PEMBUATAN
DAN PENGUJIAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR DUA KACA MENGGUNAKAN ISOLASI KAPUK
MANUFACTURING AND TESTING OF FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR TWO GLASSES USING KAPOK TREE FIBER INSULATION
LAPORAN TUGAS AKHIR
disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Konversi Energi
Oleh: Rizky Pandu Wiguna NIM 091711058
JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
BIODATA PENULIS
DATA PRIBADI Nama
: Rizky Pandu Wiguna
Tempat, Tanggal Lahir
: Bandung, 10 Januari 1991
Jenis Kelamin
: Laki – Laki
Alamat
: Kp. Bungur RT.01 / RW.03 Desa Sirnajaya Kec. Gununghalu Kab. Bandung Barat, Kode Pos 40565
Warga Negara
: Indonesia
Agama
: Islam
Golongan Darah
:O
Nomor Telepon
: +6285659172754
Email
:
[email protected]
RIWAYAT PENDIDIKAN
Periode
Sekolah/Institusi
Jurusan
Jenjang
2009 - 2012
Politeknik Negeri Bandung
Teknik Konversi Energi
D3
2006 - 2009
SMA Negeri 2 Cimahi
IPA
SMA
2003 - 2006
SMP Negeri 2 Gununghalu
-
SMP
1997 - 2003
SD Negeri 2 Gununghalu
-
SD
KATA PENGANTAR
Puji serta syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan judul “PEMBUATAN DAN PENGUJIAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR DUA KACA MENGGUNAKAN ISOLASI KAPUK”. Tugas Akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III di Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung.
Dalam pembuatan laporan Tugas Akhir ini penulis telah berusaha semaksimal mungkin, namun penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan dan keterbatasan dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini. Untuk itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk perbaikan laporan Tugas Akhir ini di masa yang akan datang.
Akhir kata penulis berharap semoga laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat berupa pengetahuan kepada semua pihak dan pengembang ilmu energi.
Bandung, Juli 2012
Penulis
i
LEMBAR UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini baik secara moral maupun spiritual berupa bimbingan, arahan, doa dan motivasi. Ucapan terima kasih penulis tunjukkan kepada :
1) Kedua orang tua yang selalu memberi dukungan berupa moral, material dan spiritual.
2) Bapak Maridjo selaku dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3) Ibu Ika Yuliyani selaku dosen Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4) Bapak Aceng Daud selaku ketua Jurusan Teknik Konversi Energi.
5) Bapak Teguh Sasono selaku koordinator Tugas Akhir. 6) Bapak Apip Pudin selaku wali kelas 3A Konservasi Energi. 7) Fani Rizky Septiyoana orang yang selalu menghibur, memberikan dukungan, motivasi dan semangat. 8) Wendy Dharmawan dan Beny Cahyadi selaku rekan kelompok Tugas Akhir yang telah berbagi suka dan duka serta menghadapi berbagai hambatan selama proses pembuatan dan pengujian alat. 9) Teman-teman mahasiswa Teknik Konversi Energi angkatan 2009 atas kebersamaan, kerjasama, dukungan dan yang selalu memberikan motivasi bagi penulis. 10) Teman-teman di Himpunan Mahasiswa Teknik Energi (HMTE) yang telah memberikan motivasi bagi penulis. 11) Bapak Jenal Mustopa selaku teknisi Lab Pembangkit Energi Hidro Teknik Konversi Energi (Lab Bawah) yang telah membantu proses pembuatan alat. 12) Bapak Uyep selaku staf Lab Pembangkit Energi Terbarukan Jurusan Teknik Konversi Energi (Lab Surya) yang telah memberikan waktunya menemani penulis melakukan pengujian alat. 13) Seluruh dosen, instruktur laboratorium dan staf administrasi Jurusan Teknik Konversi Energi serta semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu yang telah membantu penulis.
