LAPORAN PKM PENELITIAN

ALAT PENJERNIH AIR TENAGA SURYA DENGAN SOLAR

KOLEKTOR

Disusun Oleh : 1. Fitria Hastami / M0207004

2. Nurul Khotimah / M0207050 3. Zuhdi Ismail / M0208062

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

2009

HALAMAN PENGESAHAN

LAPORAN AKHIR PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

1. Judul Kegiatan : Analisis Alat Penjernih Air Tenaga Surya dengan Solar Kolektor Plat Gelombang Menggunakan Cover ...,....,....

2. Bidang Kegiatan : (� ) PKMP ( ) PKMK ( ) PKMT ( ) PKMM 3. Bidang Ilmu : ( ) Kesehatan ( ) Pertanian ( ) MIPA ( �) Teknologi dan rekayasa ( ) Sosial Ekonomi ( ) Humaniora ( ) Pendidikan 4. Ketua Pelaksana Kegiatan a. Nama Lengkap : Fitria Hastami b. NIM : M0207004 c. Jurusan : Fisika d. Universitas : Universitas Sebelas Maret Surakarta e. Alamat Rumah : Kliwonan RT 01/ RW 07, Jeron, Nogosari,

Boyolali.57378 f. Email : tamy_091289@yahoo.com 5. Anggota Pelaksana : 2 orang 6. Dosen Pendamping a. Nama Lengkap dan Gelar : Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc, Ph.D b. NIP : 131 570 296 c. Alamat Rumah & HP : 7. Dana DIKTI : 8. Jangka Waktu Pelaksanaan :

Surakarta, 2 Juni 2009 Menyetujui,

Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNS

Drs. Harjana, MSc, PhD NIP. 131 570 309

Ketua Pelaksana

Fitria Hastami NIM. M0207004

Pembantu Rektor III UNS

Drs. Dwi Tiyanto, SU

NIP. 130 814 593

Dosen Pendamping

Ir. Ari Handono Ramelan M.Sc, Ph. D NIP. 132 163 933

A. Judul Program

”Alat Penjernih Air Tenaga Surya Dengan Solar Kolektor”

B. Latar Belakang

Solar cell adalah salah satu sumber energi yang ramah lingkungan dan

sangat menjanjikan pada masa yang akan datang, karena tidak ada polusi yang

dihasilkan selama proses konversi energi, dan lagi sumber energinya banyak

tersedia di alam, yaitu sinar matahari.

Air merupakan sumber kehidupan. Air merupakan kebutuhan yang paling

penting dalam kehidupan manusia terutama air tawar yang bersih dan sehat.

Namun demikian, kelangkaan dan kesulitan mendapatkan air bersih dan layak

pakai menjadi permasalahan yang mulai muncul di banyak tempat dan semakin

mendesak dari tahun ke tahun.Kecenderungan konsumsi air naik secara

eksponensial ,sedangkan ketersediaan air bersih cenderung melambat akibat

kerusakan alam dan pencemaran ,yaitu diperkirakan sebesar 15-35% per kapita

pertahun. Dengan demikian di Indonesia ,dengan jumlah penduduk yang

mencapai lebih drai 200 juta,kebutuhan air bersih menjadi semakin

mendesak(www.walhi.or.id)

Pemanfaatan energi surya untuk menghasilkan air bersih menjadi alternatif

yang perlu mendapat perhatian lebih serius. Ketersediaan energi surya di daerah

tropis cukup melimpah, maka diperlukan suatu metode pemanfaatannya ,

diantaranya dengan melakukan pengolahan air baku dengan tenaga surya.Prinsip

dasar pengolahan air baku dengan tenaga surya adalah dengan cara menguapkan

air kotor,kemudian menampung air yang diembunkan ,sehingga diharapkan garam

mineral dan kotoran – kotoran yang ada pada air baku tersebut akan terpisahkan .

Sehingga diperoleh hasil akhir berupa air bersih.

