18
JURNAL SKRIPSI INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 1 ANALISA PENGARUH BUKAAN KERAN TEHADAP KINERJA KOLEKTOR SURYA PEMANAS AIR (SOLAR WATER HEATER) DENGAN KAPASITAS 19 LITER Gamma Kus Sam Rohkmatulloh (02.2009.1.08060) Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Dan Industri, Institut Teknologi Adhitama Surabaya Abstrak Indonesia akan kaya sumber daya alam yang bisa dimanfaatkan salah satu energi yang terbarukan adalah energi surya atau panas matahari yang cukup melimpah dengan rata rata 4,5 kwh/m 2 /hari. Radiasi yang dihasilkan akan dikonversikan menjadi energi termal misal untuk pemanas air dengan alat yang biasa disebut solar water heater Penelitian ini bertujuan untuk menunjukkan pengaruh bukaan keran dengan variasi laju aliran massa fluida terhadap efisiensi kolektor surya pemanas air (solar water heater) konfigurasi pipa pemanas miring. Penelitian ini menggunakan bukaan keran dengan laju aliran massa fluida yaitu 0,07432 L/s (open fully valve) ; 0,06944 (2/3 open fully valve) ; 0,05676 L/s (1/3 fully open valve). Dari hasil tes menunjukkan bahwa efisiensi laju aliran massa fluida dicapai optimum pada bukaan keran 1/3 open fully valve dengan suhu temperatur fluida keluar kolektor 49 C. hasil ini cocok untuk keperluan rumah tangga. Kata kunci : laju aliran massa fluida,konfigurasi sirip sirip pipa serpentist, jenis aliran fluida dalam pipa Abstract Indonesia is rich in natural resources that can be utilized, one of the renewable energy is solar energy or sunlight which is abundant with an average of 4,5 Kwh/m 2 /day. The radiation produced would be converted into thermal energy, such as, for water heater with a tool called a solar water heater. This research aims to show the influence of the opening tap with fluid mass flow rate variation against the efficiency of a solar water heater collector in inclined heater pipe configuration. This research applies the opening tap with a fluid mass flow rate i.e 0,07432 L/s (Fully open valve) ; 0,06944 ( 2 3 open fully valve) ; 0,05676 ( 1 3 open fully valve). From the test result it shows that the optimum efficiency of fluid mass flow rate is at 1 3 open valve opening tap with the fluid temperature of 49 C when it goes out from the collector. This is suitable for household needs. Keyword : fluid mass flow rate, configuration of serpentist pipe fins, type of fluid flow in pipe

Jurnal Skripsi Fix

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 1

ANALISA PENGARUH BUKAAN KERAN TEHADAP KINERJA

KOLEKTOR SURYA PEMANAS AIR (SOLAR WATER HEATER)

DENGAN KAPASITAS 19 LITER

Gamma Kus Sam Rohkmatulloh (02.2009.1.08060)

Jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknologi Dan Industri,

Institut Teknologi Adhitama Surabaya

Abstrak

Indonesia akan kaya sumber daya alam yang bisa dimanfaatkan salah satu energi yang

terbarukan adalah energi surya atau panas matahari yang cukup melimpah dengan rata rata

4,5 kwh/m2/hari. Radiasi yang dihasilkan akan dikonversikan menjadi energi termal misal

untuk pemanas air dengan alat yang biasa disebut solar water heater Penelitian ini bertujuan

untuk menunjukkan pengaruh bukaan keran dengan variasi laju aliran massa fluida terhadap

efisiensi kolektor surya pemanas air (solar water heater) konfigurasi pipa pemanas miring.

Penelitian ini menggunakan bukaan keran dengan laju aliran massa fluida yaitu 0,07432 L/s

(open fully valve) ; 0,06944 (2/3 open fully valve) ; 0,05676 L/s (1/3 fully open valve).

Dari hasil tes menunjukkan bahwa efisiensi laju aliran massa fluida dicapai optimum pada

bukaan keran 1/3 open fully valve dengan suhu temperatur fluida keluar kolektor 49 C. hasil

ini cocok untuk keperluan rumah tangga.

