Bidang Unggulan : Energi, Transportasi dan Lingkungan Kode/Nama Bidang Ilmu : 431/ Teknik Mesin (dan Ilmu Permesinan Lain) LAPORAN AKHIR HIBAH UNGGULAN PROGRAM STUDI
ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN ALIRAN IMPINGING JET MELALUI SIRIP BERLUBANG DENGAN DIAMETER BERBEDA TIM PENGUSUL KETUT ASTAWA, ST.,MT (0007066602) IR. I NENGAH SUARNADWIPA, MT (0031126513)
SURAT PERJANJIAN PENUGASAN DALAM RANGKA PELAKSANAAN PENELITIAN DANA PNBP TAHUN ANGGARAN 2015 NOMOR : 2020/UN14.1.31/PN.00.00.00/2015
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA NOPEMBER 2015
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL …………………………………………………………… HALAMAN PENGESAHAN …………………………………………………… DAFTAR ISI ........................................................................................................ RINGKASAN ……………………………………………………………………
i ii iii v
BAB I
PENDAHULUAN
...…………………………………………
1
1.1 Latar Belakang
……………………………………………
1
……………………………………………………
2
1.2.1 Tujuan Khusus
……………………………………
2
1.2.2 Tujuan Umum
……………………………………
2
1.3 Target Temuan / Inovasi
……………………………………
2
TINJAUAN PUSTAKA
……………………………………………
4
2.1 Road Map Penelitian
……………………………………
4
……………
4
………………….………………………………...
5
2.3.1 Perpindahan Panas Konduksi
……………………………
6
2.3.2 Perpindahan Panas Konveksi
……………………………
7
2.3.3 Perpindahan Panas Radiasi
……………………………
7
...............................................................………….
8
……………………………………
9
1.2 Tujuan
BAB II
2.2 Penelitian Pendahuluan yang sudah dilaksanakan 2.3 Dasar Teori
2.3.4 Sirip
2.3.5 Aliran Impinging Jet
………........
11
……………………
11
……………………………
11
2.4. Energi Berguna dan Efisiensi Kolektor Surya 2.4.1 Energi Berguna Kolektor Surya 2.4.2 Efisiensi Kolektor Surya
iii
BAB III
METODE PENELITIAN
……………………………………………
13
3.1 Bagan Alir Penelitian
……………………………………………
13
3.2 Rancangan Pengujian Kolektor Surya Pelat Datar dengan Aliran ……………..…….
13
……………………………………………
15
HASIL DAN PEMBAHASAN
……………………………
17
4.1 Perhitungan Data Hasil Penelitian
.…………………………….. 17
Impingning Jet dengan variasi lubang sirip 3.3 Prosedur Pengujian BAB IV
4.1.1
Perhitungan Pada Kolektor
…………………….. 17
4.1.2
Analisa Performansi Kolektor
.................................. 20
4.1.3
Energi Berguna (𝑄𝑢,𝑎 ) Kolektor Pelat Datar ...................... 21
4.1.4
Efisiensi (ƞa) Kolektor Pelat Datar
4.2 Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA
.................................. 22
................................................................................. 23
……………………………………………………………. 20
LAMPIRAN-LAMPIRAN
……………………………………………………. 19
Lampiran 2 : Dukungan Sarana dan Prasarana Penelitian
……………. 20
Lampiran 3 : Susunan organisasi Tim dan Pembagian Tugas
……………. 21
Lampiran 4 : Bio Data Ketua dan Anggota
……………………………. 21 ……………………
32
……………………………………………………
33
Lampiran 5 : Surat Pernyataan Personalia Penelitian Lampiran 6 : Luaran
iv
RINGKASAN Penggunaan energi matahari untuk mengeringkan hasil-hasil pertanian saat ini masih banyak dilakukan secara konvensional yaitu dengan memanfaatkan secara langsung, dimana bahan atau obyek yang dikeringkan diletakan di lantai/tanah dan kemudian ditaruh di bawah terik matahari. Kelemahan dari cara ini adalah bahan yang dikeringkan memerlukan tempat yang luas, pengeringan yang tidak merata, waktu pengeringan yang lama sehingga kurang efisien. Untuk itu diperlukan sebuah alat yang disebut kolektor surya, yaitu kolektor surya pelat datar. Untuk memaksimalkan hasil dari kolektor surya pelat datar ini dilakukan modifikasi pada absorbernya. Modifikasi yang dilakukan adalah dengan penambahan sirip-sirip berlubang dengan diameter yang berbeda untuk aliran Impinging Jet, karena dengan penambahan sirip berlubang ini akan memperluas bidang penyerapan radiasi matahari dan menimbulkan aliran Impinging Jet sehingga akan meningkatkan perpindahan panas di dalam kolektor surya, dengan demikian udara yang keluar dari kolektor ini temperaturnya akan lebih tinggi. Tujuan jangka pendek penelitian ini adalah mengembangkan teknologi rekayasa surya dengan kolektor surya pelat datar yang dimodifikasi dengan penambahan sirip berlubang sehingga dapat menghasilkan performa kolektor surya pelat datar yang maksimal. Tujuan jangka panjang dan targetnya adalah dapat memanfaatkan dan mengembangkan sumber energi yang ramah lingkungan yaitu energi matahari sehingga akan mengurangi pemakaian energi yang bersumber dari fosil. Metode yang dipakai dalam usaha untuk mencapai tujuan tersebut adalah Pertama metode perancangan yaitu merancang secara ilmiah kolektor surya pelat datar dengan penambahan sirip berlubang untuk aliran Impinging Jet. Kedua dengan metode eksperimental yaitu melaksanakan pengujian dengan berbagai variable yaitu variasi diameter lubang sirip, penempatan sirip, laju aliran udara masuk ke kolektor surya dan sebagainya yang dapat meningkatkan temperatur keluaran kolektor. Dari hasil pengujian Kolektor surya diperoleh hasil bahwa kolektor surya dengan sirip berlubang dari diameter besar ke diameter kecil menghasilkan performansi lebih baik dibandingkan dengan dari diameter kecil ke diameter besar yaitu dengan efisiensi 26,6 % dan Energi bergunanya 193,4Watt. dibandingkan 16,6% dan 120,9Watt. Kata kunci : Performa Kolektor Surya pelat datar, Impinging Jet, Sirip berlubang
v
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Situasi energi yang saat ini bisa dikatakan kritis sehingga memaksa umat manusia untuk kembali secara menyeluruh mencari semua sumber-sumber energi terbarukan dengan pengetahuan dan teknologi yang kita miliki sekarang. Penggunaan energi baru dan terbarukan (EBT), yang ketersediaannya melimpah akan sangat bermanfaat terutama untuk daerah terpencil. Hal ini juga akan mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi konvensional (minyak dan gas bumi), yang ketersediaannya dalam jangka panjang tidak dapat dipertahankan. EBT 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. Sebagai contoh adalah pengeringan gabah yang mana hanya diletakkan pada sebuah areal yang luas dan membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mengeringkannya. Oleh karena itu perlu dilakukan sebuah penelitian agar energi matahari yang ada ini dapat dimanfaatkan dengan semaksimal mungkin. Kolektor surya adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mengumpulkan radiasi matahari dan mengubahnya menjadi energi kalor yang berguna. Ada beberapa tipe kolektor surya, salah satu diantaranya yang sudah banyak dikenal adalah kolektor surya pelat datar. Jenis kolektor ini menggunakan pelat berupa lembaran, dimana untuk mendapatkan hasil yang optimal permukaan kolektor dicat dengan warna hitam doff yang berfungsi untuk menyerap radiasi matahari yang datang dan mentransfer kalor yang diterima tersebut ke fluida kerja. Untuk menjaga agar tidak terjadi kerugian panas kelingkungan, maka digunakan penutup transparan sehingga terjadi efek rumah kaca sedangkan pada bagian bawah dan samping pelat kolektor diberikan isolasi. Tahun 2010 telah dilakukan penelitian untuk menyempurnakan kolektor surya pelat datar dengan menambahkan dan memvariasikan luas sirip pada pelat 1
penyerap. Dengan cara ini, maka didapatkan permukaan perpindahan panas yang lebih luas sehingga energi matahari yang dapat diserap dan dipindahkan ke fluida kerja nantinya semakin besar. Tahun 2013, dilaksanakan penelitian dengan penggantian bentuk sirip berbentuk pelat melintang dan besi bulat dengan diameter tertentu yang dipasang secara staggered dan aligned. Dengan cara ini diperoleh hasil terjadi peningkatan temperatur keluar kolektor lebih tinggi, sehingga efisiensi kolektor juga semakin tinggi dibandingkan dengan tanpa penambahan sirip. Namun kolektor surya dengan menggunakan pelat datar ini belumlah sempurna sehingga perlu dilakukan modifikasi untuk mengoptimalkannya. Kolektor surya pada umumnya menggunakan laju aliran massa udara yang secara paralel melewati pelat penyerap. Udara yang masuk inlet akan melewati pelat penyerap dan langsung keluar melalui outlet.
1.2 Tujuan 1.2.1 Tujuan Khusus Mengembangkan teknologi tepat guna rekayasa surya dengan kolektor surya pelat datar yang dimodifikasi dengan penambahan sirip berlubang yang bertujuan untuk merubah kecepatan
aliran massa udara yang melewati sirip berlubang dengan
diameter lubang yang bervariasi dari diameter yang besar pada bagian inlet menuju diameter yang semakin kecil menuju ke outlet kolektor dan sebaliknya (impinging jet). 1.2.2 Tujuan Umum Mendukung kebijakan pemerintah dalam hal meningkatkan penggunaan energi alternatif dan meningkatkan usaha perlindungan dan pelestarian fungsi lingkungan hidup dengan pemanfaatan energi ramah lingkungan.
1.3 Target Temuan/Inovasi Target penelitian tahun pertama adalah : satu unit Teknologi Tepat Guna yaitu Kolektor surya pelat datar dengan variasi penambahan sirip berlubang sebagai laluan aliran Impinging jet yang akan digunakan menyerap radiasi surya. Artikel di berkala ilmiah nasional pada Jurnal Teknik Mesin.
