Rancang Bangun Kompor Tenaga Surya Berdiameter 191 Cm

Jurnal Ilmiah GIGA Volume 16 (1) Juni 2013

Halaman 79-86

ISSN 1410-8682

Rancang Bangun Kompor Tenaga Surya Berdiameter 191 Cm Masyhudi, Basori, Asmawi Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik dan Sains, Universitas Nasional, Jakarta [email protected] ABSTRAK. Semakin berkurangnya cadangan sumber energi yang dgunkan sebgai sumber kegiatan indrusti maupun rumah tangga, seperti gas bumi, minyak bumi, batubara dan lainnya menjadikan harga energi terus maningkat, sehingga cost yang dikeluarkan untuk biaya produksi menjadi tinggi. Hal ini menuntut kita untuk segera mencari sumber energi alternativ sebagai ganti sumber energi yang terus berkurang dan menipis. Energi yang paling besar dialam raya ini adalah energi matahari, secara nyata energi inimempunyai peranan yang sangat besar bagi kehidupan dibumi. Untuk mengatasi masalah tersebut maka dikembangkan kompor tenaga surya yang bertujuan mangubah sinar matahari menjadi sumber energi panas yang berguna bagi kehidupan dan sebagai pengganti sumber energi yang semakain berkuran. Hasil rancang bangun ini memilki spesifikasi untuk rangka panjangnya 193 cd, lebar 150 cm, tinggi 150 cm dan untuk reflektor bediameter sebesar 191 cm, kecil 28.6 cm, kelengkungan jari-jari 27.7 cm, titik fokus 55.5 cm. pada lengan beban terjadi gaya sebesar 23.25 kg dan σ t= 10,475 KN/mm2, bahan plat baja St 37, beban pada pen 23.25 kg dan σ tg = 9.25 N/mm2 , bahan baut M12 dan beban pada tempat benda uji diasumsikan 10kg, τ = 941 N/mm2 bahan besi cor kelabu Fc 20. Dengan dimensi seperti diatas alat ni mampu memanaskan air 4lt dan mendidih dalam waktu 1 jam pada cuaca cerah. Sehingga alat ini layak digunakan untuk keperluan memasak. Kata Kunci : rancang bangun, kompor tenaga surya, titik fokus, besi cor.

PENDAHULUAN Semakin berkurangnya cadangan sumber energi yang dgunkan sebgai sumber kegiatan indrusti maupun rumah tangga, seperti gas bumi, minyak bumi, batubara dan lainnya menjadikan harga energi terus maningkat, sehingga cost yang dikeluarkan untuk biaya produksi menjadi tinggi. Hal ini menuntut kita untuk segera mencari sumber energi alternative sebagai ganti sumber energi yang terus berkurang Menurut salah satu perkiraan, inti surya yang merupakan suatu tungku termonuklir bersuhu 100.000.000oC, tiap detik menkonversi 5 ton materi manjadi energi yang dipancarkan keangkasa luas sebanyak 6,41 x 107 W/m2. Dengan jari-jari matahari 6,96x105 km dan jarak rata-rata kebumi sekitar1,496 x 108. Arus energi yang memasuki atmosfer bumi dengan kepadatan yang diperkirakan sebesar antara 1 sampai 1,4 kW/M2 dengan arah tegak lurus terhadap poros sinar. Dari jumlah tersebut, 34% dipantulkan kembali keruang angkasa, 19% diserap atmosfir yaitu oleh komponen-komponen yang terdapat diudaraseperti karbon dioksida(CO2), debu dan awan. Dalam pembuatan kompor tenaga surya ini, hanya memitik beratkan pada perhitungan kontruksi dilakukan dengan metode perhitungan sederhana dengan mengasumsikan gaya yang tejadi konstan tanpa ada pengaruh gaya dari luar, sinar matahari yang diterima material konstruksi diabaikan dan Perancangan konstruksi ini hanya menitik beratkan fabrikasi dengan mempertimbangkan kesederhanaan bentuk, kekuatan dan kemudahan memperoleh bahan dipsaran, pada konstruksi ini menggunakan baja St 37. Tujuan rancang bangunan ini adalah untuk merencanakan dan membuat suatu alat yang mempunyai prinsip kerja menerima atau memantulkan sinar matahari pada satu bidang atau titik fokus yaitu kompor tenaga surya yang meliputi penentuan titik focus dan menghitung kebutuhan bahan konstruksi.

