi Jurusan Teknik Industri UNS .......................... II-2

2.1.2

Peraturan Syarat Minimal Kehadiran Mahasiswa ................... II-2

Landasan Teori................................................................................... II-3

2.2.1

Sistem Informasi Manajemen............................................ II-3

2.2.2

Prototyping Model ............................................................ II-6

2.2.3

Data Flow Diagram (DFD) ............................................... II-9

2.2.4

Kamus Data ...................................................................... II-13

2.2.5

Basis Data ......................................................................... II-14

2.2.6

Sistem Biometrik.............................................................. II-17

2.2.7

Biometrik Sidik Jari ......................................................... II-22

2.2.8

Perangkat Identifikasi Sidik jari ...................................... II-27

2.2.9

Sistem Terdistribusi ......................................................... II-30

Penelitian Sebelumnya ..................................................................... II-33

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. III-1 3.1

Studi Pendahuluan ............................................................................III-2

3.2

Pengumpulan dan Pengolahan Data ...................................................III-3

3.3

Analisis Hasil ....................................................................................III-6

3.4

Kesimpulan dan Saran.......................................................................III-7

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA ......................... IV-1 4.1

Identifikasi Sistem Awal ................................................................. IV-1

commit to user xiii


4.2

4.3

digilib.uns.ac.id

4.1.1

Kerangka Kerja Sistem Awal ........................................... IV-1

4.1.2

Proses Bisnis Sistem Awal ............................................... IV-3

4.1.3

Pemodelan Sistem Awal ................................................... IV-5

4.1.4

Analisis Permasalahan Sistem Awal..............................IV-16

4.1.5

Identifikasi Kebutuhan Sistem .......................................IV-18

Perancangan Sistem Usulan ........................................................... IV-20

4.2.1

Proses Bisnis Sistem Usulan .........................................IV-20

4.2.2

Pemodelan Sistem Sistem Usulan .................................IV-23

Pembuatan Prototipe ...................................................................... IV-34

4.3.1

Perancangan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak ...IV-34

4.3.2

Perancangan Database ....................................................IV-39

4.3.3

Perancangan User Interface ............................................IV-56

BAB V ANALISIS HASIL ................................................................................ V-1 5.1

Evaluasi Prototipe .............................................................................V-1

5.1.1

Evaluasi Pertama ................................................................ V-1

5.1.2

Evaluasi Kedua................................................................... V-2

5.2

Analisis Sistem Usulan ......................................................................V-3

5.3

Analisis Rancangan Program Aplikasi ................................................V-5

5.4

Rencana Pengembangan Aplikasi .......................................................V-7

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... VI-1 6.1

Kesimpulan ..................................................................................... VI-1

6.2

Saran ............................................................................................... VI-2

DAFTAR PUSTAKA

commit to user xiv


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG PENELITIAN Krisis energi bahan bakar fosil menjadi kendala di seluruh negara. Harga bahan bakar gas dan minyak dunia dimana dari tahun ke tahun selalu mengalami tren kenaikan harga yang cukup signifikan akibat antara penyaluran dan permintaan tidak seimbang. Saat ini sebagian besar pembangkit listrik di Indonesia masih menggunakan bahan bakar fosil yang mengakibatkan negara harus melakukan kenaikan subsidi disamping melakukan kenaikan TDL (Tarif Dasar Listrik) setiap beberapa tahun sekali. Dalam hal ini, teknologi yang dapat memanfaatkan sumber energi terbaharukan apa pun tanpa dibatasi bentuknya telah menawarkan solusi dalam pemenuhan kebutuhan energi listrik. Sebagai contoh teknologi tersebut adalah kincir angin, turbin mikro hidro, fotovoltaik, dll. Di hampir seluruh wilayah Indonesia, tekonologi ramah lingkungan yang tepat dan dominan mampu digunakan adalah alat yang mampu menyerap limpahan energi surya yang berlebih seperti panel surya, sedangkan untuk kincir angin kurang tepat dikarenakan membutuhkan limpahan debit udara yang cukup konstan dan melebihi batas minimal menghasilkan listrik. Teknologi fotovoltaik yang ramah lingkungan dengan menggunakan panel surya saat ini telah memiliki efisiensi hingga 18,7 % (Siscawati, 2011). Fotovoltaik untuk membangkitkan daya puncak sebesar 85 watt membutuhkan luas panel surya sebesar 0,7 m2 dan beban biaya sebesar Rp 2.800.000,- belum biaya pemasangan (Toko Panelsurya LTC Glodok, 2011). Fotovoltaik memiliki kelebihan dalam tingkat kebisingan yang sangat rendah, tidak menghasilkan emisi CO2, dan dapat langsung dipasang di atap-atap rumah maupun di daerah terpencil. Adapun kelemahan teknologi fotovoltaik yaitu membutuhkan perangkat inverter untuk mengubah arus DC menjadi arus AC yang sesuai dengan arus listrik alatalat elektronik rumah tangga. Sebenarnya teknologi fotovoltaik bukan satu-satunya yang memanfaatkan energi matahari melainkan terdapat teknologi mesin pompa kalor tertutup. Sedikit berbeda dengan fotovoltaik, mesin ini tidak secara langsung menghasilkan energi

commit to user I-1


digilib.uns.ac.id

listrik melainkan menghasilkan energi mekanik yang dikonversi menjadi energi listrik melalui sebuah generator dinamo. Mesin-mesin ini bekerja dengan memanfaatkan sifat gas yang dipanaskan akan memuai kemudian saat didinginkan gas akan menyusut volumenya. Salah satu contoh siklus tertutup yang dapat digunakan dalam merancang mesin yang ramah lingkungan Mesin Stirling (Moran dan Shapiro, 2000). Efisiensi Mesin Stirling secara teoritis mendekati efisiensi Carnot dengan proses isotermal dan isokhorik. Saat ini dalam pengembangan Mesin Stirling untuk kebutuhan produksi massal baru mampu menghasilkan daya terbesar mencapai 3 kilowatt listrik. Mesin-mesin Stirling yang berdaya besar pada umumnya menggunakan volume kecil namun dengan tekanan puluhan bar (Minassian, 2007). Mesin seperti ini harus memiliki teknologi material dan manufaktur yang tinggi. Mesin-mesin ini mulai dikembangkan di Eropa dan Amerika dikarenakan memiliki potensi yang cukup besar layaknya panel solar-sel untuk menghasilkan energi listrik bagi kebutuhan rumah tangga. Kondisi wilayah Indonesia yang berada di dataran rendah memiliki pancaran sinar matahari yang hampir sepanjang tahun yang intensitas cahayanya sangat melimpah sehingga teknologi Mesin Stirling dengan sumber panas cahaya matahari mampu digunakan semenjak pagi hari hingga sore hari sebelum senja untuk menyediakan sekaligus pengisian listrik yang disimpan dalam sebuah baterai. Namun untuk mewujudkan Mesin Stirling yang layak membutuhkan teknologi produksi yang baik agar bagian-bagian mesin yang dipakai memiliki tingkat durasi dan proses pembuatan yang tinggi. Tidak seperti di luar negeri, tekonologi manufaktur di Indonesia masih relatif rendah dalam pembuatan komponen mesin. Apabila Mesin Stirling ini dikembangkan di Indonesia, proses produksi akan dilakukan pada level rumah tangga dengan beberapa bagian mesin disubstitusi komponen mesin lain. Hal ini memiliki resiko turunnya kinerja mesin akibat tingkat akurasi perakitan yang belum terjamin. Dengan kondisi tersebut masih belum dapat diketahui apakah kelayakan Mesin Stirling dapat dijadikan alternatif pemenuhan energi listrik di Indonesia yang mayoritas berdaya listrik antara 900-2200 watt.

commit to user I-2


digilib.uns.ac.id

Dari kedua teknologi tersebut untuk dijadikan alternatif sebagai alat pemenuhan listrik rumah tangga dalam skala 900-2200 watt maka diperlukan analisa kelayakan skala workshop diantara keduanya, baik dari segi bisnis, persyaratan kebutuhan, dan dari segi kemampuannya. Dari segi bisnis maka akan diulas antara biaya kebutuhan teknologi-teknologi tersebut agar dapat berjalan menghasilkan listrik rumah tangga. Kebutuhan dan kemampuan teknologi energi pembangkit listrik ditunjukkan pada efisiensi alat-alat tersebut dalam menyerap energi cahaya matahari hingga mengeluarkan listrik maupun luas lahan yang tersedia bagi konsumen rumah tangga. Dalam memilih diantara beberapa tipe Mesin Stirling, digunakan metodologi decision tree analysis karena metodologi ini dapat memberikan keputusan berdasarkan biaya dan resiko daya yang terbaik dari setiap tipe mesin yang akan dibuat. Metodologi pengambilan keputusan decision tree memiliki kelebihan terhadap metodologi Analytic Hierarchy Proses (AHP) adalah tidak menggunakan prioritas faktor tertentu melainkan seluruh faktor menjadi pendukung untuk menghasilkan hasil akhir.

1.2 PERUMUSAN MASALAH Berdasarkan latar belakang tersebut, maka perumusan masalah dalam penelitian ini yaitu bagaimana kelayakan Mesin Stirling untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik skala rumah tangga.

1.3 TUJUAN PENELITIAN Tujuan yang dicapai dalam penelitian, sebagai berikut: 1.

Menentukan spesifikasi Mesin Stirling yang sesuai dengan kapabilitas proses di workshop skala mikro.

2.

Membuat prototipe Mesin Stirling sesuai spesifikasi yang terbaik.

3.

Menguji prototipe Mesin Stirling yang sudah ditentukan spesifikasinya.

1.4 MANFAAT PENELITIAN Manfaat penelitian yang diharapkan dalam penelitian ini, sebagai berikut: 1. Menjadi masukan dalam mengembangkan alternatif diantara 2 teknologi pembangkit listrik yang ramah lingkungan bagi rumah tangga di Indonesia.

commit to user I-3


digilib.uns.ac.id

2. Memperoleh

informasi

pengembang

rancangan

kelayakan Mesin

teknologi

Stirling

maupun

bagi

peneliti-peneliti

panel surya untuk

meningkatkan kemampuan teknologi tersebut bagi pemenuhan kebutuhan energi listrik di Indonesia.

1.5 BATASAN PENELITIAN Agar penelitian lebih fokus, maka batasan penelitian ini, sebagai berikut: 1. Spesifikasi Mesin Stirling menyesuaikan kemampuan workshop skala mikro. 2. Pengujian dilakukan dalam skala lab dengan sumber energi dari elpiji sebagai pengganti energi matahari.

1.6 ASUMSI PENELITIAN Asumsi-asumsi yang digunakan pada rancangan mesin Stirling dengan sumber panas dari arang, sebagai berikut: 1.

Perhitungan teoritis mengasumsikan suhu lingkungan konstan.

2.

Kebocoran pada mesin tidak terjadi.

3.

Tingkat kepakaran responden untuk decision tree sesuai teknologi produksi skala mikro.

1.7 SISTEMATIKA PENULISAN Penyusunan tugas akhir ini, disusun secara sistematis dan berisi uraian pada setiap bab untuk mempermudah pembahasannya. Adapun dari pokok-pokok permasalahan dalam penelitian ini dapat dibagi menjadi enam bab, seperti dijelaskan di bawah ini. BAB I

PENDAHULUAN Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, asumsi dan sistematika penulisan. Bab ini memaparkan konsep penelitian yang dilakukan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi mengenai uraian teori-teori termodinamika, konsep kinerja mesin Stirling, teori kinematika dan dinamika mesin.

commit to user I-4


digilib.uns.ac.id

BAB III METODOLOGI PENELITIAN Bab ini berisi uraian tahapan yang dilakukan dalam melakukan penelitian mulai dari identifikasi masalah sampai dengan penarikan kesimpulan. BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA Menjelaskan proses pengumpulan dan pengolahan data yang diperoleh selama pelaksanaan penelitian, sesuai dengan usulan permasalahan yang diangkat. Pada awal pengolahan dijelaskan alasan pemilihan jenis Mesin Striling dengan menampilkan decision tree analysis pemilihan prototipe berdasarkan beban biaya. Data yang dikumpulkan berupa data daya mesin di poros, besaran kecepatan sudut, dan torsi yang dicapai. BAB V

ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL Tahap analisis dan interpretasi hasil berisi perbandingan analisa kelayakan Mesin Stirling dengan panel surya berdasarkan kombinasi peralatan

yang

dibutuhkan,

kebutuhan

energi

matahari

untuk

membangkitkan listrik, maksimum daya yang dapat dikembangkan, total beban biaya yang dibutuhkan. Dari segi kebutuhan akan diuraikan persyaratan-persyaratan dari masing-masing teknologi baik Mesin Stirling maupun panel surya utnuk berfungsi. Dari segi biaya diuraikan kebutuhan biaya untuk membuat 1(satu) produk hingga berfungsi. Dari segi kemampuan diuraikan berdasarkan dalam suatu ukuran tertentu dari produk tersebut untuk menghasilkan energi listrik dengan pesokan energi surya. BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Merupakan tahap akhir penyusunan laporan penelitian yang berisikan uraian pencapaian tujuan penelitian yang diperoleh dari analisis pemecahan masalah maupun hasil pengumpulan data serta saran-saran pemilihan teknologi yang layak digunakan untuk kebutuhan energi listrik skala rumah tangga 900-2200 watt.

commit to user I-5


digilib.uns.ac.id

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pada bagian ini pengetahuan mengenai konsep siklus stirling, ilmu termodinamika, konsep listrik magnetis digunakan sebagai landasan teori yang memberikan acuan dalam perancangan mesin gamma stirling berbahan bakar arang (studi awal mesin stirling) pada penelitian.