2
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Road Map Penelitian
3
2.2 Penelitian Pendahuluan yang sudah dilaksanakan Astawa, Sukadana, Wika, 2010, melakukan penelitian pada kolektor surya pelat datar dengan memvariasikan ketebalan kaca penutup. Hasil penelitiannya adalah semakin tebal kaca cover kolektor efisiensinya akan semakin menurun, ini disebabkan pada kaca yang tebal, panas radiasi matahari yang menimpa kolektor akan mengalami beberapa fenomena diantaranya pembiasan cahaya matahari yang menimpa kolektor oleh partikel struktur pembentuk kaca itu sendiri. Sucipta,
Astawa,
Suardamana,
2010,
melakukan
penelitian
untuk
menganalisa performansi kolektor surya pelat datar bersirip dengan variasi luasan permukaan sirip. Dari penelitiannya dihasilkan bahwa untuk variasi luasan permukaan sirip yang diuji pada laju aliran massa yang sama temperatur udara keluaran kolektor untuk kolektor dengan aliran udara di atas pelat penyerap lebih tinggi dibandingkan temperatur udara keluar kolektor dengan aliran udara di bawah pelat penyerap. Sucipta, Astawa, Harry, 2013, melakukan penelitian untuk menganalisa performansi kolektor surya pelat datar dengan pengganggu aliran berupa pelat melintang yang disusun staggered, diperoleh hasil perpindahan panas ke fluida kerja akan lebih besar karena permukaan perpindahan panas yang luas, sehingga temperatur keluaran kolektor akan meningkat. Astawa, Gunawan, Hendra, 2014, melakukan penelitian untuk menganalisa unjuk kerja kolektor surya pelat datar yang menggunakan media penyimpan panas pasir pantai, diperoleh hasil dengan penambahan media penyimpan panas akan mampu memanaskan fluida kerja sampai intensitas yang rendah, sehingga ketika intensitas rendah temperatur udara keluar kolektor tetap tinggi maka energi berguna dan efisiensi yang dihasilkan juga akan meningkat Astawa, Swarnadwipa, Subadiyasa, 2014, melakukan penelitian untuk menganalisa
performansi kolektor surya pelat datar dengan penempatan sirip
berbentuk segitiga yang dipasang disusun staggered, diperoleh hasil secara kualitatif adalah dengan efisiensi pada kolektor surya tanpa sirip sebesar 41.12 % dan kolektor surya dengan sirip staggered sebesar 42.12 %. Untuk penempatan sirip berbentuk
4
yang disusun staggered membuktikan dapat memberikan pengaruh terhadap peningkatan performa kolektor surya pelat datar. Astawa,
Swarnadwipa,
Rangga,
2014, melakukan penelitian
untuk
menganalisa performansi kolektor surya pelat datar dengan penempatan sirip berbentuk segitiga yang dipasang disusun aligned, diperoleh hasil secara kualitatif penambahan sirip berbentuk segitiga dapat memperluas penyerapan perpindahan panas ke fluida kerja sehingga untuk efesiensinya pada kolektor surya bersirip aligned adalah 37.94% lebih tinggi dibandingkan dengan
kolektor tanpa sirip
sebesar 36.17% .
2.3 Dasar Teori Prinsip kerja kolektor surya untuk pemanas udara yaitu radiasi matahari yang menimpa permukaan kolektor yang kemudian ditransmisikan melalui penutup transparan dan kemudian akan diubah menjadi energi panas oleh pelat penyerap. Selanjutnya akan terjadi perpindahan panas dari pelat penyerap menuju udara. Pada akhirnya temperatur udara menjadi meningkat. Dalam kasus ini terjadi tiga fenomena perpindahan panas yaitu secara konduksi, yang terjadi pada udara yang diam dan pada pelat penyerap. Selain itu terjadi perpindahan panas secara konveksi antara permukaan pelat penyerap dengan fluida kerja yang mengalir, dalam hal ini udara. Kemudian pertukaran panas radiasi terjadi di atas penutup transparan, diantara penutup transparan dengan pelat penyerap bagian atas, dan antara pelat penyerap bagian bawah dengan permukaan isolasi, seperti yang digambarkan pada Gambar 2.2 Radiasi matahari
Penutup transparan (kaca)
Refleksi
(1-α) τ ρd
(1-α)τ Pelat Penyerap
(1-α) 2 ρd
(1-α) 2 ρd
(1-α) τ
ατ
2
ατ
(1-α)
τ
τ
3
(1-α) τ 3 ρd
2
(1-α) τ 3 ρd 2
ατ (1-α) ρd
2
4
3
3
ατ (1-α) ρd
3
Gambar 2.2 Penyerapan radiasi matahari oleh kolektor 5
2.3.1 Perpindahan Panas Konduksi Perpindahan panas konduksi adalah merupakan perpindahan panas yang terjadi pada suatu media padat atau pada media fluida yang diam akibat adanya perbedaan temperatur antara permukaan yang satu dengan permukaan yang lain pada media tersebut. Konsep yang ada pada konduksi adalah merupakan aktivitas atomik dan molekuler. Sehingga peristiwa yang terjadi pada konduksi adalah perpindahan energi dari partikel yang lebih energetik (molekul lebih berenergi/bertemperatur tinggi)
menuju
partikel
yang
kurang
energetik
(molekul
kurang
berenergi/bertemperatur lebih rendah), akibat adanya interaksi antara partikelpartikel tersebut Laju
konduksi
dikenal
dengan
Hukum
Fourier
tentang
Konduksi
( Fourier Low of Heat Conduction), yang persamaan matematikanya sebagai berikut:
qkond kA
dT dx
..................................………………….. (2.1)
dimana :
qkond = laju perpindahan panas konduksi (W) k
= konduktivitas termal bahan (W/m.K)
A
= luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m2)
dT dx
= gradien temperatur pada penampang tersebut (K/m)
(-)
= perjanjian Fourier
2.3.2 Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari suatu permukaan media padat atau fluida yang diam menuju fluida yang mengalir atau bergerak atau sebaliknya akibat adanya perbedaan temperatur. Laju perpindahan panas konveksi adalah merupakan hukum Newton tentang pendinginan (Newton'sLaw of Cooling) yaitu:
qkonv h. As .Ts T ……………………………...........………..........(2.2)
6
dimana : 𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣 = Laju perpindahan panas konveksi (W) ℎ
= Koefisien perpindahan panas konveksi (W/𝑚2 .K)
𝐴𝑠
= Luas permukaan perpindahan panas (𝑚2
𝑇𝑠
= Temperatur permukaan (K)
𝑇∞
= Temperatur fluida (K)
Menurut aliran fluidanya, perpindahan panas konveksi dapat diklasifikasikan menjadi: a.
Konveksi paksa (forced convection), terjadi bila aliran fluidanya disebabkan oleh gaya luar, seperti: blower, pompa, atau kipas angin.
b.
Konveksi alamiah (natural convection), terjadi bila aliran fluidanya disebabkan oleh efek gaya apungnya (buoyancyforced effect). Pada fluida, temperatur berbanding terbalik/berlawanan dengan massa jenis (density).
2.3.3 Perpindahan Panas Radiasi Energi dari medan radiasi ditransportasikan oleh pancaran atau gelombang elektromagnetik (photon), dan asalnya dari energi dalam material yang memancar. Transportasi energi pada peristiwa radiasi tidak harus membutuhkan media, justru radiasi akan lebih efektif dalam ruang hampa. Berbeda dengan perpindahan panas konduksi dan konveksi yang mutlak memerlukan media perpindahan. Laju pertukaran panas radiasi keseluruhan antara permukaan dengan sekelilingnya (surrounding), dengan temperatur sekeliling, 𝑇𝑠𝑢𝑟 , adalah : 𝑞𝑟𝑎𝑑 = 𝜎. 𝐴. 𝑇 4 .......................................................................................
(2.3)
Dimana : qrad = perpindahan panas radiasi (W) σ
= konstanta Stefan Boltzman (5,67 x 10-8 W/m2 K4)
A
= Luas permukaan perpindahan panas (m2)
T
= temperatur permukaan perpindahan panas (K)
7
2.3.4 Sirip (fin) Istilah permukaan yang diperluas secara umum digunakan pada benda padat yang mengalami transfer energi melalui konduksi sesuai kondisi batasnya dan transfer energi yang sama akan dilakukan kelingkungannya melalui konveksi dan/atau radiasi. Untuk meningkatkan laju perpindahan dapat dilakukan dengan menambah luas penampang permukaan, dimana konveksi terjadi. Cara ini dapat dilakukan dengan menggunakan sirip yang meluas dari permukaan media padat ke dalam fluida yang berada di sekelilingnya seperti ditunjukan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kegunaan sirip untuk memperbesar perpindahan panas media padat Sumber: (Incropera dan De Witt, 3rd ed.)
2.3.5 Aliaran impinging jet Perpindahan panas dengan menggunakan metoda aliran Impinging Jet, merupakan perpindahan panas dimana fluida dipancarkan melalui lubang-lubang atau nosel menuju permukaan/pelat yang memiliki perbedaan temperatur. Metoda ini telah diterapkan pada berbagai komponen seperti sudu turbin, dinding ruang pembakaran, heat exchanger dan komponen elektronik. “Impinging” disini berarti “tabrakan”, dimana terjadi tabrakan antara fluida pendingin dengan permukaan suatu target dalam kecepatan aliran yang tinggi. Sebaliknya, cara ini juga dapat digunakan untuk memanaskan suatu komponen atau suatu bahan tertentu contohnya pada proses pengeringan kertas dan pengeringan tekstil. Pada Gambar 2.3 (a, b) ditunjukkan visualisasi impinging jet, terlihat bahwa koefisien perpindahan panas akan menurun seiring dengan meningkatnya radius (jarak dari
8
inti jet) , selain itu akan terjadi puncak koefisien perpindahan panas yang kedua untuk jarak jet nosel yang cukup dekat dengan permukaan target (H yang kecil).
(a)
(b) Gambar 2.3 (a) Mekanisme perpindahan panas impinging jet (b)Visualisasi impinging jet Sumber : (Bambang Yunianto, 2005 halaman 11)
Awalnya penelitian terhadap metode peningkatan perpindahan panas impinging jet ini terfokus pada penggunaan impinging jet tunggal, kemudian berkembang pada penggunaan susunan impinging jet. Untuk impinging jet tunggal, seperti pada Gambar 2.3, aliran udara pendingin keluar melalui sebuah jet nosel dan langsung menabrak permukaan target. Aliran udara yang memancar memiliki kecepatan tertentu dan setelah terjadi tabrakan dengan permukaan target akan mengakibatkan terjadinya aliran turbulen. Hal ini mengakibatkan adanya peningkatan yang signifikan laju perpindahan panas yang terjadi. Koefisien perpindahan panas (h) yang tertinggi dihasilkan pada inti jet (semburan) dan akan menurun untuk daerah diluar inti jet (Bambang Yunianto, 2005).