PERENCANAAN PEMBUATAN KOMPOR TENAGA SURYA Identifikasi masalah merupakn tahapanawal dari suatu pemecahan masalah untuk memecahkan masalah itu kita diharuskan berfikir logis dan mampu membuat serta menjalankan rencana . 79


Halaman 79-86

ISSN 1410-8682

Gambar 1. adalah konsep yang dijalankan dalam mencapai titk puncak dari sebuah permasalahan terutama pembuatan kompor tenaga surya ini:

GAMBAR 1. Diagram alir pemecahan masalah

Bahan Dan Dimensi Kompor Tenaga Surya Dalam sebuah perancangan suatu konstruksi mesin, pemilihan bahan merupakan suatu hal yag mutlak dilakkan karena berpengaruh terjadap kualitas alat. Pemilihan bahan yag sesuai dengan kebutuhan juga akanmemaksimalkan kineja alat serta menekan biaya produksi. Kompor tenaga surya yang akan dibuat adalah kompor denagn skala rumah tangga untuk mendidihkan air dengan kapasitas 1 liter per 15 menit. Perencanaan dimensi yang akan dibuat adalah sebgai berikt: • Diameter lingkaran besar = 191 cm • Diameter kecil lingkaran = 28,6 cm • Jumlah jari-jari lengkung = 60 Batang • Tinggi focus = 55,5 cm • Jarak pusat lingkaran atas dan bawah = 27,7 cm

Perhitungan Bahan Lingkaran Besar (Atas) Untuk memperoleh panjang besi beton dengan diameter lingkaran besar yang sesuai dengan perencanaan, yaitu diameter 191 cm dengan cara menghitung keliling lingkaran. K = π .D. K = 3,14.191 ι = 599,74 ≈ 600 cm D = Diameter lingkaran (cm) ι = panjang besi (cm)

GAMBAR 2. Bahan besi cor lingkaran besar.

Setelah didapat panjang dari bahan ini, langkah selanjutnya mencari jarak untuk membuat lubang dudukan pengikat jari-jari alumunium denagn bau, denagn mata bor berdiameter 4 mm

80


Jdb =

Halaman 79-86

ISSN 1410-8682

Kdb 600 ≈ Jdb = = 10 cm Nr 600

Dimana Jdb =jarak lubang untuk dimeter besar Kdb = Kleiling diameter besar ( cm) Nr = Jumlah jari-jari (batang)

GAMBAR 3. Skema bahan yang akan dibor.

Perhitungan Bahan Lingkaran Besar (Bawah) Untuk diperoleh panjang besi beton dengan diameter kecil yang sesuai direncanakan, yaitu diameter 28,6 cm cara menghitung keliling lingkaran K = π .D. K = 3,14.28,6 ι = 89,804 ≈ 90 cm Dimana : K = Keliling lingkran (cm) D = diameter lingkkaran (cm) ι = Panjang besi (cm)

GAMBAR 4. Besi cor bahan lingkaran kecil.

Setelah diddapat panjang dari bahan ini, langkah selanjutnya mencari jarak untuk membuat lubang dudukan pengikat jari-jari alumunium dengan baut, denagn mata bor berdiamater 4 mm Jdb =

Kdb 90 ≈ Jdb = = 15 cm Nr 600

Dimana : Jdb = Jarak lubang untuk dimeter besar Kdb = Kleiling diameter besar ( cm) Nr = Jumlah jari-jari (batang)

GAMBAR 5. Skema bahan yang akan dibor.

