1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired)

5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 1/24

USUL PENELITIAN

PEMANAS UDARA SURYA TIPE PELAT RATA DENGAN

TEKNIK MULTI BELOKAN

Oleh :

SYUKRAN, ST, MT

FAKHRIZA, ST

IR. MUKHTAR ALI

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE

APRIL 2009

i

DANA DIPA

(REVISI)



HALAMAN PENGESAHAN USULAN PENELITIAN

1. a. Judul : Pemanas Udara Surya Tipe Pelat Rata dengan

Teknik Multi Belokan.

b. Bidang Ilmu : Teknologi

2. Ketua Peneliti

a. Nama Lengkap dan Gelar : Syukran, ST, MT

b. jenis Kelamin : Laki-laki

c. Golongan/ Pangkat/ NIP : IIIa / Penata Muda / 132 304 674

d. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli Madya

e. Jabatan Struktural : Ka.Prodi Jurusan Mesin PNL

f. Jurusan : Teknik Mesing. Alamat : Jl.Matang Keupila No.20 Lhoksukon Aceh Utara

h. Telp/E-mail : (0645)31646/ [email protected]

3. Jumlah Anggota Peneliti : 2 Orang

Nama Anggota Peneliti I : Fakhriza, ST

Nama Anggota Peneliti II : Ir.Mukhtar Ali

4. Lokasi Penelitian : Kampus Politeknik Negeri Lhokseumawe

5. Jumlah biaya yang diperlukan : Rp. 10.000.000,- (Sepuluh Juta Rupiah)

Sumber : DIPA

Buketrata, 15 Februari 2009

Mengetahui :

Ketua Jurusan Teknik Mesin. Ketua Pelaksana.

Ir. Ilyas Yusuf Syukran, ST, MT

Nip. 131 817 589 Nip. 132 304 674

Menyetujui :

Ka. LPPM- Politeknik Negeri Lhokseumawe

Ir. Harunsyah, M.Eng. ScNip. 132 056 438

i



A. JUDUL : Pemanas Udara Surya Pelat Rata dengan Teknik Multi Belokan.

B. BIDANG ILMU : Teknologi

Bab 1. Pendahuluan

Pemanas udara surya merupakan salah satu peralatan termal yang memanfaatkan

energi radiasi matahari (surya) sebagai sumber energi utama untuk memanaskan aliran

fluida (udara) yang mengalir di dalam saluran. Fungsi aplikatif pemanas udara adalah

sebagai media pengering produk-produk pertanian. Selain itu juga dapat diterapkan pada

perancangan ruang penyimpanan produk pertanian dan perkebunan yang membutuhkantemperatur operasi penyimpanan tidak terlalu tinggi. Misalnya pada gudang penyimpanan

beras atau tepung, di mana temperatur ruang penyimpanan harus mencapai temperatur

lebih tinggi dari temperatur lingkungan agar tidak terjadi kerusakan dan aglomerasi

produk.

Dalam bidang pertanian dan perkebunan, kebutuhan pemanas udara surya jelas

sangat diperlukan. Hal ini mengingat produksi pertanian dan perkebunan masyarakat terus

mengalami peningkatan dari waktu ke waktu. Sedangkan umumnya masyarakatkhususnya di Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam masih menggunakan cara-cara

tradisional dalam proses pengeringan hasil pertanian dan perkebunan mereka, yaitu

dengan cara menjemur langsung di alam te

rbuka pada siang hari atau dengan metode pengasapan secara kontak langsung.

Metode pengasapan menyebabkan kualitas produk terkontaminasi. Gas-gas

komposisi asap dapat menyebabkan rusaknya komposisi produk secara kimia. Sedangkan

metode pengeringan langsung mempunyai kelemahan antara lain temperatur pengeringan

(penjemuran di alam terbuka) tidak akan dapat mencapai maksimal, karena objek

pengeringan berinteraksi langsung dengan lingkungan, kehilangan panasnya cukup besar

sehingga membutuhkan waktu pengeringan yang relatif lebih lama. Jika dianalisa

berdasarkan jam efektif penyinaran matahari, maka waktu pengeringan langsung adalah

antara pukul 10 pagi sampai pukul 16.00 sore, atau sekitar 6 jam perhari. Akan tetapi

dengan metode pemanas udara surya, waktu pengeringan dapat berlangsung lebih lama

sekitar 10 sampai 12 jam perhari dan temperatur pengeringan yang dihasilkan pemanas

tersebut dapat lebih tinggi dengan teknik meminimalkan kehilangan panas peralatan

1



pemanas udara tersebut. Dengan demikian waktu pengeringan dengan metode pemanas

udara surya jelas lebih singkat tanpa merusak kualitas produk tersebut.

Berdasarkan hal di atas, maka perlu dilakukan penelitian ini dengan tujuan akhir

adalah menciptakan peralatan pemanas udara surya yang dapat beroperasi secara alamiah

dan dapat bermanfaat bagi masyarakat dalam mengeringkan hasil pertanian dan

perkebunan mereka dengan mempertimbangkan standar kualitas produk tersebut.

