Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
VARIASI SUDUT KEMIRINGAN KOLEKTOR SURYA SOLAR WATER HEATER 1,2)
Galuh Renggani Wilis1, IrfanSantosa2 Prodi Teknik Mesin Fakultas TeknikUniversitas Pancasakti Tegal Jalan Halmahera KM.1 Tegal ,Telp 0283-342(342519) Email :
[email protected][email protected]
ABSTRACT Tegal district has several tourist ares in the low-temperature plateau, there are many villas or penginapan.Selainit, Tegalis also a city with a very high trading activity, and since it's on the northern coast path, then there are many hotels or lodges in the city of Tegal as a haven. One of the facilities offered in the villa and place this inn is the shower with warm water. It is generally used with an electric water heater or solar power plant installations made and expensive. Electrical equipment of course require fossil energy should always be available. While theamount ofthinning. Forthat we need there search for alternative energy substitute for fossil that installationis quite affordable. The existing background, then conducted research on solar water heaters or solar water heater. Where solar water heater has a flat plate solar collector glass lid. The glass would receive sunlight and reflecting on parts-other parts that make up the solar collector in it, deliver heat to the water flow in gin the aluminum pipe attached to the zinc plate as arbsorber. The solar collector placed on top of the roof at an angle in order to capture sunlight with optimal. With several positions on the tilt angle would be the most appropriate angle to generate heat in the appliance efficiency solar water heater. Methods This study was initiated with the creation of design tools, tool manufacture, assembly, checking, data collection and data analysis. The variables in the search is the temperature of incoming water, the temperature of the water out, the temperature in the collector, the collector glass temperature. Data collection was done by setting the collect or angle 0o, 15o, 20o. After data collection then searched each generated thermal efficiency- each corner to look for the best angle to use the positioning of the solar collector. Data were recorded from the study were analyzed heat transfer, heat loss and efficiency. And it can be concluded that the best efficiency from the calculation of the tilt angle of 15o there at12:00 to 13:00pm. Keywords: tilt angle, solar collectors, solar waterheater \ PENDAHULUAN Energi fosil di bumi sangat terbatas jumlahnya.Sedangkan pertumbuhan penduduk dan perkembangan teknologi meningkat pesat.Hal ini menyebabkan penggunaan energy di muka bumi ini semakin bertambah pula.Banyak peralatan – peralatan rumah tangga canggih yang dihasilkan dari penemuan – penemuan IPTEK yang menggunakan listrik.sehingga konsumsi listrik di tiap – tiap perumahan semakin bertambah.Sedangkan sumber energy yang kita miliki di bumi ini semakin menipis. Para ilmuwan berupaya untuk menemukan energy alternative yang bisa digunakan selain dengan menggantungkan energy fosil yang sudah sangat terbatas. Beberapa penemuan misalnya seperti, penggunaan biogass yang dihasilkan dari sampah organic,ampas tebu maupun kotoran ternak. Energi alternative lain yang bisa kita upayakan dan berlimpah jumlahnya di bumi adalah energy surya.Beberapa penelitian menemukan energy surya dapat dijadikan sebagai pengganti listrik dari PLN walaupun tidak sepenuhnya menggantikan listrik di setiap perumahan. Setidaknya beberapa peralatan elektronik sudah menggunakan energy surya sebagai pengganti listrik dari PLN. Seperti kita jumpai beberapa lampu traffic light di perempatan jalan sudah menggunakan panel surya sebagai penyimpan energy matahari sehingga tidak perlu disalurkan lagi dengan listrik dari PLN. Peralatan dalam rumah tangga juga sudah ada yang menggunakan listrik dari energy surya.Diantaranya solar cell yang menyimpan energy surya kemudian digunakan untuk lampu penerangan di beberapa ruangan dengan watt tertentu. Pemanas air ( water heater) untuk kamar mandi juga sudah ada yang menggunakan panas matahari atau energy surya atau disebut juga solar water heater. Pemanas air untuk kamar mandi ini biasa digunakan di hotel ataupun penginapan. B-49
