analisis kelayakan hasil rancangan pembangkit listrik .../analisis... · vii abstrak nugroho e...

i

ANALISIS KELAYAKAN HASIL RANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS MESIN STIRLING

DENGAN DECISION TREE ANALYSIS SEBAGAI METODE PEMILIHAN TIPE MESIN

Skripsi Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

NUGROHO E BUDIYANTO I 0306050

JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2012

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

ii

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISIS KELAYAKAN HASIL RANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS MESIN STIRLING DENGAN DECISION

TREE ANALYSIS SEBAGAI METODE PEMILIHAN TIPE MESIN

S K R I P S I

oleh:

NUGROHO E BUDIYANTO I 0306050

Dipertahankan di depan Tim Penguji Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima guna memenuhi persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik Pada Hari : Kamis

Tanggal : 7 Juni 2012

Tim Penguji :

1. Roni Zakaria, ST, MT (…………………………)

NIP. 19750304 200012 1 006

2. Ilham Priadythama, ST, MT (…………………………) NIP. 19801124 200812 1 002

3. Dr. Ir. Susy Susmartini, MSIE (…………………………) NIP. 19530101 198601 2 001

4. Yuniaristanto, ST, MT (…………………………) NIP. 19750617 200012 1 001

Mengesahkan,

Ketua Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik,

Dr. Cucuk Nur Rosyidi, ST, MT NIP. 19711104 199903 1 001


commit to user

iii

SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH

Saya mahasiswa Jurusan Tekn ik Industri UNS yang bertanda tangan di bawah ini,

Nama : Nugroho E Budiyanto

NIM : I 0306050

Judul tugas akhir : Analisis Kelayakan Hasil Rancangan Pembangkit Listrik

Berbasis Mesin Stirling Dengan Decis ion Tree Analysis

Sebagai Metode Pemilihan Tipe Mesin

menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun tidak

mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti bahwa

Tugas Akhir yang saya susun mencontoh atau melakukan plagiat dari karya orang

lain, maka Tugas Akhir yang saya susun tersebut dinyatakan batal dan gelar

Sarjana yang saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan apabila di

kemudian hari terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup menanggung

segala konsekuensinya.

Surakarta, 15 Oktober 2012

Nugroho E Budiyanto I 0306050


commit to user

iv

SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

Saya mahasiswa Jurusan Tekn ik Industri UNS yang bertanda tangan di bawah ini,

Nama : Nugroho E Budiyanto

NIM : I 0306050

Judul tugas akh ir : Analisis Kelayakan Hasil Rancangan Pembangkit Listrik

Berbasis Mesin Stirling Dengan Decis ion Tree Analysis

Sebagai Metode Pemilihan Tipe Mesin

Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun sebagai syarat

lulus Sarjana S1 disusun secara bersama-sama dengan Pembimbing 1 dan

Pembimbing 2. Bersamaan dengan syarat pernyataan ini bahwa hasil penelitian

dari Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun bersedia digunakan untuk

publikasi dari proceeding, jurnal, atau media penerbit lainnya baik di tingkat

nasional maupun internasional sebagaimana mestinya yang merupakan bagian

dari publikasi karya ilmiah.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Surakarta, 15 Oktober 2012

Nugroho E Budiyanto I 0306050


commit to user

vii

ABSTRAK

NUGROHO E BUDIYANTO, NIM : I 0306050. ANALISIS KELAYAKAN HASIL PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS MESIN STIRLING DENGAN DECISION TREE ANALYSIS SEBAGAI METODE PEMILIHAN TIPE MESIN. Skripsi. Surakarta: Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Juni 2012.

Mesin Stirling merupakan salah satu alternatif sumber energi listrik rumah tangga yang mampu memanfaatkan matahari selain panel surya. Selain panas matahari, mesin stirling dapat menggunakan energi panas panas lain seperti panas bumi, LPG, batu bara, dll. Pada dasarnya Mesin Stirling dapat dibangun dari komponen mesin lain dan dapat dikerjakan di workshop skala mikro.

Mesin Stirling yang dikenal memiliki beberapa tipe mesin yaitu alfa, beta, gamma, dan low temperature displacer (LTD). Untuk mendapatkan pilihan yang tepat diperlukan metode pemilihan agar dapat diakomodasi beberapa variabel penyusun sistem. Metode yang mampu mengakomodasi kriteria yang saling berhubungan yaitu decision tree analysis method. Adjustment dari pakar atau ahli di bidang Mesin Stirling diperlukan untuk mengetahui nilai perkiraan dari masing-masing kriteria terhadap keseluruhan sistem. Prototipe dibuat dengan perbengkelan skala mikro dari hasil estimasi nilai pilihan decision tree analysis. Kemudian prototipe diuji performansi mesin dengan metode pengujian beban pada poros mesin. Hasil yang didapat dari pengujian pembebanan perlu dikomparasikan dengan kompetitor yang setara dimana tersedia dari skala kecil hingga skala besar.

Pengaplikasian sebagai pembangkit listrik dengan menghubungkan Mesin Stirling dengan dinamo yang sesuai spesifikasi mesin yang telah dibuat. Hasil dari penelitian ini selain membuat prototipe, analisis dari kelayakan dari hasil rancangan prototipe Mesin Stirling baik berupa kelemahan dan kelebihan untuk menjadi acuan pengembangan teknologi selanjutnya agar tercapai teknologi Mesin Stirling yang ideal, murah, dan memiliki nilai daya guna tinggi. Kata kunci : Alternatif sumber listrik, pembangkit listrik, Mesin Stirling, pembuatan prototipe, kelayakan, decision tree analysis. xv + 57 hal; 17 gambar; 11 tabel Daftar pustaka : 15 (1994 – 2011)


commit to user

viii

ABSTRACT Nugroho E Budiyanto, NIM : I 0306050. FEASIBILITY ANALYSIS OF RESULT STIRLING ENGINE-BASED DESIGN WITH DECISION TREE ANALYSIS AS A METHOD OF SELECTING TYPE OF ENGINE. Scription. Surakarta: Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, June 2012.

Stirling engine is one of the alternative energy sources that it can use solar energy like solar panels. In addition to solar, stirling engine can use thermal energy such as geothermal heat, LPG, coal, etc.. Basically the Stirling engine can be built from other engine components and can be done at the micro-scale workshop.

Stirling engines are known to have some type of machine that is alpha, beta, gamma, and low temperature displacer (LTD). To get the right choice selection methods are needed method of choosing to accommodate some variables making up the system. The method can accommodate interrelated criteria that decision tree analysis method. Adjustment of an expert or experts in the field of machine Stirling necessary to know the approximate value of each criterion to the overall system. The prototype is made with micro-scale overhaul of the estimated value selection decision tree analysis. Then prototype tested by the method of testing the performance of the machine load on the crankshaft. The results of the load testing needs to be compared with similar competitors which are available from small scale to large scale.

Application as power plants Stirling engine is connected with a dynamo which it’s suited engine specifications have been made. The results of this study in addition to making a prototype, the analysis of the feasibility of the results of the design prototype Stirling engine in the form of weakness and strength to be a reference further technological development in order to achieve an ideal Stirling engine technology, inexpensive, and has a high usability value. Keywords: alternative source of electricity, power generator, Stirling Engines, prototyping, feasibility, decision tree analysis.

xv + 57 pages; 17 pictures; 11 table Reference: 15 (1994 – 2011)


commit to user

v

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang

telah memberikan rahmat, hidayah serta kekuatan sehingga penulis berhasil

menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Analisis Kelayakan Hasil Rancangan

Pembangkit Listrik Berbasis Mesin Stirling Dengan Decision Tree Analysis

Sebagai Metode Pemilihan Tipe Mesin”.

Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang telah

mendorong dan membimbing penulis, baik tenaga, ide-ide, maupun pemikiran.

Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih

yang sebesar-besarnya kepada :

1. Allah SWT yang selalu dan tidak henti-hentinya melimpahkan segala

rahmat, nikmat, anugerah, kesempatan serta ilmu yang berguna sehingga

penulis dapat menuntaskan pendidikan kesarjanaan ini dengan baik dan

lancar.

2. Bapak Dr. Cucuk Nur Rosyidi, ST, MT selaku Ketua Jurusan Teknik

Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3. Bapak Roni Zakaria, ST, MT selaku Dosen Pembimbing, terima kasih atas

segala bimbingan, bantuan, arahan dan kesabaran Bapak selama

penyelesaian Laporan Skripsi ini.

4. Bapak Ilham Priadythama, ST, MT selaku Dosen Pembimbing, terima

kasih atas segala bantuan, motivasi, pengertian, kesabaran bapak selama

penyelesaian Laporan Skripsi ini.

5. Bapak Yuniaristanto, ST, MT dan Ibu Dr. Ir. Susy Susmartini, MSIE

selaku Dosen Penguji, terima kasih atas masukan dan perbaikan untuk

Laporan Skripsi ini.

6. Bapak Wakhid A. Jauhari, ST, MT selaku koordinator Tugas Akhir yang

telah membantu mempermudah pelaksanaan Skripsi ini.

7. Ibu Retno Wulan Damayanti, ST, MT selaku Pembimbing Akademis,

terimakasih atas segala bimbingan, motivasi dan nasehat yang telah ibu

sampaikan kepada saya selama di Teknik Industri ini.


commit to user

vi

8. Mama Kusuma Retnowati (Ibu), Papa Arifin Budiyanto (Bapak), dan

Adikku (Listiani Devi Budiyanto) yang selalu memberi dukungan dan

do’a yang tak pernah putus sehingga penulis berhasil menyelesaikan

Laporan Skripsi ini. Semoga Allah selalu menyayangi kalian.

9. Ricki Hutomo, Mas Eryko Wisnu, Angga Libera, dan segenap teman-

teman Jurusan Teknik Industri UNS atas kerjasama dan kebersamaan yang

sangat berarti bagi penulis beruntung memiliki sahabat seperti kalian

semua, semoga kesuksesan selalu menyertai kita. Amiin.

10. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah

membantu penulis dalam menyelesaikan laporan ini.

Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari sempurna, oleh karena

itu penulis mengharapkan kritik, masukan dan saran yang membangun untuk

penyempurnaan laporan ini. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih

dan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Surakarta, Oktober 2012

Penulis


commit to user

ix

DAFTAR ISI

BAB 1 LATAR BELAKANG...…………...………..……………..……….... ..I-1

1.1 Latar belakang……………………………………………………...…....I-1

1.2 Perumusan masalah……………………………………………………...I-3

1.3 Tujuan penelitian………………………..……………..………………...I-3

1.4 Manfaat penelitian………………………………………………..….… .I-3

1.5 Batasan penelitian…………………………………..………….……… ..I-4

1.6 Asumsi penelitian……………………………..………………..………..I-4

1.7 Sistematika penulisan…………………………..……………..…………I-4

BAB II LANDASAN TEORI………..…………………………………… .…II-1

2.1 Sejarah Penelitian Sebelumnya..…………………………....…………..II-1

2.2 Stirling……………………….………….………………………..……..II-2

2.2.1 Siklus Stirling…………………….…….……………….…….…….II-2

2.2.1.1 Fase pertama……………………..………………….…….…….II-3

2.2.1.2 Fase kedua…………………….….……………………….….…II-3

2.2.1.3 Fase ketiga…………………..……………………….….………II-3

2.2.1.4 Fase keempat…………………..…………………….….………II-3

2.2.2 Jenis-jenis mesin stirling……………………………..….….………II-5

2.2.2.1 Alfa stirling…………………..……………………….….……..II-5

2.2.2.2 Beta stirling……………..…………………………….….……..II-6

2.2.2.3 Gamma stirling…………………………..…………..….………II-6

2.2.2.4 Low temperature displacer…………………………….………..II-7

2.3 Gaya, torsi, dan daya……………………..……………….…..………...II-7

2.3.1 Gaya………………………………..…………….….…….………..II-7

2.3.2 Torsi…………………………...……...……………….….………...II-9

2.3.3 Daya………………………..……………………….…….………...II-9

2.4 Model penelitian………………………..………………...….…….…..II-10

2.5 Decision tree analysis………………………..………………..……….II-15

2.6 Kelayakan fotovoltaik…...……………...…………………..…………II-20

2.6.1 Kombinasi Alat Pendukung……………...………….…………….II-20

2.6.2 Kebutuhan Sumber Cahaya Matahari……………....……………..II-21


commit to user

x

2.6.3 Daya yang Layak Dikembangkan……...………..………..……….II-23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN…………...……………………...III-1

3.1 Metodologi penelitian………………..………………….………….….III-1

3.1.1 Studi awal penelitian………………………...………………..........III-2

3.1.2 Penentuan level tujuan dan kriteria rancangan yang akan dicapai..

....................................................................................................…..III-3

3.1.3 Pengujian rancangan dan perhitungan biaya……………………....III-3

3.1.4 Analisis interpretasi hasil rancangan dan kesimpulan rancangan …III-6

3.2 Konversi energi LPG ke tenaga surya………………...…………….…III-6

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA….....…..……...IV-1

4.1 Identifikasi kebutuhan perancangan………...…………………………IV-1

4.2 Pendekatan prototype……………………...………….……………….IV-7

4.3 Uji coba prototype……………………………...……..……………….IV-8

4.4 Daya potensial dalam ruang mesin stirling.………………………......IV-11

4.5 Skalabilitas daya gas dalam ruang mesin stirling…………...…….….IV-12

4.6 Harga pokok produksi prototype Stirling tipe gamma……..…….…..IV-14

BAB V ANALISIS KELAYAKAN TEKNOLOGI………….………..……..V-1

5.1 Analisis kejadian dalam pengujian Mesin Stirling……………………..V-1

5.2 Analisis kelayakan Mesin Stirling sebagai pembangkit listrik…………V-2

5.2.1 Komparasi Mesin Stirling dengan competitor……………………...V-2

5.2.2 Fisibilitas pembangkit listrik Mesin Stirling yang dirancang………V-4

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN PENELITIAN……………………VI-1

6.1 Kesimpulan penelitian…………………………………………………VI-1

6.2 Saran penelitian………………………………………………………..VI-1

DAFTAR PUSTAKA


commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 a) Diagram p-v dan b) Diagram T-s pada siklus stirling…………..II-2

Gambar 2.2 Mesin stirling tipe alfa……………………………………………..II-6

Gambar 2.3 Mesin stirling tipe beta…………………………………………….II-6

Gambar 2.4 Mesin stirling tipe gamma…………………………………………II-7

Gambar 2.5 Mesin stirling tipe LTD (low temperature displacer)……………...II-7

Gambar 2.6 Influence diagram mesin stirling…………………………………II-12

Gambar 2.7 Lambang atau simbol dalam decision tree analysis……………...II-15

Gambar 2.8 Contoh bentuk sederhana decision tree analysis…………………II-16

Gambar 2.9 Daya energi sinar matahari pada siklus pergerakan matahari tahunan

…………………..……………………………………………...II-20

Gambar 2.10 Grafik efisiensi bahan semikonduktor berdasarkan ketebalan….II-22

Gambar 2.11 Concentrating Photovoltaic……………………………………..II-23

Gambar 3.1 Metodologi penelitian…………………………………………….III-2

Gambar 3.2 Rangkaian lintasan dan katrol uji…………………………………III-4

Gambar 4.1 Grafik tarif listrik panel surya dan TDL PLN………...………….IV-2

Gambar 4.2 Biaya kontribusi pemasangan panel surya...……………………...IV-3

Gambar 5.1 Kondisi kurang idealnya radiator………………………………….V-2

Gambar 5.2 Grafik perbandingan setelah normalisasi volume mesin………….V-3


commit to user

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sistem dan komponennya…………………………………………..II-11

Tabel 2.2 Pandangan sistem Stirling…………………………………………..II-13

Tabel 2.3 Efisiensi bahan semi-konduktor…………………………………….II-21

Tabel 4.1 Perbandingan tarif TDL PLN dengan tarif dasar listrik panel surya..IV-4

Tabel 4.2 Hasil pengujian pembebanan pada mesin gamma stirling 53,11 cc...IV-9

Tabel 4.3 Tabel Daya Gas Dalam Mesin Stirling dengan tekanan Ruang 1

Bar………………………………………………………………....IV-13

Tabel 4.4 Tabel Harga Pokok Produksi Mesin Stirling Gamma 53,11cc…….IV-14

Tabel 5.1 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan Mesin Stirling milik