Selain itu juga penelitian ini merupakan bagian dari program pemerintah dalam

memanfaatkan energi terbarukan dalam meningkatkan taraf hidup secara ekonomi bagi

masyarakat khususnya penduduk pertanian dan perkebunan.

Bab 2. Perumusan Masalah

Metode pengeringan yang diterapkan masyarakat pedesaan dalam mengeringkan

hasil pertanian dan perkebunan mereka sampai saat ini umumnya masih menggunakan

metode menjemur langsung di alam terbuka atau dengan metode pengasapan. Kedua

metode tersebut mempunyai sisi kelemahan yang sangat besar jika di tinjau dari segi

lamanya waktu pengeringan dan kualitas produk hasil pengeringan. Selain itu juga

dengan metode tersebut, proses pengontrolan kadar air yang harus dilepaskan dari objek

pengering juga distribusi tempertur pengeringan akan sulit diketahui, sehingga akan

mengganggu proses selanjutnya terhadap produk yang mungkin dilakukan. Sebagai

contoh berdasarkan data dari Dinas Pertanian dan Perkebunan Aceh Utara, untuk hasil

perkebunan seperti kakau, kadar air yang diharapkan setelah melalui proses pengeringan

adalah 6% ~ 7% , dan temperatur pengeringan yang aman tidak merusak produk berkisar

antara 60oC~70oC. Sehingga jelas bahwa dengan metode pengeringan langsung tersebut

kondisi persyaratan pengeringan produk kaku tersebut sangat sulit dilakukan.

Dari permasalahan di atas, perlu dicari suatu media pengering yang dapat

mempersingkat waktu pengeringan, tidak membutuhkan biaya operasional (seperti

layaknya media pengering yang menggunakan bahan bakar), serta kualitas produk/ objek

hasil pengeringan tetap terjaga. Usaha ini jelas sangat bermanfaat bagi para petani,

pengusaha kecil dan menengah yang terlibat langsung dengan pengolahan hasil pertanian

dan perkebunan.

2



Media pemanas udara surya marupakan salah satu sarana yang dapat digunakan

untuk mejawab permasalahan di atas. Walaupun terdapat keterbatasan dalam

operasionalnya, dikarenakan kondisi iklim di Indonesia tidak memungkinkan pemanas

udara surya ini dapat beroperasi. Akan tetapi dengan asumsi 70% cuaca cerah dalam

setahun, maka akan sangat membantu para petani dalam memaksimalkan produk

pengeringnya dengan tingkat efisiensi yang lebih besar dibanding pengeringan dengan

metode menjemur langsung tanpa pengkondisian udara.

Untuk jangka panjang, metode pemanas udara surya ini jelas lebih

menguntungkan. Selain tidak membutuhkan biaya operasional karenan non bahan bakar,

ramah lingkungan, juga pemeliharaan dan pengontrolan yang relatif lebih mudah.Umumnya pemanas udara surya jarang terjadi over heating terhadap produk. Temperatur

yang dihasilkan biasanya berkisar antara 40oC ~ 70oC, sehingga sesuai dengan kebutuhan

pengeringan. Tingkat penurunan temperaturnya juga yang relatif kecil terhadap waktu,

dikarenakan pemanas udara surya memiliki media penyimpan panas (absorber) yang

mampu mengalirkan panas selama 3 sampai 4 jam setelah matahari terbenam.

Secara investasi awal, pemanas udara surya tergolong sangat tidak mahal. Dapat

diproduksi sendiri dan tidak membutuhkan peralatan tambahan seperti fan atau blower

seperti pada metode pengeringan memakai bahan bakar. Aliran pemanas udara surya

dapat terjadi secara alamiah karena perbedaan berat jenis udara dalam saluran udara

pemanas. Selain itu juga jangkauan pemakainya dapat mencakup daerah terpencil.

Bab 3. Tinjauan Pustaka

3.1 Pemanas Udara Surya

Penyerap dari sebuah pemanas udara surya yang digunakan untuk memanaskan

ruang terdiri dari sebuah saluran dangkal yang lebar seperti ditunjukkan pada Gambar 1

dengan jenis aliran udara laminar atau turbulen.

Aliran dalam pemanas konveksi-paksa komersial, biasanya turbulen di mana 2000

< Re < 10000. Karena perpindahan dari absorber ke udara di mana udara memiliki

kapasitas panas yang lebih kecil, maka diperlukan laju aliran massa yang besar, sehingga

koefisien konveksi h f dalam pemanas dan penurunan tekanan ∆ p melintasi pemanas

adalah parameter yang harus dipertimbangankan.