2.1 SEJARAH PENELITIAN SEBELUMNYA Pada tanggal 27 September 1816, perwakilan Gereja Skotlandia, Robert Stirling mengajukan permohonan paten untuk economiser di Edinburgh, Skotlandia. Perangkat ini dalam bentuk blok mesin terbalik, dan dimasukkan pergeseran fasa karakteristik antara displacer dan piston yang kita lihat dalam mesin stirling saat ini. Mesin tersebut menampilkan siklus pemanasan dan pendinginan gas internal dengan menggunakan sumber panas eksternal, namun perangkat itu belum dikenal sebagai Mesin Stirling. Nama itu diciptakan hampir seratus tahun kemudian oleh insinyur Belanda Rolf Meijer untuk menjelaskan seluruh jenis mesin siklus gas ditutup regeneratif (UK stirlingengine, 2007). Mesin Stirling yang unik di antara mesin panas karena memiliki efisiensi yang sangat tinggi mendekati efisiensi carnot, pada kenyataannya hampir sama dengan maksimum teoritis efisiensi Carnot karena mesin stirling yang didukung oleh ekspansi (pemanasan) dan kontraksi (pendinginan) gas. Jumlah tetap gas di dalam mesin Stirling ditransfer bolak-balik antara akhir panas dan akhir yang dingin terus-menerus. Robert Stirling terus bekerja pada mesinnya sepanjang hidupnya. Pada 1820 dia bergabung oleh adiknya James, yang tujuannya untuk menunjukkan kontribusi tekanan gas internal untuk meningkatkan keluaran daya. Selanjutnya paten desain perbaikan diterapkan untuk tahun 1827 dan 1840 (UK stirlingengine, 2007). Pada awal tahun 1983, Profesor Ivo Kolin dari University of Zagreb, Kroasia, menunjukkan mesin stirling dengan perbedaan suhu rendah pertama. Mesin in i bekerja pada perbedaan suhu 100°C. Mesin menunjukkan bekerja untuk waktu yang lama walaupun perbedaan suhu semakin diturunkan dan akhirnya berhenti ketika perbedaan turun di bawah 20 °C (UK stirlingengine, 2007). commit II-1to user


digilib.uns.ac.id

Selama 1980-an, Profesor Kolin terus menyempurnakan mesin bersuhu rendah, masih mengandalkan diafragma tetapi menyederhanakan mekanisme drive displacer kompleks (UK stirlingengine, 2007). Selama tahun 1980-an dan awal 1990-an Profesor Senft dari Universitas Winconsin mengambil gagasan perbedaan suhu rendah mesin Stirling. Model pertama yang dihasilkan adalah Mesin Ringbom, dimana tidak memiliki hubungan langsung antara roda gila dan displacer, mesin Ringbom sangat tergantung pada perubahan tekanan di dalam ruang utama untuk memindahkan displacer kembali dan sebagainya. (UK stirlingengine, 2007). Pada tahun 1992 Profesor Senft diminta untuk merancang dan membangun sebuah mesin stirling dengan perbedaan suhu rendah untuk NASA. Mesin ini, yang disebut-N 92, yang dioptimalkan untuk operasi dengan tangan, perbedaan suhu rendah sebesar 6°C yang cukup untuk kekuatan itu. Profesor Senft terus bekerja dengan mesin stirling, dan telah menulis beberapa buku rincian sejarah dan pembuatan mesin Stirling (UK stirlingengine, 2007).

2.2 STIRLING 2.2.1 Siklus Dalam Stirling Dalam siklus mesin stirling berlaku 2 fase yaitu 2 proses iso-termal dan 2 proses iso-khorik. Dua proses terakhir terjadi dengan bantuan sebuah regenerator untuk membuat siklus ini reversibel. Diagram p-v dan T-s siklus in i ditunjukkan pada gambar 2.1 (Daryus, 2002).

Gambar 2.1 a) Diagram p-v dan b) Diagram T-s pada siklus stirling Sumber: Daryus, 2002

Misalnya silinder mesin berisi m kg udara pada keadaan awal, yang ditunjukkan oleh titik 1.

commit II-2to user


digilib.uns.ac.id

2.2.1.1 Fase Pertama Udara berekspansi secara isotermal, pada temperatur konstan T1 dari v1 ke v2 . Kalor yang diberikan sumber eksternal diserap selama proses. Kalor yang diberikan = kerja yang dilakukan selama proses isotermal (Daryus, 2002)

……………….……………….(2.1) 2.2.1.2 Fase Kedua Sekarang udara lewat melalui regenerator dan didinginkan pada volume konstan ke temperatur T3. Proses ini digambarkan oleh grafik 2-3 pada diagram pv dan T-s. Pada proses ini kalor dibuang ke generator (Daryus, 2002). –

………………...……….(2.2)

2.2.1.3 Fase Ketiga Udara dikompresi secara isotermal d i dalam silinder mesin dari v3 ke v4. Proses ini digambarkan oleh grafik 3-4 pada diagram p-v dan T-s. Lagi kalor dibuang oleh udara (Daryus, 2002). Kalor yang dilepaskan :

………………………..…………. (2.3) 2.2.1.4 Fase Keempat Terakhir, udara dipanaskan pada volume konstan ke temperatur T1 dengan melewatkan udara ke regenerator dalam arah yang berlawanan dengan proses 2-3. Pada proses ini kalor diserap oleh udara dari regenerator selama proses ini, yaitu proses 4-1 (Daryus, 2002). Kalor yang diserap o leh udara: ……………..…………....(2.4) Terlihat bahwa kalor yang dilepaskan ke regenerator selama proses 2-3 adalah sama dengan kalor yang diambil dari regenerator selama proses 4-1. jadi,

commit II-3to user


digilib.uns.ac.id

tidak ada pertukaran kalor ke sistem selama proses-proses ini. Pertukaran kalor hanya terjadi selama dua proses isotermal (Daryus, 2002). Kerja yang dilakukan = Kalor yang disuplai – Kalor yang dibuang

……………...………………...(2.5) dan efisiensinya:

karena efisiensi siklus Stirling adalah sama dengan

siklus Carnot. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa siklus adalah reversibel, dan semua siklus reversibel mempunyai efisiensi yang sama (Daryus, 2002). Dalam memperhitungkan daya teoritis kinerja gas berdasarkan beberapa variable maka Teori Schmidt adalah salah satu metode perhitungan isotermal untuk mesin Stirling. Ini adalah metode yang paling sederhana dan sangat berguna dalam pengembangan mesin Stirling. Teori ini didasarkan pada ekspansi isotermal dan kompresi gas ideal.

)

commit II-4to user


digilib.uns.ac.id

……………………………(2.6)

p = Tekanan rata-rata mesin (N/m 2 ) t = rasio suhu hot chamber dengan cold chamber

Keterangan: W = energi yang dibangkitkan P = Daya mesin (Watt) f = Putaran mesin (RPS)

2.2.2 Jenis-Jenis Mesin Stirling Ada dua jenis utama dari mesin Stirling yang dibedakan oleh cara mereka memindahkan udara antara sisi panas dan dingin dari silinder: 1. Dua piston desain alfa jenis memiliki piston dalam silinder independen, dan gas didorong antara ruang panas dan dingin. 2. Jenis perpindahan mesin Stirling, dikenal sebagai jenis beta dan gamma, menggunakan mekanik displacer terisolasi untuk mendorong gas kerja antara sisi panas dan dingin dari silinder. Displacer cukup besar untuk mengisolasi sisi panas dan dingin silinder termal dan untuk menggantikan sejumlah besar gas. Ini harus memiliki cukup celah antara displacer dan dinding silinder untuk membiarkan gas untuk aliran di sekitar displacer dengan mudah.

2.2.2.1 Alfa Stirling Sebuah Stirling alfa berisi dua power piston dalam silinder terpisah, satu panas dan satu dingin. Silinder panas ini terletak di dalam penukar panas suhu tinggi dan silinder dingin terletak di dalam penukar panas suhu rendah. Jenis mesin memiliki rasio power-to-volume tinggi tetapi memiliki masalah teknis karena suhu biasanya tinggi dari piston panas dan daya tahan meterai-meterainya. Dalam prakteknya, piston ini biasanya membawa kepala isolasi besar untuk bergerak segel jauh dari zona panas dengan mengorbankan beberapa ruang mati tambahan.

commit II-5to user


digilib.uns.ac.id

Gambar 2.2 Mesin stirling tipe alfa Sumber: Lucas, 1994

2.2.2.2 Beta Stirling Sebuah Stirling beta memiliki kekuatan tunggal diatur piston dalam silinder yang sama pada poros yang sama seperti piston displacer. Piston displacer adalah cocok longgar dan tidak ekstrak kekuasaan apapun dari gas memperluas tetapi hanya berfungsi untuk antar-jemput gas bekerja dari penukar panas panas ke penukar panas dingin. Ketika gas bekerja didorong ke ujung silinder panas mengembang dan mendorong piston kekuasaan. Ketika didorong ke ujung dingin dari kontrak itu silinder dan momentum mesin, biasanya ditingkatkan dengan roda gila, mendorong piston kekuatan cara lain untuk kompres gas. Berbeda dengan jenis alpha, beta menghindari jenis masalah teknis segel bergerak panas.

Gambar 2.3 Mesin stirling tipe beta Sumber: Lucas, 1994

2.2.2.3 Gamma Stirling Sebuah Stirling gamma adalah hanya Stirling beta di mana piston daya terpasang di dalam silinder terpisah samping silinder piston displacer, namun masih terhubung ke roda gila yang sama. Gas dalam dua silinder dapat mengalir bebas di antara mereka dan tetap satu tubuh. Konfigurasi ini menghasilkan rasio kompresi yang lebih rendah tetapi secara mekanis sederhana dan sering digunakan dalam multi-silinder mesin Stirling.

commit II-6to user


digilib.uns.ac.id

Gambar 2.4 Mesin stirling tipe gamma Sumber: Lucas, 1994

2.2.2.2 Low Temperature Displacer Pada perkembangan era modern, dikenal salah satu jenis tipe mesin striling untuk suhu rendah. Mesin tipe ini merupakan perkembangan tipe gamma hanya saja untuk mampu berjalan di suhu rendah dengan ukuran displacer yang diperbesar dibandingkan displacernya

adalah

ukuran

untuk

power pistonnya. Tujuan

meningkatan

tangkapan

energi

memperbesar kalor

yang

dimanfaatkan pada pelebaran luas permukaan (Arsdell, 2007).

Gambar 2.5 Mesin stirling tipe LTD (low temperature displacer) Sumber: Arshdell, 2002

2.3 GAYA, TORSI, DAN DAYA 2.3.1 Gaya Di dalam ilmu fisika, gaya atau kakas adalah apapun yang dapat menyebabkan sebuah benda bermassa mengalami percepatan. Gaya memiliki besar dan arah, sehingga merupakan besaran vektor. Satuan SI yang digunakan untuk mengukur gaya adalah Newton (dilambangkan dengan N). Berdasarkan Hukum kedua Newton, sebuah benda dengan massa konstan akan dipercepat sebanding dengan gaya netto yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya (Surya, 2004).

commit II-7to user


digilib.uns.ac.id

Penjelasan lain yang mirip, gaya netto yang bekerja pada sebuah benda adalah sebanding dengan laju perubahan momentum yang dialaminya. …………………….…….(2.7) Gaya bukanlah sesuatu yang pokok dalam ilmu fisika, meskipun ada kecenderungan untuk memperkenalkan ilmu fisika lewat konsep ini. Yang lebih pokok ialah momentum, energi dan tekanan. Sebenarnya, tak seorang pun dapat mengukur gaya secara langsung. Tetapi, kalau sesuatu mengatakan seseorang mengukur gaya, sedikit berpikir akan membuat seseorang menyadari bahwa apa yang diukur sebenarnya adalah tekanan (atau mungkin kemiringannya). "Gaya" yang kita rasakan saat meraba kulit anda, misalnya, sebenarnya adalah sel syaraf tekanan Anda yang mendapat perubahan tekanan. Ukuran neraca pegas mengukur ketegangan pegas, yang sebenarnya adalah tekanannya, dll. Dalam bahasa seharihari gaya dikaitkan dengan dorongan atau tarikan, mungkin dikerahkan oleh otototot kita (Surya, 2004). Di fisika, kita memerlukan definisi yang lebih presisi. Kita mendefinisikan gaya di sini dalam hubungannya dengan percepatan yang dialami benda standar yang diberikan ketika ditempatkan di lingkungan sesuai. Sebagai benda standar kita menggunakan silinder platinum yang disimpan di International Bureau of Weights and Measures dekat Paris dan disebut kilogram standar. Di fisika, gaya adalah aksi atau agen yang menyebabkan benda bermassa bergerak dipercepat. Hal ini mungkin dialami sebagai angkatan, dorongan atau tarikan. Percepatan benda sebanding dengan penjumlahan vektor seluruh gaya yang beraksi padanya dikenal sebagai gaya resultan (Surya, 2004). Dalam benda yang diperluas, gaya mungkin juga menyebabkan rotasi, deformasi atau kenaikan tekanan terhadap benda. Efek rotasi ditentukan oleh torka, sementara deformasi dan tekanan ditentukan oleh stres yang diciptakan oleh gaya. Gaya netto secara matematis sama dengan laju perubahan momentum benda dimana gaya beraksi. Karena momentum adalah kuantitas vektor (memiliki besar dan arah), gaya adalah juga kuantitas vektor (Surya, 2004).

commit II-8to user


digilib.uns.ac.id

2.3.2 Torsi Konsep torsi dalam fisika, juga disebut momen. Informalnya, torsi dapat dianggap sebagai gaya rotasional. Analog rotasi dari gaya, masa, dan percepatan adalah torsi, momen inertia dan percepatan angular. Gaya yang bekerja pada benda, dikalikan dengan jarak dari titik tengah benda, adalah torsi. Contohnya, gaya dari tiga newton bekerja sepanjang dua meter dari titik tengah mengeluarkan torsi yang sama dengan satu newton bekerja sepanjang enam meter dari titik tengah. Ini menandakan bahwa gaya dalam sebuah sudut pada sudut yang tepat kepada lever lurus. Lebih umumnya, seseorang dapat mendefinisikan torsi sebagai perkalian silang jarak dengan gaya secara besaran vektor(Surya, 2004): …….………………..………(2.8) di mana r adalah vektor dari axis putaran ke titik di mana gaya bekerja F adalah vektor gaya.

