Pemodelan dan simulasi pemanas air energi surya menggunakan kolektor pipa paralel

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. PEMODELAN DAN SIMULASI PEMANAS AIR ENERGI SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR PIPA PARALEL SKRIPSI. Diajukan guna memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin. Disusun oleh : Ganang Darmanto NIM : 155214022. PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2018 i.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. MODELING AND SIMULATION OF SOLAR ENERGY WATER HEATERS USING PARALLEL PIPE COLLECTORS FINAL PROJECT. Pressented As Partial Fulfillment Of The Requirements To Obtain The Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering. By : Ganang Darmanto Student Number : 155214022. MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2018 ii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. E-. E &'I B. AR FE RS A TU"t[j. A ia-. SKRT*57 FE &{ t}. il}EtAH SAF{ 5I F'{ t,j I-ASI PE :vtulH. A. EI{ERGI SURI'A MENC GtjinAIi4,H KOI,SKT'OR PIPA PARALEL. iii. 5 A I ft..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. l. TEMBAB. PSHGgSAI{AH. PEMSI}ELA}{ I}AN SIMLTLASI PSMANAS AIR ENEEGT SLIRYA MENGGTIHAKAI{. KSLEKT*R PIPA PARALEL Tei air dilrer-iah*nk arr. eli i:. a<iai:ai; ti u: p*r. gra i. i. Faiia targgai I ? Llesei::h*r" ZiitE. uhi syarat. \iatra Ketua Sekretaris. Anggpta. YnxG. ilesemlrer. itjl I. dan Teknol*gi tas Sauata Dhanna ar'Og)'Akalta. Ilekan. Lc{* i tululgkasi.. iv. Ph"D".

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. LEMBAR PERI\TYATAA}I PERSETUJUAhI PUBLIKASI KARYA ILMIAH T}NTTIK KEPENTINGAI{ AKADET{IS Yaug bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharnra. Nama. :. : Ganang Dannanto. NomorMahasiswa :155214A22. Demi. ilmu. pengetahuan" saya memberikan kepada Perpustakaan. Universitas Sanata Dhanna karya ilmiah saya yang berjudul. :. PEMODELAIT I}AN SIMULASI PEMANAS AIR EI\TERGI SURYA MENGGI INAKAI\I. KOLEI(TORPIPA PARALEL beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikiaa saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak. untuk. mengalihkan. dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentukpangkalandatamedishibusikan secara terbatas, serta mempublikasikan. di intemet atau media lain guna kepentingan. akademis tanpa pedu meminta izin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencaotumkan nama saya sebagai penulis.. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.. Yogyakarta 17 Desember 2018 Yang menyatakan. @. Ganang Darmanto. v.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. LEMBAR PERIYYATAAI\I KEASLIAN SKRIPSI Dengan ini. saya. sebenar-benarnya bahwa Skripsi dengan. PEMODELANT DAI\I SIMULASI PEMANAS. judul. :. AIR. ENERGI SURYA MENGGT}NAKAN. KOLEKTOR PIPA PARALEL yang disusmgunamemenuhi mlahsatu syratuntukmemperolehgelar SarjanaTeknik pada Program Strata-1, Program Studi Teknik Mesrq Fakultas Sains dan Teknologi,. Universitas Sanata Dharma bukan merupakan hasil tiruan dari skripsi atau penelitian yang telah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggr. manapun. Keeuali besan informasi yang telah dicantrmkan dalam daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.. Yogyakarta, 17 Desember 2018 Yang menyatakan. 6?tu/ /T Ganang Darmanto. vi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. HALAMAN PERSEMBAHAN Skripsi ini saya persembahkan sebagai ucapan syukur dan cintaku kepada : 1. Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan berkat dan anugerah-Nya. 2. Ibu dan Bapak tercinta yang telah memberikan segalanya untuk keberhasilan pendidikan saya. 3. Sanak Saudara yang telah memberikan bantuan serta dukungan untuk pendidikan saya. 4. Dosen dan Karyawan Fakultas Sains dan Teknologi yang telah membimbing dan memberikan ilmu kepada saya. 5. Teman-teman seperjuangan semua.. vii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat serta limpahan anugerah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Skripsi : Pemodelan Dan Simulasi Pemanas Air Energi Surya Menggunakan Kolektor Pipa Paralel dengan baik dan lancar. Tujuan penyusunan Skripsi ini adalah sebagai salah satu syarat wajib guna mendapatkan gelar sarjana S1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penyusunan Skripsi ini melibatkan banyak pihak. Maka, dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Tuhan Yesus Kristus. 2. Kedua Orang Tua saya, Suroto dan Sri Sunarni serta adik-adik saya Eliza Anugraheni dan Novalio Nugraha yang telah memberikan motivasi dan dukungan kepada penulis baik secara moril, material maupun spiritual. 3. Keluarga Besar Trah Suto Wagiyah yang telah memberikan motivasi dan dukungan kepada penulis baik secara moril, material maupun spiritual. 4. Sudi Mungkasi, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 5. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 6. Ir. Fransiscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi. 7. Alm. Prof. Dr. Vet. Asan Damanik, selaku Dosen Pembimbing Akademik. 8. Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra, selaku Dosen Pembimbing Akademik. 9. Seluruh Dosen, Staff, dan Karyawan Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah. viii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. mendidik dao memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis dalam penyusunao skripsi ini. 10. Yayasan. Peduli Kasih. AA. Rachmad yang telah berkenan memberikan. beasiswa. 11.. S/idya Savitiningtyas yang selalu memberikan do4 se,mangat serta dukungan secara moral.. 12. Seluruh sahabat sayq Teknik Mesin. A (TMA Hooligans) 2015.. 13. Seluruh penguxus Kabinet Kolaborasi Bersinar Badan Eksekutif Mahasiswa. Universitas Sanata Dharma (BEM USD) periode z0fln01,8. 14. Seluruh pengurus Komisi Pemuda Gereja Kristsn Jawa Karangnongko periode. 2015-2017. 15. Seluruh sahabat saya, Kelas Rekayasa Tenaga Surya 2015. 16. Seluruh sahabat saya, Kuliah KerjaNyafa 17. Semua pihak yang. Aptik Peduli Mentawai Batch trI.. tidak dapat saya sebutkan satu per satu secara langsung. maupun tidak langsung yang telah memberikan dukungan.. Penulis menyadari bahwa di dalam penulisan slaipsi ini masih banyak terdapat. kekuangan dan jauh dari kesempurnaan. Maka dari itn, penulis memohon maaf atas. segala kritik. dan kesalalran yang terdapat dalam penulisan skripsi. ini. Saran dan. dari pembaca sangat diharapkan penulis demi perbaikan di. kemudianhari.. Atfiir kata penulis berharap. semoga penyusunan slaipsi. ini. nantinya dapat. Yogyakarta 17 Desember 2018. W Penulis. Ganang Darmanto. ix.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. ABSTRAK Air panas merupakan salah satu kebutuhan dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari keperluan rumah tangga sampai dengan industri seperti mencuci piring, mencuci pakaian, mandi, membersihkan botol, dan lain sebagainya. Banyak cara untuk mendapatkan air panas tersebut, mulai dari menggunakan bahan bakar fosil sampai dengan energi listrik. Alat pemanas air energi surya yang sudah ada saat ini masih belum optimal, hal ini dikarenakan masih minimnya pengembangan panduan dalam tahap perancangan alat pemanas air energi surya. Dari persoalan tersebut, banyak didapatkan hasil temperatur air panas dan efisiensi alat pemanas air energi surya yang masih belum optimal. Oleh karena itu, untuk mengatasi persoalan tersebut diperlukan upaya pemodelan dan simulasi. Hal ini dilakukan guna mendapatkan sebuah rancangan alat pemanas air energi surya yang lebih baik. Penelitian pemanas air energi surya ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh dari luasan permukaan reflektor dan sudut reflektor terhadap unjuk kerja alat pemanas air energi surya serta untuk mengetahui perbandingan simulasi dengan alat pemanas air energi surya. Pada penelitian ini akan diukur besarnya temperatur air masuk kolektor (Tin1), temperatur air keluar kolektor (Tout1), temperatur air masuk bak (Tin2), temperatur air keluar bak (Tout2), temperatur air tengah bak (Tbak), temperatur sekitar (Ta), temperatur kolektor (Tp), temperatur kaca (Tc), dan energi matahari yang diterima (G). Data dari hasil penelitian tersebut selanjutnya dilakukan perhitungan untuk mencari efisiensi kolektor dari alat pemanas air energi surya dan selanjutnya akan dibuat grafik berupa perbandingan simulasi dengan alat. Simulasi yang diperoleh dapat membantu dalam perancangan alat pemanas air energi surya, sehingga dapat diperoleh hasil efisiensi kolektor dan temperatur air panas yang lebih optimal. Dari penelitian ini diperoleh efisiensi kolektor paling tinggi sebesar 81% pada variasi sudut reflektor dengan luasan sebesar 1,5 m2 pada sudut 30° dan diperoleh temperatur air panas paling tinggi sebesar 40.47°C pada variasi tanpa penambahan reflektor dengan sudut 45°. Kata kunci : pemanas air, kolektor pipa paralel, simulasi. x.