Kata kunci : laju aliran massa fluida,konfigurasi sirip sirip pipa serpentist, jenis aliran fluida

dalam pipa

Abstract

Indonesia is rich in natural resources that can be utilized, one of the renewable energy is solar

energy or sunlight which is abundant with an average of 4,5 Kwh/m2/day. The radiation

produced would be converted into thermal energy, such as, for water heater with a tool called

a solar water heater. This research aims to show the influence of the opening tap with fluid

mass flow rate variation against the efficiency of a solar water heater collector in inclined

heater pipe configuration. This research applies the opening tap with a fluid mass flow rate

i.e 0,07432 L/s (Fully open valve) ; 0,06944 (2

3 open fully valve) ; 0,05676 (

1

3 open fully

valve). From the test result it shows that the optimum efficiency of fluid mass flow rate is at 1

3 open valve opening tap with the fluid temperature of 49 C when it goes out from the

collector. This is suitable for household needs.

Keyword : fluid mass flow rate, configuration of serpentist pipe fins, type of fluid flow in

pipe

Page 2: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 2

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia akan kaya sumber daya alam yang bisa dimanfaatkan Salah satu energy yang

terbarukan adalah energy surya atau panas matahari yang cukup melimpah dengan rata rata

4,5 kwh/m2/hari.Radiasi yang dihasilkan akan dikonversikan menjadi energy thermal .misal

untuk pemanas air,pompa air. Metoda untuk pengkonversian dibahas secara rinci pada

teknologi thermal surya

Pemanfaatan energy surya banyak di gemari oleh industry pembuat system pemanas air

tenaga surya atau yang biasa disebut dengan solar water heater. Di Indonesia belum banyak

digunakan jika dibandingkan RRC yang mencapai 10 juta m2 yang telah terpasang dan

penjualan tahunan mencapai 3 juta m2 atau tiga kali dari yang terjual di eropa (Lex

Bosselaar,2001)

Gambar 1.1 Komponen penyusun Kolektor Surya

Gambar 1.2 Skema penangkapan radiasi surya ke kolektor

Simulasi Perhitungan Kebutuhan air panas yang dibutuhkan setiap hari banyaknya air hangat

( campuran air dingin dan panas ) akan dijelaskan sebagai berikut:

misal jumlah penghuni yang menggunakan air panas adalah 4 orang maka jika menggunakan

shower dan mandi pagi dan sore maka :

4 orang x 5 liter ( pemakaian shower ) = 20 liter

Jadi dalam satu hari dengan asumsi dua kali mandi dengan shower kita membutuhkan air

hangat sebanyak 40 liter

Page 3: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 3

Penyerapan radiasi matahari sangat diperlukan dalam proses pengkonversian dari radiasi

surya menjadi energy thermal yang terkandung didalam fluida kerja. Pada kenyataanya

intensitas radiasi surya yang dihasilkan relative rendah sehingga untuk memperbesar radiasi

surya dengan cara memperbesar luas penampang kolektor menjadi komponen utama water

heater,diperlukan optimasi pada jumlah,model,desain spesifikasi pipa – pemanas, dan

pengaruh bukaan keran terhadap kinerja kolektor surya pemanas air

2.TINJAUAN PUSTAKA

Temperatur fluida yang masuk pipa tidak sama dengan temperatur air keluaran pipa

dikarenakan mengalami proses pemanasan selama air itu mengalir didalam pipa dan

Temperatur air masuk (Tfi) < Temperatur air keluar (Tfo). Fungsi temperatur air keluar

bergantung dari model efisiensi sirip dan rugi kehilangan kalor total dengan asumsi fungsi

linear dari Tf - Ta

Gambar 2.1 keseimbangan energi pada fluida masuk

Maka persamaanya bisa ditulis sebagai berikut :

........... (2.1)

