Rancang Bangun Kompor Tenaga Surya

RANCANG BANGUN KOMPOR TENAGA SURYA BERDIAMETER 191 CM 1)

Warjito, Ir.Sungkono,MT, Ir. H.Mardanu

1)

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Nasional, Jl. Sawo Manila No.61 Pejaten, Pasar Minggu Jakarta Selatan 12520 Lembaga Ilmu Pengetahuan Indoneia E-mail :

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

I.PENDAHULUAN Semakin berkurangnya cadangan sumber energi yang dgunkan sebgai sumber kegiatan indrusti maupun rumah tangga, seperti gas bumi, minyak bumi, batubara dan lainnya menjadikan harga energi terus maningkat,sehingga cost yang dikeluarkan untuk biaya produksi menjadi tinggi.Hal ini menuntut kita untuk segera mencari sumber energi alternative sebagai ganti sumber energi yang terus berkurang Menurut salah satu perkiraan, inti surya yang merupakan suatu tungku termonuklir bersuhu 100.000.000oC, tiap detik menkonversi 5 tonne materi manjadi energi yang dipancarkan keangkasa luas sebanyak 6,41 x 107 W/m2 . Dengan jari-jari matahari 6,96.105 km dan jarak rata-rata kebumi sekitar1,496 x 108. Arus energi yang memasuki atmosfer bumi dengan kepadatan yang diperkirakan sebesar antara 1 sampai 1,4 kW/M2 dengan arah tegak lurus terhadap poros sinar. Dari jumlah tersebut, 34% dipantulkan kembali keruang angkasa, 19% diserap atmosfir yaitu oleh komponen-komponen yang terdapat diudaraseperti karbon dioksida(CO2), debu dan awan. Energi yang diserao bumi kurang lebih sebesar 47%. Dalam pembuatan kompor tenaga surya ini, hanya memitik beratkan pada: Perhitungan kontruksi dilakukan dengan metode perhitungan sederhana dengan mengasumsikan gaya yang tejadi konstan tanpa ada pengaruh gaya dari luar, Sinar Matahari (surya)yang diterima material konstruksi diabaikan dan Perancanagn konstruksi

1

ini hanya menitik beratkan fabrikasi dengan mempertimbangkan kesederhanaan bentuk, kekuatan dan kemudahan memperoleh bahan dipsaran, pada konstruksi ini menggunakan baja St 37. Tujuan rancang bangunan ini adalah untuk merencanakan dan membuat suatu alat yang mempunyai prinsip kerja menerima atau memantulkan sinar matahari pada satu bidang atau titik focus yaitu kompor tenaga surya yang meliputi penentuan titik focus dan menghitung kebutuhan bahan konstruksi. Metode yang dilakukan dalam pembuatan kompor tenaga surya adalah sebgai berikut: • Studi Pustaka. • Perencanaa / analisa konstruksi. • Pemilihan material. • Pembuatan kompor tenaga Surya. • Kesimpulan. II PERENCANAA PEMBUATAN KOMPOR TENAGA SURYA 2.1 TATA KERJA Identifikasi masalah merupakn tahapanawal dari suatu pemecahan masalah untuk memecahkan masalah itu kita diharuskan berfikir logis dan mampu membuat serta menjalankan rencana . Gambar 3.1 adalah konsep yang dijlankan dalam mencapai titk puncak dari sebuah permasalahan terutama pembuatan kompor tenaga surya ini:

Gambar 2.1 Diagram alir pemecahan masalah 2.2 BAHAN DAN DIMENSI KOMPOR TENAGA SURYA Dalam sebuah perancangan suatu konstruksi mesin, pemilihan bahan merupakan suatu hal yag mutlak dilakkan karena berpengaruh terjadap kualitas alat.Pemilihan bahan yag sesuai dengan kebutuhan juga akanmemaksimalkan kineja alat serta menekan biaya

2

produksi.Kompor tenaga surya yang akan dibuat adalah kompor denagn skala rumah tangga untuk mendidihkan air dengan kapasitas 1 liter per 15 menit. Perencanaan dimensi yang akan dibuat adalah sebgai berikt: • Diameter lingkaran besar =191 cm • Diameter kecil lingkaran =28,6 cm • Jumlah jari-jari lengkung = 60 Batang • Tinggi focus =55,5 cm • Jarak pusat lingkaran atas dan bawah =27,7 cm 2.2.1 Perhitungan Bahan Lingkaran Besar (Atas) Untuk memperoleh panjang besi beton dengan diameter lingkaran besar yang sesuai dengan perencanaan, yaitu diameter 191 cm dengan cara menghitung keliling lingkaran. K = π.D. K = 3,14.191 ι = 599,74 ≈ 600 cm D = Diameter lingkaran (cm) ι = panjang besi (cm)