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. ABSTRACT Hot water is one of the needs in everyday life, ranging from household needs to industries such as washing dishes, washing clothes, bathing, cleaning bottles, and so forth. There are many ways to get the hot water, from using fossil fuels to electricity. Solar energy water heaters that are currently available are still not optimal, this is due to the lack of development guidelines in the design phase of solar energy water heaters. From this problem, many results obtained from the temperature of hot water and the efficiency of solar energy water heaters that are still not optimal. Therefore, to overcome this problem modeling and simulation efforts are needed. This is done to get a better design of a solar energy water heater. The study of solar energy water heaters aims to analyze the effect of the surface area of the reflector and reflector angle on the performance of solar energy water heaters and to compare the simulation with solar energy water heaters. In this study the collector water temperature will be measured (Tin1), the collector's outgoing water temperature (Tout1), the temperature of the inlet water (Tin2), the water temperature out of the tub (Tout2), the center water temperature (Tbak), the ambient temperature (Ta), collector temperature (Tp), glass temperature (Tc), and solar energy received (G). Data from the results of these studies are then calculated to find the efficiency of collectors from solar energy water heaters and then graphs will be made in the form of a comparison comparison with the tool. The simulation obtained can help in designing solar energy water heaters, so that the collector efficiency and hot water temperature can be obtained more optimally. From this study the highest collector efficiency was obtained at 81% in the angle variation of the reflector with an area of 1.5 m2 at an angle of 30° and obtained the highest hot water temperature of 40.47 °C in variations without the addition of a reflector with 45° angle. Keywords: water heater, parallel pipe collector, simulation. xi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ................................................................................................... i TITLE PAGE ............................................................................................................. ii LEMBAR PERSETUJUAN ...................................................................................... iii LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................................... iv LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH .. v LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................ vi HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................... vii KATA PENGANTAR .............................................................................................. viii ABSTRAK .................................................................................................................. x ABSTRACT ................................................................................................................ xi DAFTAR ISI .............................................................................................................. xii DAFTAR TABEL ..................................................................................................... xv DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xvii DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... xviii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1 1.2 Identifikasi Masalah .......................................................................................... 2 1.3 Rumusan Masalah ............................................................................................. 3 1.4 Batasan Masalah................................................................................................ 3 1.5 Tujuan dan Manfaat Penelitian ......................................................................... 4 1.5.1 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 4 1.5.2 Manfaat Penelitian ........................................................................................... 4 xii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB II TINJAUAN PUSTAKA................................................................................. 5 2.1 Penelitian Terdahulu ......................................................................................... 5 2.2 Landasan Teori .................................................................................................. 9 2.3 Hipotesis ......................................................................................................... 17 BAB III METODE PENELITIAN .......................................................................... 18 3.1 Metode Penelitian............................................................................................ 18 3.2 Langkah Penelitian .......................................................................................... 21 3.3 Skema dan Spesifikasi Alat............................................................................. 22 3.4 Variabel yang Divariasikan ............................................................................. 25 3.5 Parameter yang Diukur ................................................................................... 25 3.6 Alat Ukur yang Digunakan ............................................................................. 26 3.7 Langkah Analisis Data .................................................................................... 27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 28 4.1 Data Penelitian ................................................................................................ 28 4.2 Hasil Penelitian ............................................................................................... 31 4.3 Pembahasan ..................................................................................................... 54 4.3.1 Analisis Pengaruh Luas Kolektor Terhadap Efisiensi Kolektor Pada Variasi 1, 2, dan 3 …………………………………………………….. 54 4.3.2 Analisis Pengaruh Sudut Datang Terhadap Efisiensi Kolektor Pada Variasi 3, 4, dan 5 …...……………………………………………….. 57 4.3.3 Perbandingan Simulasi Dengan Eksperimen Pada Variasi 1, 2, 3, 4, dan 5 ……………………………………………...………………………………………………………………… 58 BAB V PENUTUP ..................................................................................................... 71 5.1 Kesimpulan ………...………………………………………………………. 71 xiii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 5.2 Saran ....…………………………………………………………………….. 73 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 74 LAMPIRAN ............................................................................................................... 76. xiv.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 1 ......... 28 Tabel 4.2 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 2 ......... 29 Tabel 4.3 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 3 ......... 29 Tabel 4.4 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 4 ......... 30 Tabel 4.5 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 5 ......... 30 Tabel 4.6 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 1 ........................... 34 Tabel 4.7 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 1 ................................ 35 Tabel 4.8 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 1 .......................................... 35 Tabel 4.9 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 2 ........................... 36 Tabel 4.10 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 2 .............................. 36 Tabel 4.11 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 2 ........................................ 37 Tabel 4.12 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 3 ......................... 37 Tabel 4.13 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 3 .............................. 38 Tabel 4.14 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 3 ........................................ 38 Tabel 4.15 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 4 ......................... 39 Tabel 4.16 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 4 .............................. 39 Tabel 4.17 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 4 ........................................ 40 Tabel 4.18 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 5 ......................... 40 Tabel 4.19 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 5 .............................. 41 Tabel 4.20 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 5 ........................................ 41 Tabel 4.21 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 1.................................................................................................... 43 Tabel 4.22 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 1 ..................................... 44 Tabel 4.23 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 2.................................................................................................... 44 Tabel 4.24 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 2 ..................................... 45. xv.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. Tabel 4.25 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 3.................................................................................................... 45 Tabel 4.26 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 3 ..................................... 