Analisa Performansi Kolektor Surya Pelat Datar Dengan Aliran Impinging Jet Melalui Sirip Berlubang Dengan Diameter Berbeda.

(1)

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

(2)

(3)

iii DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ……… i

HALAMAN PENGESAHAN ……… ii

DAFTAR ISI ... iii

RINGKASAN ……… v

BAB I PENDAHULUAN ...……… 1

1.1 Latar Belakang ……… 1

1.2 Tujuan ……… 2

1.2.1 Tujuan Khusus ……… 2

1.2.2 Tujuan Umum ……… 2

1.3 Target Temuan / Inovasi ……… 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……… 4

2.1 Road Map Penelitian ……… 4

2.2 Penelitian Pendahuluan yang sudah dilaksanakan ……… 4

2.3 Dasar Teori ……….………... 5

2.3.1 Perpindahan Panas Konduksi ……… 6

2.3.2 Perpindahan Panas Konveksi ……… 7

2.3.3 Perpindahan Panas Radiasi ……… 7

2.3.4 Sirip ...…………. 8

2.3.5 Aliran Impinging Jet ……… 9

2.4. Energi Berguna dan Efisiensi Kolektor Surya ………... 11

2.4.1 Energi Berguna Kolektor Surya ……… 11

(4)

BAB III METODE PENELITIAN ……… 13

3.1 Bagan Alir Penelitian ……… 13

3.2 Rancangan Pengujian Kolektor Surya Pelat Datar dengan Aliran Impingning Jet dengan variasi lubang sirip ………..……. 13

3.3 Prosedur Pengujian ……… 15

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ……… 17

4.1 Perhitungan Data Hasil Penelitian .……….. 17

4.1.1 Perhitungan Pada Kolektor ……….. 17

4.1.2 Analisa Performansi Kolektor ... 20

4.1.3 Energi Berguna �_�,� Kolektor Pelat Datar ... 21

4.1.4 Efisiensi (ƞa) Kolektor Pelat Datar ... 22

4.2 Kesimpulan ... 23

DAFTAR PUSTAKA ………. 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

Lampiran 5 : Surat Pernyataan Personalia Penelitian ……… 32

(5)

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.

(6)

1 BAB I. PENDAHULUAN

1.1Latar 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

(7)

2 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.

1.2Tujuan

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.

1.3Target 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.

(8)

3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

(9)

4 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

(10)

5 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

Gambar 2.2 Penyerapan radiasi matahari oleh kolektor

Radiasi

matahari Refleksi

(1-α τ

α τ

(1-α τ2

ρd

(1-α τ2

ρ2

(1-α τ3

ρ2

(1-α τ3

ρ3

(1-α τ4

ρ3

ατ 1-α ατ 1-α2ρd

2 _{ατ 1}

-α3ρd 3

Penutup transparan (kaca)

Pelat Penyerap

(11)

6 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 partikel-partikel tersebut

Laju konduksi dikenal dengan Hukum Fourier tentang Konduksi ( Fourier Low of Heat Conduction), yang persamaan matematikanya sebagai berikut:

dx dT kA

q_kond





...……….. (2.1) dimana :

kond

q

= laju perpindahan panas konduksi (W) k = konduktivitas termal bahan (W/m.K)

A = luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m2)

dx dT

= 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:











h A T T

(12)

7 dimana :

�� = Laju perpindahan panas konveksi (W)

ℎ = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/�2.K)

� = Luas permukaan perpindahan panas (�2

� = Temperatur permukaan (K)

�∞ = 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, �_� , adalah :

� �� = �. �. �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)

(13)

8 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

(14)

9 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).

(15)

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)

(16)

11 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 :

) .(

. '

Ti To c m

q_u  _P  ... (2.4) Dimana :

��̇ = panas yang berguna per satuan waktu (Watt)

m = laju aliran fluida (kg/s)

c = kapasitas panas jenis fluida (J/(kg.˚C)

T = temperatur fluida keluar (˚C)

T = 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 :

... (2.5)

Dimana :

Cp = Panas jenis fluida (J/Kg.˚C), nilai Cp didapat dari properties fluida berdasarkan temperatur film : (

Ti To Tf



 )

m = Laju aliran massa fluida (kg/s)

IT = total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu per satuan luas (W/m²)

C T

A

I

T

c

m

.