Perhitungan Bahan Kaca Media yang dipakai untuk menangkap dan memantulkan cahaya matahari pada reflector kompor tenaga surya ini adalah berupa potongan-potongan lembaran kaca cermin. Kaca cermin ini direncanakan mempunyai tebal 0,3 cm yang mempunyai kekuatan cukup untuk menangkap dan memantulkan cahaya. Jika jarak pusat antara lingkaran atas dan bawah ® 27,7 cm. Maka panjang (lk)kaca dicari:

ικ = π .R ι k = 3,14 . 27,7 ιk = 89,978 ≈ 87 cm 81


Halaman 79-86

ISSN 1410-8682

Ukuran Pemotongan kaca bahan reflektor kompor tenaga surya, yaitu sebagai berikut: Tebal ( t ) = 0,3 cm Jarak lingkranan atas dan bawah = 27,7 cm Panjang (ιk ) = 87 cm = 9,9 cm Lebar atas ( ba) Lebar bawah ( bb) = 1,5 cm Jumlah potongan (Nk) = 17 kepingan Jadi total Keping kaca = Nr x Nk = 60 cm x 17 = 1020 Keping

GAMBAR 6. Skema Pemotongan Kaca.

Menentukan Ketinggian Titik Fokus Untuk mendapatkan titik fokus, agar sinar yang dating terpantul dan terfokus menjadi satu, maka digunakan persamaan

i i 2 1 + = = p q R f Karena jari-jari reflektor membentuk tempereng atau 1/4 lingkaran, maka F=2xR 2 x 27,7 55,4 ≈ 55,5 cm

GAMBAR 7. Tegangan tarik pada lengan beban.

Perhitungan Pada Sistem Pembebanan Komponen-komponen pembebanan pada kmpor tenaga surya yang akan dicari adalah sebagai berikut: − Lengan Beban reflektor − Pen lengan beban reflektor − Tempat benda uji − BEsi penguat lingkaran atas dan bawah

82


Halaman 79-86

ISSN 1410-8682

GAMBAR 8. Skema gaya pada lengan beban.

Perhitungan Lengan Beban F1 = 23,25 Kg ≈ 232,5 N ≈ 232500 KN A= 555 x 40 = 22200mm2 Tegangan tarik pada penampang A-A ( σ 1 ) = (σ1 ) =

F1 A

232500 = 10472 kN/ mm2 ≈ 10,742 N/ mm2 22200

Dalam Pembuatan konstruksi kompor tenaga surya, pen berfungsi sebagai poros penghubung lengan beban reflektor dengan tiang kompor tenaga surya Untuk menentukkan besar beban F1 atau F2.

σt max

8 = 1kg / mm 2 sf 8 Dengan = τ = (0,5 ÷ 0,75). σ

Maka σ 1 =

=

Diambil τ = 0,5.σt = 0,5.1 = 0,5kg / mm2

wtotal 46,5 = = 23,25kg 2 2 4w 4 χ 23,25 d= Maka diameter pen adalah d= πχτ 3,14 χ 0,5 Beban masing-masing pen : W =

d= 7,696 ≈ 8mm

Maka tegangan gesernya yang terjadi pada pen adalah : Tegangan geser τtg =

p = A

P Np

π 2

dan A=1 x

.b2

π 2

b2

Dimana τ tg = tegangan geser (N/ mm2) Ptotal = beban reflektor total (kg) A = luas penapang (mm2) Np = jumlah pen (buah) b = lebar lahan (mm) Tegangan geser : A = 1 x

τ tg =

3,14 2 χ 4 = 25,12mm2 2

232,5 232,5 = = 9,25 N / mm 2 3,14 2 25,12 1. .4 2

BAut yang direncanakan adalah baut standar M12 ( IS 4288 / Pert III 1976 ) dengan angka kekuatan 8,8 dari table, bilangan kekuatan σ t max = 8 kg/mm2 dengan nagka ( Sf)keamana 8, untuk keamann yang cukup.

83


Halaman 79-86

ISSN 1410-8682

GAMBAR 9. Skema tegangan geser pen.