9
a.
Submerge impinging jet dan free impinging jet Berdasarkan perbedaan bentuk alirannya impinging jet ini terbagi dua
yaitu, submerge impinging jet dan free impinging jet. Pada submerge impinging jet, fluida yang digunakan dalam impinging jet sama dengan fluida yang terdapat disekeliling target. Sedangkan untuk free impinging jet, fluida yang digunakan berbeda dengan fluida disekeliling pelat target, contohnya air digunakan untuk pendinginan komponen yang terdapat di udara bebas.
Gambar 2.4 (a) Submerge impinging jet dan (b) free impinging jet Sumber : (Bambang Yunianto, 2005 halaman 12)
b.
Confined impinging jet dan unconfined impinging jet Dalam penerapannya, Impinging jet terbagi menjadi confined impinging jet
dan unconfined impinging jet. Seperti terlihat pada gambar, untuk confined impinging jet digunakan pembatas pada nosel keluaran jet.
Gambar 2.5 (a) Unconfined impinging jet (b) confined impinging jet Sumber : (Bambang Yunianto, 2005 halaman 12)
10
2.4 Energi Berguna dan Efisiensi Kolektor Surya. 2.4.1 Energi berguna Kolektor Surya Untuk perhitungan energi yang diserap atau energi yang berguna untuk kolektor alat pemanas air tenaga surya (Duffie and all, 1991) dapat digunakan persamaan : .
qu' m .c P .(To Ti ) .................................................................................... (2.4) Dimana :
𝑞𝑢̇
= panas yang berguna per satuan waktu (Watt)
.
m cp
= laju aliran fluida (kg/s) = kapasitas panas jenis fluida (J/(kg.˚C)
T0
= temperatur fluida keluar (˚C)
Ti
= temperatur fluida masuk (˚C)
2.4.2 Efisiensi Kolektor Surya Efisiensi kolektor merupakan perbandingan panas yang diserap oleh fluida dan intensitas matahari yang mengenai kolektor. Performansi dari kolektor dapat dinyatakan dengan efisiensinya. Ada dua cara atau prosudur yang dipakai untuk mengidentifikasi efisiensi kolektor yaitu : 1. Instantanneous procedure yaitu : pengukuran masa flow rate, perbedaan temperature
fluida masuk dan keluar dan isolasi. Instantaneous efficiency
(efisiensi sesaat), (Duffie and all, 1991) dapat dihitung dengan menggunakan rumus : .
m .c .T I .A
................................................................................
(2.5)
p
T
C
Dimana : Cp
= Panas jenis fluida (J/Kg.˚C), nilai Cp didapat dari properties fluida berdasarkan
temperatur film : ( T f
To Ti ) 2
.
m
= Laju aliran massa fluida (kg/s)
IT
= total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu per satuan luas (W/m²) 11
Ac
= Luasan kolektor (m²)
T
= (To – Ti) (˚C)
η
= efisiensi kolektor
2. Colorimentric procedure yaitu : pengukuran efisiensi pada sistem tertutup dimana perubahan temperature merupakan fungsi waktu dan berhubungan dengan sudut datang sinar matahari. Perhitungan efisiensinya (Duffie and all, 1980) adalah :
m.c ' p . dT qu dt I T . Ac I T . Ac
…………………………………………………... (2.6 )
Dimana : .
m
= massa media di dalam calorimeter per satuan luas permukaan kolektor (kg/m²)
c' p
= panas spesifik media di dalam calorimeter, (J/kg. oC)
AC
= Luasan colektor (m²)
T
= (To - Ti) (˚C)
IT
= total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu per satuan luas (W/m²)
12
BAB III. METODE PENELITIAN
3.1 Bagan Alir Penelitian Penelitian dan hasil dari pelaksanaan penelitian yang telah dilaksanakan dengan indikator capaian setiap kegiatan penelitian yaitu pengujian performansi kolektor surya pelat datar dengan aliran Impinging jet melalui sirip dengan variasi diameter lubang laluan udara dari dimeter besar ke diameter kecil dan sebaliknya yang dimanfaatkan untuk pengeringan hasil-hasil pertanian dan produk olahannya.
Gambar 3.1 Bagan alir penelitian
13
3.2 Rancangan pengujian Kolektor surya pelat datar dengan variasi lubang sirip dengan aliran impinging jet Pada penelitian ini kolektor surya pelat datar ditambahkan pelat berlubang dengan diameter lubang bervariasi. Panjang pelat Lp = 1,2 m dan lebar kolektor Wp = 0,5 m. Diameter lubangdari diameter besar ke diameter kecil yaitu 90 mm, 70 mm, 50 mm, 30 mm, dan 10 mm. Untuk kontruksi pelat berlubang dapat dilihat pada gambar 3.2.
14
Gambar 3.2 Pengujian Aliran Impinging jet pada kolektor surya pelat datar Dua buah kolektor surya pelat datar dengan variasi lubang sirip diuji secara bersamaan, dimana variasi lubang sirip dipasang dengan arah yang berbeda. Satu kolektor dimana udara masuk dari sirip berlubang dengan diameter yang besar mengarah ke lubang sirip yang kecil dan satu kolektor lagi udara masuk dari lubang sirip dengan diameter kecil mengarah ke sirip dengan lubang yang besar. Perbedaan lubang sirip ini akan menyebabkan perbedaan tekanan udara yang masuk ke dalam kolektor sehingga akan mempengaruhi temperatur sirip dalam kolektor dan dengan demikian temperatur keluaran yang dihasilkan kolektor pun akan berbeda. Sirkulasi udara yang masuk ke dalam kolektor surya pelat datar ini dibantu dengan Blower dan tekanan udara dari blower akan diukur dengan manometer yang dipasang di sebelum udara masuk ke kolektor. Manometer juga dipasang di ujung kolektor untuk mengetahui tekanan udara keluar kolektor surya pelat datar. Temperatur udara yang mengalir di dalam kolektor surya juga diukur dengan termokopel, hal ini bertujuan untuk mengetahui apakah terjadi distribusi temperatur dari ujung masuk udara ke dalam kolektor sampai ujung keluar udara dari kolektor. Untuk mengukur besarnya Intensitas radiasi matahari maka diukur denga alat Solar power meter, alat ini akan menunjukan besarnya daya
intensitas radiasi
matahari per satuan luas kolektor surya pelat datar (W/m2).
15
3.3 Prosedur Pengujian Prosedur yang dilakukan selama pungujian adalah : 1. Pengujian dilakukan pada jam 10.00 – 16.00 wita 2. Selang waktu pengambilan data setiap 10 menit sekali 3. Blower dijalankan untuk mengalirkan udara sebagai fluida kerja kedalam kolektor 4. Atur katup untuk memperoleh laju aliran massa yang sama, dengan cara mengukur tekanan udara untuk masing-masing kolektor. Dimana besarnya tekanan akan ditunjukkan oleh kenaikan fluida pada manometer 5. Selanjutnya dilakukan pengukuran terhadap parameter-parameter terukur yaitu : a. Temperatur udara luar, Ta b.Temperatur kaca, Tc c. Temperatur pelat penyerap, Tp d.Temperatur pelat berlubang, Tb e. Temperatur pelat bawah, Tpb f. Temperatur udara masuk kolektor, Ti g.Temperatur udara dalam kolektor, Tf h.Temperatur udara keluar kolektor, To
16
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Perhitungan Data Hasil Penelitian Untuk dapat menganalisa besar efisiensi dari kolektor surya dengan variasi sirip berlubang dengan diameter berbeda (diameter kecil ke diameter besar dan diameter besar ke diameter kecil) yang dipasang secara paralel/line, maka dilakukan perhitungan terhadap data-data yang didapat dari data hasil pengujian pada setiap kolektor surya. Sebagai contoh perhitungan diambil dari data hasil pengujian pada tanggal 4 September 2015 pada pukul 12.00 WITA, dimana intensitas matahari terukur dari solar powermeter (𝐼𝑇 ) sebesar 1.211 𝑤/𝑚3 . 4.1.1
Perhitungan Pada Kolektor
Kolektor Surya Dengan Sirip Berlubang Diameter Kecil - Besar Data Pengujian : -
Temperatur lingkungan, 𝑇𝑎
= 304 K
-
Temperatur udara masuk, 𝑇𝑖𝑛
= 309 K
-
Temperatur cover, 𝑇𝑐
= 319 K
-
Temperatur pelat penyerap, 𝑇𝑝
= 338 K
-
Temperatur pelat bawah, 𝑇𝑏
= 317 K
-
Temperatur udara dalam, 𝑇𝑓
= 314 K
-
Temperatur udara keluar, 𝑇𝑜𝑢𝑡
= 319 K
-
Diameter pipa, 𝐴𝑝
= 0,002025 𝑚2
-
Besarnya 𝑚̇
= 0,012 kg/s
-
Luasan kolektor, 𝐴𝑐
= 0,6 𝑚2
Pada Temperatur fiuida 𝑇𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 =
𝑇𝑖 + 𝑇𝑜𝑢𝑡 309 + 319 = = 314 𝐾 2 2