2.3.3 Daya Daya dalam fisika adalah laju energi yang dihantarkan atau kerja yang dilakukan per satuan waktu. Daya dilambangkan dengan P. Mengikuti definisi ini daya dapat dirumuskan sebagai (Surya, 2004): …..………………………………..……(2.9) Keterangan: P adalah daya W adalah kerja, atau energi t adalah waktu Daya rata-rata adalah kerja rata-rata atau energi yang dihantarkan per satuan waktu. Daya sesaat adalah limit daya rata-

t

mendekati nol. Bila laju transfer energi atau kerja tetap, rumus di atas dapat disederhanakan menjadi (Surya, 2005): ……………….………………….(2.10) di mana W dan E adalah kerja yang dilakukan, atau energi yang dihantarkan, dalam waktu t (diukur dalam satuan detik). Satuan daya dalam SI adalah watt.

commit II-9to user


2.4

digilib.uns.ac.id

MODEL PENELITIAN Suatu benda memiliki sistem yang menempel dan bekerja pada benda

tersebut. Dalam hal ini mesin stirling memiliki sistem yang hampir sama dengan sistem mesin Carnot dimana menggunakan fenomena isotermal dan isokhorik untuk mesin dapat bekerja. Mesin stirling menggunakan sumber energi dalam bentuk kalor atau panas yang berasal dari luar mesin tersebut, sehingga banyak variabel yang mempengaruhi mesin tersebut akan bergerak atau tidak. Sebelum membahas pada variabel yang berpengaruh, maka diperlukan sistem secara umum mesin stirling hingga dapat bergerak. Mesin stirling pada tahap pertama bergerak pada siklus pertama menuju kedua yaitu saat proses iso termal dimana power piston dan displacer turun ke bawah yang disebut isoexpansion. Hal ini terjadi disebabkan udara pada displacer mengalami pemuaian yang mengakibatkan adanya gaya dorong bagi displacer. Selama iso termal terdapat perbedaan volume ruang antara power piston dan displacer yang mengakibatkan udara atau gas di dalam mesin mengalir ke ruang yang memiliki tekanan lebih rendah dan terjadi penyerapan kalor secara maksimal. Setelah mengalami isoexpansion maksimal maka dilanjutkan pada tahap kedua dimana terjadi isokhorik dimana saat terjadi proses tersebut terdapat perbedaan suhu antara power piston dengan displacer yang signifikan. Perbedaan suhu

tersebut memberikan percampuran

suhu

panas dan

dingin

yang

mengakibatkan pembuangan dalam suhu yang besar dari suhu displacer yang sangat tinggi menjadi suhu yang lebih dingin. Tahap ini juga disebut tahap pelepasan kalor pada regenerator. Setelah mengalami isokhorik, maka pada tahap ketiga power piston dan displacer akan mulai mengalami isotermal dimana terjadi isocompression dimana terjadi perbedaan volume seperti saat isocompression. Perbedaan volume mengakibatkan perbedaan tekanan yang mengakibatkan power piston dan displacer akan tertarik untuk naik kembali. Di tahap ini terjadi pembuangan panas yang lebih karena terjadi pendinginan di power piston saat udara memasuki ruang power piston secara penuh. Pada tahap 4 terjadi proses isokhorik dimana udara kembali melalui regenerator sehingga udara dipanaskan kembali oleh panas regenerator yg telah

commit to user II-10


digilib.uns.ac.id

tersimpan pada tahap kedua. Pada proses ini terjad i perbedaan suhu antara udara yg dingin dari power piston dengan suhu yang ada di regenerator. Akibat dari pemanasan regenerator maka udara yang dipanaskan di displacer akan dapat mencapai suhu yang lebih tinggi dibandingkan suhu saat tahap pertama sebelum mesin mulai bergerak. Pergerakan mesinpun akan mengalami percepatan yang cukup signifikan. Sistem dan komponen yang berpengaruh dalam sistem adalah sebagai berikut: Tabel 2.1 Sistem dan komponennya.

No 1 2 3 4 5

Kriteria sistem entitas atribut aktivitas kejadian

pemuaian penyusutan

Komponen sistem Mesin Stirling gas Kemampuan dorong gas transfer energi Jumlah energi yang diserap gas Jumlah energi yang dilepaskan gas

Permasalahan yang dihadapi adalah berapa kemampuan transfer energi yang dilakukan gas untuk dapat dikonversi menjadi tenaga pada poros engkol mesin stirling dari sumber panas yang ditangkap oleh hot chamber mesin striling. Dalam pendekatan sistem, permasalahan dipandang sebagai suatu sumber pemahaman sistem. Pada sistem ini, variabel status berupa jumlah kalor yang diserap gas dan jumlah energi yang dilepaskan gas mengakibatkan terjadinya aktivitas dalam sistem. Karakteristik dari sistem mesin stirling ini adalah: Pendekatan untuk menjelaskan sistem Relevan lingkungan (Input-Output) komponen Observer Purpose

: Penguji mesin stirling : Untuk mengetahui efisiensi mesin stirling yang dicapai pada penelitian awal.

Input Controllab le

: aliran air pendingin

Uncontrollable

: Energi kalor yang diberikan menyesuaikan cuaca dan suhu lingkungan, jumlah angin yang dialirkan pada



digilib.uns.ac.id

heatsink dan radiator air, suhu udara yang digunakan mendinginkan heatsink dan radiator air. Output

: Udara panas dari heatsink radiator air dan putaran mesin pada poros engkol mesin stirling.

Komponen

: Gas, displacer set, power piston set, cranckshaft, radiator air set, heatsink, air.

Variabel system : Jumlah energi yang diserap dan jumlah energi yang dilepaskan. Parameter

: Transfer energi dapat terjadi jika terjadi perbedaan suhu yang cukup signifikan.

Relasi variabel : Proses perubahan energi mengakibatkan perubahan tekanan gas dalam sistem. Perubahan tekanan mengakibatkan gas mengalir dan menggerakkan sistem. Dari siklus yang dijelaskan maka dapat dibuat influence diagram dari mesin stirling sebagai berikut:

Gambar 2.6 Influence diagram mesin stirling

Kemudian dari influence diagram dapat dicari kembali untuk lebih detailnya mengenai faktor-faktor lingkungan yang dapat mempengaruhi dari sistem dalam mesin untuk selama berjalan. Dalam hal ini dapat dibagi beberapa bagian detail yang dapat dimunculkan, mulai dari tujuan pandangan tentang entitas sebagai sebuah sistem, komponen sistem, aktivitas sistem, hubungan antar komponen, masukan dari lingkungan sistem, keluaran terhadap lingkungan commit to user II-12


digilib.uns.ac.id

sistem, dan transformasi proses dari sistem. Hal ini bertujuan untuk mencari bagaimana sistem terbentuk dan tujuan sistem tersebut dibuat. Dapat digambarkan sebagai berikut: Tabel 2.2 Pandangan sistem Stirling

pandangan sistem

Perancang

tujuan pandangan entitas sbg

Studi awal perancangan mesin stirling sebagai

sistem

pembangkit listrik

komponen sistem displacer, power piston, cranckshaft, sumber panas, thorax piston,blok mesin tertutup, gas, fly wheel, operator,pendingin air aktivitas sistem

penyerapan panas, perpindahan panas, pendorongan power piston dan displacer,pembuangan panas, pemutaran cranckshaft. penggerak komponen yang lain,pemberi perubahan bentuk energi, pemindah/pengalir

hubungan antarkomponen

energi, pengubah suhu.

masukan dari lingkungan

sumber panas dan udara pendingin

keluaran ke lingkungan

panas dan putaran mesin

transformasi proses dari sistem

pemanasan gas sehingga memuai mendorong displacer dan power piston iso ekspansi secara iso termal, pelepasan panas secara isi khorik ke regenerator,pencampuran udara panas dengan udara dingin secara iso termal mengakibatkan iso kompresi pada displacer dan power piston, pemanasan gas akibat menyerap panas dari regenerator secara iso khorik saat melalu i regenerator sehingga cranckshaft berputar secara penuh dan terus menerus.

Dalam sistem gas tertutup mesin stirling terdapat black box yang memiliki kaitan dari sistem tapi berada di luar sistem. Black box sistem tersebut adalah commit to user II-13


digilib.uns.ac.id

kemampuan gas menyerap dan membuang panas yang diberikan sumber panas. Kemampuan gas tersebut mengakibatkan suhu yang akan dicapai pada mesin bekerja. Setiap gas memiliki perilaku dan perlakuan yang berbeda diakibatkan karakteristik dari gas yang digunakan. Sistem ini merupakan sistem deterministic dimana dapat diperkirakan besar kebutuhan panas untuk menggerakkan sistem ini. Kemampuan sistem ini untuk menghasilkan keluaran dari input yang diberikan dapat diukur baik secara teoritis maupun secara praktik. Sistem ini dapat berjalan secara berkelanjutan atau continuous jika komponen-komponen dari sistem dapat berjalan secara dan optimal, seperti sumber panas konstan, pendingin bekerja optimal, lubrikasi optimal, dll. Sistem ini selain membutuhkan keoptimalan dari sistem pendingin dan sumber panas, juga membutuhkan kondisi perubahan cuaca dan suhu di luar mesin yang tidak ekstrim panas, jika kondisi lingkungan mengalami pemanasan maka dapat dipastikan sistem ini menjadi discrete system karena pendinginan mesin tidak optimal dan hanya dapat bekerja pada kondisi tertentu. Sistem ini menjadi open system disebabkan adanya pengaruh dari suhu udara dari lingkungan luar mesin terhadap kinerja sistem.

2.5

DECISION TREE ANALYSIS Pohon keputusan digunakan untuk memodelkan persoalan yang terd iri dari

serangkaian keputusan yang mengarah ke solusi. Tiap simpul dalam menyatakan keputusan, sedangkan daun menyatakan solusi. Decision tree disusun atas kumpulan lambang yang digambarkan lingkaran dan kotak dihubungkan oleh cabang-cabang. Lambang kotak menunjukkan lambang keputusan dalam permasalahan. Lambang lingkaran melambangkan alternatif keputusan yang akan ditempuh dalam menyelesaikan masalah. Lingkaran kecil melambangkan daun dari setiap alternatif yang menandakan bahwa hanya satu jalan solusi dari alternatif-alternatif tersebut (Ragsdale, 2007). Lambang-lambang tersebut dapat dilihat pada gambar 2.8.



digilib.uns.ac.id

Gambar 2.7 Lambang atau simbol dalam decision tree analysis Sumber: Ragsdale, 2007

Keputusan dapat dijelaskan sebagai hasil pemecahan masalah, selain harus didasari atas logika dan pertimbangan, penetapan alternatif terbaik, serta harus mendekati

tujuan

yang

telah

diteteapkan.

Pengambil

keputusan

harus

memperthatikan logika, realita, rasional, dan pragmatis. Fungsi pengambilan keputusan adalah individual atau kelompok baik secara institusional maupun organisasional, isifatnya futuristik (Niwanputri, 2009). Tujuan pengambilan keputusan adalah: 1. Tujuan yang bersifat tunggal (hanya satu masalah dan tidak berkaitan dengan masalah yang lain). 2. Tujuan yang bersifat ganda (masalah yang saling berkaitan dapat bersifat kontradiktif maupun tidak kontradiktif). Menurut Niwanputri (2009) Yang menjadi dasar-dasar pengambilan keputusan adalah: 1. Intuisi 2. Pengalaman 3. Fakta 4. Wewenang 5. Rasional Proses pengambilan keputusan melalui beberapa tahap yaitu:



digilib.uns.ac.id

1. Tahap penemuan masalah dimana tahapan ini mencari masalah yang melatar belakangi hambatan dalam suatu hal. 2. Tahap

pemecahan

masalah

dimana

tahapan

ini

mencoba

menguraikan masalah yang dihadapi. 3. Tahap pengambilan keputusan dimana tahapan ini merupakan tahapan penentuan solusi yang diambil dalam memecahkan masalah. Menurut Niwanputri (2009) model yang dapat dijadikan alat pemecahan masalah ada dua yaitu: 1. Model kuantitatif 2. Model kualitatif, contohnya: a)

Model probabilitas

b)

Model matriks

c)

Model pohon keputusan

d)

Model kurva indiferen ( kurva acuh tak acuh)

e)

Model simulasi komputer (model matematika, simulasi, permainan operasional, model verbal, model fisik)

Contoh model pohon keputusan seperti pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Contoh bentuk sederhana decision tree analysis