ATMI………………………………………………………………...V-3

Tabel 5.2 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan Mesin Stirling Surya

prototype milik Amerika…………………………………………….V-4

Tabel 5.3 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan panel surya……..V-5

Tabel 5.4 Komparasi Mesin Stirling biogas yang ideal dengan genset berbahan

bakar bensin…………………………………………………………V-7


commit to user

xiii

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. I-1

1.1 Latar Belakang ................................................................................... I-1

1.2 Perumusan masalah ............................................................................. I-4

1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................ I-4

1.4 Manfaat Penelitian .............................................................................. I-5

1.5 Batasan Masalah ................................................................................. I-5

1.6 Asumsi Penelitian................................................................................ I-5

1.7 Sistematika Penulisan .......................................................................... I-6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... II-1

2.1 Deskripsi Jurusan Teknik Industri UNS ............................................. II-1

2.1.1 Visi dan Misi Jurusan Teknik Industri UNS .......................... II-2

2.1.2 Peraturan Syarat Minimal Kehadiran Mahasiswa ................... II-2

2.2 Landasan Teori................................................................................... II-3

2.2.1 Sistem Informasi Manajemen............................................ II-3

2.2.2 Prototyping Model ............................................................ II-6

2.2.3 Data Flow Diagram (DFD) ............................................... II-9

2.2.4 Kamus Data ...................................................................... II-13

2.2.5 Basis Data ......................................................................... II-14

2.2.6 Sistem Biometrik.............................................................. II-17

2.2.7 Biometrik Sidik Jari ......................................................... II-22

2.2.8 Perangkat Identifikasi Sidik jari ...................................... II-27

2.2.9 Sistem Terdistribusi ......................................................... II-30

2.3 Penelitian Sebelumnya ..................................................................... II-33

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. III-1

3.1 Studi Pendahuluan ............................................................................III-2

3.2 Pengumpulan dan Pengolahan Data ...................................................III-3

3.3 Analisis Hasil ....................................................................................III-6

3.4 Kesimpulan dan Saran .......................................................................III-7

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA ......................... IV-1

4.1 Identifikasi Sistem Awal ................................................................. IV-1


commit to user

xiv

4.1.1 Kerangka Kerja Sistem Awal ........................................... IV-1

4.1.2 Proses Bisnis Sistem Awal ............................................... IV-3

4.1.3 Pemodelan Sistem Awal ................................................... IV-5

4.1.4 Analisis Permasalahan Sistem Awal..............................IV-16

4.1.5 Identifikasi Kebutuhan Sistem .......................................IV-18

4.2 Perancangan Sistem Usulan ........................................................... IV-20

4.2.1 Proses Bisnis Sistem Usulan .........................................IV-20

4.2.2 Pemodelan Sistem Sistem Usulan .................................IV-23

4.3 Pembuatan Prototipe ...................................................................... IV-34

4.3.1 Perancangan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak ...IV-34

4.3.2 Perancangan Database ....................................................IV-39

4.3.3 Perancangan User Interface ............................................IV-56

BAB V ANALISIS HASIL ................................................................................ V-1

5.1 Evaluasi Prototipe .............................................................................V-1

5.1.1 Evaluasi Pertama ................................................................ V-1

5.1.2 Evaluasi Kedua................................................................... V-2

5.2 Analisis Sistem Usulan ......................................................................V-3

5.3 Analisis Rancangan Program Aplikasi ................................................V-5

5.4 Rencana Pengembangan Aplikasi .......................................................V-7

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... VI-1

6.1 Kesimpulan ..................................................................................... VI-1

6.2 Saran ............................................................................................... VI-2

DAFTAR PUSTAKA


commit to user

I-1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG PENELITIAN

Krisis energi bahan bakar fosil menjadi kendala di seluruh negara. Harga

bahan bakar gas dan minyak dunia dimana dari tahun ke tahun selalu mengalami

tren kenaikan harga yang cukup signifikan akibat antara penyaluran dan

permintaan tidak seimbang. Saat ini sebagian besar pembangkit listrik di

Indonesia masih menggunakan bahan bakar fosil yang mengakibatkan negara

harus melakukan kenaikan subsidi disamping melakukan kenaikan TDL (Tarif

Dasar Listrik) setiap beberapa tahun sekali. Dalam hal ini, teknologi yang dapat

memanfaatkan sumber energi terbaharukan apa pun tanpa dibatasi bentuknya telah

menawarkan solusi dalam pemenuhan kebutuhan energi listrik. Sebagai contoh

teknologi tersebut adalah kincir angin, turbin mikro hidro, fotovoltaik, dll. Di

hampir seluruh wilayah Indonesia, tekonologi ramah lingkungan yang tepat dan

dominan mampu digunakan adalah alat yang mampu menyerap limpahan energi

surya yang berlebih seperti panel surya, sedangkan untuk kincir angin kurang

tepat dikarenakan membutuhkan limpahan debit udara yang cukup konstan dan

melebihi batas minimal menghasilkan listrik.

Teknologi fotovoltaik yang ramah lingkungan dengan menggunakan panel

surya saat ini telah memiliki efisiensi hingga 18,7 % (Siscawati, 2011).

Fotovoltaik untuk membangkitkan daya puncak sebesar 85 watt membutuhkan

luas panel surya sebesar 0,7 m2 dan beban biaya sebesar Rp 2.800.000,- belum

biaya pemasangan (Toko Panelsurya LTC Glodok, 2011). Fotovoltaik memiliki

kelebihan dalam tingkat kebisingan yang sangat rendah, tidak menghasilkan emisi

CO2, dan dapat langsung dipasang di atap-atap rumah maupun di daerah terpencil.

Adapun kelemahan teknologi fotovoltaik yaitu membutuhkan perangkat inverter

untuk mengubah arus DC menjadi arus AC yang sesuai dengan arus listrik alat-

alat elektronik rumah tangga.

Sebenarnya teknologi fotovoltaik bukan satu-satunya yang memanfaatkan

energi matahari melainkan terdapat teknologi mesin pompa kalor tertutup. Sedikit

berbeda dengan fotovoltaik, mesin ini tidak secara langsung menghasilkan energi


commit to user

I-2

listrik melainkan menghasilkan energi mekanik yang dikonversi menjadi energi

listrik melalui sebuah generator dinamo. Mesin-mesin ini bekerja dengan

memanfaatkan sifat gas yang dipanaskan akan memuai kemudian saat didinginkan

gas akan menyusut volumenya. Salah satu contoh siklus tertutup yang dapat

digunakan dalam merancang mesin yang ramah lingkungan Mesin Stirling

(Moran dan Shapiro, 2000).

Efisiensi Mesin Stirling secara teoritis mendekati efisiensi Carnot dengan

proses isotermal dan isokhorik. Saat ini dalam pengembangan Mesin Stirling

untuk kebutuhan produksi massal baru mampu menghasilkan daya terbesar

mencapai 3 kilowatt listrik. Mesin-mesin Stirling yang berdaya besar pada

umumnya menggunakan volume kecil namun dengan tekanan puluhan bar

(Minassian, 2007). Mesin seperti ini harus memiliki teknologi material dan

manufaktur yang tinggi. Mesin-mesin ini mulai dikembangkan di Eropa dan

Amerika dikarenakan memiliki potensi yang cukup besar layaknya panel solar-sel

untuk menghasilkan energi listrik bagi kebutuhan rumah tangga.

Kondisi wilayah Indonesia yang berada di dataran rendah memiliki

pancaran sinar matahari yang hampir sepanjang tahun yang intensitas cahayanya

sangat melimpah sehingga teknologi Mesin Stirling dengan sumber panas cahaya

matahari mampu digunakan semenjak pagi hari hingga sore hari sebelum senja

untuk menyediakan sekaligus pengisian listrik yang disimpan dalam sebuah

baterai. Namun untuk mewujudkan Mesin Stirling yang layak membutuhkan

teknologi produksi yang baik agar bagian-bagian mesin yang dipakai memiliki

tingkat durasi dan proses pembuatan yang tinggi. Tidak seperti di luar negeri,

tekonologi manufaktur di Indonesia masih relatif rendah dalam pembuatan

komponen mesin. Apabila Mesin Stirling ini dikembangkan di Indonesia, proses

produksi akan dilakukan pada level rumah tangga dengan beberapa bagian mesin

disubstitusi komponen mesin lain. Hal ini memiliki resiko turunnya kinerja mesin

akibat tingkat akurasi perakitan yang belum terjamin. Dengan kondisi tersebut

masih belum dapat diketahui apakah kelayakan Mesin Stirling dapat dijadikan

alternatif pemenuhan energi listrik di Indonesia yang mayoritas berdaya listrik

antara 900-2200 watt.


commit to user

I-3

Dari kedua teknologi tersebut untuk dijadikan alternatif sebagai alat

pemenuhan listrik rumah tangga dalam skala 900-2200 watt maka diperlukan

analisa kelayakan skala workshop diantara keduanya, baik dari segi bisnis,

persyaratan kebutuhan, dan dari segi kemampuannya. Dari segi bisnis maka akan

diulas antara biaya kebutuhan teknologi-teknologi tersebut agar dapat berjalan

menghasilkan listrik rumah tangga. Kebutuhan dan kemampuan teknologi energi

pembangkit listrik ditunjukkan pada efisiensi alat-alat tersebut dalam menyerap

energi cahaya matahari hingga mengeluarkan listrik maupun luas lahan yang

tersedia bagi konsumen rumah tangga. Dalam memilih diantara beberapa tipe

Mesin Stirling, digunakan metodologi decision tree analysis karena metodologi ini

dapat memberikan keputusan berdasarkan biaya dan resiko daya yang terbaik dari

setiap tipe mesin yang akan dibuat. Metodologi pengambilan keputusan decision

tree memiliki kelebihan terhadap metodologi Analytic Hierarchy Proses (AHP)

adalah tidak menggunakan prioritas faktor tertentu melainkan seluruh faktor

menjadi pendukung untuk menghasilkan hasil akhir.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang tersebut, maka perumusan masalah dalam

penelitian ini yaitu bagaimana kelayakan Mesin Stirling untuk pemenuhan

kebutuhan energi listrik skala rumah tangga.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan yang dicapai dalam penelitian, sebagai berikut:

1. Menentukan spesifikasi Mesin Stirling yang sesuai dengan kapabilitas proses

di workshop skala mikro.

2. Membuat prototipe Mesin Stirling sesuai spesifikasi yang terbaik.

3. Menguji prototipe Mesin Stirling yang sudah ditentukan spesifikasinya.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Manfaat penelitian yang diharapkan dalam penelitian ini, sebagai berikut:

1. Menjadi masukan dalam mengembangkan alternatif diantara 2 teknologi

pembangkit listrik yang ramah lingkungan bagi rumah tangga di Indonesia.


commit to user

I-4

2. Memperoleh informasi kelayakan teknologi bagi peneliti-peneliti

pengembang rancangan Mesin Stirling maupun panel surya untuk

meningkatkan kemampuan teknologi tersebut bagi pemenuhan kebutuhan

energi listrik di Indonesia.

1.5 BATASAN PENELITIAN

Agar penelitian lebih fokus, maka batasan penelitian ini, sebagai berikut:

1. Spesifikasi Mesin Stirling menyesuaikan kemampuan workshop skala mikro.

2. Pengujian dilakukan dalam skala lab dengan sumber energi dari elpiji sebagai

pengganti energi matahari.

1.6 ASUMSI PENELITIAN

Asumsi-asumsi yang digunakan pada rancangan mesin Stirling dengan

sumber panas dari arang, sebagai berikut:

1. Perhitungan teoritis mengasumsikan suhu lingkungan konstan.

2. Kebocoran pada mesin tidak terjadi.

3. Tingkat kepakaran responden untuk decision tree sesuai teknologi produksi

skala mikro.

1.7 SISTEMATIKA PENULISAN

Penyusunan tugas akhir ini, disusun secara sistematis dan berisi uraian pada

setiap bab untuk mempermudah pembahasannya. Adapun dari pokok-pokok

permasalahan dalam penelitian ini dapat dibagi menjadi enam bab, seperti

dijelaskan di bawah ini.

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, perumusan

masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, asumsi

dan sistematika penulisan. Bab ini memaparkan konsep penelitian yang

dilakukan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi mengenai uraian teori-teori termodinamika, konsep

kinerja mesin Stirling, teori kinematika dan dinamika mesin.


commit to user

I-5

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi uraian tahapan yang dilakukan dalam melakukan

penelitian mulai dari identifikasi masalah sampai dengan penarikan

kesimpulan.

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

Menjelaskan proses pengumpulan dan pengolahan data yang diperoleh

selama pelaksanaan penelitian, sesuai dengan usulan permasalahan

yang diangkat. Pada awal pengolahan dijelaskan alasan pemilihan jenis

Mesin Striling dengan menampilkan decision tree analysis pemilihan

prototipe berdasarkan beban biaya. Data yang dikumpulkan berupa data

daya mesin di poros, besaran kecepatan sudut, dan torsi yang dicapai.

BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL

Tahap analisis dan interpretasi hasil berisi perbandingan analisa

kelayakan Mesin Stirling dengan panel surya berdasarkan kombinasi

peralatan yang dibutuhkan, kebutuhan energi matahari untuk

membangkitkan listrik, maksimum daya yang dapat dikembangkan,

total beban biaya yang dibutuhkan. Dari segi kebutuhan akan diuraikan

persyaratan-persyaratan dari masing-masing teknologi baik Mesin

Stirling maupun panel surya utnuk berfungsi. Dari segi biaya diuraikan

kebutuhan biaya untuk membuat 1(satu) produk hingga berfungsi. Dari

segi kemampuan diuraikan berdasarkan dalam suatu ukuran tertentu

dari produk tersebut untuk menghasilkan energi listrik dengan pesokan

energi surya.

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

Merupakan tahap akhir penyusunan laporan penelitian yang berisikan

uraian pencapaian tujuan penelitian yang diperoleh dari analisis

pemecahan masalah maupun hasil pengumpulan data serta saran-saran

pemilihan teknologi yang layak digunakan untuk kebutuhan energi

listrik skala rumah tangga 900-2200 watt.


commit to user

II-1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bagian ini pengetahuan mengenai konsep siklus stirling, ilmu

termodinamika, konsep listrik magnetis digunakan sebagai landasan teori yang

memberikan acuan dalam perancangan mesin gamma stirling berbahan bakar

arang (studi awal mesin stirling) pada penelitian.

2.1 SEJARAH PENELITIAN SEBELUMNYA

Pada tanggal 27 September 1816, perwakilan Gereja Skotlandia, Robert

Stirling mengajukan permohonan paten untuk economiser di Edinburgh,

Skotlandia. Perangkat ini dalam bentuk blok mesin terbalik, dan dimasukkan

pergeseran fasa karakteristik antara displacer dan piston yang kita lihat dalam

mesin stirling saat ini. Mesin tersebut menampilkan siklus pemanasan dan

pendinginan gas internal dengan menggunakan sumber panas eksternal, namun

perangkat itu belum dikenal sebagai Mesin Stirling. Nama itu diciptakan hampir

seratus tahun kemudian oleh insinyur Belanda Rolf Meijer untuk menjelaskan

seluruh jenis mesin siklus gas ditutup regeneratif (UK stirlingengine, 2007).

Mesin Stirling yang unik di antara mesin panas karena memiliki efisiensi

yang sangat tinggi mendekati efisiensi carnot, pada kenyataannya hampir sama

dengan maksimum teoritis efisiensi Carnot karena mesin stirling yang didukung

oleh ekspansi (pemanasan) dan kontraksi (pendinginan) gas. Jumlah tetap gas di

dalam mesin Stirling ditransfer bolak-balik antara akhir panas dan akhir yang

dingin terus-menerus. Robert Stirling terus bekerja pada mesinnya sepanjang

hidupnya. Pada 1820 dia bergabung oleh adiknya James, yang tujuannya untuk

menunjukkan kontribusi tekanan gas internal untuk meningkatkan keluaran daya.

Selanjutnya paten desain perbaikan diterapkan untuk tahun 1827 dan 1840 (UK

stirlingengine, 2007).

