SKRIPSI
ANALISIS PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN VARIASI SIRIP BERLUBANG
Oleh : I Nyoman Gigih Predana Putra 1004305047
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
ANALISIS PERFORMANSI KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR DENGAN VARIASI SIRIP BERLUBANG Oleh Dosen Pembimbing
: I Nyoman Gigih Predana Putra : Ketut Astawa, ST.,MT Ir. Nengah Suarnadwipa, MT
ABSTRAK Energi matahari adalah salah satu sumber energi alternatif yang sangat mudah diperoleh di Indonesia, karena merupakan negara yang terletak didaerah khatulistiwa. Energi surya sudah lama dimanfaatkan oleh masyarakat baik untuk pengeringan baju, kayu, dan hasil pertanian. Namun pemanfaatan energi matahari ini tidak dilakukan secara optimal. Oleh karena itu perlu dilakukan sebuah penelitian agar energi matahari yang ada dapat dimanfaatkan dengan semaksimal mungkin. Kolektor surya adalah sebuah alat yang mampu menyerap dan memindahkan panas dari energi matahari ke fluida kerja. Penulis telah melakukan modifikasi kolektor surya pelat datar yang bertujuan untuk dapat meningkatkan performa dari kolektor surya ini yaitu dengan merubah penempatan pelat berlubang dengan diameter bervariasi. Modifikasi diameter yang dimaksudkan adalah dengan membuat diameter lubang bervariasi dari diameter besar dekat inlet ke diameter kecil dekat outlet dan dari diameter kecil dekat inlet ke diameter besar dekat outlet yang dipasang secara parallel. Penelitian dilakukan secara eksperimental Dari data hasil penelitian tersebut telah dilakukan perhitungan dan analisa dimana energi berguna yang dihasilkan kolektor surya dengan sirip berlubang diameter besar ke kecil sebesar 108,71 W dan kolektor surya dengan sirip berlubang diameter kecil – besar sebesar 62,23 W. Selanjutnya efisiesi yang dihasilkan pada kolektor surya dengan sirip berlubang diameter besar ke kecil sebesar 22,62 % dan kolektor surya dengan sirip berlubang diameter kecil ke besar sebesar 12,38 %. Kata Kunci : Kolektor surya pelat datar, Sirip pelat berlubang, Performa kolektor
PERFORMANCE ANALYSIS OF FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR WITH PERFORATED FIN VARIATION Author Guidance
: I Nyoman Gigih Predana Putra : Ketut Astawa, ST.,MT Ir. Nengah Suarnadwipa, MT
ABSTRACT Solar energy is one alternative energy source is readily available in Indonesia, because it is a country located in the area of the equator. Solar energy has long been used by the public good for drying clothes, wood and agricultural products. However, the utilization of solar energy is not performed optimally. Therefore it is necessary to do a study that the existing solar energy can be utilized to the maximum extent possible. Solar collector is a device that is able to absorb and transfer heat from the solar energy to the working fluid. The author has done modifications flat plate solar collector that aims to improve the performance of solar collectors is that by adding a perforated plate with varying diameters. Diameter modification is meant to make the hole diameter varies from a large diameter to a small diameter near the inlet and near the outlet of a small diameter to large diameter near the inlet near the outlet installed in parallel. The study was conducted experimentally. From the data results of these studies have been conducted where the calculation and analysis of useful energy produced by the solar collector fin large to small diameter hollow at 108.71 W and solar collectors with small diameter hollow fin - large as 62.23 W. Further efisiesi generated in the solar collectors with hollow fin large to small diameter of 22.62% and a solar collector with a perforated fins small to large diameter of 12.38%. Keywords : flat plate solar collector , perforated plate fin , Performance collector
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “ANALISIS
PERFORMANSI
KOLEKTOR
SURYA
PELAT
DATAR
DENGAN VARIASI SIRIP BERLUBANG” Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MASc, Phd., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 2. Bapak Ketut Astawa, ST.,MT selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak Ir. Nengah Suarnadwipa, MT selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan skripsi ini. 4. Ibu A.A.I.A.S Komaladewi, ST.,MT selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Kedua orang tua yang telah memberikan motivasi, semangat, dan doa dalam penyelesaian skripsi ini. 6. Teman-teman DA (Danger Area) dijurusan Teknik Mesin beserta semua pihak yang turut serta dalam membantu penyelesaian skripsi ini. 7. Ni Putu Ayu Mega Tresna Dewi yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa apa yang telah dipaparkan pada skripsi ini masih jauh dari tingkat sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan.