(17)

12 Ac = Luasan kolektor (m²)

 = (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 :

c T

p c

T u

A I

dt dT c m A I

. .

. '

 



_………... (2.6 )

Dimana :

m = massa media di dalam calorimeter per satuan luas permukaan kolektor (kg/m²)

c' = panas spesifik media di dalam calorimeter, (J/kg. oC)

A = Luasan colektor (m²)

 = (To - Ti) (˚C)

I = total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu per satuan luas (W/m²)

(18)

13 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.

(19)

14 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.

(20)

15 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).

(21)

16 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

(22)

17 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 (�_�) sebesar . /� .

4.1.1 Perhitungan Pada Kolektor

 Kolektor Surya Dengan Sirip Berlubang Diameter Kecil - Besar Data Pengujian :

- Temperatur lingkungan, �_� = 304 K - Temperatur udara masuk, �_� = 309 K - Temperatur cover, � = 319 K - Temperatur pelat penyerap, � = 338 K - Temperatur pelat bawah, � = 317 K - Temperatur udara dalam, �_� = 314 K - Temperatur udara keluar, �_� = 319 K

- Diameter pipa, � = 0,002025 �2

- Besarnya �̇ = 0,012 kg/s

- Luasan kolektor, � = 0,6 �2  Pada Temperatur fiuida

�� =�� + � � = + = �

Besarnya Cp = 1,00756 kJ/kg.K = 1007,56 J/kg.K  Menentukan Energi Berguna actual

��,� = �̇. � � � − �� = , , −

(23)

18  Menentukan Efisiensi Kolektor

ƞ�=_{� . �}�� =

�̇. � �� − ��

� . �� % =

, �

, �2_. _�/�2= , %

 Kolektor Surya Dengan Sirip Berlubang Diameter Besar - Kecil Data Pengujian :

- Temperatur lingkungan, �_� = 304 K - Temperatur udara masuk, �_� = 305 K - Temperatur cover, � = 318 K - Temperatur pelat penyerap, � = 338 K - Temperatur pelat bawah, � = 318 K - Temperatur udara dalam, �_� = 315 K - Temperatur udara keluar, �_� = 321 K

- Diameter pipa, � = 0,002025 �2

- Besarnya �̇ = 0,012 kg/s

- Luasan kolektor, � = 0,6 �2  Pada Temperatur fluida

�� =�� + � � = + = �

Besarnya Cp = 1,00752 kJ/kg.K = 1007,52 J/kg.K  Menentukan Energi Berguna actual

��,� = �̇. � � � − �� = , , −

= , �

 Menentukan Efisiensi Kolektor

ƞ�=_{� . �}�� =

�̇. � �� − ��

� . �� % =

, �

(24)

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 Ta

(℃

�� / �₎

Tin (K)

Tout (K)

∆� �

��

Cp (J/kg.K)

�_�,� (W)

ƞ_� (%)

10:00 29 813 307 316 9 311,5 1007,46 108,80568 22,305387 11:00 30 1135 308 317 9 312,5 1007,5 108,81 15,977974 12:00 31 1211 309 319 10 314 1007,56 120,9072 16,640132 13:00 31 1095 309 319 10 314 1007,56 120,9072 18,402922 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

(℃

�� / �₎

Tin (K)

Tout (K)

∆� �

��

Cp (J/kg.K)

�_�,� (W)

ƞ_� (%)

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 13:00 31 1095 305 321 16 313 1007,52 193,44384 29,443507 14:00 31 1083 305 319 14 312 1007,48 169,25664 26,047498 15:00 30 303 304 318 14 311 1007,44 169,24992 93,096766 16:00 29 578 305 313 9 308.5 1007,34 108,79272 31,37045 17:00 29 297 303 307 15 311.5 1007,46 181,3428 37,175646

(25)

20 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 �_� , �_� 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 �̇ 0,012 kg/s dapat ditunjukkan pada gambar grafik berikut :

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

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 295 300 305 310 315 320 325 1 0 :0 0 1 0 :2 0 1 0 :4 0 1 1 :0 0 1 1 :2 0 1 1 :4 0 1 2 :0 0 1 2 :2 0 1 2 :4 0 1 3 :0 0 1 3 :2 0 1 3 :4 0 1 4 :0 0 1 4 :2 0 1 4 :4 0 1 5 :0 0 1 5 :2 0 1 5 :4 0 1 6 :0 0 1 6 :2 0 1 6 :4 0 1 7 :0 0 IT ( w /m ³) T e m p e ra tu r K e lu ar ( K ) Waktu

