ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR … filekode/nama bidang ilmu : 431/ teknik mesin...
Transcript of ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR … filekode/nama bidang ilmu : 431/ teknik mesin...
Bidang Unggulan : Energi, Transportasi dan Lingkungan
Kode/Nama Bidang Ilmu : 431/ Teknik Mesin (dan Ilmu Permesinan Lain)
LAPORAN AKHIR
HIBAH UNGGULAN PROGRAM STUDI
ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT
DATAR DENGAN ALIRAN IMPINGING JET MELALUI SIRIP
BERLUBANG DENGAN DIAMETER BERBEDA
TIM PENGUSUL
KETUT ASTAWA, ST.,MT (0007066602)
IR. I NENGAH SUARNADWIPA, MT (0031126513)
SURAT PERJANJIAN PENUGASAN DALAM RANGKA PELAKSANAAN
PENELITIAN DANA PNBP TAHUN ANGGARAN 2015
NOMOR : 2020/UN14.1.31/PN.00.00.00/2015
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA
NOPEMBER 2015
iii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL …………………………………………………………… i
HALAMAN PENGESAHAN …………………………………………………… ii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ iii
RINGKASAN …………………………………………………………………… v
BAB I PENDAHULUAN ...………………………………………… 1
1.1 Latar Belakang …………………………………………… 1
1.2 Tujuan …………………………………………………… 2
1.2.1 Tujuan Khusus …………………………………… 2
1.2.2 Tujuan Umum …………………………………… 2
1.3 Target Temuan / Inovasi …………………………………… 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………… 4
2.1 Road Map Penelitian …………………………………… 4
2.2 Penelitian Pendahuluan yang sudah dilaksanakan …………… 4
2.3 Dasar Teori ………………….………………………………... 5
2.3.1 Perpindahan Panas Konduksi …………………………… 6
2.3.2 Perpindahan Panas Konveksi …………………………… 7
2.3.3 Perpindahan Panas Radiasi …………………………… 7
2.3.4 Sirip ...............................................................…………. 8
2.3.5 Aliran Impinging Jet …………………………………… 9
2.4. Energi Berguna dan Efisiensi Kolektor Surya ………........ 11
2.4.1 Energi Berguna Kolektor Surya …………………… 11
2.4.2 Efisiensi Kolektor Surya …………………………… 11
iv
BAB III METODE PENELITIAN …………………………………………… 13
3.1 Bagan Alir Penelitian …………………………………………… 13
3.2 Rancangan Pengujian Kolektor Surya Pelat Datar dengan Aliran
Impingning Jet dengan variasi lubang sirip ……………..……. 13
3.3 Prosedur Pengujian …………………………………………… 15
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………… 17
4.1 Perhitungan Data Hasil Penelitian .…………………………….. 17
4.1.1 Perhitungan Pada Kolektor …………………….. 17
4.1.2 Analisa Performansi Kolektor .................................. 20
4.1.3 Energi Berguna (𝑄𝑢,𝑎) Kolektor Pelat Datar ...................... 21
4.1.4 Efisiensi (ƞa) Kolektor Pelat Datar .................................. 22
4.2 Kesimpulan ................................................................................. 23
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………. 20
LAMPIRAN-LAMPIRAN ……………………………………………………. 19
Lampiran 2 : Dukungan Sarana dan Prasarana Penelitian ……………. 20
Lampiran 3 : Susunan organisasi Tim dan Pembagian Tugas ……………. 21
Lampiran 4 : Bio Data Ketua dan Anggota ……………………………. 21
Lampiran 5 : Surat Pernyataan Personalia Penelitian …………………… 32
Lampiran 6 : Luaran …………………………………………………… 33
v
RINGKASAN
Penggunaan energi matahari untuk mengeringkan hasil-hasil pertanian saat ini
masih banyak dilakukan secara konvensional yaitu dengan memanfaatkan secara
langsung, dimana bahan atau obyek yang dikeringkan diletakan di lantai/tanah dan
kemudian ditaruh di bawah terik matahari. Kelemahan dari cara ini adalah bahan
yang dikeringkan memerlukan tempat yang luas, pengeringan yang tidak merata,
waktu pengeringan yang lama sehingga kurang efisien. Untuk itu diperlukan sebuah
alat yang disebut kolektor surya, yaitu kolektor surya pelat datar. Untuk
memaksimalkan hasil dari kolektor surya pelat datar ini dilakukan modifikasi pada
absorbernya. Modifikasi yang dilakukan adalah dengan penambahan sirip-sirip
berlubang dengan diameter yang berbeda untuk aliran Impinging Jet, karena dengan
penambahan sirip berlubang ini akan memperluas bidang penyerapan radiasi matahari
dan menimbulkan aliran Impinging Jet sehingga akan meningkatkan perpindahan
panas di dalam kolektor surya, dengan demikian udara yang keluar dari kolektor ini
temperaturnya akan lebih tinggi.
Tujuan jangka pendek penelitian ini adalah mengembangkan teknologi
rekayasa surya dengan kolektor surya pelat datar yang dimodifikasi dengan
penambahan sirip berlubang sehingga dapat menghasilkan performa kolektor surya
pelat datar yang maksimal. Tujuan jangka panjang dan targetnya adalah dapat
memanfaatkan dan mengembangkan sumber energi yang ramah lingkungan yaitu
energi matahari sehingga akan mengurangi pemakaian energi yang bersumber dari
fosil.
Metode yang dipakai dalam usaha untuk mencapai tujuan tersebut adalah
Pertama metode perancangan yaitu merancang secara ilmiah kolektor surya pelat
datar dengan penambahan sirip berlubang untuk aliran Impinging Jet. Kedua dengan
metode eksperimental yaitu melaksanakan pengujian dengan berbagai variable yaitu
variasi diameter lubang sirip, penempatan sirip, laju aliran udara masuk ke kolektor
surya dan sebagainya yang dapat meningkatkan temperatur keluaran kolektor. Dari
hasil pengujian Kolektor surya diperoleh hasil bahwa kolektor surya dengan sirip
berlubang dari diameter besar ke diameter kecil menghasilkan performansi lebih baik
dibandingkan dengan dari diameter kecil ke diameter besar yaitu dengan efisiensi
26,6 % dan Energi bergunanya 193,4Watt. dibandingkan 16,6% dan 120,9Watt.
Kata kunci : Performa Kolektor Surya pelat datar, Impinging Jet, Sirip berlubang
1
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Situasi energi yang saat ini bisa dikatakan kritis sehingga memaksa umat
manusia untuk kembali secara menyeluruh mencari semua sumber-sumber energi
terbarukan dengan pengetahuan dan teknologi yang kita miliki sekarang. Penggunaan
energi baru dan terbarukan (EBT), yang ketersediaannya melimpah akan sangat
bermanfaat terutama untuk daerah terpencil. Hal ini juga akan mengurangi
ketergantungan terhadap sumber energi konvensional (minyak dan gas bumi), yang
ketersediaannya dalam jangka panjang tidak dapat dipertahankan. EBT sebagai
energi yang pada umumnya berasal dari sumber non-fosil, dapat diperbarui, tidak
akan pernah habis dan ramah lingkungan. Sumber energi yang termasuk dalam
kategori EBT antara lain adalah energi panas bumi, air/hidro, angin, biomasa,
gelombang dan pasang surut, surya.
Sejauh ini pemanfaatan EBT masih sangat kecil khususnya energi surya bila
dibandingkan dengan pemanfaatan energi fosil. Sebagai contoh adalah pengeringan
gabah yang mana hanya diletakkan pada sebuah areal yang luas dan membutuhkan
waktu yang cukup lama untuk mengeringkannya. Oleh karena itu perlu dilakukan
sebuah penelitian agar energi matahari yang ada ini dapat dimanfaatkan dengan
semaksimal mungkin.
Kolektor surya adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mengumpulkan
radiasi matahari dan mengubahnya menjadi energi kalor yang berguna. Ada beberapa
tipe kolektor surya, salah satu diantaranya yang sudah banyak dikenal adalah
kolektor surya pelat datar. Jenis kolektor ini menggunakan pelat berupa lembaran,
dimana untuk mendapatkan hasil yang optimal permukaan kolektor dicat dengan
warna hitam doff yang berfungsi untuk menyerap radiasi matahari yang datang dan
mentransfer kalor yang diterima tersebut ke fluida kerja. Untuk menjaga agar tidak
terjadi kerugian panas kelingkungan, maka digunakan penutup transparan sehingga
terjadi efek rumah kaca sedangkan pada bagian bawah dan samping pelat kolektor
diberikan isolasi.
Tahun 2010 telah dilakukan penelitian untuk menyempurnakan kolektor
surya pelat datar dengan menambahkan dan memvariasikan luas sirip pada pelat
2
penyerap. Dengan cara ini, maka didapatkan permukaan perpindahan panas yang
lebih luas sehingga energi matahari yang dapat diserap dan dipindahkan ke fluida
kerja nantinya semakin besar.
Tahun 2013, dilaksanakan penelitian dengan penggantian bentuk sirip
berbentuk pelat melintang dan besi bulat dengan diameter tertentu yang dipasang
secara staggered dan aligned. Dengan cara ini diperoleh hasil terjadi peningkatan
temperatur keluar kolektor lebih tinggi, sehingga efisiensi kolektor juga semakin
tinggi dibandingkan dengan tanpa penambahan sirip. Namun kolektor surya dengan
menggunakan pelat datar ini belumlah sempurna sehingga perlu dilakukan
modifikasi untuk mengoptimalkannya. Kolektor surya pada umumnya menggunakan
laju aliran massa udara yang secara paralel melewati pelat penyerap. Udara yang
masuk inlet akan melewati pelat penyerap dan langsung keluar melalui outlet.
1.2 Tujuan
1.2.1 Tujuan Khusus
Mengembangkan teknologi tepat guna rekayasa surya dengan kolektor surya pelat
datar yang dimodifikasi dengan penambahan sirip berlubang yang bertujuan untuk
merubah kecepatan aliran massa udara yang melewati sirip berlubang dengan
diameter lubang yang bervariasi dari diameter yang besar pada bagian inlet menuju
diameter yang semakin kecil menuju ke outlet kolektor dan sebaliknya (impinging
jet).
1.2.2 Tujuan Umum
Mendukung kebijakan pemerintah dalam hal meningkatkan penggunaan
energi alternatif dan meningkatkan usaha perlindungan dan pelestarian fungsi
lingkungan hidup dengan pemanfaatan energi ramah lingkungan.
