PEMBUATAN KOLEKTOR PARABOLIK DENGAN DUA LALUAN UNTUK PEMANAS AIR DENGAN TEMPERATUR KELUARAN 80 ℃
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh PANSKINTI OKTONAEL SUMARLIN WARUWU NIM. 1105051030
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
DAFTAR ISI Halaman SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ...................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN ..........................................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN ...........................................................................
iv
LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................
v
KATA PENGANTAR ....................................................................................
vi
DAFTAR ISI ...................................................................................................
viii
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
xi
INTISARI .......................................................................................................
xii
ABSTRACT ....................................................................................................
xiii
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN A. LatarBelakang ...........................................................................
1
B. Rumusan Masalah .....................................................................
2
C. Tujuan Pembuatan Tugas Akhir ...............................................
3
D. Manfaat Pembuatan TugasAkhir ...............................................
3
E. MetodePengumpulan Data ........................................................
3
F. SistematikaPenulisan ................................................................
4
LANDASAN TEORI A. SejarahKolektor .........................................................................
5
B. Aplikasi Energi Surya ...............................................................
5
C. Radiasi Surya ............................................................................
6
1. Matahari ..............................................................................
6
2. Konstanta Matahari .............................................................
7
3. Pengukuran radiasi Surya permukaan Horizotal ................
8
a. Terminologi ....................................................................
8
xi
b. Instrumentasi ..................................................................
10
4. Posisi Matahari .....................................................................
12
D. Perhitungan Energi Surya ..........................................................
17
E. Sudut Surya ...............................................................................
18
F. Mekanisme Perpindahan Panas ................................................
19
1. Konduksi .............................................................................
19
2. Konveksi .............................................................................
19
3. Radiasi ................................................................................
20
G. Aliran Fluida Dalam Pipa .........................................................
22
1. Jenis – jenis Aliran .............................................................
22
a. Aliran Laminar ...............................................................
22
b. Aliran Turbulen ..............................................................
22
2. Bilangan Reynolds ..............................................................
23
H. Jenis – Jenis Kolektor ..............................................................
24
1. Kolektor Datar ....................................................................
24
2. Kolektor pengkonsentrasian ...............................................
25
3. Foto Foltaik .........................................................................
26
4. Kolektor Parabolik...............................................................
27
BAB III PERANCANGAN PEMBUATAN KOLEKTOR PARABOLIK A. Pendahuluan ..............................................................................
29
B. Dasar Idealisasi dan Data Perancangan ....................................
29
C. Desain Termal Secara Teoritis ..................................................
30
1. Panas Yang Dibutuhkan Kolektor ......................................
30
2. Luas Kolektor Yang Dibutuhkan ........................................
32
3. Panjang Permukaan panas Yang Dibutuhkan......................
32
D. Desain Kontruksi .......................................................................
35
1. Pemilihan bahan Srata Keperluan Yang Dibutuhkan ..........
35
2. Perencanaan dan Pembuatan bagian Utama Kolektor parabolik ..............................................................................
35
a. Perencanaan dan Pembuatan Kerangka Parabolik ..........
35
b. Pemasangan Plat Seng Pada Kerangka ...........................
36
xi
c. Pemilihan Kaca Penutup .................................................
37
d. Perencanaan Pipa Absorber ............................................
38
e. Perencanaan Dudukan Kolektor......................................
38
f. Pemasangan Seluruh Bagian Kolektor ............................
39
g. Diagram Proses Terjadinya Air Panas ............................
40
BAB IV ANALISA DATA
BAB V
A. Data HasilPengujianAlat ...........................................................
42
B. Perhitungan Data Pengujian ......................................................
46
PENUTUP A. Kesimpulan...............................................................................