3



Gambar 1. Pemanas udara suryaSumber : Wiranto Arismunandar : 1995

3.2 Jaringan Termal Pemanas Udara Surya

Tahanan termal ekivalen terhadap perpindahan panas untuk kasus pemanas udara

seperti pada Gambar 1 di atas ditunjukkan pada Gambar 2. A/A c adalah perbandingan luas

bidang perpindahan panas terhadap luas rongga pemanas, Ta, T b dan T p berturut-turut

adalah temperatur lingkungan, temperatur kaca dan temperatur permukaan absorber.

Dalam analisis diasumsikan harga T b mendekati harga T p.

Gambar 2. Jaringan termal pemanas udara surya

4



3.3. Faktor Efisiensi, F’

Karena temperatur pelat absobser berubah-ubah sepanjang dan melintang

permukaan absorber, maka persamaan perolehan panas pemanas dan persamaan efisiensi

dinyatakan sebagai fungsi dari temperatur fluida masuk, yang relatif mudah dikontrol dan

diukur selama pengujian dan operasinya.

Berdasarkan jaringan termal ekivalen seperti pada Gambar 2, maka persamaan

faktor efisiensi untuk pemanas udara tersebut adalah :

( )( )

=

C

r f

L

A f A

1 1h h

1 F'

U

1+ 1h ++

Di mana :

h f adalah koefisien konveksi (W/m2.K)

hr adalah koefisien radiasi (W/m2.K)

koefisien radiasi, hr ditentukan dengan persamaan berikut :

( )( )

4 4

p br

1 1 p bεp εc

σ T -T h =

+ -1 (T -T )

Di mana :

ε p = emisivitas absorber

εc = emisivitas kaca

σ = konstanta radiasi (5,67×10-8 W/m2.k 4)

3.4 Faktor Pelepasan Panas, FR

Perolehan panas sebuah pemanas surya dinyatakan sebagai fungsi dari temperatur

masuk fluida T i. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan faktor pelepasan panas FR .

p R L

L p

G c F U F' = 1- exsp -

F' U F' G c

Di mana cp adalah panas spesifik udara (J/kg.K), G adalah laju aliran masaa (kg/s.m2), F’

adalah faktor efisiensi, UL adalah koefisien kerugian panas.

5



3.5 Koefisien Kerugian Panas, UL

Mekanisme kerugian panas dari sistem pemanas udara surya seperti ditunjukkan

pada Gambar 1 adalah sebagai berikut. Panas hilang dari bagian atas absorber karena

konveksi alamiah dan radiasi ke permukaan dalam saluran pemanas (di bawah penutup

kaca). Sebagian dari radiasi ini akan benar-benar melalui penutup kaca. Tetapi dalam

analisis penelitian ini hal itu diabaikan. Panas ini selanjutnya dikonduksikan oleh pelat

kaca ke permukaan luarnya, kemudian dipindahkan ke atmosfer luar secara konveksi dan

radiasi. Kerugian panas ini dinamakan kerugian panas atas (top loss) dan dinyatakan

dengan :

2(W/m )t p aU (t - t )

Di mana U t disebut koefisien atas (W/m2.K), T p dan Ta masing-masing adalah temperatur

absorber dan temperatur lingkungan. Kebalikan dari U t , 1/U t adalah jumlah tahanan

terhadap perpindahan panas dari absorber lingkungan.

3.6 Koefisien Konveksi Udara dalam Saluran Pemanas, h f

Perpindahan panas secara konveksi secara umum dibagi dua, yaitu konveksi bebas

dan konveksi paksa. Laju perpindahan panas pada konveksi bebas lebih rendah dibanding

konveksi paksa untuk kondisi temperatur yang sama. Oleh karena itu, dalam merancang

sebuah pemanas udara, harus diusahakan sedemikian rupa supaya terjadi perpindahan

panas secara konveksi paksa. Konveksi paksa terjadi jika terdapat aliran fluida pada

permukaan perpindahan panas. Untuk mengevaluasi laju perpindahan panas konveksi

paksa diperlukan beberapa definisi bilangan tak berdimensi seperti bilangan Reynolds,

Prandtl, Nusselt, dan lain-lain. Persamaan bilangan Reynolds untuk aliran fluida di dalam

saluran pemanas adalah :

Re m i D

u D ρ

µ =

dimana ρ adalah massa jenis fluida, mu adalah kecepatan rata-rata aliran fluida, Di adalah

diameter saluran, dan μ adalah viskositas fluida. Persamaan tersebut dapat pula ditulis

sebagai :

D

4e

μi

m R

Dπ =

&

6



dimana m&laju aliran massa fluida. Fluida yang mengalir di dalam saluran pemanas

mengalami penurunan tekanan ( pressure drop) akibat gesekan dinding saluran pemanas.