(26)

21 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 �_�,� Kolektor Pelat Datar

Dari hasil perhitungan energi berguna yang diperoleh maka didapat grafik sebagai berikut :

Gambar 4.2 Grafik perbandingan energi berguna ��,� 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

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 50 100 150 200 250 1 0 :0 0 1 0 :2 0 1 0 :4 0 1 1 :0 0 1 1 :2 0 1 1 :4 0 1 2 :0 0 1 2 :2 0 1 2 :4 0 1 3 :0 0 1 3 :2 0 1 3 :4 0 1 4 :0 0 1 4 :2 0 1 4 :4 0 1 5 :0 0 1 5 :2 0 1 5 :4 0 1 6 :0 0 1 6 :2 0 1 6 :4 0 1 7 :0 0 IT ( w /m ³) E n e rg i B e rg u n a (Q u a) Waktu

(27)

22 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 :

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

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 0 :0 0 1 0 :2 0 1 0 :4 0 1 1 :0 0 1 1 :2 0 1 1 :4 0 1 2 :0 0 1 2 :2 0 1 2 :4 0 1 3 :0 0 1 3 :2 0 1 3 :4 0 1 4 :0 0 1 4 :2 0 1 4 :4 0 1 5 :0 0 1 5 :2 0 1 5 :4 0 1 6 :0 0 1 6 :2 0 1 6 :4 0 1 7 :0 0 IT ( w /m ³) E fi si e n si ( % ) Waktu

(28)

23 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

(29)

24 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 Sarana Daya dukung Kegunaan Prosentase

penggunaan

Sarana Laboratorium Konversi Energi (Prestasi Mesin) Teknik Mesin Unud

Tersedianya alat Phyranometer dan Solar Power meter serta yang lainnya

Untuk mengetahui besarnya

Intensitas radiasi matahari, dll.

80%

2 Sarana Tempat pengujian Kolektor surya pelat datar

Tersedianya workshop Menguji Performansi Kolektor surya

20%

Lampiran 3. Susunan Organisasi Tim dan Pembagian Tugas

Tim Jabatan Tugas

Ketut Astawa,ST.,MT Ketua Pembuatan usulan, perancangan alat, pengumpulan dan pengolahan data, pembuatan laporan

Ir. I Nengah Swarnadwipa,MT

Anggota Pembuatan usulan, pengumpulan data, pembuatan laporan

I Nyoman Gigih Predana Putra

Mahasiswa

NIM :

1004305047

Pembuatan dan Pengujian ( untuk data Skripsi)

I Putu Agus Putra Swastika

Mahasiswa

NIM :

1004305032

Pembuatan dan Pengujian ( untuk data Skripsi)

(30)

25 Lampiran 4. Bio Data Ketua dan Anggota Peneliti

Biodata Ketua A. Identitas Diri

1 Nama Lengkap (dengan gelar)

Ketut Astawa,ST.,MT L /P 2 Jabatan Fungsional Lektor

3 Jabatan Struktural -

4 NIP/NIK/Identitas lainnya 19660607 199703 1 001

5 NIDN 0007066602

6 Tempat dan Tanggal Lahir Sangsit,7 Juni 1966

7 Alamat Rumah Jl.Muding Buit 26 Denpasar Bali 9 Nomor Telepon/Faks/ HP 087863052230

10 Alamat Kantor Kampus Bukit Unud Jimbaran Badung Bali 11 Nomor Telepon/Faks 0361703321

12 Alamat e-mail awatsa@yahoo.com 13 Lulusan yang Telah

Dihasilkan

S-1= > 38 orang; S-2= - Orang; S-3= - Orang

14. Mata Kuliah yg Diampu

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

S-1 S-2 S-3

Nama Perguruan Tinggi Universitas Udayana

Universitas Brawijaya

Bidang Ilmu Konversi

energi

Konversi Energi Tahun Masuk-Lulus 1985-1996 2004 - 2006 JudulSkripsi/Thesis/Disertasi Perencanaan

ketel uap pipa api kapasitas 0,5 kg/jam sebagai perbandingan di Hotel Sanur Beach Bali