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Kabupaten Tegal memiliki beberapa daerah wisata di dataran tinggi yang bersuhu rendah, dimana terdapat banyak vila atau penginapan yang dilengkapi dengan peralatatn pemanas air untuk mandi di setiap kamarnya. Hal ini menyebabkan penggunaan daya listrik di tempat – tempat wisata tersebut sangat tinggi. Selain itu, Tegal juga merupakan kota dengan aktifitas perdagangan yang sangat tinggi, serta karena letaknya di jalur Pantura, maka banyak terdapat hotel atau penginapan di kota Tegal sebagai tempat persinggahan. Tujuan Penelitian Tujuan dari Penelitian ini adalah : Penelitian ini akan menggunakan beberapa sudut kemiringan kolektor surya plat datar guna mendapatkan sudut kemiringan yang memiliki pengaruh terbesar pada efisiensi panas yang dihasilkan dari alat solar water heater. Manfaat dari Penelitian ini adalah : Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi yang positif bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam bidang konversi energy dan dapat digunakan untuk menerapkan alat solar water heater khususnya di tempat wisata di dataran tinggi sekitar kabupaten Tegal agar penggunaan listrik untuk air hangat dapat dikurangi dengan alat solar water heater dan diletakkan pada posisi kemiringan yang paling baik. Tinjauan Pustaka 1. Penelitian tentang solar water heater telah banyak dilakukan dan semakin banyak diteliti untuk mengurangi penggunaan daya listrik. 2. Sutrisno( 2002 ), Pengujian yang dilakukan sutrisno adalah pengujian kolektor surya pemanas air dengan menggunakan pelat absorber gelombang dengan dan tanpa honeycomb. Pelat absorber yang digunakan adalah pelat seng yang mempunyai sudut = 129 o. Pengujian dilakukan dengan variasi laju alir massa air 300 cc/menit, 400 cc/menit dan 500 cc/menit dan temperature inlet 35 o, 40 o dan 45 o dengan mengabaikan bayangan yang terbentuk oleh pelat gelombang itu sendiri. 3. Yanuar Rizal,2009, melakukan penelitian pada solar water heater dengan menambahkan honeycomb pada kolektor surya yang menghasilkan Efisiensi kolektor surya dengan honeycomb lebih besar daripada kolektor surya tanpa honeycomb. Efisiensi tertinggi sebesar 65.01 % pada debit 700 cc/menit pukul 12.00. Sedangkan pada kolektor tanpa honeycomb terbesar 59,39 % pada debit 700 cc/menit pukul12:00. 4. Satwiko dkk,2011,melakukan penelitian dengan menggunakan beberapa jenis kaca kolektor surya yang menghasilkan penggunaan 2 buah pelat absorber pada kolektor surya berpenutup kaca transparan lebih efektif. Nilai temperatur bagian atas dan bawah kolektor berkisar antara 80oC dan 70oC s edangkan untuk kolektor surya berpenutup kaca kristal hasil temperatur bagian atas dan bagian bawah berkisar antara 70oC dan 66oC. Temperatur rata-rata fluida masuk ke pipa kalor senilai 34.6oC untuk kaca transparan dan 35.3 oC untuk kaca kristal. Temperatur rata-rata fluida keluar dari pipa kalor senilai 41.8oC untuk kaca transparan dan 41.2oC untuk kaca kristal. METODE PENELITIAN Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Hardware yang terdiri dari : Termometer digital, alat pengukur kelembaban udara, busur penggaris,stopwatch, gelas ukur. 2. Alat pendukung berupa prototype alat solaw water heater
Gambar 1.Prototype alat solar water heater B-50
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Ukuran (Dimensi Alat)
Gambar 2. Plat kolektor datar Alat Solar Water Heater dalam Penelitian ini menggunakan kolektor dengan ukuran Tebal Triplek = 10 mm Tebal Isolator = 60 mm Tebal kaca = 5 mm Luas Absorber = 0.059 m x 0.42 m = 0.25 m2 Luas bagian bawah = 0.65 m x 0.49 m = 0.32 m2 Luas Samping kanan, kiri = masing – masing;0.65m x 0.16m= 0.10 m2 Luas Depan, belakang = masing-masing;0.49 m x 0.16 m = 0.08 m2 Bahan Isolator = Ceramic Wool Bahan Pipa = Alumunium Nilai – nilai kelengkapan : Debit Air = 10 liter per menit Sudut kemiringan = 0o,15o,20o Konduktivitas thermal pipa = 202 W/m2o C Nilai Absorbsivitas pipa = 0.15 Kond.Isolator glass wool = 0.038 W/m o C Konduktivitas Triplek = 0.17 W/m2o C Absorbsivitas Kaca = 0.06 Kecepatan angin rata-rata = 10 m/s Adapun tahapan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : Persiapan