C.Perumusan Masalah

Penelitian ini mengukur efisiensi termal dari alat penjernih air tenaga

surya dan tekanan uap dari air yang keluar dari kolektor tersebut.

Pengujian dan pengukuran dilakukan untuk mengetahui intensitas radiasi

matahari yang sampai ke bumi, temperatur plat absorber, temperatur lingkungan

,dan temperatur fluida yang masuk ke dalam kolektor. Data yang di dapat diu

analisa untuk mengetahui perfomansi kolektor yaitu energi perolehan berguna

aktual, efisiensi termal kolektor , juga untuk mengukur tekanan uap dari air yang

keluar dari kolektor.

D.Tujuan Umum

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui efisiensi thermal kolektor

surya dari alat penjernih air dengan tenaga surya,selain itu dari penelitian ini

diharapakan dapat mengetahui laju penguapan dari alat penjernih air dengan

kolektor surya ini.

Sehingga dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat memberikan

gambaran mengenai sifat fisis dari alat penjernih dengan kolektor surya yang

sudah ada.Sehingga nantinya alat penjernih air dengan kiolektor surya ini dapat

dimanfaatkan dengan sebaik – baiknya.

E. Batasan Masalah

Dalam peneliltian ini permasalahan akan di batasi pada :

1. Sudut kemiringan kolektor tetap

2. Dimensi kolektor konstan

3. Debu dan kotoran pada kolektor diabaikan

4. Beban pemanasan adalah air 10 liter

5. Pemanasan pada bak penguapan diabaikan

6. Penelitian di lakukan di halaman gedung pascasarjana uns

F. Kegunaan Program

Dengan adanya program ini diharapkan alat yang dibuat nanti dapat digunaknan

untuk menjernihkan air sehingga air hasil proses penjernihan ini dapat

dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari.

G.Tinjauan Pustaka

1. Energi Matahari

Energi adalah satu kata yang mempunyai makna sangat luas karena tidak

ada aktivitas di alam raya ini yang bergerak tanpa energi. Sumber energi

berjumlah besar dan bersifat kontinu terbesar yang tersedia bagi umat manusia

adalah energi matahari,energi elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari.

Energi matahari adalah sangat atraktif karena tidak bersifat polutif , tidak dapat

habis,dan dipercaya dan gratis. Dua kejelekan utama dari energi matahari ini

adalah bahwaia sangat halus (dilute) dan tidak konstan .Arus energi matahari yang

rendah mengakibatkan terpaksa dipakainya sistem dan kolektor yang luas

permukaanya besar untuk mengumpul dan mengkonsentrasikan enrgi itu. Energi

matahari dapat dikonversi secara langsung menjadi bentuk energi yang lain

dengan 3 proses terpisahproses heliochemical, proses helioelectrical, dan

prosesheliothermal. proses heliochecimal yang utama adalah proses fotosintesis,

proses ini adalah sumber dari semua bahan bakar fossil. Proses helioelectrical

yang utama adalah produksi listrik oleh sel – sel surya . Proses heliothermal

adalah penterapan (absorbsi) radiasi matahari dan pengkonversian energi ini

menjadi energi thermal(Culp.1991).

Energi panas matahari ,merupakan salah satu energi yang potensial untuk

dikelola dan dikembangkan lebih lanjut sebagai sumber cadangan energi

terutamabagi negara – negara yang terletak di khatulistiwa termasuk Indonesia,

dimana matahari bersinar sepanjang tahun. Ada beberapa cara pemanfaatan energi

panas matahari yaitu antara lain pemanasan ruangan , penerangan ruangan,

kompor matahari, pengeringan hasil pertanian ,distilasi air kotor,pemanasan

air,pembangkitan listrik.(www.kamase.org , 2007)

2.Konstanta Matahari

Radiasi yang di emisikan oleh matahari dan ruang angkasa yang

berhubungan dengannya ke4 bumi mengahsilkan intensitas radiasi matahari yang

hampir konstan diluar atmosfer bumi .

