DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN i LEMBAR … · Tabel C.3 Sifat Thermofisik Massa Jenis Zat.....56 ....
Transcript of DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN i LEMBAR … · Tabel C.3 Sifat Thermofisik Massa Jenis Zat.....56 ....
vii
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... ii
LEMBAR PERNYATAAN .................................................................................... iii
ABSTRAK ............................................................................................................... iv
ABSTRACT ............................................................................................................. v
KATA PENGANTAR .............................................................................................. vi
DAFTAR ISI ............................................................................................................ vii
DAFTAR TABEL…………………………………………………………………x
DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................xii
BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ...................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 3
1.5 Manfaat penelitian ................................................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI .................................................................................. 4
2.1 Pengertian Energi ..................................................................................... 4
2.2 Konversi Energi ....................................................................................... 4
2.3 Perpindahan Panas ................................................................................... 5
2.3.1 Perpindahan Panas Konduksi ......................................................... 5
2.3.2 Perpindahan Panas Konveksi ......................................................... 7
2.3.3 Perpindahan Panas Radiasi ............................................................ 8
2.4 Radiasi Matahari ...................................................................................... 9
viii
2.4.1 Konstanta Matahari ........................................................................ 11
2.4.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penerimaan Radiasi Matahari
di Bumi .......................................................................................... 12
2.5 Kolektor Plat Datar Standar ..................................................................... 15
2.5.1 Komponen dan Struktur ................................................................. 15
2.5.2 Radiasi yang Diserap Kolektor Surya ........................................... 17
2.6 Kolektor Surya Plat Datar dengan Aliran Impinging Jet ......................... 19
2.6.1 Aliran Impinging Jet ...................................................................... 19
2.6.2 Kolektor Surya Plat Datar Menggunakan Aliran Impinging Jet
dengan Variasi Diameter Nosel ..................................................... 22
2.6.3 Skema Kolektor Surya ................................................................... 22
2.7 Energi Berguna dan Efisiensi Kolektor Surya ......................................... 22
2.7.1 Energi Berguna pada Kolektor Surya ............................................ 23
2.7.2 Analisa Performansi ....................................................................... 23
BAB III METODE PENELITIAN ......................................................................... 25
3.1 Rancangan Penelitian...............................................................................25
3.2 Variabel Penelitian ................................................................................... 25
3.3 Persiapan Peralatan..................................................................................25
3.3.1 Kontruksi Kolektor Surya Aliran Impinging Jet dengan Diameter
Lubang Bervariasi Disusun Secara Staggered 27
3.3.2 Penambahan Plat Berlubang dengan Diameter Lubang
Bervariasi ....................................................................................... 27
3.4 Pengambilan Data .................................................................................... 29
3.4.1 Peralatan Uji ................................................................................... 30
3.4.2 Penempatan Alat Ukur ................................................................... 30
3.5 Prosedur Pengujian .................................................................................. 31
ix