Gambar 2.2 Bahan besi cor lingkaran besar Setelah didapat panjang dari bahan ini, langkah selanjutnya mencari jarak untuk membuat lubang dudukan pengikat jari-jari alumunium denagn bau, denagn mata bor berdiameter 4 mm Kdb 600 Jdb = ≈ Jdb = = 10 cm Nr 600 Dimana Jdb =jarak lubang untuk dimeter besar Kdb = Kleiling diameter besar ( cm) Nr = Jumlah jari-jari (batang)

Gambar 2.3 Skema bahan yang akan dibor 2.2.1 Perhitungan Bahan Lingkaran Besar (Bawah) Untuk diperoleh panjang besi beton dengan diameter kecil yang sesuai direncanakan, yaitu diameter 28,6 cm cara menghitu keliling lingkaran K = π.D. K = 3,14.28,6 ι = 89,804 ≈ 90 cm Dimana : K=Keliling lingkran (cm) D=diameter lingkkaran (cm) ι = Panjang besi (cm)

3

Setelah diddapat panjang dari bahan ini, langkah selanjutnya mencari jarak untuk membuat lubang dudukan pengikat jari-jari alumunium dengan baut, denagn mata bor berdiamater 4mm Kdb 90 Jdb = ≈ Jdb = = 15 cm Nr 600 Dimana Jdb =jarak lubang untuk dimeter besar Kdb = Kleiling diameter besar ( cm) Nr = Jumlah jari-jari (batang)

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

ι k = 3,14 . 27,7 ι k = 89,978 ≈ 87 cm

Ukuran Pemotongan kaca bahan reflector kompor tenaga surya, yaitu sebagai berikut: Tebal ( t ) = 0,3 cm Jarak lingkranan atas dan bawah = 27,7 cm Panjang ( ι k ) = 87 cm

Lebar atas ( ba) Lebar bawah ( bb) Jumlah potongan (Nk) Jadi total Keping kaca

= 9,9 cm = 1,5 cm = 17 kepingan = Nr x Nk = 60 cm x 17 = 1020 Keping

2.2.4 Menentukan Ketinggian Titik Fokus

4

Untuk mendapatkan titik focus, agar sinar yang dating terpantul dan terfokus menjadi satu, maka digunakan persamaan i i 2 1 + = = p q R f

Karena jari-jari reflector membentuk tempereng atau 1/4 lingkaran, maka F=2xR 2 x 27,7 55,4 ≈ 55,5 cm 2.3 Perhitungan Pada Sitem Pembebanan Komponen-komponen pembebanan pada kmpor tenaga surya yang akan dicari adalah sebagai berikut: 1. Lengan Beban reflector 2. Pen lengan beban reflector 3. Tempat benda uji 4. BEsi penguat lingkaran atas dan bawah 2.3.1 Perhitungan Lengan Beban

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

F1 A

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

2.3.2

Perhitungan Pen Dalam Pembuatan konstruksi kompor tenaga surya, pen berfungsi sebagai poros penghubung lengan beban reflektor dengan tiang kompor tenaga surya Untuk menentukkan besar beban F1 atau F2 dan diameter masing-masing pen adalah.

5

Maka σ1 =

σt max sf

=

8 = 1kg / mm 2 8

Dengan = τ = (0,5 ÷ 0,75). σ Diambil τ = 0,5.σt = 0,5.1 = 0,5kg / mm 2 wtotal 46 ,5 = = 23 ,25 kg Beban masing-masing pen : W = 2 2 4w 4 χ23 ,25 Maka diameter pen adalah d= d= d= 7,696 ≈ 8mm πχτ 3,14 χ0,5 Maka tegangan gesernya yang terjadi pada pen adalah : p P τtg = = π 2 Tegangan geser π dan A=1 x b A Np .b 2 2 2 Dimana τ tg = tegangan geser (N/ mm2) Ptotal = beban reflector total (kg) A = luas penapang (mm2) Np = jumlah pen (buah) b = lebar lahan (mm) 3,14 χ 4 2 = 25,12mm 2 Tegangan geser : A = 1 x 2 232 ,5 232 ,5 τ tg = = = 9,25 N / mm 2 3,14 2 25,12 1. .4 2 BAut yang direncanakan adalah baut standar M12 ( IS 4288 / Pert III 1976 ) dengan angka kekuatan 8,8 dari table, bilangan kekuatan σt max = 8 kg/mm2 dengan nagka ( Sf)keamana 8, untuk keamann yang cukup.