Jika nilai y disubtitusikan dengan panjang (L) dan temperatur fluida disubtitusikan dengan

temperatur output (Tfo) maka persamaanya menjadi

Tfo− Ta−S

UL

Tfi− Ta−S

UL

= exp (−UL Ac F′

ṁCp) ......................... (2.2)

n W L merupakan Luasan kolektor = Ac sehingga persamaan 2.2 menjadi

Tfo− Ta−S

UL

Tfi− Ta−S

UL

= exp (−UL n W F′L

ṁCp) ........................ (2.3)

Page 4: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 4

Dimana :

Tfo = temperatur keluaran air keluar (K)

Tfi = temperatur masukan air masuk (K)

ṁ = Laju aliran massa air (L/s)

W = jarak antar pipa dengan yang lainya (Meter)

L = panjang pipa (Meter)

Cp = kalor jenis fluida (kJ/kg K)

F’ = model efisiensi sirip total

S = total penerimaan panas radiasi oleh kolektor (W/m2) ;

UL = koefisien kehilangan kalor total (W/m2K)

Untuk mencari kehilangan kalor total (UL) perlu menghitung besarya koefisien kehilangan

kalor bagian atas (Ut) dari plat absorber kolektor surya dan koefisien kehilangan kalor bagian

bawah plat absorber kolektor (Ub). Ada kalaya para enginner menginginkan persamaan

empiris langsung dalam mempermudah perhitungan untuk kerugian kalor yang hilang bagian

atas.persamaan empiris untuk rugi kalor yang hilang bagian atas plat absorber (Ut)

dikembangkan oleh klein (1979) dan mengikuti prosedur dasar Hottel dan woertz yang

berguna untuk dikerjakan manual atau komputasi:

Ut = {N

C

Tp [

Tp− Ta(N+f)

]e+

1

hw}−1 +

σ (Tpm+Ta) (Tpm2+Ta

2)

(εp+0,0059 N hw)−1 + 2N+f−1+0,0133 εp

εg −N

...

........................................................................................................................................ (2.4)

Dimana :

f = (1+0,089 hw – 0,0116 hw ɛp) (1 + 0,07866 N)

C = 520(1- 0,000051β2) untuk 0° < β < 70° sedangkan untuk 70° < β < 90°,

gunakan β = 70°

e = 0,43(1 – 100/Tp)

hw = 5,7 + 3,8 V

Keterangan:

V = Kecepatan angin diatas permukaan cover paling atas (m/s)

N = Jumlah penutup/cover

εc = Emisivitas cover Glass = 0,88

εp = Emisivitas plat absorber

β = kemiringan kolektor

hw = Koefisien perpindahan panas konveksi akibat angin (W/m2K)

σ = Konstanta Stefan Boltzman (5.67 x 10-8 W/m2K4)

Tpm = Temperatur plat absorber (K)

Ta = Temperatur lingkungan (K)

Nilai koefisien rugi-rugi kalor bagian bawah didekati dengan persamaan berikut

𝑈𝑏 = 𝐾

∆𝐿 ...... (2.5)

dimana k = konduktivitas termal insulator (W/m2K) ; L = tebal insulator (Meter)

Maka Koefisien Kehilangan Kalor total UL = Ut + Ub

Page 5: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 5

Distribusi temperatur antara dua pipa dapat diperoleh dengan mengasumsikan gradien suhu

pada arah aliran diabaikan.meninjau lapisan absorber - pipa pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.2 Plat dan Pipa

dan energi yang dapat dikonduksikan ke daerah tabung per satuan panjang dalam arah aliran

sekarang dapat ditemukan dengan mengevaluasi hukum fourier pada dasar sirip.

