ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR … · Kolektor surya adalah suatu alat yang mampu...

iii

ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN

SEPULUH SIRIP BERDIAMETER SAMA YANG DISUSUN SECARA SEJAJAR

Oleh : Putu Desdi Uripta Putra

Dosen Pembimbing : I Gusti Ngurah Putu Tanaya,ST.,MT

Ir Nengah suarnadwipa,MT

ABSTRAK

Energi matahari adalah salah satu sumber energi alternatif yang sangat mudah

diperoleh di Indonesia, karena Indonesia terletak didaerah garis khatulistiwa. Energi

surya sudah lama dimanfaatkan oleh masyarakat baik untuk penggeringan hasil

pertanian dan perikanaan. Namun pemanfaatan energi matahari ini belum dilakukan

secara optimal. Oleh karena itu perlu dilakukan sebuah penelitian agar energi matahari

yang ada dapat dimanfaatkan semaksimal mungkin.

Kolektor surya adalah suatu alat yang mampu menyerap dan mengumpulkan

energi matahari dan merubahnya menjadi energi panas yang bisa dimanfaatkan, kolektor

surya pelat datar dengan sepuluh sirip berlubang berdiameter sama disusun secara

sejajar, yang dimana bertujuan semakin luas bidang penyerapan panas dari pelat

penyerap ke sirip berlubang didalam kolektor, sehingga udara yang mengalir melewati

sirip lebih lama berada didalam kolektor. udara yang masuk kedalam kolektor lebih

rendah sehingga udara akan menyerap panas pada masing-masing sirip berlubang

sehingga menghasilkan temperatur keluar lebih besar.

Penelitian dilakukan secara eksperimental. Dari hasil pengujian yang telah

dilaksanakan dengan pengamatan dan pencatatan data. Hasil yang dicapai paling tinggi

diambil pada pukul 12: 40 am, dimana intensitas radiasi terukur dari solar powermeter

(IT) sebesar 1.122 W/m2

maka temperatur keluar yang dihasilkan sebesar 323 K, energi

berguna yang dihasilkan sebesar 104.7904 W dan efisiensi yang dihasilkan sebesar

15,5660%.

Kata kunci : Kolektor surya pelat datar, sirip pelat berlubang, performan kolektor

iv

PERFORMANCE ANALYSIS WITH FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR

WITH TEN FIN PERFORATED SAME DIAMETER ARRANGED IN

PARALLEL

By : Putu Desdi Uripta Putra

Preceptor : I Gusti Ngurah Putu Tanaya,ST.,MT

Ir Nengah suarnadwipa,MT

ABSTRACT

Solar energy is one of alternative energy source that is readily available in

Indonesia, because Indonesia is located in the area of the equator. Solar energy has been

used by the community for agricultural products and drying fish. However, the

utilization of solar energy is yet performed optimally. Therefore it is necessary to do a

study that the existing solar energy can be utilized as much as possible.

Solar collector is a device that able to absorb and collect solar energy and

convert it into heat energy that can be utilized, flat plate solar collector with ten fin

perforated same diameter arranged in parallel, where the broad field of heat absorption

of the plate absorber to the fin cavities inside the collector, so that the air flowing

through the fins longer resides in the collector air enters the collector is lower, so the air

will absorb heat at each fin perforated resulting in a larger exit temperature.

The study was carried out experimentally. From the testing that has been carried

out by observation and recording of data. Results achieved the highest taken at 12: 40

am, where the intensity of radiation measured and solar powermeter (IT) amounted to

1,122 W / m2, the exit temperature generated at 323 K, useful energy generated at

104.7904 W and efficiencies generated by 15 , 5660%.

Keywords: flat plate solar collectors, perforated plate fin, collector performan

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas

berkat dan anugrah-Nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul:

“Analisa Performansi Kolektor Surya Pelat Datar Dengan Sepuluh Sirip

Berdiameter Sama Yang Disusun Secara Sejajar ”

Dalam penyusunan Skripsi ini penulis banyak memperoleh petunjuk dan

bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita,ST.,MT, selaku Ketua Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana.

2. Bapak I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST.,MT, selaku Dosen Pembimbing I

dalam penyusunan Skripsi.

3. Bapak Ir. Nengah Suarnadwipa,MT, selaku Dosen Pembimbing II dalam

penyusunan Skripsi.