Besarnya Cp = 1,00756 kJ/kg.K = 1007,56 J/kg.K Menentukan Energi Berguna actual 𝑄𝑢,𝑎 = 𝑚̇. 𝐶𝑝(𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛) = 0,012 𝑥 1007,56 (319 − 309) = 120,9072 𝑊
17
Menentukan Efisiensi Kolektor ƞ𝑎 =
𝑚̇. 𝐶𝑝 (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛) 𝑄𝑢 120,9072 𝑊 = 𝑥 100% = = 16,640132 % 𝐴𝑐 . 𝐼𝑇 𝐴𝑐 . 𝐼𝑇 0,6 𝑚2 . 1211 𝑊/𝑚2
Kolektor Surya Dengan Sirip Berlubang Diameter Besar - Kecil Data Pengujian : -
Temperatur lingkungan, 𝑇𝑎
= 304 K
-
Temperatur udara masuk, 𝑇𝑖𝑛
= 305 K
-
Temperatur cover, 𝑇𝑐
= 318 K
-
Temperatur pelat penyerap, 𝑇𝑝
= 338 K
-
Temperatur pelat bawah, 𝑇𝑏
= 318 K
-
Temperatur udara dalam, 𝑇𝑓
= 315 K
-
Temperatur udara keluar, 𝑇𝑜𝑢𝑡
= 321 K
-
Diameter pipa, 𝐴𝑝
= 0,002025 𝑚2
-
Besarnya 𝑚̇
= 0,012 kg/s
-
Luasan kolektor, 𝐴𝑐
= 0,6 𝑚2
Pada Temperatur fluida 𝑇𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 =
𝑇𝑖 + 𝑇𝑜𝑢𝑡 305 + 321 = = 313 𝐾 2 2
Besarnya Cp = 1,00752 kJ/kg.K = 1007,52 J/kg.K Menentukan Energi Berguna actual 𝑄𝑢,𝑎 = 𝑚̇. 𝐶𝑝(𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛) = 0,012 𝑥 1007,52 (321 − 305) = 193,44384 𝑊 Menentukan Efisiensi Kolektor ƞ𝑎 =
𝑚̇. 𝐶𝑝 (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛) 𝑄𝑢 193,44384 𝑊 = 𝑥 100% = = 26,623154 % 𝐴𝑐 . 𝐼𝑇 𝐴𝑐 . 𝐼𝑇 0,6 𝑚2 . 1211 𝑊/𝑚2
18
Contoh data perhitungan pengujian koektor surya pelat datar dengan variasi sirip berlubang dengan diameter berbeda (diameter kecil ke diameter besar dan diameter
besar ke diameter kecil) yang dipasang secara paralel/line, dapat dilihat pada table 4.1 dan 4.2. Data lengkap perhitungan pada pengujian kolektor dapat dilihat pada lampiran. Tabel 4.1 Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sirip berlubang diameter kecil – besar WAKTU
10:00
Ta
𝑰𝑻
Tin
Tout
∆𝑻
𝑻𝒇𝒍𝒖𝒊𝒅𝒂
Cp
𝑸𝒖,𝒂
ƞ𝒂
(℃)
(𝑾/𝒎𝟑 )
(K)
(K)
(𝑲)
(𝑲)
(J/kg.K)
(W)
(%)
29
813
307
316
9
311,5
1007,46 108,80568 22,305387
317
9
312,5
1007,5
108,81
15,977974
11:00
30
1135
308
12:00
31
1211
309
319
10
314
1007,56
120,9072
16,640132
319
10
314
1007,56
120,9072
18,402922
13:00
31
1095
309
14:00
31
1083
309
317
8
313
1007,52
96,72192
14,884875
15:00
30
303
307
313
6
310
1007,4
72,5328
39,89703
16:00
29
578
307
311
4
309
1007,36
48,35328
13,942699
17:00
29
297
305
316
1
305,5
1007,26
12,08712
6,7828956
Tabel 4.2 Data hasil perhitungan kolektor surya dengan sirip berlubang diameter besar – kecil WAKTU
Ta
𝑰𝑻
Tin
Tout
∆𝑻
𝑻𝒇𝒍𝒖𝒊𝒅𝒂
Cp
𝑸𝒖,𝒂
ƞ𝒂
(℃)
(𝑾/𝒎 )
(K)
(K)
(𝑲)
(𝑲)
(J/kg.K)
(W)
(%)
10:00
29
813
304
319
15
311.5
1007,46
181,3428
37,175646
11:00
30
1135
304
316
14
312
1007,48 169,25664 24,854132
12:00
31
1211
305
321
16
313
1007,52 193,44384 26,623154
321
16
313
1007,52 193,44384 29,443507
𝟑
13:00
31
1095
305
14:00
31
1083
305
319
14
312
1007,48 169,25664 26,047498
318
14
311
1007,44 169,24992 93,096766
15:00
30
303
304
16:00
29
578
305
313
9
308.5
1007,34 108,79272
31,37045
297
303
307
15
311.5
1007,46
37,175646
17:00
29
181,3428
19
4.1.2
Analisa Performansi Kolektor Untuk mempermudah melakukan analisa maka data-data hasil pengujian dan
pergitungan digambarkan dalam bentuk grafik. Grafik-grafik yang digambarkan tersebut adalah grafik performansi kolektor surya pelat datar yang terdiri dari grafik hubungan 𝑇𝑜𝑢𝑡 , 𝐼𝑇 terhadap waktu pada masing-masing variasi kolektor, grafik energi berguna aktual kolektor dan grafik efisiensi aktual kolektor.
4.1.2.1 Perbandingan Kolektor Pelat Datar dengan Sirip Berlubang dengan Diameter Kecil – Besar dan Sirip Berlubang dengan Diameter Besar – Kecil Perbandingan kolektor surya pelat datar dengan sirip berlubang diameter kecil – besar dan sirip berlubang diameter besar – kecil dengan laju aliran massa (𝑚̇)
325
1400
320
1200
800 310 600 305
IT (w/m³)
1000
315
400
17:00
16:40
16:20
16:00
15:40
15:20
15:00
14:40
14:20
14:00
13:40
13:20
13:00
12:40
12:20
12:00
11:40
11:20
0 11:00
295 10:40
200
10:20
300
10:00
Temperatur Keluar (K)
0,012 kg/s dapat ditunjukkan pada gambar grafik berikut :
Waktu Tout (K)
Tout (K)
IT
Gambar 4.1 Grafik perbandingan temperatur keluar (Tout) kolektor terhadap waktu
Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa temperatur keluar kolektor dengan sirip berlubang diameter besar – kecil lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur keluar kolektor dengan sirip berlubang diameter kecil – besar. Hal tersebut disebabkan pada kolektor dengan sirip berlubang diameter besar – kecil, distribusi
20
panas yang terjadi lebih cepat atau besar dikarenakan fluida yang mengalir melalui lubang-lubang sirip dari lubang yang besar menuju lubang-lubang yang semakin kecil sehingga temperatur keluarannya menjadi tinggi. Pada grafik dapat dilihat juga bahwa intensitas radiasi matahari yang tidak konstan yang dipengaruhi oleh faktor cuaca menyebabkan temperatur keluaran kolektor menjadi naik dan turun. 4.1.3
Energi Berguna (𝑸𝒖,𝒂 ) Kolektor Pelat Datar Dari hasil perhitungan energi berguna yang diperoleh maka didapat grafik
sebagai berikut : 250
1400 1200 1000
150
800 600
100
IT (w/m³)
Energi Berguna (Qua)
200
400 50 200
17:00
16:40
16:20
16:00
15:40
15:20
15:00
14:40
14:20
14:00
13:40
13:20
13:00
12:40
12:20
12:00
11:40
11:20
11:00
10:40
10:20
0 10:00
0
Waktu Qua o-O
Qua O-o
IT
Gambar 4.2 Grafik perbandingan energi berguna (𝑸𝒖,𝒂 ) terhadap waktu
Gambar 4.2 menunjukkan energi berguna pada kolektor dengan sirip berlubang diameter besar – kecil lebih tinggi dari pada kolektor dengan sirip berlubang diameter kecil – besar. Hal ini disebabkan karena volume fluida yg berbeda. Fluida yang mengalir melalui lubang sirip berdiameter besar menuju lubang-lubang yang semakin kecil akan mendapatkan temperatur panas keluaran yang lebih besar. Hal ini menunjukkan bahwa besarnya energi berguna yang dihasilkan merupakan fungsi dari laju aliran massa kolektor, koefisien panas jenis udara dan temperatur udara keluar
21
kolektor. Semakin besar temperatur panas keluaran pada kolektor maka energi berguna yang didapat akan semakin besar. Dan semakin besar selisih antara udara keluaran kolektor dengan udara masuk kolektor akan mempengaruhi energi berguna kolektor juga semakin besar.
4.1.4
Efisiensi (ƞa) Kolektor Pelat Datar Dari hasil perhitungan efisiensi yang diperoleh maka didapat grafik sebagai
berikut : 100
1400
90 1200 80
Efisiensi (%)
60
800
50 600
40 30
IT (w/m³)
1000
70
400
20 200 10
17:00
16:40
16:20
16:00
15:40
15:20
15:00
14:40
14:20
14:00
13:40
13:20
13:00
12:40
12:20
12:00
11:40
11:20
11:00
10:40
10:20
0 10:00
0
Waktu ƞa o-O
ƞa O-o
IT
Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi (ƞa) kolektor terhadap waktu
Dari Gambar 4.3 diatas dapat dilihat bahwa efisiensi kolektor dengan variasi diameter sirip dari lubang besar ke kecil lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor dengan variasi dari diameter kecil ke besar, hal ini disebabkan karena aliran fluida masuk (udara) lebih banyak masuk pada variasi diameter besar ke kecil dan keluarnya semakin sedikit atau melambat sehingga udara dalam kolektor menyerap
22
panas lebih lama dan temperatur udara keluar kolektor juga menjadi semakin tinggi dan efisiensinya pun menjadi tinggi.
4.2 Kesimpulan Dari hasil pengujian dan pembahasan yang telah dilaksanakan maka dapat disimpulkan bahwa kolektor surya pelat datar dengan variasi diameter lubang dari diameter besar ke kecil menghasilkan temperatur keluar yang lebih tinggi dan menyebabkan energi bergunanya juga lebih tinggi sehingga efisiensi hariannya menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor surya pelat datar dengan variasi diameter dari kecil ke besar.