1.3 Target Temuan/Inovasi
Target penelitian tahun pertama adalah : satu unit Teknologi Tepat Guna
yaitu Kolektor surya pelat datar dengan variasi penambahan sirip berlubang sebagai
laluan aliran Impinging jet yang akan digunakan menyerap radiasi surya. Artikel di
berkala ilmiah nasional pada Jurnal Teknik Mesin.
3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Road Map Penelitian
4
2.2 Penelitian Pendahuluan yang sudah dilaksanakan
Astawa, Sukadana, Wika, 2010, melakukan penelitian pada kolektor surya
pelat datar dengan memvariasikan ketebalan kaca penutup. Hasil penelitiannya
adalah semakin tebal kaca cover kolektor efisiensinya akan semakin menurun, ini
disebabkan pada kaca yang tebal, panas radiasi matahari yang menimpa kolektor
akan mengalami beberapa fenomena diantaranya pembiasan cahaya matahari yang
menimpa kolektor oleh partikel struktur pembentuk kaca itu sendiri.
Sucipta, Astawa, Suardamana, 2010, melakukan penelitian untuk
menganalisa performansi kolektor surya pelat datar bersirip dengan variasi luasan
permukaan sirip. Dari penelitiannya dihasilkan bahwa untuk variasi luasan
permukaan sirip yang diuji pada laju aliran massa yang sama temperatur udara
keluaran kolektor untuk kolektor dengan aliran udara di atas pelat penyerap lebih
tinggi dibandingkan temperatur udara keluar kolektor dengan aliran udara di bawah
pelat penyerap.
Sucipta, Astawa, Harry, 2013, melakukan penelitian untuk menganalisa
performansi kolektor surya pelat datar dengan pengganggu aliran berupa pelat
melintang yang disusun staggered, diperoleh hasil perpindahan panas ke fluida kerja
akan lebih besar karena permukaan perpindahan panas yang luas, sehingga
temperatur keluaran kolektor akan meningkat.
Astawa, Gunawan, Hendra, 2014, melakukan penelitian untuk menganalisa
unjuk kerja kolektor surya pelat datar yang menggunakan media penyimpan panas
pasir pantai, diperoleh hasil dengan penambahan media penyimpan panas akan
mampu memanaskan fluida kerja sampai intensitas yang rendah, sehingga ketika
intensitas rendah temperatur udara keluar kolektor tetap tinggi maka energi berguna
dan efisiensi yang dihasilkan juga akan meningkat
Astawa, Swarnadwipa, Subadiyasa, 2014, melakukan penelitian untuk
menganalisa performansi kolektor surya pelat datar dengan penempatan sirip
berbentuk segitiga yang dipasang disusun staggered, diperoleh hasil secara kualitatif
adalah dengan efisiensi pada kolektor surya tanpa sirip sebesar 41.12 % dan kolektor
surya dengan sirip staggered sebesar 42.12 %. Untuk penempatan sirip berbentuk
5
yang disusun staggered membuktikan dapat memberikan pengaruh terhadap
peningkatan performa kolektor surya pelat datar.
Astawa, Swarnadwipa, Rangga, 2014, melakukan penelitian untuk
menganalisa performansi kolektor surya pelat datar dengan penempatan sirip
berbentuk segitiga yang dipasang disusun aligned, diperoleh hasil secara kualitatif
penambahan sirip berbentuk segitiga dapat memperluas penyerapan perpindahan
panas ke fluida kerja sehingga untuk efesiensinya pada kolektor surya bersirip
aligned adalah 37.94% lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor tanpa sirip
sebesar 36.17% .
2.3 Dasar Teori
Prinsip kerja kolektor surya untuk pemanas udara yaitu radiasi matahari yang
menimpa permukaan kolektor yang kemudian ditransmisikan melalui penutup
transparan dan kemudian akan diubah menjadi energi panas oleh pelat penyerap.
Selanjutnya akan terjadi perpindahan panas dari pelat penyerap menuju udara. Pada
akhirnya temperatur udara menjadi meningkat. Dalam kasus ini terjadi tiga fenomena
perpindahan panas yaitu secara konduksi, yang terjadi pada udara yang diam dan
pada pelat penyerap. Selain itu terjadi perpindahan panas secara konveksi antara
permukaan pelat penyerap dengan fluida kerja yang mengalir, dalam hal ini udara.
Kemudian pertukaran panas radiasi terjadi di atas penutup transparan, diantara
penutup transparan dengan pelat penyerap bagian atas, dan antara pelat penyerap
bagian bawah dengan permukaan isolasi, seperti yang digambarkan pada Gambar 2.2
Gambar 2.2 Penyerapan radiasi matahari oleh kolektor
Radiasi
matahari Refleksi
(1-α)τ
(1-α) τ
α τ
(1-α) τ2
ρd
(1-α) τ2
ρd2
(1-α) τ3
ρd2
(1-α) τ3
ρd3
(1-α) τ4
ρd3
ατ (1-α) ατ (1-α)2 ρd
2 ατ (1-α)
3 ρd
3
Penutup
transparan
(kaca)
Pelat
Penyerap
6
2.3.1 Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas konduksi adalah merupakan perpindahan panas yang
terjadi pada suatu media padat atau pada media fluida yang diam akibat adanya
perbedaan temperatur antara permukaan yang satu dengan permukaan yang lain pada
media tersebut. Konsep yang ada pada konduksi adalah merupakan aktivitas atomik
dan molekuler. Sehingga peristiwa yang terjadi pada konduksi adalah perpindahan
energi dari partikel yang lebih energetik (molekul lebih berenergi/bertemperatur
tinggi) menuju partikel yang kurang energetik (molekul kurang
berenergi/bertemperatur lebih rendah), akibat adanya interaksi antara partikel-
partikel tersebut
Laju konduksi dikenal dengan Hukum Fourier tentang Konduksi
( Fourier Low of Heat Conduction), yang persamaan matematikanya sebagai berikut:
dx
dTkAqkond ..................................………………….. (2.1)
dimana :
kondq = laju perpindahan panas konduksi (W)
k = konduktivitas termal bahan (W/m.K)
A = luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m2)
dx
dT
= gradien temperatur pada penampang tersebut (K/m)
(-) = perjanjian Fourier
2.3.2 Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari suatu
permukaan media padat atau fluida yang diam menuju fluida yang mengalir atau
bergerak atau sebaliknya akibat adanya perbedaan temperatur.
Laju perpindahan panas konveksi adalah merupakan hukum Newton tentang
pendinginan (Newton'sLaw of Cooling) yaitu:
TTAhq sskonv .. ……………………………...........………..........(2.2)
7
dimana :
𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣 = Laju perpindahan panas konveksi (W)
ℎ = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/𝑚2.K)
𝐴𝑠 = Luas permukaan perpindahan panas (𝑚2
𝑇𝑠 = Temperatur permukaan (K)
𝑇∞ = Temperatur fluida (K)
Menurut aliran fluidanya, perpindahan panas konveksi dapat diklasifikasikan
menjadi:
a. Konveksi paksa (forced convection), terjadi bila aliran fluidanya
disebabkan oleh gaya luar, seperti: blower, pompa, atau kipas angin.
b. Konveksi alamiah (natural convection), terjadi bila aliran fluidanya
disebabkan oleh efek gaya apungnya (buoyancyforced effect). Pada
fluida, temperatur berbanding terbalik/berlawanan dengan massa jenis
(density).
2.3.3 Perpindahan Panas Radiasi
Energi dari medan radiasi ditransportasikan oleh pancaran atau gelombang
elektromagnetik (photon), dan asalnya dari energi dalam material yang memancar.
Transportasi energi pada peristiwa radiasi tidak harus membutuhkan media, justru
radiasi akan lebih efektif dalam ruang hampa. Berbeda dengan perpindahan panas
konduksi dan konveksi yang mutlak memerlukan media perpindahan.
Laju pertukaran panas radiasi keseluruhan antara permukaan dengan
sekelilingnya (surrounding), dengan temperatur sekeliling, 𝑇𝑠𝑢𝑟, adalah :
𝑞𝑟𝑎𝑑 = 𝜎. 𝐴. 𝑇4....................................................................................... (2.3)
Dimana :
qrad = perpindahan panas radiasi (W)
σ = konstanta Stefan Boltzman (5,67 x 10-8
W/m2 K
4)
A = Luas permukaan perpindahan panas (m2)
T = temperatur permukaan perpindahan panas (K)
8
2.3.4 Sirip (fin)
Istilah permukaan yang diperluas secara umum digunakan pada benda padat
yang mengalami transfer energi melalui konduksi sesuai kondisi batasnya dan
transfer energi yang sama akan dilakukan kelingkungannya melalui konveksi
dan/atau radiasi.
Untuk meningkatkan laju perpindahan dapat dilakukan dengan menambah
luas penampang permukaan, dimana konveksi terjadi. Cara ini dapat dilakukan
dengan menggunakan sirip yang meluas dari permukaan media padat ke dalam fluida
yang berada di sekelilingnya seperti ditunjukan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kegunaan sirip untuk memperbesar perpindahan panas media padat
Sumber: (Incropera dan De Witt, 3rd ed.)
2.3.5 Aliaran impinging jet
Perpindahan panas dengan menggunakan metoda aliran Impinging Jet,
merupakan perpindahan panas dimana fluida dipancarkan melalui lubang-lubang
atau nosel menuju permukaan/pelat yang memiliki perbedaan temperatur. Metoda
ini telah diterapkan pada berbagai komponen seperti sudu turbin, dinding ruang
pembakaran, heat exchanger dan komponen elektronik. “Impinging” disini berarti
“tabrakan”, dimana terjadi tabrakan antara fluida pendingin dengan permukaan
suatu target dalam kecepatan aliran yang tinggi. Sebaliknya, cara ini juga dapat
digunakan untuk memanaskan suatu komponen atau suatu bahan tertentu
contohnya pada proses pengeringan kertas dan pengeringan tekstil. Pada Gambar
2.3 (a, b) ditunjukkan visualisasi impinging jet, terlihat bahwa koefisien
perpindahan panas akan menurun seiring dengan meningkatnya radius (jarak dari
9
inti jet) , selain itu akan terjadi puncak koefisien perpindahan panas yang kedua
untuk jarak jet nosel yang cukup dekat dengan permukaan target (H yang kecil).
