POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
September 2012
PENGARUH BENTUK PLAT KOLEKTOR MATAHARI TERHADAP PRODUKSI KONDENSAT Sugiyarta 1), Yohanes Suyoko 2), Joko Sukarno 3) Teknik Mesin dan Teknik Otomotif Politeknik Pratama Mulia Surakarta
ABSTRACT The effect of heat absorber plate to the efficiency of condensate volume will be investigated, therefore it will be use in two different forms (profile) heat absorber plate, which are in straight and triangle form of the heat absorber plate. Things that effect the efficiency of solar distillation is the physical and technical parameters. Studies to improve the efficiency of solar distillation systems have been carried out including material selection, temperature differences, inside pressure in the system, the distance of heat absorbing glass to plate, heat absorber plate surface area. The results show that the triangle form of heat absorber plate produces 48% condensate volume more than the straight one. Keyword : Solar Destilation Aquades,Collector plate. PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Pemanfaatan sumber energi matahari merupakan salah satu pilihan untuk menggantikan sumber energi lain yang tidak dapat diperbarui saat ini seperti minyak bumi, batubara atau gas alam. Negara Indonesia yang beriklim tropis memiliki keuntungan untuk dapat memanfaatkan sumber energi matahari karena cukup tersedianya sinar matahari setiap tahunnya.Penggunaan aquades (air murni atau H2O) dalam volume yang besar diperlukan pada mata
kuliah Praktek Elektroplating. Kondisi yang bersih pada permukaan benda kerja merupakan syarat wajib yang harus dipenuhi agar proses electroplating berhasil. Air berperan sebagai pembersih pada setiap proses pembersihan permukaan baik secara mekanik ataupun secara kimiawi. Distilasi merupakan metode yang paling effektif untuk menghasilkan air murni dibanding metode yang menggunakan filter cartridge atau metode reverse osmosis (solaqua.com, 2009).
Pengaruh Bentuk Plat Kolektor Matahari…
72
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
Studi teoritis dan eksperimen yang banyak dilakukan pada distilasi matahari menunjukkan bahwa efisiensi total dipengaruhi oleh parameter fisik dan parameter teknik. Faktor-faktor yang berpengaruh langsung pada biaya akan menentukan pemilihan material, ukuran dan kesederhanaan alat. Studi untuk meningkatkan efisiensi sistem distilasi matahari telah banyak dilakukan, diantaranya pada pemilihan material, luas permukaan plat penyerap, perbedaan temperatur pada permukaan evaporasi dengan permukaan kondensasi, kedalaman air, tekanan didalam sistem, pembalikan posisi penyerapan panas dengan kolektor parabola, penambahan tanki pendingin, jarak kaca ke plat penyerap (coe.neu.edu.com, 2009). Berkaitan dengan identifikasi masalah tersebut, maka pada penelitian kali ini akan mencoba melihat perbedaan dari sisi bentuk (profil) permukaan plat penyerap panas terhadap produksi kondensat. Profil yang dimaksud disini adalah berbentuk lurus dan berbentuk gelombang segitiga.
q = − kA
September 2012
Perumusan Masalah Efisiensi alat distilasi matahari yang masih rendah menjadi masalah yang akan terus diselesaikan. Dari latar belakang diatas, permasalahan dapat dirumuskan sebagai berikut : Bagaimana pengaruh bentuk (profil) plat penyerap panas terhadap produksi kondensat ? Tujuan Dan Manfaat Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bentuk (profil) plat penyerap panas terhadap produksi volume kondensat. Manfaat dari penelitian ini gua membantu desain alat distilasi matahari yang digunakan untuk menghasilkan air murni yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan air murni yang digunakan pada praktek elektroplating Jurusan Teknik Mesin dan Teknik Otomotif Politama. TINJAUAN PUSTAKA Perpindahan Panas Tiga modus perpindahan panas adalah konduksi (hantaran), konveksi (aliran) dan radiasi (pancaran). Persamaan perpindahan panas secara konduksi adalah :
∂T ∂x
(1) Pengaruh Bentuk Plat Kolektor Matahari…
73