4. Bapak Ketut Astawa,ST.,MT selaku koordinator Skripsi Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana.

5. Bapak Prof.Ir.Ngakan Putu Gede Suardana,MT.,PhD, selaku Dosen

Pembimbing Akademik.

6. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Udayana.

7. Semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Udayana yang telah membantu dalam penyelesaian Skripsi.

Penulis menyadari bahwa Skripsi ini tentunya jauh dari kesempurnaan

mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena

itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan. Sekali lagi

penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada

kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan Skripsi ini.

Denpasar, November 2016

Penulis

vi

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN………………………………………………………….i

LEMBAR PERSETUJUAN………….…………………………………………….ii

ABSTRAK………………………………………………………………………......iii

ABCTRACT………………………………………………………………………...iv

KATA PENGANTAR……………………………………………………………....v

DAFTAR ISI..............................................................................................................vi

DAFTAR GAMBAR…………...…………………………………………………..ix

DAFTAR TABEL…..................................................................................................xi

DAFTAR LAMPIRAN.............................................................................................xii

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

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

1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ........................................................................................ 2

1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI .................................................................................... 4

2.1 Perpindahan Panas ..................................................................................... 4

2.1.1 Perpindahan panas secara konduksi ............................................ 4

2.1.2 Perpindahan Panas Konveksi ...................................................... 5

2.1.3 Perpindahan Panas Radiasi……………………………………..7

2.2 Konstanta Matahari.....................................................................................8

2.3 Radiasi Matahari.........................................................................................9

2.3.1 Faktor yang Mempengaruhi Penerimaan Radiasi Matahari di

Bumi…………………………………………………………...11

2.4 Kolektor Surya…………………………………………………………..15

2.4.1 Bagian-Bagian Kolektor Surya………………………………..15

2.4.2 Radiasi yang Diserap Kolektor Surya........................................16

2.5 Kolektor Surya pelat datar dengan sirip berlubang……………………...18

vii

2.5.1 Penggunaan sirip berlubang ...................................................... 18

2.5.1.1 Perpindahan Panas Dari Permukaan Yang Diperluas…..18

2.5.2 Sirip Berlubang Pada Kolektor Surya ....................................... 19

2.6 Aliran Fluida ............................................................................................ 20

2.7 Energi berguna dan Efisiensi Kolektor Surya...........................................22

2.7.1 Laju Aliran Massa Fluida...........................................................22

2.7.2 Energi Berguna Kolektor Surya.................................................23

2.7.3 Efisiensi Kolektor Surya.........................................................23

2.8 Skema kolektor ........................................................................................ 25

2.8.1 Kesetimbangan energi................................................................25

2.9 Kontruksi Kolektor Surya Sirip Berlubang Berdiameter Sama................26

2.10 Kontruksi Aliran Udara Pada Kolektor Surya Sirip Berlubang

Berdiameter Sama...................................................................................27

BAB III METODE PENELITIAN ......................................................................... 28

3.1 Waktu dan Tempat Pengujian .................................................................. 28

3.2 Variabel Penelitian....................................................................................28

3.3 Alat dan Bahan.........................................................................................39

3.3.1 Persiapan Peralatan ................................................................... 30

3.4 Intalasi Pengambilan Data………………………………………………31

3.5 Penempatan Alat Ukur ............................................................................. 32

3.6 Diagram Aliran Penelitian ....................................................................... 32

3.7 Prosedur Pengujian...................................................................................34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian.................................................................................36

4.2 Perhitungan Data Hasil Penelitian ........................................................... 36

4.2.1 Perhitungan Pada Kolektor Surya..............................................36

4.3 Analisa Performansi Kolektor...................................................................39

4.3.1.1 Temperatur Keluar (Tout) Kolektor Pelat Datar.....................40

4.3.1.2 Energi Berguna (Qu,a) Kolektor Pelat Datar..........................41

4.3.1.3 Efisiensi (ƞa) Kolektor Pelat Datar.........................................42


viii

4.3.2.2 Energi Berguna (Qu,a) Kolektor Pelat Datar..........................44



4.3.3.2 Energi Berguna (Qu,a) Kolektor Pelat Datar.........................47


BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpula……………………………………………………………….49

5.2 Saran.........................................................................................................49

DAFTAR PUSTAKA......................... ....................................................................50

PERNYATAAN…………………………………………………………….……..52

DATA HASIL PENGUJIAN…………..…………………………………………53

DATA HASIL PERHITUNGAN…………….………………………………..…60

GRAFIK PERBANDINGAN.......………………………………………………..64

TABEL SIFAT THERMOFISIK….……………………………………………..68

FOTO-FOTO PENELITIAN…….……………………………………………….72

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Perpindahan panas konduksi pada bidang datar................................... 4

