makalah osn pertamina

“TEKNOLOGI NON-PHOTO-VOLTAIC SOLARTHERMAL COLLECTOR SEBAGAI PEMANFAATAN

ENERGI SURYA UNTUK PEMASAK DAN PENGERINGHASIL PERTANIAN”

DIAJUKAN UNTUK MENJAWAB SOAL OPEN ENDED DALAM MENGIKUTI SELEKSIPROVINSI OLIMPIADE SAINS NASIONAL PERTAMINA 2012

Disusun oleh :

Muya Farizta AvisienaNo. Peserta : 1522069

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

2012

i

Kata Pengantar

Bismillahi-rahmanirrahim.

Alhamdulillah alhamhamdulillahirobbil alamin segala puji syukur kami

panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat, rahmat, dan hidayah-Nya sehingga

penyusun dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Teknologi Non-Photo-Voltaic

Solar Thermal Collector Sebagai Pemanfaatan Energi Surya Untuk Pemasak dan

Pengering Hasil Pertanian” ini tanpa suatu hambatan yang berarti. Tanpa pertolongan-

Nya mungkin penyusun tidak akan menyelesaikan makalah ini dengan baik.

Makalah ini sengaja sengaja disusun untuk menjawab soal open ended dalam

mengikuti seleksi provinsi Olimpiade Sains Nasional Pertamina 2012. Selain itu

untuk memberi informasi kepada pembaca mengenai pemanfaatan energi surya untuk

keperluan peralatan rumah tangga sehari-hari menggunakan teknologi Solar Thermal

Collector.

Ucapan terima kasih penyusun haturkan kepada bapak Drs.Supriyadi selaku

dosen mata kuliah Optika Geometri yang telah membantu kami melalui penjelasan

beliau mengenai teknologi non-photo-voltaic dan optika sehingga kami dapat

menyelesaikan makalah ini.

Penyusun sadar bahwa, “Tiada gading yang tak retak”, oleh karena itulah

kami mohon maaf atas kekurangan dan kelebihan dalam penyusunan makalah ini.

Semoga makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas kepada pembaca.

Terima kasih.

Yogyakarta, 06 Oktober 2012

Penyusun

ii

Daftar Isi

Kata Pengantar ……………………………………………………………...i

Daftar Isi ……………………………………………………………………ii

Bab I. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang …………………………………………………...1

1.2 Perumusan Masalah ……………………………………………. 3

1.3 Tujuan Penyusunan ……………………………………………....4

Bab II. Tinjauan Pustaka

2.1 Energi Matahari Dan Pemanfaatannya …………………………...5

2.2 Perpindahan Panas ………………………………………………. 5

2.3 Kolektor Surya (SolarThermal Collector) ………………………..5

2.4 Pemanfaatan Teknologi Surya Termal …………………………...9

Bab III. Pembahasan

3.1 Kelebihan Solar Thermal Collector …………………………….. 10

3.2 Aplikasi Solar Thermal Collector ………………………………. 10

3.3 Model dan Mekanisme Kerja Alat ……………………………… 11

3.4 Optimalisasi Penggunakan Solar Thermal Collector …………….19

3.5 Simulasi Perhitungan …………………………………………….20

Bab IV. Penutup

4.1 Kesimpulan ………………………………………………………22

4.2 Saran ……………………………………………………………..22

Daftar Pustaka ……………………………………………………………...23

1

BAB 1PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangMinyak bumi adalah sumber energi yang tidak dapat diperbaharui, dimana jika

terus menerus dipergunakan akan berkurang bahkan sumber energi ini dapat habis.Dengan semakin berkurangnya energi tak terbaharui ini maka banyak penelitian yangdilakukan untuk memanfaatkan dan mengoptimalkan penggunaan dari energi yangdapat diperbaharui. Energi terbaharui ini merupakan energi yang jika kita manfaatkantidak akan pernah habis, salah satunya adalah energi matahari.

Energi matahari merupakan salah satu sumber energi alternatif yang sangatmudah di peroleh di Indonesia bahkan dianggap gratis, karena Indonesia merupakanNegara yang terletak di daerah khatulistiwa. Pemanfaatan energi surya sudah lama dilakukan oleh masyarakat Indonesia baik untuk pengering pakaian, kayu, dan hasilpertanian. Namun pemanfaatan dari energi matahari ini tidak dilakukan secaraoptimal. Sebagian contoh adalah pengeringan gabah yang mana hanya diletakkanpada sebuah areal yang luas dan membutuhkan waktu yang cukup lama untukmengeringkannya. Oleh karena itu perlu dilakukan sebuah penelitian agar energimatahari yang ada ini dapat dimanfaatkan dengan semaksimal mungkin.

Sinar matahari adalah salah satu gelombang elektromagnetik yangmemancarkan energi, yang disebut dengan energi surya, ke permukaan bumi secaraterus menerus. Energi ini mempunyai sifat antara lain tidak bersifat polutan, tidakdapat habis (terbarukan) dan juga gratis. Bumi menerima daya radiasi surya sekitar108 PW (1PW=1015W), atau dalam 1 tahun total energi surya yang sampai dipermukaan bumi sekitar 3.400.000 EJ (1EJ=1018J). Hanya diperlukan 2 jam radiasisinar surya untuk memenuhi kebutuhan energi dunia selama satu tahun sebesar 474EJ (data tahun 2008). Tetapi, potensi energi yang sangat besar ini belum dimanfatkansecara optimal dan masih terbuang begitu saja. Suatu studi menyebutkan energi suryayang sudah dimanfaatkan sebesar 5 GW melalui sel surya dan 88 GW melaluipemanas air. Jumlah ini tidak ada artinya dibandingkan dengan radiasi yang diterimabumi.