3.6 Perhitungan .............................................................................................. 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................. 35
4.1 Analisis Data ............................................................................................ 35
4.2 Data Hasil Penelitian .............................................................................. 35
4.2.1 Perhitungan Data Hasil Penelitian ........................................................ 35
4.2.2 Perhitungan pada Kolektor ........................................................... 36
4.3 Analisis Performansi Kolektor ................................................................. 38
4.3.1 Perbandingan Kolektor Plat Datar sirip Berlubang……………....38
Perbandingan temperatur keluar kolektor………………………..39
4.3.2 Energi Berguna (𝑄𝑢,𝑎) Kolektor Plat Datar....................................41
4.3.3 Efisiensi (ƞa) Kolektor Pelat Datar.................................................43
BAB V PENUTUP .................................................................................................. 45
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 45
5.2 Saran ........................................................................................................ 45
DAFTARPUSTAKA
LAMPIRAN
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel A.1. Data hasil pengujian sirip berlubang
berdiameter kecil – besar dengan laju aliran massa 0,008 kg/s.............45
Tabel A.1.Data hasil pengujian dengan sirip berlubang
berdiameter besar – kecil dengan laju aliran massa 0,008 kg/s.............46
Tabel A.3 Data hasil pengujian sirip berlubang
berdiameter kecil – besar dengan laju aliran massa 0,012 kg/s..............47
Tabel A.4 Data hasil pengujian sirip berlubang
berdiameter besar – kecil dengan laju aliran massa 0,012kg/s.............48
Tabal A.5 Data hasil pengujian sirip berlubang
berdiameter kecil – besar dengan laju aliran massa 0,016 kg/s.............49
Tabel A.6 Data hasil pengujian sirip berlubang
berdiameter besar – kecil dengan laju aliran massa 0,016kg/s..............50
Tabel B.1. Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sirip berlubang
berdiameter kecil – besar dengan laju aliran massa 0,008........... ...........51
Tabel B.2. Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sirip berlubang
berdiameter besar – kecil dengan laju aliran massa 0,008........... ...........52
Tabel B.3. Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sirip berlubang
berdiameter kecil – besar dengan laju aliran massa 0,012........... .........53
Tabel B.4. Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sirip berlubang
berdiameter besar – kecil dengan laju aliran massa 0,008........... ........54
xi
Tabel B.5. Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sirip berlubang
berdiameter kecil – besar dengan laju aliran massa 0,016............ .......55
Tabel B.6. Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sirip berlubang
berdiameter besar – kecil dengan laju aliran massa 0,016........... ........ 56
Tabel C.1 Sifat Thermofisik Udara Pada Tekanan Atmosfer...................................54
Tabel C.2 Sifat Thermofisik Massa Jenis Material............................................... ..55
Tabel C.3 Sifat Thermofisik Massa Jenis Zat...........................................................56
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Perpindahan panas konduksi pada dinding datar ............. 6
Gambar 2.2. Perpindahan panas konveksi dari media padat ke fluida
yang mengalir ................................................................. 7
Gambar 2.3. Bagan pengaruh radiasi datang ........................................ 9
Gambar 2.4. Fenomena refleksi ............................................................ 10
Gambar 2.5. Radiasi sorotan dan radiasi sebaran ................................. 10
Gambar 2.6. Hubungan matahari dengan bumi .................................... 11
Gambar 2.7. Sudut zenith, sudut kemiringan, sudut permukaan, sudut
azimuth surya ................................................................... 13
Gambar 2.8. Bagian bumi yang menunjukkan 𝛽, 𝜃, ∅ dan (∅-𝛽) ......... 14
Gambar 2.9. Skema kolektor surya pelat datar standar ........................ 16
Gambar 2.10. Penyerapan radiasi matahari oleh kolektor ...................... 17
Gambar 2.11. Grafik hubungan antara sudut timpa dengan
transmisivitas ................................................................... 18
Gambar 2.12. (a) mekanisme perpindahan panas impinging jet