Model kualitatif berdasarkan atas asumsi-asumsi yang ketepatannya agak kurang jika dibandingkan dengan model kuantitatif dan ciri-cirinya digambarkan melalui kombinasi dari deduksi-deduksi asumsi-asumsi tersebut

dengan

pertimbangan yang lebih bersifat subjektif mengenai proses atau masalah yang pemecahannya dibuatkan model. Gullet dan Hicks memberikan beberapa klasifikasi model pengambilan keputusan yang kerapkali digunakan untuk memecahkan masalah yang seperti itu ( yang hasilnya kurang diketahui dengan



digilib.uns.ac.id

pasti ) (Suryadi, 2006). Menurut Suryadi (2006) Model kualitatif dibagi menjadi 5 sebagai berikut: a. Model Probabilitas Model probabilitas pada umumnya model-model keputusannya merupakan konsep probabilitas dan konsep nilai harapan memberi hasil tertentu ( the concept of probability and expected ). Adapun yang dimaksud dengan probabillitas adalah kemungkinan yang dapat terjadi dalam suatu peristiwa tertentu ( the chance of particular event occurring ). Demikian juga halnya dengan probabilitas statistic atau proporsi statistic d ikembangkan

melalui pengamatan

langsung

terhadap populasi atau melalui sample dari populasi tersebut. Sample itu sendiri merupakan bagian yang dianggap mewakili keseluruhan populasi. Konsep tentang nilai harapan in i khususnya dapat digunakan dalam

pengambilan

keputusan

yang

akan

diambilnya

nanti

menyangkut kemungkinan-kemungkinan yang telah diperhitungakan bagi situasi dan kondisi yang akan datang. Adapun nilai yang diharapkan ( nilai harapan ) dari setiap peristiwa yang terjadi merupakan kemungkinan terjadinya peristiwa itu dikalikan dengan nilai kondisional. Sedangkan nilai kondisionalnya adalah dimana terjadinya peristiwa yang diharapkan masih diragukan. b. Model matriks Selain model probabilitas dan nilai harapan ( probability and expected value ) ada juga model lainnya. Model lain tersebut misalnya adalah model matriks ( the payoff matrix model ). Model matrik merupakan model khusus yang menyajikan kombinasi antara strategi yang digunakan dan hasil yang diharapkan. Dalam hal ini menurut Suryadi (2006) mencuplik dari Gullet dan hincks mengatakan : the payoff matrix is a particularly convenient method of displaying and summarizing the expected values alternative strategies. Model matrik terdiri atas dua hal, yakni baris dan lajur. Baris ( row ) bentuknya mendatar sedangkan lajur ( column ) bentuknya menegak ( vertical ). Pada sisi baris berisi macam alternatif strategi yang digelarkan oleh



digilib.uns.ac.id

pengambilan keputusan sedangkan pada sisi lajuir berisi kondisi dan nilai harapan dalam kondisi dan situasi yang berlainan. c. Model Pohon Keputusan Pohon keputusan ini biasanya dipergunakan untuk memecahkan masalah-masalah yang timbul dalam proyek yang sedang ditangani. Selanjutnya menurut Suryadi (2006) yang mencuplik dari Welch dan Corner memberikan definisi mengenai pohon keputusan (decision tree): “the decision tree is a simple diagram showing the possible consequences of alternative decisions. The tree includes the decision nodes chance modes, pays offs for each combination, and the probabilities of each event. Menurut Welch, ada 4 komponen dari pohon keputusan yaitu : simpul keputusan, simpul kesempatan, hasil dari kombinasi, dan kemungkinan-kemungkinan akibat dari setiap peristiwa yang terjadi. Hal yang kiranya penting dalam pohon keputusan adalah pengambilan keputusan itu haruslah secara aktif memilih dan mempertimbangkannya betul-betul alternative mana yang akan dijadikan keputusan. Adapun langkah-langkah yang sekiranya perlu dilakukan secara berturut-turut sebagai berikut : 1. Mengadakan identifikasi jaringan hubungan komponen-komponen yang ada yang secara bersama-sama membentuk masalah tertentu yang nantinya harus dipecahkan melalui diagram keputusan. Masalah tertentu inilah yang merupakan masalah utama. 2. Masalah utama itu kemudian dirinci kedalam masalah yang lebih kecil. 3. Masalah yang sudah mulai terinci itukenudian dirinci lagi kedalam masalah yang lebih kecil lagi ( terinci lagi ). Begitu seterusnya, sehingga merupakan diagram pohon yang bercabang-cabang. Itulah sebabnya mengapa keputusan atau proses pengambilan keputusan yang dilakukan semcam itu dinamakan diagram pohon. d. Model Kurva Indiferen Ada juga pengambila keputusan yang membutuhkan penilaian yang lebih bersifat subjektif. Model yang kiranya cocok untuk keputusan



digilib.uns.ac.id

yang demikian ini menggunakan analisis kurva indiferen, kurva kemanfaatan dan preferensi. Untuk membuat gambaran yang lebih jelas kiranya perlu diberikan keterangan labih lanjut apa yang dimaksud dengan kurva indiferen, bagaimana sifat dan cirinya. Kurava indiferen ( indifference curve ) merupakan kurva ( berbentuk garis ) dimana setiap titik yang berada pada garis kurva tersebut mempunyai tingkat kepuasan atau kemanfaatan yang sama. Misalnya, penggunaan barang A dan B meskipun kombinasi jumlah masingmasing berbeda, namun apabila semuanya itu berada pada titik kurva indiferen, kepuasannya sama. Kurva indiferen mempunyai 4 ciri penting, yakni sebagai berikut : 1. Kurva indiferen membentuk lereng ( slope ) yang negatif. Kemiringan yang negatif menunjukkan fakta atau asumsi bahwa satu komoditas dapat diganti dengan komoditas lainnya sedemikian rupa sehingga konsumen mempunyai tingkat kepuasan yang tetap sama. 2. Jika ada dua kurva indeferen dalam suatu keadaan atau lingkungan, maka keduanya tidak akan saling berpotongan. 3. Hasil yang diperoleh dari asumsi, ialah bahwa kurva indiferen ditarik melalu i setiap titik, sehingga membentuk garis kurva. 4. Kurva indiferen dibutuhkan bagi pengorbanan tertentu untuk mendapatkan kepuasan yang optimal. e. Model Simulasi Komputer Menurut Suryadi (2006) model ini dalam pengambilan keputusan diperlukan rancang bangun ( design ) yang biasanya menggunakan komputer, yang mampu menirukan apa yang dilakukan oleh organisasi. Banyak variabel yang dapat dijadikan model, namun biasanya sulit untuk dapat mengukur dengan tepat masing-masing variabel independent, apakah ada huibungan dan pengaruh terhadap variabel

independent,

kalau

ada

berapa

besarnya.

Dengan

menggunakan computer, hal ini lebih mudah lebih dihitung dan diketahui berapa besarnya pengaruh variabel terhadap independent. Sebab dengan menggunakan bantuan computer jangkauan pikiran



digilib.uns.ac.id

(forecasting) dan pemikirannya secara operasional menjadi lebih luas dan penjang serta mampu memecahkan permasalahan yang komplek.

2.6 KELAYAKAN FOTOVOLTAIK. 2.6.1 Kombinasi Peralatan Pendukung Pada beberapa jurnal penelitian untuk pembangkit listrik tenaga surya membutuhkan penyimpanan berupa aki atau baterai kering dimana kapasitasnya cukup besar sebelum didistribusikan pada alat elektronik. Hal ini dilakukan demi mengatasi ketidakstabilan tegangan dan arus listrik saat energi cahaya matahari menembus jaringan/sel semi-konduktor. Peralatan penyimpanan listrik yang ideal adalah baterai kering atau aki dimana mampu menyimpan listrik pada kapasitas daya yang dibutuhkan selama 9 (enam) jam dimana matahari optimal memancarkan cahaya dari jam 8 pagi hingga jam 17 sore (Stoddart et al, 2006). Dalam menjaga ketahanan baterai kering atau aki dibutuhkan alat stabilisator agar tegangan yang terjadi pada panel surya memiliki tegangan sama dengan tegangan yang dibutuhkan aki atau baterai kering maupun arus listrik agar dapat masuk dan tidak melebihi batas penyimpan listrik (GCEP team, 2006).

Gambar 2.9 Daya energi sinar matahari pada siklus pergerakan matahari tahunan Sumber: GLOBE, 2005



digilib.uns.ac.id

Pergerakan sinar matahari selalu berubah-ubah sudut datang sinarnya dimana matahari terbit dari timur dan tenggelam di arah barat. Di saat arah cahaya tidak tegak lurus memungkinkan adanya pemantulan cahaya oleh kaca di muka panel surya sehingga cahaya tidak mampu menembus bagian semikonduktor. Padahal pada panel surya membutuhkan energi yang cukup dimana hanya arah datang sinar matahari tegak lurus dengan muka panel merupakan paling optimal mendapatkan energi cahaya matahari. Pemecahan masalah dalam mengikuti pergerakan matahari dibutuhkan rotator sebagai pengarah panel surya dengan arah datang cahaya matahari (Stoddart et al, 2006).

2.6.2 Kebutuhan Sumber Cahaya Matahari Dalam menghitung kebutuhan sumber cahaya matahari dibutuhkan efisiensi dari suatu bahan semi-konduktor terhadap hasil energi listrik yang dihasilkan. Efisiensi yang dicapai oleh panel surya tergantung pada bahan semi-konduktor yang dipakai. Bahan semi-konduktor yang telah digunakan dalam panel surya seperti tabel 2.3 sebagai berikut: Tabel 2.3 Efisiensi bahan semi-konduktor

Sumber: Faber Maunsel, 2003



digilib.uns.ac.id

Pada daerah tropis rata-rata memiliki pancaran cahaya matahari sebesar 500.000 lux sama dengan 500 kLm/m 2 setara 0,732 kW/m 2 . Bahan monocrystalline silicon memiliki efisiensi 15%, poly-crystalline silicon memiliki efisiensi 8-12%, amorphous silicon memiliki efisiensi 4-6%, cadmium telluride dan copper indium diselenide memiliki efisiensi 7-9%. Jika untuk menghasilkan daya 1kWP daya listrik maka bahan mono-crystalline silicon membutuhkan daya dari sinar matahari sebesar 6,67 kW, poly-crystalline silicon membutuhkan daya sebesar minimal 8,33 kW, amorphous silicon membutuhkan daya sinar matahari sebesar minimal 16,67 kW, cadmium telluride dan copper indium diselenide membutuhkan daya sinar matahari sebesar m inimal 10,1 kW.

Gambar 2.10 Grafik efisiensi bahan semikonduktor berdasarkan ketebalan Sumber: Faber Maunsel, 2003

Luas permukaan yang dibutuhkan panel surya berbahan mono-crystalline silicon di daerah tropis sebesar 9,1 m 2, poly-crystalline silicon membutuhkan luas permukaan sebesar 11,38 m2 , amorphous silicon membutuhkan luas permukaan sebesar 22,77 m 2, cadmium telluride dan copper indium diselenide membutuhkan luas permukaan sebesar 13,8 m 2. Pada gambar 2.10 menunjukkan efisiensi berdasarkan ketebalan lapisan bahan semikonduktor namun pada prakteknya masih bergantung pada karakteristik bahan semi-konduktor. Semua perhitungan diasumsikan menggunakan jenis panel surya seperti gambar 2.11.



digilib.uns.ac.id

Gambar 2.11 Concentrating Photovoltaic Sumber: Stoddart et al, 2006

2.6.3 Daya yang Layak Dikembangkan Dalam hal pengembangan daya yang layak untuk panel surya jenis concentrating photovoltaic meliputi beberapa kriteria yaitu berdasarkan pada sasaran kebutuhan energi listrik yang akan dipenuhi, efisiensi material semikonduktor, luas lahan yang tersedia untuk peletakan panel surya, rata-rata durasi waktu dalam sehari matahari menyinari suatu daerah, dan rata-rata nilai intensitas cahaya matahari. Untuk Daya yg dapat dibuat dalam kebutuhan listrik rumah tangga saat ini sebesar 80 WP hingga 3 kWp. Pada penentuan kriteria kebutuhan rumah tangga hanya dibatasi hingga 3 kWp karena zaman semakin kedepannya alat-alat elektronik akan semakin canggih tetapi semakin hemat listrik. Jika maksimasi daya listrik berdasarkan luas atap perumahan sederhana sekitar 60 m 2-100 m 2 maka dengan menggunakan bahan semi-konduktor monocrystalline silicon akan dapat membangkitkan daya listrik 6,59 kWp-10,99 kWp. Jika menggunakan jenis bahan semi-konduktor poly-crystalline silicon dapat membangkitkan listrik 5,27 kWp-8,79 kWp. Untuk bahan semi-konduktor amorphous silicon dapat membangkitkan daya listrik sebesar 2,64 kWp-4,39 kWp. Bahan semi-konduktor cadmium telluride dan copper indium diselenide mampu membangkitkan listrik sebesar 4,35 kWp- 7,25 kWp. Sedangkan rata-rata intensitas cahaya di daerah tropis adalah sebesar 500 kilo-lumen/m2 tetapi untuk durasi penyinaran yang tidak merata di daerah tropis disebabkan adanya perubahan cuaca yang cukup ekstrim antara hujan dengan cuaca cerah. Disaat kemarau dapat memaksimalkan hingga 6 jam penuh.



digilib.uns.ac.id

BAB III METODOLOGI PENELITIAN Bab ini membahas mengenai metodologi dan kerangka pemikiran yang digunakan dalam penelitian beserta penjelasan singkat setiap tahapannya. Penjelasan diuraikan dalam bentuk tahapan-tahapan studi mulai dari identifikasi masalah, pengumpulan dan pengolahan data, analisis rancangan, kesimpulan dan saran. 3.1 METODOLOGI PENELITIAN Adapun langkah penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1 dibawah ini. Mulai

Studi lapangan

Studi literatur Tahap studi awal penelitian Identifikasi kebutuhan perancangan

Penjabaran level kompetitif kompetitor yang harus dicapai alat rancangan

Pendekatan prototipe

commit to user III-1

Tahap penentuan level tujuan dan kriteria rancangan yg akan dicapai


digilib.uns.ac.id

Uji coba prototipe

Menghitung harga pokok produksi alat rancangan

Analisis perancangan dan interpretasi hasil meliputi analisis kejadian dalam pengujian Mesin Stirling dan analisis kelayakan Mesin Stirling sebagai pembangkit listrik

Tahap pengujian rancangan dan perhitungan biaya produksi

Tahap analisis interpretasi hasil perancangan dan kesimpulan atas rancangan

Kesimpulan menjawab tujuan penelitian dan saran perbaikan perancangan

Selesai Gambar 3.1 Metodologi penelitian

Pada gambar 3.1 diatas dijelaskan langkah-langkah dalam penelitian perancangan mesin gamma stirling bersumber panas arang untuk pembangkit listrik konsumsi rumah tangga (studi awal mesin gamma stirling) yang akan diuraikan dalam sub bab berikut ini.