DAFTAR PUSTAKA Astawa dan M. Sucipta, 2010, Pembelajaran Energi Surya Dengan Menggunakan Metode Problem Based Learning, Dana PHK–I Universitas Udayana Astawa, Sukadana dan Wika, 2009. Analisa Performansi Kolektor Surya Pelat Datar Untuk Pemanas Air Dengan Variasi Ketebalan Kaca Penutup. Jurnal Teknik Mesin Indonesia, Volume 5 No.2 Oktober 2010, ISSN 1907-350X. pp 118-121 Astawa, Gunawan dan Hendra, 2014. Analisa Kolektor Surya Pelat Datar dengan Media Penyimpan Panas Pasir untuk Pemanas Udara. Jurnal Ilmiah TEKNIKA, Volume 10. No 1, edisi Juli 2014. ISSN 1693-024X. pp 43-50 Balai Besar Meteorologi Klimatologi dan geofisika Wilayah III Denpasar Duffie and all, 1991, Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, Inc, United State of America Incropera and Dewit 1996, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, Inc, New York Jansen, T. J. alih bahasa oleh Prof. Wiranto Arismunandar, 1995, Teknologi Rekayasa Surya, PT. Pradnya Paramita, Jakarta Yunianto, Bambang., 2005, Analisa Transien Perpindahan Panas Pada Heat Plate Dengan Metoda Confined Impinging Jet, Teknik Mesin FT-UNDIP, Semarang
23
LAMPIRAN Lampiran 2. Dukungan Sarana dan Prasarana Penelitian
Dalam pelaksanaan penelitian yang dilakukan melalui dana Hibah Unggulan dan untuk dapat melangsungkan kegiatan, sarana yang dipergunakan adalah sebagai berikut: No
1
2
Sarana
Daya dukung
Tersedianya alat Sarana Laboratorium Phyranometer dan Konversi Energi (Prestasi Solar Power meter Mesin) Teknik Mesin Unud serta yang lainnya Sarana Tempat pengujian Kolektor surya pelat datar
Tersedianya workshop
Kegunaan
Prosentase penggunaan
Untuk mengetahui besarnya Intensitas radiasi matahari, dll. Menguji Performansi Kolektor surya
80%
20%
Lampiran 3. Susunan Organisasi Tim dan Pembagian Tugas Tim
Jabatan
Ketut Astawa,ST.,MT
Tugas
Ketua
Pembuatan usulan, perancangan alat, pengumpulan dan pengolahan data, pembuatan laporan
Ir. I Nengah Anggota Swarnadwipa,MT
Pembuatan usulan, pengumpulan data, pembuatan laporan
I Nyoman Predana Putra
Gigih Mahasiswa
Pembuatan dan Pengujian ( untuk data Skripsi)
I Putu Agus Swastika
Putra Mahasiswa
NIM 1004305047
NIM 1004305032
:
:
Pembuatan dan Pengujian ( untuk data Skripsi)
24
Lampiran 4. Bio Data Ketua dan Anggota Peneliti Biodata Ketua A. Identitas Diri 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13
14.
Nama Lengkap (dengan gelar) Jabatan Fungsional Jabatan Struktural NIP/NIK/Identitas lainnya NIDN Tempat dan Tanggal Lahir Alamat Rumah Nomor Telepon/Faks/ HP Alamat Kantor Nomor Telepon/Faks Alamat e-mail Lulusan yang Telah Dihasilkan
Mata Kuliah yg Diampu
Ketut Astawa,ST.,MT
L /P
Lektor 19660607 199703 1 001 0007066602 Sangsit,7 Juni 1966 Jl.Muding Buit 26 Denpasar Bali 087863052230 Kampus Bukit Unud Jimbaran Badung Bali 0361703321
[email protected] S-1= > 38 orang; S-2= - Orang; S-3= - Orang 1. Energi Surya (S1) 2. Mesin Konversi Energi (S1) 3. Teknik Manajemen Perawatan Mesin (S1) 4. Kimia Dasar (S1) 5. Fisika Dasar (S1)
B. Riwayat Pendidikan Nama Perguruan Tinggi Bidang Ilmu Tahun Masuk-Lulus JudulSkripsi/Thesis/Disertasi
Nama Pembimbing/Promotor
S-1 Universitas Udayana Konversi energi 1985-1996 Perencanaan ketel uap pipa api kapasitas 0,5 kg/jam sebagai perbandingan di Hotel Sanur Beach Bali Prof. Djati Nursuhud dan Ir. I Wayan Bandem Adnyana
S-2 Universitas Brawijaya Konversi Energi
S-3
2004 - 2006 Pengaruh besar vakum pada kolektor surya pelat datar terhadap efisiensi kolektor
Prof. Sudjito dan Dr. Rudy Soenoko
25
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir (Bukan Skripsi, Tesis, maupun Disertasi) Tahun 1
2012
Judul Penelitian
Pendanaan Sumber* Jml (Juta Rp) Analisis Performansi Kolektor DIPA Unud 7,5 Surya Pelat Datar Untuk Pemanas Air Dengan Sumber Energi Matahari
2
Pembelajaran Energi Surya dengan Menggunakan Metode PHKI Unud 25 “Problem Base Learning” *Tuliskan sumber pendanaan: PDM, SKW, Pemula, Fundamental, Hibah Bersaing, Hibah Pekerti, Hibah Pascasarjana, Hikom, Stranas, Kerjasama Luar Negeri dan Publikasi Internasional, RAPID, Unggulan Stranas, atau sumber lainnya. 2010
D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir No .
Tahun
1
2007
2
2008
3
2012
4
2012
5
2014
Judul Pengabdian Kepada Masyarakat
Pendanaan
Sumber* Jml (Juta Rp) Pelatihan Teknik pengecoran logam Dipa Unud 4 bagi seniman Kriya desa Bona Gianyar. Bantuan teknis pengawasan Rotary club Tidak tahu pelaksanaan proyek ”Clean water assistance” di desa Tajen Kecamatan Penebel, Tabanan Bali Penghijauan di Desa Selumbung Jurusan 2 Kecamatan Manggis Kabupaten Teknik Mesin Karangasem dan LPPM Penyuluhan BIO GAS di Desa Jurusan 2 Selumbung Kecamatan Manggis Teknik Mesin Kabupaten Karangasem dan LPPM 5 Aplikasi teknologi tepat guna kolektor Unud 2014 surya pelat datar untuk pengering bunga kamboja di banjar muding kelod kerobokan badung
* Tuliskan sumber pendanaan: Penerapan IPTEKS-SOSBUD, Vucer, Vucer Multitahun, UJI, Sibermas, atau sumber lainnya.
26
E. Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir Tahun
Judul
2007
Pengaruh Besar Vakum pada Kolektor Pelat Datar Terhadap efisiensi Kolektor
2009
2009
Pengujian Mode Water Chiller System dengan Hidrokarbon sebagai Refrigeran Primer Study Eksperimental Jarak terhadap Koefisien Tekanan Silinder Ganda Diposisikan Anlined Pencapaian Performa pada Katup Variabel Timing Fixed Timing untuk Mesin yang Optimal
2010
2010
2010
2011
2014
Analisis Performa Kolektor Surya Pelat Bersirip Dengan Variasi Luasan Permukaan Sirip
Penerbit/Jurnal Jurnal Teknik Industri, Volume 8 Nomor 1,Hlm.33-43. Februari 2007, ISSN: 1978 – 1431 Terakreditasi(SK Dirjen Dikti No 26/DIKTI/Kep/2005 Tanggal 30 Mei 2005).. Fakultas Teknik Univ. Muhammadiyah Malang Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Unud, volume 3 Nomor 1, April 2009, ISSN 1979-2468, pp. 62-66 Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Unud, volume 3 Nomor 2, April 2009, ISSN 1979-2468, pp. 133-137 Jurnal Teknik Industri, Volume 11 Nomor 1,Hlm.33-43. Februari 2010, ISSN: 1978 – 1431 Terakreditasi(SK Dirjen Dikti No 83/DIKTI/Kep/2009 Tanggal 6 Juli 2009).. Fakultas Teknik Univ. Muhammadiyah Malang Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Unud, volume 4 Nomor 2, Oktober 2010, ISSN 1979-2468, pp. 88-92. (Nama kedua) Jurnal Teknik Mesin Indonesia, Volume 5 No.2 Oktober 2010, ISSN 1907-350X. pp 118-121 Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Unud, volume 5 Nomor 1, April 2011, ISSN 1979-2468, pp. 7-12
Analisis Performasi Kolektor Surya Pelat Datar Pemanas Air dengan Variasi Ketebalan Kaca Penutup Analisa Performansi Alat Distilasi Air Laut Tenaga Surya Yang Menggunakan Penyerap Tipe Bergelombang Berbahan Dasar Beton Analisa Kolektor Surya Pelat Datar Jurnal Ilmiah TEKNIKA Universitas dengan Media Penyimpan Panas Sultan Agung Tirtayasa. Volume 10. Pasir untuk Pemanas Udara No 1, edisi Juli 2014.
F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar Ilmiah Dalam 5 Tahun Terakhir No . 1
Nama Pertemuan Ilmiah / Judul Artikel Ilmiah Seminar Seminar Nasional Teknik Analisis Performasi Kolektor Mesin VIII Surya Pelat Datar Pemanas
Waktu dan Tempat Universitas Diponogoro 27
Air Dengan Variasi Ketebalan Kaca Penutup Konferensi Nasional Kajian Kolektor Surya Engineering perhotelan I Pemanas Udara Dengan Pelat Bersirip Sebagai Alternatif Alat Untuk Proses Pengeringan Pada Jasa Binatu Seminar Nasional Teknik Analisis Performansi Mesin X Kolektor Surya Jenis Tubular Dengan Menggunakan Pasir Sebagai Media Penyimpan Panas Konferensi Nasional Analisa Performansi Destilasi Engineering perhotelan Air Laut Tenaga Surya II Menggunakan Penyerap Radiasi Surya Tipe Bergelombang Yang Berbahan Dasar Campuran Semen Dengan Pasir Seminar Nasional Teknik Analisis Perfomansi Pemanas Mesin XI Air Kolektor Surya Terkonsentrasi Berbentuk Trapezoidal dengan Minyak Nabati Sebagai Media Penyimpan Panas
Semarang, 2009
6
Konferensi Nasional Engineering perhotelan III
Werdapura Sanur, 2010
7
Seminar Nasional Rekayasa Material, Sistem Manufaktur dan Energi
2
3
4
5
Analisis performansi pemanas air kolektor surya tubular dengan pipa penyerap berbentuk anulus Analisa Performansi Kolektor Surya Pelat Datar Dengan Penempatan Sirip Berbentuk Segitiga Yang Dipasang Secara Aligned
Hotel Werdapura Sanur, 2010
Universitas Brawijaya Malang, 2011
Hotel Kartika Plasa, Kuta Bali, 2011
Universitas Gajah Mada, 2012
Universitas Hasanudin, 24-25 September 2014
G. Pengalaman Penulisan Buku dalam 5 Tahun Terakhir No Judul Buku . 1 Dst
Tahun
Jumlah Halaman
Penerbit
28
H. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 – 10 Tahun Terakhir No Judul/Tema HKI . 1 Dst I.