(b) visualisasi impinging jet ............................................ 20
Gambar 2.13. (a) submerge impinging jet dan (b) free impinging jet ..... 21
Gambar 2.14. (a) unconfined impinging jet dan (b) confined impinging jet
.................................................................................... 21
Gambar 2.15. Kolektor surya aliran impinging jet dengan diameter nosel
bervariasi yang disusun secara staggered ...................... 22
Gambar 3.1. Dimensi kolektor surya pelat datar aliran impinging jet . 26
xiii
Gambar 3.2. Konstruksi kolektor surya menggunakan aliran impinging
jet ..................................................................................... 27
Gambar 3.3. Konstruksi pelat berlubang dengan diameter
bervariasi yang disusun secara staggered ................... 28
Gambar 3.4. Aliran udara pada kolektor surya aliran impinging
jet dengan diameter kecil ke besar ............................. 28
Gambar 3.5 . Aliran udara pada kolektor surya aliran impinging
jet dengan diameter besar ke kecil ............................... 29
Gambar 3.6. Rancangan pengujian kolektor surya ............................. 29
Gambar 3.7. Penempatan alat ukur .................................................... 31
Gambar 3.6. Diagram alir penelitian .................................................. 33
Gambar 4.1. Grafik perbandingan temperatur keluar (Tout)
kolektor terhadap waktu dengan laju aliran massa
0,008………………………....................................39
Gambar 4.2. Grafik perbandingan temperatur keluar (Tout)
kolektor terhadap waktu dengan laju aliran massa
0,012………………………....................................39
Gambar 4.3. Grafik perbandingan temperatur keluar (Tout)
kolektor terhadap waktu dengan laju aliran massa
0,016………………………....................................40
Gambar 4.4. Grafik perbandingan energi berguna (𝑄𝑢,𝑎)
terhadap waktu dengan laju aliran massa 0,008 ........... 41
Gambar 4.5. Grafik perbandingan energi berguna (𝑄𝑢,𝑎)
terhadap waktu dengan laju aliran massa 0,012 ........... 41
xiv
Gambar 4.6. Grafik perbandingan energi berguna (𝑄𝑢,𝑎)
terhadap waktu dengan laju aliran massa 0,016 ........... 42
Gambar 4.7. Grafik perbandingan efisiensi (ƞa) kolektor
terhadap waktu dengan laju aliran massa 0,008...........43
Gambar 4.8. Grafik perbandingan efisiensi (ƞa) kolektor
terhadap waktu dengan laju aliran massa 0,012...........43
Gambar 4.9. Grafik perbandingan efisiensi (ƞa) kolektor
terhadap waktu dengan laju aliran massa 0,016...........44
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi mempunyai peran yang besar dalam memudahkan kehidupan manusia.
Perkembangan teknologi dan pesatnya peningkatan sumber daya manusia membuat
penggunaan energi semakin optimal. Namun demikian, tidak semua energi yang ada
di bumi sudah dimanfaatkan dengan baik, salah satu yang belum optimal
penggunaanya adalah energi panas matahari. Panas matahari merupakan energi yang
terbarukan, namun penggunaannya saat ini di masyarakat belum optimal.
Sebagai negara yang terletak di katulistiwa dan hanya memiliki dua musim,
Indonesia memiliki intensitas panas matahari melebihi negara dengan empat musim
lainnya. Hal tersebut sangat potensial untuk dijadikan penelitian yang menggunakan
energi panas matahari sebagai objeknya.
Energi panas matahari dapat digunakan untuk berbagai hal, salah satunya
adalah untuk pengeringan, seperti mengeringkan pakaian, hasil pertanian, dan
kebutuhan rumah tangga lainnya. Namun demikian, pemanfaatan dalam pengeringan
hasil pertanian misalnya, masih memiliki kekurangan, seperti lamanya waktu yang
dibutuhkan dan besarnya ruang yang diperlukan. Berkaitan dengan hal tersebut,
penulis ingin melakukan penelitian dengan mengoptimalkan energi panas matahari
untuk mempercepat pengeringan dengan menyerap panas, sehingga energi panas
yang disalurkan lebih besar dan proses pengeringan akan lebih singkat.
Menurut Wibawa (2012, p.1) perangkat yang bisa digunakan untuk
memanfaatkan energi surya disebut kolektor surya. Kolektor surya merupakan
peralatan yang digunakan untuk mengubah energi radiasi matahari ke bentuk energi
panas untuk memenuhi berbagai kebutuhan (Kristanto, 2000,p.22). Kolektor tersebut
mampu menyerap dan memindahkan panas dari energi matahari ke fluida kerja.
2
Ada beberapa tipe kolektor surya, salah satu diantaranya yang sudah banyak
dikenal adalah kolektor surya pelat datar. Jenis kolektor ini menggunakan alat berupa
plat datar, permukaannya dicat warna hitam doff untuk mendapatkan penyerapan
radiasi matahari yang optimal dan selanjutnya kalor/panas ditransfer ke fluida kerja.