Sebagai negara yang terletak di daerah katulistiwa, yaitu pada 6o LU – 11o LSdan 95o BT – 141o BT, dan dengan memperhatikan peredaran matahari dalam setahunyang berada pada daerah 23,5o LU dan 23,5o LS akan mengakibatkan suhu diIndonesia cukup tinggi (antara 26º C - 35º C) dan bila saat cuaca cerah akan disinarimatahari selama 6 –7 jam dalam sehari. Bagian barat Indonesia mendapat rata-rataradiasi sebesar 4,5 KWh/m2/hari dengan varisi bulanan sekitar 10% dan bagian timur5,1 kWH/m2/hari dengan varisi bulanan sekitar 9%. Sifat radiasi matahari yangdiperoleh di daerah ini dapat dikatakan lebih kecil perubahannya terhadap rata-rata

2

tiap tahunnya. Dilain pihak, pancaran radiasi ini sifatnya periodik setiap hari dansetiap tahunnya secara terus menerus.

Tabel 1. Intensitas Radiasi Matahari di IndonesiaAda dua cara memanfaatkan energi surya yang berlimpah ini, yaitu dengan sel

surya dan surya termal. Teknologi dengan sel surya tergolong efisien dan bersih,tetapi memerlukan peralatan yang cukup mahal. Sementara, teknologi surya termaladalah mengumpulkan radiasi surya dalam bentuk panas. Cara ini umumnya tidakmembutuhkan peralatan yang rumit dan relatif lebih mudah untuk dilakukan. Secaraglobal pemanfaatan energi surya termal masih jauh lebih banyak dibanding sel surya.Fakta ini menunjukkan bahwa tersedia energi surya yang cukup besar dan dapatdimanfaatkan dalam bentuk energi termal.

Salah satu kebutuhan energi sehari-hari dalam rumah tangga adalah untukkeperluan memasak. Untuk memanfaatkan energi matahari dalam keperluanmemasak dapat digunakan kompor energi surya; dimana sebuah kolektor denganbidang berbentuk parabolik digunakan untuk mengumpulkan sinar matahari ke satutitik fokus sehingga mengahasilkan panas yang besar. Bentuk dan kelengkungankolektor parabolik ini sangat menentukan letak titik fokusnya yang nantinyaberpengaruh pada kinerja dari kompor energi surya. Untuk mengetahui seberapabesar potensi pemanfaatan kompor energi surya untuk keperluan rumah tanggakhususnya memasak ini, perlu dilakukan penelitian/ pengujian.

Industri pengering, termasuk pengeringan produk pertanian adalah termasuksalah satu proses produksi yang banyak menggunakan energi. Studi di beberapanegara menunjukkan bahwa persentasi konsumsi energi nasional untuk pengeringan

3

relatif cukup besar. Menurut studi negara-negara seperti USA, Kanada, Perancis,Inggris mengkonsumsi sekitar 10-15% dari energi nasionalnya untuk pengeringan.Jerman dan Denmark bahkan lebih besar yaitu sekitar 20-25%. Meskipun belum adastudi yang melaporkannya, diperkirakan Indonesia dan negara-negara lainnya,menggunakan konsumsi energi nasionalnya untuk pengeringan pada kisaran 5-25%.Secara global, data tahun 2007 menyatakan 86,4% konsumsi energi dunia dipasokoleh sumber energi berbasis fosil seperti minyak bumi, gas alam, dan batubara.Pembakaran sumber energi berbasis fosil ini setara dengan pelepasan 21,3 Gigatonkarbon dioksida ke alam, tetapi alam dengan bantuan hutan hanya mampu menyerapsetengah dari jumlah ini. Oleh karena itu akan ada penambahan karbon dioksidasekitar 10,6 Gigaton pertahun. Jika tidak ada langkah konkrit, ini akan meningkatterus di tahun-tahun mendatang seiring dengan meningkatnya kebutuhan energidunia. Gas inilah salah satu yang akan menyebabkan pemanasan global, dan jikalajunya tidak dikurangi akan membahayakan kelangsungan hidup bumi sebagai planetyang bisa dihuni umat manusia dan mahluk hidup lainnya. Fakta-fakta inimenunjukkan bahwa proses pengeringan termasuk salah satu penyumbang pelepasankarbon dioksida ke alam yang relatif besar.

Untuk mengurangi pemakaian energi berbasis fosil yang akan menyebabkanpemanasan global, salah satunya adalah pemanfaatan energi sinar matahari.Pemanfaatan energi sinar matahari dapat digunakan pada mesin pengering.Pengolahan pasca panen hasil pertanian atau perkebunan mempunyai peranan pentingdalam kehidupan masyarakat Indonesia, yang sekaligus juga merupakan sumberpemasukan devisa negara yang cukup besar. Dengan penerapan sistem energi sinarmatahari pada teknologi ini, diharapkan akan mempercepat proses pengeringan hasilpertanian. Selain untuk mempercepat pengeringan, juga dapat menjaga mutu dankualitas hasil pertanian tersebut.