....... (2.6)

Persamaan (13) ini hanya untuk energi yang disimpan hanya pada satu pipa dimana 𝑘𝛿𝑚

𝑈𝐿

hanya 1

𝑚 dan untuk dua pipa energiya menjadi adalah

............... (2.7)

akan lebih mudah menggunakan konsep efisiensi sirip untuk menulis ulang Persamaan (2.7)

sebagai :

𝑞𝑓𝑖𝑛′ = (𝑊 − 𝐷) 𝐹 [𝑆 − 𝑈𝐿(𝑇𝑏 − 𝑇𝑎)] ......... (2.8)

Dimana :

𝐹 = tanh [

𝑚(𝑊−𝐷)

2]

𝑚𝑊−𝐷

2

......................... (2.9)

Keuntungan yang berguna dari kolektor juga termasuk energi yang terkumpul di atas wilayah

pipa. keuntungan energi untuk wilayah ini adalah

q’tube = D [S - UL (Tb - Ta)] ................. (2.10)

Keuntungan yang digunakan pada pipa dan model fin per unit dari panjang sesuai arah aliran

adalah penjumlahan dari persamaan 2.30 dan 2.32

qu’ = [(W-D) F+D] [S–UL(Tb -Ta) ] ................. (2.11)

Keterangan:

W = jarak antara dua pipa (meter)

D = diameter pipa (meter)

δ = ketebalan lembaran plat absorber (meter)

Page 6: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 6

Tb = temperatur diatas perekat pipa dengan lembaran plat (K)

Ta = temperatur ambient atau temperatur lingkungan (K)

m = √𝑈𝐿

𝑘 𝛿 hasil bagi antara kerugian kalor yang hilang dengan koefisien konduktivitas

dengan tebal plat

Energi kalor yang didapatkan dari persamaan 2.11 harus di transferkan ke dalam fluida tetapi

selama proses perpindahan panas masih adanya hambatan perpindahan kalor ke fluida ialah

hasil jumlah dari bond dan pipa ke fluida. Proses ini dapat diekspresikan ke dalam persamaan

berikut ini:

𝑞𝑢′ =

𝑇𝑏−𝑇𝑎1

ℎ𝑓𝑖 𝜋 𝐷𝑖 +

1

𝐶𝑏

................. (2.12)

Dimana Cb:

𝐶𝑏 =𝐾𝑏𝑏

𝛾............. (2.13)

Keterangan :

Cb = konduktivitas termal perekat pipa dengan plat (W/m2K)

Kb = Koduktivitas panas dari bahan perekat (W/m2K)

γ = Rata rata ketebalan Perekat (Meter)

Bond (Perekat Plat dengan pipa) sangat penting diteliti untuk mendeskripsikan sebuah

performansi kolektor dan disarankan menggunakan bond dengan konduktansi lebih besar

dari 0,11 W/m°K. Maka laju perpindahan panas yang dipakai adalah

........... (2.14)

Dimana F’ adalah

𝐹′ =

1

𝑈𝐿

𝑊 [1

𝑈𝐿[𝐷+(𝑊−𝐷)𝐹]+

1

𝐶𝑏+

1

𝜋 𝐷𝑖ℎ𝑓𝑖] .......................... (2.15)

Keterangan:

hfi = koefisien perpindahan panas konveksi antara fluida dengan dinding pipa (W/m2K)

Di = Diameter dalam pipa (meter)

Tf = Temperatur Fluida (K)

hfi adalah koefisien perpindahan panas konveksi yang terlebih dahulu harus tahu karakteristik

aliran dalam pipa,apakah aliran itu turbulen atau laminar karena aliran ini berpengaruh

terhadap temperatur dari fungsi aliran. Untuk mengetahui aliran tersebut laminer ataukah

turbulen dengan persamaan reynolds number :

Red = 4 ṁ

𝜋 𝐷 𝜇 ...................... (2.16)

Dimana :

ṁ = Laju aliran massa air

D = diameter dalam pipa aluminium

𝜇 = viskositas kinematis fluida (air) pada suhu keluiaran air fluida

π = phi = 3,14

Page 7: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 7

Jika aliran Red < 2200 maka aliran tersebut adalah laminar dan disarankan menggunakan

nusselt number ya Nu = 3,7 temperatur konstan dinding dan Nu = 4,4 untuk perpindahan

panas (heat flux) dengan kondisi fully developed dan profil pemanas. Jika 3000 ≤ Re ≤ 106

maka aliran tersebut turbulen fully developed didalam pipa dan disarankan untuk mencari

nusselt number ya dengan persamaan gnielniski adalah sebagai berikut :