Pengaruh besar vakum pada kolektor surya pelat datar

terhadap efisiensi kolektor

Nama Pembimbing/Promotor Prof. Djati Nursuhud dan Ir. I Wayan Bandem Adnyana

Prof. Sudjito dan Dr. Rudy

(31)

C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir (Bukan Skripsi, Tesis, maupun Disertasi)

Tahun Judul Penelitian Pendanaan

Sumber* Jml (Juta Rp) 1 2012 Analisis Performansi Kolektor

Surya Pelat Datar Untuk Pemanas Air Dengan Sumber Energi Matahari

DIPA Unud 7,5

2010

Pembelajaran Energi Surya dengan Menggunakan Metode

“Problem Base Learning”

PHKI Unud 25

*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.

D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir No

Tahun Judul Pengabdian Kepada Masyarakat Pendanaan

Sumber* Jml (Juta Rp) 1 2007 Pelatihan Teknik pengecoran logam

bagi seniman Kriya desa Bona Gianyar.

Dipa Unud 4

2 2008 Bantuan teknis pengawasan pelaksanaan proyek ”Clean water assistance” di desa Tajen Kecamatan Penebel, Tabanan Bali

Rotary club Tidak tahu

3 2012 Penghijauan di Desa Selumbung Kecamatan Manggis Kabupaten Karangasem

Jurusan Teknik Mesin dan LPPM

4 2012 Penyuluhan BIO GAS di Desa Selumbung Kecamatan Manggis Kabupaten Karangasem

Jurusan Teknik Mesin dan LPPM

5 2014 Aplikasi teknologi tepat guna kolektor surya pelat datar untuk pengering bunga kamboja di banjar muding kelod kerobokan badung

Unud 2014 5

* Tuliskan sumber pendanaan: Penerapan IPTEKS-SOSBUD, Vucer, Vucer Multitahun, UJI, Sibermas, atau sumber lainnya.

(32)

27 E. Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir

Tahun Judul Penerbit/Jurnal

2007

Pengaruh Besar Vakum pada Kolektor Pelat Datar Terhadap efisiensi Kolektor

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

2009

Pengujian Mode Water Chiller System dengan Hidrokarbon sebagai Refrigeran Primer

Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Unud, volume 3 Nomor 1, April 2009, ISSN 1979-2468, pp. 62-66 2009

Study Eksperimental Jarak terhadap Koefisien Tekanan Silinder Ganda Diposisikan Anlined

Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Unud, volume 3 Nomor 2, April 2009, ISSN 1979-2468, pp. 133-137

2010

Pencapaian Performa pada Katup Variabel Timing Fixed Timing untuk Mesin yang Optimal

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

2010

Analisis Performa Kolektor Surya Pelat Bersirip Dengan Variasi Luasan Permukaan Sirip

Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Unud, volume 4 Nomor 2, Oktober 2010, ISSN 1979-2468, pp. 88-92. (Nama kedua)

2010

Analisis Performasi Kolektor Surya Pelat Datar Pemanas Air dengan Variasi Ketebalan Kaca Penutup

Jurnal Teknik Mesin Indonesia, Volume 5 No.2 Oktober 2010, ISSN 1907-350X. pp 118-121

2011

Analisa Performansi Alat Distilasi Air Laut Tenaga Surya Yang Menggunakan Penyerap Tipe Bergelombang Berbahan Dasar Beton

Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Unud, volume 5 Nomor 1, April 2011, ISSN 1979-2468, pp. 7-12

2014

Analisa Kolektor Surya Pelat Datar dengan Media Penyimpan Panas Pasir untuk Pemanas Udara

Jurnal Ilmiah TEKNIKA Universitas Sultan Agung Tirtayasa. Volume 10. No 1, edisi Juli 2014.

F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar Ilmiah Dalam 5 Tahun Terakhir

No .