48
B. Saran ........................................................................................
48
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Persamaan Untuk Perhitungan Surya ............................................... 18 Tabel 4.1 Data Pengujian Transmisifitas Kaca ................................................ 42 Tabel 4.2 Data Pengujian Kolektor Hari Pertama ............................................ 43 Tabel 4.3 Data Pengujian Kolektor Hari Kedua .............................................. 44 Tabel 4.4 Data Pengujian Kolektor Hari Ketiga .............................................. 45
xii
INTISARI
Matahari merupakan sumber energi yang cukup potensial dan dapat dikatakan sebagai sumber energi yang tidak akan habis. Sumber energi yang bersifat kontiniu dan berjumlah besar adalah energi surya. Disamping semakin tingginya kebutuhan energi di tengah – tengah masyarakat, maka pemakaian energi atau pemanfaatan energi alternatif menjadi topik yang banyak dibicarakan. Dalam membantu manusia untuk memenuhi kebutuhan akan energi ini, maka diancanglah sebuah kolektor parabolik sebagai pemanas air dengan memfokuskan sinar matahari pada pipa tembaga atau pipa absorber sepanjang 2,6 m dan luas kolektor 5,2 m² untuk memperoleh pancaran radiasi maksimum dari matahari dengan intensitas sebesar 600 W/m² yang dapat menghasilkan temperatur air sebesar 77℃ dan volume 10 ml/s. Penggunaan kolektor ini mempunyai keuntungan yaitu membantu bahan bakar minyak dan pengurangan konsumsi listrik serta tidak menimbulkan polusi.
Kata Kunci : Penghematan, Energi, Kolektor.
ABSTRACT
The sun is enough source potential and we can say as energy source which wil not finished. Energy source having the character of continue and amount to large is solar energy. Beside excelsior of requirement of medial energy of society, hence usage of energy or exploiting of alternative energy become topic which discussed many. In assisting of man in fulfilling this dissocation energy diatomic requirement to, hence designed by a collector of absorber with length 2,6 m and plane level 5,2 m² to obtain get maximum emission of radiation of sun radiant exposure 600 W / m² and about is result temperature 77℃ and volume 10 ml/s. Usage of this collector have advantage that is assisting materials of fuel and reduction of consumption of listric and also do not generate polutan.
Keyword : Thrift, Energy, Collector.
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Saat ini kebijakan pemerintah dalam rangka pemulihan ekonomi, Indonesia kini menaikkan harga BBM dan mengurangi subsidi. Seperti yang kita ketahui SUMBAGUT (Sumatera Bagian Utara ) sedang mengalami krisis listrik. Salah satu cara untuk berperan serta dalam mendukung hal ini adalah menganjurkan kepada masyarakat agar menghemat energi dan memanfaatkan langsung energi surya melalui suatu kolektor parabolic untuk memanaskan air. Kolektor parabolic merupakan suatu fenomena spekular pada permukaan parabolic. Yang terbuat dari stenless bila diarahkan pada sinar surya maka seluruh komponen sorotan yang diterima akan dipantulkan kembali ke sebuah titik yang disebut fokus. Absorber atau pipa-pipa tembaga sepanjang 2,5 meter yang ditempatkan di sekitar fokus dapat memunculkan temperatur medium lebih kurang80ºC karena pemusatan sinar radiasi surya itu menghasilkan panas yang sangat besar. Pada umumnya air panas dibutuhkan oleh masyarakat luas untuk berbagai keperluan, misalnya untuk mandi dan mencuci barang yang berlemak akan lebih mudah melarutkannya dengan sabun menggunakan air hangat dibandingkan dengan meggunakan air dingin. Pada umumnya air panas diperoleh dengan memasak air dengan menggunakan bahan bakar. Perlu diketahui bahan bakar fosil yang akan menimbulkan polusi udara yaitu terbentuknya CO, Nox, Sox dan senyawa kimia yang sangat berbahaya. Selain bahan bakar jenis ini merupakan sumber energi yang tidak dapat dikembangkan sehingga suatu saat akan habis maka, perlu dicari sumber energi yang alternatif. Energi radiasi matahari merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan guna mengurangi pemakaian energi fosil. Matahari merupakan salah satu planet luar angkasa yang membangkitkan energi sendiri yang tidak terhabiskan. Energi radiasi matahari yang tersedia diluar atmosfer dikenal dengan konstanta surya sebesar 1353 W/
dikurangi dengan
1
intesitasnyaoleh penyerapan pantulan atmosfer sebelum mencapai permukaan bumi. Suatu karunia indah bahwa Indonesia terletak di garis khatulistiwa yang mendapatkan sinar matahari sepanjang tahun, sehingga bentuk energi surya ini dapat dimanfaatkan sebagai energi alternatif. Energi radiasi matahari dapat dimanfaatkan untuk memanaskan air digunakan suatu perangkat pengumpul energi radiasi matahari yang sampai pada permukaan bumi dan mengubahnya menjadi panas yang berguna. Perangkat ini disebut kolektor surya salah satu diantaranya adalah kolektor surya tipe parabolic. Kolektor surya tipe parabolic ini digolongkan sebagai kolektor surya plat datar dengan permukaan cekung. Prinsip kerjanya adalah dengan memfokuskan panas yang diterima dari matahari pada suatu titik sehingga besar panas yang dapat menggantikan panas dari kompor minyak atau bahan bakar. Sebagai titik tolak dari perhitungan geometris dari kolektor diantaranya luasan permukaan kolektor, kemiringan terhadap intensitas radiasi matahari langsung, suhu air yang dipanaskan, pengukuran energi perhari dan energi yang dihasilkan perhari. Bertolak dari alasan di atas penulis berusaha merancang sebuah peralatan sederhana yang berfungsi untuk memanaskan air dengan memanfaatkan energi panas matahari. Peralatan ini disebut kolektor parabolic dengan dua laluan untuk pemanas air yang dapat berguna untuk kalangan rumah tangga dan untuk industri dengan fungsi yang sama.