Bukit Jimbaran,
Penulis
Oktober 2015
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN. ...................................................................................... ii LEMBAR PERSETUJUAN ..................................................................................... iii LEMBAR PERNYATAAN ...................................................................................... iv ABSTRAK. ................................................................................................................. v ABCTRACT .............................................................................................................. vi KATA PENGANTAR.............................................................................................. vii DAFTAR ISI ........................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ...................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR................................................................................................. xi DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang ........................................................................................... 1 1.2. Perumusan Masalah ................................................................................... 2 1.3. Batasan Masalah ........................................................................................ 2 1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................................ 2 1.5. Manfaat Penelitian .................................................................................... 2 BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................. 3 2.1. Pengertian Energi ....................................................................................... 3 2.2. Konversi Energi ......................................................................................... 3 2.3. Perpindahan Panas ...................................................................................... 4 2.3.1. Perpindahan Panas Konduksi ............................................................ 4 2.3.2. Perpindahan Panas Konveksi ............................................................ 5 2.3.3. Perpindahan Panas Radiasi ............................................................... 7 2.4. Radiasi Matahari ........................................................................................ 7 2.4.1. Konstanta Matahari ........................................................................... 9 2.4.2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penerimaan Radiasi Matahari di Bumi .............................................................................................. 11 2.5. Kolektor Pelat Datar Standar ...................................................................... 14 2.5.1. Komponen dan Struktur .................................................................... 14
2.5.2. Radiasi yang Diserap Kolektor Surya ................................................ 15 2.6. Kolektor Surya Pelat Datar dengan Aliran Impinging Jet ........................ 17 2.7. Energi Berguna dan Efisiensi Kolektor Surya ........................................... 21 BAB III METODE PENELITIAN ......................................................................... 23 3.1. Rancangan Penelitian ................................................................................. 23 3.2. Variabel Penelitian .................................................................................... 23 3.3. Persiapan Peralatan ................................................................................... 24 3.3.1. Kontruksi Kolektor Surya Aliran Impinging jet dengan Diameter Lubang Bervariasi ............................................................................ 25 3.3.2. Penambahan Pelat Berlubang dengan Diameter Lubang Bervariasi pada Kolektor Surya ....................................................... 25 3.4. Pengambilan Data ...................................................................................... 27 3.4.1. Peralatan Uji .................................................................................... 28 3.4.2. Penempatan Alat Ukur ..................................................................... 29 3.5. Prosedur Pengujian .................................................................................... 30 3.6. Perhitungan ............................... ……………………………...………… 30 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................. 33 4.1. Analisa Data .............................................................................................. 33 4.2. Data Hasil Penelitian ................................................................................ 33 4.3. Perhitungan Data Hasil Penelitian ............................................................ 33 4.3.1. Perhitungan Pada Kolektor .............................................................. 33 4.4 Analisa Performansi Kolektor ................................................................... 36 4.4.1. Perbandingan Kolektor Pelat Datar dengan Sirip Berlubang Dengan Diameter Kecil – Besar dan Sirip Berlubang dengan Diameter Besar - Kecil ................................................................... 36 4.4.2. Energi Berguna
Kolektor Pelat Datar ................................... 38
4.4.3. Efisiensi (ƞa) Kolektor Pelat Datar .................................................. 39 BAB V PENUTUP .................................................................................................. 40 5.1. Kesimpulan ............................................................................................... 40 5.2. Saran ......................................................................................................... 40 DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................................41 LAMPIRAN .............................................................................................................43