𝑁𝑢𝐷 = (

𝑓

8)(𝑅𝑒𝐷−1000)𝑃𝑟

1+12,7 (𝑓

8)

12(𝑃𝑟

23−1)

................... (2.17)

Koefisien gesek darcy faktor didalam pipa yang halus antara fluida dengan pipa adalah :

........... (2.18)

Koefisien kehilangan kalor sepanjang pipa maka

hfi(L) =NuD 𝑘

𝐷............. (2.19)

Dimana :

k = koefisien perpindahan panas pada air (W/m2K)

D = diameter pipa

Red = reynolds number

Pr = prandtl number

f = koefisien gesek darcy didalam pipa

Sehubungan dengan bentuk bumi, posisi sumbu rotasi bumi, rotasi dan revolusi bumi

mengelilingi matahari maka penerimaan radiasi matahari di suatu wilayah akan bergantung

pada waktu (jam pada hari dan hari pada tahun) serta bujur dan lintang wilayah

tersebut.Perbedaan-perbedaan tersebut dapat dijelaskan melalui Solar Geometry (Geometri

Surya).Radiasi surya diterima di permukaan bumi dalam dua cara, yaitu secara langsung

(radiasi langsung) dan melalui pantulan dari awan atau massa udara (radiasi baur) Geometri

surya ini lebih mempengaruhi nilai radiasi langsung yang diterima daripada radiasi baurnya.

Bentuk bumi yang mendekati bola membuat radiasi matahari akan jatuh pada intensitas yang

berbeda di berbagai wilayah di permukaan bumi. Koordinat pada bumi dinyatakan dengan

bujur (B) dan lintang (L). Pada suatu wilayah bujur mempengaruhi penerimaan radiasi pada

satu hari sedangkan lintang mempengaruhi penerimaan radiasi rata-rata dalam satu tahun.

Sudut jam merupakan sudut antara normal permukaan bumi dan sinar matahari yang

diproyeksikan berdasarkan pandangan dari kutub selatan. Sudut ini berubah sepanjang hari

akibat adanya rotasi bumi. Perhitungan sudut ini juga ditentukan oleh bujur dimana

pengukuran radiasi dilakukan. Sudut jam dihitung menggunakan

............ (2.20)

Page 8: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 8

dimana ts merupakan waktu surya yang dihitung berdasarkan:

.......... (2.21)

oleh karena itu sudut jam bernilai negatif sebelum jam 12 dan positif setelah jam 12 (waktu

surya).

Posisi bumi dan sumbu putarnya terhadap bidang edar bumi terhadap matahari Akibat adanya

tumbukan meteor pada berjuta tahun yang lalu, sumbu putar bumi membentuk sudut

(inklinasi) kira-kira 23.45o terhadap sumbu yang tegak lurus bidang edarnya. Selama

revolusi bumi dalam waktu 365.25 hari, radiasi matahari yang jatuh ke suatu wilayah di

permukaan bumi akan berbeda. Pada tanggal 21 Juni, 23 Desember, 21 September dan 21

Maret sudut yang dibentuk antara bidang ekuator berada pada nilai-nilai yang ekstrim.

Karena posisi sumbu rotasi bumi ini tetap maka saat bumi berevolusi sudut yang terbentuk

antara sinar matahari terhadap suatu bidang di equator akan berubah sepanjang tahun. Sudut

ini disebut sebagai deklinasi surya. Hubungan antara deklinasi surya terhadap hari selama

satu tahun dinyatakan sebagai:

𝛿 = 23,45 sin(360284+𝑛

365) ..... (2.22)

Dimana : n adalah jumlah hari yang dihitung dari awal bulan januari

Karena permukaan bumi merupakan permukaan yang melengkung, maka akan lebih mudah

untuk menganalisis sudut datang matahari pada sistem koordinat horizontal. Dengan

menggunakan sistem koordinat horizontal, radiasi matahari terhadap permukaan (bidang)