ii
ABSTRAK
Salah satu sumber energi yang melimpah di Indonesia adalah energi matahari. Pemanfaatan sederhana dari energi matahari adalah sebagai sumber energi pada pemanas air surya. Untuk memanfaatkan energi matahari tersebut dibutuhkan sebuah kolektor surya. Kolektor surya tersebut menyerap energi radiasi dari matahari dan mengkonversikannya menjadi panas pada pipa-pipa air. Penggunaan dua buah kaca penutup pada kolektor surya bertujuan untuk mencegah panas yang diterima kolektor dari matahari tidak hilang ke lingkungan pada bagian atas kolektor. Penggunaan isolasi kapuk pada bagian bawah pelat penyerap bertujuan untuk mencegah panas pada pelat penyerap tidak hilang ke lingkungan. Pengujian untuk mengetahui efisiensi kolektor berpatokan pada standar ASHRAE 93-97 dan dilakukan mulai pukul 10.00 sampai pukul 14.00 dengan periode pengambilan data selama 15 menit. Dari hasil penelitian diketahui bahwa efisiensi kolektor surya dipengaruhi oleh intensitas radiasi matahari yang mengenai kolektor, temperatur air masuk dan temperatur air keluar. Efisiensi tertinggi yang dicapai oleh kolektor surya yang dibuat o adalah sebesar 64,27% dengan temperatur air keluar sebesar 51,6 C.
Kata Kunci : Kolektor Surya, Isolasi Kapuk, ASHRAE 93 – 97, Efisiensi
iii
ABSTRACT
One of the largest energy source in Indonesia is solar energy. The simple utilisation of
solar energy as an energy source on the solar water heater. To make use of solar energy would require a solar collector. The solar collectors absorb radiant energy from the Sun and convert them into heat on water pipes. Use two pieces of glass cover on solar collector aims to prevent the heat from a solar collector are received is not lost to the environment at the top of the collector. The use of kapok tree fiber insulation on the bottom of the absorbent plate aims to prevent heat in absorbent plate is not disappear in to the environment. Testing to determine the efficiency of the collector based on ASHRAE standard 93-97 and carried out starting at 10: 00 a.m. until 2: 00 pm with a period of data retrieval for 15 minutes. From the results of the study revealed that the efficiency of a solar collector is affected by the intensity of the solar radiation on the collector, water temperature in and water temperature out. Highest efficiency reached by solar collector is 64,27% with water temperature out of 51.6 °C.
Key Words : Solar Collector, Kapok Tree Fiber Insulation, ASHRAE 93 – 97, Efficiency
iv
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ...................................................................................................
i
LEMBAR UCAPAN TERIMA KASIH .......................................................................
ii
ABSTRAK .................................................................................................................... iii .................................................................................................................... iv ABSTRACT DAFTAR ISI .................................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ......................................................................................................... viii ............................................................................................. BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang .............................................................................................
1
1.2 Tujuan ..........................................................................................................
2
1.3 Rumusan Masalah ........................................................................................
2
1.4 Batasan Masalah ..........................................................................................
2
1.5 Metodologi ...................................................................................................
2
1.6 Sistematika Penulisan ..................................................................................
3
BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................................
