skripsi analisis performansi kolektor surya pelat … · 2017. 4. 1. · energi matahari adalah...
TRANSCRIPT
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 : I Nyoman Gigih Predana Putra
Dosen Pembimbing : 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 : I Nyoman Gigih Predana Putra
Guidance : 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, Oktober 2015
Penulis
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