DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN SAMPUL ... i
PERSAYARATN GELAR ... ii
LEMBARPERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
PENETAPAN PANITIA PENGUJI ... iv
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ... v
KATA PENGANTAR ... vi ABSTRAK... vii ABSTRACT ... viii DAFTAR ISI ... x DAFTARTABEL ... xi DAFTARGAMBAR ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1. ... LatarBelakang ... 1 1.2. ... RumusanMasalah ... 3 1.3. ... BatasanMasalah ... 3 1.4. ... TujuanPenelitian... 4 1.5. ... ManfaatPenelitian... 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 5
2.1. PerpindahanPanas ... 5
2.1.1PerpindahanPanasKonduksi ... 5
2.1.3 PerpindahanPanasRadiasi ... 8
2.2. KonstantaMatahari ... 8
2.3. RadiasiMatahari ... 10
2.3.1. Faktor-faktor yang MempengaruhiPenerimaanRadiasiMatahari di Bumi 12 2.4.KolektorSurya PelatDatarStandar ... 15
2.4.1.KarakteristikBagian-bagianPentingKolektor Surya PelatDatar ... 15
2.4.2. Radiasi yang DiserapKolektor Surya ... 17
2.5.AliranLaminerdanTurbulen ... 18
2.6. Sirip (Fin) ... 19
2.7 Kolektor Surya PelatDatardenganAliran Impinging Jet... 22
2.7.1 Aliran Impinging Jet... 23
2.7.2 Kolektor Surya PelatDatarMenggunakanAliran Impinging Jets denganVariasi Diameter Nosel ... 25
2.7.3 SkemaKolektor Surya PelatDatardengan Impinging Jet ... 26
2.8 EnergiBergunadanEfisiensiKolektor Surya ... 28
2.8.1 LajuAliran Massa Fluida ... 28
2.8.2 EnergiBergunaKolektor Surya ... 29
2.8.3 AnalisaPerformansi ... 29
BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN31 3.1. KerangkaBerpikir ... 31
3.2. KonsepPenelitian ... 32
3.3. HipotesisPemelitian ... 32
BAB IV METODE PENELITIAN ... 33
4.1. RancanganPenelitian ... 33
4.2. VariabelPenelitian ... 33
4.3. KontruksiKolektor Surya AliranImpinging Jetsdengan Diameter LubangBervariasi ... 34
4.4 PenambahanPelatBerlubangdengan Diameter LubangBervariasi ... 35
4.4 AnalisaPerformansiKolektor ... 36 4.5 ProsedurPengujiandanPengambilan Data ... 37 4.6 PeralatanUji ... 37 4.7 PenempatanAlatUkur ... 39 4.8 ProsedurPengujian ... 40 4.9 PerhitungandanAnalisa Data ... 40 4.10 LokasidanWaktuPenelitian... 42
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN………. 43
5.1 Analisa Data ………...……….….. 43
5.2Perhitungan Data HasilPenelitian ………. 43
5.2.1 PerhitunganPadaKolektor ………..……… 43
5.3 Analisa Performansi Kolektor ... 46
5.3.1 Perbandingan Temperatur keluar Kolektor Pelat Datar dengan Sirip Berlubang dengan Diameter Kecil – Besar dan Sirip Berlubang dengan Diameter Besar – Kecil ...46
5.3.2 Energi Berguna Kolektor Pelat Datar ... 47
5.3.3 Efisiensi (ƞa) Kolektor Pelat Datar ... 48
BAB VI PENUTUP ……… 50
6.1 Kesimpulan ……… 50
6.2 Saran………50
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 5.1 Data hasilpengujiandanperhitungankolektorsuryadengansiripberlubang diameter
kecil – besar ... 45
Tabel 5.2 Data hasilpengujiandanperhitungankolektorsuryadengansiripberlubang diameter besar – kecil ………..45
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1.MekanismaPerpindahanpanasimpinging jet danvisualisasi ... 3
Gambar 2.1.Perpindahanpanaskonduksipadadindingdatar ... 6
Gambar 2.2.Perpindahanpanaskonveksidaripermukaan media padatke fluida yang mengalir... 7
