PENENTUAN EFISIENSI DARI ALAT PENGERING SURYA TIPE KABINET BERPENUTUP KACA

PENENTUAN EFISIENSI DARI ALAT PENGERING SURYA TIPE KABINET BERPENUTUP KACA Meilisa, Maksi Ginting, Antonius Surbakti Mahasiswa Program S1 Fisika Bidang Fisika Energi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Kampus Bina Widya Pekanbaru, 28293, Indonesia [email protected] ABSTRACT The efficiency of enclose glass cabinet solar dryer has been determined experimentally. Solar dryer is composed of main protector box component an insulator absorber plate and a cover transparent. The colector used the enclose glass plane plat collector. Data was collected within 14 days starting from 09.00 AM until 3.00 PM with one hour time interval. This experiment was done by placing the solar dryer on the collector surface perpendicular to solar radiation, and then measured the beam radiation intensity, absorption, transmitivity and efficiency of solar collector by using a lux meter and mercury thermometer. The value of average efficiency for solar dryer type glass enclosed cabinet is from 30,47 % until 56,13 %. This shows that the efficiency value relies on radiation achieved to the collector . Keywords : solar dryer, efficiency, sun radiation

ABSTRAK Telah dilakukan penelitian penentuan efisiensi pada alat pengering surya tipe kabinet berpenutup kaca. Alat pengering surya tipe kabinet berpenutup kaca dibuat dan disusun dari komponen dasar seperti kotak pelindung, pelat penyerap, isolator, dan penutup transparan. Kolektor yang digunakan yaitu kolektor pelat datar berpenutup kaca. Pengambilan data dilakukan selama 14 hari pengamatan mulai pukul 09.00 WIB hingga 15.00 WIB dalam setiap selang waktu pengamatan satu jam. Eksperimen dilakukan dengan cara meletakkan alat pengering surya didaerah matahari bebas jatuh secara tegak lurus kepermukaan kolektor, kemudian dilakukan pengukuran intensitas radiasi matahari datang, absorpsitivitas, reflektifitas, transmisitivitas dan efisiensi kolektor surya dengan menggunakan lux meter dan termometer air raksa. Besar nilai efisiensi rata-rata selama pengukuran untuk alat pengering surya tipe kabinet berpenutup kaca adalah sebesar 30,47% sampai 56,12%. Hasil ini menunjukkan bahwa nilai efisiensi sangat tergantung pada radiasi matahari yang diterima oleh kolektor. Kata kunci : alat pengering surya, efisiensi, energi surya

Repositori FMIPA

1

PENDAHULUAN Energi merupakan sumber tenaga untuk melakukan usaha atau suatu aktivitas untuk menggerakkan suatu benda, oleh karena itu tidak ada aktivitas di alam raya ini bergerak tanpa sumber energi. Energi matahari merupakan salah satu sumber energi yang mempunyai jumlah yang tidak terbatas sehingga merupakan sumber cadangan energi terbesar dibumi. Oleh sebab itu, energi matahari selalu mendapat perhatian untuk diteliti dan dikembangkan dalam berbagai tujuan (Yani, 2009). Salah satu pemanfaatan dari energi radiasi matahari yang umum digunakan adalah sebagai alat pengering surya. Sistem pengering tenaga surya tipe kabinet adalah suatu sistem pengering yang sesuai digunakan untuk mengeringkan hasil pertanian seperti biji kopi, pisang, dan singkong. Sistem pengeringan ini lebih menguntungkan dibandingkan dengan cara konvensional karena bahan akan terhindar dari kotoran luar, debu, tiupan angin kencang, dan hujan Alat pengering surya terbagi dari beberapa jenis tergantung pada model spesifikasi tipe rancangannya. Salah satu model rancangan adalah tipe kabinet berpenutup miring yang merupakan salah satu contoh pemanfaatan energi surya yang dapat diperbaharui (Thamrim, I. 2011). Alat pengering surya ini bersifat ramah lingkungan, karena tidak membutuhkan peralatan seperti listrik, generator ataupun bahan bakar lainnya maupun biomassa. Alat pengering surya tipe kabinet merupakan alat yang hanya mengandalkan pasokan seluruh sumber energinya dari matahari, karena wilayah Indonesia memiliki potensi energi matahari yang cukup besar sebagai negara tropis. Alat pengering ini terdiri dari dua bagian yaitu kolektor surya dan ruang pengering. Ruangan pengering ini dihubungkan dengan kolektor pelat datar yang berfungsi sebagi pengubah energi Repositori FMIPA