Gesekan saluran pemanas disimbolkan dengan sebuah faktor, yaitu faktor friksi f yang

merupakan faktor tak berdimensi. Faktor f untuk aliran turbulen berkembang penuh ( fully

developed ) dapat didekati dengan persamaan sebagai berikut :

( )1 40,316Re Re 20.000 D D

f −= ≤

( )1 50,184Re Re 20.000 D D

f −= ≥

Selain menggunakan persamaan di atas, faktor f untuk berbagai nilai bilangan Reynolds

dapat dicari dari diagram Moody. Alternatif lain untuk mencari faktor f adalah dengan

menggunakan persamaan Petukhov, yaitu:

( )2 60,790ln Re 1,64 3000 Re 5 10

D D f x

−= − ≤ ≤

persamaan Petukhov untuk bilangan Nusselt aliran turbulen di dalam pemanas adalah :

( )

( ) ( )1 2 2 3

/ 8 Re Pr

1,07 12,7 / 8 Pr 1

D

D

f Nu

f =

+ −

Di mana Pr adalah bilangan Prandtl . faktor f dapat dicari dari diagram Moody, atau

dari persamaan 6.7. Persamaan ini berlaku untuk kondisi4 60,5 Pr 2000;10 Re 5 10

Dx < < < <

Sedangkan untuk bilangan Reynolds yang lebih kecil, digunakan persamaan Gnielinsk :

( ) ( )

( ) ( )1 2 2 3

/ 8 Re 1000 Pr

1 12,7 / 8 Pr 1

D

D

f Nu

f

−=

+ −

yang berlaku untuk kondisi

60,5 Pr 2000;3000 Re 5 10 D

x < < < < Untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi di dalam saluran pemanas,

digunakan persamaan

i D

i

k h Nu

D=

Di mana

ih = koefisien konveksi di dalam saluran pemanas [W/m2.K]

k = konduktivitas termal bahan saluran pemanas [W/m.K]

7



3.7 Penurunan Tekanan ( pressure drop), ∆ pBesarnya penurunan tekanan yang terjadi pada fluida akibat melintasi seluran

pemanas dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

32 fG L Δp=

ρ b

Di mana f adalah koefisien gesekan, G adalah laju aliran massa (kg/s.m2), L adalah

panjang saluran pemanas (m), b adalah tinggi saluran pemanas (m), dan ρ adalah Massa

jenis udara (kg/m3)

3.8 Efisiensi Termal Pemanas Surya

Perolehan panas atau keluaran berguna dari suatu pemanas udara surya ditentukan

dengan persamaan berikut :

( )outQ = R T L i a F G (τα) - U T - T

Apabila panas keluaran ini dibagi dengan masukan GT , yaitu masukan radiasi pada

pemanas udara adalah :

η =

i a R R L

T

T -T

F (τα) - F U G

Di mana :

η = efisiensi termal pemanas udara

FR = faktor pelepasan panas

UL = koefisien kerugian panas

Ti = Temperatur masuk fluida (oC)

Ta = temperatur lingkungan (oC)

3.9 Pengujian Kinerja Termal Pemanas Udara Surya

Pengujian prestasi termal dari sebuah pemanas surya dilkasanakan dengan cara

supaya kurva efisiensi dapat ditentukan pada kondisi pengujian tertentu. (ASHRAE

Standard 93-77). Sedikitnya harus ada 16 titik data bagi peentapan kurva efisiensi

”seketika” (minimum 5 menit). Efisiensi seketika diperoleh dengan cara membagi energi

yang didapat dari pemanas surya selama waktu yang memadai dengan harga gabungan

dari energi surya yang masuk selama kurun waktu itu.

8



Kurun waktu itu diperoleh dengan cara mengukur konstanta waktu untuk pemanas

udara tersebut, yaitu waktu (setelah pemanas udara tersebut ditutup) selama selisih

temperatur fluida yang masuk dan temperatur fluida yang keluar mencapai 36,8% dari

harga awalnya.

Sebagai contoh salah satu kurva efisiensi termal untuk sebuah pemanas surya

diberikan pada Gambar 3 berikut.

Gambar 3. Kurva efisiensi termal untuk sebuah pemanas suryaSumber :ASHRAE Standard 93-97

3.10 Pengujian Keandalan Pemanas Udara Surya (Reliability Test)

Selain dari pengujian kinerja termal, dilakukan juga pengujian lain dan digunakan

untuk menentukan keandalan, ketahanan dan keamanan dari pemanas udara surya

tersebut. Pengujian keandalan tersebut meliputi, antara lain :

Pengujian kejutan termal semprot air : untuk menentukan kemampuan pemanas surya

mampu menahan kejutan termal yag disebabkan oleh jatuhnya hujan lebat pada

permukaan pemanas.

Pengujian hujan yang dimaksudkan untuk menentukan ketahanan rembesan air,

apabila dikenai hujan angin.

Pengujian kebocoran tekanan statik.

9



3.11 Isolasi Termal

Isolasi adalah suatu material yang digunakan untuk mencegah suatu benda dari

pengaruh luar tertentu. Isolasi panas memberikan arti bahwa benda yang diisolasi itu

dilindungi terhadap pengaruh temperatur luar. Atau dengan kata lain dilindungi dari panas

yang akan masuk atau akan keluar menembus batas benda dengan sekelilingnya.