Nama Pertemuan Ilmiah / Seminar

Judul Artikel Ilmiah Waktu dan Tempat 1 Seminar Nasional Teknik

Mesin VIII

Analisis Performasi Kolektor Surya Pelat Datar Pemanas

Universitas Diponogoro

(33)

28 Air Dengan Variasi

Ketebalan Kaca Penutup

Semarang, 2009 2 Konferensi Nasional

Engineering perhotelan I

Kajian Kolektor Surya

Pemanas Udara Dengan Pelat Bersirip Sebagai Alternatif Alat Untuk Proses

Pengeringan Pada Jasa Binatu

Hotel Werdapura Sanur, 2010

3 Seminar Nasional Teknik Mesin X

Analisis Performansi

Kolektor Surya Jenis Tubular Dengan Menggunakan Pasir Sebagai Media Penyimpan Panas

Universitas Brawijaya Malang, 2011

4 Konferensi Nasional Engineering perhotelan II

Analisa Performansi Destilasi Air Laut Tenaga Surya

Menggunakan Penyerap Radiasi Surya Tipe Bergelombang

Yang Berbahan Dasar Campuran Semen Dengan Pasir

Hotel Kartika Plasa, Kuta Bali, 2011

5 Seminar Nasional Teknik Mesin XI

Analisis Perfomansi Pemanas Air Kolektor Surya Terkonsentrasi Berbentuk Trapezoidal dengan Minyak Nabati Sebagai Media Penyimpan Panas

Universitas Gajah Mada, 2012

6 Konferensi Nasional Engineering perhotelan III

Analisis performansi pemanas air kolektor surya tubular

dengan pipa penyerap berbentuk anulus

Werdapura Sanur, 2010

7 Seminar Nasional Rekayasa Material, Sistem Manufaktur dan Energi

Analisa Performansi Kolektor Surya Pelat Datar Dengan Penempatan Sirip Berbentuk Segitiga Yang Dipasang Secara Aligned

Universitas Hasanudin, 24-25 September 2014

G. Pengalaman Penulisan Buku dalam 5 Tahun Terakhir No

Judul Buku Tahun Jumlah Halaman Penerbit 1

(34)

29 H. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 – 10 Tahun Terakhir

No .

Judul/Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID

1 Dst

I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya Dalam 5 Tahun Terakhir

No .

Judul/Tema/Jenis Rekayasa Sosial Lainnya yang Telah Diterapkan

Tahun Tempat Penerapan

Respons Masyarakat 1

2 Dst

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.

(35)

30 Biodata Anggota :

A. IdentitasDiri

1. Nama Lengkap (dengan gelar)

Ir. I Nengah Suarnadwipa, MT

2. Jabatan Fungsional Lektor 3. JabatanStruktural - 4. NIP/NIK/No. Identitas

lainnya

19651231 199203 1 030

5. NIDN 0031126513

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 nengah.suarnadwipa@me.unud.ac.id suarnadwipa@gmail.com

12. Lulusan yang telahdihasilkan

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

(36)

31 B. RiwayatPendidikan

2.1 Program: S-1 S-2 S-3

2.2 Nama PT ITS Surabaya ITB Bandung - 2.3 Bidang Ilmu Teknik Mesin TeknikMesin

2.4 Tahun Masuk 1984 1997 2.5. Tahun Lulus 1990 2000 2.6 Judul Skripsi/

Tesis/Disertasi

RancangBangunT ermal Lubricating Oil Cooler

KajiEksperimental KarakteristikMesi nRefrigerasiHibrid yang

menggunakanRefri geranSubtitusi R-12

2.7.NamaPembim- bing/ 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

3 2006 AnalisisLajuPendinginanRuanganRefri geratormenggunakan Refrigeran R-12

(37)

32 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

D.Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat 5 Tahun Terakhir

No. Tahun Judul Pengabdian Kepada Masyarakat Pendanaan

Sumber* Jml (Juta Rp) 1 2012 PelatihanTeknikElektroplating Perak

bagiIndustriKerajinanKuningan di DesaKamasanKabupatenKlungkung [anggota]

DIPA- PNBP-UNUD

2 2010 IbM Kelompok Usaha Dendeng Ikan Olahan Kering Di Serangan Bali [anggota]

IbM 50

3 2009 PelatihanTeknikPembuatan Biodiesel dariBijiNyamplung [ketua]

DIPA- PNBP-UNUD

4 2008 PengembanganDesainSistemBejanaBer tekananuntukMeningkatkanEfisiensida nKualitasProdukPemindangan di DesaKusamba [ketua]

Voucer 15

5 2008 PelatihanuntukTeknisiBengkel AC Servicing [ketua]

KLH 24

6 2006 PelatihanTeknikPelapisanLogamdenga nMetodaElektroplating-di

DesaKamasanKlungkung [anggota]

DIPA- PNBP-UNUD

7 2005 PelatihandanPengenalanInstalasiElektr oplating –DesaBudagaKlungkung [anggota]

DIPA- PNBP-UNUD

(38)

*) Tuliskan sumber pendanaan: Penerapan Ipteks-Sosbud, Vucer, Vucer Multitahun, UJI, Sibermas, atau sumber lainnya.