3.1.1 Studi awal penelitian Dalam studi awal penelitian, peneliti melakukan studi lapangan dan studi literatur. Pada studi literatur, peneliti melakukan eksplorasi buku-buku mengenai termodinamika, fisika dasar, analisis pengambilan keputusan, pengembanganpengembangan Mesin Stirling yang sudah ada. Dari buku-buku yang dibaca didapatkan beberapa landasan teori yang digunakan dalam perancangan. Studi lapangan dilakukan pada bengkel yang melakukan manufaktur. Studi lapangan tersebut untuk mendapatkan teknik produksi yang efisien dilakukan dalam membuat rancangan alat Mesin Stirling. Konsultasi kepada ahli pembuatyang ada di bengkel tersebut diperlukan untuk mengurangi kesalahan-kesalahan fatal yang akan terjadi selama produksi.



digilib.uns.ac.id

3.1.2 Penentuan level tujuan dan kriteria rancangan yang akan dicapai Pada tahap ini merupakan awal dalam melakukan penelitian, dimana ruang lingkup masalah yang diuraikan, sebagai berikut: 1. Identifikasi kebutuhan perancangan. Pada awal perancangan, penulis menjabarkan alasan-alasan memilih tipe Mesin Stirling sebagai penyelesaian tugas akhir. Alasan-alasan yang dimunculkan dari sebab-sebab eksternal dan internal dari perancang. 2. Penjabaran level kompetitif kompetitor yang harus dicapai. Karakteristik yang dimunculkan harus memenuhi aspek biaya, performansi, dan tingkat kompetitif dengan kompetitor. Tingkat kompetitif kompetitor yang dibandingkan adalah biaya listrik dari PLN dan biaya listrik dari panel surya. Setelah melihat tingkat kompetitif kompetitor maka ditentukan target minimal yang harus dicapai. 3. Pendekatan Prototipe. Pada bagian ini menjabarkan pendekatan-pendekatan part mesin yang akan digunakan dengan karakteristik tertentu. Karakteristik yang dimunculkan adalah jenis bahan, ukuran sudut, dan alasan pemilihan bahan yang berdampak terhadap performansi rancangan Mesin Stirling.

3.1.3 Pengujian rancangan dan perhitungan biaya produksi Pada tahap ini merupakan tahap perwujudan rancangan yang selanjutnya dilakukan pengujian performansi di lapangan. Pengujian di lapangan dilakukan untuk mendapatkan fenomena yang terjadi pada produk saat difungsikan. Metode yang dipilih peneliti setelah berkonsultasi dengan beberapa orang yang mengerti mesin, maka dipilih metode pengujian kualitatif dengan beban kelipatan 100 gram pada poros untuk mendapatkan performansi yang dicari. Pengujian mesin gamma stirling yang sudah selesai dirakit dari mesin bekas kompresor dimana telah mengalami modifikasi dengan menggunakan bandul beban katrol yang dirangkai pada papan yang telah ditempeli meteran yang dapat menunjukkan panjang lintasan sebagai torsi untuk dikonversi menjadi daya, sesuai dengan rumus yang telah ditulis pada landasan teori, yang dihasilkan pada putaran poros cranckshaft. Gambar alat sebagai berikut:



digilib.uns.ac.id

Gambar 3.2 Rangkaian lintasan dan katrol uji

Untuk mengukur kecepatan putaran poros cranckshaft digunakan rumus yang telah ada berdasarkan kecepatan yang didapatkan pada pengumpulan data. Data yang didapatkan kemudian diolah sehingga didapatkan hasil akh ir berupa kemampuan meliputi daya dan energi yang dapat dicapai mesin dalam keadaan minimal, maksimal, dan rata-rata. Pada penelitian ini memerlukan beberapa data yang menjadi bahan untuk mencapai tujuan tugas akhir ini. Pada awal pengumpulan dan pengolahan data yang dibutuhkan adalah identifikasi kebutuhan perancangan, dimana tahapan ini merupakan langkah awal dalam pengumpulan data. Data yang dikumpulkan berupa alternatif keputusan berupa komponen-komponen makro yang menyusun mesin. Dari data tersebut akan menjadi bahan pertimbangan dalam mengambil keputusan dengan metode decision tree analysis. Simpul-simpul atau cabangcabang yang dilambangkan lingkaran besar mewakili keputusan, daun-daun yang dilambangkan lingkaran kecil menjadi solusi dari setiap permasalahan, sedangkan kotak mewakili tujuan dari masalah. Setiap komponen memberikan nilai biaya yang harus dikeluarkan saat memproduksi tipe mesin tersebut dan probabilitas dari komponen-komponen tersebut untuk mampu dibuat dengan teknologi di bengkel pembuatan prototipe. Probabilitas yang dibuat dengan asumsi dari karakteristik rancang bangun dari setiap tipe mesin stirling. Dalam menghasilkan keputusan, decision tree analysis memberikan keputusan dan solusi berupa jumlah perkalian total nilai biaya dengan rata-rata probabilitas (ditentukan oleh bengkel pembuatan Mesin Stirling)



digilib.uns.ac.id

komponen-komponennya dimana dalam perancangan ini dibutuhkan perancangan yang termurah dengan probabilitas ketidak-berpengaruhnya dan ketidakbermanfaatnya komponen terhadap kinerja mesin terendah. Probabilitas yang didapat dalam jangkauan 0% sampai 100%. Variabel keputusan yang diambil adalah berdasarkan nilai EMV dan EPV yang terbaik dari berbagai alternatif. Selanjutnya pada pendekatan prototipe, tahapan ini merupakan penentuan jenis-jenis

komponen yang akan digunakan peneliti untuk membangun

rancangannya. Komponen-komponen yang dibutuhkan diperinci lebih spesifik berdasarkan pemilihan keputusan pada decision tree analysis. Kemudian alasan bentuk dan konfigurasi perancangan dari produk dijabarkan secara rinci untuk menjelaskan tujuan pembuatan prototipe. Uji coba prototipe, tahapan ini merupakan pengujian langsung pada mesin dengan sumber panas LPG untuk mendapatkan nilai daya yang dihasilkan pada poros mesin stirling. Untuk mendapatkan besaran daya, digunakan uji pembebanan pada poros yang nantinya dapat dikonversi ke nilai besaran gaya, usaha, dan daya yang dihasilkan. Dengan lintasan tertentu maka akan dapat dilihat laju tertentu dari beban dalam waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik yang telah disediakan. Data yang dapat diambil dalam pengujian awal adalah beban bandul, waktu yang d ibutuhkan, dan panjang lintasan. Bentuk lintasan dapat dilihat pada gambar 3.2. Data teknis performansi yang dicapai mesin saat diukur dengan bandul berbeban kelipatan 100 gram yang dililitkan pada poros mesin stirling melalui katrol. Angka yang muncul nantinya menjadi bahan untuk mengukur besarnya torsi maksimal dan daya maksimal dengan kondisi tanpa kebocoran pada mesin. Kemudian dari angka-angka yang muncul telah dicatat akan dihitung daya dan efisiensi konsumsi kalor yang dicapai mesin. Komparasi data pengujian dengan rancangan yang pernah dibuat oleh orang lain sebelumnya merupakan tahapan untuk membandingkan rancangan yang telah diteliti oleh orang lain sebelumnya dengan rancangan yang dibuat peneliti. Pada tahapan ini daya yang mampu dirancang oleh orang lain dibandingkan dengan daya yang mampu dicapai oleh peneliti dengan memanfaatkan rasio power dengan



digilib.uns.ac.id

volume mesin yang digunakan. Setelah dibandingkan, kemudian ditampilkan dalam bentuk diagram dari setiap kemampuan mesin. Skalabilitas daya gas dalam ruang mesin stirling, pada tahapan ini penghitungan secara teoritis dari daya suatu gas jika mencapai kriteria tertentu. Daya gas ini tidak mencerminkan daya yang sebenarny pada poros karena daya yang terjadi pada poros sudah mengalami reduksi akibat gesekan dan beban inersia. Daya gas dibuat untuk menjadikan pembanding efisiensi mesin yang merupakan perbandingan daya keluaran dengan daya teoritis. Penentuan harga pokok produksi dengan menyusun biaya langsung dan biaya tidak langsung. Biaya langsung meliputi beban bahan baku, biaya pekerja, dan biaya proses. Yang meliputi biaya tak langsung berupa beban pendukung proses dalam produksi.

3.1.4 Analisis interpretasi hasil rancangan dan kesimpulan rancangan Tahap ini merupakan tahapan akhir dari penelitian mengenai perancangan mesin stirling sebagai upaya pembangkit listrik masa depan. Ruang lingkup pembahasan diuraikan sebagai berikut: 1. Tahap analisis dan interpretasi hasil, pada tahap ini dilakukan analisis fenomena percobaan dan kelayakan antara Mesin Stirling dengan kompetitor lain. Analisis fenomena meliputi faktor yang muncul selama percobaan dan mengenai pencapaian target percobaan terhadap ekspektasi yang dihasilkan decision tree analysis. Analisis kelayakannya berupa beban biaya yang harus dikeluarkan hingga menghasilkan beban biaya listrik tiap KWh terhadap biaya listrik yang dihasilkan kompetitor. 2. Tahap kesimpulan dan saran, merupakan tahap terakhir dari penelitian yang berisi kesimpulan secara keseluruhan terhadap hasil penelitian dan saran perbaikan untuk studi yang akan dilanjutkan.

3.2 KONVERSI ENERGI LPG KE TENAGA SURYA Dalam ilmu cahaya dikenal flux cahaya dimana memiliki satuan lumen per meter persegi. 1 watt memiliki nilai setara 683 lumens. Cahaya matahari di daerah tropis pada siang hari memancarkan 500.000 lux. 1 lux setara dengan 1 lumen per



digilib.uns.ac.id

meter persegi. Jika untuk menggerakkan mesin stirling pada awalnya membutuhkan 3.698.520 joule. Kemudian untuk menghitung dalam kebutuhan energi cahaya untuk menjalankan mesin stirling tersebut dapat dihitung sebagai berikut: Jika diperkirakan untuk membangkitkan mesin stirling dengan panas cahaya matahari selama 10 menit, maka digunakan persamaan (2.8) ……………………..……………….(2.8)

= 993748,2/600 = 1656,247 W

= 1656,247. 683 = 1131216,701 lm

= 1131216,701/50.000 = 22,6 m 2

= = 1,9 m 2 untuk jari-jari cermin reflektor.



digilib.uns.ac.id

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA Bab

ini membahas

mengenai

identifikasi

kebutuhan

perancangan,

pendekatan prototipe, uji coba prototipe, komparasi mesin stirling prototipe dengan mesin stirling yang pernah dirancang di dunia, skalabilitas daya, harga pokok produksi saat produksi. Penjelasan diuraikan dalam setiap sub-bab sebagai berikut.

4.1 IDENTIFIKASI KEBUTUHAN PERANCANGAN Pada awal perancangan, pemilihan tipe Mesin Stirling sebagai penyelesaian tugas akhir disebabkan beberapa alasan adalah sebagai berikut: 1. Adanya kebutuhan teknologi yang ramah lingkungan dalam memenuhi kebutuhan listrik rumah tangga. 2. Mesin

stirling

memiliki

keunggulan

dalam

modifikasi

karena

menggunakan piston dan cranckshaft seperti mesin-mesin yang ada d i pasaran sehingga dapat menggunakan mesin bekas yang ada. 3. Meneliti mesin stirling untuk dikembangkan sebagai alat yang dapat diaplikasikan dalam kehidupan manusia yang berhubungan dengan sistem mekanik. Dalam melakukan perancangan Mesin Stirling maka dibutuhkan suatu pengujian kelayakan dari rancangan Mesin Stirling untuk memenuhi kebutuhan listrik rumah tangga. Kelayakan Mesin Stirling yang dapat digunakan pada pemenuhan kebutuhan listrik meliputi beberapa aspek: 1. Biaya produksi dimana untuk melihat seberapa besar modal awal untuk menggunakan Mesin Stirling hingga dapat memenuhi kebutuhan listrik rumah tangga. 2. Daya yang mampu dihasilkan dimana untuk menentukan seberapa besar mesin yang harus dirancang. 3. Tingkat kompetitif baik aspek durasi mesin hingga terjadi perbaikan maupun beban biaya listrik dari Mesin Stirling terhadap biaya listrik yang sudah ada dari PLN.