46 Tabel 4.27 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 4.................................................................................................... 46 Tabel 4.28 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 4 ..................................... 47 Tabel 4.29 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 5.................................................................................................... 47 Tabel 4.30 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 5 ..................................... 48 Tabel 4.31 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 1 ......................... 49 Tabel 4.32 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 2 ......................... 49 Tabel 4.33 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 3 ......................... 50 Tabel 4.34 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 4 ......................... 50 Tabel 4.35 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 5 ......................... 51 Tabel 4.36 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 1 ...................................................... 52 Tabel 4.37 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 2 ...................................................... 52 Tabel 4.38 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 3 ...................................................... 53 Tabel 4.39 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 4 ...................................................... 53 Tabel 4.40 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 5 ...................................................... 54. xvi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1 Langkah-langkah penelitian................................................................... 20 Gambar 3 2 Skema Alat Pemanas Air Energi Surya ................................................. 22 Gambar 3.3 Alat Pemanas Air Energi Surya ............................................................. 23 Gambar 3.4 Alat Pemanas Air Energi Surya Menggunakan Reflektor ..................... 24 Gambar 4.1 Grafik perbandingan luas kolektor dengan efisiensi kolektor ............... 55 Gambar 4.2 Grafik perbandingan sudut reflektor dengan efisiensi kolektor ............ 57 Gambar 4.3 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi surya variasi 1 ....................................................................... 59 Gambar 4.4 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi surya variasi 1 ....................................................................................... 60 Gambar 4.5 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi surya variasi 2 ....................................................................... 61 Gambar 4.6 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi surya variasi 2 ....................................................................................... 62 Gambar 4.7 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi surya variasi 3 ....................................................................... 63 Gambar 4.8 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi surya variasi 3 ....................................................................................... 64 Gambar 4.9 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi surya variasi 4 ....................................................................... 66 Gambar 4.10 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi surya variasi 4 ....................................................................................... 66 Gambar 4.11 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi surya variasi 5 ....................................................................... 68 Gambar 4.12 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi surya variasi 5 ....................................................................................... 69. xvii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Gambar Alat Pemanas Air Energi Surya .............................................. 76 Lampiran 2. Gambar Alat Ukur Yang Digunakan .................................................... 78 Lampiran 3. Grafik Bilangan Nusselt Rata-rata Dalam Berbagai Bilangan Prandtl ................................................................................................... 80 Lampiran 4. Grafik Koefisien Konveksi Alam hi Dengan Sudut β Sebagai Parameter .............................................................................................. 81 Lampiran 5. Tabel Sifat Air ...................................................................................... 82. xviii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB I PENDAHULUAN. 1.1. Latar Belakang Air panas merupakan salah satu kebutuhan dalam kehidupan sehari-hari, mulai. dari keperluan rumah tangga seperti mencuci piring, mencuci pakaian sampai dengan mandi. Air panas tidak hanya dibutuhkan untuk keperluan rumah tangga saja melainkan juga dibutuhkan didalam dunia industri seperti membersihkan botol, dan lain sebagainya. Banyak cara untuk mendapatkan air panas tersebut, mulai dari menggunakan bahan bakar fosil sampai dengan energi listrik. Akan tetapi pada saat ini, cadangan bahan bakar fosil di Indonesia semakin menipis. Maka dibutuhkan suatu alat untuk mendapatkan air panas tersebut dengan cara yang lebih ekonomis dan ramah lingkungan. Oleh karena itu, salah satu cara untuk mengatasi persoalan tersebut yaitu dengan alat pemanas air energi surya. Dewasa ini, persoalan yang terdapat pada alat pemanas air energi surya yaitu mengenai optimalisasi dari temperatur air panas dan efisiensi dari alat pemanas air energi surya. Hal ini dikarenakan kondisi cuaca yang tidak dapat diprediksi oleh alat pemanas air energi surya. Maka dari itu, perlu adanya penambahan reflektor disamping kolektor surya untuk mengoptimalkan penyerapan sinar matahari yang dapat diserap oleh kolektor surya. Adapun alat pemanas air energi surya yang telah dibuat sebelumnya masih belum mendapatkan hasil yang optimal dari segi penambahan reflektor dan. 1.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2. penempatan sudut reflektor. Maka diperlukan rancangan serta panduan dalam pengembangan alat pemanas air energi surya. Oleh karena itu, salah satu cara untuk mengatasi persoalan tersebut yaitu dengan dilakukan perbandingan antara hasil eksperimen dengan simulasi secara matematis.. 1.2. Identifikasi Masalah Alat pemanas air energi surya yang sudah ada saat ini masih belum optimal, hal. ini dikarenakan masih minimnya pengembangan panduan dalam tahap perancangan alat pemanas air energi surya. Dari persoalan tersebut, banyak didapatkan hasil temperatur air panas dan efisiensi alat pemanas air energi surya yang masih belum optimal. Oleh karena itu, untuk mengatasi persoalan tersebut diperlukan upaya pemodelan dan simulasi. Hal ini dilakukan guna mendapatkan sebuah rancangan alat pemanas air energi surya yang lebih baik. Selain itu, untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal maka perlu ditambahkan variasi dalam pembuatan model alat dari simulasi tersebut. Adapun variasi yang digunakan untuk mendapatkan hasil temperatur air panas dan efisiensi alat yang lebih optimal yaitu dengan posisi tangki horizontal dan dengan ditambahkan reflektor pada samping kolektor. Posisi tangki horizontal dimaksudkan supaya luasan air dingin yang terdapat didalam tangki lebih luas, sehingga dengan demikian air panas yang masuk kedalam tangki penyimpanan tidak cepat merambat ke air yang dingin. Maka ketika air dingin tersebut mengalir ke dalam pipa pemanas, air yang dingin tersebut akan lebih cepat panas karena perbedaan temperatur yang lebih besar..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 3. Sedangkan penambahan reflektor dibagian samping kolektor surya dimaksudkan untuk mengoptimalkan penyerapan sinar matahari yang dapat diserap oleh kolektor surya. Hal ini dikarenakan didalam penyerapan yang dilakukan oleh kolektor surya, ada sebagian sinar matahari yang dipantulkan kembali ke atmosfir. Oleh karena itu, reflektor inilah yang nantinya berfungsi untuk membantu dalam mengoptimalkan panas dari sinar matahari yang memantul keluar tersebut untuk nantinya diarahkan kembali mengarah ke kolektor surya.. 1.3. Rumusan Masalah Dari uraian identifikasi masalah diatas, didapatkan rumusan masalah pada. penelitian ini yaitu: a. Bagaimana pengaruh luas reflektor terhadap efisiensi kolektor pemanas air energi surya? b. Bagaimana pengaruh sudut reflektor terhadap efisiensi kolektor pemanas air energi surya?. 1.4. Batasan Masalah a. Temperatur kaca dianggap merata. b. Temperatur absorber dianggap merata c. Ketinggian air dianggap merata. d. Kemiringan kolektor sebesar 30° dengan susunan pipa paralel. e. Luasan absorber dan volume air dalam tangki..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 4. 1.5. Tujuan dan Manfaat Penelitian 1.5.1. Tujuan Penelitian. a. Menganalisis pengaruh luasan reflektor terhadap unjuk kerja alat pemanas air energi surya. b. Menganalisis pengaruh sudut reflektor terhadap unjuk kerja alat pemanas air energi surya. c. Membuat simulasi alat pemanas air energi surya. 