Tahun
Jenis
Nomor P/ID
Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya Dalam 5 Tahun Terakhir
No Judul/Tema/Jenis Rekayasa Sosial . Lainnya yang Telah Diterapkan 1 2 Dst
Tahun
Tempat Penerapan
Respons Masyarakat
J. Penghargaan yang Pernah Diraih dalam 10 tahun Terakhir (dari pemerintah, asosiasi atau institusi lainnya) No .
Jenis Penghargaan
Institusi Pemberi Penghargaan
Tahun
1 2 Dst Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima risikonya. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan Hibah Penelitian Strategis nasional. Bukit, 28 Juli 2015
29
Biodata Anggota : A. IdentitasDiri 1.
Nama Lengkap (dengan Ir. I Nengah Suarnadwipa, MT gelar)
2.
Jabatan Fungsional
Lektor
3.
JabatanStruktural
-
4.
NIP/NIK/No. lainnya
5.
NIDN
6.
Tempat dan Tanggal Lahir Bugbug, 31 Desember 1965
7.
Alamat Rumah
Jl. Palapa XIV Gg. Lemadang no.3 Denpasar
8.
Nomor Telepon/Faks/HP
0361-8950515 / - / 081338656500
9
Alamat Kantor
Jurusan Teknik Mesin UNUD, Kampus Bukit
10.
Nomor Telepon/Faks
0361-703321 / 0361-703321
11.
Alamat e-mail
[email protected]
Identitas 19651231 199203 1 030
0031126513
[email protected] 12.
Lulusan telahdihasilkan
yang S1 = 30 orang; S2 = 0 orang; S3 = 0 orang
13.
Mata Kuliah yg diampu
1. RefrigerasidanPengkondisianudara 2. HidrolikdanPneumatik 3. PerpindahanPanasDasar I 4. Sistem ManajemenPerawatanMesin 5. PengendalianOtomatik
30
B. RiwayatPendidikan 2.1 Program:
S-1
2.2 Nama PT
ITS Surabaya
2.3 Bidang Ilmu
Teknik Mesin
S-2
S-3
ITB Bandung
-
TeknikMesin
2.4 Tahun Masuk
1984
1997
2.5. Tahun Lulus
1990
2000
2.6 Judul Skripsi/ RancangBangunT KajiEksperimental Tesis/Disertasi ermal Lubricating KarakteristikMesi Oil Cooler nRefrigerasiHibrid yang menggunakanRefri geranSubtitusi R12 2.7.NamaPembimbing/ Promotor
Ir. SudjudDarsopuspi to
Dr. Ir, Prihadi setyo Darmanto Dr. Ir. Darmawan Pasek
C. PengalamanPenelitian 5 TahunTerakhir No.
Tahun
Judul Penelitian
Pendanaan Sumber*
Jml (Juta Rp)
1
2007
AnalisisLajuPembuangan Panas MesinolehRadiatormenggunakanVarias iCampuran Fluida Air dan Radiator
PDM
7,5
2
2006
PerancangandanPengujian AC Split difungsikansebagai Water Chiller System denganHidrokarbonsebagaiRefrigeran Primer.
Hibah R.G. TPSDP
20
3
2006
AnalisisLajuPendinginanRuanganRefri geratormenggunakan Refrigeran R-12
PDM
7,5
31
dan Refrigeran Musicool-12 5
2006
Modifikasi Ujung Luar Impeller Pompa yang Dioperasikan Sebagai Turbin Air
PDM
5
7
2004
Pengujian Pompa Sebagai Turbin Air Untuk Pembangkit Hydropower
Hibah R.G. TPSDP
20
D.Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat 5 Tahun Terakhir No.
Tahun
Pendanaan
Judul Pengabdian Kepada Masyarakat
Sumber*
Jml (Juta Rp)
1
2012
PelatihanTeknikElektroplating Perak bagiIndustriKerajinanKuningan di DesaKamasanKabupatenKlungkung [anggota]
DIPAPNBPUNUD
4
2
2010
IbM Kelompok Usaha Dendeng Ikan Olahan Kering Di Serangan Bali [anggota]
IbM
50
3
2009
PelatihanTeknikPembuatan dariBijiNyamplung [ketua]
Biodiesel
DIPAPNBPUNUD
4
4
2008
PengembanganDesainSistemBejanaBer tekananuntukMeningkatkanEfisiensida nKualitasProdukPemindangan di DesaKusamba [ketua]
Voucer
15
5
2008
PelatihanuntukTeknisiBengkel Servicing [ketua]
KLH
24
6
2006
PelatihanTeknikPelapisanLogamdenga nMetodaElektroplating-di DesaKamasanKlungkung [anggota]
DIPAPNBPUNUD
4
7
2005
PelatihandanPengenalanInstalasiElektr oplating –DesaBudagaKlungkung [anggota]
DIPAPNBPUNUD
4
AC
32
*) Tuliskan sumber pendanaan: Penerapan Ipteks-Sosbud, Vucer, Vucer Multitahun, UJI, Sibermas, atau sumber lainnya.
E.Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah dalam Jurnal 5 TahunTerakhir Volume/ Nomor
Nama Jurnal
Analisa Performansi Sistem Air Conditionning Mobil type ET 450 dengan variasi Tekanan Kerja Kompresor
Volume 4 Nomor 1
CakraM
2010
Analisis Performansi Sistem Pendingin Ruangan dikombinasikan dengan water heater
Volume 4 Nomor 1
CakraM
2
2009
Pengujian Model Water Chiller System denganHidrokarbonsebagaiRefrigeran Primer
Volume 3 Nomor 1
CakraM
3
2008
PengeringanJamurdengan Dehumidifier
Volume 2 Nomor 2
CakraM
No.
Tahun
Judul Artikel Ilmiah
1
2010
2
F.Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan/Seminar Ilmiah Dalam 5 Tahun Terakhir
No.
NamaPertemuanIlmia h / Seminar
Judul Artikel Ilmiah
WaktudanTe mpat
1
Seminar NasionalTahunanTekn ikMesin (SNTTM) XI
Pengaruh Variasi Kosentrasi 16-17 Larutan terhadap Performansi Oktober 2012, Sistem Refrigerasi Absorpsi Air- Yogyakarta Amonia
2
KonferensiNasional engineering Perhotelan (KNEP) III
VariasiTemperatur Generator 6-7 Juli 2012, terhadapPerformansiSistemAbsorp Denpasar si Air-Amonia
3
Seminar
PengaruhVariasiPutaranKompreso
13-15Oktober
33
NasionalTahunanTekn ikMesin (SNTTM) IX
rterhadapPerformansiSistem Mobil Air Conditioning
2010, Palembang
G. Pengalaman Penulisan Buku Dalam 5 TahunTerakhir No.
Tahun
Judul Buku
1
Jumlah Halaman
Penerbit
-
H. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 - 10 TahunTerakhir No.
Tahun
Judul/Tema HKI
1
Jenis
Nomor P/ID
-
I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya Dalam 5 TahunTerakhir No.
Tahun
Judul/Tema/Jenis Rekayasa Sosial Lainnya yang Telah Diterapkan
1
Tempat Penerapan
Respons Masyarak at
-
J.Penghargaan yang Pernah Diraih Dalam Pemerintah, Asosiasi atau institusi lainnya)
10
TahunTerakhir
(dari
No.
JenisPenghargaan
InstitusiPemberiPenghar gaan
Tahun
-
-
-
-
34
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima risikonya. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan Usulan Hibah Penelitian Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana.
Bukit, 28 Juli 2015
35
Lampiran 5. Surat Pernyataan Personalia Penelitian SURAT PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah ini saya : 1. Nama Lengkap NIP Fakultas/PS Status dalam Penelitian
: Ketut Astawa, ST.,MT : 19660607 199703 1 001/ 0007066602 : Teknik / Teknik Mesin : Ketua
2. Nama Lengkap NIP / NIDN Fakultas/P.S. Status dalam Penelitian
: Ir. I Nengah Swarnadwipa, MT : 19651231 1992 03 1030 / 0031126513 : Teknik / Teknik Mesin : Anggota
Menyatakan bahwa kami secara bersama-sama telah menyusun l penelitian yang berjudul. ” Analisa performansi kolektor surya pelat datar dengan aliran impinging jet melalui sirip berlubang dengan diameter berbeda” dengan jumlah usulan dana sebesar Rp.22.500.000. Apabila proposal ini disetujui maka kami secara bersamasama akan bertanggung jawab terhadap pelaksanaan penelitian ini sampai tuntas sesuai dengan persyaratan yang dituangkan dalam Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian. Demikian Surat Pernyataan ini kami buat dan ditandatangani bersama sehingga dapat digunakan sebagaimana mestinya.