Gambar 2.2 Perpindahan panas konveksi dari permukaan media padat ke fluida

yang mengalir ....................................................................................... 6

Gambar 2.3 Bola matahari ....................................................................................... 8

Gambar 2.4 Bagan pengaruh radiasi datang ............................................................ 9

Gambar 2.5 Fenomena refleksi spektakular (a) dan refleksi baur (b).....................10

Gambar 2.6 Radiasi sorotan dan radiasi sebaran.....................................................11

Gambar 2.7 Posisi Peredaran Matahari...................................................................12

Gambar 2.8 Sudut zenith, sudut kemiringan, sudut azimuth permukaan, sudut

azimuth surya ..................................................................................... 13

Gambar 2.9 Bagian bumi yang menunjukkan β, θ, Ø dan (Ø-β) untuk belahan

utara .................................................................................................... 14

Gambar 2.10 Penyerapan radiasi matahari oleh kolektor ........................................ 16

Gambar 2.11 Grafik hubungan antara sudut timpa dengan transmisivitas .............. 18

Gambar 2.12 Kegunaan sirip untuk memperbesr perpindahan panas media

padat ................................................................................................... 19

Gambar 2.13 Pengambatan aliran udara dengan sirip berlubang ............................ 19

Gambar 2.14 Inclined manometer ........................................................................... 22

Gambar 2.15 Skema kolektor surya pelat datar ....................................................... 25

Gambar 2.16 Kontruksi kolektor surya dengan sirip berlubang

berdiameter sama .............................................................................. 26

Gambar 2.17 Kontruksi kolektor surya dengan aliran udara....................................27

Gambar 2.18 Dimensi kolektor surya pelat datar aliaran impinging jets ................. 30

Gambar 2.19 Rancangan pengujian kolektor surya dengan sirip berlubang ........... 31

Gambar 2.20 Penempatan alat ukur ......................................................................... 32

Gambar 2.21 Diagram aliran penelitian ................................................................... 34

Gambar 4.1.1 Grafik perbandingan temperatur keluar(Tout)

kolektor terhadap waktu......................................................................40

x

Gambar 4.1.2 Grafik perbandingan energi berguna (Qua)

kolektor terhadap waktu……………………………………………..41

Gambar 4.1.3 Grafik perbandingan efisiensi (ƞa) kolektor terhadap waktu…..…….42











xi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Waktu Penelitian ................................................................................... 28

Tabel 4.1 Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sepuluh sirip

berdiameter sama yang disusun secara sejajar...................................39

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Tabel A.1.1 Data Hasil Pengujian...........................................................................54






Tabel B.1 Data Hasil Perhitungan .......................................................................61



C.1 Grafik Perbandingan Temperatur Keluar (Tout) Terhadap Waktu.....65

C.2 Grafik Perbandingan Energi Berguna (Qu,a) Terhadap Waktu..........66

C.3 Grafik Perbandingan Efisiensi (ƞa) Terhadap Waktu.........................67

Tabel D.1 Sifat Thermofisik Udara Pada Tekanan Atmosfer..............................69

Tabel D.2 Sifat Thermofisik Massa Jenis Material…........…..............................70

Tabel D.3 Sifat Thermofisik Massa Jenis Zat………………..............................71

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan manusia terhadap sinar matahari di bumi sangat besar untuk

kelangsungan kehidupan, terutama bagi masyarakat yang mata pencahariannya di

bidang sektor pertanian dan perikanan. Masyarakat yang bekerja di bidang pertanian

dan perikanan ada yang memerlukan proses pengeringan, bertujuan agar hasil yang

di peroleh atau di panen tidak cepat membusuk sehingga dapat disimpan dalam

waktu lebih lama. Ketersediaan sumber energi matahari yang besar mendorong

manusia untuk menciptakan alat yang memanfaatkan sumber energi matahari sebagai

energi alternatif.