1.5.2. Manfaat Penelitian. a. Untuk menambah kepustakaan teknologi pemanas air energi surya. b. Sebagai panduan dalam pengembangan alat pemanas air energi surya. c. Dikembangkan dalam pembuatan prototipe untuk menambah alat yang berguna bagi masyarakat..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB II TINJAUAN PUSTAKA. 2.1. Penelitian Terdahulu Penelitian mengenai alat pemanas air energi surya sebelumnya sudah pernah. dilakukan, diantaranya pemanas air energi surya dengan sel surya sebagai absorber (Subarkah, R., dan Belyamin, 2011), penelitian ini dilakukan bertujuan untuk menghasilkan alat pemanas air energi surya dengan sel surya sebagai absorber. Pada penilitian ini sel surya yang diberi tambahan pelat absorber pada permukaan bawahnya menghasilkan efisiensi ± 1-3% lebih rendah jika dibandingkan dengan sel surya yang tanpa diberi tambahan pelat absorber pada permukaan bawahnya. Pada penelitian ini dihasilkan air panas dengan temperatur ± 40°C sebanyak ± 50 liter dalam kurun waktu lima jam pada saat kondisi cuaca cerah. Penelitian selanjutnya adalah analisis kinerja pemanas air tenaga surya dengan reflector linear parabolic concentrating (Rahman, S., Kahar, dan Rusdi, M., 2014). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui energi berguna dari kolektor, besarnya kalor yang dapat dimanfaatkan di dalam tangki dan mengetahui besarnya efisiensi kolektor dalam pemanfaatan energi matahari. Pada penelitian ini memiliki hasil besarnya energi berguna dari reflektor parabolik sebesar 474,65 W, energi maksimum yang tersimpan di dalam tangki sebesar 440,87 W, dan efisiensi sesaat reflektor linear parabolic concentrating yaitu sebesar 16,23% - 47,01%. Penelitian selanjutnya adalah unjuk kerja pemanas air jenis kolektor surya plat datar dengan satu dan dua kaca penutup (Tirtoatmodjo, R., dan Handoyo, E. A., 1999),. 5.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 6. dimana penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan unjuk kerja dari pemanas air dengan satu dan dua kaca penutup. Pada penelitian ini, diperoleh hasil bahwa efisiensi menggunakan dua kaca penutup lebih baik dibandingkan hanya dengan satu kaca penutup. Pada penelitian ini juga diperoleh hasil perbedaan temperatur air keluar kolektor dan temperatur air masuk kolektor menggunakan dua kaca penutup lebih tinggi sebesar 17°C dibandingkan kolektor dengan satu kaca penutup. Penelitan selanjutnya adalah pengaruh jarak antar pipa pada kolektor terhadap panas yang dihasilkan solar water heater (SWH) (Susanto, H., dan Irawan, D., 2017), penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perpindahan panas yang terjadi pada kolektor pemanas air energi surya dengan variasi jarak antar pipa tembaga dan untuk mengetahui efisiensi perubahan panas yang terjadi, serta untuk mengetahui jarak antar pipa pemanas yang tepat pada pemanas air energi surya. Dalam penelitian ini diperoleh hasil pada pipa tembaga dengan jarak 5 cm diperoleh perpindahan panas secara konveksi sebesar 549,73 W dan efisiensi perubahan panas rata-rata pada intensitas matahari tertinggi sebesar 33%, pada pipa tembaga dengan jarak 7 cm diperoleh perpindahan panas secara konveksi sebesar 256,33 W dan efisiensi perubahan panas rata-rata pada intensitas matahari tertinggi sebesar 21,98%, dan pada pipa tembaga dengan jarak 9 cm diperoleh perpindahan panas secara konveksi sebesar 101,74 W dan efisiensi perubahan panas rata-rata pada intensitas matahari tertinggi sebesar 13,33%. Pada penelitian ini juga diperoleh hasil jarak antar pipa pemanas yang tepat digunakan pada pemanas air energi surya yaitu dengan jarak antar pipa sebesar 5 cm. Penelitian selanjutnya adalah analisis kolektor sederhana bergelombang dengan penambahan reflektor terhadap kinerja solar.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 7. water heater (Sutrisno, dan Mustafa., 2014), penelitian ini bertujuan untuk menganalisa penambahan reflektor panas terhadap panas yang dipantulkan. Penelitian ini diperoleh hasil bahwa dengan penambahan reflektor membuat penyerapan panas menjadi lebih efektif dan maksimal. Penelitian selanjutnya adalah analisis performansi kolektor surya pemanas air dengan pelat kolektor bentuk V (Jalaluddin, Arief, E., dan Tarakka, R., 2015), penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari kolektor surya dengan pelat absorber berbentuk V terhadap kolektor dengan pelat absorber datar. Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa kolektor surya dengan pelat absorber berbentuk V memiliki peningkatan performasi sebesar 2,36% pada debit 0,5 liter/menit dan 4,23% pada debit 2,0 liter/menit. Penelitian selanjutnya adalah optimasi jumlah pipa pemanas terhadap kinerja kolektor surya pemanas air (Sumarsono, M., 2005), penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari jumlah pipa pemanas air yang optimal. Pada penelitian ini diperoleh hasil energy berguna optimum dapat dihasilkan oleh kolektor surya dengan jumlah pipa pemanas sebanyak 6 pipa dan 8 pipa. Penelitian selanjutnya adalah pengaruh pelat penyerap ganda model gelombang dengan penambahan reflector terhadap kinerja solar water heater sederhana (N.R., Ismail., 2006), penelitian ini bertujuan untuk membandingkan kinerja pelat penyerap ganda model gelombang dengan penambahan reflektor dan tanpa reflektor. Penelitian ini diperoleh hasil bahwa solar water heater pelat ganda dengan penambahan reflektor dapat meningkatkan nilai efisiensi penyerapan rata-rata sebesar 24,02%, sedangkan nilai efisiensi penyerapan panas rata-rata pada solar water heater pelat penyerap model gelombang tanpa reflektor sebesar 19,81%. Penelitian selanjutnya adalah unjuk kerja.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 8. kolektor surya pelat datar aliran paralel (Zulfa, Amrizal, dan Amrul., 2017), penelitian ini bertujuan untuk mengkarakterisasi unjuk kerja termal kolektor surya aliran paralel berupa efisiensi dan pressure drop berdasarkan variasi jarak antar pipa paralel terhadap diameter pipa dan arah aliran fluida pada pipa riser. Penelitian ini diperoleh hasil kolektor dengan W/D 8 aliran vertikal memiliki unjuk kerja terbaik dari sisi efisiensi sebesar 46,65% dan rugi-rugi kalor dengan nilai 2,7111 W/(m2.K), sementara kolektor dengan W/D 12 untuk aliran vertikal memiliki pressure drop terbaik dengan nilai 123,48 Pa, dan kolektor yang menggunakan penutup kaca dan kolektor dengan laju aliran massa yang lebih kecil memiliki unjuk kerja terbaik dari sisi koefisien kerugian panas dan efisiensi. Penelitian selanjutnya adalah pemodelan dan simulasi perpindahan panas pada kolektor surya pelat datar (Amir, F., Syuhada, A., dan Hamdani., 2013). Pada penelitian pemodelan dan simulasi pemanas air ini dilakukan untuk menganalisa serta mengukur perpindahan panas pada kolektor surya dengan tipe plat datar. Hasil dari simulasi ini kemudian dijadikan pembanding dengan hasil pengujian studi eksperimental. Dan didapatkan temperatur fluida yang keluar hasil simulasi ini lebih besar daripada hasil pengujian. Pada penelitian sebelumnya ini diperoleh hasil nilai intensitas surya paling tinggi pada pukul 13.00 WIB dengan energi panas yang dihasilkan sebesar 700 W/m2, intensitas surya paling rendah pada pukul 18.00 WIB dengan energi panas yang dihasilkan sebesar 215 W/m2. Pada penelitian ini juga diperoleh hasil temperatur fluida keluar hasil simulasi lebih besar daripada hasil studi eksperimental dengan plat absorber yang sama..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 9. 2.2. Landasan Teori Sistem sirkulasi pemanas air energi surya merupakan sebuah rangkaian. pemanas air yang terdiri dari berbagai komponen pemanas air untuk menghasilkan air panas yang konstan secara alami. Dalam pemanas air energi surya terdapat tiga cara perpindahan panas yaitu perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Pada penelitian pemanas air energi surya ini, perpindahan panas yang terjadi adalah secara konveksi dan radiasi. Perpindahan panas secara konveksi merupakan proses perpindahan panas dengan melibatkan perpindahan massa molekul-molekul fluida dari satu tempat ke tempat yang lain. Perpindahan panas secara konveksi dibagi menjadi dua, yaitu konveksi paksa dan konveksi alamiah. Dikatakan konveksi secara paksa apabila perpindahan panas tersebut disebabkan oleh bantuan dorongan sebuah blower atau alat lainnya. Sedangkan dikatakan konveksi alamiah, jika perpindahan panas tersebut disebabkan oleh perbedaan massa jenis. Pada umumnya, perpindahan panas secara konveksi (q, watt) ini dapat dinyatakan dengan persamaan hukum pendinginan Newton sebagai berikut : 𝑞 = ℎ . 𝐴 (𝑇𝑤 − 𝑇). (1). dengan h adalah koefisien konveksi (W/(m2.K)), A adalah luas permukaan (m2), Tw adalah temperatur dinding (K), T adalah temperatur fluida (K). Pada umumnya koefisien koveksi h dinyatakan menggunakan parameter tanpa dimensi yang disebut bilangan Nusselt. Adapun bilangan Nusselt (Nu) dapat dicari dengan menggunakan persamaan :.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 10. 𝑁𝑢 =. ℎ . 𝑑𝑖 𝑘. (2). dengan k adalah konduktivitas panas (W/(m.K)), dan di adalah diameter dalam pipa (m). Karena aliran dalam pemanas air energi surya laminer dan tabung-tabungnya adalah relatif pendek, maka bilangan Nusselt rata-rata dan harga rata-rata h dalam tabung dapat dicari menggunakan grafik seperti yang dianjurkan oleh Duffie dan Beckman. Untuk menggunakan grafik dalam gambar tersebut haruslah menghitung sebuah bilangan tidak berdimensi yang disebut dengan bilangan Reynolds. Adapun bilangan Reynolds (Re) dapat dihitung menggunakan persamaan : 𝑅𝑒 =. 