Azimuth surya merupakan sudut antara proyeksi sinar matahari di bidang horzontal dari arah

selatan. Altitude (tinggi) matahari merupakan sudut yang dibentuk antara sinar matahari

dengan proyeksinya pada bidang horizontal. Sedangkan sudut zenit (sudut datang)

merupakan komplemen dari sudut tinggi surya yaitu diukur dari zenit. Sudut zenit ini

ditentukan berdasarkan persamaan:

𝐶𝑜𝑠 𝜃𝑧 = 𝑠𝑖𝑛𝛼 = cos 𝜃 𝑐𝑜𝑠𝛿 cos 𝜔 + sin 𝜃 sin 𝛿 ....... (2.23)

dimana

𝑆𝑖𝑛 𝜓 = 𝐶𝑜𝑠 𝛿 𝑆𝑖𝑛 𝜔

𝐶𝑜𝑠 𝛼 ........... (2.24)

Pada waktu sinar melintasi atmosfer, sebagian energi terserap, besarnya penurunan energi

sepanjang garis lintang ini ditentukan oleh konstanta penurunan energi (extinction

coefficient) B.

Page 9: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 9

IDN = A exp (−𝑃

𝑃0

𝐵

𝐶𝑜𝑠𝜃𝑧) ............. (2.25)

𝑃

𝑃0= exp(−0,00001184𝐻) ........... (2.26)

Dimana:

IDN = radiasi langsung (W/m2)

A, B = tetapan

H = ketinggian suatu tempat di atas permukaan laut (m)

P/Po = nisbah tekanan di suatu tempat terhadap tekanan atmosfer baku

θz = sudut datang terhadap normal, zenith (derajat)

Besarnya nilai konstanta B sangat bergantung pada kejernihan atmosfer sedangkan besarnya

konstanta A dan B dapat dilihat pada tabel 2.1. Perhitungan energi global pada keadaan cerah

dengan memakai rumus di atas harus ditambahkan sebesar 5-10% karena adanya radiasi baur.

Nilai konstanta A,B dan C Tabel 2.1 (Sumber: Duffie&Beckman, 1981)

Tanggal Hari

Ke-

Ф A

(W/m2)

B C Persamaan

Waktu (menit)

21 Januari

21 Februari

21 Maret

21 April

21 Mei

21 Juni

21 Juli

21 Agustus

21 September

21 Oktober

21 Nopember

21 Desember

19.85

54.06

80.00

110.47

140.15

172.50

201.84

232.49

265.00

292.34

324.20

357.50

-20

-10

0.0

+11.6

+20.0

+23.45

+20.60

+12.30

+0.00

-10.50

-19.80

-23.45

1230

1215

1186

1136

1104

1088

1085

1107

1150

1192

1221

1233

0.142

0.144

0.156

0.180

0.196

0.205

0.207

0.201

0.177

0.160

0.149

0.142

0.058

0.060

0.071

0.097

0.121

0.134

0.136

0.122

0.092

0.073

0.063

0.057

-11.2

-13.9

-7.5

+1.1

+3.3

-1.4

-6.2

-2.4

+7.5

+15.4

+13.8

+1.6

Page 10: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 10

Pada suatu bidang datar, besarnya iradiasi global, H yang merupakan penjumlahan antara

radiasi langsung dan baur, dapat ditentukan dengan rumus berikut:

........ (2.27)

Suku pertama ruas kanan merupakan komponen radiasi langsung, sedangkan suku kedua

mengacu pada radiasi baur.

Dimana :

α = sudut ketinggian surya altitude

C = presentasi Baur

IDN = energy radiasi surya sebelum masuk ke atmosfer bumi

Hglobal atau S = Energi radiasi srya sesudah masuk ke atmosfer bumi

Untuk mengukur sebuah performansi dari kolektor adalah kolektor efficiency yang

didefinisikan sebagai rasio dari yang energy yang digunakan selama beberapa periode waktu

tertentu untuk energi surya yang masuk selama periode waktu yang sama persamaan ya

adalah :

ɳ = ∫ 𝑄𝑢 𝑑𝑡

𝐴𝑐 ∫ 𝐺𝑡 𝑑𝑡........(2.28)