commit to user IV-1


digilib.uns.ac.id

Dalam merancang dilakukan pencarian part-part yang sesuai dengan tersedia di pasaran, melakukan perhitungan decision tree analysis untuk menentukan jenis rancangan yang dipilih, melakukan perancangan konstruksi, dan pengujian kinerja mesin yang dirancang. Rancangan yang harus dibangun diusahakan memiliki tingkat kompetitif biaya beban listrik per kWh terhadap panel surya maupun listrik PLN seperti ditunjukkan pada gambar grafik 4.1 dan tabel 4.1. Tabel 4.1 Perbandingan tarif TDL PLN dengan tarif dasar listrik panel surya

tarif PLN (kWh) 490 790 795 890 1380

no daya PLN(watt) 1 900 2 1300 3 2200 4 3500-6600 5 6601 keatas

tarif panel surya (kWh) 1261 1261 1261 1261 1261

daya panel surya(watt peak) 900 1300 2200 3500 >6600

Dari grafik 4.1 menunjukkan bahwa panel surya memiliki tingkat kompetitif (penggunaan 20 tahun) saat daya yang dihasilkan diatas 2200 watt terhadap TDL PLN non-subsidi. Tarif panel surya terus menurun jika daya yang menjadi target meningkat hingga mendekati tarif TDL subsidi daya 900 watt. Di dalam perhitungan tarif dasar listrik panel surya selama 20 tahun matahari menyinari pada daerah tersebut selama 365 hari dalam setahun, dimana dalam seharinya menyinari secara optimal selama 8 jam untuk mengisi listrik dengan harga tiap set modul lengkap (1Wp) adalah USD 8 di Indonesia. Bahan semikonduktor yang digunakan adalah monokristal silicon yang memiliki efisiensi 17%. Asumsi USD 1 = Rp 9200,00

Perbandingan TDL Tarif listrik

1500 1000 500 tarif PLN

0

tarif panel surya

Daya listrik Gambar 4.1 Grafik tarif listrik panel surya dan TDL PLN

commit to user IV-2


digilib.uns.ac.id

Dalam produksi panel surya, beberapa biaya, baik yang tetap maupun yang mengalami depresiasi, menyebabkan harga kompetitif panel surya pada tingkat daya menengah keatas, beban tersebut meliputi biaya tenaga kerja, biaya overhead pabrik, harga material penunjang, alat inverter, dan harga modul. Pada tingkat di bawah 5 kWp, beban overhead pabrik sangat tinggi, sedangkan pada level diatas 5kWp beban overhead pabrik dapat ditekan cukup signifikan hingga 10% dari beban sebelumnya. Untuk biaya tenaga kerja pemasangan, biaya terbesar pada pemasangan daya besar ( diatas 50 kWp) karena melibatkan jumlah pegawai yang lebih banyak. Harga modul semakin besar semakin murah diakibatkan dari biaya produksi produk yang semakin ditekan baik harga material, biaya set up mesin produksi, serta biaya material penunjang modul seperti pada gambar 4.2.

Gambar 4.2 Biaya kontribusi pemasangan panel surya Sumber:US Department of Energy

Pada level 2000 watt tersebut Mesin Stirling diharapkan minimal mampu memiliki harga kompetitif dibawah tarif non-subsidi TDL PLN. Hal ini terjadi karena beban biaya pendukung baik yang tetap maupun variabel akan semakin

commit to user IV-3


digilib.uns.ac.id

baik dan murah jika daya yang digunakan semakin tinggi pada panel surya. Untuk beban listrik yang pernah dihitung dalam penelitian kelayakan Mesin Stirling pembangkit listrik perkampungan di Filipina bahwa Mesin Stirling dengan kapasitas daya 10 KW dengan durasi penggunaan 20 tahun bersumber panas biogas menghasilkan beban biaya listrik sebesar 47,1 sen peso Filipina atau sekitar Rp 102,20 (asumsi 1 peso Filipina= 217 rupiah). Beban tersebut berdasarkan beberapa data pembelian alat Mesin Stirling bukan tenaga surya senilai USD 35.000, bangunan penampung biogas senilai USD 5000, biaya operator sebesar 4000 peso per bulan per orang, biaya pemasangan dan setup sebesar 2% dari harga Mesin Stirling. Adapun dalam

merancang diperhatikan pada kebutuhan yang harus

dipenuhi agar dapat tercapai tujuan perancangan. Identifikasi kebutuhan ditunjukkan dengan membangkitkan alternatif-alternatif yang dapat menjadi pertimbangan seperti ditunjukkan lampiran decision tree analysis dengan setiap tipe mesin diwakili faktor komponen-komponen dalam mesin yang menjadi kriteria dengan output berupa biaya yang dibutuhkan untuk membangun suatu prototipe mesin stirling. Penilaian probabilitas pengaruh komponen mesin terhadap kinerja mesin berdasarkan penilaian ahli yaitu tempat bengkel yang mengerjakan Mesin Stirling. Kriteria yang muncul dari part cranckshaft adalah balance (mampu berjalan lancer) dan unbalance (berjalan tidak lancer) sedangkan kriteria yang muncul dari pemilihan pendingin adalah long life duration (mesin awet) dan short life duration (mesin kurang awet jangka panjang). Ideal dari perancnagan yang harus dipenuhi adalah mesin yang balance dan long life duration. Hal ini bertujuan mesin yang dirancang mempunyai tingkat kompetitif dengan alat-alat pembangkit listrik lainnya seperti panel surya. Untuk mencapai kriteria ideal diperlukan pemilihan part-part yang harus digunakan dengan memiliki tingkat peluang terbaik dalam mendapatkan kriteria tersebut. Faktor komponen yang menyusun cabang-cabang decision tree analysis sebagai berikut: 1. Tipe Mesin Stirling. 2. Engine set type.

commit to user IV-4


digilib.uns.ac.id

3. Cranck shaft size. 4. Piston set size. 5. Cooler. Dalam decision tree yang dibuat terdapat 2 (dua) variabel keputusan yaitu pengambilan keputusan berdasarkan biaya perancangan yang harus dikeluarkan dan variable keputusan berdasarkan performansi. Pada variabel keputusan berdasarkan biaya perancangan, keputusan yang terbaik untuk dipilih adalah pilihan yang memiliki nilai EMV (Expected Monetary Value) paling rendah. Dalam mendapatkan EMV yang terendah maka pilihan tersebut mempunyai probabilitas kegagalan yang paling rendah dari kriteria-kriteria dimana sudah dilakukan penilaian oleh orang yang ahli dalam perancangan Mesin Stirling atau expert. Kriteria-kriteria yang menjadi penilaian EMV pada cranckshaft dan kriteria jenis pendingin yang akan digunakan. Pada cranckshaft memunculkan probabilitas balance dan unbalance, sedangkan pada jenis pendingin memberikan probabilitas kontinuitas jalan mesin berupa long duration dan short duration. Pada variabel keputusan berdasarkan performansi, keputusan yang terbaik untuk diambil adalah pilihan yang memiliki nilai EPV (Expected Power Value) tertinggi. Dalam mendapatkan nilai EPV yang tertinggi maka pilihan tersebut mempunyai probabilitas keberhasilan tertinggi dari kriteria-kriteria dimana sudah dilakukan penilaian oleh orang yang ahli dibidang perancangan Mesin Stirling atau expert. Kriteria-kriteria yang menjadi pertimbangan dalam pengambilan keputusan EPV tertinggi terdapat pada probabilitas keberhasilan kriteria ukuran cranckshaft dan ukuran diameter piston. Pada kriteria cranckshaft memunculkan probabilitas ideal torsi dan torsi rendah, sedangkan pada ukuran piston memunculkan probabilitas ideal daya dan daya rendah. Pada cabang yang pertama terdapat tiga cabang merupakan pemilihan tipe mesin stirling yang akan dibuat dimana belum memunculkan biaya pembuatan prototipe yaitu tipe alfa, tipe beta, dan tipe gamma. Dari masing-masing cabang tersebut kemudian dimunculkan kriteria jenis full set engine yaitu berupa single set engine type dengan biaya Rp 1.090.000,00 dan twin set engine type sebesar Rp 1.640.000,00. Kriteria selanjutnya adalah rencana penggunaan cranckshaft, dimana terdapat dua keputusan yaitu memutuskan mempertahankan cranckshaft

commit to user IV-5


digilib.uns.ac.id

bawaan atau menggunakan cranckshaft ukuran lebih besar. Cranckshaft oversize pada mesin twin membutuhkan biaya Rp 400.000,00, sedangkan pada mesin tipe single membutuhkan biaya sebesar Rp 300.000,00. Dari keputusan pemilihan cranckshaft memunculkan pertimbangan probabilitas tentang keseimbangan laju mesin. Dari setiap probabilitas cranckshaft memunculkan kriteria pemilihan diameter piston. Diameter piston twin tetap menggunakan original (5 cm), over size 5.35 cm, 5.6 cm, sedangkan single tetap menggunakan original 3.8 cm, oversize 4 cm, 4.5 cm. Pada kriteria ini tidak memberikan probabilitas dalam hal pengaruh EMV karena ukuran piston tidak mengganggu keseimbangan mesin berjalan (laju piston linier). Dari setiap kriteria ukuran diameter piston, muncul kriteria

pilihan

pendingin

untuk

kelangsungan

kinerja

mesin

yaitu

mempertahankan pendingin bawaan dan melakukan modifikasi pendingin cair. Dari kriteria ini memunculkan probabilitas kinerja mesin yaitu long duration dan short duration. Dari decision tree analysis didapatkan pada dari semua tipe twin set engine yang memiliki EMV dengan resiko terbaik adalah cranckshaft standar, piston ukuran bawaan mesin dengan tipe pendingin cair sebesar –Rp 1.095.000,00 dimiliki oleh tipe gamma. Untuk single set engine yang memiliki EMV tertinggi dimiliki tipe gamma, spesifikasi cranckshaft original, piston original dengan pendingin cair long duration sebesar –Rp 593.500,00. Pada cabang yang pertama terdapat tiga cabang merupakan pemilihan tipe mesin stirling yang akan dibuat dimana belum memunculkan biaya pembuatan prototipe yaitu tipe alfa, tipe beta, dan tipe gamma. Dari masing-masing cabang tersebut kemudian dimunculkan kriteria jenis full set engine yaitu berupa single set engine type dan twin set engine. Kriteria selanjutnya adalah rencana penggunaan cranckshaft, dimana terdapat dua keputusan yaitu memutuskan mempertahankan cranckshaft bawaan atau menggunakan cranckshaft ukuran lebih besar. Cranckshaft oversize pada mesin twin maupun single memunculkan probabilitas ideal torsi dan low torsi. Dari keputusan pemilihan cranckshaft memunculkan pertimbangan probabilitas tentang keseimbangan laju mesin.

commit to user IV-6


digilib.uns.ac.id

Dari setiap probabilitas cranckshaft memunculkan kriteria pemilihan diameter piston. Diameter piston twin tetap menggunakan original (5 cm), over size 5,35 cm, 5,6 cm, sedangkan single tetap menggunakan original 3,8 cm, oversize 4 cm, 4,5 cm. Pada kriteria ini memberikan probabilitas dalam hal pengaruh EPV karena ukuran piston menentukan ukuran volume gas yang mampu membangkitkan energi kinetic mesin. Dari setiap kriteria ukuran diameter piston, memuncul probabilitas ideal power dan low power Dari decision tree analysis didapatkan pada dari semua tipe twin set engine yang memiliki EPV tertinggi adalah cranckshaft standar, piston ukuran 5,6 cm baik gamma maupun alfa dengan range 1,18-4,72 W. Untuk single set engine yang memiliki EPV tertinggi dimiliki tipe alfa, beta, gamma dengan spesifikasi cranckshaft overstroke 5cm, piston 4,5 cm range 0,59-2,35 W.

4.2 PENDEKATAN PROTOTIPE Dalam perancangan Mesin gamma Stirling, digunakan beberapa part hasil custom maupun dari part mesin lain dengan beberapa alasan. Part yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Power piston aslinya bertujuan untuk mengurangi beban biaya sesuai dengan keputusan yang diambil. 2. Thorax displacer piston terbuat dari batang logam yang telah dilapisi krom merupakan satu paket dalam membuat displacer yang bertujuan tidak mudah terkikis saat bergesekan dengan jalur thorax piston. 3. Selang penghubung power piston dengan displacer terbuat dari bahan aslinya dari jenis campuran karet dan plastik sesuai dengan penekanan beban biaya yang dipilih. 4. Radiator air terbuat dari alumunium untuk mengoptimalkan penyerapan panas dari silinder displacer. 5. Silinder displacer terbuat dari material besi untuk ketahanan saat temperatur tinggi. Dalam dunia Mesin Stirling telah dikembangkan berbagai bentuk tipe Mesin Stirling. Adapun alasan penulis memilih Mesin Stirling tipe gamma dengan

commit to user IV-7


digilib.uns.ac.id

konfigurasi L 900 (sembilan puluh derajat) berpendingin air dengan tekanan standar udara luar sistem adalah sebagai berikut: 1. Penggunaan stirling tipe gamma selain menghasilkan biaya paling murah dari gambaran decision tree juga dikarenakan pada tipe gamma displacer pistonnya tidak selalu terbakar oleh gas panas melainkan dalam fungsinya memindahkan gas panas berpindah ke sisi dingin dengan diikuti d isplacer berpindah ke sisi dingin. Displacer pada tipe gamma juga memiliki keunggu lan bahwa pistonnya tidak bergesekan langsung kepada silinder displacer yang selalu menerima panas dari luar. 2. Konfigurasi 900 (sembilan puluh derajat) digunakan dikarenakan dengan satu jenis cranckshaft dapat digunakan oleh 2 (dua) jenis piston secara bersamaan pada bagian langkahnya, ini disebabkan mesin stirling membutuhkan overlapping sudutnya antara power piston dengan displacer untuk membuat iso khorik (tekanan yang sama) maupun saat menyebabkan perbedaan tekanan di antara kedua piston. 3. Pendingin air atau radiator air d ipilih sebagai pendingin mesin stirling disebabkan kemampuan air untuk menyerap panas yang signifikan. Di daerah tropis dibutuhkan pendingin yang tidak terpengaruh oleh kelembapan,

sedangkan

pendingin

udara

kurang

mendinginkan

disebabkan oleh cuaca, temperatur, dan kelembapan daerah tropis yang tinggi. 4. Tekanan yang digunakan setara dengan udara luar bertujuan dalam pembangkitan gerak pada mesin stirling tidak membutuhkan temperatur yang sangat tinggi.