4 . 𝑚̇ 𝜋 . 𝑑𝑖 . 𝜇. (3). dengan ṁ adalah laju aliran massa fluida (kg/s), dan μ adalah viskositas dinamik (kg/m.s). Selain itu untuk menggunakan grafik dalam gambar tersebut haruslah menghitung sebuah bilangan tanpa dimensi lain yang disebut dengan bilangan Prandtl. Adapun bilangan Prandtl (Pr) dapat dihitung menggunakan persamaan : 𝑃𝑟 =. 𝑐𝑃 . 𝜇 𝑘. (4). dengan cp adalah panas jenis spesifik pada tekanan konstan (kJ/kg.°C). Maka dengan menggunakan bilangan-bilangan diatas dapat diperoleh persamaan yang selanjutnya digunakan dalam menentukan bilangan Nusselt rata-rata. Apabila pemanas air energi surya bekerja dalam daerah bilangan Reynolds antara 2000 sampai 10000, menurut Shewen dan Hollands menganjurkan bilangan Nusselt dapat dihitung menggunakan persamaan :.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 11. 𝑁𝑢 = 0,00269 . 𝑅𝑒. (5). Efisiensi sirip merupakan suatu ukuran untuk mengetahui besarnya radiasi yang dapat diserap dan diubah menjadi panas yang dikonduksikan ke bagian dasar sirip (Arismunandar, W., 1995). Efisiensi sirip merupakan salah satu parameter penting dalam perancangan kolektor surya jenis cairan. Sehingga dapat disimpulkan bahwa efisiensi sirip adalah perbandingan panas yang dipindahkan kedalam sirip dibagi dengan panas yang dipindahkan apabila seluruh sirip berada pada temperatur dasar. Efisiensi sirip (F) dapat dihitung menggunakan persamaan : 𝑈𝐿 𝑠−𝑑 . ( 2 )] 𝑘. 𝛿. tanh [√ 𝐹=. (6). √ 𝑈𝐿 . (𝑠 − 𝑑 ) 2 𝑘. 𝛿. dengan UL adalah koefisien kerugian panas total (W/(m2.K)), k adalah konduktivitas termal (W/(m.K)), δ adalah tebal pelat (m), s adalah jarak antar pipa (m), dan d adalah diameter luar pipa (m). Untuk mendapatkan efisiensi sirip, maka harus diperhatikan koefisien kerugian total yang terjadi pada alat pemanas air energi surya. Hal ini dikarenakan besarnya koefisien kerugian total yang didapatkan akan sangat berkaitan dengan efisiensi sirip yang diperoleh. Hal ini dapat dideskripsikan bahwa semakin tinggi koefisien kerugian total yang didapatkan dari alat pemanas air energi surya maka efisiensi sirip yang diperoleh akan semakin rendah. Begitu pula sebaliknya, semakin rendah koefisien kerugian total yang didapatkan dari alat pemanas air energi surya maka efisiensi sirip yang diperoleh akan semakin tinggi. Untuk menghitung koefisien.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 12. kerugian total (UL, (W/(m2.K))) dari alat pemanas air energi surya, maka dapat dilakukan menggunakan persamaan : 𝑈𝐿 = 𝑈𝑏 + 𝑈𝑡. (7). dengan Ub adalah koefisien kerugian bawah (W/(m2.K)), dan Ut adalah koefisien kerugian atas (W/(m2.K)). Koefisien kerugian total merupakan hasil penjumlahan antara koefisien kerugian bawah dengan koefisien kerugian atas. Panas hilang dari bagian atas pelat penyerap dikarenakan konveksi alam dan dikarenakan radiasi ke permukaan dalam dari pelat penutup kaca. Panas tersebut dikonduksikan oleh pelat kaca ke permukaan luarnya, kemudian dipindahkan ke atmosfer luar secara konveksi dan radiasi. Koefisien kerugian atas (Ut, (W/(m2.K))) ini dapat dihitung menggunakan persamaan : 1 1 𝑡 1 = + + 𝑈𝑡 ℎ𝑖 + ℎ𝑟𝑖 𝑘 ℎ𝑜 + ℎ𝑟𝑜. (8). dengan, hi adalah koefisien konveksi alam dalam (W/(m2.K)), hri adalah koefisien radiasi ekivalen dalam (W/(m2.K)),. 𝑡 𝑘. atau R (kaca) adalah harga tahanan termal dari. kaca (m.K/W), ho adalah koefisien konveksi luar (W/(m2.K)), dan hro adalah koefisien radiasi ekivalen luar (W/(m2.K)). Dimana sirkuit-sirkuit pada tahanan diatas dapat dijabarkan dan dihitung menggunakan persamaan-persamaan : menghitung koefisien konveksi alam dalam (hi, (W/(m2.K))) menggunakan persamaan: ℎ𝑖 =. ℎ𝑖 .∅ .∅ ∅1 . ∅2 1 2. (9).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 13. untuk mencari hi maka perlu menghitung fungsi-fungsi dari Φ1, Φ2, dan Φ3 menggunakan persamaan : 137. ∅1 =. 1. 1. (𝑇𝑚 + 200)3 . 𝑇𝑚2 ∅2 =. 𝑇𝑃 − 𝑇𝐶 50. (10). (11) 2. 1428 . (𝑇𝑚 + 200)3 ∅3 = 𝑇𝑚2. (12). dengan Tp adalah temperatur pelat (K) dan Tc adalah temperatur kaca (K). Dengan (Tm, (K)), dapat dihitung menggunakan persamaan : 𝑇𝑝 + 𝑇𝑐 𝑇𝑚 = ( ) 2. (13). dengan diketahuinya nilai Φ1, Φ2, dan Φ3, maka dapat diperoleh nilai dari zΦ2Φ3. Dengan menarik garis lurus nilai zΦ2Φ3 (cm) keatas memotong sudut kemiringan kolektor 30° maka dapat diperoleh nilai dari hi/Φ1Φ2. menghitung koefisien radiasi ekivalen dalam (hri, W/(m2.K)) menggunakan persamaan: ℎ𝑟𝑖 =. 𝜎 . (𝑇𝑝4 − 𝑇𝑐4 ) 1 1 (𝜀 + 𝜀 − 1). (𝑇𝑝 − 𝑇𝑐 ) 𝑝 𝑐. (14). menghitung tahanan termal kaca (R, m.K/W) menggunakan persamaan : 𝑅 (𝑘𝑎𝑐𝑎) =. 𝑡 𝑘. menghitung koefisien konveksi luar (ho, W/(m2.K)) menggunakan persamaan :. (15).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 14. ℎ𝑜 = 5,7 + 3,8 . 𝑉. (16). menghitung koefisien radiasi luar ekivalen (hro, W/(m2.K)) menggunakan persamaan : ℎ𝑟𝑜 =. 4 𝜀𝑐 . 𝜎 (𝑇𝑐4 − 𝑇𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑡 ) 𝑇𝐶 − 𝑇𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑡. (17). dengan σ adalah konstanta Stefan-Boltzmann 5,67 x 10-8 (W/(m2.K4)), Ɛp adalah emisivitas penyerap, Ɛg adalah emisivitas kaca, t adalah tebal kaca (m), k adalah konduktivitas termal (W/(m.K)), V adalah kecepatan angin (m/s), Ta adalah temperatur luar (K), dan Tlangit adalah temperatur langit (K). Dimana temperatur langit (Tlangit, K) dapat dihitung menggunakan persamaan : 𝑇𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑡 = 0,0552. 3 . (𝑇𝑎2 ). (18). menghitung koefisien kerugian bawah (Ub, W/(m2.K)) menggunakan persamaan : 𝑈𝑏 =. 1 𝑅. (19). Karena temperatur Tp dari pelat penyerap berubah-ubah sepanjang dan melintang pelat tersebut, maka persamaan perolehan panas kolektor dan persamaan efisiensi biasanya dinyatakan sebagai fungsi dari temperatur fluida masuk, yang relative mudah dikontrol dan diukur selama pengujian dan operasionalnya. Hal ini memungkinkan penggunaan temperatur fluida rata-rata yang selanjutnya disebut dengan faktor efisiensi. Adapun faktor efisiensi (F’) dapat dihitung menggunakan persamaan :.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 15. 1 𝑈𝐿. 𝐹′ = 𝑠. {. 1 1 1 +𝐶 + } ℎ . 𝜋 . 𝑑𝑖 𝑈𝐿 . [(𝑠 − 𝑑) . 𝐹 + 𝑑] 𝑏. (20). dengan UL adalah koefisien kerugian total (W/(m2.K)), s adalah jarak antar pipa (m), d adalah diameter luar pipa (m), Cb adalah konduktansi perekat (W/(m.K)), h adalah koefisien konveksi fluida (W/(m2.K)), dan di adalah diameter dalam pipa (m). menghitung konduktansi perekat (Cb, W/(m.K)) menggunakan persamaan : 𝐶𝑏 =. 𝑘. 𝑏 𝑙. (21). dengan b adalah panjang perekat (m) dan l adalah tebal perekat (m). menghitung tahanan koefisien konveksi fluida (h, W/(m2.K)) menggunakan persamaan: ℎ = 𝑁𝑢. 𝑘 𝑑𝑖. (22). Perolehan panas sebuah kolektor surya lebih baik dinyatakan sebagai fungsi dari temperatur masuk fluida (Ti). Dimana Ti selalu lebih kecil daripada temperatur pelat yang menjadi dasar dari UL. Maka kerugian yang dihitung adalah terlalu rendah dan perolehan panas terlalu besar. Faktor pelepasan panas adalah perbandingan antara energi berguna yang dikumpulkan terhadap energi yang mungkin dikumpulkan, apabila temperatur fluida sepanjang pipa adalah sama dengan temperatur masuk (lebih dingin). Adapun faktor pelepasan panas (FR) dapat dihitung menggunakan persamaan: 𝑚̇ . 𝐶𝑝 𝐹𝑅 𝑈𝐿 . 𝐹 ′ = [1 − 𝑒𝑘𝑠𝑝 − ( )] 𝐹′ 𝑈𝐿 . 𝐹 ′ 𝑚̇ . 𝐶𝑝. (23).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 16. dengan ṁ adalah laju aliran massa (kg/s), CP adalah panas jenis spesifik pada tekanan konstan (kJ/kg.°C), UL adalah koefisien kerugian total (W/(m2.K)), F’ adalah faktor efisiensi, dan eksp adalah fungsi eksponensial. Efisiensi kolektor merupakan perbandingan antara energi bermanfaat yang dihasilkan oleh kolektor melalui pemanasan air terhadap energi matahari yang diterima oleh kolektor tersebut. Adapun efisiensi kolektor (Ƞ) dapat dihitung menggunakan persamaan : Ƞ = 𝐹𝑅 . (𝜏𝛼) − 𝐹𝑅 . 𝑈𝐿 . (. 𝑇𝑖 . 𝑇𝑎 ) 𝐺𝑇. (24). dengan FR adalah faktor pelepasan panas, τα adalah 0,80, UL adalah koefisien kerugian total (W/(m2.K)), Ti adalah temperatur air masuk (°C), Ta adalah temperatur sekitar (°C), dan GT adalah panas matahari yang diterima kolektor (W/m2). Efisiensi kolektor dari kolektor surya bukanlah sebuah konstanta melainkan karakteristik dengan variabel tinggi yang tergantung dari temperatur sekitar, tingkat panas matahari yang diterima kolektor, dan temperatur air masuk. Untuk menghasilkan model eksperimental dengan hasil yang lebih baik, maka diperlukan sebuah simulasi matemastis. Simulasi ini dilakukan dengan cara membuat persamaan matematis dan selanjutnya dibandingkan dengan hasil model eksperimental yang telah dibuat sebelumnya. Adapun persamaan matematis untuk simulasi yaitu sebagai berikut : 𝑚𝑠 𝑐𝑠. 𝑑𝑇𝑠 = 𝐴𝑐 𝐹 ′ [ (𝜏𝛼)𝐺𝑇(𝑚𝑎𝑘𝑠) sin 𝜔𝜃 − 𝑈𝐿 (𝑇𝑠 − 𝑇𝑎 )] − 𝑈𝑠 𝐴𝑠 (𝑇𝑠 − 𝑇𝑟 ) 𝑑𝜃. (25).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 17. dengan ms adalah volume air (kg.air), cs adalah Cp (kJ/(kg.K)), TS adalah temperatur tangki (°C), ϴ adalah jam setelah matahari terbit, Ac adalah luas permukaan kolektor (m2), F’ adalah faktor efisiensi, τα adalah 0,80, GT adalah panas matahari yang diterima kolektor (W/m2), UL adalah koefisien kerugian total (W/(m2.K)), Ta adalah temperatur sekitar sekitar (°C), As adalah luas permukaan bak (m2), dan Tr adalah temperatur lingkungan dalam ruangan (°C).. 