36
Lampiran 6 : LUARAN 1. Model 2. Makalah seminar nasional pada Seminar Nasional Senastek dan Poster 2015
1. MODEL
Gambar 1. Kolektor Surya Pelat Datar dengan Sirip berlubang
33
Gambar 2. Rangkaian Pengujian Kolektor Surya Pelat Datar
2. Makalah Senastek
34
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN ALIRAN IMPINGING JET DENGAN DIAMETER BERBEDA
Ketut Astawa 1), Nengah Suarnadwipa2) Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Badung Telp/Fax : 0361 703321
[email protected] Abstrak Kolektor surya adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mengumpulkan radiasi matahari dan mengubahnya menjadi energi kalor yang berguna. Beberapa tipe kolektor surya diantaranya adalah kolektor surya pelat datar aliran paralel dan kolektor surya pelat datar aliran tegak lurus pelat penyerap (impinging jet). Untuk meningkatkan performansi kolektor surya ini desain sebelumnya dimodifikasi dengan membuat pelat berlubang dengan diameter berbeda. Modifikasi diameter Nosel yang dimaksudkan adalah dengan membuat ukuran diameter nosel berbeda dari diameter besar dekat inlet ke diameter kecil dekat oulet. Demikian juga sebagai perbandingan dibuat ukuran diameter kecil dekat inlet ke diameter besar dekat outlet. Pembuatan diameter Nosel dekat inlet lebih besar dibandingkan diameter lubang dekat outlet ini bertujuan untuk membuat aliran massa udara yang melewati lubang dekat inlet lebih besar sehingga aliran massa udara lebih banyak mengalami perpindahan panas sedangkan pada diameter lubang dekat outlet dibuat kecil adalah untuk mengurangi aliran massa udara yang terbuang lebih cepat melalui saluran outlet. Sedangkan diameter yang kecil dekat inlet dimaksudkan supaya aliran massa udara yang masuk lebih lama menyerap panas radiasi dari kolektor. Dengan variasi diameter lubang ini di harapkan perpindahan panas yang terjadi pada kolektor surya menjadi lebih optimal. Untuk laju aliran massa udara yang sama, performansi kolektor surya dengan diameter lubang nosel dari yang kecil ke besar lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor surya dengan diameter lubang nosel dari yang besar ke kecil. Kata kunci : Kolektor surya pelat datar, Performansi, Aliran Impinging Jet Abstract Solar collector is a device that is used to collect solar radiation and convert it into useful heat energy. Some types of solar collector which are flat plate solar collector parallel flow and flat plate solar collector perpendicular flow of absorber plate (impinging jet). To improve the performances of this solar collector, then the previous design is modified by making the perforated plate with different diameters on it. The nozzle diameter is modified by making different size of nozzle, from large diameter near the inlet to a smaller diameter near the outlet. Likewise, as a comparison is also to be made small diameter near the inlet to the large diameter near the outlet. The aim of making the diameter of nozzle near the inlet larger than the diameter nozzle near the outlet is to make the mass flow of air that passing through the hole near the inlet become greater, so that the air mass flow would experience more heat transfer, while the making of a smaller hole diameter near the outlet is aimed to reduce the air mass flow wasted quickly through the outlet channels. On the other hand, a small diameter near the inlet is purposed to keep the incoming air mass flow longer in absorbing the radiant heat from the collector. Within those hole diameter variations is expected that the heat transfer occurred in the solar collector became more optimal. As a result, for the same air mass flow, the performance of solar collector with diameter hole of nozzle from small to larger diameter is higher than the solar collector with diameter hole of nozzle, from large to smaller diameter. Keywords : Flat plate solar collector, Performances, Impinging jet flow
1
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
1.
PENDAHULUAN Situasi energi yang saat ini bisa dikatakan kritis sehingga memaksa umat manusia untuk kembali secara menyeluruh mencari semua sumber-sumber energi terbarukan dengan pengetahuan dan teknologi yang kita miliki sekarang. Penggunaan energi baru dan terbarukan (EBT), yang ketersediaannya melimpah akan sangat bermanfaat terutama untuk daerah terpencil. Hal ini juga akan mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi konvensional (minyak dan gas bumi), yang ketersediaannya dalam jangka panjang tidak dapat dipertahankan. EBT 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. Kolektor surya adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mengumpulkan radiasi matahari dan mengubahnya menjadi energi kalor yang berguna. Ada beberapa tipe kolektor surya, salah satu diantaranya yang sudah banyak dikenal adalah kolektor surya pelat datar. Jenis kolektor ini menggunakan pelat berupa lembaran, dimana untuk mendapatkan hasil yang optimal permukaan kolektor dicat dengan warna hitam doff yang berfungsi untuk menyerap radiasi matahari yang datang dan mentransfer kalor yang diterima tersebut ke fluida kerja. Untuk menjaga agar tidak terjadi kerugian panas kelingkungan, maka digunakan penutup transparan sehingga terjadi efek rumah kaca sedangkan pada bagian bawah dan samping pelat kolektor diberikan isolasi. Tahun 2010 (Astawa), telah dilakukan penelitian untuk menyempurnakan kolektor surya pelat datar dengan menambahkan dan memvariasikan luas sirip pada pelat penyerap. Dengan cara ini, maka didapatkan permukaan perpindahan panas yang lebih luas sehingga energi matahari yang dapat diserap dan dipindahkan ke fluida kerja nantinya semakin besar. Tahun 2013 (Sucipta dan Astawa), dilaksanakan penelitian dengan penggantian bentuk sirip berbentuk pelat melintang dan besi bulat dengan diameter tertentu yang dipasang secara staggered dan aligned. Dengan cara ini diperoleh hasil terjadi peningkatan temperatur keluar kolektor lebih tinggi, sehingga efisiensi kolektor juga semakin tinggi dibandingkan dengan tanpa penambahan sirip. Tahun 2014 (Astawa dan Swarnadwipa), melakukan penelitian tentang performansi kolektor surya pelat datar dengan menambahkan sirip berbentuk segitia yang dipasang secara aligned dan staggered, menghasilkan efisiensi yang lebih baik pada sirip yang dipasang secara stsggered. Namun kolektor surya dengan menggunakan pelat datar ini belumlah sempurna sehingga perlu dilakukan modifikasi untuk lebih mengoptimalkannya. Penelitian kali ini meneliti tentang performansi kolektor surya pelat datar dengan aliran Impinging Jet. Aliran Impinging Jet adalah aliran yang melalui lubang-lubang atau Nosel menuju permukaan/pelat yang memiliki
perbedaan temperatur. Dengan Adanya aliran Impinging Jet ini diharapkan dapat lebih meningkatkan performansi dari Kolektor surya pelat datar. Kolektor surya pada umumnya menggunakan laju aliran massa udara yang secara paralel melewati pelat penyerap. Udara yang masuk inlet akan melewati pelat penyerap dan langsung keluar melalui outlet. 2. BAHAN DAN METODE 2.1 Bahan
2.1.1 Perpindahan Panas Prinsip kerja kolektor surya untuk pemanas udara yaitu radiasi matahari yang menimpa permukaan kolektor yang kemudian ditransmisikan melalui penutup transparan dan kemudian akan diubah menjadi energi panas oleh pelat penyerap. Selanjutnya akan terjadi perpindahan panas dari pelat penyerap menuju udara. Pada akhirnya temperatur udara menjadi meningkat. Dalam kasus
ini terjadi tiga fenomena perpindahan panas yaitu secara konduksi, yang terjadi pada udara yang diam dan pada pelat penyerap. Selain itu terjadi perpindahan panas secara konveksi 2
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
antara permukaan pelat penyerap dengan fluida kerja yang mengalir, dalam hal ini udara. Kemudian pertukaran panas radiasi terjadi di atas penutup transparan, diantara penutup transparan dengan pelat penyerap bagian atas, dan antara pelat penyerap bagian bawah dengan permukaan isolasi. Laju konduksi dikenal dengan Hukum Fourier tentang Konduksi ( Fourier Low of Heat Conduction), yang persamaan matematikanya sebagai berikut:
qkond kA
dT dx
(1)
dimana :
qkond = laju perpindahan panas konduksi (W) k A
= konduktivitas termal bahan (W/m.K) = luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m2)
dT dx
= gradien temperatur pada penampang tersebut (K/m)
(-) = perjanjian Fourier Laju perpindahan panas konveksi adalah merupakan hukum Newton tentang pendinginan (Newton'sLaw of Cooling) yaitu: qkonv h. As .Ts T (2) dimana : 𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣 = Laju perpindahan panas konveksi (W) ℎ = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/𝑚2 .K) 𝐴𝑠 = Luas permukaan perpindahan panas (𝑚2 𝑇𝑠 = Temperatur permukaan (K) 𝑇∞ = Temperatur fluida (K) Laju pertukaran panas radiasi keseluruhan antara permukaan dengan sekelilingnya (surrounding), dengan temperatur sekeliling, 𝑇𝑠𝑢𝑟 , adalah : 𝑞𝑟𝑎𝑑 = 𝜎. 𝐴. 𝑇 4
dimana : qrad σ A T
(3)
= perpindahan panas radiasi (W) = konstanta Stefan Boltzman (5,67 x 10-8 W/m2 K4) = Luas permukaan perpindahan panas (m2) = temperatur permukaan perpindahan panas (K)
2.1.2 Aliran Impinging Jet Perpindahan panas dengan menggunakan metoda aliran Impinging Jet, merupakan perpindahan panas dimana fluida dipancarkan melalui lubang-lubang atau nosel menuju permukaan/pelat yang memiliki perbedaan temperatur. Metoda ini telah diterapkan pada berbagai komponen seperti sudu turbin, dinding ruang pembakaran, heat exchanger dan komponen elektronik. “Impinging” disini berarti “tabrakan”, dimana terjadi tabrakan antara fluida pendingin dengan permukaan suatu target dalam kecepatan aliran yang tinggi. Sebaliknya, cara ini juga dapat digunakan untuk memanaskan suatu komponen atau suatu bahan tertentu contohnya pada proses pengeringan kertas dan pengeringan tekstil.