B. Rumusan Masalah Dalam merancang solar thermal dengan menggunakan pemanas surya tipe parabolic dengan dua laluan memberikan batasan masalah tentang hal – hal yang dibahas antara lain: 1. Bagaimana menentukan dimensi masing – masing komponen peralatan ? 2. Bagaimana menghitung energi surya yang dihasilkan ? 3. Bagaiman menghitung analisa biaya dalam pembuatan peralatan ? 4. Bagaimana menyimpulkan hasil kerja peralatan ?
2
C. Tujuan Pembuatan Tugas Akhir Adapun tujuan dari pembuatan proyek rancang bangun ini adalah : 1. Untuk menentukan komponen kolektor parabolic untuk pemanas air. 2. Untuk menghitung energi surya yang dihasilkan panas matahari. 3. Untuk menghitung analisa biaya dalam pembuatan sebuah kolektor parabolic.
D. Manfaat Pembuatan Tugas Akhir Hasil dari rancang bangun pada tugas akhir ini bermanfaat untuk berbagai pihak adalah : 1. Diharapkan bermanfaat bagi kalangan rumah tangga dan kalangan bisnis perhotelan dan properti sebagai pemanas air. 2. Manfaat ilmu pengetahuan dan teknologi untuk mengembangkan energi alternatif dengan teknologi sederhana yang dapat mengurangi penggunaan energi fosil. 3. Manfaat bagi Politeknik Negeri Medan Jurusan Teknik Mesin terutama Program Studi Teknik Konversi Energi khususnya adalah untuk membuka pola pikir dan kreativitas mahasiswa dalam merancang suatu peralatan yang memanfaatkan energy matahari sebagai sumber alternatif. 4. Membantu para pembaca dalam mengembangkan pemanfaatan energi surya dan menambah pengetahuan bagi yang berminat memodifikasi alat ini.
E. Metode Pengumpulan Data Metode penulisan tugas akhir ini dilakukan penulis dalam menyelesaikan rancang bangun ini adalah : 1. Studi pustaka yaitu mempelajari buku – buku referensi, literatur didalam melengkapi teori yang berhubungan dengan peralatan ini. 2. Ilmu yang diperoleh dari bangku perkuliahan mengenai energi alternatif. 3. Konsultasi dan bimbingan kepada dosen pembimbing dan dosen – dosen yang berhubungan dengan rancang bangun ini.
3
4. Diskusi dengan teman – teman.
F. Sistematika Penulisan Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman, maka penulis membuat sistematika penulisan dalam laporan tugas akhir ini sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN Terdiri dari latar belakang, rumusan masalah, tujuan pembuatan tugas akhir, manfaat pembuatan tugas akhir, metode pengumpulan data, dan sistematika penulisan tugas akhir.
BAB II DASAR TEORI Bab ini berisikan tentang dasar teori yang digunakan yaitu sejarah kolektor, aplikasi energi surya, radiasi surya, perhitungan energi surya, sudut surya, nilai isolasi surya, mekanisme perpindahan panas, dan jenis –jenis kolektor.
BAB III PERANCANGAN PEMBUTAN KOLEKTOR PARABOLIC Bab ini berisi tentang dasar idealisasi dan data perancangan, desain thermal data pengujian alat secara teoritis dan konstruksi.
BAB IV ANALISA DATA Bab ini berisikan hasil data pengujian yang diperoleh dari setiap pengujian alat dan analisa data pembuatan tugas akhir.
BAB V
PENUTUP
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
4