4.3 UJI COBA PROTOTIPE Pengujian dilakukan pada mesin dengan metode pembebanan bandul pada poros cranckshaft. Bandul dirakit dengan katrol berbahan nilon agar gesekan pada katrol menjadi licin. Bandul dengan beban tertentu diujikan untuk mendapatkan daya dan torsi yang dapat dicapai mesin stirling. Pengujian ini dilakukan karena adanya keterbatasan alat yang dapat digunakan dalam pengujian pembebanan. Dengan metode pembebanan dinamo terkendala dengan dinamo magnet yang

commit to user IV-8


digilib.uns.ac.id

sebelumnya telah digunakan oleh penulis yang kurang baik pada bagian poros maupun magnet di dalamnya. Untuk alat torsi meter tidak tersedia yang memilikinya sehingga diputuskan dengan sistem pembebanan bandul pada poros cranckshaft. Lintasan bandul yang digunakan dalam pengukuran berjarak 1 meter dimana diletakkan dengan jarak toleransi untuk mesin melakukan percepatan maksimal terleb ih dahulu. Jari-jari penggulung benang yang digunakan berukuran 1,2 sentimeter. Beban yang mampu terangkat pada pengujian adalah 100 gram bandul dengan keadaan berjalan konstan dalam keadaan laju lambat. Percepatan gravitasi yang digunakan sebesar 10 m/s2. Hasil percobaan yang didapatkan sebagai berikut: Tabel 4.2 Hasil pengujian pembebanan pada mesin gamma stirling 53,11 cc

percobaan ke1 2 3 4 5 rata-rata maksimum minimum

waktu (detik) kecepatan (m/s) kecepatan sudut (RPM) 11,2 0,089285714 446,4285714 13,9 0,071942446 359,7122302 9,2 0,108695652 543,4782609 8,7 0,114942529 574,7126437 10,9 0,091743119 458,7155963 10,78 0,095321892 476,6094605 8,7 0,114942529 574,7126437 13,9 0,071942446 359,7122302

Contoh perhitungan: [N]

= 0,1.10 N =1N F=Wbandul Percobaan 1:

[m/s] = 1/11,2 m/s = 0,089285714 m/s [W] = 1.0,089285714 W = 0,089285714 W .60 [RPM] = 0,089285714.60/0,012 RPM

commit to user IV-9

daya (watt) 0,089285714 0,071942446 0,108695652 0,114942529 0,091743119 0,095321892 0,114942529 0,071942446


digilib.uns.ac.id

= 446,4285714 RPM = 458,7155963 RPM Rata-rata:

[m/s] =(0,089285714+0,071942446+0,1086957+0,089285714+0,0917431 19)/5 m/s = 0,095321892 m/s [W] = 1.0,095321892 W = 0,095321892 W .60 [RPM] = 0,095321892.60/0,012 RPM = 476,60946 RPM

Konversi pada sistem kelistrikan dengan asumsi dinamo tegangan 12 volt: [A]

= 0,095321892/12 A = 0,007943491 A = 7,9 mA Alat yang dapat menggunakan listrik dengan tegangan 12 volt dan arus 7,9 mA adalah alat anti pencurian motor. Untuk pengukuran energi yang mampu diserap oleh mesin maka digunakan perhitungan konduksi benda yang berupa alumunium heat transferer sebagai berikut: [W] 0,18((213-58)+273)/(0,003) = 993.748,2 W [J] = 993.748,2 *1 J = 993.748,2 J Efisiensi terhadap kinerja yang didapatkan terhadap energi kalor yang diberikan:

commit to user IV-10


digilib.uns.ac.id

= 100.1/9937482 % = 0,00001% Efisiensi terhadap kinerja yang didapatkan terhadap energi potensial gas dalam mesin:

= 100.1/23,6 % = 4,3% Hasil yang didapatkan sebesar 0,1 W dibawah angka nilai ekspektasi power (EPV) dimana dengan kriteria low torsi dan low power seharusny memiliki daya mesin sebesar 0,21 W.

4.4 DAYA POTENSIAL GAS DALAM RUANG MESIN STIRLING. Dalam sistem gas tertutup, ada beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan tekanan dan volume yang dapat mengakibatkan peningkatan daya yang signifikan pada mesin stirling. Untuk mencapai daya yang besar dan memiliki efisiensi yang tinggi maka peningkatan volume tidak memberikan jaminan peningkatan efisiensi yang disebabkan akan terjadi peningkatan beban inersia dan gaya gesek. Faktor yang dapat meningkatkan daya secara signifikan adalah meningkatkan tekanan yang ada di dalam mesin. Hal in i dapat dilihat dari rumus Teori Schmidt yang telah ditulis pada bab landasan teori. Efisiensi energi pada mesin stirling dapat dilihat dari efisiensi termal dari mesin. Jika efisiensi termal dapat dicapai pada angka yang tinggi maka akan terjadi perubahan tekanan yang signifikan untuk membangkitkan kemampuan muai gas dalam mesin. Dalam perbandingan daya dengan skalabilitas mesin, faktor yang dirubah adalah tekanan gas dalam mesin karena faktor ini masih dapat dikendalikan oleh manusia dengan injektor gas. Untuk faktor-faktor lain seperti suhu dipengaruhi pada sistem pembakaran dan sistem pendinginan, sedangkan besaran putaran yang dicapai dipengaruhi besarnya energi yang mampu diserap dan dilepaskan gas dalam 1 waktu tertentu.



digilib.uns.ac.id

Dalam melakukan skalabilitas, faktor-faktor yang dianggap konstan untuk memudahkan perhitungan adalah sebagai berikut: 1. Volume power piston sesuai dengan ukuran piston yang telah dirancang peneliti sebesar 53,11 cc. Untuk volume displacer sebesar 1,5 kali volume power piston. Volume yang digunakan sebesar tersebut untuk membandingkan dengan daya gas dengan tekanan gas normal. 2. Suhu yang dicapai untuk sisi panas sebesar 1550 C, sedangkan suhu yang dicapai untuk sisi dingin sebesar 350C. Suhu tersebut merupakan suhu yang pada umumnya dicapai oleh mesin bakar pada awal-awal mesin sedang pemanasan. 3. Putaran yang dicapai sebesar 476 RPM sesuai kenyataan. Pada tabel 4.3 menunjukkan daya yang mampu dicapai gas dalam mesin stirling dengan tekanan 1 bar/ tekanan udara normal dataran rendah mencapai sebesar 2,37 W. Daya tersebut dicapai dengan efisiensi termal sebesar 23%.



digilib.uns.ac.id

Tabel 4.3 Tabel Daya Gas Dalam Mesin Stirling Dengan Tekanan Ruang 1 Bar

Sudut 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360

Pi 2.997967 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712 2.367712

e 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704 0.227704


Tc 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407 407

Te 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527 527


digilib.uns.ac.id

Keterangan: 7.933333333 RPS 476 RPM pmean

100000 N/m2

Overlap/dx

90 derajat 1.570796327 radian

Rumus yang digunakan untuk menghitung daya: ………………………..(2.6)

4.5 HARGA

POKOK

PRODUKSI

PROTOTIPE

STIRLING

TIPE

GAMMA. Tabel 4.4 Tabel Harga Pokok Produksi Mesin Stirling Gamma 53,11cc

No 1 2 3 4 5

6 7

8 9 10 11

Jenis pengeluaran produksi biaya langsung : kompresor bekas singel p iston 50cc + displacer pembuatan heat transferer Milling diluar bengkel Pembubutan water jacket total beban biaya modifikasi biaya work hour (25000/jam) (pengerjaan dalam 1 hari=5jam)(dikerjakan dalam 6 hari) pengelasan,pemotongan logam,pengujian alat biaya tidak langsung : beban listrik mesin bubut (5kW)(5 jam kerja)(Rp 1000/kWH) lampu bohlam mesin bubut Pegawai /assisten ( 25000/hari)(2 hari) beban listrik mesin las (4,8 kW)(0,5 jam)(Rp 1000/kWH) harga pokok produksi

beban biaya 1075000 100000 40000 50000 100000 1365000 750000 100000

25000 3000 50000 2400 2275400

Beban bagian-bagian mesin dalam merancang mesin stirling tipe gamma meliputi: 1. Pembelian kompresor bekas dan pembuatan displacer. 2. Heat transferer



digilib.uns.ac.id

3. Water jacket Untuk komponen yang lain masih dapat menggunakan komponen asli dari kompresor bekas. Beban pekerja dalam 1 jam memakan biaya Rp 25.000,00 dan pengerjaan ini dalam 1 hari memakan 5 jam selama 6 hari. Sedangkan biaya proses pembuatan meliputi pengelasan, pemotongan material, pengujian jalan alat, pembubutan sangat variab le dikarenakan perbedaan perlakuannya terhadap material. Harga pokok yang dibutuhkan untuk memproduksi 1 mesin stirling selama riset ini membutuhkan dana Rp 2.275.400,00.



digilib.uns.ac.id

BAB V ANALISIS INTERPRETASI HASIL RANCANGAN Pada bab analisa kelayakan akan dibahas tentang fenomena yang terjadi pada pengujian Mesin Stirling yang diuji kemudian membahas perbandingan kelayakan antara teknologi Mesin Stirling yang dirancang dengan Mesin Striling yang dirancang oleh ATMI, panel surya yang ideal, dan Mesin Stirling prototipe di Amerika Serikat dalam pemenuhan kebutuhan energi listrik rumah tangga yang bersumber panas matahari. Perbandingan mengutamakan kriteria rasio biaya produksi dengan daya listrik yang dihasilkan.

5.1 ANALISIS KEJADIAN DALAM PENGUJIAN MESIN STIRLING. Pada pengujian didapatkan bahwa terdapat selisih antara kalkulasi daya gas yang dapat dibangkitkan dengan daya yang dapat dilakukan pada poros cranckshaft. Dalam pengukuran diketahui air yang ditampung radiator diukur bersuhu 350C, sedangkan pada hot chamber yang menerima panas menunjukkan suhu sebesar 1550 C. Daya potensial gas yang dihasilkan sebesar 2,37 W, namun pada kenyataan yang terjadi di lapangan, kalor yang diberikan pada hot chamber mengalami kehilangan kalor kemudian dari potensial gas pada poros mekanik maupun piston hanya mampu menghasilkan daya sebesar 0,1 W. Daya yang hilang sebesar 95% dari total potensial gas yang mampu dibangkitkan. Penurunan daya yang mampu diberikan oleh gas dalam mesin disebabkan: 1. Kurang terisolasinya penerima panas/hot chamber dari udara bebas di lingkungan sekitar. Hal ini mengakibatkan kalor yang diberikan banyak terserap oleh udara bebas di lingkungan sekitar d ibandingan diserap oleh bagian penerima panas. 2. Adanya hilang pada beban inersia sistem mekanik mesin. Dengan meningkatnya beban inersia maka banyak energi potensial digunakan untuk memutar beban benda mekanik dalam mencapai kecepatan tertentu. 3. Ketidak-mampuan radiator untuk menyerap panas disebabkan adanya rongga antara hot chamber dengan radiator tersebut. Penambahan logam pada bagian yang berongga dari radiator air seperti gambar 5.1 tidak

commit to user V-1


digilib.uns.ac.id

dapat membantu peningkatan penyerapan panas. Kondisi gas sering mengalami kelebihan kalor atau over heating. Penggunaan yang sering dalam kondisi over heating meningkatkan ketidak-rapatan pada bagian ring piston karena teflon memiliki batas suhu agar tetap mampu bersifat liat, licin, dan tidak aus. 4. Pengujian dengan pembebanan awal menyebabkan pengumpulan daya secara maksimal berkurang diakibatkan lintasan pengukuran pengujian pembebanan terbatas sehingga daya yang dicapai jauh menurun. Penurunan daya diakibatkan perubahan energi yang terjad i pada displacer saat didinginkan maupun dipanaskan menjadi kurang ideal (terlalu lama pergerakan displacer). Lambatnya pergerakan displacer mengakibatkan penerimaan panas berlebihan sedangkan pelepasan panas kurang mengimbangi (permasalahan radiator yang kurang sempurna).

Gambar 5.1 Kondisi kurang idealnya radiator

5.2 ANALISIS KELAYAKAN MESIN STIRLING SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK 5.2.1 Komparasi Mesin Stirling Dengan Kompetitor Dalam melakukan komparasi dibutuhkan perbandingan yang seimbang. Dalam hal ini keseimbangan yang dicari adalah pada keseimbangan kriteria Mesin Stirling dengan kondisi low pressure yaitu Mesin Stirling milik ATMI sebesar 1 bar. Mesin Stirling yang dipakai oleh ATMI memiliki ukuran diameter 2 meter

commit to user V-2


digilib.uns.ac.id

dengan langkah sebesar 30 sentimeter. Daya yang dihasilkan oleh mesin tersebut adalah sebesar 300 watt Tabel 5.1 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan Mesin Stirling milik ATMI

no

Mesin Stirling yg dirancang (50jam)

kriteria

1 2 3 4

Volume (cc) daya yang dihasilkan (watt) normalisasi volume (cc) daya setelah normalisasi(watt) harga yang dikeluarkan disaat 5 sekarang (rupiah) rasio harga dengan energi yg 6 dihasilkan ( rupiah/wH)

81.3888 0.1 1570000 1929.012346

Mesin Stirling yg dipakai ATMI (kirakira 5 tahun tanpa perbaikan) 1570000 300 1570000 300

4545400

75000000

909080

20.83333333

Untuk mendapatkan komparasi yang berimbang, maka diperlukan rasio perbandingan antara daya dengan volume dari masing-masing Mesin Stirling. Mesin Stirling yang dirancang memiliki power volume rasio sebesar 0,0019, sedangkan Mesin Stirling yang dipakai ATMI memiliki power volume rasio 0,0001. Jika volume Mesin Stirling yang dirancang mendapatkan perlakuan normalisasi maka potensi daya yang mampu dihasilkan maksimal sebesar 1929,01 W dengan persyaratan efisiensi sama dengan kondisi Mesin Stirling yang dirancang sekarang ini. Mesin Stirling yang dirancang memiliki rasio harga dengan energi listrik yang dihasilkan sebesar Rp. 909.080,00/Wh, sedangkan Mesin Stirling yang buatan ATMI memiliki rasio harga dengan energi listrik yang dihasilkan sebesar Rp. 20,83/Wh.