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
September 2012
dengan catatan : q = laju perpindahan panas (W) A = luas penampang tegak-lurus arah perpindahan panas (m2) k = konduktivitas panas bahan medium (W.oC) ∂T/∂x = gradient temperatur dalam arah x (oC/m) Persamaan perpindahan panas secara konveksi adalah :
q = hA(Tw − T∞ ) (2) dengan catatan : q = laju perpindahan panas (W) A = luas penampang tegak-lurus arah perpindahan panas (m2) h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2 oC) Tw = suhu dinding (oC) T∞ = suhu fluida (oC) Persamaan perpindahan panas secara radiasi adalah :
(
4
q =∈1 σ × A1 T1 − T2
4
)
(3) dengan catatan : q = laju perpindahan panas (W) A1 = luas penampang permukaan 1 (m2) ∈ 1 = emisivitas bahan permukaan 1 σ = konstanta Stefan-Boltzmann = 5,669 x 10-8 W/m2.K4 T1 = temperatur permukaan 1 (oC) T2 = temperatur permukaan 2 (oC) Energi radiasi matahari yang mengenai permukaan bumi pada siang hari yang cerah adalah : I Z
= 1000 W/m2 x cos Z (4a) = cos −1 (sin Φcos δ + cos Φ cos δ cos H) (4b)
Pengaruh Bentuk Plat Kolektor Matahari…
74
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
September 2012
dengan catatan : I = Insolasi matahari (W/m2) Z = Sudut zenith (o) Φ = Garis lintang tempat percobaan = 7° Lintang Selatan H = Sudut jam = 15° x (waktu -12) δ = Sudut deklinasi matahari (23,5o) METODOLOGI Perancangan destilasi matahari Prototipe 1 (dengan profil plat berbentuk lurus) Termometer luar kaca
45° C Air
Termometer
40 cm
3 cm
Penampung kondensat
40 cm
Prototipe 2 (dengan profil plat berbentuk segitiga) 15mm
Termometer luar
25mm kaca
45° C Air
Penampung
kondensat
Termometer
40 cm
3 cm 40 cm
Lebar prototype 30 cm Gambar 2. Prototipe destilasi matahari. Pengaruh Bentuk Plat Kolektor Matahari…
75
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
September 2012
(percobaan 1) dan 3 liter (percobaan 2). Waktu percobaan dimulai pukul 10.00 WIB Pengukuran (suhu dan volume kondensat) dilakukan pada pukul 11.00, 12.00, 13.00 dan 14.00 WIB. Percobaan pengukuran dengan volume air 1.5 liter diulang selama 5 hari(5x) dan percobaan pengukuran dengan volume air 3 liter juga di ulang 5 hari (5x). Apabila terjadi hujan pada hari percobaan ataupun ada kondisi lain yang mempengaruhi percobaan maka pada hari percobaan tersebut akan dibatalkan dan di ulang (1 x n) ; n: banyak nya hari yang di batalkan. Tanpa mempengaruhi data pada percobaan hari sebelumnya maupun hari percobaan sesudahnya.
Prosedur Percobaan
Percobaan dilakukan di tempat e. terbuka dibawah sinar matahari. Percobaan dilakukan dengan f. menempatkan kedua prototipe sekaligus sehingga variabel lingkungan yang berpengaruh dapat dianggap tetap (konstan). Prosedur percobaan yang g. dilakukan adalah : a. Mengecek kondisi prototipe 1 dan prototype 2 serta mengecek kondisi lingkungan/ tempat percobaan apakah sesuai h. untuk dilakukan percobaan. b. Meletakkan kedua prototipe pada tempat yang sama (berdampingan). c. Memasang pengukur temperatur dan gelas ukur sebagai penampung kondensat. d. Memasukkan air dengan volume yang sama sebanyak 1.5 liter HASIL DAN PEMBAHASAN HASIL Tabel 1. Data hasil pengujian dengan volume air 1.5 liter (bentuk lurus) No
Waktu (WIB)
Tanggal
Volume kondensat (cc) 0
01
11.00
28/06/10
02
11.00
29/06/10
0
03
11.00
30/06/10
0
04
11.00
01/07/10
0
Pengaruh Bentuk Plat Kolektor Matahari…
76
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
05
11.00
02/07/10
0
06
12.00
28/06/10
7.5
07
12.00
29/06/10
10
08
12.00
30/06/10
25
09
12.00
01/07/10
10
10
12.00
02/07/10
10
11
13.00
28/06/10
45
12
13.00
29/06/10
25
13
13.00
30/06/10
45
14
13.00
01/07/10
32
15
13.00
02/07/10
24.5
16
14.00
28/06/10
75
17
14.00
29/06/10
45
18
14.00
30/06/10
85
19
14.00
01/07/10
60
20
14.00
02/07/10
40
September 2012
Tabel 2. Data hasil pengujian dengan volume air 1.5 liter (bentuk segitiga) No
Waktu (WIB)
Tanggal
Volume kondensat (cc)
01
11.00
28/06/10
0
02
11.00
29/06/10
0
03
11.00
30/06/10
0
04
11.00
01/07/10
0
05
11.00
02/07/10
0
06
12.00
28/06/10
7.5
