ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN SEPULUH SIRIP BERDIAMETER SAMA YANG DISUSUN SECARA SEJAJAR

(1)

iii

ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN SEPULUH SIRIP BERDIAMETER SAMA YANG DISUSUN SECARA SEJAJAR

Oleh : Putu Desdi Uripta Putra

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

ABSTRAK

Energi matahari adalah salah satu sumber energi alternatif yang sangat mudah diperoleh di Indonesia, karena Indonesia terletak didaerah garis khatulistiwa. Energi surya sudah lama dimanfaatkan oleh masyarakat baik untuk penggeringan hasil pertanian dan perikanaan. Namun pemanfaatan energi matahari ini belum dilakukan secara optimal. Oleh karena itu perlu dilakukan sebuah penelitian agar energi matahari yang ada dapat dimanfaatkan semaksimal mungkin.

Kolektor surya adalah suatu alat yang mampu menyerap dan mengumpulkan energi matahari dan merubahnya menjadi energi panas yang bisa dimanfaatkan, kolektor surya pelat datar dengan sepuluh sirip berlubang berdiameter sama disusun secara sejajar, yang dimana bertujuan semakin luas bidang penyerapan panas dari pelat penyerap ke sirip berlubang didalam kolektor, sehingga udara yang mengalir melewati sirip lebih lama berada didalam kolektor. udara yang masuk kedalam kolektor lebih rendah sehingga udara akan menyerap panas pada masing-masing sirip berlubang sehinggamenghasilkan temperatur keluar lebih besar.

Penelitian dilakukan secara eksperimental. Dari hasil pengujian yang telah dilaksanakan dengan pengamatan dan pencatatan data. Hasil yang dicapai paling tinggi diambil pada pukul 12: 40 am, dimana intensitas radiasi terukur dari solar powermeter (IT) sebesar 1.122 W/m2 maka temperatur keluar yang dihasilkan sebesar 323 K, energi

berguna yang dihasilkan sebesar 104.7904 W dan efisiensi yang dihasilkan sebesar 15,5660%.

(2)

iv

PERFORMANCE ANALYSIS WITH FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR WITH TEN FIN PERFORATED SAME DIAMETER ARRANGED IN

PARALLEL

By : Putu Desdi Uripta Putra

Preceptor : I Gusti Ngurah Putu Tanaya,ST.,MT Ir Nengah suarnadwipa,MT

ABSTRACT

Solar energy is one of alternative energy source that is readily available in Indonesia, because Indonesia is located in the area of the equator. Solar energy has been used by the community for agricultural products and drying fish. However, the utilization of solar energy is yet performed optimally. Therefore it is necessary to do a study that the existing solar energy can be utilized as much as possible.

Solar collector is a device that able to absorb and collect solar energy and convert it into heat energy that can be utilized, flat plate solar collector with ten fin perforated same diameter arranged in parallel, where the broad field of heat absorption of the plate absorber to the fin cavities inside the collector, so that the air flowing through the fins longer resides in the collector air enters the collector is lower, so the air will absorb heat at each fin perforated resulting in a larger exit temperature.

The study was carried out experimentally. From the testing that has been carried out by observation and recording of data. Results achieved the highest taken at 12: 40 am, where the intensity of radiation measured and solar powermeter (IT) amounted to 1,122 W / m2, the exit temperature generated at 323 K, useful energy generated at 104.7904 W and efficiencies generated by 15 , 5660%.

(3)

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan anugrah-Nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul:

“Analisa Performansi Kolektor Surya Pelat Datar Dengan Sepuluh Sirip Berdiameter Sama Yang Disusun Secara Sejajar ”

Dalam penyusunan Skripsi ini penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

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

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

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

4. Bapak Ketut Astawa,ST.,MT selaku koordinator Skripsi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana.

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

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

7. Semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana yang telah membantu dalam penyelesaian Skripsi. Penulis menyadari bahwa Skripsi ini tentunya jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan Skripsi ini.

Denpasar, November 2016 Penulis

(4)

vi DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN……….i LEMBAR PERSETUJUAN………….……….ii ABSTRAK………...iii ABCTRACT………...iv KATA PENGANTAR………....v DAFTAR ISI...vi DAFTAR GAMBAR…………...………..ix DAFTAR TABEL…...xi DAFTAR LAMPIRAN...xii BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 2 1.4 Tujuan Penelitian ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 4