1.2 Perumusan MasalahAdapun rumusan masalah yang sesuai untuk masalah ini adalah:1. Apakah kelebihan dan kekurangan Solar Thermal Collector dibandingkan dengan

yang berbasis photo-voltaic?2. Alat-alat rumah tangga apa saja yang mungkin dapat didisain untuk dioperasikan

dengan energi surya melalui Solar Thermal Collector?3. Mengapa dan dalam situasi bagaimana alat pemasak dan pengering hasil-hasil

pertanian dengan energi surya menjadi penting?4. Bagaimana mekanisme kerja alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian

dengan energi surya melalui teknologi Solar Thermal Collector?5. Bagaimana cara menyusun dan desain model dari alat pemasak dan pengering

hasil-hasil pertanian menggunakan teknologi Solar Thermal Collector?

4

1.3 Tujuan PenyusunanAdapun tujuan penyusunan yang sesuai untuk masalah ini adalah:1. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan teknologi Solar Thermal Collector

dibandingkan dengan yang berbasis photo-voltaic.2. Membuat alat-alat rumah tangga apa saja yang mungkin dapat didisain untuk

dioperasikan dengan energi surya melalui Solar Thermal Collector.3. Untuk mengetahui mengapa dan dalam situasi bagaimana alat pemasak dan

pengering hasil-hasil pertanian dengan energi surya menjadi penting.4. Menjelaskan mekanisme kerja alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian

dengan energi surya melalui Solar Thermal Collector.5. Menjelaskan cara menyusun dan desain model dari alat pemasak dan pengering

hasil-hasil pertanian menggunakan teknologi Solar Thermal Collector.

5

BAB 2TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Matahari dan PemanfaatannyaSebagai bintang yang paling dekat dari planet biru Bumi, yaitu hanya berjarak

sekitar 150 juta km, sangatlah alami jika hanya pancaran energi matahari yangmempengaruhi dinamika atmosfer dan kehidupan di Bumi. Energi yang datang keBumi sebagian besar merupakan pancaran radiasi matahari. Energi ini kemudianditransformasikan menjadi bermacam-macam bentuk energi, misalkan pemanasanpermukaan Bumi, gerak dan pemanasan atmosfer, gelombang lautan, fotosintesatanaman dan reaksi fotokimia lainnya.

Penyebaran sinar matahari setiap tahun dibelahan bumi bervariasi. Indonesia rata-rata menerima sinar matahari delapan jam perhari dan intensitas sinar matahari yangmasuk ditentukan posisi matahari terhadap kolektor.

2.2 Perpindahan PanasSebagai suatu gambaran mengenai tiga cara perpindahan panas dalam sebuah alat

pemanas cairan surya, panas mengalir secara konduktif sepanjang pelat penyerap danmelalui dinding saluran. Kemudian panas dipindahkan ke fluida dalam salurandengan cara konveksi, apabila sirkulasi dilakukan dengan sebuah pompa, makadisebut konveksi paksa. Pelat penyerap yang panas itu melepaskan panas ke platpenutup kaca ( umumnya menutupi kolektor) dengan cara konveksi alamiah dandengan cara radiasi.

Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor daribenda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah,hingga tercapainya kesetimbangan termal. Proses perpindahan panas ini berlangsungdalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi.

2.3 Kolektor Surya (Solar Thermal Collector)2.3.1 Prinsip Solar Thermal Collector

Kolektor surya merupakan piranti utama dalam sistem surya termal yangberfungsi mengumpulkan dan menyerap radiasi sinar matahari danmengkonversinya menjadi energi panas. Ketika cahaya matahari menimpaabsorber pada kolektor surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali kelingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadienergi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi didalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan pada berbagai aplikasi yangmembutuhkan panas.2.3.2 Tipe kolektor surya

6

Kinerja sistem surya termal sangat dipengaruhi oleh rancangan danpemilihan jenis kolektor surya, desain sistem / aplikasi, serta pemilihan material.Kolektor surya dapat dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran tergantung padaaplikasi yang dibutuhkan. Saat ini terdapat berbagai jenis kolektor surya termal,antara lain:a. Kolektor surya pelat datar

Kolektor surya pelat datar merupakan jenis kolektor yang saat ini sudahbanyak dipasaran. Kolektor ini umumnya digunakan untuk memanaskan airatau udara dengan suhu operasi yang cukup rendah, yaitu dibawah 800C. Cirikhas kolektor pelat datar adalah berupa kotak logam/ baja terisolasi yangmemiliki pelat penyerap (absorber) berwarna hitam dan ditutupi oleh lapisankaca/plastik transparan/tembus cahaya. Kolektor jenis ini bekerja seperi efekrumah kaca yang menjebak panas didalam pelat kaca transparan dankemudian mentransfernya ke fluida cair atau udara. Keuntungan kolektorsurya jenis ini adalah tidak membutuhkan biaya yang tinggi dan dapatmenerima radiasi surya langsung maupun radiasi sebaran.Kolektor surya pelat datar pada umumnya terdiri dari komponen-komponen,seperti:1. Lapisan penutup (cover)

Berfungsi melewatkan sinar radiasi agar diterima oleh pelat penyerap danmengurangi jumlah panas yang keluar dari kolektor.