Gambar 2.3.Bola Matahari ... 9
Gambar 2.4.Bagan pengaruhradiasidatang ... 10
Gambar 2.5.Fenomenarefleksi specular danbaur ... 11
Gambar 2.6.Radiasisorotandanradiasisebaran... 11
Gambar 2.7.Sudut zenith, sudut kemiringan, sudut azimuth permukaan, sudut azimuth surya. ... 13
Gambar 2.8.Bagian bumi yang menunjukan β, θ, ∅ dan (∅-β) untuk belahan utara ... 14 Gambar 2.9.Skemakolektorsuryapelatdatarstandar ... 16 Gambar 2.10.Penyerapanradiasimatahariolehkolektor ... 17 Gambar 2.11.Grafikhubunganantarasuduttimpadengantransmisivitas ... 18 Gambar 2.12.Pengembanganlapisanbataskecepatanpadapelatdatar ... 19 Gambar 2.13 Kegunaansiripuntukmemperbesarperpindahanpanas Mediapadat. ... 20 Gambar 2.14.Siriplulrusdenganluaspenampangseragam ... 21 Gambar 2.15.Efisiensidarisiriplurus ... 22 Gambar2.16.MekanismeperpindahanpanasImpinging jet ... 24
Gambar 2.17 Submerge dan free impinging jet ... 25
Gambar2.18.Unconfined dan confinedimpinging jet ... 25
Gambar2.19.Kolektorsuryadenganaliran impinging jet dengan Diameternoselbervariasi ... 26
Gambar2.20.Rangkaiantermalkolektorsuryapelatdatardengan Penambahansiripberlubang ... 27
Gambar2.21.Inclined Manometer ... 28
Gambar 4.1.Dimensikolektorsuryapelatdataraliran impinging jet ... 34
Gambar 4.2.Konstruksikolektorsuryapelatdataraliran impinging jet ... 35
Gambar 4.3.Konstruksisiripberlubangdengan diameter bervariasi ... 36
Gambar 4.4 Aliranudarapadakolektorsuryadengan impinging jet ... 36
Gambar 4.5 Rancanganpengujian ... 37
Gambar 4.6 Penempatanalatukur ... 39
Gambar 4.7 Baganalirpenelitian ... 41
Gambar 5.1 Grafik perbandingan temperatur keluar (Tout) kolektor terhadap waktu... 46
Gambar 5.2 Grafik perbandingan energi berguna terhadap waktu... 47
ABSTRAK
ANALISIS PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN PENAMBAHAN SIRIP BERLUBANG SEBAGAI NOSEL UNTUK ALIRAN
IMPINGING JET
Kolektor surya merupakan salah satu contohalatuntukpemanfaatan energy surya.Denganadanyakolektorsuryainidapatmemanfaatkanenergisuryauntukpemanasudara.Kolekt
orsuryaadalahsebuahalat yang
mampumenyerapdanmemindahkanpanasdarienergisuryakefluidakerja.Padapenelitianinikolektors
uryapelatdatarditambahkanpelatberlubangdengan diameter lubang yang
bervariasi.PanjangpelatLp = 1200 mm danlebarkolektorWp = 500 mm. Diameter pelatberlubangdari diameter besarke diameter kecilyaitu 90 mm, 70 mm, 50 mm, 30 mm dan 10 mm. Diameter pelatberlubangdari diameter kecilke diameter besaryaitu 10 mm, 30 mm, 50 mm, 70 mm dan 90 mm. Jarakantarapelatberlubang 200 mm. Dari hasilpengujian yang telahdilaksanakanmakadapatdisimpulkanbahwakolektorsuryapelatdatardenganvariasi diameter
lubangdari diameter
besarkekecilmenghasilkanperformansilebihbaikdibandingkandengankolektorsuryapelatdatardeng anvariasi diameter darikecilkebesar. Performansikolektordengansiripberlubangdari diameter besarkekecilyaitu temperature keluarannyasebesar 321 K, energy bergunanyasebesar 128,6 W
danefisiensinyasebesar 17,75% yang
lebihtinggidariperformansikolektordengansiripberlubangdari diameter kecilkebesaryaitu temperature keluarannyasebesar 319 K, energy bergunanyasebesar 80,6 W danefisiensinyasebesar 11,1%.