surya menjadi bentuk energi termal yang terkumpul didalam ruangan pengering. Udara panas yang relatif ringan dibanding udara di ruang pengering mengalir ke ruang pengering untuk menguapkan air pada bahan. Udara pada ruang pengering mengalir ke bagian atas ruang pengering dan keluar melalui celah ventilasi udara Pada proses pembuatan dan pengujian alat pengering surya tipe kabinet berpenutup miring menggunakan kaca transparan. Berdasarkan uraian diatas, maka akan dilakukan penelitian menggunakan alat pengering surya tipe kabinet berpenutup miring. Pada penelitian ini dilakukan pengukuran dan penghitungan efisiensi dari kolektor surya yang digunakan untuk tujuan pengeringan. METODE PENELITIAN Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen. Penjelasan tentang metode penelitiannya secara jelas dapat dilihat pada Gambar 1. Penelitian diawali dengan dilakukannya pembuatan alat, selajutnya melakukan pengambilan data. Alat pengering surya tipe kabinet dibuat dengan menggunakan kolektor pelat datar dengan ukuran panjang 180 cm x 120 cm tinggi bagian belakang 150 cm dan bagian depan 30 cm. Kolektor pelat datar dibuat berdindingkan papan dan beralaskan triplek. Kolektor pelat datar yang digunakan langsung terhubung didalam ruang pengering. Pelat penyerap terbuat dari aluminium dengan ketebalan 0,4 mm, bagian permukaan diberi cat berwarna hitam supaya menambah daya serap panas yang diterima. Seng pelat yang sudah dicat hitam kemudian diletakkan di atas sebagai penutup kolektor dan dilapisi dengan busa sebagai isolatornya dengan ketebalan 10 cm, untuk penutupnya digunakan kaca transparan dengan ketebalan kaca 5 mm.

2

Kaca/plastik Kaca/plastik

cerobong 50 cm

150 cm Kolektor Kolektor Pelat pelat datar Datar

isolator

120 cm

20 cm

cm cm 1010cm

180 cm 180 cm Gambar 1. Alat Pengering Surya

Penelitian ini dilakukan di lapangan terbuka, sehingga energi surya dapat langsung mengenai alat pengering. Penelitian dilakukan selama 14 hari, mulai dari jam 09.00 dengan mempersiapkan alat dan pengaturan semua variabel awal dan disinari matahari selama 1 jam dimana pengambilan data awal untuk setiap hari pengamatan dimulai pada pukul 10.00 – 15.00 WIB dengan selang waktu pengukuran satu jam. Penelitian ini menggunakan alat lux Meter untuk menentukan intensitas radiasi matahari, Anemometer untuk mengukur kecepatan angin, dan termometer air raksa untuk mengukur suhu kolektor dan suhu sekitar lingkungan. Besar radiasi datang yang tegak lurus ke permukaan cermin akibat dari pemantulan langsung ke bumi (difusse) disebut radiasi ekstraterestrial. Radiasi ekstraterestrial pada permukaan horizontal dinyatakan dengan persamaan ( Duffi dan Beckman, 1980 ). Indeks kecerahan (Ik) merupakan perbandingan antara intensitas radiasi matahari yang diukur memakai alat Repositori FMIPA

dengan intensitas radiasi matahari hasil perhitungan yang dapat dinyatakan dengan persamaan :

(2)

(3) HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengamatan secara keseluruhan dari penelitian ini ditampilkan dalam bentuk tabel data dan grafik. Data yang ditampilkan adalah nilai rata-rata dari 14 hari pengamatan setiap selang waktu 60 menit selama 6 jam setiap satu hari, kemudian dari data tersebut dibuat grafik hubungan yang terdapat pada data terhadap waktu pengamatan. 3

Tabel 1. Hasil data rata-rata dari intensitas radiasi surya No. 1 2 3 4 5 6 a.