Gambar 5.2 Grafik perbandingan setelah normalisasi volume mesin

commit to user V-3


digilib.uns.ac.id

Tabel 5.2 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan Mesin Stirling surya prototipe buatan Amerika

no 1 2 3

kriteria Tekanan Volume (cc) daya yang dihasilkan (W)

Mesin Stirling yg dirancang (50jam) 1 bar 81.3888 0.1

Mesin Stirling buatan US 100 bar 125 25000

harga yang dikeluarkan disaat 4 sekarang (rupiah)

4545400

1380000000

rasio harga dengan energi yg 5 dihasilkan ( rupiah/Wh)

909080

Rp. 945,21/kWh (perkiraan 20 tahun)

Pada Mesin Stirling yang dirancang terdapat perbedaan yang signifikan dengan Mesin Stirling yang ideal atau terbaik sekarang. Dengan volume ditingkatkan maupun dengan peningkatan tekanan 100 bar tetap hanya memiliki daya teoritis sebesar 15,35 watt. Fenomena yang memungkinkan terjadi adalah efisiensi yang berbeda sehingga capaian perputaran mesin maupun daya yang dicapai jauh dari perkiraan. Seperti diketahui Mesin Stirling yang dirancang hanya memiliki efisiensi total 4,3% berbeda jauh pada Mesin Stirling yang ideal memiliki efisiensi total sebesar 30%. Efisiensi total meliputi efisiensi termal maupun efisiensi mekanis. Efisiensi termal meliputi faktor besarnya kalor yang dilepaskan maupun kalor yang diserap mesin untuk membangkitkan energi potensial gas dalam mesin. Efisiensi mekanis meliputi faktor inersia mekanik mesin dan faktor gesekan pada sistem gerak. Secara efisiensi termal, Mesin Stirling yang dirancang mengalami ketidakoptimalan sistem pendingin mesin sehingga perbedaan temperatur gas yang terjadi tidak signifikan. Sistem penangkap panas masih terbuka sehingga panas yang ditangkap masih terbagi panas yang diberikan dengan lingkungan sekitar. Faktor inersia dari Mesin Stirling yang dirancang masih jauh dari harapan mengenai beban inersia yang cukup berat maupun kepresisian laju komponen mesin yang masih terdapat jeda atau tidak presisi. Faktor gesekan paling banyak berpengaruh karena saat pengujian mesin pergerakan mesin yang seret mengakibatkan gas banyak kehilangan energi kinetik akibat gesekan. Gesekan banyak terjadi pada bagian poros terhadap blok mesin, pen-pen pada piston dan pada cranckshaft, maupun gesekan ring piston terhadap boring mesin yang kurang licin.

commit to user V-4


digilib.uns.ac.id

Berdasarkan faktor biaya Mesin Stirling buatan US (bertenaga surya) mampu menghasilkan beban biaya sebesar Rp. 945,21 per kWh dengan durasi pemakaian 20 tahun jauh lebih murah daripada Mesin Stirling yang dirancang peneliti. Tabel 5.3 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan panel surya

no kriteria 1 daya (watt)

Mesin Stirling yg dirancang (50jam) 0.1

Panel surya 1KWp

909080

Rp. 2.312,50/kWh ( durasi 10 tahun)

rasio harga dengan energi yg 2 dihasilkan ( rupiah/Wh)

Terhadap panel surya yang ideal, mesin stirling yang dirancang masih tertinggal jauh antara rasio biaya dengan daya listrik yang dihasilkan. Panel surya mampu memiliki rasio biaya dengan daya sebesar Rp. 2.312,50 per kWh selama 10 tahun. Efisiensi yang dicapai panel surya tersebut mampu mencapai 15%. Panel surya yang digunakan dijual di Jakarta dalam bentuk tiap 1 buah memiliki daya sebesar 80 Wp seharga Rp. 3.000.000,00. Untuk mencapai 1 kWp membutuhkan 13 buah. Inverter yang digunakan untuk daya 1 kW seharga Rp. 6.500.000,00 (asumsi 1 USD= Rp. 9200,00). Baterai/aki yang digunakan berjenis 12 volt 90 ampere dengan penyimpanan 1 jam seharga Rp. 1.200.000,00 per buah yang membutuhkan sebanyak 8 buah.

5.2.2 Fisibilitas Pembangkit Listrik Mesin Stirling yang Dirancang Dalam percobaan menunjukkan pencapaian yang jauh dari harapan dimana Mesin Stirling yang dirancang hanya dapat menghasilkan listrik jauh dibawah nilai ekspektasi daya (EPV) yang diperkirakan. Dari segi harga yang dihabiskan dalam merancang, Mesin Stirling ini terlalu mahal untuk digunakan. Hal ini disebabkan dalam produksi menggunakan alat produksi yang sederhana dan perlu dilakukan kalibrasi. Biaya tenaga kerja yang mahal disebabkan pada keterbatasan alat produksi yang mengakibatkan tenaga kerja banyak menggunakan teknikteknik produksi yang kurang optimal, pengulangan set up alat produksi yang berubah-ubah, pengerjaan yang berulang-ulang, waktu produksi yang memakan waktu dan tenaga yang terlalu lama, serta hasil pengerjaan yang jauh dari kepresisian menyebabkan Mesin Stirling tidak dapat bekerja sesuai ekspektasi.

commit to user V-5


digilib.uns.ac.id

Idealnya Mesin Stirling yang dirancang jika dapat berjalan secara kontinyu terhadap Mesin Stirling penelitian dari Filipina adalah penggunaan 2018 tahun dan durasi waktu tersebut sangat jauh dari kata layak. Hambatan yang terjadi selama perancangan adalah: 1. Di Surakarta sulit melakukan komparasi Mesin Stirling yang sudah diuji dengan kapasitas yang sama. 2. Keterbatasan

alat

produksi

yang masih

semi-manual

sehingga

kepresisian menjadi hambatan dalam produksi maupun set up mesin produksi yang berulang-ulang. 3. Penjabaran decision tree yang masih ada ketidaktepatan dalam adjustment faktor-faktor yang dibuat peneliti utnutk memutuskan pilihan tipe Mesin Stirling sehingga perhitungan nilai ekspektasi yang muncul masih memiliki kelemahan perhitungan hasil akhir di lapangan. Untuk mencapai rancangan Mesin Stirlng yang ideal memiliki syarat kepresisian yang ketat. Kepresisian yang ketat dapat tercapai jika penggunaan alat produksi yang telah terkomputerisasi dan terkalibrasi dengan baik akan memberikan efektif dan efisien produksi tercapai. Dari efektifitas dan efisiensi produksi yang tinggi dapat menghasilkan biaya produksi yang lebih rendah, waktu produksi yang lebih sedikit, kepresisian yang lebih ketat daripada penggunaan alat produksi manual yang kurang baik. Namun untuk mencapai semua kriteria tersebut harus melakukan investasi awal yang mahal. Dari segi daya yang ideal, Mesin Stirling memiliki nilai kompetitif berdaya besar untuk mengimbangi biaya produksi yang tinggi dari tuntutan pencapaian kepresisian ketat. Mesin Stirling memiliki kerumitan produksi leb ih besar dibandingkan panel surya dikarenakan banyak dibutuhkan set up yang ideal pada Mesin Stirling agar dapat mencapai kinerja gerak mekanik yang ideal. Dari kinerja mekanik yang ideal layaknya pembangkit listrik dengan mesin bakar, Mesin Stirling baru dapat diharapkan menghasilkan energi listrik daya yang besar, efisiensi tinggi, dan kompetitif dari segi biaya maupun performa terhadap kompetitor-kompetitornya. Pada saat ini belum ada produsen Mesin Stirling yang memproduksi Mesin Stirling secara massal dan make to stock sebagai sumber pembangkit listrik untuk

commit to user V-6


digilib.uns.ac.id

konsumsi suatu daerah di dunia. Masih sebatas riset pengembangan dan optimasi teknologi Mesin Stirling pembangkit listrik dimana harga yang dihasilkan masih sangat tinggi untuk bersaing dengan kompetitor-kompetitornya. Para periset masih mencari teknik produksi, teknik material yang baik, dan teknologi-teknologi yang tepat sebagai pendamping optimasi Mesin Stirling dalam bekerja. Kelemahan-kelemahan hasil rancangan yang perlu diperbaiki adalah: 1. Perbaikan pada hot chamber yang terisolasi baik sehingga kalor yang diserap semakin baik. 2. Perbaikan pada radiator yang lebih menyatu sempurna sehingga tidak terjadi rongga ruang yang tidak tersentuh pendinginan cair. 3. Perbaikan part-part yang berhubungan dengan gesekan dan bergerak membutuhkan pembuatan dengan kepresisian ketat/toleransi ketat sehingga dapat mengurangi penurunan kinerja mesin. Mesin Stirling lebih kompetitif bersaing dengan kompetitor dengan mesin genset dibandingkan dengan panel surya dengan daya dan sumber panas yang sama disebabkan: 1. Mesin Stirling yang bersumber panas biogas (fermentasi kotoran ternak, sampah organik, ampas olahan pangan, dll) memiliki kelayakan lebih murah dalam penggunaan 20 tahun dibandingkan mesin genset berdaya sama bensin maupun solar bahkan panel surya di daerah pegunungan. Hal ini mengacu pada harga minyak bumi dari tahun ke tahun selalu meningkat akibat keterbatasan jumlah terhadap peningkatan kebutuhan. Tabel 5.4 Komparasi Mesin Stirling biogas yang ideal dengan genset bensin

no 1 2 3 4 5 6

kriteria daya (kW) sumber panas konsumsi (ltr/jam) penggunaan (tahun) harga sumber panas harga mesin

Mesin Stirling ideal biogas 10 biogas(free) 20 free 322000000

biaya perbaikan per 5 tahun (10% dari harga 7 barang) 8 infrastruktur 9 harga listrik (Rp/KWH)

32200000 25000000 271.58

commit to user V-7

mesin genset(silent) 16 bensin 3 20 4500 85560000

8556000 0 886.48


digilib.uns.ac.id

2. Biaya pembuatan cermin reflektor untuk mengumpulkan panas berdaya berdaya besar sangat mahal hingga mendekati 50% dari harga mesin tersebut Harapan yang dapat dilakukan di masa yang akan datang adalah mampu menekan biaya produksi dan performa yang kompetitif jika sudah diproduksi massal dimana mampu meningkatkan efisiensi kinerja Mesin Stirling.

commit to user V-8


digilib.uns.ac.id

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN PENELITIAN 6.1 KESIMPULAN PENELITIAN Dari perancangan yang dibuat dihasilkan beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Perancangan Mesin Stirling yang dipilih adalah Mesin Stirling tipe gamma dengan komponen cranckshaft standar, piston set standar, berpendingin air. Mesin Stirling ini dipilih karena memiliki resiko nilai ekspektasi biaya (EMV) terendah yaitu sebesar Rp. 593.500,00. 2. Mesin Stirling yang diuji menghasilkan daya sebesar 0,1 W, sedangkan nilai daya ekspektasi terendah (EPV) sebesar 0,21 W. Secara teori daya gas yang dapat dihasilkan sebesar 2,37 W. Efisiensi termal yang dapat dicapai sebesar 22,77% dan efisiensi mesin sebesar 4,3%. 3. Mesin Stirling yang dirancang masih belum layak dari segi biaya yaitu perbandingan harga terhadap performa maupun daya dihasilkan masih rendah dan masih kurang portabel dibandingkan panel surya yang sudah diproduksi massal. Mesin Stirling (50 jam) yang dirancang menghasilkan biaya listrik sebesar Rp. 909.000,00/Wh dengan kondisi menjalankan setiap 2 jam harus diistirahatkan, sedangkan panel surya berumur maksimal 10 tahun berdaya 3 kWp mampu menghasilkan biaya listrik Rp. 1378,78/kWh. Untuk Mesin Stirling ideal yang dapat dipakai yang bersumber panas biogas jauh lebih murah dibandingkan Mesin Stirling surya.

6.2 SARAN PENELITIAN Dari perancangan yang dilakukan perlu pembenahan agar tercapai kinerja yang maksimal bahkan diharapkan mampu mencapai tujuan pemenuhan kebutuhan energi listrik masyarakat. Perbaikan yang dibutuhkan sebagai berikut: 1. Tekanan yang digunakan Mesin Stirling harus diatas 1 bar. 2. Perlu perbaikan penjabaran decision tree analysis dengan komparasi beberapa ahli agar didapatkan angka probabilitas yang lebih objektif.

commit to user VI-1


digilib.uns.ac.id

3. Manufaktur membutuhkan workshop dengan teknologi tinggi dan part-part mesin membutuhkan bahan material yang terbaik untuk ketahanan durasi penggunaan panjang. 4. Memerlukan perbaikan efisiensi energi di dalam kinerja mesin baik pendinginan

mesin

maupun penyerapan panas dari sumber

dan

regenerator. 5. Memerlukan penggunaan gas mulia seperti helium untuk mampu melakukan penyerapan dan pelepasan energi secara cepat.

commit to user VI-2

ANALISIS KELAYAKAN HASIL RANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS MESIN STIRLING DENGAN DECISION TREE ANALYSIS SEBAGAI METODE PEMILIHAN TIPE MESIN

Recommend Documents