Di Indonesia sumber energi sinar matahari sangat besar dilihat wilayah

Indonesia yang dilalui garis katulistiwa oleh sebab itu sumber energi matahari

sangat besar. Berdasarkan hal tersebut penggunaan berbagai teknologi

dikembangkan untuk memanfaatkan energi sinar matahari sebagai sumber energi

alternatif dan salah satunya adalah kolektor surya yaitu suatu alat yang menyerap

dan mengumpulkan energi matahari dan merubahnya menjadi energi panas (kalor)

yang bisa dimanfaatkan. Dimana kolektor surya pelat datar ini dicat berwarna hitam

doff yang berfungsi untuk menyerap radiasi matahari yang datang dan menstransfer

kalor yang diterima tersebut ke fluida, penggunan pelat tersebut akan dapat

meningkatkan penyerapan radiasi sinar matahari. Radiasi sinar matahari akan

mengenai pelat penyerap dimana sebagian akan dipantulkan ke penutup transparan

atau kaca transparan dan sebagian akan dipantulkan ke bagian lainnya. Kolektor

surya ini dialiri fluida udara yang dikeluarkan oleh blower akan masuk ke dalam

kolektor, aliran udara akan dibagi oleh honeycomb agar udara yang masuk kedalam

kolektor menyebar secara merata, setelah aliran fluida udara di bagi oleh

honeycomb secara merata fluida udara akan mengenai dinding sirip dimana aliran

udara akan berubah menjadi aliran turbulenyang akan mengalir kesegala arah

didalam kolektor dan juga aliran udara tersebut akan menyerap panaspada pelat

2

penyerap, sebagian fluida udara akan mengalir ke bagian sirip kolektor lainnya

melalui lubang yang ada pada sirip. Udara akan kembali mengenai sirip kedua aliran

turbulen akan terus terjadi sampai melewati sirip terakhirdan menghasilkan energy

berguna. Pengembangan pembuatan modifikasi alat kolektor surya sudah banyak

dilakukan oleh peneliti-peneliti lain, seperti penelitian I.D.G Rangga Iswara (2007)

Pengaruh penempatan sirip berbentuk segitiga yang dipasang secara aligned

terhadap performan kolektor surya pelat datar. I Kadek Subadiyasa (2009) Pengaruh

penempatan sirip berbentuk segitiga pada kolektor surya pelat datar yang dipasang

secara staggered. I Nyoman Gigih Predana Putra (2010) analisis performansi

kolektor surya pelat datar dengan variasi sirip berlubang besar kekecil menghasilkan

temperature keluar yang lebih tinggi dan energi berguna lebih tinggi dibandingkan

dengan kolektor surya pelat datar dengan variasi diameter berlubang kecil ke besar.

Oleh sebab itu Berbekal dari penelitian yang telah dilakukan tersebut, penulis

akan membuat modifikasi kolektor surya pelat datar dengan sepuluh sirip

berdiameter sama yang disusun secara sejajar yang dimana dengan sepuluhsirip

berdiameter sama bertujuan untuk menambah luas penyerapan panas dari pelat

penyerap ke sirip, selain itu juga bertujuan untuk menghambat aliran fluida agar

lebih lama berada di ruang sirip kolektor surya sehingga hasil panas yang dihasilkan

oleh kolektor surya lebih efisien.

1.2 Rumusan masalah

Adapun rumusan masalah yang dibahas dari penelitian ini yaitu bagaimana

pengaruh penambahan sepuluh sirip berlubang dengan diameter lubang sama yang

disusun sejajar pada kolektor surya pelat datar.

3

1.3 Batasan masalah

Adapun batasan masalah yang ada dalam penelitian ini yaitu:

1. Penutup transparan atau kaca transparan diasumsikan bersih dari debu dan

kotoran.

2. Aliran udara yang mengalir steady flow atau steady state.

3. Lubang sirip disusun secara sejajar.

4. Efisiensi daya input blower diabaikan.

1.4 Tujuan penelitian

Untuk mengetahui energi berguna dan efisiensi yang dihasilkan dari kolektor

surya pelat datar menggunakan sepuluh sirip berlubang dengan diameter lubang sirip

sama yang disusun sejajar.

1.5 Manfaat penelitian

1. Memanfaatkan sumber energi matahari yang melimpah di Indonesia

sebagai energi alternatif.

2. Dapat diketahui pengunana sirip yang baik pada kolektor surya agar lebih

efektif dan efesien.

3. Memberi pengetahuan mengenai kolektor surya pemanas udara untuk bisa

digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR … · Kolektor surya adalah suatu alat yang mampu...

Documents

Transcript of ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR … · Kolektor surya adalah suatu alat yang mampu...