Waktu Pengamatan (WIB) 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00

I (W/m2)

Io (W/m2)

Id (W/m2)

Ib (W/m2)

Ik

403,75 487,31 555,11 538,03 493,34 412,41

1043,61 1218,40 1308,53 1308,53 1218,40 1043,61

340,59 396,73 430,07 429,17 399,16 341,34

63,17 90,58 125,04 108,85 94,18 71,07

0,3869 0,3999 0,4242 0,4111 0,4055 0,3952

Intensitas radiasi matahari dan indeks kecerahan

Intensitas radiasi matahari dan indeks kecerahan rata-rata yang dihitung menggunakan persamaan (1) selama 14 hari pengamatan terhadap waktu dapat dilihat pada Tabel 1 dan digambarkan dalam bentuk grafik pada Gambar 2, selanjutnya untuk indeks kecerahan dihitung dengan persamaan (2). Berdasarkan data rata-rata pada Tabel 1 dapat diplot grafik hubungan antara intensitas radiasi surya terhadap waktu pengamatan. Pada Gambar 2 memperlihatkan bahwa keadaan intensitas naik secara perlahan dari pukul 10.00 WIB hingga mencapai maksimum pada pukul 12.00 WIB dengan nilai intensitas radiasi surya rata-rata masing-masing yaitu intensitas radiasi global 555,11 (W/m2), intensitas radiasi surya 1308,53 (W/m2), indeks kecerahan 42,42 (%), intensitas radiasi diffuse 430,07 (W/m2), dan intensitas radiasi berkas 125,04 (W/m2) . Intensitas radiasi naik secara perlahan dikarenakan energi surya yang dipancarkan ke bumi semakin besar. Intensitas radiasi tertinggi berada pada pukul 12.00 WIB karena pada saat itu sudut datang radiasi surya paling kecil (keadaan kolektor tegak lurus dengan radiasi surya), sehingga luas permukaan bumi yang disinari surya akan semakin kecil yang mengakibatkan intensitas yang dihasilkan akan semakin besar. Intensitas radiasi surya dan radiasi lainnya yang Repositori FMIPA

paling rendah berada pada pukul 10.00 WIB dengan intensitas radiasi global 403,75 (W/m2), intensitas radiasi surya 1043,61 (W/m2), indeks kecerahan 38,69 (%), intensitas radiasi diffuse 340,58 (W/m2), dan intensitas radiasi berkas 63,17 (W/m2). Penurunan intensitas yang terjadi dikarenakan sudut datang radiasi surya terbesar terjadi pada kondisi ini. Indeks kecerahan rata-rata tertinggi berada pukul 12.00 WIB, hal ini disebabkan karena radiasi surya yang sampai dipermukaan bumi paling besar. Indeks kecerahan berbeda-beda setiap jam tergantung pada cuaca, jika cuaca semakin cerah, maka indeks kecerahan akan semakin tinggi. Indeks kecerahan berbanding lurus dengan intensitas radiasi matahari, jadi semakin besar intensitas radiasi matahari yang dipancarkan maka besarnya nilai indeks kecerahan juga akan semakin tinggi demikian juga sebaliknya. Perbedaan intensitas radiasi antara pagi, siang, dan sore hari juga disebabkan oleh faktor perbedaan sudut datang karena jumlah intensitas yang mengenai permukaan kolektor bernilai maksimum pada saat cahaya matahari jatuh tegak lurus, yaitu pada waktu tengah hari. Sudut-sudut yang mempengaruhi kolektor pelat datar pada alat pengering surya yaitu sudut datang, sudut kemiringan, sudut lintang dan deklinasi. Sudut kemiringan pada kolektor pelat datar sebesar 60°, untuk sudut lintangnya sebesar 0,32° LU dan untuk deklinasinya setiap hari selalu berubah-ubah. 4