2. Pelat penyerap (absorber)Berfungsi menyerap sinar matahari sebanyak mungkin dan merubahnyamenjadi energi panas untuk ditransfer ke fluida pemanas (cairan atauudara). Biasanya bagian ini berwarna gelap dan material yang biasadigunakan adalah tembaga, aluminium dan baja tahan karat. Plataluminium dipilih karena mempunyai konduktivitas termal yang cukuptinggi yaitu sebesar 211 W/m°C, tahan terhadap korosi dan mudahdidapatkan.

3. Penyekat / isolasi (insulation)Berfungsi untuk meminimalisir panas yang hilang dari absorber menujulingkungan. Isolasi yang baik akan menyebabkan energi surya yangdiserap akan semakin besar. Panas yang keluar dari kolektor suryabervariasi sesuai dengan tingkat isolasi. Dan arah kolektor idealnyamenghadap ke Utara atau ke Selatan, tergantung pada periode waktu (arahmatahari). Isolasi diletakkan pada bagian bawah dan samping kolektor,dimana bahan isolasi yang dipilih adalah glass wool, karena mempunyaikonduktivitas thermal yang rendah yaitu 0,043 W/m°C.

4. Frame / CasingBerfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor.

7

Gambar 1. Kolektor Surya Pelat Datar

b. Kolektor tabung hampa (vacuum tubecollector)Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas dengan temperatur

yang lebih tinggi. Keistimewaannya terletak pada efisiensi transfer panasnyayang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal inidikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan cover-nyadikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasikehilangan panas yang terjadi daripermukaan luar absorber menujulingkungan.

Gambar 2. Kolektor Surya Tabung Hampa

c. Kolektor parabola / konsentratorJenis ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada

temperature tinggi di atas 1000C. Kolektor surya jenis ini mampumemfokuskan energi radiasi cahaya matahari pada suatu receiver, sehinggadapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh absorber.Komponen konsentrator harus terbuat dari material dengan transmisivitastinggi.

7







7







8

Gambar 3. Kolektor Surya Parabola/Konsentrator

d. Kolektor PrismatikKolektor surya tipe prismatik adalah kolektor surya yang dapat menerima

energi radiasi dari segala posisi matahari. Kolektor jenis ini juga dapatdigolongkan dalam kolektor plat datar dengan permukaan kolektor berbentukprisma yang tersusun dari empat bidang yang berbentuk prisma, dua bidangberbentuk segitiga sama kaki dan dua bidang berbentuk segi empat siku – sikusehingga dapat lebih optimal proses penyerapan. Tipe kolektor jenisPrismatik ini dapat dilihat seperti gambar berikut.

Gambar 4. Kolektor Surya Prismatik

2.3.3 Pemasangan kolektor suryaKolektor surya harus dipasang menghadap matahari. Pada pagi hari

menghadap timur, siang menghadap utara / selatan, sore menghadap barat untukyang halamannya luas. Bagi yang halamannya sempit arahkan ke utara bila beradadisebelah selatan khatulistiwa dan arahkan ke selatan bagi yang bertempat tinggaldi sebelah utara khatulistiwa. Pengaturan arah kolektor surya ini diperlukan untukmendapatkan intensitas radiasi surya yang optimal.

8







8







9

2.4 Pemanfaatan Teknologi Surya TermalAplikasi pemanfaatan teknologi surya termal / kolektor surya dibedakan atas :1. Aplikasi skala rendah (temperatur kerja lebih kecil, maksimal 60oC)

Menggunakan teknologi sederhana untuk aplikasi pemanas air rumah tangga,pemanas kolam (solar pond), pengering hasil panen dengan menggunakanteknologi efek rumah kaca, dll.

2. Aplikasi skala menengah (temperatur kerja antara 60 -120oC)Menggunakan teknologi madya untuk aplikasi sistem pemanas air bangunankomersial, memasak (kompor surya), pengering, penyuling air, sterilisator.

3. Aplikasi skala tinggi (temperatur kerja antara > 120oC)Menggunakan teknologi tinggi (seperti kolektor tabung hampa/vacuum tubecollector, concentrator solar power/CSP, heat pipe dll) untuk aplikasipendinginan (AC/ kulkas) dan sistem pembangkit listrik skala besar. Pemanfaatansurya termal yang sesuai untuk daerah pedesaan adalah aplikasi skala kecil danmenengah, seperti memasak (kompor surya), pengeringan dan penyulingan airminum (desalinasi).

Gambar 5. Aplikasi Surya Termal berdasarkan suhu

9






9






10

BAB 3PEMBAHASAN

3.1 Kelebihan Solar Thermal Collector dibandingkan Teknlogi Photo-VoltaicKelebihan dari Solar Thermal Collector jika dibandingkan teknologi Photo-Voltaicadalah sebagai berikut :

1. Alat dan bahan relatif mudah didapat,2. Sumber energinya dapat diperoleh dengan gratis,3. Biaya operasional sangat rendah karena bahan dan sumber energi dapat

diperoleh dengan mudah dan gratis,4. Tidak mengenal problem limbah karena memang tidak menghasilkan limbah

berbahaya,5. Proses produksinya tidak menyebabkan kenaikan temperatur bumi,6. Tidak terpengaruh kenaikkan harga bahan bakar.7. Dapat diproduksi sendiri tanpa menggunakan alat produksi yang canggih

(home made)Jika dibandingkan dengan Solar Thermal Collector, teknologi Photo-Voltaic memilikibeberapa kelemahan antara lain sebagai berikut :