3.Penelitian tentang pemanas air kolektor surya

Leonardi Yulius (2002),meneliti tentang penggunaan energi surya un tuk

pemanas air. Hasilnya eneri surya bisa dimanfaatkan untuk pemanas aiur dengan

sistem termosifon dan digunakan untuk memanaskan air didalam tangki yang

berisi air sekitar 85 liter.

Nur Rosyid Anang Kusuam (2006), meneliti tentang sisi biologis dari air

yang di hasilkan oleh alat penjernih air tenaga surya. Hasilnya ada perbedaan

bermakna dari air sampel yang diperiksa antara sebelum dan sesudah proses

dengan alat penjernih air tenaga surya.

Matilda M Gati,dkk (2006) , meneliti tentangdesain kolektor plat datar(flat

plate) untuk pemanas air. Hasilnya temperatur 38,3 C ketika memakai kolektor

berukuran 3m² dan ketika memakai kolektor dengan ukuran 7,5 m², temperatur air

dalam storage mencapai 58 C( www.thomasworld.web.ugm.ac.id , 2007)

P.A Davies dan C Paton , meneliti tentang desain rumah kaca yang

mneggunakan air laut sebagai sumber air untuk tanaman didalamnya . Rumah

Kaca ini memiliki luas 360 m² dan berada di Tenerife, Spanyol. Digunakan

tanaman tomat, bayam, kacang, dan lain – lain. Hasil dari tanaman tersebut

memiliki kadar garam yang dapat ditoleransi dan aman untuk dimanfaatkan.

(www.journal.mup.man.ac.uik, 2004)

4.Tinjauan perpindahan panas

Perpindahan panas dalam sebuah alat pemanas cairan surya didasarkan

pada tiga mekanisme transfer energi panas yaitu konduksi, konveksi , dan radiasi.

a. Konduksi

Panas mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah

yang bertemperatur rendah . Laju perpidahan panas dinyatakan dengan hukum

Fourier(Wiranto Arismunandar, 1995)

q = - k A (dT/ dx)

dimana k adalah konduktivitas termal, W/(m.K); A adalah luas penampang tegak

– lurus pada aliran panas, m² ; dan dT/dx adalah gradien temperatur dalam arah

aliran panas , - K/m.

b. Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas dimana terjadi transfer energi

dari suatu permukaan ke fluida yang mengalir karena ada perbedaan temperatur

permukaan dengan fluida. Proses konveksi ada dua jenis, konveksi alamiah dan

konveksi paksa. Konveksi alamiah atau bebas terjadi karena pergerakan fluiuda

sepanjang lintasan akibat perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh perbedaan

temperatur dalam fluida . Sedangkan konveksi paksa disebabkan aliran udara dari

pompa atau blower.

Pada umumnya, perpindahan panas konveksi dapat dinyatakan dengan

hukum pendinginan newton, sebagai berikut

q = hA(Tw – T)

dimana h adalah koefisien konveksi, W/(m2.K); A adalah luas permukaan,

m2; Tw adalah temperatur dinding, dan T adalah temperatur fluida, K. Umumnya

koefisien konfeksi h dinyatakan dengan parameter tanpa dimensi yang disebut

Nusselt, Nu :

h = Nu (k/di)

dimana di adalah diameter dalam pipa. Sedangkan besarnya bilangan Nusselt

adalah :

Produk perkalianan antara bilangan Grashof (Gr) dan bilangan Prandtl (Pr)

disebut bilangan Rayleigh (Ra) :

Ra = Gr Pr

Bilangan Grashof dicari dengan menggunakan persamaan :

Dimana g adalah konstanta gravitasi (9,8 m/s2), β adalah koefisien muai volume

yang besarnya 1/Tf, dimana Tf adalah temperatur fluida yang keluar dari kolektor.