2.1 Perpindahan Panas ... 4

2.1.1 Perpindahan panas secara konduksi ... 4

2.1.2 Perpindahan Panas Konveksi ... 5

2.1.3 Perpindahan Panas Radiasi………..7

2.2 Konstanta Matahari...8

2.3 Radiasi Matahari...9

2.3.1 Faktor yang Mempengaruhi Penerimaan Radiasi Matahari di Bumi………...11

2.4 Kolektor Surya………..15

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

2.4.2 Radiasi yang Diserap Kolektor Surya...16

(5)

vii

2.5.1 Penggunaan sirip berlubang ... 18

2.5.1.1 Perpindahan Panas Dari Permukaan Yang Diperluas…..18

2.5.2 Sirip Berlubang Pada Kolektor Surya ... 19

2.6 Aliran Fluida ... 20

2.7 Energi berguna dan Efisiensi Kolektor Surya...22

2.7.1 Laju Aliran Massa Fluida...22

2.7.2 Energi Berguna Kolektor Surya...23

2.7.3 Efisiensi Kolektor Surya...23

2.8 Skema kolektor ... 25

2.8.1 Kesetimbangan energi...25

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

2.10 Kontruksi Aliran Udara Pada Kolektor Surya Sirip Berlubang Berdiameter Sama...27

BAB III METODE PENELITIAN ... 28

3.1 Waktu dan Tempat Pengujian ... 28

3.2 Variabel Penelitian...28

3.3 Alat dan Bahan...39

3.3.1 Persiapan Peralatan ... 30

3.4 Intalasi Pengambilan Data………31

3.5 Penempatan Alat Ukur ... 32

3.6 Diagram Aliran Penelitian ... 32

3.7 Prosedur Pengujian...34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian...36

4.2 Perhitungan Data Hasil Penelitian ... 36

4.2.1 Perhitungan Pada Kolektor Surya...36

4.3 Analisa Performansi Kolektor...39

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

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

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

(6)

viii

4.3.3.1 Temperatur Keluar (Tout) Kolektor Pelat Datar...46

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpula……….49

5.2 Saran...49

DAFTAR PUSTAKA... ...50

PERNYATAAN……….……..52

DATA HASIL PENGUJIAN…………..………53

DATA HASIL PERHITUNGAN……….………..…60

GRAFIK PERBANDINGAN...………..64

TABEL SIFAT THERMOFISIK….………..68

(7)

ix

DAFTAR GAMBAR

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

Gambar 2.2 Perpindahan panas konveksi dari permukaan media padat ke fluida yang mengalir ... 6

Gambar 2.3 Bola matahari ... 8

Gambar 2.4 Bagan pengaruh radiasi datang ... 9

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

Gambar 2.6 Radiasi sorotan dan radiasi sebaran...11

Gambar 2.7 Posisi Peredaran Matahari...12

Gambar 2.8 Sudut zenith, sudut kemiringan, sudut azimuth permukaan, sudut azimuth surya ... 13

Gambar 2.9 Bagian bumi yang menunjukkan β, θ, Ø dan (Ø-β) untuk belahan utara ... 14

Gambar 2.10 Penyerapan radiasi matahari oleh kolektor ... 16

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

Gambar 2.12 Kegunaan sirip untuk memperbesr perpindahan panas media padat ... 19

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

Gambar 2.14 Inclined manometer ... 22

Gambar 2.15 Skema kolektor surya pelat datar ... 25

Gambar 2.16 Kontruksi kolektor surya dengan sirip berlubang berdiameter sama ... 26

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

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

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

Gambar 2.20 Penempatan alat ukur ... 32

Gambar 2.21 Diagram aliran penelitian ... 34

Gambar 4.1.1 Grafik perbandingan temperatur keluar(Tout) kolektor terhadap waktu...40

(8)

x

Gambar 4.1.2 Grafik perbandingan energi berguna (Qua)

kolektor terhadap waktu………..41 Gambar 4.1.3 Grafik perbandingan efisiensi (ƞa) kolektor terhadap waktu…..…….42 Gambar 4.2.1 Grafik perbandingan temperatur keluar(Tout)

kolektor terhadap waktu...43 Gambar 4.2.2 Grafik perbandingan energi berguna (Qua)

kolektor terhadap waktu………..44 Gambar 4.2.3 Grafik perbandingan efisiensi (ƞa) kolektor terhadap waktu…..…….45 Gambar 4.3.1 Grafik perbandingan temperatur keluar(Tout)

kolektor terhadap waktu...46 Gambar 4.3.2 Grafik perbandingan energi berguna (Qua)

kolektor terhadap waktu………..47 Gambar 4.3.3 Grafik perbandingan efisiensi (ƞa) kolektor terhadap waktu…..…….48

(9)

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Waktu Penelitian ... 28 Tabel 4.1 Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sepuluh sirip

(10)

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Tabel A.1.1 Data Hasil Pengujian...54

Tabel B.1 Data Hasil Perhitungan ...61

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

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

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

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

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

(11)

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan manusia terhadap sinar matahari di bumi sangat besar untuk kelangsungan kehidupan, terutama bagi masyarakat yang mata pencahariannya di bidang sektor pertanian dan perikanan. Masyarakat yang bekerja di bidang pertanian dan perikanan ada yang memerlukan proses pengeringan, bertujuan agar hasil yang di peroleh atau di panen tidak cepat membusuk sehingga dapat disimpan dalam waktu lebih lama. Ketersediaan sumber energi matahari yang besar mendorong manusia untuk menciptakan alat yang memanfaatkan sumber energi matahari sebagai energi alternatif.