Gambar 2. Grafik hubungan antara intensitas radiasi matahari terhadap waktu pengamatan b. Efisiensi Kolektor Surya

Repositori FMIPA

55 50 Efisiensi (%)

Nilai efisiensi ( ) dari alat pengering surya tipe kabinet berpenutup kaca selama 14 hari pengamatan adalah perbandingan antara energi yang dihasilkan dengan energi yang datang. Data efisiensi dan waktu pengamatan ditunjukkan pada Tabel 2 dan Gambar 3. Tabel 3 dapat diplot grafik antara efisiensi terhadap waktu pengamatan dari kolektor pelat datar . Efisiensi dipengaruhi oleh koefisien perambatan panas, luas kolektor pelat datar dan fluks datang, sedangkan faktor efisiensi bergantung pada waktu pengamatan. Efisiensi kolektor mulai naik dari pagi hari dan setelah mencapai maksimum dan akan turun lagi. Nilai efisiensi terbesar terdapat pada pukul 12.00 WIB yaitu sebesar 56,13 %, sedangkan nilai efisiensi terendah terdapat pada pukul 15.00 WIB sebesar 30,47 %, hal ini disebabkan faktor-faktor yang mempengaruhi nilai efisiensi juga meningkat seiiring dengan mengecilnya nilai sudut radiasi datang. Efisiensi sangat tergantung kepada intensitas matahari karena makin tinggi intensitas matahari,

60

45 40 y = -3.4275x2 + 24.282x + 9.5405 R² = 0.9288

35 30 25 20 10.00

11.00 12.00 13.00 14.00 Waktu Pengamatan (WIB)

15.00

Gambar 3. Grafik hubungan antara efisiensi terhadap waktu maka akan semakin tinggi pula panas yang masuk kedalam sistem pengeringan. Efisiensi, panas yang dihasilkan kolektor, koefisien panas yang hilang, fluks datang, dan transmisivitas penyerap dipengaruhi oleh besarnya intensitas radiasi surya, sudut datang, sudut deklinasi, sudut lintang lokasi (LU), dan bentuk geometri dari kolektor.

5

Tabel 3. Data rata-rata efisiensi kolektor selama 14 hari pengamatan No. 1 2 3 4 5 6

Waktu Pengamatan (WIB) 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00

IT (W/m2)

S (W/m2)

QL (Joule/s)

UL (Joule/s)

QU (Watt)

 (%)

100,17 211,25 403,69 252,64 149,69 89,23

3246,39 10467,17 23752,37 13790,19 7183,42 3188,79

87,69 101,43 118,20 113,47 109,58 91,29

46,50 55,53 65,36 61,00 58,71 50,42

6911,77 22489,15 51163,94 29655,04 15389,35 6778,87

30,47 42,33 56,12 49,74 43,59 33,01

Gambar 4. Grafik hubungan antara fluks radiasi surya terhadap panas yang dihasilkan kolektor Berdasarkan data pada Tabel 3 dapat dilihat setiap kenaikan besarnya fluks radiasi datang akan mempengaruhi efisiensi kolektor dimana nilai efisiensi semakin membesar. Kenaikan nilai efisiensi yang terjadi juga dipengaruhi oleh kenaikan panas yang dihasilkan kolektor dimana panas yang dihasilkan kolektor bergantung dengan selisih fluks radiasi surya dengan koefisien panas total yang hilang dari kolektor. Pada Tabel 3 dapat diplot grafik antara fluks radiasi surya terhadap panas yang dihasilkan kolektor seperti Gambar 4. Berdasarkan data dari grafik hubungan antara fluks radiasi surya yang diserap Repositori FMIPA