2.3. Hipotesis Hipotesis pada penelitian ini adalah : 1. Reflektor akan mempengaruhi unjuk kerja alat pemanas air energi surya. 2. Sudut reflektor akan mempengaruhi unjuk kerja alat pemanas air energi surya..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB III METODE PENELITIAN. 3.1. Metode Penelitian Metode yang digunakan pada penelitian ini menggunakan dua tahap yaitu (1). pemodelan dan (2) simulasi. Metode penelitian ini diawali dengan studi literatur dari jurnal pemanas air energi surya yang pernah dilakukan sebelumnya. Selain itu juga dilakukan studi literatur tentang pemodelan dan simulasi pemanas air serta perpindahan panas pada kolektor yang pernah dilakukan sebelumnya. Pada pemodelan ini, dibuat sebuah alat pemanas air energi surya menggunakan kolektor tipe pipa paralel dengan posisi tangki horizontal (Gambar 3.3). Setelah alat pemanas air energi surya selesai dibuat, maka dilakukan sebuah pengujian. Pengujian yang dilakukan diantaranya yaitu pengujian kebocoran bak penampung air dan pengujian kebocoran sirkulasi air dalam pipa. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk memastikan bahwa tidak ada kebocoran pada alat yang dibuat, sehingga debit aliran air dalam pipa tetap sama dan tidak adanya pengaruh perubahan temperatur pada kolektor dan bak penampung air. Setelah dilakukan pengujian kebocoran, maka langkah selanjutnya yaitu dilakukan uji coba pengambilan data alat pemanas air. Tujuan dari uji coba pengambilan data ini yaitu untuk mengecek seluruh sensor yang digunakan dalam parameter yang diukur apakah terdapat error, mengecek aliran sirkulasi air dalam pipa dan mengecek kebocoran air dalam sirkulasi aliran. Kemudian langkah selanjutnya yang dilakukan adalah proses pengambilan data alat pemanas air energi surya dengan kolektor pipa paralel dan. 18.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 19. menganalisis data. Pada pengambilan data alat pemanas air energi surya dengan kolektor pipa paralel ini dilakukan setiap 10 detik selama delapan jam dalam satu hari yang dimulai dari pukul 08.00 WIB sampai dengan pukul 16.00 WIB dengan menggunakan sensor yang sudah dipasang pada alat sebelumnya. Pengambilan data ini dilakukan secara berurutan mulai dari variasi pertama sampai dengan variasi kelima dengan satu variasi dilakukan selama delapan jam dalam satu hari. Setelah pengambilan data, langkah selanjutnya adalah pengolahan data dan penyusunan artikel ilmiah. Data yang telah diolah sebelumnya selanjutnya dimasukkan kedalam artikel seminar, yang kemudian dilakukan diseminasi seminar dari alat pemanas air energi surya dengan kolektor pipa paralel. Artikel ilmiah tersebut selanjutnya diperbaiki dan disempurnakan untuk kemudian disusun menjadi naskah tugas akhir. Langkah-langkah dalam metode penelitian ini dapat dilihat lebih ringkas selanjutnya pada diagram alir dibawah ini (Gambar 3.1)..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 20. Penelitian dimulai. Pengadaan bahan penelitian dan pembuatan alat pemanas air Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD. Pengujian dan perbaikan alat pemanas air Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD. Uji coba pengambilan data alat pemanas air Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD. Pengambilan data dan analisis data hasil penelitian Lokasi : Lapangan Politeknik Mekatronika Sanata Dharma. Simulasi alat pemanas air Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD. Variasi belum selesai. Variasi luasan reflektor dan sudut reflektor Lokasi : Lapangan PMSD. Penyusunan tugas akhir atau skripsi Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD. Luaran : Artikel ilmiah dalam prosiding seminar dan naskah tugas akhir. Penelitian selesai. Gambar 3.1 Langkah-langkah penelitian.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 21. 3.2. Langkah Penelitian Penelitian ini akan dimulai dengan pembuatan alat dan berakhir dengan analisis. data. Secara terinci langkah-langkah penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Membuat alat pemanas air energi surya dengan kolektor pipa paralel dan reflektor. 2. Menyiapkan alat pemanas air energi surya dan reflektor. 3. Mengatur alat pemanas air energi surya tanpa penambahan reflektor. 4. Mengatur kemiringan reflektor dengan sudut sebesar 45° dan mengatur variasi luasan reflektor 0,95 m2. 5. Mengatur kemiringan reflektor dengan sudut sebesar 45° dan mengatur variasi luasan reflektor 1,35 m2. 6. Mengatur kemiringan reflektor dengan sudut sebesar 30° dan mengatur variasi luasan reflektor 1,5 m2. 7. Mengatur kemiringan reflektor dengan sudut sebesar 60° dan mengatur variasi luasan reflektor 1,1 m2. 8. Melakukan analisis data menggunakan persamaan (1) sampai dengan (34)..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 22. 3.3. Skema dan Spesifikasi Alat. Gambar 3.2 Skema Alat Pemanas Air Energi Surya. Dinding dan alas kolektor alat pemanas air energi surya terbuat dari bahan multiplek dengan ketebalan 0,024 m. Adapun kolektor tersebut memiliki panjang 0,8 m x 0,6 m dengan luasan kolektor (Ac) sebesar 0,48 m. Dinding kolektor dilapisi karet dengan ketebalan 0,005 m. Sirip pada kolektor menggunakan pelat tembaga dengan ketebalan 0,2 mm. Pipa tembaga yang terdapat pada kolektor mempunyai diameter luar pipa sebesar 0,0127 m dengan jumlah 10. Jarak antar pipa (s) tembaga tersebut adalah.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 23. sebesar 0,04 m. Kemudian kolektor tersebut ditutup dengan kaca yang mempunyai ketebalan sebesar 0,005 m. Kolektor tersebut memiliki kemiringan sebesar 30°.. Gambar 3.3 Alat Pemanas Air Energi Surya. Bak penampungan air pada alat pemanas air energi surya terbuat dari bahan multiplek dengan ketebalan 0,024 m. Bak penampungan air memiliki panjang 0,65 m, lebar 0,40 m, dan tinggi 0,41 m. Bak penampungan air tersebut bagian dalamnya dilapisi karet dengan ketebalan 0,005 m. Dengan luasan bak penampungan air (As) sebesar 1,4 m2 , bak tersebut mempunyai daya tampung air sebesar 89 liter. Pada bagian.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 24. sisi kiri bak penampungan air tersebut diberi lubang sebanyak tiga buah. Dimana lubang bagian bawah digunakan sebagai suplai air dingin, pada bagian tengah berisi sensor temperatur bak, dan pada bagian atas digunakan sebagai lubang untuk mengalirkan hasil air panas. Lubang bagian bawah bak penampungan air disambungkan dengan lubang bagian bawah kolektor menggunakan pipa saluran air. Sedangkan lubang bagian atas dari bak penampungan air disambungkan dengan lubang bagian atas kolektor menggunakan pipa saluran air.. Gambar 3.4 Alat Pemanas Air Energi Surya Menggunakan Reflektor.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 25. 3.4. Variabel yang Divariasikan Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah bukaan luasan reflektor pada. sudut 45° (tanpa reflektor, dengan luasan reflektor 0,95 m2, dan dengan luasan reflektor 1,35 m2) dan sudut reflektor (30° dengan luasan reflektor 1,5 m2 , 45° dengan luasan reflektor 1,35 m2, dan 60° dengan luasan reflektor 1,1 m2). Untuk mengetahui pengaruh luasan reflektor terhadap efisiensi kolektor, dilakukan penelitian dengan variasi sebagai berikut : 1. Variasi 1 adalah variasi tanpa menggunakan reflektor. 2. Variasi 2 adalah variasi menggunakan reflektor dengan luasan reflektor 0,95 m2 pada sudut 45°. 3. Variasi 3 adalah variasi menggunakan reflektor dengan luasan reflektor 1,35 m2 pada sudut 45°. Untuk mengetahui pengaruh sudut reflektor terhadap efisiensi kolektor, dilakukan penelitian dengan variasi sebagai berikut : 1. Variasi 4 adalah variasi menggunakan reflektor dengan luasan reflektor 1,5 m2 pada sudut 30°. 2. Variasi 5 adalah variasi menggunakan reflektor dengan luasan reflektor 1,1 m2 pada sudut 60°.. 3.5. Parameter yang Diukur Parameter yang diukur pada penelitian ini antara lain : 1. Temperatur air masuk kolektor (Tin1).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 26. 2. Temperatur air keluar kolektor (Tout1) 3. Temperatur air masuk bak (Tin2) 4. Temperatur air keluar bak (Tout2) 5. Temperatur air tengah bak (Tbak) 6. Temperatur sekitar (Ta) 7. Temperatur kolektor (Tp) 8. Temperatur kaca (Tc) 9. Energi matahari yang diterima (G). 3.6. Alat Ukur yang Digunakan Alat pendukung yang digunakan dalam pengambilan data pada penelitian ini. antara lain sebagai berikut : 1. Microcontroller Arduino merupakan salah satu alat yang digunakan selama proses pengambilan data pada penelitian ini. Microcontroller Arduino berfungsi untuk menangkap sinyal yang berasal dari sensor yang telah dipasang pada alat pemanas air. 2. Sensor temperatur merupakan alat yang berfungsi untuk mengukur seluruh temperatur parameter yang diukur pada penelitian. 3. Solar meter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besarnya radiasi surya yang diterima dalam satuan Watt/m2. 4. Busur derajat merupakan alat yang digunakan untuk mengukur sudut dari variasi penggunaan tambahan reflektor..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 27. 