Agar tidak terjadi kerugian panas ke lingkungan, maka digunakan penutup transparan
atau kaca di bagian atas kolektor sehingga terjadi efek rumah kaca, sedangkan pada
bagian bawah dan samping diberikan isolasi atau isolator.
Beberapa peneliti telah menciptakan dan mengembangkan kolektor surya
seperti yang pernah dilakukan oleh (Sudarpa, 2012), yakni mengenai performansi
kolektor surya pelat datar dengan aliran di bawah pelat berlubang dengan variasi
diameter berbeda. Dalam penelitian ini, disimpulkan bahwa temperatur keluaran
aktual kolektor surya dengan diameter lubang berbeda cenderung lebih tinggi
dibandingkan dengan kolektor surya dengan diameter lubang sama.
Penelitian sebelumnya telah dilakukan oleh (Basri, 2011), yakni mengenai
analisis pengaruh laju aliran massa terhadap koefisien perpindahan panas rata-rata pada
pipa kapiler di mesin refrigerasi focus 808. Dalam penelitian ini disimpulkan bahwa makin
besar laju aliran massa refrigerant, maka makin besar pula koefisien perpindahan panas
ratarata yang terjadi pada pipa kapiler.
Berbekal dari penelitian tersebut, maka penulis akan melakukan modifikasi
kolektor surya pelat datar yang bertujuan untuk mengubah arah aliran massa udara
yaitu dengan mengubah alur udara yang pada penelitian sebelumnya yang dilakukan
oleh (Gigih, 2015), lubang pada sirip berada pada satu poros atau line dengan
diameter lubang berukuran 9cm, 7cm, 5cm, 3cm, dan 1cm pada masing masing plat,
kini sumbu lubang pada plat diposisikan staggered di bagian bawah pelat penyerap.
Dengan kolektor surya yang sudah dimodifikasi dan memvariasikan laju
aliran massanya yang nantinya diharapkan fluida berada lebih lama di dalam kolektor
diakibatkan terjadi turbulensi oleh plat berlubang yang diposisikan staggered
sehingga perpindahan panas yang terjadi pada kolektor surya plat datar menjadi lebih
optimal. Sedangkan dengan memvariasikan laju aliran massa dihaarapkan dapat
mengetahui performansi terbaik dari kolektor surya tersebut, karena laju aliran massa
berpengaruh pada energi berguna yang dihasilkan oleh kolektor.
.
3
1.2 Rumusan Masalah
Bagaimanakah performansi kolektor surya plat datar yang sudah dimodifikasi
dengan penambahan sirip berlubang berdiameter berbeda yang disusun secara
staggered dengan memvariasikan laju aliran massanya.
1.3 Batasan Masalah
1. Pembahasan dibatasi hanya pada penggunaan kolektor surya
menggunakan sirip dengan lubang berbeda sebagai tepat melajunya aliran
udara dengan variasi laju aliran massa sebesar 0,008 , 0,012 dan 0,016
kg/s.
2. Sirip dipasang dari berdiameter besar ke kecil dan dari berdiameter kecil
ke besar.
3. Sistem dalam keadaan steady (steady state).
4. Tidak terjadi perubahan fase pada udara.
5. Debu dan kotoran di atas kolektor diabaikan.
1.4 Tujuan Penelitian
Untuk mengetahui performansi terbaik dari kolektor surya plat datar yang
sudah dimodifikasi dengan penambahan sirip berlubang berdiameter berbeda
yang disusun secara staggered dengan memvariasikan laju aliran massanya.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Mengembangkan kolektor surya plat datar.
2. Sebagai referensi maupun bahan masukan untuk penelitian lain dalam
bidang energi surya dan kolektor surya.
3. Untuk dapat diaplikasikan pada kehidupan masyarakat sehari-hari.