pelat penyerap dengan panas yang dihasilkan kolektor terjadi kenaikkan. Nilai fluks radiasi surya tertinggi sebesar 23752,37 (W/m2), sedangkan panas yang dihasilkan terbesar adalah 51163,94 (W/m2). Kenaikan nilai fluks radiasi surya dan panas yang dihasilkan kolektor disebabkan oleh koefisien perambatan panas yang hilang dari kolektor dan nilai intensitas radiasi yang mengalami kenaikkan. Koefesien perambatan panas yang hilang seluruhnya dari kolektor merupakan penjumlahan koefesien panas yang hilang dari samping, bawah, dan ataskolektor dipengaruhi oleh kecepatan angin yang mengalir pada lingkungan kolektor. Berdasarkan pengolahan data dan penelitian yang telah dilakukan menunjukkan kenaikan panas yang dihasilkan kolektor berbanding lurus dengan selisih antara fluks radiasi surya dan koefisien panas yang hilang dari permukaan kolektor. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dapat diambil beberapa kesimpulan bahwa Intensitas radiasi matahari rata-rata tertinggi selama 14 hari pengamatan berada pada pukul 12.00 WIB yaitu sebesar intensitas radiasi global 555,11 W/m2, intensitas radiasi surya 1308,53 W/m2, indeks kecerahan 42,42 %, intensitas radiasi diffuse 430,07 W/m2, dan 6

intensitas radiasi berkas 125,04 W/m2. Intensitas radiasi surya terendah pada pukul 10.00 yaitu sebesar intensitas radiasi global 403,75 W/m2, intensitas radiasi surya 1043,61 W/m2, indeks kecerahan 38,69 %, intensitas rdiasi diffuse 340,58 W/m2, dan intensitas radiasi berkas 63,17 W/m2, terlihat bahwa semakin besar intensitas radiasi matahari yang dipancarkan maka besarnya nilai indeks kecerahan juga akan semakin tinggi demikian juga sebaliknya. Nilai efisiensi rata-rata terbesar selama 14 hari pengamatan pada pukul 12.00 WIB dengan harga sebesar 56,12 %, sedangkan nilai efisiensi terendah pada pukul 10.00 WIB dengan harga sebesar 30,47 %. Besarnya nilai efisiensi, panas yang dihasilkan kolektor, koefisien panas yang hilang, Fluks datang, dan transmisivitas penyerap dipengaruhi oleh besarnya intensitas radiasi surya, sudut datang, sudut deklinasi, sudut lintang lokasi (LU), dan bentuk geometri dari kolektor. DAFTAR PUSTAKA Culp,

W.A. 1979. Prinsip-Prinsip Konversi Energi. Terjemahan Ir. Darwin Sitompul M. Eng. Penerbit Erlangga, Jakarta.

Dewi,

A.Y. dan Antonov. 2013. Pemanfaatan Energi Surya Sebagai Suplai Cadangan Pada Laboratorium Elektro Dasar di ITP. Jurnal Teknik Elektro Institut Teknologi Padang. Vol. 2 No 3: 2028

untuk Hasil-Hasil Pertanian, thesis Program Pascasarjana, Universitas Indonesia, Jakarta. Kreith, F. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas. Terjemahan Arko, P. Edisi Ketiga, Penerbit Erlangga, Jakarta. Putra, I.E. 2013. Analisa Efisiensi Alat Pengering Tenaga Surya Tipe Terowongan Berbantukan Kipas Angin Pada Proses Pengeringan Biji Kopi. Jurnal Teknik Mesin ITP. Vol. 3, No 2:22-25. Sukhatme, S.P. 1989. Solar Energy, Principles of Thermal Collection and Strorage. New Delhi : McGraw Hill Thamrin, I. 2011. Rancang Bangun Alat Pengering Ubi Kayu Tipe Rak Dengan Memanfaatkan Energi Surya. Jurnal Teknik Mesin Universitas Sriwijaya. Vol. 2, No 3:50-54. Yani, E. 2009. Penghitung Efisiensi Kolektor Surya Pada Pengering Surya Tipe Aktif Tidak Langsung Pada Laboratorium Surya ITB. Jurnal Teknik Mesin Universitas Andalas. Vol. 2, No 31:20-25.

Duffi, J.A and Beckman, W.A. 1980. Solar Engineering of Thermal Processes. A Wiley Interscience Publication, Canada. Ginting, M. 1996. Pembuatan dan Pengujian Alat Pengering Surya

Repositori FMIPA

7