Dalam kasus pemanas surya, diperlukan isolasi termal guna menjaga temperatur

absorber relatif stabil dengan laju penurunan temperatur yang relatif kecil terhadap waktu.

Sehingga waktu operasi pemanas dapat lebih lama.

Prinsip dasar dalam menentukan tebalnya isolasi termal ditentukan melalui analisis perpindahan panas untuk keseluruhan modus, konduksi, konveksi, dan radiasi.

3.12 Konsep Dasar Simulasi Numerik

Metode numerik adalah metode perhitungan aproksimasi persamaan differensial

dengan persamaan aritmatik biasa atau persamaan diskrit yang mudah diselesaikan dan

menghasilkan solusi aproksimasi pada titik-titik diskrit. Metode ini menyederhanakan

persamaan analitis yang rumit menjadi persamaan aljabar yang sederhana dan eksak.

Persamaan-persamaan kekekalan massa dan momentum, kekekalan energi dan lain-lain

diselesaikan dengan perhitungan secara iterasi. Metode yang digunakan adalah membagi

volume sistem (dalam hal ini saluran fluida pemanas udara), menjadi volume kecil yang

disebut mesh atau grid . Setiap volume kecil memiliki sejumlah nodal tempat menerapkan

persamaan-persamaan konservasi. Setiap nodal memiliki karakteristik spesifik sebagai

volume aturnya. Semakin halus mesh yang dilakukan, semakin akurat hasil yang

diperoleh, namun membutuhkan waktu kalkulasi yang lebih lama.

Penyelesaian permasalahan dengan metode numerik dapat dilakukan dengan

berbagai metode, yaitu metode finite-difference, finite element , dan finite volume. Metode

numerik finite volume paling sesuai untuk menyelesaikan permasalahan aliran dan energi

tiga dimensi (3-D). Persamaan-persamaan diskrit dibangun dengan membagi volume atur

keseluruhan sistem menjadi volume atur-volume atur kecil. Pada setiap volume atur kecil

diterapkan persamaan-persamaan kekekalan massa dan momentum, kekekalan energi, dan

lain-lain sehingga secara keseluruhan akan diperoleh sekumpulan persamaan aljabar

linier. Persamaan linier tersebut kemudian diselesaikan dengan perhitungan secara iterasi.

10



Hasil perhitungan iterasi terakhir, ϕ n+1, diperoleh apabila hasil iterasi menunjukkan nilai

yang konvergen, yaitu nilai residu, ζ , mendekati nol :

01 ≈−= + nn ϕ ϕ ς

Persamaan Konservasi

Konservasi Massa

( ) 0V ρ ∇ ⋅ =

Konservasi energi

( ) t

p

k V H H

c ρ

∇ ⋅ = ∇ ⋅ ∇

t k adalah konduktivitas efektif ; t p eff

k cα µ =

Konservasi momentum

( ) ( ). .VV p g ρ τ ρ ∇ = −∇ + ∇ +

dimana P adalah tekanan statik, g ρ adalah gaya badan karena gravitasi ( gravitational

body force) dan τ adalah stress tensor. Stress tensor ditunjukkan dengan persamaan :

( )2

. I3

T V V V τ µ = ∇ + ∇ − ∇

, dimana µ adalah viskositas, I adalah unit tensor.

Pemodelan Turbulen

Aliran turbulensi ditandai dengan adanya fluktuasi medan kecepatan yang

menyebabkan gerakan fluida menjadi tidak teratur. Fluktuasi ini menyebabkan besaran-

besaran lain juga berfluktuasi seperti momentum, energi, dan kosentrasi spesies. Jika

fluktuasi ini dimasukkan ke dalam Persamaan konservasi di atas akan muncul korelasi

antar besaran fluktuatif ini. Munculnya korelasi antar besaran fluktuatif ini menuntut

pemodelan turbulen untuk menutup persamaan-persamaan baru yang muncul akibat

korelasi antar besaran fluktuatif sehingga seluruh persamaan yang timbul dapat

diselesaikan secara simultan. Pada simulasi ini dipilih pemodelan turbulensi k-ε standar.

Pemodelan ini hanya berlaku dengan asumsi aliran turbulen penuh dan efek viskositas

11



molekuler diabaikan. Model standar dipilih dengan alasan model ini lebih sederhana

dibandingkan model turbulen yang lain dan menggunakan resource yang paling kecil.