Sedangkan Tfi adalah temperatur fluida yang memasuli kolektor (K), Tp adalah

temperatur plat (K), D adalah jarak antara pipa (m), dan v adalah viksositas

kinematik (Duffie dan Beckman, 1991)

c.Radiasi

perpindahan panas secara total dari benda hitam yang sempurna sebanding

dengan pangkat empat dari temperatur benda radiasi tersebut. Ini adalah hukum

Stefan – Boltzmann sehingga dapat dituliskan sebagai berikut( Beiser, 1981)

E = ∆at

Diagram Alur Penelitian

Dibawah ini adalah diagram alur penelitian alat penjernih air tenaga surya

Intensitas radiasi total yang diterima

Energi berguna dari kolektor

Persiapan bahan

Tekanan uap

Efisiensi termal kolektor

Analisa dan pembahasan

Kesimpulan

Pembutan alat penjernih air

Data yang di ambil

I. Tempat dan waktu pengambilan Data

1. Tempat

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahan Alam Universitas Sebelas

Maret.

2. Waktu

Pengambilan data akan dilakasanakan pada

Hari/ tanggal :

Waktu :

3. Alat dan Bahan Penelitian

Alat dan bahan yang digunakan :

a. Alat penjernih air tenaga surya

a.1. Dimensi Kolektor

1. Luas kolektor, A

2. Luas Plat penyerap, Ac

3. Jumlah pipa,

4. Diameter dalam pipa, di

5. Diameter luar pipa, d

6. Jarak antar pipa, D

7. Jarak antar pusa pipa, s

8. Ketebalan isolasi, l

9. Jumlah kaca penutup, N

a.2. Material kolektor

1. Material penutup transparan adalah kaca

2. Pelat penyerap yang dipakai adalah alumunium dicat hitam

3. Bahan isolasi adalah styrofoam

4. Kerangka keseluruhan terbuat dari besi

b. Multimeter digital

c. Pyranometer

d. Stopwatch

e. Air sumur 10 liter

Prinsip kerja alat penjernih tenaga surya mendasarkan pada prinsip perpindahan

panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi . Sebagai suatu gambaran mengenai

tiga cara perpindahan panas dalam sebuah alat penyulingan air tenaga surya,

panas mengalir secara konduktif sepanjang pelat penyerap dan melalui dinding

saluran. Kemudian panas dipindahkan ke fluida dalam saluran dengan cara

konveksi. Pelat penyerap yang panas itu melepaskan panas ke pelat penutup kaca (

yang menutupi kolektor dan berfungsi untuk menjebak panas ) dengan cara

konveksi alamiah dan dengan cara radiasi.

Pada saat radiasi matahari jatuh ke permukaan kolektor,energinya akan

diserap dan dan diubah menjadi panas . Selanjutnya panas akan dikonduksikan

oleh pelat kolektor ke pipa berisi air. Air dalam pipa akanpanas akibat konveksi

dari permukaan pipa. Dan air yang panas ini akan bergerak ke atas untuk

kemudian melewati pipa pengalir menuju bak penampungan . Di bak

penampungan akan terjadi penguapan air panas. Uap air yang menempel pada

kaca akan mengembun,dan mengalir ke talang karena pengaruh gaya gravitasi .

Selanjutnya , air yang tertampung di talang akan mengalir menuju bak

penampungan air hasil olahan.

Berikut ini adalah langkah – langkah percobaan :

1. Penelitian dilakukan pada jam 08.00 – 15.00

2. Meletakkan pemanas air ditempat yang telah ditentukan

3. Melakukan pengukuran terhadap nilai – nilai berikut setiap satu jam sekali.

a. Intensitas radiasi matahari, I

b. Transmitansi kaca, τ

c. Temperatur plat titik pertama, Tp1

d. Temperatur plat titik kedua, Tp2

e. Temperatur palot titik ketiga, Tp3

f. Temperatur lingkungan sekitar, Tf1

g. Temperatur fluida masuk kolektor, Tfo

h. Temperatur fluida keluar kolektor