Aliran udara yang memancar memiliki kecepatan tertentu dan setelah terjadi tabrakan dengan permukaan target akan mengakibatkan terjadinya aliran turbulen. Hal ini mengakibatkan adanya peningkatan yang signifikan laju perpindahan panas yang terjadi. 3
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
Koefisien perpindahan panas (h) yang tertinggi dihasilkan pada inti jet (semburan) dan akan menurun untuk daerah diluar inti jet (Bambang Yunianto, 2005). 2.1.3 Energi berguna Kolektor Surya Untuk perhitungan energi yang diserap atau energi yang berguna untuk kolektor alat pemanas air tenaga surya (Duffie and all, 1991) dapat digunakan persamaan : .
qu' m .c P .(To Ti ) dimana : 𝑞𝑢̇ = panas yang berguna per satuan waktu (Watt)
(4)
.
m cp
= laju aliran fluida (kg/s) = kapasitas panas jenis fluida (J/(kg.˚C)
T0
= temperatur fluida keluar (˚C)
Ti
= temperatur fluida masuk (˚C)
2.1.4 Efisiensi Kolektor Surya Efisiensi kolektor merupakan perbandingan panas yang diserap oleh fluida dan intensitas matahari yang mengenai kolektor. Performansi dari kolektor dapat dinyatakan dengan efisiensinya. Ada dua cara atau prosudur yang dipakai untuk mengidentifikasi efisiensi kolektor yaitu : Instantanneous procedure yaitu : pengukuran masa flow rate, perbedaan temperature fluida masuk dan keluar dan isolasi. Instantaneous efficiency (efisiensi sesaat), (Duffie and all, 1991) dapat dihitung dengan menggunakan rumus : . (5) m .c .T
p
I .A T
C
dimana : Cp = Panas jenis fluida (J/Kg.˚C), nilai Cp didapat dari properties fluida berdasarkan To Ti temperatur film : ( T f ) 2 .
m IT
Ac T η
= Laju aliran massa fluida (kg/s) = total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu per satuan luas (W/m²) = Luasan kolektor (m²) = (To – Ti) (˚C) = efisiensi kolektor
Colorimentric procedure yaitu : pengukuran efisiensi pada sistem tertutup dimana perubahan temperature merupakan fungsi waktu dan berhubungan dengan sudut datang sinar matahari. Perhitungan efisiensinya (Duffie and all, 1980) adalah :
4
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
m.c ' p . dT qu dt I T . Ac I T . Ac
(6 )
dimana : .
m
c' p AC T IT
= massa media di dalam calorimeter per satuan luas permukaan kolektor (kg/m²) = panas spesifik media di dalam calorimeter, (J/kg. oC) = Luasan colektor (m²) = (To - Ti) (˚C) = total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu per satuan luas (W/m²)
2.2 Metode 2.2.1 Bagan Alir Penelitian
Gambar 1. Bagan alir penelitian dan perhitungan
Pada penelitian ini kolektor surya pelat datar ditambahkan pelat berlubang dengan diameter lubang bervariasi. Panjang pelat Lp = 1,2 m dan lebar kolektor Wp = 0,5 m. 5
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
Diameter lubang dari diameter besar ke diameter kecil yaitu 90 mm, 70 mm, 50 mm, 30 mm, dan 10 mm.
Gambar 2. Rancangan Kolektor surya pelat datar dengan Impinging Jet
Gambar 3. Rancangan Penujian performansi Kolektor surya pelat datar Prosedur yang dilakukan selama pungujian adalah : 1. Pengujian dilakukan pada jam 10.00 – 17.00 wita 2. Selang waktu pengambilan data setiap 10 menit sekali 3. Blower dijalankan untuk mengalirkan udara sebagai fluida kerja kedalam kolektor 4. Atur katup untuk memperoleh laju aliran massa yang sama, dengan cara mengukur tekanan udara untuk masing-masing kolektor. Dimana besarnya tekanan akan ditunjukkan oleh kenaikan fluida pada manometer 5. Selanjutnya dilakukan pengukuran terhadap parameter-parameter terukur yaitu : a. Temperatur udara luar, Ta b. Temperatur kaca, Tc c. Temperatur pelat penyerap, Tp d. Temperatur pelat berlubang, Tb e. Temperatur pelat bawah, Tpb f. Temperatur udara masuk kolektor, Ti g. Temperatur udara dalam kolektor, Tf h. Temperatur udara keluar kolektor, To
6
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil pengujian yang diperoleh selanjutnya dibuatkan dalam bentuk Grafik performansi dari kolektor surya pelat datar dengan aliran Impinging Jet seperti Gambar 4 dan Gambar 5. 1400 1200
200
1000
150
800
100
600 400
50
IT (w/m³)
Energi Berguna (Qua)
250
200 17:00
16:40
16:20
16:00
15:40
15:20
15:00
14:40
14:20
14:00
13:40
13:20
13:00
12:40
12:20
12:00
11:40
11:20
11:00
10:40
10:20
0 10:00
0
Waktu Qua o-O
Qua O-o
IT
Gambar 4. Grafik Energi berguna Kolektor Surya Pelat Datar dengan Impinging Jet Gambar 4. menunjukkan energi berguna pada kolektor dengan sirip berlubang diameter besar – kecil lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor dengan sirip berlubang diameter kecil – besar. Hal ini disebabkan karena volume fluida yang masuk ke kolektor berbeda, yaitu fluida yang mengalir melalui lubang sirip berdiameter besar menuju lubang-lubang yang semakin kecil akan mendapatkan temperatur panas keluaran yang lebih besar. Hal ini menunjukkan bahwa besarnya energi berguna yang dihasilkan merupakan fungsi dari laju aliran massa kolektor, koefisien panas jenis udara dan temperatur udara keluar kolektor. Semakin besar temperatur panas keluaran pada kolektor maka energi berguna yang didapat akan semakin besar. Dan semakin besar selisih antara udara keluaran kolektor dengan udara masuk kolektor akan mempengaruhi energi berguna kolektor juga semakin besar. 100
1400
800
40
600 400
20
200 17:00
16:40
16:20
16:00
15:40
15:20
15:00
14:40
14:20
14:00
13:40
13:20
13:00
12:40
12:20
12:00
11:40
11:20
11:00
10:40
0 10:20
0 10:00
Efisiensi (%)
1000
60
IT (w/m³)
1200
80
Waktu ƞa o-O (%)
ƞa O-o (%)
IT (w/m³)
Gambar 5. Grafik Efisiensi Kolektor Surya Pelat Datar dengan Impinging Jet 7
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015
Dari Gambar 5 diatas dapat dilihat bahwa efisiensi kolektor dengan variasi diameter sirip dari lubang besar dan kecil lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor dengan variasi dari diameter kecil ke besar, hal ini disebabkan karena aliran fluida masuk (udara) lebih banyak masuk pada variasi diameter besar ke kecil dan keluarnya semakin sedikit atau melambat sehingga udara dalam kolektor menyerap panas lebih lama dan temperatur udara keluar kolektor juga menjadi semakin tinggi dan efisiensinyapun menjadi tinggi. Kesimpulan Dari hasil pengujian yang telah dilaksanakan maka dapat disimpulkan bahwa kolektor surya pelat datar dengan variasi diameter lubang dari diameter besar ke kecil menghasilkan temperatur keluar yang lebih tinggi dan menyebabkan energi bergunanya juga lebih tinggi sehingga Efisiensi hariannya menjadi lebih tinggi diabndingkan dengan kolektor surya pelat datar dengan variasi diameter dari kecil ke besar. Ucapan Terima Kasih Penelitian ini didanai dengan dana PNBP oleh DIKTI Melalui LPPM dan Fakultas Teknik Universitas Udayana Dengan Surat Perjanjian Penugasan Pelaksanaan Penelitian Nomor : 2020/UN14.1.31/PN.00.00.00/2015 , Tanggal : 25 Mei 2015 Daftar Pustaka Astawa dan M. Sucipta, 2010, Pembelajaran Energi Surya Dengan Menggunakan Metode Problem Based Learning, Dana PHK–I Universitas Udayana Astawa, Sukadana dan Wika, 2009. Analisa Performansi Kolektor Surya Pelat Datar Untuk Pemanas Air Dengan Variasi Ketebalan Kaca Penutup. Jurnal Teknik Mesin Indonesia, Volume 5 No.2 Oktober 2010, ISSN 1907-350X. pp 118-121 Astawa, Gunawan dan Hendra, 2014. Analisa Kolektor Surya Pelat Datar dengan Media Penyimpan Panas Pasir untuk Pemanas Udara. Jurnal Ilmiah TEKNIKA, Volume 10. No 1, edisi Juli 2014. ISSN 1693-024X. pp 43-50 Duffie and all, 1991, Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, Inc, United State of America Incropera and Dewit 1996, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, Inc, New York Jansen, T. J. alih bahasa oleh Prof. Wiranto Arismunandar, 1995, Teknologi Rekayasa Surya, PT. Pradnya Paramita, Jakarta Yunianto, Bambang., 2005, Analisa Transien Perpindahan Panas Pada Heat Plate Dengan Metoda Confined Impinging Jet, Teknik Mesin FT-UNDIP, Semarang
8
ANALISA PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN ALIRAN IMPINGING JET MELALUI SIRIP BERLUBANG DENGAN DIAMETER BERBEDA 2015
K. Astawa , N. Suarnadwipa
[email protected]
Pendahuluan
Metodologi
Diagram Alir Perhitungan
Penelitian yang telah di lakukan adalah penelitian dengan metode eksperimental Dalam penelitian ini digunakan variasi diameter lubang sirip, dari diameter besar ke diameter kecil yang terdiri 5 baris masing-masing yaitu 90 mm, 70 mm, 50 mm, 30 mm, 10 mm (dan sebaliknya). - Jarak antar sirip 20 cm - Panjang Kolektor 1,2 m - Lebar Kolektor 0,5 m
Kolektor surya adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mengumpulkan radiasi matahari dan mengubahnya menjadi energi kalor yang berguna. Ada beberapa tipe kolektor surya, salah satu diantaranya yang sudah banyak dikenal adalah kolektor surya pelat datar.
Hasil Pengujian Dari hasil Pengujian Kolektor Surya Pelat Datar dengan Aliran Impinging Jet diperoleh Hasil :
Tujuan Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui performasi kolektor surya pelat datar menggunakan aliran impinging jet dengan variasi lubang sirip (diameter lubang yang bervariasi dari diameter yang besar pada bagian inlet menuju diameter yang semakin kecil menuju ke outlet kolektor dan sebaliknya) . Rancangan Kolektor Surya Pelat Datar dengan
Konstruksi Kolektor Surya Pelat Datar dengan Impinging Jet
Kesimpulan Secara kuantitatif adalah dengan efisiesi pada kolektor surya dengan sirip berlubang diameter besar – kecil sebesar 33.93 % dan kolektor surya dengan sirip berlubang diameter kecil – besar sebesar 18,57 %.
Impinging Jet
Daftar Pustaka
Pengujian Kolektor Surya Pelat Datar dengan Impinging Jet
[1] Duffie, J. A., and Backman, W. A., (1991), Solar Engginering of Thermal Processes, 2nd ed. John Wiley & Sons, Inc, New York [2] Holman, J.P. alih bahasa oleh Ir. E. Jasjfi M. Sc, Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta
Penelitian ini didanai dengan dana PNBP oleh DIKTI Melalui LPPM dan Fakultas Teknik Universitas Udayana Dengan Surat Perjanjian Penugasan Pelaksanaan Penelitian Nomor : 2020/UN14.1.31/PN.00.00.00/2015 , Tanggal : 25 Mei 2015 HIBAH UNGGULAN PROGRAM STUDI (HUPS)