Dimana :

Gt atau Hglobal = intensitas radiasi surya W/m2

Qu = energi kalor yang dapat diserap fluida kerja (Joule/S)

Ac = luas bidang tangkap absorber terhadap radiasi surya (m2)

3. METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian uji coba alat untuk mengetahui performansi dari peralatan solar water heater yang

telah dibuat maka dilakukan pengambilan data selama 7 hari dari jam 10.00 – 13.00 WIB

3.1 Prosedur pengambilan data

1. Persiapan seluruh peralatan ukur yang diperlukan adalah

Gelas ukur

Termometer jenis Alkohol

Stopwatch

2. Peralatan uji coba solar water heater ditempatkan pada daerah lapang yang terkena

sinar matahari secara langsung

3. Posisikan kolektor pada sudut 45° dan buka keran pada tandon penampung 1/3 open fully valve, 2/3 open fully valve, dan open fully open valve

4. Catat semua data yang diperlukan antara lain

Temperatur udara luar

Page 11: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 11

Temperatur awal air masuk

Temperatur air keluar

Temperatur kaca dalam

Temperatur kaca luar

Temperatur plat absorber

5. Pengambilan data dilakukan setiap 30 menit dengan selang waktu pengukuran setiap

30 menit dari jam 10.00 sampai dengan 13.00

Gambar 3.1 peralatan solar water heater

Gambar 3.2 kolektor surya water heater

Page 12: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 12

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 GRAFIK ANALISA PERHITUNGAN KONDISI OPEN FULLY VALVE PADA

TANGGAL 21 MARET 2014

Grafik 4.1 Intensitas radiasi surya terhadap fungsi waktu pada tanggal 21 maret 2014

dengan laju aliran massa 0,074 L/s

Grafik 4.2 Efisiensi Kolektor surya terhadap fungsi waktu pada tanggal 21 maret 2014

dengan laju aliran massa 0,074 L/s

Efisiensi Kolektor surya sangat bergantung pada intensitas radiasi surya dan koefisien

kehilangan kalor total sangat bergantung pada intensitas radiasi surya. Semakin banyak total

kehilangan kalor maka efisiensi kolektor surya juga akan menurun terlihat pada Grafik 4.2

pada jam 11.30-12.00 efisiensi kolektor surya menurun dikarenakan Saat pengambilan data

pada jam 11.30-12.00 pada jam tersebut mengalami kondisi cuaca berawan mengakibatkan

Page 13: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 13

intensitas radiasi mengalami radiasi pembauran kesegala arah tidak jatuh tepat di kolektor

surya berdampak pada data uji coba analisa sehingga efisiensi kolektor surya juga akan

menurun dan dapat juga disimpulkan bahwa efisiensi kolektor surya dengan koefisien

kehilangan kalor adalah berbalik nilai.

Grafik 4.3 Perbandingan suhu fluida keluaran kolektor surya teoritis dan aktual terhadap

fungsi waktu pada tanggal 21 maret 2014 dengan laju aliran massa 0,074 L/s

4.2 GRAFIK ANALISA PERHITUNGAN DENGAN KONDISI 2/3 OPEN FULLY

VALVE PADA TANGGAL 7 APRIL 2014

Grafik 4.4 Intensitas Radiasi surya terhadap fungsi waktu pada tanggal 7 april 2014 dengan

kondisi laju aliran massa fluida 0,069 L/s

Page 14: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 14

Grafik 4.5 Total koefisien kehilangan Kalor terhadap fungsi waktu pada tanggal 7 april