Perancangan
Pengambilan
Alat
Data
Analisa Data
Kesimpulan
Gambar 3. Alur Tahapan Penelitian Tahap Persiapan : 1. Studi Literatur 2. Survei Lokasi Penelitian 3. Survei bahan dan alat Tahap Perancangan Alat : 1. Perancangan Desain dan Perhitungan 2. Pembuatan Alat 3. Perakitan Tahap Pengambilan data: 1. Menyiapkan alat penelitian dan alat ukur 2. Memasang dan mengechek kondisi alat penelitian dan alat ukur 3. Mengarur kemiringan sudut yang dikehendaki 4. Mencatat suhu lingkungan, mencatat humidity, mencatat debit dan kecepatan air 5. Mencatat suhu air masuk, suhu permukaan kaca, suhu plat di dalam kaca dan suhu air keluar B-51
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Tahap Analisa Data 1. Menghitung laju aliran energy yang digunakan /panas yang digunakan 2. Menghitung rugi-rugi panas yang terjadi 3. Menghitung Efisisensi Thermal Kolektor. PEMBAHASAN Pengujian ini mengahsilkan data suhu di masing – masing titik yaitu pada suhu air masuk (T in), suhu air pada plat (T plat), Suhu air pada ruang (Truang), Suhu kaca (Tkaca), Suhu Lingkungan (T Lingk), dan Humidity. Panas yang diserap arbsorber sudut datang radiasi matahari dapat diperoleh dari gambar.3 (Transmisivitas kaca penutup terhadap sudut datang radiasi (Duffie). Dari persamaan No 10 maka dapat ditentukan panas yang diserap oleh pipa absorber.
Rugi – rugi Panas Rugi Panas dari Bawah
.
Rugi Panas dari Atas
.
.
.
Efisiensi Thermal Kalor Effisiensi thermal kolektor ditentukan oleh besarnya panas yang diterima kolektor sebesar (Qin) terhadap panas yang dimanfaatkan (Qu), makaeffisiensi kolektor adalah :
Sedangkan effisiensiatual adalah,
.
. ∆ .
QL
B-52
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
Tabel 1.Heat Loss Sudut 15o
Tabel 2. Efisiensi untuk Sudut 15o
Tabel 3. Heat Loss untuk Sudut 20o
Tabel 4. Efisiensi untuk sudut 20 o
B-53
ISSN: 1979-911X
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
KESIMPULAN Dari proses perancangan, implementasi dan pengujian dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Perancangan alat solar water heater berjalan cukup baik. Dalam perakitan alat terdapat beberapa kesulitan dalam mencari komponen maupun bahan, tapi dapat diatasi dengan baik. 2. Berdasarkan hasil pengambilan data, efisiensi tertinggi adalah pada waktu alat di setting pada kemiringan 15o,pada kelembaban udara, diambil pada jam 12.00-13.00 WIB yaitu sebesar 85,14 % 3. Penggunaan flow meter diganti dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch untuk menghitung debit dan kecepatan aliran air dalam system. UCAPAN TERIMA KASIH Pada bagian ini dapat dituliskan ucapan terima kasih kepada pihak-pihak yang terlibat dalam penelitian atau kepada pemberi dana penelitian. DAFTAR PUSTAKA Arismunandar ,W., 1995, Teknologi Rekayasa Surya, PT.PradnyaParamitha Jakarta J. A. Duffie, W. A. Beckman, Solar Engineering Of Thermal Processes, Third edition, copyright@2006 byJohn Wiley & Sons , Inc J.P.Holman& E. Jasifi,1997, Perpindahan Kalor, Penerbit Erlangga, Jakarta Nugroho Gama Yoga,dkk. 2010. Kaji EkperimentalPemggunaanPipa Kalor Dalam Kolektor Surya Sebagai Penyerap Energi Termal Surya Umtuk Penyuplai Pompa Kkalor Temperatur Tinggi.Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9 Palembang, 13-15 Oktober 2010. Satwiko,dkk,2011, Studi Rancang Bangun Solar Water Heater Menggunakan Berbagai Jenis Kaca Kolektor, UNJ Jkt. Sutrisno.2002, pengujian kolektor surya pemanas air dengan menggunakan pelat absorber gelombang dengan dan tanpa honeycomb.,ITSSby. Yanuar Rizal, 2009, Rancang Bangun Pemanas Air Tenaga Surya Arbsorber Gelombang tipe Sinusoidal dengan Penambahan Honeycomb, ITS Surabaya
B-54