Kata kunci: Pemanfaatanenergimatahari, kolektorsuryatipe plat datar, performansikolektor surya,efisiensi
ABSTRACT
ANALYSIS OF FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR PERFORMANCE WITH THE ADDITION OF PERFORATED FINS AS A NOZZLE FOR IMPINGING JET FLOW
Solar collectors are one example of tools to harness solar energy. With solar collectors we can utilize solar energy to heat the air. The solar collector is a device capable of absorbing and transferring heat from solar energy to the working fluid. In this study flat plate solar collector added hollow plate with varying hole diameter. Length of plate Lp = 1200 mm and collector width Wp = 500 mm. Diameter of the perforated from large diameter to small diameter is 90 mm, 70 mm, 50 mm, 30 mm and 10 mm. Diameter of the perforated plate from small diameter to large diameter is 10 mm, 30 mm, 50 mm, 70 mm and 90 mm. The distance between the 200 mm perforated plate. From the results of tests that have been implemented it can be conclude that flat solar collector with variations in diameter of holes from large to small diameter produces better performance compared with flat plate solar collector with variations in diameters from small to large. The performance of collector with hollow fins from large to small diameter is the output temperature of 321 K, the useful energy of 128.6 W and the efficiency of 17.75% which is higher than the collector performance with hollow fins from small to large diameter is the output temperature is 319 K, its useful energy is 80.6 W and its efficiency is 11.1%.
Keywords: Utilization of solar energy, solar collector flat tipe, solar collector performance, efficiency.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Belakanganiniterusdilakukanberbagaiusahapenghematanenergidenganpengembanganenerg
ialternatif yang ramahlingkungan.Salah
satunyayaitudenganpemanfaatanenergisurya.Energisuryaadalahsalahsatuenergialternatif yang dirasakansangatsesuaidengankondisisaatinikarenadisampingmurahjugabersifatrenewabledanterse diasangatmelimpah di daerahtropis.Pemanfaatanenergisurya juga akan mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi konvensional (minyak dan gas bumi), yang ketersediaannya dalam jangka panjang tidak dapat dipertahankan. EBT (Energi Baru Terbarukan) sebagai energi yang pada umumnya berasal dari sumber non-fosil, dapat diperbarui, tidak akan pernah habis dan ramah lingkungan. Sumber energi yang termasuk dalam kategori EBT antara lain adalah energi panas bumi, air/hidro, angin, biomasa, gelombang dan pasang surut, surya. Sejauh ini pemanfaatan EBT masih sangat kecil khususnya energi surya bila dibandingkan dengan pemanfaatan energi fosil.
Kolektorsuryamerupakansalahsatucontohalatuntukpemanfaatanenergisurya.Dengankolekt orsuryakitadapatmemanfaatkanenergisuryauntukpemanasudara.Kolektor surya adalah sebuah alat yang mampu menyerap dan memindahkan panas dari energi surya ke fluida kerja. Ada
beberapatipekolektorsurya, salahsatudiantaranya yang
sudahbanyakdikenaladalahkolektorsuryapelatdatar.Jeniskolektorinimenggunakanpelatberupalem baran, dimanauntukmendapatkanhasil yang optimal permukaankolektordicatwarnahitam,
tujuannyauntukmendapatkanpenyerapanradiasimatahari yang optimal
danselanjutnyakalorditransferkefluidakerja.Untukmenjaga agar
tidakterjadikerugianpanaskelingkungan,
makadigunakanpenutuptransparansehinggaterjadiefekrumahkaca, sedangkanpadabagianbawahdansampingdiberikanisolasi.
Banyakpenelititelahmenciptakandanmengembangkankolektorsuryasebagaipemanasudara.