Pada awal tahun 1983, Profesor Ivo Kolin dari University of Zagreb,

Kroasia, menunjukkan mesin stirling dengan perbedaan suhu rendah pertama.

Mesin in i bekerja pada perbedaan suhu 100°C. Mesin menunjukkan bekerja untuk

waktu yang lama walaupun perbedaan suhu semakin diturunkan dan akhirnya

berhenti ketika perbedaan turun di bawah 20 °C (UK stirlingengine, 2007).


commit to user

II-2

Selama 1980-an, Profesor Kolin terus menyempurnakan mesin bersuhu rendah,

masih mengandalkan diafragma tetapi menyederhanakan mekanisme drive

displacer kompleks (UK stirlingengine, 2007).

Selama tahun 1980-an dan awal 1990-an Profesor Senft dari Universitas

Winconsin mengambil gagasan perbedaan suhu rendah mesin Stirling. Model

pertama yang dihasilkan adalah Mesin Ringbom, dimana tidak memiliki

hubungan langsung antara roda gila dan displacer, mesin Ringbom sangat

tergantung pada perubahan tekanan di dalam ruang utama untuk memindahkan

displacer kembali dan sebagainya. (UK stirlingengine, 2007).

Pada tahun 1992 Profesor Senft diminta untuk merancang dan membangun

sebuah mesin stirling dengan perbedaan suhu rendah untuk NASA. Mesin ini,

yang disebut-N 92, yang dioptimalkan untuk operasi dengan tangan, perbedaan

suhu rendah sebesar 6°C yang cukup untuk kekuatan itu. Profesor Senft terus

bekerja dengan mesin stirling, dan telah menulis beberapa buku rincian sejarah

dan pembuatan mesin Stirling (UK stirlingengine, 2007).

2.2 STIRLING

2.2.1 Siklus Dalam Stirling

Dalam siklus mesin stirling berlaku 2 fase yaitu 2 proses iso-termal dan 2

proses iso-khorik. Dua proses terakhir terjadi dengan bantuan sebuah regenerator

untuk membuat siklus ini reversibel. Diagram p-v dan T-s siklus in i ditunjukkan

pada gambar 2.1 (Daryus, 2002).

Gambar 2.1 a) Diagram p-v dan b) Diagram T-s pada siklus stirling

Sumber: Daryus, 2002 Misalnya silinder mesin berisi m kg udara pada keadaan awal, yang

ditunjukkan oleh titik 1.


commit to user

II-3

2.2.1.1 Fase Pertama

Udara berekspansi secara isotermal, pada temperatur konstan T1

dari v1

ke

v2. Kalor yang diberikan sumber eksternal diserap selama proses. Kalor yang

diberikan = kerja yang dilakukan selama proses isotermal (Daryus, 2002)

……………….……………….(2.1)

2.2.1.2 Fase Kedua

Sekarang udara lewat melalui regenerator dan didinginkan pada volume

konstan ke temperatur T3. Proses ini digambarkan oleh grafik 2-3 pada diagram p-

v dan T-s. Pada proses ini kalor dibuang ke generator (Daryus, 2002). – ………………...……….(2.2)

2.2.1.3 Fase Ketiga

Udara dikompresi secara isotermal d i dalam silinder mesin dari v3

ke v4.

Proses ini digambarkan oleh grafik 3-4 pada diagram p-v dan T-s. Lagi kalor

dibuang oleh udara (Daryus, 2002). Kalor yang dilepaskan:

………………………..…………. (2.3)

2.2.1.4 Fase Keempat

Terakhir, udara dipanaskan pada volume konstan ke temperatur T1

dengan

melewatkan udara ke regenerator dalam arah yang berlawanan dengan proses 2-3.

Pada proses ini kalor diserap oleh udara dari regenerator selama proses ini, yaitu

proses 4-1 (Daryus, 2002). Kalor yang diserap o leh udara:

……………..…………....(2.4)

Terlihat bahwa kalor yang dilepaskan ke regenerator selama proses 2-3

adalah sama dengan kalor yang diambil dari regenerator selama proses 4-1. jadi,


commit to user

II-4

tidak ada pertukaran kalor ke sistem selama proses-proses ini. Pertukaran kalor

hanya terjadi selama dua proses isotermal (Daryus, 2002).

Kerja yang dilakukan = Kalor yang disuplai – Kalor yang dibuang

……………...………………...(2.5)

dan efisiensinya: karena efisiensi siklus Stirling adalah sama dengan

siklus Carnot. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa siklus adalah reversibel,

dan semua siklus reversibel mempunyai efisiensi yang sama (Daryus, 2002).

Dalam memperhitungkan daya teoritis kinerja gas berdasarkan beberapa variable

maka Teori Schmidt adalah salah satu metode perhitungan isotermal untuk mesin

Stirling. Ini adalah metode yang paling sederhana dan sangat berguna dalam

pengembangan mesin Stirling. Teori ini didasarkan pada ekspansi isotermal dan

kompresi gas ideal.

)


commit to user

II-5

……………………………(2.6)

p = Tekanan rata-rata mesin (N/m2)

t = rasio suhu hot chamber dengan cold chamber

Keterangan: W = energi yang dibangkitkan

P = Daya mesin (Watt)

f = Putaran mesin (RPS)

2.2.2 Jenis-Jenis Mesin Stirling

Ada dua jenis utama dari mesin Stirling yang dibedakan oleh cara mereka

memindahkan udara antara sisi panas dan dingin dari silinder:

1. Dua piston desain alfa jenis memiliki piston dalam silinder independen, dan

gas didorong antara ruang panas dan dingin.

2. Jenis perpindahan mesin Stirling, dikenal sebagai jenis beta dan gamma,

menggunakan mekanik displacer terisolasi untuk mendorong gas kerja antara

sisi panas dan dingin dari silinder. Displacer cukup besar untuk mengisolasi

sisi panas dan dingin silinder termal dan untuk menggantikan sejumlah besar

gas. Ini harus memiliki cukup celah antara displacer dan dinding silinder

untuk membiarkan gas untuk aliran di sekitar displacer dengan mudah.

2.2.2.1 Alfa Stirling

Sebuah Stirling alfa berisi dua power piston dalam silinder terpisah, satu

panas dan satu dingin. Silinder panas ini terletak di dalam penukar panas suhu

tinggi dan silinder dingin terletak di dalam penukar panas suhu rendah. Jenis

mesin memiliki rasio power-to-volume tinggi tetapi memiliki masalah teknis

karena suhu biasanya tinggi dari piston panas dan daya tahan meterai-meterainya.

Dalam prakteknya, piston ini biasanya membawa kepala isolasi besar untuk

bergerak segel jauh dari zona panas dengan mengorbankan beberapa ruang mati

tambahan.


commit to user

II-6

Gambar 2.2 Mesin stirling tipe alfa

Sumber: Lucas, 1994

2.2.2.2 Beta Stirling

Sebuah Stirling beta memiliki kekuatan tunggal diatur piston dalam

silinder yang sama pada poros yang sama seperti piston displacer. Piston displacer

adalah cocok longgar dan tidak ekstrak kekuasaan apapun dari gas memperluas

tetapi hanya berfungsi untuk antar-jemput gas bekerja dari penukar panas panas

ke penukar panas dingin. Ketika gas bekerja didorong ke ujung silinder panas

mengembang dan mendorong piston kekuasaan. Ketika didorong ke ujung dingin

dari kontrak itu silinder dan momentum mesin, biasanya ditingkatkan dengan roda

gila, mendorong piston kekuatan cara lain untuk kompres gas. Berbeda dengan

jenis alpha, beta menghindari jenis masalah teknis segel bergerak panas.

Gambar 2.3 Mesin stirling tipe beta

Sumber: Lucas, 1994

2.2.2.3 Gamma Stirling

Sebuah Stirling gamma adalah hanya Stirling beta di mana piston daya

terpasang di dalam silinder terpisah samping silinder piston displacer, namun

masih terhubung ke roda gila yang sama. Gas dalam dua silinder dapat mengalir

bebas di antara mereka dan tetap satu tubuh. Konfigurasi ini menghasilkan rasio

kompresi yang lebih rendah tetapi secara mekanis sederhana dan sering digunakan

dalam multi-silinder mesin Stirling.


commit to user

II-7

Gambar 2.4 Mesin stirling tipe gamma

Sumber: Lucas, 1994

2.2.2.2 Low Temperature Displacer

Pada perkembangan era modern, dikenal salah satu jenis tipe mesin

striling untuk suhu rendah. Mesin tipe ini merupakan perkembangan tipe gamma

hanya saja untuk mampu berjalan di suhu rendah dengan ukuran displacer yang

diperbesar dibandingkan ukuran power pistonnya. Tujuan memperbesar

displacernya adalah untuk meningkatan tangkapan energi kalor yang

dimanfaatkan pada pelebaran luas permukaan (Arsdell, 2007).

Gambar 2.5 Mesin stirling tipe LTD (low temperature displacer)

Sumber: Arshdell, 2002

2.3 GAYA, TORSI, DAN DAYA

2.3.1 Gaya

Di dalam ilmu fisika, gaya atau kakas adalah apapun yang dapat

menyebabkan sebuah benda bermassa mengalami percepatan. Gaya memiliki

besar dan arah, sehingga merupakan besaran vektor. Satuan SI yang digunakan

untuk mengukur gaya adalah Newton (dilambangkan dengan N). Berdasarkan

Hukum kedua Newton, sebuah benda dengan massa konstan akan dipercepat

sebanding dengan gaya netto yang bekerja padanya dan berbanding terbalik

dengan massanya (Surya, 2004).


commit to user

II-8

Penjelasan lain yang mirip, gaya netto yang bekerja pada sebuah benda

adalah sebanding dengan laju perubahan momentum yang dialaminya.

…………………….…….(2.7)

Gaya bukanlah sesuatu yang pokok dalam ilmu fisika, meskipun ada

kecenderungan untuk memperkenalkan ilmu fisika lewat konsep ini. Yang lebih

pokok ialah momentum, energi dan tekanan. Sebenarnya, tak seorang pun dapat

mengukur gaya secara langsung. Tetapi, kalau sesuatu mengatakan seseorang

mengukur gaya, sedikit berpikir akan membuat seseorang menyadari bahwa apa

yang diukur sebenarnya adalah tekanan (atau mungkin kemiringannya). "Gaya"

yang kita rasakan saat meraba kulit anda, misalnya, sebenarnya adalah sel syaraf

tekanan Anda yang mendapat perubahan tekanan. Ukuran neraca pegas mengukur

ketegangan pegas, yang sebenarnya adalah tekanannya, dll. Dalam bahasa sehari-

hari gaya dikaitkan dengan dorongan atau tarikan, mungkin dikerahkan oleh otot-

otot kita (Surya, 2004).

Di fisika, kita memerlukan definisi yang lebih presisi. Kita mendefinisikan

gaya di sini dalam hubungannya dengan percepatan yang dialami benda standar

yang diberikan ketika ditempatkan di lingkungan sesuai. Sebagai benda standar

kita menggunakan silinder platinum yang disimpan di International Bureau of

Weights and Measures dekat Paris dan disebut kilogram standar. Di fisika, gaya

adalah aksi atau agen yang menyebabkan benda bermassa bergerak dipercepat.

Hal ini mungkin dialami sebagai angkatan, dorongan atau tarikan. Percepatan

benda sebanding dengan penjumlahan vektor seluruh gaya yang beraksi padanya

dikenal sebagai gaya resultan (Surya, 2004).

Dalam benda yang diperluas, gaya mungkin juga menyebabkan rotasi,

deformasi atau kenaikan tekanan terhadap benda. Efek rotasi ditentukan oleh

torka, sementara deformasi dan tekanan ditentukan oleh stres yang diciptakan oleh

gaya. Gaya netto secara matematis sama dengan laju perubahan momentum benda

dimana gaya beraksi. Karena momentum adalah kuantitas vektor (memiliki besar

dan arah), gaya adalah juga kuantitas vektor (Surya, 2004).


commit to user

II-9

2.3.2 Torsi

Konsep torsi dalam fisika, juga disebut momen. Informalnya, torsi dapat

dianggap sebagai gaya rotasional. Analog rotasi dari gaya, masa, dan percepatan

adalah torsi, momen inertia dan percepatan angular. Gaya yang bekerja pada

benda, dikalikan dengan jarak dari titik tengah benda, adalah torsi. Contohnya,

gaya dari tiga newton bekerja sepanjang dua meter dari titik tengah mengeluarkan

torsi yang sama dengan satu newton bekerja sepanjang enam meter dari titik

tengah. Ini menandakan bahwa gaya dalam sebuah sudut pada sudut yang tepat

kepada lever lurus. Lebih umumnya, seseorang dapat mendefinisikan torsi sebagai

perkalian silang jarak dengan gaya secara besaran vektor(Surya, 2004):

…….………………..………(2.8)

di mana r adalah vektor dari axis putaran ke titik di mana gaya bekerja F adalah

vektor gaya.

2.3.3 Daya

Daya dalam fisika adalah laju energi yang dihantarkan atau kerja yang

dilakukan per satuan waktu. Daya dilambangkan dengan P. Mengikuti definisi ini

daya dapat dirumuskan sebagai (Surya, 2004):

…..………………………………..……(2.9)

Keterangan:

P adalah daya

W adalah kerja, atau energi

t adalah waktu

Daya rata-rata adalah kerja rata-rata atau energi yang dihantarkan per

satuan waktu. Daya sesaat adalah limit daya rata- t

mendekati nol. Bila laju transfer energi atau kerja tetap, rumus di atas dapat

disederhanakan menjadi (Surya, 2005):

……………….………………….(2.10)

di mana W dan E adalah kerja yang dilakukan, atau energi yang dihantarkan,

dalam waktu t (diukur dalam satuan detik). Satuan daya dalam SI adalah watt.


commit to user

II-10

2.4 MODEL PENELITIAN

Suatu benda memiliki sistem yang menempel dan bekerja pada benda

tersebut. Dalam hal ini mesin stirling memiliki sistem yang hampir sama dengan

sistem mesin Carnot dimana menggunakan fenomena isotermal dan isokhorik

untuk mesin dapat bekerja. Mesin stirling menggunakan sumber energi dalam

bentuk kalor atau panas yang berasal dari luar mesin tersebut, sehingga banyak

variabel yang mempengaruhi mesin tersebut akan bergerak atau tidak.

Sebelum membahas pada variabel yang berpengaruh, maka diperlukan

sistem secara umum mesin stirling hingga dapat bergerak. Mesin stirling pada

tahap pertama bergerak pada siklus pertama menuju kedua yaitu saat proses iso

termal dimana power piston dan displacer turun ke bawah yang disebut

isoexpansion. Hal ini terjadi disebabkan udara pada displacer mengalami

pemuaian yang mengakibatkan adanya gaya dorong bagi displacer. Selama iso

termal terdapat perbedaan volume ruang antara power piston dan displacer yang

mengakibatkan udara atau gas di dalam mesin mengalir ke ruang yang memiliki

tekanan lebih rendah dan terjadi penyerapan kalor secara maksimal.

Setelah mengalami isoexpansion maksimal maka dilanjutkan pada tahap

kedua dimana terjadi isokhorik dimana saat terjadi proses tersebut terdapat

perbedaan suhu antara power piston dengan displacer yang signifikan. Perbedaan

suhu tersebut memberikan percampuran suhu panas dan dingin yang

mengakibatkan pembuangan dalam suhu yang besar dari suhu displacer yang

sangat tinggi menjadi suhu yang lebih dingin. Tahap ini juga disebut tahap

pelepasan kalor pada regenerator.

Setelah mengalami isokhorik, maka pada tahap ketiga power piston dan

displacer akan mulai mengalami isotermal dimana terjadi isocompression dimana

terjadi perbedaan volume seperti saat isocompression. Perbedaan volume

mengakibatkan perbedaan tekanan yang mengakibatkan power piston dan

displacer akan tertarik untuk naik kembali. Di tahap ini terjadi pembuangan panas

yang lebih karena terjadi pendinginan di power piston saat udara memasuki ruang

power piston secara penuh.