Tempat Benda Uji Pada konstruksi kompor tenaga surya ini, penyangga benda uji berfungsi sebagai tempat untuk meletekkan benda uji yang posisinya tengah dan berada diatas titik focus.karena pada tenaga kompor tenaga surya ini bahan ujinya berupa zat cair (air) dengan berat asumsi berat maksimum (wa) 10 lt = 10 kg. Jika masa air diasumsikan maksimal 10 liter ( Wa)=10 kg

1 1 ΣΜ B = W . − RB . 2 2 ΣΜ B = 10 χ 96,5 − RBχ193 = 0 10 χ 96,5 RB = = 5kg 193 ΣΜ A = W − R A − RB = 0 ΣΜ A = 10 − RB − R A = 0 R A = 10 − 5 R A = 5kg

GAMBAR 10. Skema beban pada tempat benda uji.

Besi Cor Kelabu Penguat Antara Lingkungan Atas dan Bawah Untuk memperkuat pemasangan jari-jari anatar lingkaran atas dan bawah pada rangka reflektor maka dipasang 2 batang besi cor celabu.

GAMBAR 11. Skema rangka reflektor.

84


Halaman 79-86

ISSN 1410-8682

Proses Pembuatan Reflektor. Proses pembuatan kompor tenaga surya dapat dilakukan dengan efektif setelah material dan peralatan tersedia. Lingkaran besar terbuat dari besi beton dengan diameter 1,4 cm dan untuk memperoleh lingkaran diameter sesuai rencana yaitu 191 cm.Untuk menjaga agara tidak terjadi perubahan pada lingkara maka harus dipermanenkan debgan cara dilas busur listrik pada kedua ujungnya. Bahannya sama dengan bahan untuk lingkaran besar hanya saja ukuran diameter yang berbeda yaitu 28,6 cm. Cara pembuatannya sama seperti lingkaran besar. Dan dibagi 60 sehinggga jarak untuk membuat lubang baut antar titik adalah 1,5 cm. Setelah kedua lingkaran terbentuk maka pasang keduannya sehingga membentuk kerangka reflektor dan siap dipasangi jari-jari lingkaran. Dalam pembuatan jari-jari reflektor harus dilakukan dengan ketelitian tinggi, dimana lengkung yang terbuat pada jari-jari reflektor merupkan kondisi yang fatal karena hal ini menyangkut pada keefektifan kompor dalam mentrasnfer energi matahari. Pembuatan jari-jari reflektor dilakukan dengan cara manual hanya menggunakan perlatan kerja bangku, sesuai dengan ukuran yang direncanakan bahan alumunium profil (hollow ), yang mempunyai p = 90, kelengkungan jari-jari dibuat sesuai dengan cetakan dari triflek yamng mana telah disesuaikan memperoleh titik apa pada 55,5 cm dari titik pusat diameter lingkaran.

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil perencanaan kompor tenaga surya Dengan asumsi dimensi seperti dibawah ini,maka kompor tenaga surya mampu mendidihkan air dengan kapasistas 4 lt/jam Dimensi Kompor tenaga surya: − Diameter lingkaran besar (atas ) = 191 cm − Diameter Lingkatan kecil (bawah ) =28,6 cm − Tinggi titik focus = 55,5 cm − Jarak tengah lingkaran atas dan bawah = 27,7 cm − Jumlah jari-jari = 60 Batang

Hasil perhitungan bahan Diameter lingkaran besar Pada perhitungan ini, untuk mendapatkan panjang bahan pada diameter besar maka diperlukkan besi cor kelabu Fc 20, dengan panjang 600 cm dan diameter 1,4 cm, dengan penentuan jarak lubang untuk baut yaitu 10 cm. Untuk mendapatkan panjang bahan pada diameter kecil maka diperlukkan besi cor kelabu Fc 20, dengan panjang 90 cm dan diameter 1,4 cm, dengan penentuan jarak lubang untuk baut yaitu 1,5 cm. Ukuran dan jumlah pemotongan kaca cermin untuk reflaktor yang befungsi sebagai penangkap dan pemantul cahaya matahari menuju titik fokus. Karena bentuk reflektor tempereng atau ¼ lingkaran maka F=2 x 27,7 = 55,5 cm.