Di Indonesia sumber energi sinar matahari sangat besar dilihat wilayah Indonesia yang dilalui garis katulistiwa oleh sebab itu sumber energi matahari sangat besar. Berdasarkan hal tersebut penggunaan berbagai teknologi dikembangkan untuk memanfaatkan energi sinar matahari sebagai sumber energi alternatif dan salah satunya adalah kolektor surya yaitu suatu alat yang menyerap dan mengumpulkan energi matahari dan merubahnya menjadi energi panas (kalor) yang bisa dimanfaatkan. Dimana kolektor surya pelat datar ini dicat berwarna hitam doff yang berfungsi untuk menyerap radiasi matahari yang datang dan menstransfer kalor yang diterima tersebut ke fluida, penggunan pelat tersebut akan dapat meningkatkan penyerapan radiasi sinar matahari. Radiasi sinar matahari akan mengenai pelat penyerap dimana sebagian akan dipantulkan ke penutup transparan atau kaca transparan dan sebagian akan dipantulkan ke bagian lainnya. Kolektor surya ini dialiri fluida udara yang dikeluarkan oleh blower akan masuk ke dalam kolektor, aliran udara akan dibagi oleh honeycomb agar udara yang masuk kedalam kolektor menyebar secara merata, setelah aliran fluida udara di bagi oleh honeycomb secara merata fluida udara akan mengenai dinding sirip dimana aliran udara akan berubah menjadi aliran turbulenyang akan mengalir kesegala arah didalam kolektor dan juga aliran udara tersebut akan menyerap panaspada pelat

(12)

2

penyerap, sebagian fluida udara akan mengalir ke bagian sirip kolektor lainnya melalui lubang yang ada pada sirip. Udara akan kembali mengenai sirip kedua aliran turbulen akan terus terjadi sampai melewati sirip terakhirdan menghasilkan energy berguna. Pengembangan pembuatan modifikasi alat kolektor surya sudah banyak dilakukan oleh peneliti-peneliti lain, seperti penelitian I.D.G Rangga Iswara (2007) Pengaruh penempatan sirip berbentuk segitiga yang dipasang secara aligned terhadap performan kolektor surya pelat datar. I Kadek Subadiyasa (2009) Pengaruh penempatan sirip berbentuk segitiga pada kolektor surya pelat datar yang dipasang secara staggered. I Nyoman Gigih Predana Putra (2010) analisis performansi kolektor surya pelat datar dengan variasi sirip berlubang besar kekecil menghasilkan temperature keluar yang lebih tinggi dan energi berguna lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor surya pelat datar dengan variasi diameter berlubang kecil ke besar.

Oleh sebab itu Berbekal dari penelitian yang telah dilakukan tersebut, penulis akan membuat modifikasi kolektor surya pelat datar dengan sepuluh sirip berdiameter sama yang disusun secara sejajar yang dimana dengan sepuluhsirip berdiameter sama bertujuan untuk menambah luas penyerapan panas dari pelat penyerap ke sirip, selain itu juga bertujuan untuk menghambat aliran fluida agar lebih lama berada di ruang sirip kolektor surya sehingga hasil panas yang dihasilkan oleh kolektor surya lebih efisien.

1.2 Rumusan masalah

Adapun rumusan masalah yang dibahas dari penelitian ini yaitu bagaimana pengaruh penambahan sepuluh sirip berlubang dengan diameter lubang sama yang disusun sejajar pada kolektor surya pelat datar.

(13)

3

1.3 Batasan masalah

Adapun batasan masalah yang ada dalam penelitian ini yaitu:

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

2. Aliran udara yang mengalir steady flow atau steady state. 3. Lubang sirip disusun secara sejajar.

4. Efisiensi daya input blower diabaikan.

1.4 Tujuan penelitian

Untuk mengetahui energi berguna dan efisiensi yang dihasilkan dari kolektor surya pelat datar menggunakan sepuluh sirip berlubang dengan diameter lubang sirip sama yang disusun sejajar.

1.5 Manfaat penelitian

1. Memanfaatkan sumber energi matahari yang melimpah di Indonesia sebagai energi alternatif.

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

3. Memberi pengetahuan mengenai kolektor surya pemanas udara untuk bisa digunakan dalam kehidupan sehari-hari.