3.7 Langkah Analisis Data Langkah analisis data pada penelitian ini dibagi menjadi 3 yaitu : 1. Analisis pengaruh luas kolektor terhadap efisiensi kolektor pada variasi 1, variasi 2, dan variasi 3. 2. Analisa pengaruh sudut reflektor terhadap efisiensi kolektor pada variasi 3, variasi 4, dan variasi 5. 3. Perbandingan simulasi dengan eksperimen pada variasi 1, variasi 2, variasi 3, variasi 4, dan variasi 5..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. 4.1. Data Penelitian Berikut ini merupakan data yang diperoleh selama penelitian. Data hasil. penelitian ini selanjutnya ditampilkan dalam rata-rata tiap jam dalam masing-masing variasi.. Tabel 4.1 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 1 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Ratarata. Tin1 °C 32.44 30.66 30.70 32.28 32.30 32.97 34.54 32.28 30.57. Tout1 °C 42.03 43.34 44.99 48.12 43.31 40.68 42.57 36.79 31.49. Tin2 °C 40.65 43.76 46.03 49.40 44.07 41.40 43.42 37.19 39.14. Tout2 °C 27.72 27.90 28.80 30.32 31.62 32.68 34.42 33.96 31.09. Tbak °C 28.51 29.97 33.03 36.79 39.70 41.24 43.57 41.78 40.88. Ta °C 33.29 36.62 36.42 37.02 34.09 32.51 33.54 30.54 29.41. Tp °C 43.00 49.03 55.34 51.27 43.46 41.40 43.02 37.96 36.57. Tc °C 42.48 49.31 49.43 47.23 42.23 37.23 39.32 32.92 31.21. RH % 89.16 82.51 76.24 68.90 69.83 73.30 68.94 80.47 82.82. G W/m2 358.14 483.60 566.89 664.64 298.86 242.66 250.21 64.83 39.19. 32.08. 41.48. 42.78. 30.95. 37.28. 33.72. 44.56. 41.26. 76.91. 329.89. 28.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 29. Tabel 4.2 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 2 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Ratarata. Tin1. Tout1. Tin2. Tout2. Tbak. Ta. Tp. Tc. RH. G. °C 27.03 28.01 29.31 30.11 31.27 32.82 32.57 29.64 29.77. °C 38.94 43.23 46.01 43.43 43.49 41.95 38.65 30.62 29.25. °C 39.95 44.89 47.87 44.64 44.56 42.71 38.92 37.12 37.88. °C 26.61 27.49 28.69 29.75 31.20 32.79 33.16 30.01 29.03. °C 28.08 29.76 33.33 36.18 39.10 41.52 41.40 39.89 39.50. °C 35.04 37.77 36.79 35.56 36.17 34.52 31.84 28.74 28.55. °C 40.92 46.28 49.70 44.68 44.37 41.51 38.96 35.35 33.92. °C 40.66 46.16 48.43 44.43 43.14 39.34 35.06 29.72 28.97. % 94.40 86.86 80.84 75.11 71.27 71.07 77.41 94.16 94.08. W/m2 344.28 474.29 575.97 387.99 365.56 261.91 125.34 49.92 37.78. 30.06. 39.51. 42.06. 29.86. 36.53. 33.89. 41.74. 39.55. 82.80. 291.45. Tabel 4.3 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 3 Tin1. Tout1. Tin2. Tout2. Tbak. Ta. Tp. Tc. RH. G. °C. °C. °C. °C. °C. °C. °C. °C. %. W/m2. 8 9 10 11 12 13. 26.90 27.58 28.67 29.69 30.88 31.87. 34.18 37.74 43.90 45.05 46.78 43.33. 34.85 38.80 45.70 46.76 48.07 44.36. 26.68 27.22 28.18 29.23 30.91 31.93. 27.99 29.02 31.35 33.86 37.29 40.18. 30.64 33.41 36.30 36.21 37.42 35.18. 35.53 39.65 47.67 48.34 49.13 43.90. 33.52 37.80 46.38 47.88 48.79 44.01. 95.14 87.09 81.26 75.86 70.21 68.34. 222.90 333.84 557.75 548.65 539.43 320.05. 14 15 16. 30.83 28.78 28.82. 36.37 28.83 28.14. 36.88 37.43 37.77. 31.63 28.64 28.14. 40.23 39.03 38.63. 30.23 27.96 27.34. 36.98 36.18 34.18. 33.67 30.27 29.14. 81.89 90.40 94.14. 78.49 56.40 34.75. Ratarata. 29.34. 38.26. 41.18. 29.17. 35.29. 32.74. 41.29. 39.05. 82.70. 299.14. Jam.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 30. Tabel 4.4 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 4 Tin1. Tout1. Tin2. Tout2. Tbak. Ta. Tp. Tc. RH. G. °C. °C. °C. °C. °C. °C. °C. °C. %. W/m2. 8 9 10 11 12 13 14 15 16. 25.96 26.61 27.17 27.81 28.04 28.39 29.03 29.27 29.03. 31.63 35.22 36.57 38.06 35.74 35.23 36.38 35.01 33.02. 31.94 36.17 37.47 39.14 36.54 35.92 37.04 35.46 33.08. 25.81 26.27 26.71 27.34 27.75 28.24 28.97 29.35 29.37. 26.47 28.18 29.07 30.77 31.67 32.32 33.81 34.03 33.47. 28.91 29.44 30.79 32.14 31.17 31.04 31.24 29.89 28.41. 38.38 36.65 37.83 39.45 36.42 36.00 36.99 34.95 32.79. 30.84 33.40 34.60 36.93 34.30 33.44 34.74 32.57 29.93. 99.89 94.50 89.49 83.02 82.60 85.00 81.91 83.40 89.17. 196.85 254.55 307.13 351.12 221.51 205.56 218.57 129.29 68.19. Ratarata. 27.92. 35.21. 35.86. 27.76. 31.09. 30.33. 36.61. 33.42. 87.67. 216.98. Jam. Tabel 4.5 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 5 Tin1. Tout1. Tin2. Tout2. Tbak. Ta. Tp. Tc. RH. G. °C. °C. °C. °C. °C. °C. °C. °C. %. W/m2. 8 9 10 11 12 13 14 15 16. 24.97 25.99 27.04 28.07 29.61 30.77 31.05 31.42 31.63. 29.71 35.92 41.23 45.29 44.71 42.15 37.66 35.96 33.79. 30.21 37.46 43.35 47.01 46.37 43.19 38.13 36.16 36.19. 24.95 25.69 26.59 27.50 29.02 30.23 30.91 31.48 31.56. 25.46 27.18 29.48 31.30 34.68 38.98 40.31 39.94 39.91. 26.65 30.95 33.46 33.97 33.44 33.24 31.10 30.35 29.30. 30.40 39.15 45.58 49.35 47.85 41.15 36.64 35.99 34.71. 26.78 36.87 45.42 48.75 47.01 41.93 34.62 32.27 30.09. 99.90 98.04 90.02 85.24 78.02 69.71 71.85 74.87 74.60. 312.72 374.93 435.97 567.49 465.26 341.71 136.43 72.25 48.48. Ratarata. 28.95. 38.49. 39.78. 28.66. 34.14. 31.38. 40.09. 38.19. 82.47. 306.14. Jam.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 31. 4.2. Hasil Penelitian Berdasarkan data yang telah diperoleh, maka dapat dilakukan perhitungan untuk. mencari efisiensi sirip, faktor efisiensi, faktor pelepasan panas, dan efisiensi kolektor alat pemanas air energi surya. Sebagai contoh perhitungan efisiensi sirip digunakan hasil data pada Tabel 4.1 dengan menggunakan persamaan 6, maka efisiensi sirip dapat dihitung menggunakan langkah-langkah sebagai berikut :. Menghitung temperatur rata-rata (Tm), dengan Tp adalah temperatur pelat dan Tc adalah temperature kolektor dalam satuan kelvin menggunakan persamaan (13). 𝑇𝑚 =. 316,00 + 315,48 = 315,74 K 2. Menghitung Φ1 menggunakan persamaan (10). 137. Φ1 = (315,74 +. 1 200)3. 𝑥. 1 315,742. = 0,98. Menghitung Φ2 menggunakan persamaan (11). Φ2 =. 316,00 − 315,48 = 0,01 50. Menghitung Φ3 menggunakan persamaan (12). 2. 1428 (315,74 + 200)3 Φ3 = = 0.94 315,742.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 32. Menghitung nilai zΦ2Φ3, dengan z merupakan jarak antara pelat penyerap dengan penutup kaca diperoleh hasil zΦ2Φ3 = 3 x 0,01 x 0.94 = 0,03. Menentukan nilai hi/Φ1Φ2, dengan sudut β = 30° menggunakan grafik koefisien konveksi alam hi dalam celah udara sebagai fungsi jarak celah z, dengan sudut kemiringan β sebagai parameter didapatkan nilai hi/Φ1Φ2 sebesar 7. Menghitung koefisien konveksi (alam) dalam (hi), dengan nilai h1/Φ1Φ2 = 7 menggunakan persamaan (9). hi = 7 x 0,98 x 0,01 = 0,07 W/(m2.K). Menghitung koefisien radiasi (ekivalen) dalam (hri), dengan nilai εp = 0,1 dan nilai εc = 0,88 menggunakan persamaan (14). 5,67𝑥10−8 (316,004 − 315,484 ) ℎ𝑟𝑖 = = 50,50 W/(m2 . K) 1 1 (0,1 + 0,88 − 1) (316,00 − 315,48). Menghitung tahanan termal dari kaca menggunakan persamaan (15). 𝑅=. 0,005 = 0,00476 m. K/W 1,05. Menghitung koefisien konveksi luar (ho) menggunakan persamaan (16). ℎ𝑜 = 5,7 + 3,8 x 5 = 24,37 W/(m2.K).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 33. Menghitung Tlangit menggunakan persamaan (18). 3. 𝑇𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑡 = 0,0552 (33,292 ) = 295,89 K. Menghitung koefisien radiasi (ekivalen) luar (hro) menggunakan persamaan (17). ℎ𝑟𝑜. 0,88 𝑥 0,2 (315,484 − 295,894 ) = = 5,71 W/(m2 . K) 315,48 − 295,89. Menghitung koefisien kerugian atas (Ut) menggunakan persamaan (8). 1 1 1 = + 0,00476 + = 70,42 𝑈𝑡 0,07 + 50,50 24,37 + 5,71 𝑈𝑡 =. 1 = 0,01 W/(m2 . K) 70,42. Menghitung harga R untuk isolasi menggunakan persamaan (15). 𝑅𝑖𝑠𝑜𝑙𝑎𝑠𝑖 =. 0,024 = 0,15 0,16. Menghitung koefisien kerugian bawah (Ub) menggunakan persamaan (19). 𝑈𝑏 =. 1 = 6,67 W/(m2 . K) 0,15. Menghitung koefisien kerugian total (UL) menggunakan persamaan (7). 𝑈𝐿 = 6,67 + 0,01 = 6,68 W/(m2.K).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 34. Menghitung efisiensi sirip (F) Maka dari perhitungan-perhitungan diatas, selanjutnya menggunakan persamaan (6) dapat dihitung efisiensi sirip (F) sebagai berikut : 6,68 0,041 − 0,0117 ( )] 2 1,05 . 0,2. tanh [√ 𝐹=. 6,68 0,041 − 0,0117 √ ( ) 2 1,05 . 0,2. = 0,998. Untuk selanjutnya perhitungan efisiensi sirip (F) keempat variasi yang lain digunakan cara perhitungan yang sama seperti pada contoh diatas. Maka, hasil perhitungan keseluruhan dari kelima variasi dapat dilihat pada Tabel 4.6 sampai dengan Tabel 4.20 dibawah ini.. Tabel 4.6 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 1 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. Tp K 316.00 322.03 328.34 324.27 316.46 314.40 316.02 310.96 309.57. Tc K 315.48 322.31 322.43 320.23 315.23 310.23 312.32 305.92 304.21. Tm K 315.74 322.17 325.38 322.25 315.84 312.31 314.17 308.44 306.89. Φ1. Φ2. Φ3. zΦ2Φ3. hi/Φ1Φ2. 0.98 0.97 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 1.00 1.00. 0.01 -0.01 0.12 0.08 0.02 0.08 0.07 0.10 0.11. 0.94 0.91 0.90 0.91 0.94 0.96 0.95 0.98 0.98. 0.03 -0.02 0.32 0.22 0.07 0.24 0.21 0.30 0.32. 7.0 7.0 6.0 6.6 7.0 6.5 6.6 6.2 6.0.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 35. Tabel 4.7 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 1 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. hi W/(m2.K) 0.07 -0.04 0.68 0.52 0.17 0.54 0.48 0.62 0.64. hri W/(m2.K) 50.50 137.89 1.55 0.17 0.14 0.63 -8.79 -6.66 -6.56. R m.K/W 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476. ho W/(m2.K) 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37. Tlangit K 295.89 300.74 300.44 301.31 297.05 294.76 296.26 291.92 290.30. hro W/(m2.K) 5.71 6.04 6.04 6.00 5.73 5.53 5.63 5.33 5.24. Tabel 4.8 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 1 Jam. 1/Ut. 8 9 10 11 12 13 14 15 16. 