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

6

JIka nmasa air diasumsikan maksimal 10 liter ( Wa)=10 kg 1 1 ΣΜB = W . − RB . 2 2 Σ ΜB = 10 χ96 ,5 − RB χ193 = 0 10 χ96 ,5 RB = = 5kg 193 Σ ΜA = W − R A − R B = 0 Σ ΜA = 10 − RB − R A = 0 R A = 10 − 5 R A = 5kg 2.3.3 Besi Cor Kelabu Penguat Antara Lingkungan Atas dan Bawah Untuk memperkuat pemasangan jari-jari anatar lingkaran atas dan bawah pada rangka reflector maka dipasang 2 batang besi cor celabu.

2.4 PROSES PEMBUATAN REFLECTOR Proses pembuatan kompor tenaga surya dapat dilakukan dengan efektif setelah material dan peralatan tersedia. Untuk memperoleh hasil yang maksimal maka pengerjaan kompor tenaga surya dilakukan secra teratur dengan membuat langka-langkah pengerjaan sebagai berikut: 2.4.1 Pembuatan Lingkaran Besar Lingkaran besar terbuat dari besi beton dengan diameter 1,4 cm dan untuk memperoleh lingkaran diameter sesuai rencana yaitu 191 cm.Untuk menjaga agara tidak terjadi perubahan pada lingkara maka harus dipermanenkan debgan cara dilas busur listrik pada kedua ujungnya. 2.4.2 Pembuatan Lingkaran Kecil Bahannya sama dengan bahan untuk lingkaran besar hanya saja ukuran diameter yang berbeda yaitu 28,6 cm. Cara pembuatannya sama seperti lingkaran besar. Dan dibagi 60 sehinggga jarak untuk membuat lubang baut antar titik adalah 1,5 cm.Setelah kedua

7

lingkaran terbentuk maka pasang keduannya sehingga membentuk kerangka reflector dan siap dipasangi jari-jari lingkaran.

2.4.3 Membuat Cetakan Jari-Jari Reflector Dalam pembuatan jari-jari reflector harus dilakukan dengan ketelitian tinggi, dimana lengkung yang terbuat pada jari-jari reflactor merupkan kondisi yang fatal karena hal ini menyangkut pada keefektifan kompor dalam mentrasnfer energi matahari.

Keterngan 1.Sinar digambarkan dengan garis-garis Bantu sejajar sumbu utama yanga akan dipantulkan leh cermin 2. Datang sinar pantul harus terfokus pada titik apai 3.Hingga didapat titik apai 55,5 dari garis diameter, karena kelengkungan jari-jari berasal dari ¼ lingkaran (tembereng) Cara pembuatan cetakan ialah dari triplek kiri atas lampu senter dinyalakan. Sinar lampu senter ini harus sejajar dengan garis no1. Muai dari titik A Sinar lampu senter itu ditangkp dengan cermin ukuran 5 cm x 5 cm, dengan mengatur supaya pantulan sinar tepat dititk api.Setelah sinar pantul tepat pada kotak maka dibuat garis lurus 6 cm didepan cermin.Dari garis tersebut disambung 5 cm garis kedua.kemudian untuk membuat garis berikutnya lakukan seperti pembuatan garis pertama tetapi lampu senter digeser kekanan, sampai ditemukan 17 titik. 2.4.4 Pembuatan Jari-Jari Reflektor Pembuatan jari-jari reflevctor dilakukan dengan cara manual hanya menggunakan perlatan kerja bangku, sesuai dengan ukuran yang direncanakan bahan alumunium profil (hollow ), yang mempunyai p = 90, kelengkungan jari-jari dibuat sesuai dengan cetakan dari triflek yamng mana telah disesuaikan memperoleh titik apa pada 55,5 cm dari titik pusat diameter lingkaran. 2.4.5 Pemotongan Kaca Cara Pemotongan menggunkan alat pemotong kaca dari intan, degan ukuran • Lebar bagian atas : 9,9 cm • LebarBagian bawah : 1,5 cm • Panjang 87 cm • Julah potongan :17 keping