Seperti yang sudahpernahdilakukanoleh(Sudarpa,
bawahpelatberlubangdenganvariasi diameter berbeda.Berbekaldaripenelitiantersebut,
makapenulisinginmelakukanmodifikasikolektorsuryapelatdatar yang
bertujuanuntukdapatmeningkatkanperformadarikolektorsuryainiyaitudenganmenambahpelatsirip
berlubangdengan diameter berbeda yang dipasangsecara parallel
dibagianbawahpelatpenyerap.Sehingga fluida kerja (udara) yang mengalir dengan laju aliran massa tertentu melewati sirip-sirip berlubang dengan diameter lubang yang berbeda yaitu pada sisi udara masuk ke dalam kolektor diameter siripnya lebih besar dan semakin ke arah keluar kolektor diameter lubang siripnya semakin kecil,dengandemikianaliranfluidanyaakan “menabrak” sebagianpermukaansiripberikutnya,metodeinidisebutdenganImpinging Jets, dimanafluidadipancarkanmelaluilubang-lubangataunoselmenujupermukaan yang dipanaskan. Metodainitelahditerapkanpadaberbagaikomponensepertisuduturbin, dindingruangpembakaran,
heat exchanger dankomponenelektronik.Sebaliknya,
carainijugadapatdigunakanuntukmemanaskansuatukomponenatausuatubahantertentucontohnyapa da proses pengeringankertasdanpengeringantekstil. “Impinging” disiniberarti “tabrakan”,
dimanaterjaditabrakanantarafluidadenganpermukaansuatu target
dalamkecepatanlajualiranmassatertentu. Gambar 1.1(a, b) menunjukkanvisualisasiimpinging jet, terlihatbahwakoefisienperpindahanpanasakanmenurunseiringdenganmeningkatnya radius (jarakdariinti jet), selainituakanterjadipuncakkoefisienperpindahanpanas yang keduauntukjarakjet nosel yang cukupdekatdenganpermukaan target (H yang kecil). Disamping itu untuk meningkatkan temperatur rata-rata dari fluida kerja maka kolektor surya ini ditambahkan pelat bawah tepat diatas isolasinya.
(b)
Gambar 1.1(a) Mekanismeperpindahanpanasimpinging jet, (b) Visualisasiimpinging jet
Awalnyapenelitianterhadapmetodepeningkatanperpindahanpanasimpinging jet
initerfokuspadapenggunaanimpinging jet tunggal,
kemudianberkembangpadapenggunaansusunanimpinging jet.Untukimpinging jet tunggal,
sepertipadagambar 1.1, aliranudarapendinginkeluarmelaluisebuahjet
noseldanlangsungmenabrakpermukaan target.Aliranudara yang
memancarmemilikikecepatantertentudansetelahterjaditabrakandenganpermukaan target akanmengakibatkanterjadinyaaliranturbulen. Hal inimengakibatkanadanyapeningkatan yang signifikanlajuperpindahanpanas yang terjadi.Koefisienperpindahanpanas (h) yang tertinggidihasilkanpadaintijet (semburan) danakanmenurununtukdaerahdiluarintijet (BambangYunianto, 2005).
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari penelitian ini adalah apakah ada peningkatan performansi energi berguna dan effisiensi kolektor surya pelat datar dengan menambahkan sirip berlubang yang diameter lubangnya berbeda dari diameter besar ke diameter kecil sebagai laluan aliran impinging jet.
1.3 Batasan Masalah
Untuk menghindari meluasnya permasalahan yang akan dibahas pada penelitian ini maka perlu memberi batasan-batasan sebagai berikut:
1. Pembahasandibatasihanyapadapenggunaankolektorsuryauntukpemanasudaradenganmena
mbahkansiripberlubangdengan diameter lubangsiripberbeda yang
berfungsisebagailaluanaliranudara (Impinging Jet) 2. Sistemdalamkeadaansteady(Steady state).
3. Sifat fisik udara yang mengalir melewati sirip-sirip berlubang konstan. 4. Debu dan kotoran diatas kolektor diabaikan.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa performansi energi berguna dan effisiensi kolektor surya pelat datar dengan menambahkan sirip berlubang yang diameter lubangnya bervariasi dari diameter besar ke diameter kecil sebagai laluan aliran impinging jet.
1.5 Manfaat Penelitian
Diharapkan penelitian tentang kolektor surya pada alat pemanas udara ini dapat memberikan manfaat sebagai berikut:
1. Kolektor surya dengan modifikasi menambahkan sirip berlubang yang diameter lubangnya bervariasi dari diameter besar ke diameter kecil sebagai laluan aliran impinging jet dapat memindahkan panas yang lebih besar, sehingga kolektor surya ini dapat temperatur udara yang tinggi..
2. Memberi sumbangan pengetahuan tentang kolektor sebagai alat pemanas udara dan dapat diaplikasikan pada kehidupan sehari-hari dalam proses pengeringan.