Pada tahap 4 terjadi proses isokhorik dimana udara kembali melalui

regenerator sehingga udara dipanaskan kembali oleh panas regenerator yg telah


commit to user

II-11

tersimpan pada tahap kedua. Pada proses ini terjad i perbedaan suhu antara udara

yg dingin dari power piston dengan suhu yang ada di regenerator. Akibat dari

pemanasan regenerator maka udara yang dipanaskan di displacer akan dapat

mencapai suhu yang lebih tinggi dibandingkan suhu saat tahap pertama sebelum

mesin mulai bergerak. Pergerakan mesinpun akan mengalami percepatan yang

cukup signifikan.

Sistem dan komponen yang berpengaruh dalam sistem adalah sebagai

berikut:

Tabel 2.1 Sistem dan komponennya.

No Kriteria Komponen sistem 1 sistem Mesin Stirling 2 entitas gas 3 atribut Kemampuan dorong gas 4 aktivitas transfer energi 5 kejadian pemuaian Jumlah energi yang diserap gas

penyusutan Jumlah energi yang dilepaskan gas

Permasalahan yang dihadapi adalah berapa kemampuan transfer energi

yang dilakukan gas untuk dapat dikonversi menjadi tenaga pada poros engkol

mesin stirling dari sumber panas yang ditangkap oleh hot chamber mesin striling.

Dalam pendekatan sistem, permasalahan dipandang sebagai suatu sumber

pemahaman sistem. Pada sistem ini, variabel status berupa jumlah kalor yang

diserap gas dan jumlah energi yang dilepaskan gas mengakibatkan terjadinya

aktivitas dalam sistem. Karakteristik dari sistem mesin stirling ini adalah:

Pendekatan untuk menjelaskan sistem Relevan lingkungan (Input-Output)

komponen

Observer : Penguji mesin stirling

Purpose : Untuk mengetahui efisiensi mesin stirling yang

dicapai pada penelitian awal.

Input

Controllab le : aliran air pendingin

Uncontrollable : Energi kalor yang diberikan menyesuaikan cuaca dan

suhu lingkungan, jumlah angin yang dialirkan pada


commit to user

II-12

heatsink dan radiator air, suhu udara yang digunakan

mendinginkan heatsink dan radiator air.

Output : Udara panas dari heatsink radiator air dan putaran

mesin pada poros engkol mesin stirling.

Komponen : Gas, displacer set, power piston set, cranckshaft,

radiator air set, heatsink, air.

Variabel system : Jumlah energi yang diserap dan jumlah energi yang

dilepaskan.

Parameter : Transfer energi dapat terjadi jika terjadi perbedaan

suhu yang cukup signifikan.

Relasi variabel : Proses perubahan energi mengakibatkan perubahan

tekanan gas dalam sistem. Perubahan tekanan

mengakibatkan gas mengalir dan menggerakkan

sistem.

Dari siklus yang dijelaskan maka dapat dibuat influence diagram dari

mesin stirling sebagai berikut:

Gambar 2.6 Influence diagram mesin stirling

Kemudian dari influence diagram dapat dicari kembali untuk lebih

detailnya mengenai faktor-faktor lingkungan yang dapat mempengaruhi dari

sistem dalam mesin untuk selama berjalan. Dalam hal ini dapat dibagi beberapa

bagian detail yang dapat dimunculkan, mulai dari tujuan pandangan tentang

entitas sebagai sebuah sistem, komponen sistem, aktivitas sistem, hubungan antar

komponen, masukan dari lingkungan sistem, keluaran terhadap lingkungan


commit to user

II-13

sistem, dan transformasi proses dari sistem. Hal ini bertujuan untuk mencari

bagaimana sistem terbentuk dan tujuan sistem tersebut dibuat. Dapat digambarkan

sebagai berikut:

Tabel 2.2 Pandangan sistem Stirling pandangan sistem Perancang

tujuan pandangan entitas sbg

sistem

Studi awal perancangan mesin stirling sebagai

pembangkit listrik

komponen sistem displacer, power piston, cranckshaft, sumber

panas, thorax piston,blok mesin tertutup, gas, fly

wheel, operator,pendingin air

aktivitas sistem penyerapan panas, perpindahan panas,

pendorongan power piston dan

displacer,pembuangan panas, pemutaran

cranckshaft.

hubungan antarkomponen

penggerak komponen yang lain,pemberi

perubahan bentuk energi, pemindah/pengalir

energi, pengubah suhu.

masukan dari lingkungan sumber panas dan udara pendingin

keluaran ke lingkungan panas dan putaran mesin

transformasi proses dari sistem pemanasan gas sehingga memuai mendorong

displacer dan power piston iso ekspansi secara iso

termal, pelepasan panas secara isi khorik ke

regenerator,pencampuran udara panas dengan

udara dingin secara iso termal mengakibatkan iso

kompresi pada displacer dan power piston,

pemanasan gas akibat menyerap panas dari

regenerator secara iso khorik saat melalu i

regenerator sehingga cranckshaft berputar secara

penuh dan terus menerus.

Dalam sistem gas tertutup mesin stirling terdapat black box yang memiliki

kaitan dari sistem tapi berada di luar sistem. Black box sistem tersebut adalah


commit to user

II-14

kemampuan gas menyerap dan membuang panas yang diberikan sumber panas.

Kemampuan gas tersebut mengakibatkan suhu yang akan dicapai pada mesin

bekerja. Setiap gas memiliki perilaku dan perlakuan yang berbeda diakibatkan

karakteristik dari gas yang digunakan.

Sistem ini merupakan sistem deterministic dimana dapat diperkirakan

besar kebutuhan panas untuk menggerakkan sistem ini. Kemampuan sistem ini

untuk menghasilkan keluaran dari input yang diberikan dapat diukur baik secara

teoritis maupun secara praktik. Sistem ini dapat berjalan secara berkelanjutan atau

continuous jika komponen-komponen dari sistem dapat berjalan secara dan

optimal, seperti sumber panas konstan, pendingin bekerja optimal, lubrikasi

optimal, dll. Sistem ini selain membutuhkan keoptimalan dari sistem pendingin

dan sumber panas, juga membutuhkan kondisi perubahan cuaca dan suhu di luar

mesin yang tidak ekstrim panas, jika kondisi lingkungan mengalami pemanasan

maka dapat dipastikan sistem ini menjadi discrete system karena pendinginan

mesin tidak optimal dan hanya dapat bekerja pada kondisi tertentu. Sistem ini

menjadi open system disebabkan adanya pengaruh dari suhu udara dari

lingkungan luar mesin terhadap kinerja sistem.

2.5 DECISION TREE ANALYSIS

Pohon keputusan digunakan untuk memodelkan persoalan yang terd iri dari

serangkaian keputusan yang mengarah ke solusi. Tiap simpul dalam menyatakan

keputusan, sedangkan daun menyatakan solusi. Decision tree disusun atas

kumpulan lambang yang digambarkan lingkaran dan kotak dihubungkan oleh

cabang-cabang. Lambang kotak menunjukkan lambang keputusan dalam

permasalahan. Lambang lingkaran melambangkan alternatif keputusan yang akan

ditempuh dalam menyelesaikan masalah. Lingkaran kecil melambangkan daun

dari setiap alternatif yang menandakan bahwa hanya satu jalan solusi dari

alternatif-alternatif tersebut (Ragsdale, 2007). Lambang-lambang tersebut dapat

dilihat pada gambar 2.8.


commit to user

II-15

Gambar 2.7 Lambang atau simbol dalam decision tree analysis

Sumber: Ragsdale, 2007

Keputusan dapat dijelaskan sebagai hasil pemecahan masalah, selain harus

didasari atas logika dan pertimbangan, penetapan alternatif terbaik, serta harus

mendekati tujuan yang telah diteteapkan. Pengambil keputusan harus

memperthatikan logika, realita, rasional, dan pragmatis. Fungsi pengambilan

keputusan adalah individual atau kelompok baik secara institusional maupun

organisasional, isifatnya futuristik (Niwanputri, 2009). Tujuan pengambilan

keputusan adalah:

1. Tujuan yang bersifat tunggal (hanya satu masalah dan tidak

berkaitan dengan masalah yang lain).

2. Tujuan yang bersifat ganda (masalah yang saling berkaitan dapat

bersifat kontradiktif maupun tidak kontradiktif).

Menurut Niwanputri (2009) Yang menjadi dasar-dasar pengambilan

keputusan adalah:

1. Intuisi

2. Pengalaman

3. Fakta

4. Wewenang

5. Rasional

Proses pengambilan keputusan melalui beberapa tahap yaitu:


commit to user

II-16

1. Tahap penemuan masalah dimana tahapan ini mencari masalah

yang melatar belakangi hambatan dalam suatu hal.

2. Tahap pemecahan masalah dimana tahapan ini mencoba

menguraikan masalah yang dihadapi.

3. Tahap pengambilan keputusan dimana tahapan ini merupakan

tahapan penentuan solusi yang diambil dalam memecahkan

masalah.

Menurut Niwanputri (2009) model yang dapat dijadikan alat pemecahan

masalah ada dua yaitu:

1. Model kuantitatif

2. Model kualitatif, contohnya:

a) Model probabilitas

b) Model matriks

c) Model pohon keputusan

d) Model kurva indiferen ( kurva acuh tak acuh)

e) Model simulasi komputer (model matematika, s imulasi,

permainan operasional, model verbal, model fisik)

Contoh model pohon keputusan seperti pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Contoh bentuk sederhana decision tree analysis

Model kualitatif berdasarkan atas asumsi-asumsi yang ketepatannya agak

kurang jika dibandingkan dengan model kuantitatif dan ciri-cirinya digambarkan

melalui kombinasi dari deduksi-deduksi asumsi-asumsi tersebut dengan

pertimbangan yang lebih bersifat subjektif mengenai proses atau masalah yang

pemecahannya dibuatkan model. Gullet dan Hicks memberikan beberapa

klasifikasi model pengambilan keputusan yang kerapkali digunakan untuk

memecahkan masalah yang seperti itu ( yang hasilnya kurang diketahui dengan


commit to user

II-17

pasti ) (Suryadi, 2006). Menurut Suryadi (2006) Model kualitatif dibagi menjadi 5

sebagai berikut:

a. Model Probabilitas

Model probabilitas pada umumnya model-model keputusannya

merupakan konsep probabilitas dan konsep nilai harapan memberi

hasil tertentu ( the concept of probability and expected ). Adapun yang

dimaksud dengan probabillitas adalah kemungkinan yang dapat terjadi

dalam suatu peristiwa tertentu ( the chance of particular event

occurring ). Demikian juga halnya dengan probabilitas statistic atau

proporsi statistic d ikembangkan melalui pengamatan langsung

terhadap populasi atau melalui sample dari populasi tersebut. Sample

itu sendiri merupakan bagian yang dianggap mewakili keseluruhan

populasi. Konsep tentang nilai harapan in i khususnya dapat digunakan

dalam pengambilan keputusan yang akan diambilnya nanti

menyangkut kemungkinan-kemungkinan yang telah diperhitungakan

bagi situasi dan kondisi yang akan datang. Adapun nilai yang

diharapkan ( nilai harapan ) dari setiap peristiwa yang terjadi

merupakan kemungkinan terjadinya peristiwa itu dikalikan dengan

nilai kondisional. Sedangkan nilai kondisionalnya adalah dimana

terjadinya peristiwa yang diharapkan masih diragukan.

b. Model matriks

Selain model probabilitas dan nilai harapan ( probability and expected

value ) ada juga model lainnya. Model lain tersebut misalnya adalah

model matriks ( the payoff matrix model ). Model matrik merupakan

model khusus yang menyajikan kombinasi antara strategi yang

digunakan dan hasil yang diharapkan. Dalam hal ini menurut Suryadi

(2006) mencuplik dari Gullet dan hincks mengatakan : the payoff

matrix is a particularly convenient method of displaying and

summarizing the expected values alternative strategies. Model matrik

terdiri atas dua hal, yakni baris dan lajur. Baris ( row ) bentuknya

mendatar sedangkan lajur ( column ) bentuknya menegak ( vertical ).

Pada sisi baris berisi macam alternatif strategi yang digelarkan oleh


commit to user

II-18

pengambilan keputusan sedangkan pada sisi lajuir berisi kondisi dan

nilai harapan dalam kondisi dan situasi yang berlainan.

c. Model Pohon Keputusan

Pohon keputusan ini biasanya dipergunakan untuk memecahkan

masalah-masalah yang timbul dalam proyek yang sedang ditangani.

Selanjutnya menurut Suryadi (2006) yang mencuplik dari Welch dan

Corner memberikan definisi mengenai pohon keputusan (decision

tree): “the decision tree is a simple diagram showing the possible

consequences of alternative decisions. The tree includes the decision

nodes chance modes, pays offs for each combination, and the

probabilities of each event. Menurut Welch, ada 4 komponen dari

pohon keputusan yaitu : simpul keputusan, simpul kesempatan, hasil

dari kombinasi, dan kemungkinan-kemungkinan akibat dari setiap

peristiwa yang terjadi. Hal yang kiranya penting dalam pohon

keputusan adalah pengambilan keputusan itu haruslah secara aktif

memilih dan mempertimbangkannya betul-betul alternative mana yang

akan dijadikan keputusan. Adapun langkah-langkah yang sekiranya

perlu dilakukan secara berturut-turut sebagai berikut :

1. Mengadakan identifikasi jaringan hubungan komponen-komponen

yang ada yang secara bersama-sama membentuk masalah tertentu

yang nantinya harus dipecahkan melalui diagram keputusan.

Masalah tertentu inilah yang merupakan masalah utama.

2. Masalah utama itu kemudian dirinci kedalam masalah yang lebih

kecil.

3. Masalah yang sudah mulai terinci itukenudian dirinci lagi kedalam

masalah yang lebih kecil lagi ( terinci lagi ). Begitu seterusnya,

sehingga merupakan diagram pohon yang bercabang-cabang. Itulah

sebabnya mengapa keputusan atau proses pengambilan keputusan

yang dilakukan semcam itu dinamakan diagram pohon.

d. Model Kurva Indiferen

Ada juga pengambila keputusan yang membutuhkan penilaian yang

lebih bersifat subjektif. Model yang kiranya cocok untuk keputusan


commit to user

II-19

yang demikian ini menggunakan analisis kurva indiferen, kurva

kemanfaatan dan preferensi. Untuk membuat gambaran yang lebih

jelas kiranya perlu diberikan keterangan labih lanjut apa yang

dimaksud dengan kurva indiferen, bagaimana sifat dan cirinya.

Kurava indiferen ( indifference curve ) merupakan kurva ( berbentuk

garis ) dimana setiap titik yang berada pada garis kurva tersebut

mempunyai tingkat kepuasan atau kemanfaatan yang sama. Misalnya,

penggunaan barang A dan B meskipun kombinasi jumlah masing-

masing berbeda, namun apabila semuanya itu berada pada titik kurva

indiferen, kepuasannya sama. Kurva indiferen mempunyai 4 ciri

penting, yakni sebagai berikut :

1. Kurva indiferen membentuk lereng ( slope ) yang negatif.

Kemiringan yang negatif menunjukkan fakta atau asumsi bahwa satu

komoditas dapat diganti dengan komoditas lainnya sedemikian rupa

sehingga konsumen mempunyai tingkat kepuasan yang tetap sama.

2. Jika ada dua kurva indeferen dalam suatu keadaan atau lingkungan,

maka keduanya tidak akan saling berpotongan.

3. Hasil yang diperoleh dari asumsi, ialah bahwa kurva indiferen

ditarik melalu i setiap titik, sehingga membentuk garis kurva.

4. Kurva indiferen dibutuhkan bagi pengorbanan tertentu untuk

mendapatkan kepuasan yang optimal.

e. Model Simulasi Komputer

Menurut Suryadi (2006) model ini dalam pengambilan keputusan

diperlukan rancang bangun ( design ) yang biasanya menggunakan

komputer, yang mampu menirukan apa yang dilakukan oleh

organisasi. Banyak variabel yang dapat dijadikan model, namun

biasanya sulit untuk dapat mengukur dengan tepat masing-masing

variabel independent, apakah ada huibungan dan pengaruh terhadap

variabel independent, kalau ada berapa besarnya. Dengan

menggunakan computer, hal ini lebih mudah lebih dihitung dan

diketahui berapa besarnya pengaruh variabel terhadap independent.