4
2.1 Kolektor Surya .............................................................................................
4
2.1.1 Jenis-jenis Kolektor Surya .................................................................
4
2.1.2 Pipa Fluida .........................................................................................
8
2.2 Radiasi Matahari .......................................................................................... 10 2.2.1 Jenis-jenis Radiasi ............................................................................. 11 2.2.2 Sifat-sifat Radiasi ............................................................................... 11 2.2.3 Sifat-sifat Cahaya ............................................................................... 12 2.2.4 Radiasi Benda Hitam ......................................................................... 14 2.3 Isolator Pada Kolektor Surya ....................................................................... 16 2.3.1 Isolator Kapuk ................................................................................... 18 2.4 Perhitungan Efisiensi Kolektor Surya Pelat Datar ....................................... 19 2.4.1 Energi yang Diberikan Kolektor ke Air ............................................. 19 2.4.2 Energi yang Diterima Kolektor ......................................................... 20 2.4.3 Efisiensi Kolektor Surya (%) ............................................................. 20 BAB III PROSES PEMBUATAN DAN PROSEDUR PENGUJIAN ALAT .............. 21 3.1 Tahapan Pembuatan Alat ............................................................................. 21 3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan ................................................................. 21 3.2.1 Alat yang Digunakan ......................................................................... 21 3.2.2 Bahan yang Digunakan ...................................................................... 22 v
3.3 Desain Kolektor Surya ................................................................................. 22 3.4 Proses Pembuatan Kolektor Surya ............................................................... 24
3.4.1 Proses Pembuatan Rangka Kolektor dan Rangka Kaca Penutup ...... 24 3.4.2 Proses Pembuatan Kotak Kolektor Surya .......................................... 25
3.4.3 Proses Pembuatan Pipa Air (Water Tube) .......................................... 26
3.4.4 Proses Pembuatan Pelat Penyerap ..................................................... 28 3.4.5 Proses Pemasangan Setiap Komponen .............................................. 28
3.5 Spesifikasi Kolektor Surya yang Dibuat ...................................................... 29
3.6 Standar Pengujian Alat ................................................................................ 30 3.7 Peralatan Pengujian Kolektor Surya ............................................................ 30
3.8 Prosedur Pengujian Alat .............................................................................. 32 3.8.1 Pengukuran Intensitas Radiasi Matahari ........................................... 32
3.8.2 Pengukuran Laju Aliran Air .............................................................. 33 3.8.3 Pengukuran Temperatur ..................................................................... 33 3.9 Parameter Pengujian dan Tabulasi Data ...................................................... 33 BAB IV ANALISA DATA ........................................................................................... 35 4.1 Data Pengujian ............................................................................................. 35 4.1.1 Data Pengujian dengan Keadaan Cuaca Cerah .................................. 35 4.1.2 Data Pengujian dengan Keadaan Cuaca Kurang Cerah ..................... 36 4.2 Perhitungan Efisiensi Kolektor .................................................................... 37 4.2.1 Data Pengujian dengan Keadaan Cuaca Cerah .................................. 37 4.2.2 Data Pengujian dengan Keadaan Kurang Cerah ................................ 39 4.3 Analisa Grafik .............................................................................................. 43 4.3.1 Waktu terhadap Intensitas Radiasi Matahari ..................................... 43 4.3.2 Waktu terhadap Temperatur Air Masuk dan Temperatur Air Keluar 44 4.3.3 Waktu terhadap Temperatur Pelat ..................................................... 45 4.3.4 Waktu Terhadap Temperatur Pelat, Temperatur Kaca Luar dan Temperatur Kaca Dalam ................................................................... 46 4.3.5 Waktu terhadap Temperatur Pelat dan Temperatur Air Keluar ......... 47 4.3.6 Waktu Terhadap Efisiensi ................................................................. 48 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................ 49 5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 49 5.2 Saran ............................................................................................................ 49 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 50 LAMPIRAN
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Penampang Melintang Kolektor Surya Pelat Datar Sederhana ................. 5
Gambar 2.2 Konsetrator ................................................................................................ 6