E.Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah dalam Jurnal 5 TahunTerakhir

No. Tahun Judul Artikel Ilmiah Volume/ Nomor

Nama Jurnal 1 2010 Analisa Performansi Sistem Air

Conditionning Mobil type ET 450 dengan variasi Tekanan Kerja Kompresor

Volume 4 Nomor 1

CakraM

2 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

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 Larutan terhadap Performansi Sistem Refrigerasi Absorpsi Air-Amonia

16-17

Oktober 2012, Yogyakarta

2 KonferensiNasional engineering

Perhotelan (KNEP) III

VariasiTemperatur Generator terhadapPerformansiSistemAbsorp si Air-Amonia

6-7 Juli 2012, Denpasar

(39)

34 NasionalTahunanTekn

ikMesin (SNTTM) IX

rterhadapPerformansiSistem Mobil Air Conditioning

2010, Palembang

G. Pengalaman Penulisan Buku Dalam 5 TahunTerakhir

No. Tahun Judul Buku Jumlah

Halaman

Penerbit

1 -

H. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 - 10 TahunTerakhir

No. Tahun Judul/Tema HKI Jenis Nomor

P/ID

1 -

I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya Dalam 5 TahunTerakhir

No. Tahun Judul/Tema/Jenis Rekayasa Sosial Lainnya yang Telah Diterapkan

Tempat Penerapan

Respons Masyarak

1 -

J.Penghargaan yang Pernah Diraih Dalam 10 TahunTerakhir (dari Pemerintah, Asosiasi atau institusi lainnya)

No. JenisPenghargaan InstitusiPemberiPenghar gaan

Tahun

(40)

35 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.

(41)

36 Lampiran 5. Surat Pernyataan Personalia Penelitian

SURAT PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah ini saya :

1. Nama Lengkap : Ketut Astawa, ST.,MT

NIP : 19660607 199703 1 001/ 0007066602

Fakultas/PS : Teknik / Teknik Mesin Status dalam Penelitian : Ketua

2. Nama Lengkap : Ir. I Nengah Swarnadwipa, MT

NIP / NIDN : 19651231 1992 03 1030 / 0031126513 Fakultas/P.S. : Teknik / Teknik Mesin

Status dalam Penelitian : 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 bersama-sama 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.

(42)

33 Lampiran 6 : LUARAN

1. Model

2. Makalah seminar nasional pada Seminar Nasional Senastek dan Poster 2015

1. MODEL

(43)

34 Gambar 2. Rangkaian Pengujian Kolektor Surya Pelat Datar

(44)

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

awatsa@yahoo.com

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 performa nce 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.

(45)

Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015

1. PENDAHULUAN

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

(46)

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:

dx dT kA

q_kond





(1)

dimana : kond

q

= laju perpindahan panas konduksi (W) k = konduktivitas termal bahan (W/m.K)

A = luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m2)

dx dT

= gradien temperatur pada penampang tersebut (K/m) (-) = perjanjian Fourier

Laju perpindahan panas konveksi adalah merupakan hukum Newton tentang pendinginan (Newton'sLaw of Cooling) yaitu:











h A T T

q_konv

.

_s (2)

dimana :

�� = Laju perpindahan panas konveksi (W)

ℎ = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/�2.K)

� = Luas permukaan perpindahan panas (�2

� = Temperatur permukaan (K)

�∞ = Temperatur fluida (K)

Laju pertukaran panas radiasi keseluruhan antara permukaan dengan sekelilingnya (surrounding), dengan temperatur sekeliling, �_� , adalah :

� ��= �. �. �4 (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)

2.1.2 Aliran Impinging Jet

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.