Sebab dengan menggunakan bantuan computer jangkauan pikiran


commit to user

II-20

(forecasting) dan pemikirannya secara operasional menjadi lebih luas

dan penjang serta mampu memecahkan permasalahan yang komplek.

2.6 KELAYAKAN FOTOVOLTAIK.

2.6.1 Kombinasi Peralatan Pendukung

Pada beberapa jurnal penelitian untuk pembangkit listrik tenaga surya

membutuhkan penyimpanan berupa aki atau baterai kering dimana kapasitasnya

cukup besar sebelum didistribusikan pada alat elektronik. Hal ini dilakukan demi

mengatasi ketidakstabilan tegangan dan arus listrik saat energi cahaya matahari

menembus jaringan/sel semi-konduktor. Peralatan penyimpanan listrik yang ideal

adalah baterai kering atau aki dimana mampu menyimpan listrik pada kapasitas

daya yang dibutuhkan selama 9 (enam) jam dimana matahari optimal

memancarkan cahaya dari jam 8 pagi hingga jam 17 sore (Stoddart et al, 2006).

Dalam menjaga ketahanan baterai kering atau aki dibutuhkan alat stabilisator agar

tegangan yang terjadi pada panel surya memiliki tegangan sama dengan tegangan

yang dibutuhkan aki atau baterai kering maupun arus listrik agar dapat masuk dan

tidak melebihi batas penyimpan listrik (GCEP team, 2006).

Gambar 2.9 Daya energi sinar matahari pada siklus pergerakan matahari

tahunan Sumber: GLOBE, 2005


commit to user

II-21

Pergerakan sinar matahari selalu berubah-ubah sudut datang sinarnya

dimana matahari terbit dari timur dan tenggelam di arah barat. Di saat arah cahaya

tidak tegak lurus memungkinkan adanya pemantulan cahaya oleh kaca di muka

panel surya sehingga cahaya tidak mampu menembus bagian semikonduktor.

Padahal pada panel surya membutuhkan energi yang cukup dimana hanya arah

datang sinar matahari tegak lurus dengan muka panel merupakan paling optimal

mendapatkan energi cahaya matahari. Pemecahan masalah dalam mengikuti

pergerakan matahari dibutuhkan rotator sebagai pengarah panel surya dengan arah

datang cahaya matahari (Stoddart et al, 2006).

2.6.2 Kebutuhan Sumber Cahaya Matahari

Dalam menghitung kebutuhan sumber cahaya matahari dibutuhkan efisiensi

dari suatu bahan semi-konduktor terhadap hasil energi listrik yang dihasilkan.

Efisiensi yang dicapai oleh panel surya tergantung pada bahan semi-konduktor

yang dipakai. Bahan semi-konduktor yang telah digunakan dalam panel surya

seperti tabel 2.3 sebagai berikut:

Tabel 2.3 Efisiensi bahan semi-konduktor

Sumber: Faber Maunsel, 2003


commit to user

II-22

Pada daerah tropis rata-rata memiliki pancaran cahaya matahari sebesar

500.000 lux sama dengan 500 kLm/m2 setara 0,732 kW/m2 . Bahan mono-

crystalline silicon memiliki efisiensi 15%, poly-crystalline silicon memiliki

efis iensi 8-12%, amorphous silicon memiliki efisiensi 4-6%, cadmium telluride

dan copper indium diselenide memiliki efisiensi 7-9%. Jika untuk menghasilkan

daya 1kWP daya listrik maka bahan mono-crystalline silicon membutuhkan daya

dari sinar matahari sebesar 6,67 kW, poly-crystalline silicon membutuhkan daya

sebesar minimal 8,33 kW, amorphous silicon membutuhkan daya sinar matahari

sebesar minimal 16,67 kW, cadmium telluride dan copper indium diselenide

membutuhkan daya sinar matahari sebesar minimal 10,1 kW.

Gambar 2.10 Grafik efisiensi bahan semikonduktor berdasarkan ketebalan

Sumber: Faber Maunsel, 2003

Luas permukaan yang dibutuhkan panel surya berbahan mono-crystalline

silicon di daerah tropis sebesar 9,1 m2, poly-crystalline silicon membutuhkan luas

permukaan sebesar 11,38 m2, amorphous silicon membutuhkan luas permukaan

sebesar 22,77 m2, cadmium telluride dan copper indium diselenide membutuhkan

luas permukaan sebesar 13,8 m2. Pada gambar 2.10 menunjukkan efisiensi

berdasarkan ketebalan lapisan bahan semikonduktor namun pada prakteknya

masih bergantung pada karakteristik bahan semi-konduktor. Semua perhitungan

diasumsikan menggunakan jenis panel surya seperti gambar 2.11.


commit to user

II-23

Gambar 2.11 Concentrating Photovoltaic

Sumber: Stoddart et al, 2006

2.6.3 Daya yang Layak Dikembangkan

Dalam hal pengembangan daya yang layak untuk panel surya jenis

concentrating photovoltaic meliputi beberapa kriteria yaitu berdasarkan pada

sasaran kebutuhan energi listrik yang akan dipenuhi, efis iensi material semi-

konduktor, luas lahan yang tersedia untuk peletakan panel surya, rata-rata durasi

waktu dalam sehari matahari menyinari suatu daerah, dan rata-rata nilai intensitas

cahaya matahari. Untuk Daya yg dapat dibuat dalam kebutuhan listrik rumah

tangga saat ini sebesar 80 WP hingga 3 kWp. Pada penentuan kriteria kebutuhan

rumah tangga hanya dibatasi hingga 3 kWp karena zaman semakin kedepannya

alat-alat elektronik akan semakin canggih tetapi semakin hemat listrik.

Jika maksimasi daya listrik berdasarkan luas atap perumahan sederhana

sekitar 60 m2-100 m2 maka dengan menggunakan bahan semi-konduktor mono-

crystalline silicon akan dapat membangkitkan daya listrik 6,59 kWp-10,99 kWp.

Jika menggunakan jenis bahan semi-konduktor poly-crystalline silicon dapat

membangkitkan listrik 5,27 kWp-8,79 kWp. Untuk bahan semi-konduktor

amorphous silicon dapat membangkitkan daya listrik sebesar 2,64 kWp-4,39

kWp. Bahan semi-konduktor cadmium telluride dan copper indium diselenide

mampu membangkitkan listrik sebesar 4,35 kWp- 7,25 kWp. Sedangkan rata-rata

intensitas cahaya di daerah tropis adalah sebesar 500 kilo-lumen/m2 tetapi untuk

durasi penyinaran yang tidak merata di daerah tropis disebabkan adanya

perubahan cuaca yang cukup ekstrim antara hujan dengan cuaca cerah. Disaat

kemarau dapat memaksimalkan hingga 6 jam penuh.


commit to user

III-1

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini membahas mengenai metodologi dan kerangka pemikiran yang

digunakan dalam penelitian beserta penjelasan singkat setiap tahapannya.

Penjelasan diuraikan dalam bentuk tahapan-tahapan studi mulai dari identifikasi

masalah, pengumpulan dan pengolahan data, analisis rancangan, kesimpulan dan

saran.

3.1 METODOLOGI PENELITIAN

Adapun langkah penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1 dibawah ini.

Studi literaturStudi

lapangan

Identifikasi kebutuhan

perancangan

Pendekatan prototipe

Penjabaran level kompetitif kompetitor yang harus dicapai alat

rancangan

Mulai

Tahap studi awal penelitian

Tahap penentuan level tujuan dan

kriteria rancangan yg akan dicapai


commit to user

III-2

Uji coba prototipe

Menghitung harga pokok produksi alat rancangan

Analisis perancangan dan interpretasi hasil meliputi analisis kejadian dalam pengujian

Mesin Stirling dan analisis kelayakan Mesin Stirling sebagai pembangkit listrik

Kesimpulan menjawab tujuan penelitian dan saran perbaikan

perancangan

Selesai

Tahap pengujian rancangan dan

perhitungan biaya produksi

Tahap analisis interpretasi hasil perancangan dan kesimpulan atas

rancangan

Gambar 3.1 Metodologi penelitian

Pada gambar 3.1 diatas dijelaskan langkah-langkah dalam penelitian

perancangan mesin gamma stirling bersumber panas arang untuk pembangkit

listrik konsumsi rumah tangga (studi awal mesin gamma stirling) yang akan

diuraikan dalam sub bab berikut ini.

3.1.1 Studi awal penelitian

Dalam studi awal penelitian, peneliti melakukan studi lapangan dan studi

literatur. Pada studi literatur, peneliti melakukan eksplorasi buku-buku mengenai

termodinamika, fisika dasar, analisis pengambilan keputusan, pengembangan-

pengembangan Mesin Stirling yang sudah ada. Dari buku-buku yang dibaca

didapatkan beberapa landasan teori yang digunakan dalam perancangan. Studi

lapangan dilakukan pada bengkel yang melakukan manufaktur. Studi lapangan

tersebut untuk mendapatkan teknik produksi yang efisien dilakukan dalam

membuat rancangan alat Mesin Stirling. Konsultasi kepada ahli pembuatyang ada

di bengkel tersebut diperlukan untuk mengurangi kesalahan-kesalahan fatal yang

akan terjadi selama produksi.


commit to user

III-3

3.1.2 Penentuan level tujuan dan kriteria rancangan yang akan dicapai

Pada tahap ini merupakan awal dalam melakukan penelitian, dimana ruang

lingkup masalah yang diuraikan, sebagai berikut:

1. Identifikasi kebutuhan perancangan. Pada awal perancangan, penulis

menjabarkan alasan-alasan memilih tipe Mesin Stirling sebagai penyelesaian

tugas akhir. Alasan-alasan yang dimunculkan dari sebab-sebab eksternal dan

internal dari perancang.

2. Penjabaran level kompetitif kompetitor yang harus dicapai. Karakteristik

yang dimunculkan harus memenuhi aspek biaya, performansi, dan tingkat

kompetitif dengan kompetitor. Tingkat kompetitif kompetitor yang

dibandingkan adalah biaya listrik dari PLN dan biaya listrik dari panel

surya. Setelah melihat tingkat kompetitif kompetitor maka ditentukan target

minimal yang harus dicapai.

3. Pendekatan Prototipe. Pada bagian ini menjabarkan pendekatan-pendekatan

part mesin yang akan digunakan dengan karakteristik tertentu. Karakteristik

yang dimunculkan adalah jenis bahan, ukuran sudut, dan alasan pemilihan

bahan yang berdampak terhadap performansi rancangan Mesin Stirling.

3.1.3 Pengujian rancangan dan perhitungan biaya produksi

Pada tahap ini merupakan tahap perwujudan rancangan yang selanjutnya

dilakukan pengujian performansi di lapangan. Pengujian di lapangan dilakukan

untuk mendapatkan fenomena yang terjadi pada produk saat difungsikan. Metode

yang dipilih peneliti setelah berkonsultasi dengan beberapa orang yang mengerti

mesin, maka dipilih metode pengujian kualitatif dengan beban kelipatan 100 gram

pada poros untuk mendapatkan performansi yang dicari. Pengujian mesin gamma

stirling yang sudah selesai dirakit dari mesin bekas kompresor dimana telah

mengalami modifikasi dengan menggunakan bandul beban katrol yang dirangkai

pada papan yang telah ditempeli meteran yang dapat menunjukkan panjang

lintasan sebagai torsi untuk dikonversi menjadi daya, sesuai dengan rumus yang

telah ditulis pada landasan teori, yang dihasilkan pada putaran poros cranckshaft.

Gambar alat sebagai berikut:


commit to user

III-4

Gambar 3.2 Rangkaian lintasan dan katrol uji

Untuk mengukur kecepatan putaran poros cranckshaft digunakan rumus

yang telah ada berdasarkan kecepatan yang didapatkan pada pengumpulan data.

Data yang didapatkan kemudian diolah sehingga didapatkan hasil akh ir berupa

kemampuan meliputi daya dan energi yang dapat dicapai mesin dalam keadaan

minimal, maksimal, dan rata-rata.

Pada penelitian ini memerlukan beberapa data yang menjadi bahan untuk

mencapai tujuan tugas akhir ini. Pada awal pengumpulan dan pengolahan data

yang dibutuhkan adalah identifikasi kebutuhan perancangan, dimana tahapan ini

merupakan langkah awal dalam pengumpulan data. Data yang dikumpulkan

berupa alternatif keputusan berupa komponen-komponen makro yang menyusun

mesin. Dari data tersebut akan menjadi bahan pertimbangan dalam mengambil

keputusan dengan metode decision tree analysis. Simpul-simpul atau cabang-

cabang yang dilambangkan lingkaran besar mewakili keputusan, daun-daun yang

dilambangkan lingkaran kecil menjadi solusi dari setiap permasalahan, sedangkan

kotak mewakili tujuan dari masalah.

Setiap komponen memberikan nilai biaya yang harus dikeluarkan saat

memproduksi tipe mesin tersebut dan probabilitas dari komponen-komponen

tersebut untuk mampu dibuat dengan teknologi di bengkel pembuatan prototipe.

Probabilitas yang dibuat dengan asumsi dari karakteristik rancang bangun dari

setiap tipe mesin stirling. Dalam menghasilkan keputusan, decision tree analysis

memberikan keputusan dan solusi berupa jumlah perkalian total nilai biaya

dengan rata-rata probabilitas (ditentukan oleh bengkel pembuatan Mesin Stirling)


commit to user

III-5

komponen-komponennya dimana dalam perancangan ini dibutuhkan perancangan

yang termurah dengan probabilitas ketidak-berpengaruhnya dan ketidak-

bermanfaatnya komponen terhadap kinerja mesin terendah. Probabilitas yang

didapat dalam jangkauan 0% sampai 100%. Variabel keputusan yang diambil

adalah berdasarkan nilai EMV dan EPV yang terbaik dari berbagai alternatif.

Selanjutnya pada pendekatan prototipe, tahapan ini merupakan penentuan

jenis-jenis komponen yang akan digunakan peneliti untuk membangun

rancangannya. Komponen-komponen yang dibutuhkan diperinci lebih spesifik

berdasarkan pemilihan keputusan pada decision tree analysis. Kemudian alasan

bentuk dan konfigurasi perancangan dari produk dijabarkan secara rinci untuk

menjelaskan tujuan pembuatan prototipe.

Uji coba prototipe, tahapan ini merupakan pengujian langsung pada mesin

dengan sumber panas LPG untuk mendapatkan nilai daya yang dihasilkan pada

poros mesin stirling. Untuk mendapatkan besaran daya, digunakan uji

pembebanan pada poros yang nantinya dapat dikonversi ke nilai besaran gaya,

usaha, dan daya yang dihasilkan. Dengan lintasan tertentu maka akan dapat dilihat

laju tertentu dari beban dalam waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik yang

telah disediakan. Data yang dapat diambil dalam pengujian awal adalah beban

bandul, waktu yang d ibutuhkan, dan panjang lintasan. Bentuk lintasan dapat

dilihat pada gambar 3.2.

Data teknis performansi yang dicapai mesin saat diukur dengan bandul

berbeban kelipatan 100 gram yang dililitkan pada poros mesin stirling melalui

katrol. Angka yang muncul nantinya menjadi bahan untuk mengukur besarnya

torsi maksimal dan daya maksimal dengan kondisi tanpa kebocoran pada mesin.

Kemudian dari angka-angka yang muncul telah dicatat akan dihitung daya dan

efisiensi konsumsi kalor yang dicapai mesin.

Komparasi data pengujian dengan rancangan yang pernah dibuat oleh orang

lain sebelumnya merupakan tahapan untuk membandingkan rancangan yang telah

diteliti oleh orang lain sebelumnya dengan rancangan yang dibuat peneliti. Pada

tahapan ini daya yang mampu dirancang oleh orang lain dibandingkan dengan

daya yang mampu dicapai oleh peneliti dengan memanfaatkan rasio power dengan


commit to user

III-6

volume mesin yang digunakan. Setelah dibandingkan, kemudian ditampilkan

dalam bentuk diagram dari setiap kemampuan mesin.

Skalabilitas daya gas dalam ruang mesin stirling, pada tahapan ini

penghitungan secara teoritis dari daya suatu gas jika mencapai kriteria tertentu.