Gambar 2.3 Evacuated Tube Collector ......................................................................... 7 Kolektor Surya Tipe Trickle Collector ...................................................... 7 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Kolektor Surya Tipe Thermal Trap Collector ........................................... 7
Gambar 2.6 Kolektor Surya Tipe Standard Collector ................................................... 8 Gambar 2.7 Pipa Fluida Berbentuk Paralel ................................................................... 8 Pipa Fluida Berkelok (Serpentine) ............................................................. 9 Gambar 2.8
Gambar 2.9 Sudut Datang dan Sudut Pantul Pada Bidang Datar .................................. 12
Gambar 2.10 Muka Gelombang Pada Peristiwa Pembiasan ......................................... 13 Gambar 2.11 Pemantulan Teratur dan Baur (Difus) ...................................................... 14 Gambar 2.12 Pohon Kapuk dan Serat Kapuk Jenis Super ............................................ 19 Gambar 3.1 Desain Kolektor Surya Tampak Atas dan Tampak Samping .................... 23 Gambar 3.2 (a) Desain Rangka Penutup Kaca .............................................................. 24 Gambar 3.2 (b) Rangka Penutup Kaca yang Dibuat ..................................................... 25 Gambar 3.3 (a) Desain Kotak Kolektor Surya .............................................................. 25 Gambar 3.3 (b) Kotak Kolektor Surya yang Dibuat ...................................................... 26 Gambar 3.4 (a) Desain Pipa-pipa Air ............................................................................ 27 Gambar 3.4 (b) Pipa-pipa Air yang Telah Dibuat ......................................................... 27 Gambar 3.5 Pelat Penyerap ........................................................................................... 28 Gambar 3.6 Piranometer ................................................................................................ 30 Gambar 3.7 Termometer ................................................................................................ 31 Gambar 3.8 Gelas Ukur ................................................................................................. 31 Gambar 3.9 Stopwatch ................................................................................................... 32 Gambar 3.10 Anemometer ............................................................................................ 32 Gambar 3.11 Skema Penempatan Alat Ukur ................................................................. 34 Gambar 4.1 Grafik Waktu terhadap Intensitas Radisai Matahari .................................. 43 Gambar 4.2 Grafik Waktu terhadap Temperatur Air Masuk dan Temperatur Air Keluar .................................................................................................. 44 Gambar 4.3 Grafik Waktu terhadap Temperatur Pelat .................................................. 45 Gambar 4.4 Grafik Waktu terhadap Temperatur Pelat, Temperatur Kaca Luar dan Temperatur Kaca Dalam ............................................................................ 46 Gambar 4.5 Grafik Waktu terhadap Temperatur Pelat dan Temperatur Air Keluar ..... 47 Gambar 4.6 Grafik Waktu terhadap Efisiensi ............................................................... 48 vii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Satuan Lain untuk Konstanta Surya .............................................................. 11
Tabel 2.2 Emisivitas Total Normal Berbagai Permukaan ............................................. 15 Tabel 2.3 Nilai Konduktivitas Termal Beberapa Bahan Material ................................. 16
Tabel 2.4 Jenis – jenis Bahan Siolasi dan Penerapannya .............................................. 17
Tabel 4.1 Data Pengukuran Kolektor Surya Hari Sabtu Tanggal 16 Juni 2012 ............ 35
Tabel 4.2 Data Pengukuran Kolektor Surya Hari Senin Tanggal 16 Juli 2012 ............. 36
Tabel 4.3 Data Hasil Perhitungan Kolektor Surya Hari Sabtu Tanggal 16 Juni 2012 .. 41 Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kolektor Surya Hari Senin Tanggal 16 Juli 2012 ... 42
viii
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Wiranto. Teknologi Rekayasa Surya. PT Pradnya Paramita. Jakarta.1995.
Holpman, J.P. Perpindahan Kalor Edisi ke Enam.Penerbit Erlangga.Jakarta.1994 Kreith.Frank and Kreider,Jan F.Principles of Solar Engineering. New York : McGraw Hill Book. 1978. Kristanto, P., San,Y.K. ( Oktober 2001). “ Pengaruh Tebal Plat dan Jarak Antar Pipa Terhadap Performansi Kolektor Surya Plat Datar”. Vol.3, hal. 47-51. Maridjo (1995), Petunjuk Praktikum Mein Konversi Energi: Untuk Mahasiswa Teknik Energi, P3P, Bandung. Matlida,dkk. Desain Kolektor Plat Datar (Flat Plate) Untuk Pemanas Air. UGM. Yogyakarta. 2006 Salihamid, Hasan. 2011. Modifikasi Solar Water Heater Jenis Kolektor Plat Datar Dengan Jarak Kaca ke Plat 200 mm Menggunakan Dua Kaca Penutup di Lab Teknik Konversi Energi. Jurusan Teknik Konversi Energi. Politeknik Negeri Bandung. Zakaria, Dias. 2006. Modifikasi Dan Pengujian Solar Water Heater Dengan Satu Dan Dua Kaca Penutup. Jurusan Teknik Konversi Energi. Politeknik Negeri Bandung. Intisolar (diakses tanggal 12 Juni 2012). “Kolektor Flat”. http://www.intisolar.com/news/kolektor_flat.html Kapukrandukaraban-pati (diakses tanggal 15 Juni 2012). “Kapuk Yarn-Benang Kapuk” http://kapukrandukaraban-pati.blogspot.com/2011/07/kapuk-yarn-benang-kapuk.html Wikipedia (diakses tanggal 1 Juli 2012). “Kapuk Randu”. http://id.wikipedia.org/wiki/Kapuk_randu
50