Model k-ε standar adalah model semi empiris dengan dua persamaan dasar, yaitu

energi kinetik turbulen (k ) dan laju disipasi turbulen (ε ). Persamaan transport k dan ε

dituliskan sebagai berikut :

M bk

jk

t

ji

i Y GG x

k

x x

uk

t

k −−++

∂∂

+

∂∂

=∂

∂+

∂∂

ρε σ

µ µ

ρ ρ )..().(

k

C GC Gk

C x x x

u

t bk

jk

t

ji

i2

231 )()..().( ε

ρ ε ε

σ

µ µ

ε ρ ε ρ ε ε ε −−+

∂∂

+

∂∂

=∂

∂+

∂∂

Dimana Gk adalah pembangkitan energi kinetik turbulensi akibat gradien kecepatan, Gb

adalah pembangkitan energi kinetik turbulensi akibat efek bouyancy sedangkan Y M adalah

efek fluktuasi penyebaran turbulensi terhadap laju disipasi. σ k dan σ ε adalah bilangan

Prandtl untuk k dan ε , sedangkan C 1τ , C 2τ , C 3τ , dan C µ , adalah konstanta.

Bab 4. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan :

Menciptakan sebuah media pengering yang memanfaatkan energi radiasi matahari

sebagai sumber energi utama pemanasan fluida yang mengalir di dalam saluran

pemanas. Pemanas udara surya tersebut nantinya dapat menjadi media pengering

hasil-hasil pertanian dan perkebunan dengan memperhatikan kapasitas dan temperatur

keluaran pemanas udara surya tersebut.

Menghasilkan sebuah media input udara pengering tanpa bahan bakar dan ramah

lingkungan serta menghasilkan produk pengering dengan kualitas terjaga dan aman

dari kontaminasi.

Media pemanas ini nantinya dapat dimanfatkan oleh masyarakat kelompok petani

dalam meningkatkan taraf kesejahteraan hidup mereka.

Bab 5. Metode Penelitian

Secara garis besar pekerjaan penelitian ini diberikan dalam diagram alir ( flow

chart ) pada Gambar 4. Sedangkan ilustrasi pemanas udara surya yang dijadikan objek

penelitian ini diberikan pada Gambar 5.

12



Mulai

Spesifikasi

Teknik

Perancangan Peralatan

Pemanas Udara Surya

Tout heater

Tout-heater : Tdesign

Pembuatan Model Simulasi

Aliran Pemanas Udara SuryaMenggunakan Gambit 2.2.30

Simulasi Model Menggunakan

Sofware CFD

Analisis hasil simulasi

Selesai

Pembuatan Peralatan Pemanas

Udara Surya

Pengujian Peralatan

≥

≤

A

A

Validasi (dengan hasil pengujian)

Hasil Validasi

≈

≠

Analisis Hasil Pengujian

Gambar 4. Diagram alir pekerjaan penelitian pemanas udara surya.

Gambar 5. Ilustrasi peralatan pemanas udara surya

Peralatan utama pemanas surya ini terdiri dari pasir besir atau semen dicat hitam

sebagai absorber atau penyerap panas yang memanfaatkan energi matahari (surya)

sebagai sumber panas utama. Untuk menjaga kestabilan panas di dalam peralatan

13



digunakan kaca transparan sebagai penutup (cover ) dan isolasi termal dinding. Kaca yang

digunakan adalah kaca 5mm, sedangkan material isolasi digunakan karet dengan

ketebalan 5mm. Selain itu digunakan juga sekat pemisah (baffle) sebagai media laluan

udara. Material sekat digunakan kaca transparan dengan ketebalan 5 mm. Posisi peralatan

uji diberi kemiringan 15o terhadap permukaan tanah. Hal ini diperlukan agar

memungkinkan terjadinya aliran secara natural. Geometri peralatan pemanas surya

tersebut diberikan pada Gambar 6.

Gambar 6. Geometri peralatan pengujian pemanas udara surya

Instrumen temperatur yang digunakan adalah termometer air raksa sebanyak 30

batang di mana 23 batang di posisikan dilaluan udara dalam peralatan pemanas (jarak

tertentu dari permukaan absorber), 6 batang diposisikan di permukaan absorber serta 1

termometer dipasang di udara lingkungan. Skala termometer yang digunakan adalah

100oC. Posisi termometer pada peralatan uji ditunjukkan pada Gambar 7.

Selain itu juga digunakan 2 flow meter untuk mengukur kecepatan aliran fluida

(sesuai dengan standar ASHRAE) pada kondisi inlet dan outlet dari saluran pemanas.

Paremeter kecepatan aliran ini penting guna memudahkan dalam menganalisis kinerja

peralatan pemanas udara surya ini.

14



A

17

13

12

115

432

150cm

6 0 c m

1 5

c m

1 5 c m

1 5 c m

15 cm

1 161514

1098

6

7

2019

222118

23

B C D E

F

Sensor temperatur absorbe

r

Sensor temperatur udara laluan

Keterangan:

Gambar 7. Posisi termometer pada peralatan pengujian.

Setelah dilakukan pengujian, maka dilakukan simulasi numerik terhadap

pengujian tersebut. Simulasi numerik diperlukan untuk memudahkan modifikasi

seandainya hasil eksperimental tidak memenuhi kriteria persyaratan. Data input yang

digunakan dalam analisis numerik adalah tekanan udara luar, temperatur fluida masuk

pemanas, kecepatan fluda masuk pemanas.