Daya gas ini tidak mencerminkan daya yang sebenarny pada poros karena daya

yang terjadi pada poros sudah mengalami reduksi akibat gesekan dan beban

inersia. Daya gas dibuat untuk menjadikan pembanding efisiensi mesin yang

merupakan perbandingan daya keluaran dengan daya teoritis.

Penentuan harga pokok produksi dengan menyusun biaya langsung dan

biaya tidak langsung. Biaya langsung meliputi beban bahan baku, biaya pekerja,

dan biaya proses. Yang meliputi biaya tak langsung berupa beban pendukung

proses dalam produksi.

3.1.4 Analisis interpretasi hasil rancangan dan kesimpulan rancangan

Tahap ini merupakan tahapan akhir dari penelitian mengenai perancangan

mesin stirling sebagai upaya pembangkit listrik masa depan. Ruang lingkup

pembahasan diuraikan sebagai berikut:

1. Tahap analisis dan interpretasi hasil, pada tahap ini dilakukan analisis

fenomena percobaan dan kelayakan antara Mesin Stirling dengan kompetitor

lain. Analisis fenomena meliputi faktor yang muncul selama percobaan dan

mengenai pencapaian target percobaan terhadap ekspektasi yang dihasilkan

decision tree analysis. Analisis kelayakannya berupa beban biaya yang

harus dikeluarkan hingga menghasilkan beban biaya listrik tiap KWh

terhadap biaya listrik yang dihasilkan kompetitor.

2. Tahap kesimpulan dan saran, merupakan tahap terakhir dari penelitian yang

berisi kesimpulan secara keseluruhan terhadap hasil penelitian dan saran

perbaikan untuk studi yang akan dilanjutkan.

3.2 KONVERSI ENERGI LPG KE TENAGA SURYA

Dalam ilmu cahaya dikenal flux cahaya dimana memiliki satuan lumen per

meter persegi. 1 watt memiliki nilai setara 683 lumens. Cahaya matahari di daerah

tropis pada siang hari memancarkan 500.000 lux. 1 lux setara dengan 1 lumen per


commit to user

III-7

meter persegi. Jika untuk menggerakkan mesin stirling pada awalnya

membutuhkan 3.698.520 joule. Kemudian untuk menghitung dalam kebutuhan

energi cahaya untuk menjalankan mesin stirling tersebut dapat dihitung sebagai

berikut:

Jika diperkirakan untuk membangkitkan mesin stirling dengan panas cahaya

matahari selama 10 menit, maka digunakan persamaan (2.8)

……………………..……………….(2.8)

= 993748,2/600

= 1656,247 W

= 1656,247. 683

= 1131216,701 lm = 1131216,701/50.000

= 22,6 m2

=

= 1,9 m2 untuk jari-jari cermin reflektor.


commit to user

IV-1

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

Bab ini membahas mengenai identifikasi kebutuhan perancangan,

pendekatan prototipe, uji coba prototipe, komparasi mesin stirling prototipe

dengan mesin stirling yang pernah dirancang di dunia, skalabilitas daya, harga

pokok produksi saat produksi. Penjelasan diuraikan dalam setiap sub-bab sebagai

berikut.

4.1 IDENTIFIKASI KEBUTUHAN PERANCANGAN

Pada awal perancangan, pemilihan tipe Mesin Stirling sebagai penyelesaian

tugas akhir disebabkan beberapa alasan adalah sebagai berikut:

1. Adanya kebutuhan teknologi yang ramah lingkungan dalam memenuhi

kebutuhan listrik rumah tangga.

2. Mesin stirling memiliki keunggulan dalam modifikasi karena

menggunakan piston dan cranckshaft seperti mesin-mesin yang ada d i

pasaran sehingga dapat menggunakan mesin bekas yang ada.

3. Meneliti mesin stirling untuk dikembangkan sebagai alat yang dapat

diaplikasikan dalam kehidupan manusia yang berhubungan dengan

sistem mekanik.

Dalam melakukan perancangan Mesin Stirling maka dibutuhkan suatu

pengujian kelayakan dari rancangan Mesin Stirling untuk memenuhi kebutuhan

listrik rumah tangga. Kelayakan Mesin Stirling yang dapat digunakan pada

pemenuhan kebutuhan listrik meliputi beberapa aspek:

1. Biaya produksi dimana untuk melihat seberapa besar modal awal untuk

menggunakan Mesin Stirling hingga dapat memenuhi kebutuhan listrik

rumah tangga.

2. Daya yang mampu dihasilkan dimana untuk menentukan seberapa besar

mesin yang harus dirancang.

3. Tingkat kompetitif baik aspek durasi mesin hingga terjadi perbaikan

maupun beban biaya listrik dari Mesin Stirling terhadap biaya listrik

yang sudah ada dari PLN.


commit to user

IV-2

Dalam merancang dilakukan pencarian part-part yang sesuai dengan tersedia

di pasaran, melakukan perhitungan decision tree analysis untuk menentukan jenis

rancangan yang dipilih, melakukan perancangan konstruksi, dan pengujian kinerja

mesin yang dirancang. Rancangan yang harus dibangun diusahakan memiliki

tingkat kompetitif biaya beban listrik per kWh terhadap panel surya maupun

listrik PLN seperti ditunjukkan pada gambar grafik 4.1 dan tabel 4.1.

Tabel 4.1 Perbandingan tarif TDL PLN dengan tarif dasar listrik panel surya

no daya PLN(watt) tarif PLN (kWh)

tarif panel surya (kWh)

daya panel surya(watt peak)

1 900 490 1261 900 2 1300 790 1261 1300 3 2200 795 1261 2200 4 3500-6600 890 1261 3500 5 6601 keatas 1380 1261 >6600

Dari grafik 4.1 menunjukkan bahwa panel surya memiliki tingkat kompetitif

(penggunaan 20 tahun) saat daya yang dihasilkan diatas 2200 watt terhadap TDL

PLN non-subsidi. Tarif panel surya terus menurun jika daya yang menjadi target

meningkat hingga mendekati tarif TDL subsidi daya 900 watt. Di dalam

perhitungan tarif dasar listrik panel surya selama 20 tahun matahari menyinari

pada daerah tersebut selama 365 hari dalam setahun, dimana dalam seharinya

menyinari secara optimal selama 8 jam untuk mengisi listrik dengan harga tiap set

modul lengkap (1Wp) adalah USD 8 di Indonesia. Bahan semikonduktor yang

digunakan adalah monokristal silicon yang memiliki efisiensi 17%. Asumsi USD

1 = Rp 9200,00

Gambar 4.1 Grafik tarif listrik panel surya dan TDL PLN

0

500

1000

1500

Tarif

list

rik

Daya listrik

Perbandingan TDL

tarif PLN

tarif panel surya


commit to user

IV-3

Dalam produksi panel surya, beberapa biaya, baik yang tetap maupun yang

mengalami depresiasi, menyebabkan harga kompetitif panel surya pada tingkat

daya menengah keatas, beban tersebut meliputi biaya tenaga kerja, biaya overhead

pabrik, harga material penunjang, alat inverter, dan harga modul. Pada tingkat di

bawah 5 kWp, beban overhead pabrik sangat tinggi, sedangkan pada level diatas

5kWp beban overhead pabrik dapat ditekan cukup signifikan hingga 10% dari

beban sebelumnya. Untuk biaya tenaga kerja pemasangan, biaya terbesar pada

pemasangan daya besar ( diatas 50 kWp) karena melibatkan jumlah pegawai yang

lebih banyak. Harga modul semakin besar semakin murah diakibatkan dari biaya

produksi produk yang semakin ditekan baik harga material, biaya set up mesin

produksi, serta biaya material penunjang modul seperti pada gambar 4.2.

Gambar 4.2 Biaya kontribusi pemasangan panel surya

Sumber:US Department of Energy

Pada level 2000 watt tersebut Mesin Stirling diharapkan minimal mampu

memiliki harga kompetitif dibawah tarif non-subsidi TDL PLN. Hal ini terjadi

karena beban biaya pendukung baik yang tetap maupun variabel akan semakin


commit to user

IV-4

baik dan murah jika daya yang digunakan semakin tinggi pada panel surya. Untuk

beban listrik yang pernah dihitung dalam penelitian kelayakan Mesin Stirling

pembangkit listrik perkampungan di Filipina bahwa Mesin Stirling dengan

kapasitas daya 10 KW dengan durasi penggunaan 20 tahun bersumber panas

biogas menghasilkan beban biaya listrik sebesar 47,1 sen peso Filipina atau

sekitar Rp 102,20 (asumsi 1 peso Filipina= 217 rupiah). Beban tersebut

berdasarkan beberapa data pembelian alat Mesin Stirling bukan tenaga surya

senilai USD 35.000, bangunan penampung biogas senilai USD 5000, biaya

operator sebesar 4000 peso per bulan per orang, biaya pemasangan dan setup

sebesar 2% dari harga Mesin Stirling.

Adapun dalam merancang diperhatikan pada kebutuhan yang harus

dipenuhi agar dapat tercapai tujuan perancangan. Identifikasi kebutuhan

ditunjukkan dengan membangkitkan alternatif-alternatif yang dapat menjadi

pertimbangan seperti ditunjukkan lampiran decision tree analysis dengan setiap

tipe mesin diwakili faktor komponen-komponen dalam mesin yang menjadi

kriteria dengan output berupa biaya yang dibutuhkan untuk membangun suatu

prototipe mesin stirling. Penilaian probabilitas pengaruh komponen mesin

terhadap kinerja mesin berdasarkan penilaian ahli yaitu tempat bengkel yang

mengerjakan Mesin Stirling.

Kriteria yang muncul dari part cranckshaft adalah balance (mampu berjalan

lancer) dan unbalance (berjalan tidak lancer) sedangkan kriteria yang muncul dari

pemilihan pendingin adalah long life duration (mesin awet) dan short life duration

(mesin kurang awet jangka panjang). Ideal dari perancnagan yang harus dipenuhi

adalah mesin yang balance dan long life duration. Hal ini bertujuan mesin yang

dirancang mempunyai tingkat kompetitif dengan alat-alat pembangkit listrik

lainnya seperti panel surya. Untuk mencapai kriteria ideal diperlukan pemilihan

part-part yang harus digunakan dengan memiliki tingkat peluang terbaik dalam

mendapatkan kriteria tersebut.

Faktor komponen yang menyusun cabang-cabang decision tree analysis

sebagai berikut:

1. Tipe Mesin Stirling.

2. Engine set type.


commit to user

IV-5

3. Cranck shaft size.

4. Piston set size.

5. Cooler.

Dalam decision tree yang dibuat terdapat 2 (dua) variabel keputusan yaitu

pengambilan keputusan berdasarkan biaya perancangan yang harus dikeluarkan

dan variable keputusan berdasarkan performansi. Pada variabel keputusan

berdasarkan biaya perancangan, keputusan yang terbaik untuk dipilih adalah

pilihan yang memiliki nilai EMV (Expected Monetary Value) paling rendah.

Dalam mendapatkan EMV yang terendah maka pilihan tersebut mempunyai

probabilitas kegagalan yang paling rendah dari kriteria-kriteria dimana sudah

dilakukan penilaian oleh orang yang ahli dalam perancangan Mesin Stirling atau

expert. Kriteria-kriteria yang menjadi penilaian EMV pada cranckshaft dan

kriteria jenis pendingin yang akan digunakan. Pada cranckshaft memunculkan

probabilitas balance dan unbalance, sedangkan pada jenis pendingin memberikan

probabilitas kontinuitas jalan mesin berupa long duration dan short duration.

Pada variabel keputusan berdasarkan performansi, keputusan yang terbaik

untuk diambil adalah pilihan yang memiliki nilai EPV (Expected Power Value)

tertinggi. Dalam mendapatkan nilai EPV yang tertinggi maka pilihan tersebut

mempunyai probabilitas keberhasilan tertinggi dari kriteria-kriteria dimana sudah

dilakukan penilaian oleh orang yang ahli dibidang perancangan Mesin Stirling

atau expert. Kriteria-kriteria yang menjadi pertimbangan dalam pengambilan

keputusan EPV tertinggi terdapat pada probabilitas keberhasilan kriteria ukuran

cranckshaft dan ukuran diameter piston. Pada kriteria cranckshaft memunculkan

probabilitas ideal torsi dan torsi rendah, sedangkan pada ukuran piston

memunculkan probabilitas ideal daya dan daya rendah.

Pada cabang yang pertama terdapat tiga cabang merupakan pemilihan tipe

mesin stirling yang akan dibuat dimana belum memunculkan biaya pembuatan

prototipe yaitu tipe alfa, tipe beta, dan tipe gamma. Dari masing-masing cabang

tersebut kemudian dimunculkan kriteria jenis full set engine yaitu berupa single

set engine type dengan biaya Rp 1.090.000,00 dan twin set engine type sebesar Rp

1.640.000,00. Kriteria selanjutnya adalah rencana penggunaan cranckshaft,

dimana terdapat dua keputusan yaitu memutuskan mempertahankan cranckshaft


commit to user

IV-6

bawaan atau menggunakan cranckshaft ukuran lebih besar. Cranckshaft oversize

pada mesin twin membutuhkan biaya Rp 400.000,00, sedangkan pada mesin tipe

single membutuhkan biaya sebesar Rp 300.000,00. Dari keputusan pemilihan

cranckshaft memunculkan pertimbangan probabilitas tentang keseimbangan laju

mesin.

Dari setiap probabilitas cranckshaft memunculkan kriteria pemilihan

diameter piston. Diameter piston twin tetap menggunakan original (5 cm), over

size 5.35 cm, 5.6 cm, sedangkan single tetap menggunakan original 3.8 cm,

oversize 4 cm, 4.5 cm. Pada kriteria ini tidak memberikan probabilitas dalam hal

pengaruh EMV karena ukuran piston tidak mengganggu keseimbangan mesin

berjalan (laju piston linier). Dari setiap kriteria ukuran diameter piston, muncul

kriteria pilihan pendingin untuk kelangsungan kinerja mesin yaitu

mempertahankan pendingin bawaan dan melakukan modifikasi pendingin cair.

Dari kriteria ini memunculkan probabilitas kinerja mesin yaitu long duration dan

short duration.

Dari decision tree analysis didapatkan pada dari semua tipe twin set engine

yang memiliki EMV dengan resiko terbaik adalah cranckshaft standar, piston

ukuran bawaan mesin dengan tipe pendingin cair sebesar –Rp 1.095.000,00

dimiliki oleh tipe gamma. Untuk single set engine yang memiliki EMV tertinggi

dimiliki tipe gamma, spesifikasi cranckshaft original, piston original dengan

pendingin cair long duration sebesar –Rp 593.500,00.

Pada cabang yang pertama terdapat tiga cabang merupakan pemilihan tipe

mesin stirling yang akan dibuat dimana belum memunculkan biaya pembuatan

prototipe yaitu tipe alfa, tipe beta, dan tipe gamma. Dari masing-masing cabang

tersebut kemudian dimunculkan kriteria jenis full set engine yaitu berupa single

set engine type dan twin set engine. Kriteria selanjutnya adalah rencana

penggunaan cranckshaft, dimana terdapat dua keputusan yaitu memutuskan

mempertahankan cranckshaft bawaan atau menggunakan cranckshaft ukuran lebih

besar. Cranckshaft oversize pada mesin twin maupun single memunculkan

probabilitas ideal torsi dan low torsi. Dari keputusan pemilihan cranckshaft

memunculkan pertimbangan probabilitas tentang keseimbangan laju mesin.


commit to user

IV-7

Dari setiap probabilitas cranckshaft memunculkan kriteria pemilihan

diameter piston. Diameter piston twin tetap menggunakan original (5 cm), over

size 5,35 cm, 5,6 cm, sedangkan single tetap menggunakan original 3,8 cm,

oversize 4 cm, 4,5 cm. Pada kriteria ini memberikan probabilitas dalam hal

pengaruh EPV karena ukuran piston menentukan ukuran volume gas yang mampu

membangkitkan energi kinetic mesin. Dari setiap kriteria ukuran diameter piston,

memuncul probabilitas ideal power dan low power

Dari decision tree analysis didapatkan pada dari semua tipe twin set engine

yang memiliki EPV tertinggi adalah cranckshaft standar, piston ukuran 5,6 cm

baik gamma maupun alfa dengan range 1,18-4,72 W. Untuk single set engine

yang memiliki EPV tertinggi dimiliki tipe alfa, beta, gamma dengan spesifikasi

cranckshaft overstroke 5cm, piston 4,5 cm range 0,59-2,35 W.