70.42 117.23 9.10 8.15 11.80 8.07 -1.04 0.33 0.29. Ut W/(m2.K) 0.01 0.01 0.11 0.12 0.08 0.12 -0.96 3.06 3.47. R 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15. Ub W/(m2.K) 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67. UL W/(m2.K) 6.68 6.68 6.78 6.79 6.75 6.79 5.71 9.72 10.13. F 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.997 0.997.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 36. Tabel 4.9 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 2 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. Tp K 313.92 319.28 322.70 317.68 317.37 314.51 311.96 308.35 306.92. Tc K 313.66 319.16 321.43 317.43 316.14 312.34 308.06 302.72 301.97. Tm K 313.79 319.22 322.07 317.56 316.75 313.43 310.01 305.53 304.45. Φ1. Φ2. Φ3. zΦ2Φ3. hi/Φ1Φ2. 0.99 0.97 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 1.00 1.01. 0.01 0.00 0.03 0.01 0.02 0.04 0.08 0.11 0.10. 0.95 0.92 0.91 0.93 0.94 0.95 0.97 0.99 1.00. 0.01 0.01 0.07 0.01 0.07 0.12 0.23 0.33 0.30. 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 6.9 6.8 6,0 6.2. Tabel 4.10 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 2 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. hi W/(m2.K) 0.04 0.02 0.17 0.03 0.17 0.30 0.53 0.68 0.62. hri W/(m2.K) 49.57 134.14 1.50 0.16 0.14 0.64 -8.45 -6.47 -6.40. R m.K/W 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476. ho W/(m2.K) 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37. Tlangit K 298.44 302.41 300.99 299.20 300.07 297.67 293.80 289.33 289.05. hro W/(m2.K) 5.72 6.00 6.02 5.85 5.84 5.67 5.44 5.18 5.15.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 37. Tabel 4.11 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 2 Jam. 1/Ut. 8 9 10 11 12 13 14 15 16. 83.14 199.56 13.40 35.29 11.95 9.74 -1.06 0.23 0.42. Ut W/(m2.K) 0.01 0.01 0.07 0.03 0.08 0.10 -0.94 4.35 2.40. R 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15. Ub W/(m2.K) 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67. UL W/(m2.K) 6.68 6.67 6.74 6.70 6.75 6.77 5.72 11.02 9.07. F 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.996 0.997. Tabel 4.12 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 3 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. Tp K 308.53 312.65 320.67 321.34 322.13 316.90 309.98 309.18 307.18. Tc K 306.52 310.80 319.38 320.88 321.79 317.01 306.67 303.27 302.14. Tm K 307.53 311.73 320.03 321.11 321.96 316.95 308.32 306.22 304.66. Φ1. Φ2. Φ3. zΦ2Φ3. hi/Φ1Φ2. 1.00 0.99 0.97 0.97 0.97 0.98 1.00 1.00 1.01. 0.04 0.04 0.03 0.01 0.01 0.00 0.07 0.12 0.10. 0.98 0.96 0.92 0.92 0.91 0.93 0.98 0.99 1.00. 0.12 0.11 0.07 0.03 0.02 -0.01 0.19 0.35 0.30. 6.9 6.9 7,0 7,0 7,0 7,0 6.5 5.8 6.2.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 38. Tabel 4.13 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 3 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. hi W/(m2.K) 0.28 0.25 0.18 0.06 0.05 -0.01 0.43 0.69 0.63. hri W/(m2.K) 46.66 124.91 1.47 0.17 0.15 0.66 -8.31 -6.51 -6.41. R m.K/W 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476. ho W/(m2.K) 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37. Tlangit K 292.06 296.08 300.26 300.13 301.90 298.64 291.47 288.20 287.31. hro W/(m2.K) 5.35 5.58 5.94 5.98 6.06 5.83 5.34 5.17 5.11. Tabel 4.14 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 3 Jam. 1/Ut. 8 9 10 11 12 13 14 15 16. 55.67 134.48 13.16 22.31 27.70 -62.26 -0.59 0.15 0.33. Ut W/(m2.K) 0.02 0.01 0.08 0.04 0.04 -0.02 -1.68 6.65 3.01. R 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15. Ub W/(m2.K) 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67. UL W/(m2.K) 6.68 6.67 6.74 6.71 6.70 6.65 4.99 13.31 9.67. F 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.995 0.997.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 39. Tabel 4.15 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 4 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. Tp K 311.38 309.65 310.83 312.45 309.42 309.00 309.99 307.95 305.79. Tc K 303.84 306.40 307.60 309.93 307.30 306.44 307.74 305.57 302.93. Tm K 307.61 308.02 309.21 311.19 308.36 307.72 308.86 306.76 304.36. Φ1. Φ2. Φ3. zΦ2Φ3. hi/Φ1Φ2. 1.00 1.00 1.00 0.99 1.00 1.00 1.00 1.00 1.01. 0.15 0.06 0.06 0.05 0.04 0.05 0.04 0.05 0.06. 0.98 0.98 0.97 0.96 0.98 0.98 0.97 0.98 1.00. 0.44 0.19 0.19 0.15 0.12 0.15 0.13 0.14 0.17. 5.3 6.5 6.5 6.8 6.9 6.8 6.9 6.9 6.7. Tabel 4.16 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 4 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. hi W/(m2.K) 0.80 0.42 0.42 0.34 0.29 0.35 0.31 0.33 0.39. hri W/(m2.K) 46.71 120.52 1.33 0.15 0.13 0.61 -8.35 -6.55 -6.39. R m.K/W 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476. ho W/(m2.K) 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37. Tlangit K 289.57 290.33 292.28 294.23 292.83 292.64 292.93 290.98 288.85. hro W/(m2.K) 5.22 5.31 5.39 5.51 5.40 5.37 5.41 5.30 5.17.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 40. Tabel 4.17 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 4 Jam. 1/Ut. 8 9 10 11 12 13 14 15 16. 53.22 128.24 9.15 8.65 8.99 8.90 0.34 1.85 1.42. Ut W/(m2.K) 0.02 0.01 0.11 0.12 0.11 0.11 2.91 0.54 0.71. R 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15. Ub W/(m2.K) 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67. UL W/(m2.K) 6.69 6.67 6.78 6.78 6.78 6.78 9.58 7.21 7.37. F 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.997 0.998 0.997. Tabel 4.18 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 5 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. Tp K 303.40 312.15 318.58 322.35 320.85 314.15 309.64 308.99 307.71. Tc K 299.78 309.87 318.42 321.75 320.01 314.93 307.62 305.27 303.09. Tm K 301.59 311.01 318.50 322.05 320.43 314.54 308.63 307.13 305.40. Φ1. Φ2. Φ3. zΦ2Φ3. hi/Φ1Φ2. 1.01 0.99 0.98 0.97 0.97 0.98 1.00 1.00 1.00. 0.07 0.05 0.00 0.01 0.02 -0.02 0.04 0.07 0.09. 1.01 0.96 0.93 0.91 0.92 0.95 0.98 0.98 0.99. 0.22 0.13 0.01 0.03 0.05 -0.04 0.12 0.22 0.28. 6.6 6.9 7,0 7,0 7,0 7,0 6.9 6.6 6.3.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 41. Tabel 4.19 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 5 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. hi W/(m2.K) 0.49 0.31 0.02 0.08 0.11 -0.11 0.28 0.49 0.59. hri W/(m2.K) 44.01 124.06 1.45 0.17 0.14 0.65 -8.33 -6.57 -6.46. R m.K/W 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476 0.00476. ho W/(m2.K) 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37 24.37. Tlangit K 286.33 292.51 296.14 296.88 296.12 295.83 292.72 291.64 290.14. hro W/(m2.K) 5.03 5.46 5.80 5.92 5.84 5.69 5.40 5.31 5.21. Tabel 4.20 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 5 Jam. 1/Ut. 8 9 10 11 12 13 14 15 16. 51.14 132.76 53.31 18.40 14.79 -2.93 0.71 0.82 0.50. Ut W/(m2.K) 0.02 0.01 0.02 0.05 0.07 -0.34 1.41 1.22 1.99. R 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15. Ub W/(m2.K) 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67 6.67. UL W/(m2.K) 6.69 6.67 6.69 6.72 6.73 6.32 8.08 7.89 8.65. F 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.997 0.997 0.997.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 42. Kemudian setelah didapatkan hasil dari efisiensi sirip (F), maka langkah selanjutnya adalah menghitung faktor efisiensi dari alat pemanas air energi surya. Sebagai contoh perhitungan faktor efisiensi digunakan hasil data pada Tabel 4.1 dan menggunakan efisiensi sirip pada Tabel 4.8. Dengan menggunakan persamaan (23), maka selanjutnya faktor efisiensi dapat dihitung menggunakan langkah-langkah sebagai berikut :. Menghitung konduktansi perekat (Cb) menggunakan persamaan (25). 𝐶𝑏 =. 385 𝑥 12,7 = 48895 W/(m2 . K) 0,10. Menghitung bilangan Reynolds (Re) menggunakan persamaan (3). 𝑅𝑒 =. 4 𝑥 0,0000139 = 2,26 𝜋 𝑥 0,0127 𝑥 0,000616. Menghitung bilangan Prandtl (Pr) menggunakan persamaan (4). 𝑃𝑟 =. 4174 𝑥 0,000616 = 4,04 0,637. Menentukan bilangan Nusselt, dengan melihat grafik bilangan Nusselt rata-rata dalam pipa pendek untuk berbagai bilangan Prandtl dalam lampiran maka ditentukanlah nilai dari bilangan Nusselt sebesar 3,7..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 43. Menghitung koefisien konveksi fluida (h) menggunakan persamaan (26). ℎ = 3,7 𝑥. 0,637 = 185,58 W/m2 . K 0,0127. Menghitung Faktor Efisiensi (F’) Selanjutnya faktor efisiensi (F’) dapat dihitung menggunakan persamaan (23). 𝐹′ =. 0,150 = 0,96 0,041{3,657 + 0,00002 + 0,1350001}. Untuk selanjutnya perhitungan faktor efisiensi (F’) keempat variasi yang lain digunakan cara perhitungan yang sama seperti pada contoh diatas. Maka, hasil perhitungan keseluruhan dari kelima variasi dapat dilihat pada Tabel 4.21 sampai dengan Tabel 4.30 dibawah ini.. Tabel 4.21 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 1 Jam 8 9 10 11 12 13 14 15 16. 1/UL[F(s-d)+d] m.K/W 3.66 3.66 3.61 3.60 3.62 3.60 4.28 2.51 2.41. Cb W/(m2.K) 48895 48895 48895 48895 48895 48895 48895 48895 48895. 1/Cb m.K/W 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002. Re. Pr. RePrdi/L. 2.26 2.26 2.26 2.26 2.26 2.26 2.26 2.26 2.26. 4.04 4.04 4.04 4.04 4.04 4.04 4.04 4.04 4.04. 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15.