Simulasi numerik dilakukan dengan menggunakan salah satu software CFD

(Computational Fluid Dynamics). Tahapan simulasi dapat diberikan pada Gambar 8.

Ilustrasi mesh dari model objek uji ditunjukkan pada Gambar 9. Selanjutnya hasil

simulasi yang ditampilkan adalah distribusi temperatur dan kecepatan aliran sepanjang

laluan pemanas surya.

5.1 Lokasi Pengujian

Pengujian dilakukan di alam terbuka dengan memanfaatkan energi radiasi sinar

matahari. Lokasi penelitian direncanakan di Politeknik Negeri Lhokseumawe dengan

memanfaatkan ruang terbuka dengan intensitas matahari yang maksimal. Pengambilan

data dimulai dari jam 08.00 sampai jam 18.00 dengan interval waktu pengambilan data

adalah 30 menit. Data hasil pengujian ditampilkan dalam bentuk tabel hasil uji.

15



Mulai

Data Geometrik

Membuat model geometrik

Berhasil

Menentukan persamaan

solver model

Data sifat material

Data kondisi batas material

Initialisasi iterasi

Selesai

Menentukan Solver

Menentukan tipe zona :

- zona kondisi batas

- zona kontinum

Tidak

A

A

Iterasi perhitungan

Konvergen

Mesh model geometrik

Mengekspor file mesh model

Mesh/grid checking

Mengatur parameter kontrol solusi

- Faktor under-relaxation

-Residu iterasi (kriteria konvergen )

Tidak

Ya

Ya

Menyimpan hasil

perhitungan

Gambar 8. Diagram alir simulasi numerik pemanas udara surya

Gambar 9. Ilustrasi mesh/grid model pada proses simulasi pemanas udara surya

16



Bab 6. Jadwal Pelaksanaan

Jadwal kegiatan penelitian diberikan pada Tabel 1 berikut :

Tabel 1. Jadwal kegiatan penelitian

Bab 7. Personalia Penelitian

1. Ketua Peneliti

a. Nama Lengkap : Syukran, ST,MT

b. Jenis Kelamin : Laki-laki

c. NIP : 132 304 674

d. Disiplin ilmu : Teknik Konversi Energi

e. Pangkat / Golongan : Penata Muda / IIIa

f. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli

g. Fakultas / Jurusan : Teknik / Mesin

h. waktu penelitian : 10 jam / minggu

2. Anggota Peneliti I

a. Nama Lengkap : Fakhriza, ST


c. NIP : 132 304 673

d. Disiplin ilmu : Teknik Perancangan

e. Pangkat / Golongan : Penata Muda Tk.I / IIIb

f. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli



3. Anggota Peneliti II

a. Nama Lengkap : Ir. Mukhtar Ali


c. NIP : 131 964 116

d. Disiplin ilmu : Teknik Produksi

e. Pangkat / Golongan : Pembina / IVa

f. Jabatan Fungsional : Lektor Kepala



17



Bab 8. Perkiraan Biaya Penelitian

Rincian perkiraan biaya penelitian dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Rincian Perkiraan Biaya Penelitian

No Komponen Biaya Volume SatuanJumlah

(Rp)

1. Honorarium Pelaksana

Ketua

Anggota

1

1

2

Orang

Orang

Orang

1.800.000,-

1.200.000,-

Jumlah Sub Item 1 3.000.000,-

2. Bahan dan Peralatan

Papan 10 mm

Triplek 5 mm

Karet isolasi 10 mmTermometer alkohol

Flow meter

Kaca 5mm (cover)

Kaca dinding 5 mm

Kaca sekat 5 mm

Lem Perekat kaca

Pasir besir

Paku 3 inchi

Gergaji

4 lembar

1 lembar

10 m10 batang

2 set

1,5m2

0,5 m2

9 batang

5 unit

1 m3

3 kg

1 set

75.000,-

150.000,-

50.000,-75.000,-

400.000,-

500.000,-

300.000,-

30.000,-

80.000,-

300.000,-

20.000,-

25.000,-

300.000,-

150.000,-

500.000,-750.000,-

800.000,-

750.000,-

150.000,-

270.000,-

400.000,-

300.000,-

60.000,-

25.000,-


3. TransportasiTranspotasi selama pengujian 3 orang 200.000,- 600.000,-

Jumlah sub item 2 600.000,-

4. Biaya Lain-lain

a. Proposal

Pembuatan laporan

Pengadaan laporan akhir

Jilid dan cetak laporan akhir

-

-

7 eks

7 eks

-

-

60.000

50.000

300.000,-

300.000,-

420.000,-

400.000,-


5 Seminar

a. Biaya seminar

b. Konsumsi

1

15 orang

300.000,-

15.000,-

300.000,-

225.000,-

Jumlah Sub Item 5 525.000,-

Total ( 1 + 2 + 3 + 4 + 5 ) 10.000.000

Terbilang : Sepuluh Juta Rupiah Lima Belas Ribu Rupiah,-

18



DAFTAR PUSTAKA

Arthur P. Fraas, 1988, Heat Exchanger Design, John Wiley & Sons,

United States of America.