4.2 PENDEKATAN PROTOTIPE

Dalam perancangan Mesin gamma Stirling, digunakan beberapa part hasil

custom maupun dari part mesin lain dengan beberapa alasan. Part yang digunakan

adalah sebagai berikut:

1. Power piston aslinya bertujuan untuk mengurangi beban biaya sesuai

dengan keputusan yang diambil.

2. Thorax displacer piston terbuat dari batang logam yang telah dilapisi

krom merupakan satu paket dalam membuat displacer yang bertujuan

tidak mudah terkikis saat bergesekan dengan jalur thorax piston.

3. Selang penghubung power piston dengan displacer terbuat dari bahan

aslinya dari jenis campuran karet dan plastik sesuai dengan penekanan

beban biaya yang dipilih.

4. Radiator air terbuat dari alumunium untuk mengoptimalkan penyerapan

panas dari silinder displacer.

5. Silinder displacer terbuat dari material besi untuk ketahanan saat

temperatur tinggi.

Dalam dunia Mesin Stirling telah dikembangkan berbagai bentuk tipe Mesin

Stirling. Adapun alasan penulis memilih Mesin Stirling tipe gamma dengan


commit to user

IV-8

konfigurasi L 900 (sembilan puluh derajat) berpendingin air dengan tekanan

standar udara luar sistem adalah sebagai berikut:

1. Penggunaan stirling tipe gamma selain menghasilkan biaya paling murah

dari gambaran decision tree juga dikarenakan pada tipe gamma displacer

pistonnya tidak selalu terbakar oleh gas panas melainkan dalam

fungsinya memindahkan gas panas berpindah ke sisi dingin dengan

diikuti d isplacer berpindah ke sisi dingin. Displacer pada tipe gamma

juga memiliki keunggulan bahwa pistonnya tidak bergesekan langsung

kepada silinder displacer yang selalu menerima panas dari luar.

2. Konfigurasi 900 (sembilan puluh derajat) digunakan dikarenakan dengan

satu jenis cranckshaft dapat digunakan oleh 2 (dua) jenis piston secara

bersamaan pada bagian langkahnya, ini disebabkan mesin stirling

membutuhkan overlapping sudutnya antara power piston dengan

displacer untuk membuat iso khorik (tekanan yang sama) maupun saat

menyebabkan perbedaan tekanan di antara kedua piston.

3. Pendingin air atau radiator air d ipilih sebagai pendingin mesin stirling

disebabkan kemampuan air untuk menyerap panas yang signifikan. Di

daerah tropis dibutuhkan pendingin yang tidak terpengaruh oleh

kelembapan, sedangkan pendingin udara kurang mendinginkan

disebabkan oleh cuaca, temperatur, dan kelembapan daerah tropis yang

tinggi.

4. Tekanan yang digunakan setara dengan udara luar bertujuan dalam

pembangkitan gerak pada mesin stirling tidak membutuhkan temperatur

yang sangat tinggi.

4.3 UJI COBA PROTOTIPE

Pengujian dilakukan pada mesin dengan metode pembebanan bandul pada

poros cranckshaft. Bandul dirakit dengan katrol berbahan nilon agar gesekan pada

katrol menjadi licin. Bandul dengan beban tertentu diujikan untuk mendapatkan

daya dan torsi yang dapat dicapai mesin stirling. Pengujian ini dilakukan karena

adanya keterbatasan alat yang dapat digunakan dalam pengujian pembebanan.

Dengan metode pembebanan dinamo terkendala dengan dinamo magnet yang


commit to user

IV-9

sebelumnya telah digunakan oleh penulis yang kurang baik pada bagian poros

maupun magnet di dalamnya. Untuk alat torsi meter tidak tersedia yang

memilikinya sehingga diputuskan dengan sistem pembebanan bandul pada poros

cranckshaft.

Lintasan bandul yang digunakan dalam pengukuran berjarak 1 meter dimana

diletakkan dengan jarak toleransi untuk mesin melakukan percepatan maksimal

terleb ih dahulu. Jari-jari penggulung benang yang digunakan berukuran 1,2

sentimeter. Beban yang mampu terangkat pada pengujian adalah 100 gram bandul

dengan keadaan berjalan konstan dalam keadaan laju lambat. Percepatan gravitasi

yang digunakan sebesar 10 m/s2. Hasil percobaan yang didapatkan sebagai

berikut:

Tabel 4.2 Hasil pengujian pembebanan pada mesin gamma stirling 53,11 cc

Contoh perhitungan:

[N] = 0,1.10 N

= 1 N

F=Wbandul

Percobaan 1: [m/s]

= 1/11,2 m/s

= 0,089285714 m/s

[W]

= 1.0,089285714 W

= 0,089285714 W .60 [RPM]

= 0,089285714.60/0,012 RPM

percobaan ke- waktu (detik) kecepatan (m/s) kecepatan sudut (RPM) daya (watt)1 11,2 0,089285714 446,4285714 0,0892857142 13,9 0,071942446 359,7122302 0,0719424463 9,2 0,108695652 543,4782609 0,1086956524 8,7 0,114942529 574,7126437 0,1149425295 10,9 0,091743119 458,7155963 0,091743119

rata-rata 10,78 0,095321892 476,6094605 0,095321892maksimum 8,7 0,114942529 574,7126437 0,114942529minimum 13,9 0,071942446 359,7122302 0,071942446


commit to user

IV-10

= 446,4285714 RPM

= 458,7155963 RPM

Rata-rata: [m/s]

=(0,089285714+0,071942446+0,1086957+0,089285714+0,0917431

19)/5 m/s

= 0,095321892 m/s [W]

= 1.0,095321892 W

= 0,095321892 W .60 [RPM]

= 0,095321892.60/0,012 RPM

= 476,60946 RPM

Konversi pada sistem kelistrikan dengan asumsi dinamo tegangan 12 volt: [A] = 0,095321892/12 A

= 0,007943491 A

= 7,9 mA

Alat yang dapat menggunakan listrik dengan tegangan 12 volt dan arus 7,9 mA

adalah alat anti pencurian motor.

Untuk pengukuran energi yang mampu diserap oleh mesin maka digunakan

perhitungan konduksi benda yang berupa alumunium heat transferer sebagai

berikut:

[W]

0,18((213-58)+273)/(0,003)

= 993.748,2 W

[J]

= 993.748,2 *1 J

= 993.748,2 J

Efisiensi terhadap kinerja yang didapatkan terhadap energi kalor yang

diberikan:


commit to user

IV-11

= 100.1/9937482 %

= 0,00001%

Efisiensi terhadap kinerja yang didapatkan terhadap energi potensial gas

dalam mesin:

= 100.1/23,6 %

= 4,3%

Hasil yang didapatkan sebesar 0,1 W dibawah angka nilai ekspektasi power

(EPV) dimana dengan kriteria low torsi dan low power seharusny memiliki daya

mesin sebesar 0,21 W.

4.4 DAYA POTENSIAL GAS DALAM RUANG MESIN STIRLING.

Dalam sistem gas tertutup, ada beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi

perubahan tekanan dan volume yang dapat mengakibatkan peningkatan daya yang

signifikan pada mesin stirling. Untuk mencapai daya yang besar dan memiliki

efisiensi yang tinggi maka peningkatan volume tidak memberikan jaminan

peningkatan efisiensi yang disebabkan akan terjadi peningkatan beban inersia dan

gaya gesek. Faktor yang dapat meningkatkan daya secara signifikan adalah

meningkatkan tekanan yang ada di dalam mesin. Hal in i dapat dilihat dari rumus

Teori Schmidt yang telah ditulis pada bab landasan teori. Efisiensi energi pada

mesin stirling dapat dilihat dari efisiensi termal dari mesin.

Jika efisiensi termal dapat dicapai pada angka yang tinggi maka akan terjadi

perubahan tekanan yang signifikan untuk membangkitkan kemampuan muai gas

dalam mesin. Dalam perbandingan daya dengan skalabilitas mesin, faktor yang

dirubah adalah tekanan gas dalam mesin karena faktor ini masih dapat

dikendalikan oleh manusia dengan injektor gas. Untuk faktor-faktor lain seperti

suhu dipengaruhi pada sistem pembakaran dan sistem pendinginan, sedangkan

besaran putaran yang dicapai dipengaruhi besarnya energi yang mampu diserap

dan dilepaskan gas dalam 1 waktu tertentu.


commit to user

IV-12

Dalam melakukan skalabilitas, faktor-faktor yang dianggap konstan untuk

memudahkan perhitungan adalah sebagai berikut:

1. Volume power piston sesuai dengan ukuran piston yang telah dirancang

peneliti sebesar 53,11 cc. Untuk volume displacer sebesar 1,5 kali

volume power piston. Volume yang digunakan sebesar tersebut untuk

membandingkan dengan daya gas dengan tekanan gas normal.

2. Suhu yang dicapai untuk sisi panas sebesar 1550C, sedangkan suhu yang

dicapai untuk sisi dingin sebesar 350C. Suhu tersebut merupakan suhu

yang pada umumnya dicapai oleh mesin bakar pada awal-awal mesin

sedang pemanasan.

3. Putaran yang dicapai sebesar 476 RPM sesuai kenyataan.

Pada tabel 4.3 menunjukkan daya yang mampu dicapai gas dalam mesin

stirling dengan tekanan 1 bar/ tekanan udara normal dataran rendah mencapai

sebesar 2,37 W. Daya tersebut dicapai dengan efisiensi termal sebesar 23%.


commit to user

IV-13

Tabel 4.3 Tabel Daya Gas Dalam Mesin Stirling Dengan Tekanan Ruang 1 Bar

Sudut Pi e Tc Te 0 2.997967 0.227704 407 527

10 2.367712 0.227704 407 527 20 2.367712 0.227704 407 527 30 2.367712 0.227704 407 527 40 2.367712 0.227704 407 527 50 2.367712 0.227704 407 527 60 2.367712 0.227704 407 527 70 2.367712 0.227704 407 527 80 2.367712 0.227704 407 527 90 2.367712 0.227704 407 527

100 2.367712 0.227704 407 527 110 2.367712 0.227704 407 527 120 2.367712 0.227704 407 527 130 2.367712 0.227704 407 527 140 2.367712 0.227704 407 527 150 2.367712 0.227704 407 527 160 2.367712 0.227704 407 527 170 2.367712 0.227704 407 527 180 2.367712 0.227704 407 527 190 2.367712 0.227704 407 527 200 2.367712 0.227704 407 527 210 2.367712 0.227704 407 527 220 2.367712 0.227704 407 527 230 2.367712 0.227704 407 527 240 2.367712 0.227704 407 527 250 2.367712 0.227704 407 527 260 2.367712 0.227704 407 527 270 2.367712 0.227704 407 527 280 2.367712 0.227704 407 527 290 2.367712 0.227704 407 527 300 2.367712 0.227704 407 527 310 2.367712 0.227704 407 527 320 2.367712 0.227704 407 527 330 2.367712 0.227704 407 527 340 2.367712 0.227704 407 527 350 2.367712 0.227704 407 527 360 2.367712 0.227704 407 527


commit to user

IV-14

Keterangan:

7.933333333 RPS

476 RPM

pmean 100000 N/m2

Overlap/dx 90 derajat

1.570796327 radian

Rumus yang digunakan untuk menghitung daya: ………………………..(2.6)

4.5 HARGA POKOK PRODUKSI PROTOTIPE STIRLING TIPE

GAMMA.

Tabel 4.4 Tabel Harga Pokok Produksi Mesin Stirling Gamma 53,11cc No Jenis pengeluaran produksi beban biaya biaya langsung :

1 kompresor bekas singel p iston 50cc + displacer 1075000 2 pembuatan heat transferer 100000 3 Milling diluar bengkel 40000 4 Pembubutan 50000 5 water jacket 100000

total beban biaya modifikasi 1365000

6 biaya work hour (25000/jam) (pengerjaan dalam 1 hari=5jam)(dikerjakan dalam 6 hari) 750000

7 pengelasan,pemotongan logam,pengujian alat 100000 biaya tidak langsung :

8 beban listrik mesin bubut (5kW)(5 jam kerja)(Rp 1000/kWH) 25000

9 lampu bohlam mesin bubut 3000 10 Pegawai /assisten ( 25000/hari)(2 hari) 50000

11 beban listrik mesin las (4,8 kW)(0,5 jam)(Rp 1000/kWH) 2400

harga pokok produksi 2275400

Beban bagian-bagian mesin dalam merancang mesin stirling tipe gamma

meliputi:

1. Pembelian kompresor bekas dan pembuatan displacer.

2. Heat transferer


commit to user

IV-15

3. Water jacket

Untuk komponen yang lain masih dapat menggunakan komponen asli dari

kompresor bekas. Beban pekerja dalam 1 jam memakan biaya Rp 25.000,00 dan

pengerjaan ini dalam 1 hari memakan 5 jam selama 6 hari. Sedangkan biaya

proses pembuatan meliputi pengelasan, pemotongan material, pengujian jalan alat,

pembubutan sangat variab le dikarenakan perbedaan perlakuannya terhadap

material. Harga pokok yang dibutuhkan untuk memproduksi 1 mesin stirling

selama riset ini membutuhkan dana Rp 2.275.400,00.


commit to user

V-1

BAB V ANALISIS INTERPRETASI HASIL RANCANGAN

Pada bab analisa kelayakan akan dibahas tentang fenomena yang terjadi

pada pengujian Mesin Stirling yang diuji kemudian membahas perbandingan

kelayakan antara teknologi Mesin Stirling yang dirancang dengan Mesin Striling

yang dirancang oleh ATMI, panel surya yang ideal, dan Mesin Stirling prototipe

di Amerika Serikat dalam pemenuhan kebutuhan energi listrik rumah tangga yang

bersumber panas matahari. Perbandingan mengutamakan kriteria rasio biaya

produksi dengan daya listrik yang dihasilkan.

5.1 ANALISIS KEJADIAN DALAM PENGUJIAN MESIN STIRLING.

Pada pengujian didapatkan bahwa terdapat selisih antara kalkulasi daya gas

yang dapat dibangkitkan dengan daya yang dapat dilakukan pada poros

cranckshaft. Dalam pengukuran diketahui air yang ditampung radiator diukur

bersuhu 350C, sedangkan pada hot chamber yang menerima panas menunjukkan

suhu sebesar 1550C. Daya potensial gas yang dihasilkan sebesar 2,37 W, namun

pada kenyataan yang terjadi di lapangan, kalor yang diberikan pada hot chamber

mengalami kehilangan kalor kemudian dari potensial gas pada poros mekanik

maupun piston hanya mampu menghasilkan daya sebesar 0,1 W. Daya yang

hilang sebesar 95% dari total potensial gas yang mampu dibangkitkan.

Penurunan daya yang mampu diberikan oleh gas dalam mesin disebabkan:

1. Kurang terisolasinya penerima panas/hot chamber dari udara bebas di

lingkungan sekitar. Hal ini mengakibatkan kalor yang diberikan banyak

terserap oleh udara bebas di lingkungan sekitar d ibandingan diserap oleh

bagian penerima panas.

2. Adanya hilang pada beban inersia sistem mekanik mesin. Dengan

meningkatnya beban inersia maka banyak energi potensial digunakan

untuk memutar beban benda mekanik dalam mencapai kecepatan tertentu.

3. Ketidak-mampuan radiator untuk menyerap panas disebabkan adanya

rongga antara hot chamber dengan radiator tersebut. Penambahan logam

pada bagian yang berongga dari radiator air seperti gambar 5.1 tidak


commit to user

V-2

dapat membantu peningkatan penyerapan panas. Kondisi gas sering

mengalami kelebihan kalor atau over heating. Penggunaan yang sering

dalam kondisi over heating meningkatkan ketidak-rapatan pada bagian

ring piston karena teflon memiliki batas suhu agar tetap mampu bersifat

liat, licin, dan tidak aus.

