v ANALISA PERFORMASI KOLEKTOR SURYA TERKONSENTRASI

ANALISA PERFORMASI KOLEKTOR SURYA TERKONSENTRASI
DENGAN VARIASI JUMLAH PIPA ABSORBER
BERBENTUK SPIRAL
Oleh
Dosen Pembimbing
: I Gusti Ngurah Agung Aryadinata
: Dr. Eng. Made Sucipta, S.T, M.T
: Ketut Astawa, ST, MT
ABSTRAK
Prinsip kerja dari kolektor surya terkonsentrasi adalah sinar matahari
yang menimpa konsentrator nantinya akan dikonsentrasikan menuju pipa
absorber sehingga panas tersebut akan diteruskan ke fluida yang akan
dipanaskan. Untuk mendapatkan panas yang kontiniu dapat dilakukan dengan
menggunakan penyimpan panas. Salah satu media penyimpan panas adalah
pasir pantai halus berwarna hitam. Sehingga panas yang dipantulkan oleh
konsentrator akan diserap terlebih dahulu oleh pipa receiver yang didalamnya
terdapat pasir dan pipa absorber. Dengan mengatur susunan pipa absorber
maka panas yang diserap oleh pipa receiver akan diteruskan ke pasir dan
selanjutnya diserap oleh pipa absorber untuk meningkatkan penyerapan panas
dapat dilakukan dengan menambah jumlah pipa absorber.
Dilakukan suatu pengujian untuk mengetahui performasi kolektor surya
terkonsentrasi dengan variasi jumlah pipa absorber berbentuk spiral. Dalam
penelitian ini variabel bebas yang diteliti atau diuji adalah pengaruh penggunaan
jumlah pipa absorber spiral yang bervariasi jumlahnya yaitu 2, 3 dan 4.
Dari hasil pengujian terlihat bahwa Semakin banyak jumlah pipa absorber
maka energi berguna serta efisiensi yang dihasilkan kolektor surya semakin besar.
Secara keseluruhan dari pengujian variasi jumlah pipa terlihat bahwa kolektor surya
dengan jumlah pipa 4 adalah kolektor surya dengan performasi terbaik baik dari sisi
energi berguna yang dihasilkan sebesar 80.72 J/s maupun efisiensi yang dihasilkan
sebesar 0.1060.
Kata Kunci: Kolektor surya terkonsentrasi, pipa absorber spiral, performasi
kolektor.
v
ANALISA PERFORMASI KOLEKTOR SURYA TERKONSENTRASI
DENGAN VARIASI JUMLAH PIPA ABSORBER BERBENTUK
SPIRAL
By
Guidance
: I Gusti Ngurah Agung Aryadinata
: Dr. Eng. Made Sucipta, S.T, M.T
: Ketut Astawa, ST, MT
ABSTRACT
The working principle of a concentrated solar collector is the sunlight that
afflicts the concentrator will be concentrated towards the absorber pipe so that the
heat will be forwarded to the fluid to be heated. To obtain continuous heat that can be
done by using heat storage. One of the heat storage medium is a fine black sand
beaches. So that the heat reflected by the concentrator will be absorbed first by the
receiver pipe in which there are sand and absorber pipes. By organizing the absorber
pipe, the heat absorbed by the receiver pipe will be forwarded to the sand and then
absorbed by the absorber pipe to improve the heat absorption can be done by
increasing the number of absorber pipes.
Conducted a test to determine performasi concentrated solar collectors with
variations in the number of spiral-shaped absorber pipes. In this study the
independent variables studied or tested was the effect of the amount of the absorber
pipe spiral which vary in number, namely 2, 3 and 4.
From the test results shown that the higher the number of the absorber pipe as
well as the useful energy produced by the solar collector efficiency increases. Overall
the amount of testing variation seen that the solar collector pipes with pipe number 4
is the solar collector with the best performasi both in terms of useful energy
produced amounted to 80.72 J / s and efficiencies generated by 0.1060.
Keywords: Concentrated solar collectors, absorber pipe spiral, performasi collectors.
vi
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................. ii
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................. iii
LEMBAR PERNYATAAN .................................................................. iv
ABSTRAK ..........................................................................................
v
ABSTRACT ........................................................................................ vi
KATA PENGANTAR ........................................................................ vii
DAFTAR ISI ..................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................
x
DAFTAR TABEL .............................................................................. xi
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................
1.1 Latar Belakang… .............................................................
1.2 Rumusan Masalah ............................................................
1.3 Tujuan Penelitian .............................................................
1.4 Batasan Masalah...............................................................
1.5 Manfaat Penelitian............................................................
1
1
2
2
2
3
BAB II LANDASAN TEORI ..............................................................
4
2.1 Radiasi Surya ...................................................................
4
2.1.1 Konstanta Surya .....................................................
4
2.1.2 Radiasi Surya Pada Permukaan Bumi .......................
5
2.1.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penerimaan Radiasi
Matahari Di Bumi ...................................................
6
2.2 Perpindahan panas ............................................................
9
2.2.1 Perpindahan Panas Konduksi ................................... 10
2.2.2 Perpindahan Panas Konveksi ................................... 11
2.2.3 Perpindahan Panas Radiasi ...................................... 12
2.3 Pengumpul Surya Terkonsentrasi……..……… ................... 13
2.3.1 Konsentrasi Linier .................................................. 16
2.4 Energi Berguna dan Efisiensi Kolektor Alat Pemanas Air
Tenaga Surya ................................................................... 16
2.4.1 Energi Berguna Kolektor Alat Pemanas Air Tenaga Surya
……………………………….. .................................. 17
2.4.2 Efisiensi Kolektor …………………………………. .... 17
2.5 Rangkaian Thermal Alat Pemanas Air Tenaga Surya .......... 18
2.6 Konduktivitas Thermal .................................................... 19
BAB III METODE PENELITIAN ......................................................