8

•

Jumlah jari-jari

: 60 Batang

2.5 Proses pembuatan rangka Tahap Pembuatan rangka : a) Besi cor dengan profil U, diptong sepanjang 150 cm sebanyak 2 buah,dibor sepanjang 115 cm dari kaki dengan mata bor 12 mm. BEsi cor dengan profil U, dipotong sepanjang 193 cm sebanyak 1 buah, dipotong membentuk sudut 900 b) Besi cor dengan profil U, dipotong sepanjang 50 cm sebanyak 10 buah, diptong membentuk 450 sebaai penguat tiang dan alas (Bagian II) c) Besi cor dengan profil U, dipotong sepanjang 45 cm sebanyak buah , besi cor kelabu denang diameter 10 mm dipotong sepanjang 193 cm sebanyak 2 buah dan 35 cm sebanyak 2 buah sebagai dudukan/ penyangga panic (bagian III) d) Besi cor berdiameter 12 mm dipotong sepanjang 100 cm, bos lacker sepanjang 3,5 cm, roda gigi berdiameter 6 cm dan rantai sepanjang 315 cm sebagai pengerak reflactor (Bagian IV) e) Baian II dilas dengan bagian I f) Bagian III dilas denghan bagian I g) Baian IV dengan bagian I dan II 3.6 TAHAP PENGECATAN Pengecatan dilakukan setelah desain kerangka dan reflector selesai terbentuk.hal ini menjaga agar kompor bertahan lama.Tahap penegecatan pertama ada;lah dengan cat dasar (Sinkromat)berfungsi untuk menutupi pori-pori besi.Tahap kedua aadalah pengecatan ulang, dipilh warna kuning agar kelihtan serasi sesuai dengan letaknya dan fungsinya. 3.7 CARA PEMAKAIAN KOMPOR TENAGA SURYA Berikut contoh penggunaan computer tenaga surya 1. Letakkan panic masak yang telah diisi air pada penyangga yangberada pada posisi api/fokus. 2. Atur posisi kompor tenaga surya sehingga reflector tegak lurus dengan arah datangnya sinar matahari, dengan cara menggeser/ menggerakan gantungan reflector dengan pemutar roda gigi sehingga titik fokusnya tepat berada pada alas panic 3. Untuk mengimbangi pergeseran arah matahari maka setiap 15-20 menit, maka gantungan reflector degerakkan supaya titik focus tetap berada dbawah panic 4. Setelah air mendidih angkat panci

III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1.HASIL PERENCANAAN KOMPOR TENAGA SURYA Dengan asumsi dimensi seperti dibawah ini,maka kompor tenaga surya mampu mendidihkan air dengan kapasistas 4 lt/jam Dimensi Kompor tenaga surya:

9

• • •

• •

Diameter lingkaran besar (atas ) Diameter Lingkatan kecil (bawah ) Tinggi titik focus Jarak tengah lingkaran atas dan bawah Jumlah jari-jari

= 191 cm =28,6 cm = 55,5 cm = 27,7 cm = 60 Batang

3,2 HASIL PERHITUNGAN BAHAN 3.2.1 DIAMETER LINGKARAN BESAR Pada perhitungan ini, untuk mendapatkan panjang bahan pada diameter besar maka diperlukkan besi cor kelabu Fc 20, dengan panjang 600 cm dan diameter 1,4 cm, dengan penentuan jarak lubang untuk baut yaitu 10 cm 3.2.2 Diameter Lingkaran Kecil Untuk mendapatkan panjang bahan pada diameter kecil maka diperlukkan besi cor kelabu Fc 20, dengan panjang 90 cm dan diameter 1,4 cm, dengan penentuan jarak lubang untuk baut yaitu 1,5 cm. 3.2.3 Pemotongan kaca Ukuran dan jumlah pemotongan kaca cermin untuk reflaktor yang befungsi sebagai penangkap dan pemantul cahaya matahari menuju titik focus. Dimensi kaca: • Panjang (lk) = 87 cm • Lebar atas (ba) = 9,9 cm • Lebar bawah(bb) =1,5 cm • Tebal (t) =0,3 cm Pemotongan kaca membentuk trapezium dan jumlahnya 1020 keping 3.2.4 Penentuan Titik Fokus Karena bentuk reflector tempereng atau ¼ lingkaran maka F=2 x 27,7 = 55,5 cm. 3.2.5 Pada Sistem Pembebanan 3.2.5.1 Lengan Beban Besar beban reflactor 46,5 kg, jadi masing-masing lengan,menanggung beban sebesar 23,25 kg dan tengnggan tarik σ1 = 10,742 N/mm2.Maka dipilih baja St 37 yang mempunyai tegangan tarik sebesar 37 kg/mm2 3.2.5.2 Pen Besar pen reflector 46,5kg jadi masing-masing pen, menanggung beban sebesar 23,25 kg dan tegnggan geser τtg = 9,25 N/mm2. Hasil perhitungan pen didapat baut dengan diameter 8 mm, maka dipilih baut M12 ( IS 4288 / PART III 1976). Jadi pemilihan baut cukup aman. 3.2.5.3 Tempat BENDA UJI Jika diasunsikan beban tempat benda uji untuk menopang beban uji (air )seberat 10 lt ≈ 10 kg, maka beban yang ditanggung pada masing-masing penyangga adalah sebesar 5 kg dan besar tegangan lengkung σb =491 N/mm2. Pemilihan bahan memakai besi cor kelabu Fc 20. jadi pemilihan bahan aman

10

4.3

3.2.5.4 Penguat Antara Lingkaran atas dan Bawah Untuk memperkuat rangka refledctor antara lingkungan besar dan lingkungan kecil, maka dipasang 2 batang besi cor kelabu yang mengalami teganggan tarik 5 kg /mm2 Rangka Komputer Tenaga Surya Rangka ini berguna untuk menopang beban reflector dan benda uji. Diasumsikan benda uji tidak melebihi 5 kg, karena terdapat dua tiang penopang, maka pemilihan bahan rangka memakai besi baja St 37 yang mempunyai kekuatan tarik 37 kg/mm2, dan kekuatan las diabaikan, jadi untuk menopang konstruksi kompor tenaga surya cukup aman. BAB V KESIMPULAN Berdasarkan pengolahan dan pengkajian data rancang bangun kompor tenaga surya, maka dapat disimpulkan: 1. Rangka computer tenaga surya mempunyai spesifikasi panjang : 193 cm, lebar : 150 cm, tinggi 150 cm dan rangka terbuat dari baja St 37. 2. Reflector kompor tenaga surya mempunyai spesifikasi diameter besar 191 cm, diameter kecil 28,6 cm, kecekungan reflector 27,7 cm, tinggi titik focus 55,5 cm 3. Bahan ragka reflector untuk diameter besar panjangnya 600 cm, diameter kecil 90 cm dengan diameter 1,4 cm menggunkan besi cor kelabu Fc 20. 4. Kaca reflector dengan panjang 87 cm, lebar atas 9,9 cm, lebar bawah 1,5 cm, tebal 0,3 cm dan jumlahnya 1020 keping kaca. 1 5. Jari-jari reflector menggunakan alumunium hallow " χ" (1.2 x 2.5cm ) Panjang 2 90 cm x 60 Batang = 5400 cm. 6. Lengan beban dipilih bahan baja St 37 untuk mengangkat beban 23,25 kg dan σt t =10 ,475 KN/mm2 7. Pen dipilih baut M12 untuk mengangkat beban reflector 23,25 kg dan τtg = 9,25 N/mm2 8. Untuk tempat benda uji dipakai bahan besi cor Fc 20, yang mampu mengangkat beban 5 kg dan σb =491 N/mm2, pemilihan bahan aman.

DAFTAR PUSTAKA

1. Minto, kompor tenaga Surya, Cv.Aneka, Solo, 2003 2. Khurmi, RS Dan J.K Gupta, A Text Book Of Machine Design, Eurasia Plublishing House, New Dehli, 1982.

11

3. T, Gunawan Dan Margaret S, Mekanika Teknik 2, Delta Teknik Group, Jakarta, 2002

4. Surdia, T dan S. Saito, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta, 1992.

5. Khurni, RS, Applied Mechanics And Strenght Of Materials, Nirja Constructions And Development Co, New Delhi, 1983 6. Zainun Achmad, IR, MSC, Elemen Mesin Satu, Reflika Aditama, Bandung,1999 7. Abdul Kadir, Prof. Ir,Energi Sumber Daya Inovasi Potensi Ekonomi,Universitas Indonesia, UI Press, 1987.

12