4. Pengujian dengan pembebanan awal menyebabkan pengumpulan daya

secara maksimal berkurang diakibatkan lintasan pengukuran pengujian

pembebanan terbatas sehingga daya yang dicapai jauh menurun.

Penurunan daya diakibatkan perubahan energi yang terjad i pada displacer

saat didinginkan maupun dipanaskan menjadi kurang ideal (terlalu lama

pergerakan displacer). Lambatnya pergerakan displacer mengakibatkan

penerimaan panas berlebihan sedangkan pelepasan panas kurang

mengimbangi (permasalahan radiator yang kurang sempurna).

Gambar 5.1 Kondisi kurang idealnya radiator

5.2 ANALISIS KELAYAKAN MESIN STIRLING SEBAGAI

PEMBANGKIT LISTRIK

5.2.1 Komparasi Mesin Stirling Dengan Kompetitor

Dalam melakukan komparasi dibutuhkan perbandingan yang seimbang.

Dalam hal ini keseimbangan yang dicari adalah pada keseimbangan kriteria Mesin

Stirling dengan kondisi low pressure yaitu Mesin Stirling milik ATMI sebesar 1

bar. Mesin Stirling yang dipakai oleh ATMI memiliki ukuran diameter 2 meter


commit to user

V-3

dengan langkah sebesar 30 sentimeter. Daya yang dihasilkan oleh mesin tersebut

adalah sebesar 300 watt

Tabel 5.1 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan Mesin Stirling milik ATMI

no kriteria Mesin Stirling yg dirancang (50jam)

Mesin Stirling yg dipakai ATMI (kira-kira 5 tahun tanpa perbaikan)

1 Volume (cc) 81.3888 1570000

2 daya yang dihasilkan (watt) 0.1 300 3 normalisasi volume (cc) 1570000 1570000 4 daya setelah normalisasi(watt) 1929.012346 300

5 harga yang dikeluarkan disaat sekarang (rupiah) 4545400 75000000

6 rasio harga dengan energi yg dihasilkan ( rupiah/wH) 909080 20.83333333

Untuk mendapatkan komparasi yang berimbang, maka diperlukan rasio

perbandingan antara daya dengan volume dari masing-masing Mesin Stirling.

Mesin Stirling yang dirancang memiliki power volume rasio sebesar 0,0019,

sedangkan Mesin Stirling yang dipakai ATMI memiliki power volume rasio

0,0001. Jika volume Mesin Stirling yang dirancang mendapatkan perlakuan

normalisasi maka potensi daya yang mampu dihasilkan maksimal sebesar 1929,01

W dengan persyaratan efisiensi sama dengan kondisi Mesin Stirling yang

dirancang sekarang ini. Mesin Stirling yang dirancang memiliki rasio harga

dengan energi listrik yang dihasilkan sebesar Rp. 909.080,00/Wh, sedangkan

Mesin Stirling yang buatan ATMI memiliki ras io harga dengan energi listrik yang

dihasilkan sebesar Rp. 20,83/Wh.

Gambar 5.2 Grafik perbandingan setelah normalisasi volume mesin


commit to user

V-4

Tabel 5.2 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan Mesin Stirling surya prototipe buatan Amerika

no kriteria Mesin Stirling yg dirancang (50jam)

Mesin Stirling buatan US

1 Tekanan 1 bar 100 bar 2 Volume (cc) 81.3888 125 3 daya yang dihasilkan (W) 0.1 25000

4 harga yang dikeluarkan disaat sekarang (rupiah) 4545400 1380000000

5 rasio harga dengan energi yg dihasilkan ( rupiah/Wh) 909080

Rp. 945,21/kWh (perkiraan 20 tahun)

Pada Mesin Stirling yang dirancang terdapat perbedaan yang signifikan

dengan Mesin Stirling yang ideal atau terbaik sekarang. Dengan volume

ditingkatkan maupun dengan peningkatan tekanan 100 bar tetap hanya memiliki

daya teoritis sebesar 15,35 watt. Fenomena yang memungkinkan terjadi adalah

efisiensi yang berbeda sehingga capaian perputaran mesin maupun daya yang

dicapai jauh dari perkiraan. Seperti diketahui Mesin Stirling yang dirancang hanya

memiliki efisiensi total 4,3% berbeda jauh pada Mesin Stirling yang ideal

memiliki efisiensi total sebesar 30%.

Efisiensi total meliputi efisiensi termal maupun efisiensi mekanis. Efisiensi

termal meliputi faktor besarnya kalor yang dilepaskan maupun kalor yang diserap

mesin untuk membangkitkan energi potensial gas dalam mesin. Efisiensi mekanis

meliputi faktor inersia mekanik mesin dan faktor gesekan pada sistem gerak.

Secara efisiensi termal, Mesin Stirling yang dirancang mengalami ketidak-

optimalan sistem pendingin mesin sehingga perbedaan temperatur gas yang terjadi

tidak signifikan. Sistem penangkap panas masih terbuka sehingga panas yang

ditangkap masih terbagi panas yang diberikan dengan lingkungan sekitar.

Faktor inersia dari Mesin Stirling yang dirancang masih jauh dari harapan

mengenai beban inersia yang cukup berat maupun kepresisian laju komponen

mesin yang masih terdapat jeda atau tidak presisi. Faktor gesekan paling banyak

berpengaruh karena saat pengujian mesin pergerakan mesin yang seret

mengakibatkan gas banyak kehilangan energi kinetik akibat gesekan. Gesekan

banyak terjadi pada bagian poros terhadap blok mesin, pen-pen pada piston dan

pada cranckshaft, maupun gesekan ring piston terhadap boring mesin yang kurang

licin.


commit to user

V-5

Berdasarkan faktor biaya Mesin Stirling buatan US (bertenaga surya)

mampu menghasilkan beban biaya sebesar Rp. 945,21 per kWh dengan durasi

pemakaian 20 tahun jauh lebih murah daripada Mesin Stirling yang dirancang

peneliti.

Tabel 5.3 Komparasi Mesin Stirling yang dirancang dengan panel surya

no kriteria Mesin Stirling yg dirancang (50jam) Panel surya

1 daya (watt) 0.1 1KWp

2 rasio harga dengan energi yg dihasilkan ( rupiah/Wh) 909080

Rp. 2.312,50/kWh ( durasi 10 tahun)

Terhadap panel surya yang ideal, mesin stirling yang dirancang masih

tertinggal jauh antara rasio biaya dengan daya listrik yang dihasilkan. Panel surya

mampu memiliki rasio biaya dengan daya sebesar Rp. 2.312,50 per kWh selama

10 tahun. Efisiensi yang dicapai panel surya tersebut mampu mencapai 15%.

Panel surya yang digunakan dijual di Jakarta dalam bentuk tiap 1 buah memiliki

daya sebesar 80 Wp seharga Rp. 3.000.000,00. Untuk mencapai 1 kWp

membutuhkan 13 buah. Inverter yang digunakan untuk daya 1 kW seharga Rp.

6.500.000,00 (asumsi 1 USD= Rp. 9200,00). Baterai/aki yang digunakan berjenis

12 volt 90 ampere dengan penyimpanan 1 jam seharga Rp. 1.200.000,00 per buah

yang membutuhkan sebanyak 8 buah.

5.2.2 Fisibilitas Pembangkit Listrik Mesin Stirling yang Dirancang

Dalam percobaan menunjukkan pencapaian yang jauh dari harapan dimana

Mesin Stirling yang dirancang hanya dapat menghasilkan listrik jauh dibawah

nilai ekspektasi daya (EPV) yang diperkirakan. Dari segi harga yang dihabiskan

dalam merancang, Mesin Stirling ini terlalu mahal untuk digunakan. Hal ini

disebabkan dalam produksi menggunakan alat produksi yang sederhana dan perlu

dilakukan kalibrasi. Biaya tenaga kerja yang mahal disebabkan pada keterbatasan

alat produksi yang mengakibatkan tenaga kerja banyak menggunakan teknik-

teknik produksi yang kurang optimal, pengulangan set up alat produksi yang

berubah-ubah, pengerjaan yang berulang-ulang, waktu produksi yang memakan

waktu dan tenaga yang terlalu lama, serta hasil pengerjaan yang jauh dari

kepresisian menyebabkan Mesin Stirling tidak dapat bekerja sesuai ekspektasi.


commit to user

V-6

Idealnya Mesin Stirling yang dirancang jika dapat berjalan secara kontinyu

terhadap Mesin Stirling penelitian dari Filipina adalah penggunaan 2018 tahun

dan durasi waktu tersebut sangat jauh dari kata layak.

Hambatan yang terjadi selama perancangan adalah:

1. Di Surakarta sulit melakukan komparasi Mesin Stirling yang sudah diuji

dengan kapasitas yang sama.

2. Keterbatasan alat produksi yang masih semi-manual sehingga

kepresisian menjadi hambatan dalam produksi maupun set up mesin

produksi yang berulang-ulang.

3. Penjabaran decision tree yang masih ada ketidaktepatan dalam

adjustment faktor-faktor yang dibuat peneliti utnutk memutuskan pilihan

tipe Mesin Stirling sehingga perhitungan nilai ekspektasi yang muncul

masih memiliki kelemahan perhitungan hasil akhir di lapangan.

Untuk mencapai rancangan Mesin Stirlng yang ideal memiliki syarat

kepresisian yang ketat. Kepresisian yang ketat dapat tercapai jika penggunaan alat

produksi yang telah terkomputerisasi dan terkalibrasi dengan baik akan

memberikan efektif dan efisien produksi tercapai. Dari efektifitas dan efisiensi

produksi yang tinggi dapat menghasilkan biaya produksi yang lebih rendah, waktu

produksi yang lebih sedikit, kepresisian yang lebih ketat daripada penggunaan alat

produksi manual yang kurang baik. Namun untuk mencapai semua kriteria

tersebut harus melakukan investasi awal yang mahal.

Dari segi daya yang ideal, Mesin Stirling memiliki nilai kompetitif berdaya

besar untuk mengimbangi biaya produksi yang tinggi dari tuntutan pencapaian

kepresisian ketat. Mesin Stirling memiliki kerumitan produksi leb ih besar

dibandingkan panel surya dikarenakan banyak dibutuhkan set up yang ideal pada

Mesin Stirling agar dapat mencapai kinerja gerak mekanik yang ideal. Dari

kinerja mekanik yang ideal layaknya pembangkit listrik dengan mesin bakar,

Mesin Stirling baru dapat diharapkan menghasilkan energi listrik daya yang besar,

efisiensi tinggi, dan kompetitif dari segi biaya maupun performa terhadap

kompetitor-kompetitornya.

Pada saat ini belum ada produsen Mesin Stirling yang memproduksi Mesin

Stirling secara massal dan make to stock sebagai sumber pembangkit listrik untuk


commit to user

V-7

konsumsi suatu daerah di dunia. Masih sebatas riset pengembangan dan optimasi

teknologi Mesin Stirling pembangkit listrik dimana harga yang dihasilkan masih

sangat tinggi untuk bersaing dengan kompetitor-kompetitornya. Para periset masih

mencari teknik produksi, teknik material yang baik, dan teknologi-teknologi yang

tepat sebagai pendamping optimasi Mesin Stirling dalam bekerja.

Kelemahan-kelemahan hasil rancangan yang perlu diperbaiki adalah:

1. Perbaikan pada hot chamber yang terisolasi baik sehingga kalor yang

diserap semakin baik.

2. Perbaikan pada radiator yang lebih menyatu sempurna sehingga tidak

terjadi rongga ruang yang tidak tersentuh pendinginan cair.

3. Perbaikan part-part yang berhubungan dengan gesekan dan bergerak

membutuhkan pembuatan dengan kepresisian ketat/toleransi ketat

sehingga dapat mengurangi penurunan kinerja mesin.

Mesin Stirling lebih kompetitif bersaing dengan kompetitor dengan mesin

genset dibandingkan dengan panel surya dengan daya dan sumber panas yang

sama disebabkan:

1. Mesin Stirling yang bersumber panas biogas (fermentasi kotoran ternak,

sampah organik, ampas olahan pangan, dll) memiliki kelayakan lebih

murah dalam penggunaan 20 tahun dibandingkan mesin genset berdaya

sama bensin maupun solar bahkan panel surya di daerah pegunungan.

Hal ini mengacu pada harga minyak bumi dari tahun ke tahun selalu

meningkat akibat keterbatasan jumlah terhadap peningkatan kebutuhan.

Tabel 5.4 Komparasi Mesin Stirling biogas yang ideal dengan genset bensin

no kriteria Mesin Stirling ideal biogas mesin genset(silent) 1 daya (kW) 10 16 2 sumber panas biogas(free) bensin 3 konsumsi (ltr/jam) - 3 4 penggunaan (tahun) 20 20 5 harga sumber panas free 4500 6 harga mesin 322000000 85560000

7

biaya perbaikan per 5 tahun (10% dari harga barang) 32200000 8556000

8 infrastruktur 25000000 0 9 harga listrik (Rp/KWH) 271.58 886.48


commit to user

V-8

2. Biaya pembuatan cermin reflektor untuk mengumpulkan panas berdaya

berdaya besar sangat mahal hingga mendekati 50% dari harga mesin

tersebut

Harapan yang dapat dilakukan di masa yang akan datang adalah mampu

menekan biaya produksi dan performa yang kompetitif jika sudah diproduksi

massal dimana mampu meningkatkan efisiensi kinerja Mesin Stirling.


commit to user

VI-1

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN PENELITIAN

6.1 KESIMPULAN PENELITIAN

Dari perancangan yang dibuat dihasilkan beberapa kesimpulan sebagai

berikut:

1. Perancangan Mesin Stirling yang dipilih adalah Mesin Stirling tipe gamma

dengan komponen cranckshaft standar, piston set standar, berpendingin air.

Mesin Stirling ini dipilih karena memiliki resiko nilai ekspektasi biaya

(EMV) terendah yaitu sebesar Rp. 593.500,00.

2. Mesin Stirling yang diuji menghasilkan daya sebesar 0,1 W, sedangkan

nilai daya ekspektasi terendah (EPV) sebesar 0,21 W. Secara teori daya gas

yang dapat dihasilkan sebesar 2,37 W. Efisiensi termal yang dapat dicapai

sebesar 22,77% dan efisiensi mesin sebesar 4,3%.

3. Mesin Stirling yang dirancang masih belum layak dari segi biaya yaitu

perbandingan harga terhadap performa maupun daya dihasilkan masih

rendah dan masih kurang portabel dibandingkan panel surya yang sudah

diproduksi massal. Mesin Stirling (50 jam) yang dirancang menghasilkan

biaya listrik sebesar Rp. 909.000,00/Wh dengan kondisi menjalankan setiap

2 jam harus diistirahatkan, sedangkan panel surya berumur maksimal 10

tahun berdaya 3 kWp mampu menghasilkan biaya listrik Rp. 1378,78/kWh.

Untuk Mesin Stirling ideal yang dapat dipakai yang bersumber panas

biogas jauh lebih murah dibandingkan Mesin Stirling surya.

6.2 SARAN PENELITIAN

Dari perancangan yang dilakukan perlu pembenahan agar tercapai kinerja

yang maksimal bahkan diharapkan mampu mencapai tujuan pemenuhan

kebutuhan energi listrik masyarakat. Perbaikan yang dibutuhkan sebagai berikut:

1. Tekanan yang digunakan Mesin Stirling harus diatas 1 bar.

2. Perlu perbaikan penjabaran decision tree analysis dengan komparasi

beberapa ahli agar didapatkan angka probabilitas yang lebih objektif.


commit to user

VI-2

3. Manufaktur membutuhkan workshop dengan teknologi tinggi dan part-part

mesin membutuhkan bahan material yang terbaik untuk ketahanan durasi

penggunaan panjang.

4. Memerlukan perbaikan efisiensi energi di dalam kinerja mesin baik

pendinginan mesin maupun penyerapan panas dari sumber dan

regenerator.

5. Memerlukan penggunaan gas mulia seperti helium untuk mampu

melakukan penyerapan dan pelepasan energi secara cepat.


commit to user

analisis kelayakan hasil rancangan pembangkit listrik .../analisis... · vii abstrak nugroho e...

Documents