(47)

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 :

) .( . . ' Ti To c m

q_u  _P 

(4)

dimana :

��̇ = panas yang berguna per satuan waktu (Watt)

m = laju aliran fluida (kg/s)

c = kapasitas panas jenis fluida (J/(kg.˚C)

T = temperatur fluida keluar (˚C)

T = temperatur fluida masuk (˚C)

2.1.4 Efisiensi Kolektor Surya

 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)

dimana :

Cp = Panas jenis fluida (J/Kg.˚C), nilai Cp didapat dari properties fluida berdasarkan temperatur film : (

Ti To T_f   )

m = Laju aliran massa fluida (kg/s)

IT = total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu per satuan luas (W/m²)

Ac = Luasan kolektor (m²)

 = (To – Ti) (˚C)

η = 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 :

C T p

A

I

T

c

m

.







(48)

Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015

c T

p c

T u

A I

dt dT c m A I

. .

. '

 



(6 )

dimana :

m = massa media di dalam calorimeter per satuan luas permukaan kolektor (kg/m²)

c' = panas spesifik media di dalam calorimeter, (J/kg. oC)

A = Luasan colektor (m²)

 = (To - Ti) (˚C)

I = 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.

(49)

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

(50)

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.

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.

Gambar 5. Grafik Efisiensi Kolektor Surya Pelat Datar dengan Impinging Jet 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 50 100 150 200 250 1 0 :0 0 1 0 :2 0 1 0 :4 0 1 1 :0 0 1 1 :2 0 1 1 :4 0 1 2 :0 0 1 2 :2 0 1 2 :4 0 1 3 :0 0 1 3 :2 0 1 3 :4 0 1 4 :0 0 1 4 :2 0 1 4 :4 0 1 5 :0 0 1 5 :2 0 1 5 :4 0 1 6 :0 0 1 6 :2 0 1 6 :4 0 1 7 :0 0 IT ( w /m ³) E n e rg i B e rg u n a (Q u a) Waktu

Qua o-O Qua O-o IT

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 20 40 60 80 100 1 0 :0 0 1 0 :2 0 1 0 :4 0 1 1 :0 0 1 1 :2 0 1 1 :4 0 1 2 :0 0 1 2 :2 0 1 2 :4 0 1 3 :0 0 1 3 :2 0 1 3 :4 0 1 4 :0 0 1 4 :2 0 1 4 :4 0 1 5 :0 0 1 5 :2 0 1 5 :4 0 1 6 :0 0 1 6 :2 0 1 6 :4 0 1 7 :0 0 IT ( w /m ³) E fi si e n si ( % ) Waktu

(51)

Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek), Denpasar Bali 2015

8 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

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

(1)

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 :

)

.(

.

. '

Ti

To

c

m

q





(4)

dimana :

��̇

= panas yang berguna per satuan waktu (Watt)

= laju aliran fluida (kg/s)

= kapasitas panas jenis fluida (J/(kg.˚C)

=

temperatur fluida keluar (˚C)

= 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)

dimana :

Cp

= Panas jenis fluida (J/Kg.˚C), nilai Cp didapat dari properties fluida berdasarkan

temperatur film : (

2

Ti To T_f





)

= Laju aliran massa fluida (kg/s)

I

= total energi surya yang datang pada permukaan kolektor per satuan waktu per

satuan luas (W/m²)

A

= Luasan kolektor (m²)



= (

–

) (˚C)

η

= 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 :

C T

A

I

T

c

m

.





(2)

c T

p c

T u

A

I

dt

dT

c

m

A

I

q

.





(6 )

dimana :

= massa media di dalam calorimeter per satuan luas permukaan kolektor

(kg/m²)

= panas spesifik media di dalam calorimeter, (

kg.

C)

A

= 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.

(3)

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

(4)

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.

Gambar 4. Grafik Energi berguna Kolektor Surya Pelat Datar dengan Impinging Jet

Gambar 5. Grafik Efisiensi Kolektor Surya Pelat Datar dengan Impinging Jet

Qua o-O Qua O-o IT

(5)

Kesimpulan

Ucapan Terima Kasih

Daftar Pustaka

Astawa dan M. Sucipta, 2010, Pembelajaran Energi Surya Dengan Menggunakan Metode Problem Based Learning, Dana PHK–I Universitas Udayana

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

(6)