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1. Data Hasil Perhitungan Kolektor Surya dengan Sirip Berlubang Diameter Kecil - Besar ............................................................................35 Tabel 4.2. Data Hasil Perhitungan Kolektor Surya dengan Sirip Berlubang Diameter Besar - Kecil ............................................................................36
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Perpindahan panas konduksi pada dinding datar ............................... 5 Gambar 2.2. Perpindahan panas konveksi dari media padat ke fluida yang mengalir ........................................................................................... 6 Gambar 2.3. Bagan pengaruh radiasi datang .......................................................... 8 Gambar 2.4. Fenomena refleksi .............................................................................. 8 Gambar 2.5. Radiasi sorotan dan radiasi sebaran ................................................... 9 Gambar 2.6. Hubungan matahari dengan bumi ......................................................10 Gambar 2.7. Sudut zenith, sudut kemiringan, sudut permukaan, sudut azimuth surya ................................................................................... ..........................................................................................................12 Gambar 2.8. Bagian bumi yang menunjukkan dan - ...........................13 Gambar 2.9. Skema kolektor surya pelat datar standar ..........................................14 Gambar 2.10. Penyerapan radiasi matahari oleh kolektor ......................................16 Gambar 2.11. Grafik hubungan antara sudut timpa dengan transmisivitas ............17 Gambar 2.12. (a) mekanisme perpindahan panas impinging jet (b) visualisasi impinging jet ...........................................................19 Gambar 2.13. (a) submerge impinging jet dan (b) free impinging jet ....................20 Gambar 2.14. (a) unconfined impinging jet dan (b) confined impinging jet. ..........20 Gambar 2.15. Kolektor surya aliran impinging jet dengan diameter nosel bervariasi ........................................................................................21 Gambar 3.1. Dimensi kolektor surya pelat datar ....................................................24 Gambar 3.2. Konstruksi kolektor surya menggunakan aliran impinging jet ..........25 Gambar 3.3. Konstruksi pelat berlubang dengan diameter bervariasi ....................26 Gambar 3.4. Aliran udara pada kolektor surya aliran impinging jet dengan diameter lubang bervariasi ...............................................................27 Gambar 3.5. Rancangan pengujian kolektor surya .................................................28 Gambar 3.6. Penempatan alat ukur .........................................................................29 Gambar 3.7. Diagram alir penelitian ......................................................................32 Gambar 4.1. Grafik Perbandingan Temperatur Keluar (Tout) Kolektor Terhadap Waktu .............................................................................................37 Gambar 4.2. Grafik Perbandingan Energi Berguna Kolektor Terhadap Waktu .............................................................................................38 Gambar 4.3. Grafik Perbandingan Efisiensi (ƞa) Kolektor Terhadap Waktu .......39
DAFTAR LAMPIRAN
No. Lampiran Halaman A.1 Tabel Data Hasil Pengujian Sirip Berlubang Diameter Kecil – Besar (3 September 2015) ......................................................................................... 44 A.2 Tabel Data Hasil Pengujian Sirip Berlubang Diameter Besar – Kecil (3 September 2015) ......................................................................................... 45 A.3 Tabel Data Hasil Pengujian Sirip Berlubang Diameter Kecil – Besar (4 September 2015) ......................................................................................... 46 A.4 Tabel Data Hasil Pengujian Sirip Berlubang Diameter Besar – Kecil (4 September 2015) ......................................................................................... 47 A.5 Tabel Data Hasil Pengujian Sirip Berlubang Diameter Kecil – Besar (5 September 2015) ......................................................................................... 48 A.6 Tabel Data Hasil Pengujian Sirip Berlubang Diameter Besar – Kecil (5 September 2015) ......................................................................................... 49 B.1 Tabel Data Hasil Perhitungan Sirip Berlubang Diameter Kecil – Besar (3 September 2015) ......................................................................................... 51 B.2 Tabel Data Hasil Perhitungan Sirip Berlubang Diameter Besar - Kecil (3 September 2015) ......................................................................................... 52 B.3 Tabel Data Hasil Perhitungan Sirip Berlubang Diameter Kecil – Besar (4 September 2015) ......................................................................................... 53 B.4 Tabel Data Hasil Perhitungan Sirip Berlubang Diameter Besar - Kecil (4 September 2015) ......................................................................................... 54 B.5 Tabel Data Hasil Perhitungan Sirip Berlubang Diameter Kecil – Besar (5 September 2015) ......................................................................................... 55 B.6 Tabel Data Hasil Perhitungan Sirip Berlubang Diameter Besar - Kecil (5 September 2015) ......................................................................................... 56 C.1 Grafik Perbandingan Temperatur Keluar (Tout) Terhadap Waktu ................. 58 C.2 Grafik Perbandingan Energi Berguna Terhadap Waktu..................... 60 C.3 Grafik Perbandingan Efisiensi (ƞa) Terhadap Waktu ..................................... 62 D.1 Tabel Sifat Thermofisik Massa Jenis Material ................................................ 65 D.2 Tabel Sifat Thermofisik Udara pada Tekanan Atmosfer ................................ 66 E Foto-Foto Penelitian ....................................................................................... 68