C.M. Vant’t Land, 1991, Industrial Drying Equipment Selection and Application, Marcel

Dekker, Inc, United States of America.

Dinas Pertanian dan Pangan kabupaten Aceh Utara, 2007 Data Budidaya Tanaman

Pangan, Lhokseumawe, NAD

Halim Abdurrachim, 2003, Applied Heat Exchanger and Thermal Insulation Design, and

Calculation Course, PT. Fiqry Jaya Manunggal, Jakarta.

Michael J. Moran, 2003, Introduction to Thermal Systems Engineering, John Wiley &

Sons, Inc. United States of America.

Philip M. Gerhart, 1985 Fundamentals of Fluid Mechanics Second

Edition, Addison-Wesley Publishing Co. Canada.

Wiranto Arismunandar, 1995. Teknologi Rekayasa Surya, PT. Pradnya Paramita, Jakarta.

19



DAFTAR RIWAYAT HIDUP

PELAKSANA KEGIATAN PENELITIAN

1. Nama dan Gelar Akedemik : Syukran, ST, MT

2. Tempat dan Tanggal Lahir : Lhoksukon, 08 Agustus 1977

3. Jenis kelamin : Laki – laki

4. Fakultas / Program Sudi : Teknik Mesin

5. Pangkat / Golongan / NIP : Penata Muda / IIIa / 132 304 674

6. Bidang Keahlian : Teknik Konversi Energi

7. Tahun Gelar Akademik : 2007

8. Kedudukan dalam Tim : Ketua peneliti

9. Alamat Kantor : Politeknik Negeri Lhokseumawe

Telp / Faksimili : (0645)-42670 Fax.0645 42785 9

Alamat Rumah : Jl. Matang Keupila No. 02

Desa Dayah LB, Lhoksukon

Aceh Utara, NAD

10. Pengalaman dalam Bidang Penelitian :No Judul Penelitian Tahun Sumber Dana

1

2.

3.

Studi konversi bahan bakar MFO ke

LNG pada PLTU Tambak Lorok

Semarang

Peluang penghematan biaya operasi

PLTU dengan penggantian bahan bakar.

Perancangan mesin impact crusher

menggunakan perangkat lunak matlab.

2007

2008

2008

Mandiri

Mandiri

Mandiri

Buket Rata, 15 Februari 2009Ketua Pelaksana.

Syukran, ST, MT

Nip. 132 304 674

20





1. Nama dan Gelar Akedemik : Fakhriza,ST

2. Tempat dan Tanggal Lahir : Lhokseumawe, 07 Juni 1973



5. Pangkat / Golongan / NIP : Penata Muda Tk.I / IIIb /132 304 673

6. Bidang Keahlian : Teknik Perancangan

7. Tahun Gelar Akademik : 19988. Kedudukan dalam Tim : Anggota peneliti I


Telp / Faksimili : (0645) 42670 Fax.0645 42785 9

Alamat Rumah : Jl. Teumpok Aceh No. 11 Kel. Kutablang

Banda Sakti, Lhokseumawe

Telp. 0645-4266510.

10. Pengalaman dalam Bidang Penelitian :

No Judul Penelitian Tahun Sumber Dana

1 Distribusi kekerasan material ASTM 268

Tp. 410 setelah perlakuan panas.

2007 NAD

2 Analisa Kebisingan di Pemerintah Kota

Lhokseumawe

2007 NAD

Buket Rata, 15 Februari 2009

Anggota Peneliti I.

Fakhriza, ST

Nip. 132 304 673

21





1. Nama dan Gelar Akedemik : Ir. Mukhtar Ali

2. Tempat dan Tanggal Lahir : Langsa, 14 Mei 1958



5. Pangkat / Golongan / NIP : Pembina / IVa /130 802 364

6. Bidang Keahlian : Teknik Perancangan

7. Tahun Gelar Akademik : 19858. Kedudukan dalam Tim : Anggota peneliti II


Telp / Faksimili : (0645) 42670 Fax.0645 42785 9

Alamat Rumah : Komplek Perumahan Dosen Politeknik

Buketrata, Lhokseumawe.

10. Pengalaman dalam Bidang Penelitian :

No Judul Penelitian Tahun Sumber Dana1.

2.

3.

Pengaruh Media Cuenching terhadap

pengerasan ST.37

Kuat Tarik Pengelasan Baja yang

Mengalami Pemanasan Mula

Rancang Bangun Mesin Pembuat

Kawat Arkadion

1994/1995

1998/1999

2002/2003

NAD

NAD

NAD

Buket Rata , 15 Februari 2009Anggota Peneliti II.

Ir. Mukhtar Ali

Nip. 130 802 364

22

Documents

1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired)