KAJIAN EXPERIMENTAL KOLEKTOR SURYA PRISMATIK DENGAN VARIASI JARAK KACA TERHADAP PLAT ABSORBER MENGGUNAKAN SISTEM TERTUTUP UNTUK PEMANAS AIR
KAJIAN EXPERIMENTAL KOLEKTOR SURYA PRISMATIK DENGAN VARIASI JARAK KACA TERHADAP PLAT
ABSORBER MENGGUNAKAN SISTEM TERTUTUP
UNTUK PEMANAS AIR SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
KAJIAN EXPERIMENTAL KOLEKTOR SURYA PRISMATIK
DENGAN VARIASI JARAK KACA TERHADAP PLAT
ABSORBER MENGGUNAKAN SISTEM TERTUTUP
UNTUK PEMANAS AIR
SUPANDI SILABAN
NIM. 070401045
KAJIAN EXPERIMENTAL KOLEKTOR SURYA PRISMATIK
DENGAN VARIASI JARAK KACA TERHADAP PLAT
ABSORBER MENGGUNAKAN SISTEM TERTUTUP
UNTUK PEMANAS AIR SUPANDI SILABAN NIM. 070401045
KAJIAN EXPERIMENTAL KOLEKTOR SURYA PRISMATIK
DENGAN VARIASI JARAK KACA TERHADAP PLAT
ABSORBER MENGGUNAKAN SISTEM TERTUTUP
UNTUK PEMANAS AIR
SUPANDI SILABAN
NIM. 070401045
KAJIAN EXPERIMENTAL KOLEKTOR SURYA PRISMATIK
DENGAN VARIASI JARAK KACA TERHADAP PLAT
ABSORBER MENGGUNAKAN SISTEM TERTUTUP
UNTUK PEMANAS AIR
SUPANDI SILABAN
NIM. 070401045
Telah disetujui oleh :
Pembimbing, DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN
KARTU BIMBINGAN
TUGAS SARJANA MAHASISWA
NO : 1039/TS/2011 Sub. Program Studi : Konversi Energi Bidang Studi : Perpindahan Panas Judul Tugas : Kajian Eksperimental Kolektor Surya Prismatik Dengan Variasi Jarak Kaca Terhadap Plat Absorber Menggunakan Sistem Tertutup Untuk Pemanas Air. Diberikan Tgl. : 5 November 2011 Selesai Tgl. : 18 Februari 2012 Dosen Pembimbing : Prof.Dr.Ir.Farel H. Napitupulu,DEA Nama Mhs : Supandi Silaban
N.I.M : 070401045 No. Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan
Tanda Tangan Dosen Pemb. 1. 15-10-2011 Spesifikasi judul 2. 17-10-2011 Perancangan dan perakitan alat DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 1039/TS/2011 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : 15/11/2011 MEDAN PARAF :
TUGAS SARJANA
NAMA : SUPANDI SILABAN N I M : 070401045 MATA PELAJARAN : PERPINDAHAN PANAS SPESIFIKASI : LAKUKAN PENGUJIAN DAN ANALISA TERHADAP KOLEKTOR
SURYA PRISMATIK DENGAN SATU LAPIS KACA YANG DIGUNAKAN UNTUK PEMANAS AIR DENGAN JARAK KACA KE PLAT ABSORBER 40mm, 50mm, DAN 60mm. ANALISIS MELIPUTI KAJIAN EKSPERIMENTAL TENTANG EFEKTIFITAS KOLEKTOR SURYA PRISMATIK.
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih adalah dalam bidang Perpindahan Panas dengan judul “ Kajian
EksperimentalKolektor Surya Prismatik Dengan Variasi Jarak Kaca Terhadap
Plat Absorber Menggunakan Sistem Tertutup Untuk Pemanas Air ”.Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini dengan ketulusan hati penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1.
Kedua orang tua dan keluarga tercinta, yang senantiasa memberikan kasih sayang, dukungan, motivasi, dan nasihat yang tak ternilai harganya.
2. BapakProf.Dr.Ir.Farel H. Napitupulu, DEA, selaku dosen pembimbing yang
untuk penyempurnaan skripsi ini. Sebelum dan sesudahnya penulis ucapkan banyak terima kasih.
Medan, Maret 2012 Penulis,
Supandi Silaban
ABSTRAK
Kolektor surya merupakan suatu bagian dari peralatan yang dibutuhkan untuk mengubah energi radiasi matahari ke bentuk energi panas untuk berbagai keperluan, misalnya sebagai pemanas air. Salah satu bentuk dari kolektor surya adalah bentuk prisma yang memiliki kemampuan untuk menerima intensitas radiasi matahari terhadap ke empat luasan kolektor, sehingga diharapkan pemanfaatan energi tersebut sebagai pemanas air dapat lebih efektif. Kolektor surya akan menyerap energi dari radiasi matahari dan mengkonversikannya menjadi panas yang berguna untuk memanaskan air garam di dalam pipa-pipa kolektor, sehingga suhu air garam akan meningkat dan terjadi pertukaran kalor antara air garam dengan air yang dipanasi. Mengingat pentingnya kaca pada kolektor surya, maka dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh jarak kaca ke plat terhadap efisiensi yang menyatakan besar energi yang diterima. Dari hasil pengujian dan analisa didapat bahwa kerja optimal kolektor surya prismatik dicapai dengan jarak kaca ke plat absorber 50 mm.
ABSTRACT
Solar collector is the essential item of equipment which transforms solar radiation energy to some other useful energy form, for example as the water heater. One of the shape solar collector, is prismatic which have ability to receive solar radiation intensity into the fourth areas of colector, so that using solar energy as water heater can more effective. Solar collector can absorb solar radiation intensity and convert it to useful calor for heating the liquid salt inside the pipes of the collector, so the temperature of the liquid salt is rise and heat exchanging is happen by liquid salt within water heating. Considering the importance of the cover, a research is carried on to find out the affect of the spacing between cover and plate toward the plate’s temperature which refer to the amount of heat absorbed. From the experiment is found the best spacing between cover and plate which can produce optimal efficiency are 50mm.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ................................................................................................ i
ABSTRAK ................................................................................................................ iii
DAFTAR ISI ............................................................................................................. .iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... .... vii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... .... vii
DAFTAR NOTASI ............................................................................................. ..... ix
BAB 1. PENDAHULUAN1.1 Latar belakang .......................................................................................... 1
1.2 Tujuan penelitian ...................................................................................... 3
1.3 Batasan masalah ....................................................................................... 3
1.4 Manfaat penelitian ................................................................................... 4
1.5 Sistematika penulisan ................................................................................ 4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Matahari ................................................................................................... 6
4.2 Analisa hasil pengujian .......................................................................... 43
4.3 Efisiensi termal kolektor ........................................................................ 62
4.4 Perhitungan daya pompa ....................................................................... 66
BAB 5. KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 69
5.2 Saran ....................................................................................................... 69
REFERENSI LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
3.1 Titik set-up pengujian ..........................................................................................37
4.1 Hasil pengujian untuk jarak kaca 60 mm terhadap absorber ...............................41
4.2 Hasil pengujian untuk jarak kaca 50 mm terhadap absorber ...............................42
4.3 Hasi pengujian untuk jarak kaca 40 mm terhadap absorber ................................42
4.4 Perhitungan transmisivitas absorbsivitas rata-rata untuk permukaan kolektor timur ...................................................................................51
4.5 Perhitungan transmisivitas absorbsivitas rata-rata untuk permukaan kolektor barat ...................................................................................51
4.6 Perhitungan transmisivitas absorbsivitas rata-rata untuk permukaan kolektor utara/selatan .......................................................................52
4.7 Radiasi pada bidang miring timur untuk pengujian jarak 60mm .........................50
4.8 Radiasi pada bidang miring baratuntuk pengujian jarak 60mm ..........................51
4.9 Radiasi pada bidang miring utara dan selatanuntuk pengujian jarak 60mm .......51
DAFTAR GAMBAR
2.1 Deklinasi matahari ............................................................................................. 8
2.2 Posisi sudut matahari ......................................................................................... 8
2.3 Radiasi sorotan tiap jam pada permukaan miring dari pengukuran I
b ................ 9
2.4 Komponen radiasi pada permukaan miring ..................................................... 10
2.5 Sudut datang dan sudut bias pada dua medium ............................................... 11
2.6 Penampang saluran pipa .................................................................................. 18
2.7 Kolektor surya plat datar .................................................................................. 23
2.8 Konsentrator ..................................................................................................... 24
2.9 Evacuated receiver ........................................................................................... 25
2.10 Pemanas air sistem langsung ........................................................................... 25
2.11 Pemanas air sistem tidak langsung .................................................................. 26
3.1 Diagram alir penelitian ..................................................................................... 28
3.2 Pompa .............................................................................................................. 29
3.3 Flowmeter ........................................................................................................ 30
4.4 Grafik kenaikan temperatur air terhadap waktu ............................................... 43
4.5 Grafik korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global ......................... 45
4.6 Rasio absorptansi berbagai sudut masuk sinar matahari pada permukaan hitam ...................................................................................... 48 4.7 n untuk 1-4 lapis kaca ....................................................... 49
Perbandingan τα/τα
4.8 Transmisivitas-absorbsivitas rata-rata terhadap waktu .................................... 53
4.9 Kerugian panas kolektor .................................................................................. 55
4.10 Skema tahanan perpindahan panas pada kolektor bagian atas ........................ 55
4.11 Koefisien konveksi alam h, dalam fungsi celah udara sebagai fungsi jarak celah z, dengan sudut β sebagai parameter ............................................. 57
4.12 Geometri letak pipa pada pelat absorber .......................................................... 59
4.13 Grafik energi Qu terhadap waktu ..................................................................... 66
4.14 Grafik efisiensi termal kolektor vs waktu ........................................................ 66
DAFTAR NOTASI
h ri Koefisien radiasi di dalam kolektor W/m
2
2
I o Radiasi matahari pada permukaan horizontal MJ/m
2 K
Koefisien radiasi di luar kolektor W/m
ro
h
2 K
Simbol Keterangan Satuan
A Luas permukaan kolektor m
H p Head pompa m h o Koefisien konveksi luar kolektor W/m
2 K
Koefisien konveksi dalam kolektor W/m
i
h
2
Kalor spesifik J/kg.K D i Diameter dalam pipa tembaga mm D o Diameter luar pipa tembaga mm F Efisiensi sirip % F R Faktor pelepasan panas - G sc Konstanta radiasi matahari W/m
2 C p
2 K T o Temperatur garam keluar kolektor
o
δ
Massa jenis kg/m
ρ
Efisiensi kolektor %
η
µ Viskositas dinamik kg/m.s
ave Transmisivitas-absorbsivitas rata-rata -
(sudut) (τα)
o
Sudut deklinasi
(sudut)
C U
o
Sudut jam
v Kecepatan angin m/s W Jarak antar pipa tembaga m z Jarak kaca ke pelat absorber mm ω
2 K
U t Koefisien kerugian panas di atas kolektor W/m
2 K
U L Koefisien kerugian panas kolektor W/m
2 K
Koefisien kerugian panas bawah kolektor W/m
b
3