(a)
(b)
Gambar 2.3 (a) Mekanisme perpindahan panas impinging jet (b)Visualisasi impinging jet
Sumber : (Bambang Yunianto, 2005 halaman 11)
Awalnya penelitian terhadap metode peningkatan perpindahan panas
impinging jet ini terfokus pada penggunaan impinging jet tunggal, kemudian
berkembang pada penggunaan susunan impinging jet. Untuk impinging jet tunggal,
seperti pada Gambar 2.3, aliran udara pendingin keluar melalui sebuah jet nosel dan
langsung menabrak permukaan target. Aliran udara yang memancar memiliki
kecepatan tertentu dan setelah terjadi tabrakan dengan permukaan target akan
mengakibatkan terjadinya aliran turbulen. Hal ini mengakibatkan adanya
peningkatan yang signifikan laju perpindahan panas yang terjadi. Koefisien
perpindahan panas (h) yang tertinggi dihasilkan pada inti jet (semburan) dan akan
menurun untuk daerah diluar inti jet (Bambang Yunianto, 2005).
10
a. Submerge impinging jet dan free impinging jet
Berdasarkan perbedaan bentuk alirannya impinging jet ini terbagi dua
yaitu, submerge impinging jet dan free impinging jet. Pada submerge impinging
jet, fluida yang digunakan dalam impinging jet sama dengan fluida yang terdapat
disekeliling target. Sedangkan untuk free impinging jet, fluida yang digunakan
berbeda dengan fluida disekeliling pelat target, contohnya air digunakan untuk
pendinginan komponen yang terdapat di udara bebas.
Gambar 2.4 (a) Submerge impinging jet dan (b) free impinging jet
Sumber : (Bambang Yunianto, 2005 halaman 12)
b. Confined impinging jet dan unconfined impinging jet
Dalam penerapannya, Impinging jet terbagi menjadi confined impinging jet
dan unconfined impinging jet. Seperti terlihat pada gambar, untuk confined
impinging jet digunakan pembatas pada nosel keluaran jet.
Gambar 2.5 (a) Unconfined impinging jet (b) confined impinging jet
Sumber : (Bambang Yunianto, 2005 halaman 12)
11
2.4 Energi Berguna dan Efisiensi Kolektor Surya.
2.4.1 Energi berguna Kolektor Surya
Untuk perhitungan energi yang diserap atau energi yang berguna untuk
kolektor alat pemanas air tenaga surya (Duffie and all, 1991) dapat digunakan
persamaan :
).(..
' TiTocmq Pu .................................................................................... (2.4)
Dimana :
𝑞�̇� = panas yang berguna per satuan waktu (Watt) .
m = laju aliran fluida (kg/s)
pc = kapasitas panas jenis fluida (J/(kg.˚C)
0T = temperatur fluida keluar (˚C)
iT = temperatur fluida masuk (˚C)
2.4.2 Efisiensi Kolektor Surya
Efisiensi kolektor merupakan perbandingan panas yang diserap oleh fluida
dan intensitas matahari yang mengenai kolektor. Performansi dari kolektor dapat
dinyatakan dengan efisiensinya. Ada dua cara atau prosudur yang dipakai untuk
mengidentifikasi efisiensi kolektor yaitu :
1. Instantanneous procedure yaitu : pengukuran masa flow rate, perbedaan
temperature fluida masuk dan keluar dan isolasi. Instantaneous efficiency
(efisiensi sesaat), (Duffie and all, 1991) dapat dihitung dengan menggunakan
rumus :
................................................................................ (2.5)
Dimana :
Cp = Panas jenis fluida (J/Kg.˚C), nilai Cp didapat dari properties fluida
berdasarkan temperatur film : (2
TiToT f
)
.
m = Laju aliran massa fluida (kg/s)
IT = total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu
per satuan luas (W/m²)
CT
p
AI
Tcm
.
...
12
Ac = Luasan kolektor (m²)
T = (To – Ti) (˚C)
η = efisiensi kolektor
2. Colorimentric procedure yaitu : pengukuran efisiensi pada sistem tertutup dimana
perubahan temperature merupakan fungsi waktu dan berhubungan dengan sudut
datang sinar matahari. Perhitungan efisiensinya (Duffie and all, 1980) adalah :
cT
p
cT
u
AI
dtdTcm
AI
q
.
.. '
.
…………………………………………………... (2.6 )
Dimana :
.
m = massa media di dalam calorimeter per satuan luas permukaan kolektor
(kg/m²)
pc ' = panas spesifik media di dalam calorimeter, (J/kg.
oC)
CA = Luasan colektor (m²)
T = (To - Ti) (˚C)
TI = total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu
per satuan luas (W/m²)
13
BAB III. METODE PENELITIAN
3.1 Bagan Alir Penelitian
Penelitian dan hasil dari pelaksanaan penelitian yang telah dilaksanakan
dengan indikator capaian setiap kegiatan penelitian yaitu pengujian performansi
kolektor surya pelat datar dengan aliran Impinging jet melalui sirip dengan variasi
diameter lubang laluan udara dari dimeter besar ke diameter kecil dan sebaliknya
yang dimanfaatkan untuk pengeringan hasil-hasil pertanian dan produk olahannya.
Gambar 3.1 Bagan alir penelitian
14
3.2 Rancangan pengujian Kolektor surya pelat datar dengan variasi lubang
sirip dengan aliran impinging jet
Pada penelitian ini kolektor surya pelat datar ditambahkan pelat berlubang
dengan diameter lubang bervariasi. Panjang pelat Lp = 1,2 m dan lebar kolektor Wp
= 0,5 m. Diameter lubangdari diameter besar ke diameter kecil yaitu 90 mm, 70 mm,
50 mm, 30 mm, dan 10 mm. Untuk kontruksi pelat berlubang dapat dilihat pada
gambar 3.2.
15
Gambar 3.2 Pengujian Aliran Impinging jet pada kolektor surya pelat datar
Dua buah kolektor surya pelat datar dengan variasi lubang sirip diuji secara
bersamaan, dimana variasi lubang sirip dipasang dengan arah yang berbeda. Satu
kolektor dimana udara masuk dari sirip berlubang dengan diameter yang besar
mengarah ke lubang sirip yang kecil dan satu kolektor lagi udara masuk dari lubang
sirip dengan diameter kecil mengarah ke sirip dengan lubang yang besar. Perbedaan
lubang sirip ini akan menyebabkan perbedaan tekanan udara yang masuk ke dalam
kolektor sehingga akan mempengaruhi temperatur sirip dalam kolektor dan dengan
demikian temperatur keluaran yang dihasilkan kolektor pun akan berbeda. Sirkulasi
udara yang masuk ke dalam kolektor surya pelat datar ini dibantu dengan Blower dan
tekanan udara dari blower akan diukur dengan manometer yang dipasang di sebelum
udara masuk ke kolektor. Manometer juga dipasang di ujung kolektor untuk
mengetahui tekanan udara keluar kolektor surya pelat datar.
Temperatur udara yang mengalir di dalam kolektor surya juga diukur dengan
termokopel, hal ini bertujuan untuk mengetahui apakah terjadi distribusi temperatur
dari ujung masuk udara ke dalam kolektor sampai ujung keluar udara dari kolektor.
Untuk mengukur besarnya Intensitas radiasi matahari maka diukur denga alat
Solar power meter, alat ini akan menunjukan besarnya daya intensitas radiasi
matahari per satuan luas kolektor surya pelat datar (W/m2).
16
3.3 Prosedur Pengujian
Prosedur yang dilakukan selama pungujian adalah :
1. Pengujian dilakukan pada jam 10.00 – 16.00 wita
2. Selang waktu pengambilan data setiap 10 menit sekali
3. Blower dijalankan untuk mengalirkan udara sebagai fluida kerja kedalam
kolektor
4. Atur katup untuk memperoleh laju aliran massa yang sama, dengan cara
mengukur tekanan udara untuk masing-masing kolektor. Dimana
besarnya tekanan akan ditunjukkan oleh kenaikan fluida pada manometer
5. Selanjutnya dilakukan pengukuran terhadap parameter-parameter terukur
yaitu :
a. Temperatur udara luar, Ta
b.Temperatur kaca, Tc
c. Temperatur pelat penyerap, Tp
d.Temperatur pelat berlubang, Tb
e. Temperatur pelat bawah, Tpb
f. Temperatur udara masuk kolektor, Ti
g.Temperatur udara dalam kolektor, Tf
h.Temperatur udara keluar kolektor, To
17
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Perhitungan Data Hasil Penelitian
Untuk dapat menganalisa besar efisiensi dari kolektor surya dengan variasi
sirip berlubang dengan diameter berbeda (diameter kecil ke diameter besar dan
diameter besar ke diameter kecil) yang dipasang secara paralel/line, maka dilakukan
perhitungan terhadap data-data yang didapat dari data hasil pengujian pada setiap
kolektor surya. Sebagai contoh perhitungan diambil dari data hasil pengujian pada
tanggal 4 September 2015 pada pukul 12.00 WITA, dimana intensitas matahari
terukur dari solar powermeter (𝐼𝑇) sebesar 1.211 𝑤/𝑚3.
4.1.1 Perhitungan Pada Kolektor
Kolektor Surya Dengan Sirip Berlubang Diameter Kecil - Besar
Data Pengujian :
- Temperatur lingkungan, 𝑇𝑎 = 304 K
- Temperatur udara masuk, 𝑇𝑖𝑛 = 309 K
- Temperatur cover, 𝑇𝑐 = 319 K
- Temperatur pelat penyerap, 𝑇𝑝 = 338 K
- Temperatur pelat bawah, 𝑇𝑏 = 317 K
- Temperatur udara dalam, 𝑇𝑓 = 314 K
- Temperatur udara keluar, 𝑇𝑜𝑢𝑡 = 319 K
- Diameter pipa, 𝐴𝑝 = 0,002025 𝑚2
- Besarnya �̇� = 0,012 kg/s
- Luasan kolektor, 𝐴𝑐 = 0,6 𝑚2
Pada Temperatur fiuida
𝑇𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 =𝑇𝑖 + 𝑇𝑜𝑢𝑡
2=
309 + 319
2= 314 𝐾
Besarnya Cp = 1,00756 kJ/kg.K = 1007,56 J/kg.K
Menentukan Energi Berguna actual
𝑄𝑢,𝑎 = �̇�. 𝐶𝑝(𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛) = 0,012 𝑥 1007,56 (319 − 309)
= 120,9072 𝑊
18
Menentukan Efisiensi Kolektor
ƞ𝑎 =𝑄𝑢
𝐴𝑐 . 𝐼𝑇=
�̇�. 𝐶𝑝(𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛)
𝐴𝑐 . 𝐼𝑇𝑥 100% =
120,9072 𝑊
0,6 𝑚2. 1211 𝑊/𝑚2= 16,640132 %
Kolektor Surya Dengan Sirip Berlubang Diameter Besar - Kecil
Data Pengujian :
- Temperatur lingkungan, 𝑇𝑎 = 304 K
- Temperatur udara masuk, 𝑇𝑖𝑛 = 305 K
- Temperatur cover, 𝑇𝑐 = 318 K
- Temperatur pelat penyerap, 𝑇𝑝 = 338 K
- Temperatur pelat bawah, 𝑇𝑏 = 318 K
- Temperatur udara dalam, 𝑇𝑓 = 315 K
- Temperatur udara keluar, 𝑇𝑜𝑢𝑡 = 321 K
- Diameter pipa, 𝐴𝑝 = 0,002025 𝑚2
- Besarnya �̇� = 0,012 kg/s
- Luasan kolektor, 𝐴𝑐 = 0,6 𝑚2
Pada Temperatur fluida
𝑇𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 =𝑇𝑖 + 𝑇𝑜𝑢𝑡
2=
305 + 321
2= 313 𝐾
Besarnya Cp = 1,00752 kJ/kg.K = 1007,52 J/kg.K
Menentukan Energi Berguna actual
𝑄𝑢,𝑎 = �̇�. 𝐶𝑝(𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛) = 0,012 𝑥 1007,52 (321 − 305)
= 193,44384 𝑊
Menentukan Efisiensi Kolektor
ƞ𝑎 =𝑄𝑢
𝐴𝑐 . 𝐼𝑇=
�̇�. 𝐶𝑝(𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛)
𝐴𝑐 . 𝐼𝑇𝑥 100% =
193,44384 𝑊
0,6 𝑚2. 1211 𝑊/𝑚2= 26,623154 %
19
Contoh data perhitungan pengujian koektor surya pelat datar dengan variasi sirip
berlubang dengan diameter berbeda (diameter kecil ke diameter besar dan diameter
besar ke diameter kecil) yang dipasang secara paralel/line, dapat dilihat pada table
4.1 dan 4.2. Data lengkap perhitungan pada pengujian kolektor dapat dilihat pada
lampiran.
Tabel 4.1 Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sirip berlubang diameter kecil
– besar
WAKTU Ta
(℃)
𝑰𝑻
(𝑾/𝒎𝟑)
Tin
(K)
Tout
(K)
∆𝑻
(𝑲)
𝑻𝒇𝒍𝒖𝒊𝒅𝒂
(𝑲)
Cp
(J/kg.K)
𝑸𝒖,𝒂
(W)
ƞ𝒂
(%)
10:00 29 813 307 316 9 311,5 1007,46 108,80568 22,305387
11:00 30 1135 308 317 9 312,5 1007,5 108,81 15,977974
12:00 31 1211 309 319 10 314 1007,56 120,9072 16,640132
13:00 31 1095 309 319 10 314 1007,56 120,9072 18,402922
14:00 31 1083 309 317 8 313 1007,52 96,72192 14,884875
15:00 30 303 307 313 6 310 1007,4 72,5328 39,89703
16:00 29 578 307 311 4 309 1007,36 48,35328 13,942699
17:00 29 297 305 316 1 305,5 1007,26 12,08712 6,7828956
Tabel 4.2 Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sirip berlubang diameter
besar – kecil
WAKTU Ta
(℃)
𝑰𝑻
(𝑾/𝒎𝟑)
Tin
(K)
Tout
(K)
∆𝑻
(𝑲)
𝑻𝒇𝒍𝒖𝒊𝒅𝒂
(𝑲)
Cp
(J/kg.K)
𝑸𝒖,𝒂
(W)
ƞ𝒂
(%)
10:00 29 813 304 319 15 311.5 1007,46 181,3428 37,175646
11:00 30 1135 304 316 14 312 1007,48 169,25664 24,854132
12:00 31 1211 305 321 16 313 1007,52 193,44384 26,623154
13:00 31 1095 305 321 16 313 1007,52 193,44384 29,443507
14:00 31 1083 305 319 14 312 1007,48 169,25664 26,047498
15:00 30 303 304 318 14 311 1007,44 169,24992 93,096766
16:00 29 578 305 313 9 308.5 1007,34 108,79272 31,37045
17:00 29 297 303 307 15 311.5 1007,46 181,3428 37,175646
20
4.1.2 Analisa Performansi Kolektor
Untuk mempermudah melakukan analisa maka data-data hasil pengujian dan
pergitungan digambarkan dalam bentuk grafik. Grafik-grafik yang digambarkan
tersebut adalah grafik performansi kolektor surya pelat datar yang terdiri dari grafik
hubungan 𝑇𝑜𝑢𝑡, 𝐼𝑇 terhadap waktu pada masing-masing variasi kolektor, grafik
energi berguna aktual kolektor dan grafik efisiensi aktual kolektor.
4.1.2.1 Perbandingan Kolektor Pelat Datar dengan Sirip Berlubang dengan
Diameter Kecil – Besar dan Sirip Berlubang dengan Diameter Besar –
Kecil
Perbandingan kolektor surya pelat datar dengan sirip berlubang diameter
kecil – besar dan sirip berlubang diameter besar – kecil dengan laju aliran massa (�̇�)
0,012 kg/s dapat ditunjukkan pada gambar grafik berikut :
Gambar 4.1 Grafik perbandingan temperatur keluar (Tout) kolektor terhadap waktu
Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa temperatur keluar kolektor dengan
sirip berlubang diameter besar – kecil lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur
keluar kolektor dengan sirip berlubang diameter kecil – besar. Hal tersebut
disebabkan pada kolektor dengan sirip berlubang diameter besar – kecil, distribusi
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
295
300
305
310
315
320
325
10
:00
10
:20
10
:40
11
:00
11
:20
11
:40
12
:00
12
:20
12
:40
13
:00
13
:20
13
:40
14
:00
14
:20
14
:40
15
:00
15
:20
15
:40
16
:00
16
:20
16
:40
17
:00
IT (
w/m
³)
Tem
per
atu
r K
elu
ar (
K)
Waktu
Tout (K) Tout (K) IT
21
panas yang terjadi lebih cepat atau besar dikarenakan fluida yang mengalir melalui
lubang-lubang sirip dari lubang yang besar menuju lubang-lubang yang semakin
kecil sehingga temperatur keluarannya menjadi tinggi. Pada grafik dapat dilihat juga
bahwa intensitas radiasi matahari yang tidak konstan yang dipengaruhi oleh faktor
cuaca menyebabkan temperatur keluaran kolektor menjadi naik dan turun.
4.1.3 Energi Berguna (𝑸𝒖,𝒂) Kolektor Pelat Datar
Dari hasil perhitungan energi berguna yang diperoleh maka didapat grafik
sebagai berikut :
Gambar 4.2 Grafik perbandingan energi berguna (𝑸𝒖,𝒂) terhadap waktu
Gambar 4.2 menunjukkan energi berguna pada kolektor dengan sirip berlubang
diameter besar – kecil lebih tinggi dari pada kolektor dengan sirip berlubang
diameter kecil – besar. Hal ini disebabkan karena volume fluida yg berbeda. Fluida
yang mengalir melalui lubang sirip berdiameter besar menuju lubang-lubang yang
semakin kecil akan mendapatkan temperatur panas keluaran yang lebih besar. Hal ini
menunjukkan bahwa besarnya energi berguna yang dihasilkan merupakan fungsi dari
laju aliran massa kolektor, koefisien panas jenis udara dan temperatur udara keluar
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0
50
100
150
200
250
10
:00
10
:20
10
:40
11
:00
11
:20
11
:40
12
:00
12
:20
12
:40
13
:00
13
:20
13
:40
14
:00
14
:20
14
:40
15
:00
15
:20
15
:40
16
:00
16
:20
16
:40
17
:00
IT (
w/m
³)
Ener
gi B
ergu
na
(Qu
a)
Waktu
Qua o-O Qua O-o IT
22
kolektor. Semakin besar temperatur panas keluaran pada kolektor maka energi
berguna yang didapat akan semakin besar. Dan semakin besar selisih antara udara
keluaran kolektor dengan udara masuk kolektor akan mempengaruhi energi berguna
kolektor juga semakin besar.
4.1.4 Efisiensi (ƞa) Kolektor Pelat Datar
Dari hasil perhitungan efisiensi yang diperoleh maka didapat grafik sebagai
berikut :
Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi (ƞa) kolektor terhadap waktu
Dari Gambar 4.3 diatas dapat dilihat bahwa efisiensi kolektor dengan variasi
diameter sirip dari lubang besar ke kecil lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor
dengan variasi dari diameter kecil ke besar, hal ini disebabkan karena aliran fluida
masuk (udara) lebih banyak masuk pada variasi diameter besar ke kecil dan
keluarnya semakin sedikit atau melambat sehingga udara dalam kolektor menyerap
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
10
:00
10
:20
10
:40
11
:00
11
:20
11
:40
12
:00
12
:20
12
:40
13
:00
13
:20
13
:40
14
:00
14
:20
14
:40
15
:00
15
:20
15
:40
16
:00
16
:20
16
:40
17
:00
IT (
w/m
³)
Efis
ien
si (
%)
Waktu
ƞa o-O ƞa O-o IT
23
panas lebih lama dan temperatur udara keluar kolektor juga menjadi semakin tinggi
dan efisiensinya pun menjadi tinggi.
4.2 Kesimpulan
Dari hasil pengujian dan pembahasan yang telah dilaksanakan maka dapat
disimpulkan bahwa kolektor surya pelat datar dengan variasi diameter lubang dari
diameter besar ke kecil menghasilkan temperatur keluar yang lebih tinggi dan
menyebabkan energi bergunanya juga lebih tinggi sehingga efisiensi hariannya
menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor surya pelat datar dengan variasi
diameter dari kecil ke besar.
DAFTAR PUSTAKA
Astawa dan M. Sucipta, 2010, Pembelajaran Energi Surya Dengan Menggunakan
Metode Problem Based Learning, Dana PHK–I Universitas Udayana
Astawa, Sukadana dan Wika, 2009. Analisa Performansi Kolektor Surya Pelat Datar
Untuk Pemanas Air Dengan Variasi Ketebalan Kaca Penutup. Jurnal Teknik Mesin
Indonesia, Volume 5 No.2 Oktober 2010, ISSN 1907-350X. pp 118-121
Astawa, Gunawan dan Hendra, 2014. Analisa Kolektor Surya Pelat Datar dengan
Media Penyimpan Panas Pasir untuk Pemanas Udara. Jurnal Ilmiah TEKNIKA,
Volume 10. No 1, edisi Juli 2014. ISSN 1693-024X. pp 43-50
Balai Besar Meteorologi Klimatologi dan geofisika Wilayah III Denpasar
Duffie and all, 1991, Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons,
Inc, United State of America
Incropera and Dewit 1996, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wiley &
Sons, Inc, New York
Jansen, T. J. alih bahasa oleh Prof. Wiranto Arismunandar, 1995, Teknologi
Rekayasa Surya, PT. Pradnya Paramita, Jakarta
Yunianto, Bambang., 2005, Analisa Transien Perpindahan Panas Pada Heat Plate
Dengan Metoda Confined Impinging Jet, Teknik Mesin FT-UNDIP, Semarang
24
LAMPIRAN Lampiran 2. Dukungan Sarana dan Prasarana Penelitian Dalam pelaksanaan penelitian yang dilakukan melalui dana Hibah Unggulan
dan untuk dapat melangsungkan kegiatan, sarana yang dipergunakan adalah sebagai
berikut:
No Sarana Daya dukung Kegunaan Prosentase
penggunaan
1
Sarana Laboratorium
Konversi Energi (Prestasi
Mesin) Teknik Mesin Unud
Tersedianya alat
Phyranometer dan
Solar Power meter
serta yang lainnya
Untuk
mengetahui
besarnya
Intensitas radiasi
matahari, dll.