1. Bahan baku panel surya mahal dan relatif sulit untuk dibuat,2. Biaya operasional dan perawatannya cukup mahal,3. Memerlukan rangka atau struktur tersendiri,4. Masih membutuhkan atap atau genteng pada bagian bawah panel surya,5. Pemasangan sulit, membutuhkan waktu lama,6. Berat sehingga menambah beban struktur,7. Efisiensi energi listrik yang dihasilkan kurang,8. Kurang menarik atau merusak keindahan bangunan,

3.2 Aplikasi Solar Thermal CollectorSolar Thermal Collector memiliki banyak fungsi dan bisa diaplikasikan dalamberbagai peralatan rumah tangga. Beberapa peralatan yang dapat menggunakanteknologi Solar Thermal Collector adalah sebagai berikut :

1. Alat pemanas air2. Pembangkit listrik termal3. Alat pemanas ruangan4. Alat masak (kompor)5. Alat pengering hasil pertanian6. Alat distilasi air, dll

11

3.3 Model dan Mekanisme Kerja Alat Pemasak dan Pengering Hasil PertanianMenggunakan Solar Thermal Collector

Solar Thermal Collector dapat disusun menjadi peralatan pemasak dan pengeringhasil pertanian. Mekanisme kerja dan model Solar Thermal Collector untuk dibuatmenjadi alat-alat tersebut dijelaskan dalam pemaparan berikut ini.3.3.1 Kompor surya

Ketergantungan masyarakat pedesaan terhadap kebutuhan bahan bakar sepertiminyak tanah, gas dan dan kayu bakar untuk memasak dapat diatasi denganmemanfaatkan kompor/oven surya. Kompor dan oven surya adalah salah satu bentukkolektor surya yang digunakan sebagai perangkat memasak. Secara umum komporsurya dibedakanatas beberapa tipe, yaitu ;1. Kompor surya tipe kotak / oven surya

Kompor surya tipe ini berbentuk kotak kedap udara dengan interiorberwarna gelap dan penutup bagian atas yang terbuat dari kaca/cermin untukmenjebak panas matahari didalam kotak. Prinsip kerjanya sama dengan kolektorsurya pelat datar. Kompor tipe ini disebut juga oven surya karena bentuknyamenyerupai oven.

Gambar 6. Kompor Surya Tipe Kotaka. Cara Membuat

Kompor berbentuk kotak dapat dibuat sendiri dengan menggunakanbahan seadanya atau dibuat oleh pabrik untuk dijual. Bentuknya berkisar darikompor dari kardus kecil, cocok untuk memasak satu jenis masakan pada saathari terang hingga kompor dari bahan kayu dan gelas yang dibangun di bagianrumah yang paling banyak kena sinar matahari. Isolasi panas pada bagiandalam kompor berbentuk kotak ini harus mampu menahan panas hingga150 °C tanpa meleleh atau menghasilkan gas. Remasan kertas, wol, sisa kain,rumput kering, potongan kardus, dan sebagainya dapat digunakan sebagaiisolasi panas pada dinding kompor. Bagian tutup yang transparan terbuat darigelas, yang tahan lama tapi sulit penggunaannya atau kantong plastik oventahan panas yang lebih mudah digunakan, ringan dan murah tapi tidak tahan

11







11







12

lama. Jika panci dan/atau bahan bagian dasar kompor berwarna hitam sulitdidapatkan, bisa dengan menggunakan cat semprot hitam (yang tidak beracunketika panas), cat tempera hitam (cat berbahan dasar telur), atau jelaga padabagian-bagian yang sebaiknya berwarna gelap

b. Cara Kerja AlatPengoperasian oven surya sangat simpel dan mudah, tetapi waktu yang

diperlukan untuk memasak nasi sekitar 3-5 jam. Meskipun suhu didalam ovensurya tidak sepanas oven konvensional, hanya bisa mencapai 150°C tetapimasih dapat mematangkan makanan dalam waktu yang lebih lama. Makananyang mengandung air tidak akan dapat mencapai panas lebih dari 100°C.Kompor juga dapat digunakan untuk menghangatkan makanan dan minumanserta untuk mempasturisasi air dan susu. Karena tidak dapat mencapaitemperatur yang tinggi, makanan dapat dimasak sepanjang hari tanpa khawatirmenjadi hangus. Namun demikian, memasak dengan kompor ini sebaiknyadilakukan sebelum tengah hari. Oven surya dengan luas permukaan 0.25 m2

memiliki kapasitas sebesar 4 kg dan dapat memenuhi kebutuhan keluargaberanggota 5 orang.

2. Kompor Surya Tipe Parabola / KonsentratorPrinsip kerja kompor parabola ini mirip sama dengan kolektor

parabola/konsentrator. Kompor parabola terdiri atas sekumpulan cermin pemantulyang disusun berbentuk parabola dan dilengkapi dengan tempat panci di titikfokus parabola yang berfungsi sebagai receiver. Cermin parabola akanmemfokuskan sinar radiasi surya ke arah panci untuk memasak makanan yangada didalam panci. Kompor jenis ini biasanya digunakan untuk memasak dalamskala besar.

Gambar 7. Kompor Surya Tipe Parabola

3. Kompor Surya Tipe PanelKompor panel merupakan kombinasi antara kompor parabola dengan oven

surya. Kompor jenis ini yang paling banyak digunakan karena memiliki berbagaikeunggulan, diantaranya adalah temperature yang dihasilkan tidak sepanaskompor parabola sehingga relatif aman, bentuknya yang flat juga aman bagi mata,

13

mudah diproduksi dengan teknologi sederhana dan biaya yang murah, sertamudah dibawa dan disimpan.

Gambar 8. Kompor Surya Tipe Panel4. Sistem Kompor Surya Indoor

Memasak menggunakan energi surya juga dapat dilakukan di dalamruangan, yaitu membuat sistem kompor surya dengan menggunakan kolektorsurya parabola atau tabung hampa. Prinsip kerja sistem kompor surya indoor iniadalah mengalirkan/ mengarahkan panas yang dihasilkan oleh kolektor surya kedalam ruang memasak/dapur.

Gambar 9. Kompor Surya Indoor Menggunakan Kolektor Surya Tabung Hampa

3.2.2 Pengering Tenaga SuryaEnergi surya dapat dimanfaatkan untuk mengeringkan produk hasil pertanian,perikanan dan sebagainya. Secara umum sebuah pengering surya terdiri atas kolektorsurya yang berfungsi menyerap sinar matahari dan ruang pengering yang merupakantempat untuk produk yang akan dikeringkan. Klasifikasi pengering surya secaraumum adalah :1. Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Langsung

Pada pengering tipe langsung ini, panas dihasilkan karena adanyapenyerapan energi matahari oleh bagian dalam ruang pengering. Selainmemanaskan udara, radiasi matahari juga memanaskan produk yang dikeringkan.Sirkulasi udara pada pengering surya pasif tipe langsung mengalir secarakonveksi bebas, sedangkan pada pengering surya aktif tipe langsung udaramengalir karena adanya fan atau blower (konveksi paksa).

14

Gambar 10. Pemanas Surya Langsung Pasif (kiri) dan aktif (kanan)

2. Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Tidak LangsungSistem pengering tipe ini terdiri dari kolektor dan ruang pengering yang

terpisah. Udara dari luar masuk diantara kaca dan absorber. Udara menjadi panaskarena terjadi perpindahan panas antara absorber ke udara. Udara panas inikemudian dialirkan ke dalam ruang pengering tempat produk berada dandikeluarkan melalui cerobong. Udara panas yang dihasilkan di kolektor dapatdialirkan dengan dua cara yaitu konveksi bebas (pasif) dan konveksi paksa (aktif)dengan menggunakan blower.

Gambar 11. Pengering Surya Tipe Langsung3. Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Gabungan

Sistem pengering tipe ini merupakan kombinasi dari tipe langsung dantidak langsung. Prinsip kerjanya hampir sama, radiasi matahari selain digunakanuntuk memanaskan udara yang berada di kolektor juga digunakan untukmemanaskan produk yang berada di ruang pengering.

14






14






15

Gambar 10. Tipe-tipe Pengering Surya

Pembuatan Mesin Pengering Surya Sederhana :Dalam perencanaan dan pembuatan alat pengering surya ini konsep perencanaanyang dipakai adalah konvensional, artinya pengering surya ini dibuat didasarkanpada ketersediaan bahan yang ada di pasar dan tidak memerlukan peralatankhusus pada pembuatan pengering ini.a. Perencanaan Reflektor

Pembuatan reflektor terdapat beberapa komponen yaitu :1. Pembentukan cermin

Pada tahap ini kita bentuk kaca cermin dengan 2 ukuran yaitu segi empatdengan ukuran 40 x 40 Cm dan segetiga dengan ukuran sisi-sisinya 37 x37 x 24 cm keduanya masing-masing berjumlah 4 buah

Gambar 11. Ukuran Kata Cermin2. Pembentukan Kerangka Reflektor

Buat rangka reflektor dari bahan triplek plat aluminium dan besi batangan.Triplek kita potong dengan sesuai ukutan kaca dan jumlah yang samadengan potongan cermin, sedangkan plat alumunium kita bentuk sesuaidengan ukuran dengan ketebalan 0,2 mm.

Gambar 12. Ukuran Kerangka Reflektor

16

Kemudian bentuk pula batangan besi dengan tebal 2 mm potong denganpanjang 39 cm dan buat sudut 600 terhadap horizontal seperti Gambar 13berikut:

Gambar 13. Batang Besi PenyanggaKemudian bentuk lagi kerangka bawah sekaligus tempat peletakan kacatransparan dengan ukuran 40 x 40 cm

Gambar 14. Kerangka Bawah ReflektorPada kaca transparan ini dibuat 8 buah lubang dengan diameter masing –masing 2,5cm.

3. Pembentukan ReflektorPada proses ini bagian-bagian berupa cermin, triplek, almunium danbatang besi disusun seperti gambar di bawah ini

Gambar 15. Reflektor Pengering Surya

b. Perencanaan KolektorBagian kolektor yang dirancang oleh penulis terpisah dengan reflektor. Untukperencanaan kolektor dibagi beberapa komponen antara lain :1. Perencanaan pelat absorber

Pembuatan pelat absorber dibuat dengan menggunakan bahan darialumunium yang berukuran 40 x 40 cm dan tinggi 20 cm dan dirakitmenggunakan paku keling kemudian di cat hitam buram (dop) sepertigambar

17

Gambar 16. Pelat Absorber2. Pembuatan rangka kolektor

Rangka kolektor menggunakan bahan triplek dengan tebal 12 mm denganukuran-ukuran seperti di bawah ini masing-masing dua buah

Gambar 17. Ukuran Kerangka KolektorKemudian untuk tutup kolektor berbahan almunium dengan ukaran 100 x50 cm. Kemudian susun semua bagian dan didapat hasil seperti gambar dibawah ini.

Gambar 18. Bagian Tempat Pengeringan3. Pembuatan Isolator

Isolator kolektor terdapat pada bagian bawah dan ke empat sisi. Isolatormenggunakan glasswoll yang di isi padat pada rongga kolektor.

Gambar 19. Letak Glasswool

18

c. Perencanaan kerangka penyanggaKerangka dibuat dari besi kotak dengan dimensi 4 x 2 cm dan tebal 2 mmkemudian rakit batangan besi dan di beri 2 buah baut 14‘

Gambar 20. Kerangka Penyangga Kolektor

d. Perencanaan rak pengeringRak pengering dibuat dari aluminium sebagai kerangka dengan tebalaluminium 0,2 cm. Dimensi rak pengering 38 cm x 38 cm. dan kawat nyamuksebagai landasan untuk bahan komoditi. Kawat nyamuk di pasang padarangka aluminium dengan menggunakan paku keling.

Gambar 21. Gambar Rak Pengering

Untuk mengoptimalkan kapasitas dari bahan yang akan dikeringkan makadibuat 3 tingkat seperti gambar dibawah

Gambar 22. Rak Pengering Tiga Tingkat

19

Hasil akhir dari alat pengering setelah dirakit adalah sebagai berikut :

Gambar 22. Pengering Surya

3.4 Optimalisasi Penggunaan Solar Thermal CollectorEnergi dari matahari tiba dibumi dalam bentuk radiasi elektromagnetik yang mirip

dengan gelombang radio tetapi mempunyai kisaran frekuensi yang berbeda. Energi darimatahari tersebut dikenal di Indonesia sebagai energi surya.

Energi surya diukur dengan kepadatan daya pada suatu permukaan daerahpenerima dan dikatakan sebagai radiasi surya. Rata-rata nilai dari radiasi surya diluaratmosfir bumi adalah 1353 W/m, dinyatakan sebagai konstanta surya. Total energi yangsampai pada permukaan horisontal dibumi adalah konstanta surya dikurangi radiasiakibat penyerapan dan pemantulan atmosfer sebelum mencapai bumi dan nilai tersebutdisebut sebagai radiasi surya global.

Radiasi surya global terdiri dari radiasi yang langsung memancar dari matahari(direct radiation) dan radiasi sebaran yang dipencarkan oleh molekul gas, debu dan uapair di atmosfer (diffuse radiation).

Insolasi surya adalah intensitas radiasi surya rata-rata yang diterima selama satujam, dinyatakan dengan lambang I dan satuan W/ m2. Nilai insolasi surya dipengaruhioleh waktu siklus perputaran bumi, kondisi cuaca meliputi kualitas dan kuantitas awan,pergantian musim dan posisi garis lintang.

Intensitas radiasi surya pada kondisi cerah (clear day) akan bertambah dari pagi,sejak terbit sampai siang hingga tercapainya kondisi puncak dan turun sampai matahariterbenam pada sore hari. Lamanya matahari bersinar cerah dalam satu hari dinyatakansebagai jam surya. Untuk Indonesia, jumlah jam surya adalah sekitar 4 - 5 jam per hari.Jumlah intensitas radiasi / insolasi surya yang diterima dalam satu hari dinyatakan dengansatuan kilowatt-hours/m2 (kWh/m2).Produksi energi surya pada suatu area dapat dihitung sebagai berikut :

Energi surya yang dihasilkan (Watt)=Insolasi surya (W/m2) x luas area (m2)

Sehingga untuk optimalisasi dan dalam situasi bagaimana alat pemasak dan pengeringhasil-hasil pertanian dengan energi surya menjadi penting adalah ketika sinar mataharimencapai Insolasi maksimal, yaitu ketika musim kemarau di Indonesia tiba. PenggunaanSolar Thermal Collector menjadi sangat penting tatkala sinar matahari mencapai

20

intensitas maksimalnya untuk dimanfaatkan. Selain itu ketika matahari sedang mencapaiintensitas radiasi maksimalnya, kita dapat menghemat penggunan bahan bakar fosil yangnotabene telah mencapai titik krisis dengan memanfaatkan energi matahari melalui alatSolar Thermal Collector.

3.5 Simulasi Perhitungan3.5.1 Perpindahan Kalor melalui Konduksi

Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum Fourriersebagai berikut : = −

Dengan := laju perpindahan panas (W)= Konduktivitas termal (W/(m.K))= luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)

= gradient temperature dalam aliran panas (k/m)

Tanda minus ( - ) digunakan untuk menunjukkan bahwa arah perpindahan kalorbergerak dari daerah yang bertemperatur tinggi menuju daerah bertemperaturrendah.

3.5.2 Perpindahan Kalor melalui KonveksiPada umumnya laju perpindahan panas melalui konveksi dapat dinyatakandengan hukum persamaan pendinginan Newton sbb.= ℎ ( − )

Dengan := laju perpindahan panas (W)ℎ = koefisien konveksi (W/(m.K))= luas permukaan kolektor (m2)= temperatur dinding (K)= temperatur fluida (K)

3.5.3 RadiasiRadiasi surya adalah radiasi gelombang pendek yang diserap oleh plat penyerapsebuah kolektor surya dan diubah menjadi panas. Oleh karena itu plat penyerapharus memiliki harga a yang setinggi – tingginya dalam batas yang masihpraktis. Salah satu diantaranya adalah khrom hitam (Black chrome) yangmempunyai harga a = 0.90 dan e = 0.12.Penukaran panas netto secara radiasi termal antara dua badan ideal (Hitam)adalah :

21

= . .Dengan :

= konstanta Stefan – Boltzman (5,67×10-8 W/m2.K4)= luas bidang (m2)= temperatur mutlak benda (K)

3.5.4 Efisiensi KolektorUkuran tingkat performance kolektor disebut juga efisiensi kolektor.

Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara energi panas yangdigunakan untuk menaikkan temperatur udara terhadap energi radiasi yangditerima oleh kolektor dalam waktu tertentu.

Energi panas yang digunakan untuk menaikkan temperatur dapat dihitungdengan menggunakan persamaan berikut:= ̇ × × ∆

Dimana := energi panas untuk menaikkan temperatur (J)̇ = laju aliran massa yang masuk ke kolektor (kg/s)= panas jenis udara (J/(kg.K))∆ = selisih antara udara yang masuk ke kolektor

dengan temperature udara keluar kolektor (K)

Energi radiasi yang diterima kolektor dihitung dengan persamaan := ×Dimana :

= energi radiasi (J)= intensitas radiasi matahari (J/m2)= luas permukaan kolektor (m2)

Sehingga efisiensi kalor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan := × 100%

22

BAB 4PENUTUP

4.1 KesimpulanDari uraian malakah yang sudah disampaikan di atas, ada beberapa kesimpulan yangdapat kita ambil, yaitu:1. Teknologi Solar Thermal Collector memiliki kelebihan dibandingkan dengan

teknologi photo-voltaic dari berbagai segi, baik dari efisiensi alat maupunefektivitas dalam pengelolaan energi surya.

2. Solar Thermal Collector memiliki banyak fungsi dan bisa diaplikasikan dalamberbagai peralatan rumah tangga. Beberapa peralatan yang dapat menggunakanteknologi Solar Thermal Collector adalah sebagai berikut : alat pemanas air,pembangkit listrik termal, alat pemanas ruangan, alat masak (kompor), alatpengering hasil pertanian, alat distilasi air, dll.

3. Penggunaan Solar Thermal Collector sebagai pemasak dan pengering hasilpertanian menjadi sangat penting tatkala sinar matahari mencapai intensitasmaksimalnya untuk dimanfaatkan. Selain itu selagi matahari sedang mencapaiintensitas radiasi maksimalnya, kita dapat menghemat penggunan bahan bakarfosil yang notabene telah mencapai titik krisis dengan memanfaatkan energimatahari melalui alat Solar Thermal Collector.

4.2 Saran1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk memperbaiki konstruksi kolektor

secara keseluruhan agar didapatkan effisiensi yang lebih tinggi dan dapatberoperasi pada intensitas radiasi termal matahari yang relatif lebih rendah.

2. Jika produk ini bertarget pasar untuk kalangan menengah kebawah maka merekagunakan sebagai sumber alternatif yang tak akan habis dan jika produk inidigunakan untuk masyarakat menengah ke atas maka bagi mereka sebagai alatuntuk menghemat sumber daya alam di Indonesia.

3. Pemerintah jangan pernah berhenti untuk memajukan dan memperjuangkan karyaanak-anak bangsa Indonesia di bidang inovasi teknologi agar menjadi teknologibermanfaat secara global yang diterapkan baik di dalam maupun luar negeri

23

DAFTAR PUSTAKA

I Gst. Ketut Sukadana,dkk.2010.Analisa Performa Kolektor Surya Datar Bersirip denganAliran di Atas Pelat Penyerap.Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Fakultas TeknikUniversitas Udayana

Irnanda Priyadi.2008. Rancang Bangun Kolektor Surya Menggunakan AbsorberKuningan Sebagai Teknologi Alternatif Sumber Energi Thermal.ProsidingSEMNAS Sains dan Teknologi II Universitas Lampung.

Kamaruddin Abdullah.1996.Penerapan Energi Surya Dalam Proses ThermalPengolahan Hasil Pertanian.Bogor:Fakultas Teknologi Pangan IPB.

Kamaruddin Abdullah.2012.Renewable Energy Applications in Sample ESSV/E3i

Villages.Yogyakarta:Kuliah Umum Pascasarjana Magister Teknik Sistem UGM

Mulyanef dan Gusliyadi.2008.Kaji Eksperimental Kompor Tenaga Surya Tipe BoxMenggunakan Konsentrator Cermin Datar Pada Empat Sisi Kolektor.ProsidingSEMNAS Sains dan Teknologi II Universitas Lampung

Rislima Sitompul.2011.Manual Pelatihan Teknologi Energi Terbarukan Yang TepatUntuk Aplikasi di Masyarakat Perdesaan. Jakarta : PNPM Mandiri

Yazmendra Rosa.____.Rancang Bangun Kolektor Pelat Datar Energi Surya UntukSistem Pengeringan Pasca Panen.Padang:Politeknik Negeri Padang

makalah osn pertamina

Documents