07
12.00
29/06/10
10
08
12.00
30/06/10
25
09
12.00
01/07/10
7.5
10
12.00
02/07/10
10
11
13.00
28/06/10
45
12
13.00
29/06/10
45
13
13.00
30/06/10
45
14
13.00
01/07/10
45
15
13.00
02/07/10
30
16
14.00
28/06/10
85
Pengaruh Bentuk Plat Kolektor Matahari…
77
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
September 2012
17
14.00
29/06/10
65
18
14.00
30/06/10
85
19
14.00
01/07/10
85
20
14.00
02/07/10
52.5
Tabel 3. Data hasil pengujian dengan volume air 3 liter (bentuk lurus) No
Waktu (WIB)
Tanggal
Volume kondensat (cc) 0
01
11.00
28/06/10
02
11.00
29/06/10
0
03
11.00
30/06/10
0
04
11.00
01/07/10
0
05
11.00
02/07/10
0
06
12.00
28/06/10
0,25
07
12.00
29/06/10
18
08
12.00
30/06/10
22.5
09
12.00
01/07/10
0.5
10
12.00
02/07/10
0
11
13.00
28/06/10
27
12
13.00
29/06/10
47
13
13.00
30/06/10
45,5
14
13.00
01/07/10
27,5
15
13.00
02/07/10
18
16
14.00
28/06/10
52
17
14.00
29/06/10
87
18
14.00
30/06/10
72,5
19
14.00
01/07/10
47,5
20
14.00
02/07/10
42,5
Tabel 4. Data hasil pengujian dengan volume air 3 liter (bentuk segitiga) No
Jam(Wib)
Tanggal
01
11.00
28/06/10
Volume kondensat (cc) 0
02
11.00
29/06/10
0
03
11.00
30/06/10
0
04
11.00
01/07/10
0
05
11.00
02/07/10
0
Pengaruh Bentuk Plat Kolektor Matahari…
78
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2 06
12.00
28/06/10
1
07
12.00
29/06/10
20
08
12.00
30/06/10
25
09
12.00
01/07/10
0,5
10
12.00
02/07/10
0
11
13.00
28/06/10
30
12
13.00
29/06/10
52.5
13
13.00
30/06/10
52
14
13.00
01/07/10
30
15
13.00
02/07/10
20
16
14.00
28/06/10
55
17
14.00
29/06/10
92.5
18
14.00
30/06/10
75
19
14.00
01/07/10
52
20
14.00
02/07/10
45
September 2012
PEMBAHASAN 7585
8585 65
75 60
45
52,5 40
hari 1 hari 2 hari 3 hari 4 hari 5 lurus
75
45
85
60
40
segitiga
85
65
85
75
52,5
lurus
segitiga
Gambar 3. Diagram hasil pengujian prototype bentuk lurus dan prototype bentuk segitiga dengan volume air 1.5 liter
Pengaruh Bentuk Plat Kolektor Matahari…
79
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
September 2012
92,5 87 75 72,5
55 52
52 47,5
45 42,5
hari 1 hari 2 hari 3 hari 4 hari 5 lurus
52
87
72,5
47,5
42,5
segitiga
55
92,5
75
52
45
lurus
segitiga
Gambar 4. Diagram hasil pengujian prototype bentuk lurus dan prototype bentuk segitiga dengan volume air 3 liter Dari data hasil penelitian yang Jadi prosentase rata – rata disajikan dalam bentuk diagram peningkatan volume 1,5 liter dan 3 seperti yang diberikan pada liter Gambar 3 dan Gambar 4, dapat ditentukan prosentase rata-rata ∆rerata = ( prosentaserata − rata3L + prosentaserata − rata1,5L ) peningkatan volume kondensat yaitu 2 Prosentase rata-rata untuk 1,5 liter air :
=
(0,1198% + 0,8332% )
∆1 =
(0,666 + 2 + 0 + 1 + 0,5) = 0,8332% 5
Prosentase rata-rata 3liter :
2
=
0,953% 2
= 0,48% ∆2 = (0,1 + 0,183 + 0,083 + 0,15 + 0,083) = 0,1198% 5 KESIMPULAN Prototipe 2 (plat kolektor matahari bentuk segitiga) menghasilkan volume kondensat lebih banyak Pengaruh Bentuk Plat Kolektor Matahari…
80
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
daripada volume kondensat yang di hasilkan oleh prototipe 1 ( plat kolektor bentuk lurus) dengan peningkatan) sebesar 0,48%, sehingga dapat dikatakan bahwa bentuk plat kolektor matahari mempengaruhi volume kondensat yang dihasilkan. UCAPAN TERIMA KASIH Irwan Santoso dan Rizal Pauzi selaku mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan waktu, tenaga dan sumbangan pemikirannya dalam penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA A.Scari, K. Harrs,1993,Solar Distilation www.steekfreak,ath,cx:81/3
September 2012
wdev/GATE_Di/ENV/W11 E_00.PDF Julian Alfijar, ST,” Perpindahan Panas “UNIMUS NASA, 2009,”Solar Radiation and the Earth System”, http:edmall.gsfc.nasa.gov/in v99Project.Site/Page/scienc e-briefs/ed. Petra Christian University Library,Digital Collections. www.digilib.petra.ac.id. SolAqua,2009,Solar Still Basics. www.solaqua.com Stephen Coffrin,Eric Frasch,Mike Santorella,Mikio Yanagisawa, 2007:Solar Powered Water Distilation Devise. www.coe.neu.edu.com.
Pengaruh Bentuk Plat Kolektor Matahari…
81