Pada Sistem Pembebanan Besar beban reflactor 46,5 kg, jadi masing-masing lengan,menanggung beban sebesar 23,25 kg dan tengnggan tarik σ 1 = 10,742 N/mm2.Maka dipilih baja St 37 yang mempunyai tegangan tarik sebesar 37 kg/mm2 Besar pen reflektor 46,5kg jadi masing-masing pen, menanggung beban sebesar 23,25 kg dan tegnggan geser τ tg = 9,25 N/mm2. Hasil perhitungan pen didapat baut dengan diameter 8 mm, maka dipilih baut M12 ( IS 4288 / PART III 1976). Jadi pemilihan baut cukup aman. Jika diasunsikan beban tempat benda uji untuk menopang beban uji (air )seberat 10 lt ≈ 10 kg, maka beban yang ditanggung pada masing-masing penyangga adalah sebesar 5 kg dan besar

85


Halaman 79-86

ISSN 1410-8682

tegangan lengkung σ b =491 N/mm2. Pemilihan bahan memakai besi cor kelabu Fc 20. jadi pemilihan bahan aman Untuk memperkuat rangka reflektor antara lingkungan besar dan lingkungan kecil, maka dipasang 2 batang besi cor kelabu yang mengalami teganggan tarik 5 kg /mm2. Rangka ini berguna untuk menopang beban reflektor dan benda uji. Diasumsikan benda uji tidak melebihi 5 kg, karena terdapat dua tiang penopang, maka pemilihan bahan rangka memakai besi baja St 37 yang mempunyai kekuatan tarik 37 kg/mm2, dan kekuatan las diabaikan, jadi untuk menopang konstruksi kompor tenaga surya cukup aman.

KESIMPULAN Berdasarkan pengolahan dan pengkajian data rancang bangun kompor tenaga surya, maka dapat disimpulkan: − Rangka kompor tenaga surya mempunyai spesifikasi panjang : 193 cm, lebar : 150 cm, tinggi 150 cm dan rangka terbuat dari baja St 37. − Reflektor kompor tenaga surya mempunyai spesifikasi diameter besar 191 cm, diameter kecil 28,6 cm, kecekungan reflektor 27,7 cm, tinggi titik focus 55,5 cm − Bahan ragka reflektor untuk diameter besar panjangnya 600 cm, diameter kecil 90 cm dengan diameter 1,4 cm menggunkan besi cor kelabu Fc 20. − Kaca reflektor dengan panjang 87 cm, lebar atas 9,9 cm, lebar bawah 1,5 cm, tebal 0,3 cm dan jumlahnya 1020 keping kaca.

1 " χ " (1.2 x 2.5cm ) Panjang 90 cm x 60 2

−

Jari-jari reflektor menggunakan alumunium hallow

−

Batang = 5400 cm. Lengan beban dipilih bahan baja St 37 untuk mengangkat beban 23,25 kg dan

σt t = 10,475KN/mm2 −

Pen dipilih baut M12 untuk mengangkat beban reflektor 23,25 kg dan τ tg = 9,25 N/mm2

− Untuk tempat benda uji dipakai bahan besi cor Fc 20, yang mampu mengangkat beban 5 kg dan σ b =491 N/mm2, pemilihan bahan aman.

DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4] [5] [6]

[7]

Minto, kompor tenaga Surya, Cv.Aneka, Solo, 2003 Khurmi, RS Dan J.K Gupta, A Text Book Of Machine Design, Eurasia Plublishing House, New Dehli, 1982. T, Gunawan Dan Margaret S, Mekanika Teknik 2, Delta Teknik Group, Jakarta, 2002. Surdia, T dan S. Saito, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta, 1992. Khurni, RS, Applied Mechanics And Strenght Of Materials, Nirja Constructions And Development Co, New Delhi, 1983. Zainun Achmad, IR, MSC, Elemen Mesin Satu, Reflika Aditama, Bandung,1999. Abdul Kadir, Prof. Ir,Energi Sumber Daya Inovasi Potensi Ekonomi,Universitas Indonesia, UI Press, 1987.

86

Rancang Bangun Kompor Tenaga Surya Berdiameter 191 Cm

Recommend Documents