3.1 Variabel Bebas/Terikat .....................................................
3.2 Jumlah Populasi ...............................................................
3.2.1 Variabel Bebas .......................................................
3.2.2 Variabel Terikat .....................................................
3.3 Skema Rancangan Penelitian .............................................
viii
21
21
21
21
21
21
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
Bahan-bahan …………………………………….. .................
Alat Pengukuran ……………………………………. ............
Langkah-langkah Pengujian ……………………………… ....
Diagram Langkah Pengujian ……………………………… ...
Tempat dan Waktu Pengujian ……………………………… .
23
24
26
28
30
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ..............................
4.1 Data Hasil Pengujian ........................................................
4.2 Pengolahan Data...............................................................
4.3 Performasi Kolektor Surya ................................................
4.4 Pembahasan …………………………………….. ..................
BAB V PENUTUP .............................................................................
5.1 Kesimpulan ......................................................................
5.2 Saran ...............................................................................
30
30
33
42
44
46
46
46
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………….
47
ix
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Penggunaan energi di Indonesia meningkat pesat sejalan dengan
pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Untuk memenuhi kebutuhan
energi yang terus meningkat tersebut, dikembangkan berbagai energi alternatif, di
antaranya energi terbarukan. Potensi energi terbarukan sampai saat ini belum
banyak dimanfaatkan, padahal potensi energi terbarukan di Indonesia sangatlah
besar.
Energi baru dan terbarukan (EBT), yang ketersediaannya melimpah akan
sangat bermanfaat terutama untuk daerah terpencil. 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 negara tropis, Indonesia mempunyai potensi energi surya yang
cukup besar. Untuk memanfaatkan potensi energi surya tersebut, ada 2 (dua)
macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu teknologi energi surya termal dan
energi surya fotovoltaik. Energi surya termal pada umumnya digunakan untuk
memasak (kompor surya), mengeringkan hasil pertanian (perkebunan, perikanan,
kehutanan, tanaman pangan) dan memanaskan air. Energi surya fotovoltaik
digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik, pompa air, televisi, dan
telekomunikasi. Maka energi surya merupakan energi yang sangat bagus untuk
dimanfaatkan. Energi surya adalah energi radiasi yang dipancarkan secara
langsung dari matahari ke bumi, berupa energi termal akibat temperatur
permukaan matahari yang sangat tinggi. Untuk itu dibutuhkan suatu peralatan
yang berfungsi untuk mengumpulkan energi radiasi yang datang dari matahari,
peralatan ini disebut kolektor surya.
Kolektor surya merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menyerap
energi surya menjadi energi thermal dan mentransfer energi tersebut ke fluida
kerja untuk digunakan secara langsung atau disimpan terlebih dahulu pada suatu
2
unit penyimpan panas. Dalam aplikasi kolektor surya banyak digunakan sebagai
alat pemanas air pada rumah – rumah.
Secara umum bila ditinjau dari jumlah panas yang diperoleh, kolektor surya
dapat diklasifikasi menjadi dua jenis yaitu : kolektor surya pelat datar dan
kolektor surya terkonsentrasi.
Prinsip kerja dari kolektor surya terkonsentrasi adalah sinar matahari yang
menimpa
permukaan
cermin
(konsentrator)
nantinya
akan
dipantulkan
(dikonsentrasikan) menuju pipa absorber sehingga panas tersebut akan diteruskan
ke fluida yang akan dipanaskan. Untuk mendapatkan panas yang kontiniu dapat
dilakukan dengan menggunakan penyimpan panas. Salah satu media penyimpan
panas adalah pasir pantai halus berwarna hitam. Sehingga panas yang dipantulkan
oleh konsentrator akan diserap terlebih dahulu oleh pipa receiver yang didalamnya
terdapat pasir dan pipa absorber. Dengan mengatur susunan pipa absorber maka
panas yang diserap oleh pipa receiver akan diteruskan ke pasir dan selanjutnya
diserap oleh pipa absorber untuk meningkatkan penyerapan panas dapat dilakukan
dengan menambah jumlah pipa absorber.
Berdasarkan uraian diatas maka akan dilakukan pengujian performasi
kolektor surya terkonsentrasi dengan variasi jumlah pipa absorber berbentuk
spiral.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, bagaimana unjuk kerja dari kolektor
surya terkonstrasi dengan variasi jumlah pipa absorber berbentuk spiral.
1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan Peneliti pada kolektor surya terkonsentrasi adalah untuk
mengetahui unjuk kerja dari kolektor surya terkonsentrasi dengan variasi jumlah
pipa absorber berbentuk spiral.
1.4
Batasan Masalah
Adapun batasan masalah meliputi :
1. Tidak terjadi perubahan fase pada fluida.
2. Sifat fisik air yang mengalir diasumsikan konstan di dalam pipa fluida.
3. Efek bayangan yang ditimbukan oleh absorber diabaikan.
4. Kondisi lingkungan diasumsikan sama.
3
1.5
Manfaat Penelitian
Diharapkan penelitian tentang kolektor surya terkonsentrasi pada alat
pemanas air ini dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1.
Memberi
sumbangan
pengetahuan
tentang
kolektor
surya
terkonsentrasi sebagai alat pemanas air dan dapat diaplikasikan pada
kehidupan sehari-hari.
2.
Sebagai bahan untuk penelitian selanjutnya yang mengetahui tentang
kolektor surya terkonsentrasi.
3.
Mencoba untuk mengembangkan kolektor surya terkonsentrasi
dengan harapan menjadi lebih efektif dan efisien serta nantinya
berguna bagi masyarakat.