80%
2 Sarana Tempat pengujian
Kolektor surya pelat datar
Tersedianya workshop Menguji
Performansi
Kolektor surya
20%
Lampiran 3. Susunan Organisasi Tim dan Pembagian Tugas
Tim Jabatan Tugas
Ketut Astawa,ST.,MT Ketua Pembuatan usulan, perancangan alat,
pengumpulan dan pengolahan data,
pembuatan laporan
Ir. I Nengah
Swarnadwipa,MT
Anggota Pembuatan usulan, pengumpulan data,
pembuatan laporan
I Nyoman Gigih
Predana Putra
Mahasiswa
NIM :
1004305047
Pembuatan dan Pengujian ( untuk data
Skripsi)
I Putu Agus Putra
Swastika
Mahasiswa
NIM :
1004305032
Pembuatan dan Pengujian ( untuk data
Skripsi)
25
Lampiran 4. Bio Data Ketua dan Anggota Peneliti
Biodata Ketua
A. Identitas Diri
1 Nama Lengkap (dengan
gelar)
Ketut Astawa,ST.,MT L /P
2 Jabatan Fungsional Lektor
3 Jabatan Struktural -
4 NIP/NIK/Identitas lainnya 19660607 199703 1 001
5 NIDN 0007066602
6 Tempat dan Tanggal Lahir Sangsit,7 Juni 1966
7 Alamat Rumah Jl.Muding Buit 26 Denpasar Bali
9 Nomor Telepon/Faks/ HP 087863052230
10 Alamat Kantor Kampus Bukit Unud Jimbaran Badung Bali
11 Nomor Telepon/Faks 0361703321
12 Alamat e-mail [email protected]
13 Lulusan yang Telah
Dihasilkan
S-1= > 38 orang; S-2= - Orang; S-3= - Orang
14. Mata Kuliah yg Diampu
1. Energi Surya (S1)
2. Mesin Konversi Energi (S1)
3. Teknik Manajemen Perawatan Mesin (S1)
4. Kimia Dasar (S1)
5. Fisika Dasar (S1)
B. Riwayat Pendidikan
S-1 S-2 S-3
Nama Perguruan Tinggi Universitas
Udayana
Universitas
Brawijaya
Bidang Ilmu Konversi
energi
Konversi Energi
Tahun Masuk-Lulus 1985-1996 2004 - 2006
JudulSkripsi/Thesis/Disertasi Perencanaan
ketel uap pipa
api kapasitas
0,5 kg/jam
sebagai
perbandingan
di Hotel Sanur
Beach Bali
Pengaruh besar
vakum pada
kolektor surya
pelat datar
terhadap efisiensi
kolektor
Nama Pembimbing/Promotor Prof. Djati
Nursuhud dan
Ir. I Wayan
Bandem
Adnyana
Prof. Sudjito dan
Dr. Rudy
Soenoko
26
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir
(Bukan Skripsi, Tesis, maupun Disertasi)
Tahun Judul Penelitian Pendanaan
Sumber* Jml (Juta Rp)
1 2012 Analisis Performansi Kolektor
Surya Pelat Datar Untuk
Pemanas Air Dengan Sumber
Energi Matahari
DIPA Unud 7,5
2
2010
Pembelajaran Energi Surya
dengan Menggunakan Metode
“Problem Base Learning”
PHKI Unud 25
*Tuliskan sumber pendanaan: PDM, SKW, Pemula, Fundamental, Hibah Bersaing,
Hibah Pekerti, Hibah Pascasarjana, Hikom, Stranas, Kerjasama Luar Negeri dan
Publikasi Internasional, RAPID, Unggulan Stranas, atau sumber lainnya.
D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir
No
.
Tahun Judul Pengabdian Kepada Masyarakat Pendanaan
Sumber* Jml (Juta Rp)
1 2007 Pelatihan Teknik pengecoran logam
bagi seniman Kriya desa Bona
Gianyar.
Dipa Unud 4
2 2008 Bantuan teknis pengawasan
pelaksanaan proyek ”Clean water
assistance” di desa Tajen Kecamatan
Penebel, Tabanan Bali
Rotary club Tidak tahu
3 2012 Penghijauan di Desa Selumbung
Kecamatan Manggis Kabupaten
Karangasem
Jurusan
Teknik Mesin
dan LPPM
2
4 2012 Penyuluhan BIO GAS di Desa
Selumbung Kecamatan Manggis
Kabupaten Karangasem
Jurusan
Teknik Mesin
dan LPPM
2
5 2014 Aplikasi teknologi tepat guna kolektor
surya pelat datar untuk pengering
bunga kamboja di banjar muding
kelod kerobokan badung
Unud 2014 5
* Tuliskan sumber pendanaan: Penerapan IPTEKS-SOSBUD, Vucer, Vucer
Multitahun, UJI, Sibermas, atau sumber lainnya.
27
E. Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun
Terakhir
Tahun Judul Penerbit/Jurnal
2007
Pengaruh Besar Vakum pada
Kolektor Pelat Datar Terhadap
efisiensi Kolektor
Jurnal Teknik Industri, Volume 8
Nomor 1,Hlm.33-43. Februari 2007,
ISSN: 1978 – 1431 Terakreditasi(SK
Dirjen Dikti No 26/DIKTI/Kep/2005
Tanggal 30 Mei 2005).. Fakultas
Teknik Univ. Muhammadiyah
Malang
2009
Pengujian Mode Water Chiller
System dengan Hidrokarbon
sebagai Refrigeran Primer
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM
Unud, volume 3 Nomor 1, April
2009, ISSN 1979-2468, pp. 62-66
2009
Study Eksperimental Jarak terhadap
Koefisien Tekanan Silinder Ganda
Diposisikan Anlined
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM
Unud, volume 3 Nomor 2, April
2009, ISSN 1979-2468, pp. 133-137
2010
Pencapaian Performa pada Katup
Variabel Timing Fixed Timing
untuk Mesin yang Optimal
Jurnal Teknik Industri, Volume 11
Nomor 1,Hlm.33-43. Februari 2010,
ISSN: 1978 – 1431
Terakreditasi(SK Dirjen Dikti No
83/DIKTI/Kep/2009 Tanggal 6 Juli
2009).. Fakultas Teknik Univ.
Muhammadiyah Malang
2010
Analisis Performa Kolektor Surya
Pelat Bersirip Dengan Variasi
Luasan Permukaan Sirip
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM
Unud, volume 4 Nomor 2, Oktober
2010, ISSN 1979-2468, pp. 88-92.
(Nama kedua)
2010
Analisis Performasi Kolektor Surya
Pelat Datar Pemanas Air dengan
Variasi Ketebalan Kaca Penutup
Jurnal Teknik Mesin Indonesia,
Volume 5 No.2 Oktober 2010, ISSN
1907-350X. pp 118-121
2011
Analisa Performansi Alat Distilasi
Air Laut Tenaga Surya Yang
Menggunakan Penyerap Tipe
Bergelombang Berbahan Dasar
Beton
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM
Unud, volume 5 Nomor 1, April
2011, ISSN 1979-2468, pp. 7-12
2014
Analisa Kolektor Surya Pelat Datar
dengan Media Penyimpan Panas
Pasir untuk Pemanas Udara
Jurnal Ilmiah TEKNIKA Universitas
Sultan Agung Tirtayasa. Volume 10.
No 1, edisi Juli 2014.
F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar
Ilmiah Dalam 5 Tahun Terakhir
No
.
Nama Pertemuan Ilmiah /
Seminar
Judul Artikel Ilmiah Waktu dan Tempat
1 Seminar Nasional Teknik
Mesin VIII
Analisis Performasi Kolektor
Surya Pelat Datar Pemanas
Universitas
Diponogoro
28
Air Dengan Variasi
Ketebalan Kaca Penutup
Semarang, 2009
2 Konferensi Nasional
Engineering perhotelan I
Kajian Kolektor Surya
Pemanas Udara Dengan Pelat
Bersirip Sebagai Alternatif
Alat Untuk Proses
Pengeringan Pada Jasa Binatu
Hotel Werdapura
Sanur, 2010
3 Seminar Nasional Teknik
Mesin X
Analisis Performansi
Kolektor Surya Jenis Tubular
Dengan Menggunakan Pasir
Sebagai Media Penyimpan
Panas
Universitas Brawijaya
Malang, 2011
4 Konferensi Nasional
Engineering perhotelan
II
Analisa Performansi Destilasi
Air Laut Tenaga Surya
Menggunakan Penyerap
Radiasi Surya Tipe
Bergelombang
Yang Berbahan Dasar
Campuran Semen Dengan
Pasir
Hotel Kartika Plasa,
Kuta Bali, 2011
5 Seminar Nasional Teknik
Mesin XI
Analisis Perfomansi Pemanas
Air Kolektor Surya
Terkonsentrasi Berbentuk
Trapezoidal dengan Minyak
Nabati Sebagai Media
Penyimpan Panas
Universitas Gajah
Mada, 2012
6 Konferensi Nasional
Engineering perhotelan
III
Analisis performansi
pemanas air kolektor surya
tubular
dengan pipa penyerap
berbentuk anulus
Werdapura Sanur,
2010
7 Seminar Nasional
Rekayasa Material,
Sistem Manufaktur dan
Energi
Analisa Performansi Kolektor
Surya Pelat Datar Dengan
Penempatan Sirip Berbentuk
Segitiga Yang Dipasang
Secara Aligned
Universitas
Hasanudin, 24-25
September 2014
G. Pengalaman Penulisan Buku dalam 5 Tahun Terakhir
No
.