2014 dengan kondisi laju aliran massa fluida 0,069 L/s

Grafik 4.6 Efisiensi Kolektor Surya terhadap fungsi waktu pada tanggal 7 april 2014

dengan kondisi laju aliran massa fluida 0,069 L/s

Dari Grafik 4.6 pada jam 10.00 – 10.30 terlihat koefisien kehilangan kalor lebih rendah jika

dibandingkan dengan koefisien kehilangan kalor antara jam 10.30 s/d 12.00 ini menandakan

bahwa koefsien kehilangan kalor mengalami kenaikan dan mengalami penurunan suhu pada

kolektor sehingga jika dihubungkan dengan grafik efisiensi kolektor surya menurun sesuai

dengan grafik 4.6

Page 15: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 15

Grafik 4.7 Perbandingan suhu fluida keluaran kolektor surya teoritis dan aktual terhadap

fungsi waktu pada tanggal 7 april 2014 dengan laju aliran massa 0,069 L/s

4.3 GRAFIK ANALISA PERHITUNGAN DENGAN KONDISI 1/3 OPEN FULLY

VALVE PADA TANGGAL 3 APRIL 2014

Grafik 4.8 Intensitas Radiasi surya terhadap fungsi waktu pada tanggal 3 april 2014 dengan

kondisi laju aliran massa fluida 0,056 L/s

Page 16: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 16

Grafik 4.9 Koefsien kehilangan kalor total terhadap fungsi waktu pada tanggal 3 April

2014 dengan kondisi laju aliran massa fluida 0,056 L/s

Grafik 4.10 Efisiensi Kolektor Surya terhadap fungsi waktu pada tanggal 3 april 2014

dengan kondisi laju aliran massa fluida 0,056 L/s

Page 17: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 17

Grafik 4.11 Perbandingan suhu fluida keluaran kolektor surya teoritis dan aktual terhadap

fungsi waktu pada tanggal 3 april 2014 dengan laju aliran massa 0,056 L/s

5. KESIMPULAN

Dari data percobaan yang dilakukan pada system kolektor surya dan diolah pada analisa bab

IV dengan variasi bukaan keran 1/3 open full,2/3 open full dan open full valve terlihat bahwa

1. Semakin besar kenaikan suhu pada temperature plat absorber (dalam hal ini jenis

plat seng) maka semakin pula besar koefisien kehilangan kalor yang berada di

system kolektor surya

2. Efsiensi sirip kolektor surya bernilai sekitar ± 40% dimana bergantung terhadap

koefisien kehilangan kalor total pada system kolektor.

3. Efisiensi kolektor surya bergantung terhadap intensitas radiasi surya yang

diterima dan koefisien kehilangan kalor, semakin besar koefisien kehilangan

kalor maka efisiensi kolektor surya menurun, terlihat bahwa efisiensi kolektor

surya tertinggi dengan efisiensi 36,68% dengan bukaan keran hanya 1/3 open

fully valve dengan koefisien kehilangan kalor 9,19 W/m2K dan intensitas radiasi

surya 1137 W/m2

4. Dari percobaan yang dilakukan bahwa semakin kecil bukaan keran maka suhu air

keluaran kolektor semakin naik dikarenakan laju aliran massa air sedikit sehingga

energy panas yang diterima semakin banyak terlihat uji coba pada tanggal 3 april

2014 suhu keluaran fluida dengan bukaan keraan yang hanya 1/3 open fully valve

dengan suhu keluaran 49 C jika dibandingkan 2/3 open fully valve yaitu 48 C dan

open fully valve hanya 41 C

Page 18: Jurnal Skripsi Fix

JURNAL SKRIPSI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 18

6. DAFTAR PUSTAKA

Beckman William & Duffie John. 1980. Solar Engineering Of Thermal Processes,

Madison Winconsin : John wiley & Sons Inc.

Incropera P. Frank & dkk. 2011. Fundamentals Of Heat and Mass Transfer seventh

edition, Danvers MA : John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved

Gati Matilda & dkk. 2006. Desain Kolektor Plat Datar (Flat Plate) untuk pemanas

Air, Yogyakarta : UGM FISIKA TEKNIK

IPB Energi Surya pembelajaran elektronik,

http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Energi%20dan%20Listrik%20Pertani

an/MATERI%20WEB%20ELP/Bab%20II%20ENERGI%20SURYA/index.htm

Luqman Buchori, ST MT. 2001 . Perpindahan panas (Heat Transfer), Semarang :

UNDIP TEKNIK KIMIA