Judul Buku Tahun Jumlah Halaman Penerbit
1
Dst
29
H. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 – 10 Tahun Terakhir
No
.
Judul/Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID
1
Dst
I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya
Dalam 5 Tahun Terakhir
No
.
Judul/Tema/Jenis Rekayasa Sosial
Lainnya yang Telah Diterapkan
Tahun Tempat
Penerapan
Respons
Masyarakat
1
2
Dst
J. Penghargaan yang Pernah Diraih dalam 10 tahun Terakhir (dari pemerintah,
asosiasi atau institusi lainnya)
No
.
Jenis Penghargaan Institusi
Pemberi
Penghargaan
Tahun
1
2
Dst
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat
dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai
ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima risikonya. Demikian
biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan
dalam pengajuan Hibah Penelitian Strategis nasional.
Bukit, 28 Juli 2015
30
Biodata Anggota :
A. IdentitasDiri
1. Nama Lengkap (dengan
gelar)
Ir. I Nengah Suarnadwipa, MT
2. Jabatan Fungsional Lektor
3. JabatanStruktural -
4. NIP/NIK/No. Identitas
lainnya
19651231 199203 1 030
5. NIDN 0031126513
6. Tempat dan Tanggal Lahir Bugbug, 31 Desember 1965
7. Alamat Rumah Jl. Palapa XIV Gg. Lemadang no.3 Denpasar
8. Nomor Telepon/Faks/HP 0361-8950515 / - / 081338656500
9 Alamat Kantor Jurusan Teknik Mesin UNUD, Kampus Bukit
10. Nomor Telepon/Faks 0361-703321 / 0361-703321
11. Alamat e-mail [email protected]
12. Lulusan yang
telahdihasilkan
S1 = 30 orang; S2 = 0 orang; S3 = 0 orang
13. Mata Kuliah yg diampu
1. RefrigerasidanPengkondisianudara
2. HidrolikdanPneumatik
3. PerpindahanPanasDasar I
4. Sistem ManajemenPerawatanMesin
5. PengendalianOtomatik
31
B. RiwayatPendidikan
2.1 Program: S-1 S-2 S-3
2.2 Nama PT ITS Surabaya ITB Bandung -
2.3 Bidang Ilmu Teknik Mesin TeknikMesin
2.4 Tahun Masuk 1984 1997
2.5. Tahun Lulus 1990 2000
2.6 Judul Skripsi/
Tesis/Disertasi
RancangBangunT
ermal Lubricating
Oil Cooler
KajiEksperimental
KarakteristikMesi
nRefrigerasiHibrid
yang
menggunakanRefri
geranSubtitusi R-
12
2.7.NamaPembim-
bing/ Promotor
Ir.
SudjudDarsopuspi
to
Dr. Ir, Prihadi
setyo Darmanto
Dr. Ir. Darmawan
Pasek
C. PengalamanPenelitian 5 TahunTerakhir
No. Tahun Judul Penelitian Pendanaan
Sumber* Jml (Juta Rp)
1 2007 AnalisisLajuPembuangan Panas
MesinolehRadiatormenggunakanVarias
iCampuran Fluida Air dan Radiator
PDM 7,5
2 2006 PerancangandanPengujian AC Split
difungsikansebagai Water Chiller
System
denganHidrokarbonsebagaiRefrigeran
Primer.
Hibah
R.G.
TPSDP
20
3 2006 AnalisisLajuPendinginanRuanganRefri
geratormenggunakan Refrigeran R-12
PDM 7,5
32
dan Refrigeran Musicool-12
5 2006 Modifikasi Ujung Luar Impeller
Pompa yang Dioperasikan Sebagai
Turbin Air
PDM 5
7 2004 Pengujian Pompa Sebagai Turbin Air
Untuk Pembangkit Hydropower
Hibah
R.G.
TPSDP
20
D.Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat 5 Tahun Terakhir
No. Tahun Judul Pengabdian Kepada Masyarakat Pendanaan
Sumber* Jml (Juta Rp)
1 2012 PelatihanTeknikElektroplating Perak
bagiIndustriKerajinanKuningan di
DesaKamasanKabupatenKlungkung
[anggota]
DIPA-
PNBP-
UNUD
4
2 2010 IbM Kelompok Usaha Dendeng Ikan
Olahan Kering Di Serangan Bali
[anggota]
IbM 50
3 2009 PelatihanTeknikPembuatan Biodiesel
dariBijiNyamplung [ketua]
DIPA-
PNBP-
UNUD
4
4 2008 PengembanganDesainSistemBejanaBer
tekananuntukMeningkatkanEfisiensida
nKualitasProdukPemindangan di
DesaKusamba [ketua]
Voucer 15
5 2008 PelatihanuntukTeknisiBengkel AC
Servicing [ketua]
KLH 24
6 2006 PelatihanTeknikPelapisanLogamdenga
nMetodaElektroplating-di
DesaKamasanKlungkung [anggota]
DIPA-
PNBP-
UNUD
4
7 2005 PelatihandanPengenalanInstalasiElektr
oplating –DesaBudagaKlungkung
[anggota]
DIPA-
PNBP-
UNUD
4
33
*) Tuliskan sumber pendanaan: Penerapan Ipteks-Sosbud, Vucer, Vucer
Multitahun, UJI, Sibermas, atau sumber lainnya.
E.Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah dalam Jurnal 5 TahunTerakhir
No. Tahun Judul Artikel Ilmiah Volume/
Nomor
Nama
Jurnal
1 2010 Analisa Performansi Sistem Air
Conditionning Mobil type ET 450
dengan variasi Tekanan Kerja
Kompresor
Volume 4
Nomor 1
CakraM
2 2010 Analisis Performansi Sistem Pendingin
Ruangan dikombinasikan dengan water
heater
Volume 4
Nomor 1
CakraM
2 2009 Pengujian Model Water Chiller System
denganHidrokarbonsebagaiRefrigeran
Primer
Volume 3
Nomor 1
CakraM
3 2008 PengeringanJamurdengan
Dehumidifier
Volume 2
Nomor 2
CakraM
F.Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan/Seminar
Ilmiah Dalam 5 Tahun Terakhir
No. NamaPertemuanIlmia
h / Seminar Judul Artikel Ilmiah
WaktudanTe
mpat
1 Seminar
NasionalTahunanTekn
ikMesin (SNTTM) XI
Pengaruh Variasi Kosentrasi
Larutan terhadap Performansi
Sistem Refrigerasi Absorpsi Air-
Amonia
16-17
Oktober 2012,
Yogyakarta
2 KonferensiNasional
engineering
Perhotelan (KNEP) III
VariasiTemperatur Generator
terhadapPerformansiSistemAbsorp
si Air-Amonia
6-7 Juli 2012,
Denpasar
3 Seminar PengaruhVariasiPutaranKompreso 13-15Oktober
34
NasionalTahunanTekn
ikMesin (SNTTM) IX
rterhadapPerformansiSistem
Mobil Air Conditioning
2010,
Palembang
G. Pengalaman Penulisan Buku Dalam 5 TahunTerakhir
No. Tahun Judul Buku Jumlah
Halaman
Penerbit
1 -
H. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 - 10 TahunTerakhir
No. Tahun Judul/Tema HKI Jenis Nomor
P/ID
1 -
I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya Dalam
5 TahunTerakhir
No. Tahun Judul/Tema/Jenis Rekayasa Sosial
Lainnya yang Telah Diterapkan
Tempat
Penerapan
Respons
Masyarak
at
1 -
J.Penghargaan yang Pernah Diraih Dalam 10 TahunTerakhir (dari
Pemerintah, Asosiasi atau institusi lainnya)
No. JenisPenghargaan InstitusiPemberiPenghar
gaan
Tahun
- - - -
35
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat
dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai
ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima risikonya.
Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu
persyaratan dalam pengajuan Usulan Hibah Penelitian Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik, Universitas Udayana.
Bukit, 28 Juli 2015
36
Lampiran 5. Surat Pernyataan Personalia Penelitian
SURAT PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini saya :
1. Nama Lengkap : Ketut Astawa, ST.,MT
NIP : 19660607 199703 1 001/ 0007066602
Fakultas/PS : Teknik / Teknik Mesin
Status dalam Penelitian : Ketua
2. Nama Lengkap : Ir. I Nengah Swarnadwipa, MT
NIP / NIDN : 19651231 1992 03 1030 / 0031126513
Fakultas/P.S. : Teknik / Teknik Mesin
Status dalam Penelitian : Anggota
Menyatakan bahwa kami secara bersama-sama telah menyusun l penelitian yang
berjudul. ” Analisa performansi kolektor surya pelat datar dengan aliran impinging
jet melalui sirip berlubang dengan diameter berbeda” dengan jumlah usulan dana
sebesar Rp.22.500.000. Apabila proposal ini disetujui maka kami secara bersama-
sama akan bertanggung jawab terhadap pelaksanaan penelitian ini sampai tuntas
sesuai dengan persyaratan yang dituangkan dalam Surat Perjanjian Pelaksanaan
Penelitian.
Demikian Surat Pernyataan ini kami buat dan ditandatangani bersama sehingga dapat
digunakan sebagaimana mestinya.
33
Lampiran 6 : LUARAN
1. Model
2. Makalah seminar nasional pada Seminar Nasional Senastek dan Poster 2015
1. MODEL
Gambar 1. Kolektor Surya Pelat Datar dengan Sirip berlubang
34
Gambar 2. Rangkaian Pengujian Kolektor Surya Pelat Datar
2. Makalah Senastek
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
1
PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN
ALIRAN IMPINGING JET DENGAN DIAMETER BERBEDA
Ketut Astawa 1)
, Nengah Suarnadwipa2)
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana,
Bukit Jimbaran, Badung Telp/Fax : 0361 703321
Abstrak
Kolektor surya adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mengumpulkan radiasi matahari dan
mengubahnya menjadi energi kalor yang berguna. Beberapa tipe kolektor surya diantaranya adalah kolektor
surya pelat datar aliran paralel dan kolektor surya pelat datar aliran tegak lurus pelat penyerap (impinging
jet). Untuk meningkatkan performansi kolektor surya ini desain sebelumnya dimodifikasi dengan membuat
pelat berlubang dengan diameter berbeda.
Modifikasi diameter Nosel yang dimaksudkan adalah dengan membuat ukuran diameter nosel
berbeda dari diameter besar dekat inlet ke diameter kecil dekat oulet. Demikian juga sebagai perbandingan
dibuat ukuran diameter kecil dekat inlet ke diameter besar dekat outlet. Pembuatan diameter Nosel dekat
inlet lebih besar dibandingkan diameter lubang dekat outlet ini bertujuan untuk membuat aliran massa udara
yang melewati lubang dekat inlet lebih besar sehingga aliran massa udara lebih banyak mengalami
perpindahan panas sedangkan pada diameter lubang dekat outlet dibuat kecil adalah untuk mengurangi
aliran massa udara yang terbuang lebih cepat melalui saluran outlet. Sedangkan diameter yang kecil dekat
inlet dimaksudkan supaya aliran massa udara yang masuk lebih lama menyerap panas radiasi dari kolektor.
Dengan variasi diameter lubang ini di harapkan perpindahan panas yang terjadi pada kolektor surya
menjadi lebih optimal.
Untuk laju aliran massa udara yang sama, performansi kolektor surya dengan diameter lubang nosel
dari yang kecil ke besar lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor surya dengan diameter lubang nosel dari
yang besar ke kecil.
Kata kunci : Kolektor surya pelat datar, Performansi, Aliran Impinging Jet
Abstract
Solar collector is a device that is used to collect solar radiation and convert it into useful heat energy.
Some types of solar collector which are flat plate solar collector parallel flow and flat plate solar collector
perpendicular flow of absorber plate (impinging jet). To improve the performances of this solar collector,
then the previous design is modified by making the perforated plate with different diameters on it.
The nozzle diameter is modified by making different size of nozzle, from large diameter near the inlet
to a smaller diameter near the outlet. Likewise, as a comparison is also to be made small diameter near the
inlet to the large diameter near the outlet. The aim of making the diameter of nozzle near the inlet larger than
the diameter nozzle near the outlet is to make the mass flow of air that passing through the hole near the inlet
become greater, so that the air mass flow would experience more heat transfer, while the making of a smaller
hole diameter near the outlet is aimed to reduce the air mass flow wasted quickly through the outlet channels.
On the other hand, a small diameter near the inlet is purposed to keep the incoming air mass flow longer in
absorbing the radiant heat from the collector. Within those hole diameter variations is expected that the heat
transfer occurred in the solar collector became more optimal.
As a result, for the same air mass flow, the performance of solar collector with diameter hole of nozzle
from small to larger diameter is higher than the solar collector with diameter hole of nozzle, from large to
smaller diameter.
Keywords : Flat plate solar collector, Performances, Impinging jet flow
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
2
1. PENDAHULUAN
Situasi energi yang saat ini bisa dikatakan kritis sehingga memaksa umat manusia untuk
kembali secara menyeluruh mencari semua sumber-sumber energi terbarukan dengan pengetahuan
dan teknologi yang kita miliki sekarang. Penggunaan energi baru dan terbarukan (EBT), yang
ketersediaannya melimpah akan sangat bermanfaat terutama untuk daerah terpencil. Hal ini juga
akan mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi konvensional (minyak dan gas bumi),
yang ketersediaannya dalam jangka panjang tidak dapat dipertahankan. EBT sebagai energi yang
pada umumnya berasal dari sumber non-fosil, dapat diperbarui, tidak akan pernah habis dan ramah
lingkungan. Sumber energi yang termasuk dalam kategori EBT antara lain adalah energi panas
bumi, air/hidro, angin, biomasa, gelombang dan pasang surut, surya.
Kolektor surya adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mengumpulkan radiasi matahari
dan mengubahnya menjadi energi kalor yang berguna. Ada beberapa tipe kolektor surya, salah satu
diantaranya yang sudah banyak dikenal adalah kolektor surya pelat datar. Jenis kolektor ini
menggunakan pelat berupa lembaran, dimana untuk mendapatkan hasil yang optimal permukaan
kolektor dicat dengan warna hitam doff yang berfungsi untuk menyerap radiasi matahari yang
datang dan mentransfer kalor yang diterima tersebut ke fluida kerja. Untuk menjaga agar tidak
terjadi kerugian panas kelingkungan, maka digunakan penutup transparan sehingga terjadi efek
rumah kaca sedangkan pada bagian bawah dan samping pelat kolektor diberikan isolasi.
Tahun 2010 (Astawa), telah dilakukan penelitian untuk menyempurnakan kolektor surya
pelat datar dengan menambahkan dan memvariasikan luas sirip pada pelat penyerap. Dengan cara
ini, maka didapatkan permukaan perpindahan panas yang lebih luas sehingga energi matahari yang
dapat diserap dan dipindahkan ke fluida kerja nantinya semakin besar.
Tahun 2013 (Sucipta dan Astawa), dilaksanakan penelitian dengan penggantian bentuk sirip
berbentuk pelat melintang dan besi bulat dengan diameter tertentu yang dipasang secara staggered
dan aligned. Dengan cara ini diperoleh hasil terjadi peningkatan temperatur keluar kolektor lebih
tinggi, sehingga efisiensi kolektor juga semakin tinggi dibandingkan dengan tanpa penambahan
sirip.
Tahun 2014 (Astawa dan Swarnadwipa), melakukan penelitian tentang performansi
kolektor surya pelat datar dengan menambahkan sirip berbentuk segitia yang dipasang secara
aligned dan staggered, menghasilkan efisiensi yang lebih baik pada sirip yang dipasang secara
stsggered.
Namun kolektor surya dengan menggunakan pelat datar ini belumlah sempurna sehingga
perlu dilakukan modifikasi untuk lebih mengoptimalkannya. Penelitian kali ini meneliti tentang
performansi kolektor surya pelat datar dengan aliran Impinging Jet. Aliran Impinging Jet adalah
aliran yang melalui lubang-lubang atau Nosel menuju permukaan/pelat yang memiliki
perbedaan temperatur. Dengan Adanya aliran Impinging Jet ini diharapkan dapat lebih
meningkatkan performansi dari Kolektor surya pelat datar. Kolektor surya pada umumnya
menggunakan laju aliran massa udara yang secara paralel melewati pelat penyerap. Udara yang
masuk inlet akan melewati pelat penyerap dan langsung keluar melalui outlet.
2. BAHAN DAN METODE
2.1 Bahan
2.1.1 Perpindahan Panas Prinsip kerja kolektor surya untuk pemanas udara yaitu radiasi matahari yang menimpa
permukaan kolektor yang kemudian ditransmisikan melalui penutup transparan dan kemudian akan
diubah menjadi energi panas oleh pelat penyerap. Selanjutnya akan terjadi perpindahan panas dari
pelat penyerap menuju udara. Pada akhirnya temperatur udara menjadi meningkat. Dalam kasus
ini terjadi tiga fenomena perpindahan panas yaitu secara konduksi, yang terjadi pada udara
yang diam dan pada pelat penyerap. Selain itu terjadi perpindahan panas secara konveksi
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
3
antara permukaan pelat penyerap dengan fluida kerja yang mengalir, dalam hal ini udara.
Kemudian pertukaran panas radiasi terjadi di atas penutup transparan, diantara penutup
transparan dengan pelat penyerap bagian atas, dan antara pelat penyerap bagian bawah
dengan permukaan isolasi.
Laju konduksi dikenal dengan Hukum Fourier tentang Konduksi ( Fourier Low of
Heat Conduction), yang persamaan matematikanya sebagai berikut:
dx
dTkAqkond (1)
dimana :
kondq = laju perpindahan panas konduksi (W)
k = konduktivitas termal bahan (W/m.K)
A = luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m2)
dx
dT
= gradien temperatur pada penampang tersebut (K/m)
(-) = perjanjian Fourier
Laju perpindahan panas konveksi adalah merupakan hukum Newton tentang
pendinginan (Newton'sLaw of Cooling) yaitu:
TTAhq sskonv ..
(2)
dimana :
𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣 = Laju perpindahan panas konveksi (W)
ℎ = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/𝑚2.K)
𝐴𝑠 = Luas permukaan perpindahan panas (𝑚2
𝑇𝑠 = Temperatur permukaan (K)
𝑇∞ = Temperatur fluida (K)
Laju pertukaran panas radiasi keseluruhan antara permukaan dengan sekelilingnya
(surrounding), dengan temperatur sekeliling, 𝑇𝑠𝑢𝑟, adalah : 𝑞𝑟𝑎𝑑 = 𝜎. 𝐴. 𝑇4 (3)
dimana :
qrad = perpindahan panas radiasi (W)
σ = konstanta Stefan Boltzman (5,67 x 10-8
W/m2 K
4)
A = Luas permukaan perpindahan panas (m2)
T = temperatur permukaan perpindahan panas (K)
2.1.2 Aliran Impinging Jet
Perpindahan panas dengan menggunakan metoda aliran Impinging Jet, merupakan
perpindahan panas dimana fluida dipancarkan melalui lubang-lubang atau nosel menuju
permukaan/pelat yang memiliki perbedaan temperatur. Metoda ini telah diterapkan pada berbagai
komponen seperti sudu turbin, dinding ruang pembakaran, heat exchanger dan komponen
elektronik. “Impinging” disini berarti “tabrakan”, dimana terjadi tabrakan antara fluida pendingin
dengan permukaan suatu target dalam kecepatan aliran yang tinggi. Sebaliknya, cara ini juga dapat
digunakan untuk memanaskan suatu komponen atau suatu bahan tertentu contohnya pada proses
pengeringan kertas dan pengeringan tekstil.
Aliran udara yang memancar memiliki kecepatan tertentu dan setelah terjadi
tabrakan dengan permukaan target akan mengakibatkan terjadinya aliran turbulen. Hal ini
mengakibatkan adanya peningkatan yang signifikan laju perpindahan panas yang terjadi.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
4
Koefisien perpindahan panas (h) yang tertinggi dihasilkan pada inti jet (semburan) dan akan
menurun untuk daerah diluar inti jet (Bambang Yunianto, 2005).
2.1.3 Energi berguna Kolektor Surya
Untuk perhitungan energi yang diserap atau energi yang berguna untuk kolektor alat
pemanas air tenaga surya (Duffie and all, 1991) dapat digunakan persamaan :
).(..
' TiTocmq Pu (4)
dimana :
𝑞�̇� = panas yang berguna per satuan waktu (Watt) .
m = laju aliran fluida (kg/s)
pc = kapasitas panas jenis fluida (J/(kg.˚C)
0T = temperatur fluida keluar (˚C)
iT = temperatur fluida masuk (˚C)
2.1.4 Efisiensi Kolektor Surya
Efisiensi kolektor merupakan perbandingan panas yang diserap oleh fluida dan
intensitas matahari yang mengenai kolektor. Performansi dari kolektor dapat dinyatakan
dengan efisiensinya. Ada dua cara atau prosudur yang dipakai untuk mengidentifikasi
efisiensi kolektor yaitu :
Instantanneous procedure yaitu : pengukuran masa flow rate, perbedaan
temperature fluida masuk dan keluar dan isolasi. Instantaneous efficiency
(efisiensi sesaat), (Duffie and all, 1991) dapat dihitung dengan menggunakan
rumus :
(5)
dimana :
Cp = Panas jenis fluida (J/Kg.˚C), nilai Cp didapat dari properties fluida berdasarkan
temperatur film : (2
TiToT f
)
.
m = Laju aliran massa fluida (kg/s)
IT = total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu per
satuan luas (W/m²)
Ac = Luasan kolektor (m²)
T = (To – Ti) (˚C)
η = efisiensi kolektor
Colorimentric procedure yaitu : pengukuran efisiensi pada sistem tertutup
dimana perubahan temperature merupakan fungsi waktu dan berhubungan
dengan sudut datang sinar matahari. Perhitungan efisiensinya (Duffie and all,
1980) adalah :
CT
p
AI
Tcm
.
...
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
5
cT
p
cT
u
AI
dtdTcm
AI
q
.
.. '
.
(6 )
dimana : .
m = massa media di dalam calorimeter per satuan luas permukaan kolektor
(kg/m²)
pc ' = panas spesifik media di dalam calorimeter, (J/kg.
oC)
CA = Luasan colektor (m²)
T = (To - Ti) (˚C)
TI = total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu
per satuan luas (W/m²)
2.2 Metode
2.2.1 Bagan Alir Penelitian
Gambar 1. Bagan alir penelitian dan perhitungan
Pada penelitian ini kolektor surya pelat datar ditambahkan pelat berlubang dengan
diameter lubang bervariasi. Panjang pelat Lp = 1,2 m dan lebar kolektor Wp = 0,5 m.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
6
Diameter lubang dari diameter besar ke diameter kecil yaitu 90 mm, 70 mm, 50 mm, 30
mm, dan 10 mm.
Gambar 2. Rancangan Kolektor surya pelat datar dengan Impinging Jet
Gambar 3. Rancangan Penujian performansi Kolektor surya pelat datar
Prosedur yang dilakukan selama pungujian adalah :
1. Pengujian dilakukan pada jam 10.00 – 17.00 wita
2. Selang waktu pengambilan data setiap 10 menit sekali
3. Blower dijalankan untuk mengalirkan udara sebagai fluida kerja kedalam kolektor
4. Atur katup untuk memperoleh laju aliran massa yang sama, dengan cara mengukur
tekanan udara untuk masing-masing kolektor. Dimana besarnya tekanan akan
ditunjukkan oleh kenaikan fluida pada manometer
5. Selanjutnya dilakukan pengukuran terhadap parameter-parameter terukur yaitu :
a. Temperatur udara luar, Ta
b. Temperatur kaca, Tc
c. Temperatur pelat penyerap, Tp
d. Temperatur pelat berlubang, Tb
e. Temperatur pelat bawah, Tpb
f. Temperatur udara masuk kolektor, Ti
g. Temperatur udara dalam kolektor, Tf
h. Temperatur udara keluar kolektor, To
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
7
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil pengujian yang diperoleh selanjutnya dibuatkan dalam bentuk Grafik
performansi dari kolektor surya pelat datar dengan aliran Impinging Jet seperti Gambar 4 dan
Gambar 5.
Gambar 4. Grafik Energi berguna Kolektor Surya Pelat Datar dengan Impinging Jet
Gambar 4. menunjukkan energi berguna pada kolektor dengan sirip berlubang diameter
besar – kecil lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor dengan sirip berlubang diameter kecil –
besar. Hal ini disebabkan karena volume fluida yang masuk ke kolektor berbeda, yaitu fluida yang
mengalir melalui lubang sirip berdiameter besar menuju lubang-lubang yang semakin kecil akan
mendapatkan temperatur panas keluaran yang lebih besar. Hal ini menunjukkan bahwa besarnya
energi berguna yang dihasilkan merupakan fungsi dari laju aliran massa kolektor, koefisien panas
jenis udara dan temperatur udara keluar kolektor. Semakin besar temperatur panas keluaran pada
kolektor maka energi berguna yang didapat akan semakin besar. Dan semakin besar selisih antara
udara keluaran kolektor dengan udara masuk kolektor akan mempengaruhi energi berguna kolektor
juga semakin besar.
Gambar 5. Grafik Efisiensi Kolektor Surya Pelat Datar dengan Impinging Jet
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0
50
100
150
200
2501
0:0
0
10
:20
10
:40
11
:00
11
:20
11
:40
12
:00
12
:20
12
:40
13
:00
13
:20
13
:40
14
:00
14
:20
14
:40
15
:00
15
:20
15
:40
16
:00
16
:20
16
:40
17
:00
IT (
w/m
³)
Ener
gi B
ergu
na
(Qu
a)
Waktu
Qua o-O Qua O-o IT
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0
20
40
60
80
100
10
:00
10
:20
10
:40
11
:00
11
:20
11
:40
12
:00
12
:20
12
:40
13
:00
13
:20
13
:40
14
:00
14
:20
14
:40
15
:00
15
:20
15
:40
16
:00
16
:20
16
:40
17
:00
IT (
w/m
³)
Efis
ien
si (
%)
Waktu
ƞa o-O (%) ƞa O-o (%) IT (w/m³)
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
8
Dari Gambar 5 diatas dapat dilihat bahwa efisiensi kolektor dengan variasi diameter sirip
dari lubang besar dan kecil lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor dengan variasi dari diameter
kecil ke besar, hal ini disebabkan karena aliran fluida masuk (udara) lebih banyak masuk pada
variasi diameter besar ke kecil dan keluarnya semakin sedikit atau melambat sehingga udara dalam
kolektor menyerap panas lebih lama dan temperatur udara keluar kolektor juga menjadi semakin
tinggi dan efisiensinyapun menjadi tinggi.
Kesimpulan
Dari hasil pengujian yang telah dilaksanakan maka dapat disimpulkan bahwa kolektor surya
pelat datar dengan variasi diameter lubang dari diameter besar ke kecil menghasilkan temperatur
keluar yang lebih tinggi dan menyebabkan energi bergunanya juga lebih tinggi sehingga Efisiensi
hariannya menjadi lebih tinggi diabndingkan dengan kolektor surya pelat datar dengan variasi
diameter dari kecil ke besar.
Ucapan Terima Kasih
Penelitian ini didanai dengan dana PNBP oleh DIKTI Melalui LPPM dan Fakultas Teknik
Universitas Udayana Dengan Surat Perjanjian Penugasan Pelaksanaan Penelitian Nomor :
2020/UN14.1.31/PN.00.00.00/2015 , Tanggal : 25 Mei 2015
Daftar Pustaka
Astawa dan M. Sucipta, 2010, Pembelajaran Energi Surya Dengan Menggunakan Metode Problem
Based Learning, Dana PHK–I Universitas Udayana
Astawa, Sukadana dan Wika, 2009. Analisa Performansi Kolektor Surya Pelat Datar Untuk
Pemanas Air Dengan Variasi Ketebalan Kaca Penutup. Jurnal Teknik Mesin Indonesia,
Volume 5 No.2 Oktober 2010, ISSN 1907-350X. pp 118-121
Astawa, Gunawan dan Hendra, 2014. Analisa Kolektor Surya Pelat Datar dengan Media Penyimpan
Panas Pasir untuk Pemanas Udara. Jurnal Ilmiah TEKNIKA, Volume 10. No 1, edisi Juli
2014. ISSN 1693-024X. pp 43-50
Duffie and all, 1991, Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, Inc, United
State of America
Incropera and Dewit 1996, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, Inc, New
York
Jansen, T. J. alih bahasa oleh Prof. Wiranto Arismunandar, 1995, Teknologi Rekayasa Surya, PT.
Pradnya Paramita, Jakarta
Yunianto, Bambang., 2005, Analisa Transien Perpindahan Panas Pada Heat Plate Dengan Metoda
Confined Impinging Jet, Teknik Mesin FT-UNDIP, Semarang
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui performasi kolektor surya pelat
datar menggunakan aliran impinging jet
dengan variasi lubang sirip (diameter lubang
yang bervariasi dari diameter yang besar
pada bagian inlet menuju diameter yang
semakin kecil menuju ke outlet kolektor dan
sebaliknya)
.
Tujuan
Metodologi
Kolektor surya adalah sebuah alat yang
berfungsi untuk mengumpulkan radiasi
matahari dan mengubahnya menjadi energi
kalor yang berguna. Ada beberapa tipe
kolektor surya, salah satu diantaranya yang
sudah banyak dikenal adalah kolektor surya
pelat datar.
Pendahuluan
HIBAH UNGGULAN
PROGRAM STUDI (HUPS)
ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN ALIRAN IMPINGING JET
MELALUI SIRIP BERLUBANG DENGAN DIAMETER BERBEDA
K. Astawa , N. Suarnadwipa [email protected]
Kesimpulan
Penelitian ini didanai dengan dana PNBP
oleh DIKTI Melalui LPPM dan Fakultas
Teknik Universitas Udayana Dengan Surat
Perjanjian Penugasan Pelaksanaan
Penelitian Nomor :
2020/UN14.1.31/PN.00.00.00/2015 ,
Tanggal : 25 Mei 2015
Diagram Alir Perhitungan
Penelitian yang telah di lakukan adalah
penelitian dengan metode eksperimental
Dalam penelitian ini digunakan variasi diameter
lubang sirip, dari diameter besar ke diameter kecil
yang terdiri 5 baris masing-masing yaitu 90 mm, 70
mm, 50 mm, 30 mm, 10 mm (dan sebaliknya).
- Jarak antar sirip 20 cm
- Panjang Kolektor 1,2 m
- Lebar Kolektor 0,5 m
Konstruksi Kolektor Surya Pelat Datar dengan
Impinging Jet
Rancangan Kolektor Surya Pelat Datar dengan
Impinging Jet
Hasil Pengujian Dari hasil Pengujian Kolektor Surya Pelat Datar
dengan Aliran Impinging Jet diperoleh Hasil :
2015
Pengujian Kolektor Surya Pelat Datar dengan
Impinging Jet
Daftar Pustaka
Secara kuantitatif adalah dengan efisiesi pada kolektor
surya dengan sirip berlubang diameter besar – kecil
sebesar 33.93 % dan kolektor surya dengan sirip
berlubang diameter kecil – besar sebesar 18,57 %.
[1] Duffie, J. A., and Backman, W. A., (1991), Solar
Engginering of Thermal Processes, 2nd ed. John Wiley
& Sons, Inc, New York [2] Holman, J.P. alih bahasa oleh Ir. E. Jasjfi M. Sc,
Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta