PENGARUH SUDUT PENYINARAN DAN LAJU ALIRAN TERHADAP EFISIENSI TERMAL PADA SOLAR KOLEKTOR TIPE PLAT DATAR

Transkripsi

1 PENGARUH SUDU PENYINARAN DAN LAJU ALIRAN ERHADAP EFISIENSI ERMAL PADA SOLAR KOLEKOR IPE PLA DAAR ulus B. Storus, Hmsar Ambarta, Mulf Hazw, ekad Stepu Departemen eknk Mesn Fakultas eknk USU Jl Almamater, Kampus USU Padang Bulan, Medan Abstrak Peneltan tentang teknolog pemanfaatan energ terbarukan, khususnya energ surya (solar energy) sedang mengalam penngkatan akhr-akhr n. Peneltan n menggunakan Solar Energy Demonstrator tpe LS untuk menganalsa pengaruh sudut penynaran dan laju alran terhadap efsens termal suatu solar kolektor plat datar. Peralatan n menggunakan dua bola lampu hologram (spot lght) dengan daya masng-masng 500W untuk mensmulaskan energ snar matahar. Solar kolektor tpe plat datar dengan luas 0,095 m 2 dgunakan untuk menangkap energ radas dan energ n akan memanaskan ar yang mengalr d dalam ppa. Parameter-parameter yang dvaraskan pada peneltan n adalah, ntenstas penynaran dengan menghdupkan satu dan dua lampu, sudut penynaran pada 45 0, 60 0, 75 0, dan 90 0, dan laju alran ar pendngn 3,4,5,6,7 lter perment. otal pengujan adalah 40 kal pengujan. Pada setap pengujan dlakukan pengamblan data tap ment selama 25 ment. emperatur ar masuk, ar keluar, dan temperatur solar kolektor akan dukur. Dengan menggunakan data-data yang dukur, dlakukan perhtungan efsens termal solar kolektor n. Analsa dlakukan untuk mengetahu efek dar sudut penynaran dan laju alran terhadap efsens solar kolektor. Keywords: Solar Kolektor, Intenstas, Laju alran I. PENDAHULUAN Kolektor surya termal adalah suatu alat yang berfungs untuk mengumpulkan energ matahar dan mengubahnya menjad energ termal. Umumnya energ terkumpul dteruskan ke alran fluda. Kolektor surya memlk beberapa komponen yatu : transms, refleks, dan absorbs. Komponen transms dapat dperoleh dengan menggunakan kaca, refleks dar elemen cermn dan absorber dar bahan alumnum atau kunngan yang dlaps dengan permukaan benda htam. Komponen utama kolektor surya adalah cover yang berfungs sebaga penutup kolektor yang transparan, absorber untuk menyerap energ dan mengkonverskan energ matahar menjad energ termal, nsulaton untuk menahan panas dalam kolektor, saluran atau kanal untuk mengalrkan fluda pembawa energ matahar. Jad dapat dsmpulkan secara prnsp bahwa metode kerja dar kolektor surya adalah sama yatu menyerap snar matahar. Adapun tujuan dar peneltan n yatu untuk mengetahu pengaruh laju alran ar dan besar sudut peynaran terhadap efsens termal solar kolektor. Untuk mendapatkan tujuan tersebut, maka dlakukan pengujan d laboratorum solar energy Departemen eknk Mesn F.USU, dengan menggunakan Solar Collector Demonstrator ype LS Peneltan n dlakukan dengan membuat varas sudut penynaran yatu 45 0, 60 0, 75 0, 90 0 dan varas laju alran : 3, 4, 5, 6, 7 LPM (lter per ment). Untuk menvaraskan ntenstas snar yang dgunakan, maka jumlah lampu yang dhdupkan dvaraskan yatu satu lampu dan dua lampu. Setelah dperoleh data sheet hasl uj laboratorum maka dhtung 29

2 efsens termal untuk setap laju alran dan sudut penynaran. Hasl-hasl dar peneltan n dharapkan dapat memberkan nformas yang dbutuhkan untuk pengembangan solar kolektor d Indonesa. II. DASAR EORI Prnsp kerja dar sebuah solar kolektor termal adalah sebaga berkut. Energ radas akan dkumpulkan pada sebuah kolektor yang luas penampangnya A c. Secara teorts jumlah energ persatuan waktu yang dterma oleh kolektor adalah selsh antara energ radas yang dterma dengan energ yang dpancarkan kembal ke lngkungan. Dar defens n, jumlah energ yang dserap kolektor dapat dhtung dengan menggunakan persamaan berkut: Qab Ac G (1) Dmana G adalah ntenstas lux normal datas permukaan kolektor (lux). Energ yang sampa d permukaan kolektor n akan dteruskan ke alran ar pendngn dan ssanya akan hlang ke lngkungan. Besarnya alran kalor yang masuk ke ar dhtung dengan persamaan: q mc (2) w p 0 Dmana, c p adalah kalor spesfk ar, m adalah laju alran ar / flow rate (Kg/s), 0 adalah temperatur ar keluar ppa kolektor dan adalah temperatur ar masuk ppa kolektor. Pada kasus n ada beberapa kemungknan yang dapat dgunakan untuk menghtung besarnya efsens solar kolektor n. Pertama adalah besarnya perbedaan suhu pada ar pendngn sebelum pengujan dan sesudah pengujan. Sebaga catatan lama pengujan n adalah 25 ment. Jka defens n yang dgunakan untuk menghtung efsens, maka besarnya panas yang dserap oleh nstalas termasuk panas yang dserap pompa ar pendngn harus dperhtungkan. Cara n akan sangat rumt jka harus menghtung semua panas yang dserap oleh nstalas dan komponennya. Kedua adalah menggunakan perbedaan temperatur ar pendngn sebelum dan sesudah solar kolektor. Cara n drasakan lebh efektf karena tdak banyak rug-rug kalor yang harus dhtung lag. Untuk lebh mendekatkan nla efsens dengan efsens yang sebenarnya, maka perhtungan akan dlakukan setap ment pengamatan dan akan dlakukan rata-rata. Berdasarkan pembahasan n maka efsens termal dar solar kolektor n akan drumuskan sebaga berkut: mc p 0 (3) G A c III. ALA-ALA PENELIIAN Peralatan-peralatan yang dgunakan pada peneltan n dtamplkan pada gambar 1. Nama alat ukur n adalah LS Spesfkas sebaga berkut Input power 230 VAV, 50 Hz. Gross weght 60 kg dan dmens total 1200 x 800 x 700 mm (L x W x H). Lampu yang dgunakan adalah jens hologram dengan daya masngmasng 500W. Gambar 1 Peralatan peneltan 30

3 IV. HASIL DAN DISKUSI Gambar 2 Lux meter yang dgunakan Alat ukur tambahan yang dgunakan untuk mengukur ntenstas cahaya yang sampa ke permukaan kolektor adalah lux meter. Alat n dtamplkan pada gambar 2. Spesfkas alat n adalah sebaga berkut. amplan LCD dengan ndkas LUX, fc, lobat, MAX, HOLD. Polartas : automats. Indkas pengukuran d luar rentang : akan muncul 1. ngkat pengukuran: 1,5 kal per detk. Rentang pengukuran : 200, 2000, 20000, lux/fc (1 fc = 10,76 lux). emperatur penympanan : C C. Akuras : ± 5% rdg ± 10 dgt (< lux/fc) ± 10% rdg ± 10 dgt (> lux/fc ). Metodolog pengujan yang dlakukan adalah sebaga berkut: Mengs ar ke dalam storage tank, jumlah ar pendngn yang dgunakan pada peneltan n adalah sektar 7 lter atau setara dengan 12 cm ketnggan d dalam tangk. Hdupkan semua komponen melalu kontrol panel, termasuk lampu dan pompa. Catat temperatur awal 1, 2, dan 3 Atur laju alran ar yang dngnkan. Atur sudut penynaran yang dngnkan. Ukur ntenstas cahaya yang sampa pada permukaan absorber dengan menggunakan lux meter. Catat temperatur 1, 2, dan 3 tap ment selama 25 ment. Ulang pengujan untuk varas jumlah lampu, sudut penynaran, dan laju alran. Hasl pengujan untuk 1 lampu yang dnyalakan, dengan sudut 45 0, dan laju alran ar pendngn 3 LPM dtamplkan pada tabel 1. Parameter yang dtamplkan pada tabel tersebut adalah temperatur masuk, keluar, dan perbedaan temperatur ar pendngn, temperatur plat absorber ( base ), dan efsens. Hasl n menunjukkan hal-hal berkut n. emperatur ar masuk, temperatur ar keluar, dan temperatur base akan menngkat dengan bertambahnya waktu. In terjad karena ar pendngn yang dgunakan adalah sama atau tdak dgant dengan ar yang baru. Dengan kata lan setelah beberapa lama ar pendngn yang dgunakan akan semakn panas karena menerma panas yang terakumulas. emperatur absorber juga akan mengalam kenakan dengan bertambahnya waktu. Fakta n menunjukkan bahwa panas yang dterma absorber tdak hanya memanaskan ar pendngn, tetap juga dgunakan untuk memanaskan plat absorber. Parameter yang akan dgunakan dar tabel n untuk menyatakan performans solar kolektor adalah efsens termal. Persamaan (3) dgunakan untuk menghtung efsens n. Pada tabel dapat dlhat terjad sedkt penngkatan pada efsens pada ment-ment akhr jka dbandngkan dengan ment-ment pertama. etap secara umum dapat dsebutkan bahwa efsens untuk kasus n adalah tetap dan dwakl oleh nla rata-ratanya sebesar 16.8%. abel 1 Hasl pengukuran pada 3LPM dengan 1 Lampu dan sudut 45 0 me base 0 (%)

4 Efsens Rata-rata 16.8 abel yang sama dengan tabel 1 untuk semua sudut penynaran dan semua laju alran dengan 1 lampu dan 2 lampu yang dnyalakan telah dbuat, tetap tdak dtamplkan d sn. Hasl efsens rata-rata dengan menggunakan 1 lampu dtamplkan pada tabel 2. Sebaga catatan energ radas yang dpancarkan oleh lampu n adalah sebesar 500 Joule/detk. abel 2 Efsens termal rata-rata hasl pengujan dengan 1 Lampu Laju Sudut Penynaran (LPM) Efsens termal rata-rata hasl pengujan dengan menggunakan 2 lampu dtamplkan pada tabel 3. Sebaga catatan energ radas yang dpancarkan kedua lampu n adalah 1000 Joule /detk. abel 3 Efsens termal rata-rata hasl pengujan dengan 2 Lampu Laju Sudut Penynaran (LPM) Pengaruh sudut penynaran Data efsens hasl pengujan yang dlakukan pada Solar Energy Demonstrator tpe LS n tdak dapat memberkan kesmpulan. Hal n dapat dlhat dengan membandngkan efsens yang ada. Msalnya dengan menggunakan 1 lampu pada laju alran 3 LPM. Efsens yang terbesar terjad saat sudut penynaran 45 0, sebesar 16,8%, setelah tu efsens akan menurun hngga yang terkecl pada 75 0, sebesar 8,7%, dan akan nak lag pada sudut 90 0, sebesar 10,6%. Hal yang sama juga terjad pada laju alran 4 LPM, 5 LPM, 6 LPM, dan 7 LPM. Fenomena yang agak berbeda dtunjukkan oleh solar kolektor saat lampu yang dgunakan sebanyak 2 buah. Efsens terbesar pada sudut 45 0, kemudan akan turun pada 60 0, kemudan nak lag pada sudut 75 0 dan turun lag pada sudut Msalnya pada laju alran 6 LPM, efsens terbesar saat 45 0 adalah 19,2%, pada sudut 60 0 turun menjad 14,9%, pada sudut 75 0 nak lag menjad 16,3%, dan akhrnya pada sudut 90 0 turun lag menjad 16,1%. Seharusnya efsens terbesar ddapat saat sudut penynaran 90 0, sesua dengan fakta bahwa snar matahar akan memberkan ntenstas terbesar saat poss semu matahar tepat berada d atas permukaan. Dan efektftas kolektor akan berkurang serng dengan pergeseran semu matahar. Hal yang menjad penyebab penympangan n, dperkrakan, adalah poss bola lampu hologram yang tdak tepat. Dengan memperhatkan poss lampu pada gambar 1 yang tdak tepat berada d tengah, msalnya pada sudut lampu 90 0 sebagan snar akan lar keluar dar kolektor dan hal n akan mengurang efsens. Hal yang makn rancu akan terjad pada saat menggunakan 2 bola lampu. Oleh karena tu solar demonstrator n tdak dapat dgunakan untuk mensmulaskan efek dar sudut penynaran pada sebuah solar kolektor plat datar. Sebaknya dlakukan penyempurnaan poss lampu. Pengaruh laju alran ar pendngn Data yang dtamplkan pada tabel 2 dan tabel 3 menunjukkan bahwa semakn besar laju alran ar pendngn maka semakn besar efsens solar kolektor. Fakta n berlaku untuk semua sudut penynaran dan 32

5 jumlah lampu yang dhdupkan. Sebaga satu analss data pada tabel 2 untuk 1 lampu dengan sudut penynaran Efsens terendah saat alran ar pendngn 3 LPM sebesar 16,8%, kemudan nak menjad 19,8% pada 4 LPM, dan nak lag menjad 23,9% dan 24,2% pada 5 LPM dan 6 LPM. Dan akhrnya tertngg pada 7 LPM. Fenomena yang sama juga terjad pada semua sudut penynaran. Gambar 3 Hubungan efsens dengan laju alran Sementara dengan 2 lampu pada sudut 45 0, efsens akan nak mula dar 12,9%, 15,1%, 17,3%, 19,2%, dan 21,9% masngmasn pada 3 LPM, 4 LPM, 5 LPM, 6 LPM, dan 7 LPM. Kesmpulan yang dtunjukkan data n adalah semakn tngg laju alran semakn tngg efsens. Hal n terjad karena semakn tngg alran ar d dalam ppa, maka semakn besar koefsen perpndahan panas konveks d dalam ppa. Semakn besar koefsen perpndahan panas konveks, maka semakn semakn efsen penyerapan panas dar kolektor ke ar pendngn. Untuk lebh memperjelas pengaruh laju alran ar pendngn terhadap efsens termal, grafk hubungan laju alran dan efsens termal dtamplkan pada gambar 3. Pada gambar hanya data pada sudut penynaran 45 0 dan 90 0 yang dtamplkan. Pada grafk jelas terlhat semakn besar laju alran semakn besar efsens. Sementara pada laju alran ar pendngn yang sama efsens dengan 1 lampu lebh besar darpada dengan 2 lampu. Hal n dkarenakan dengan menggunakan 2 lampu, jumlah energ radas yang terbuang ke lngkungan akan semakn besar. V. KESIMPULAN DAN SARAN Pada peneltan n telah dlakukan pengujan dengan menggunakan Solar Energy Demonstrator tpe LS untuk mengetahu pengaruh dar sudut penynaran dan laju alran terhadap efsens termal solar kolektor plat datar. Parameter-parameter yang dvaraskan pada peneltan n adalah, Intenstas penynaran dengan menghdupkan satu dan dua lampu, Sudut penynaran pada 45 0, 60 0, 75 0, dan 90 0, dan laju alran ar pendngn 3,4,5,6,7 lter perment. otal pengujan adalah 40 kal pengujan. Kesmpulan yang ddapatkan adalah sebaga berkut: Pengujan dengan Solar Energy Demonstrator tpe LS n tdak dapat memberkan kesmpulan yang bak pengaruh sudut penynaran terhadap efsens termal. Hal yang menjad penyebab penympangan n dperkrakan adalah poss bola lampu hologram yang tdak tepat. Sementara efek dar laju alran ar pendngn adalah semakn besar laju alran ar pendngn maka semakn besar efsens solar kolektor. Saran yang perlu dpertmbangkan untuk perbakan alat n: Seharusnya dlakukan penyempurnaan poss bola lampu. DAFAR PUSAKA 1. Arsmunandar, Wranto. eknololog Rekayasa Surya : Penerbt IB Bandung, Holman, JP. Heat ransfer, McGraw Hll Book Company, Duffe, Jhon dan Wllam Beckman. Solar Engneerng of ermal Process, Jhon Wley & Sons. Inc, Nevlle, Rchard C. Solar Energy Converson, Elsever, Shah, Rames K dan Dusan P. Sekolo. Fundamental of Heat Exchanger Desgn, Jhon Wley & Sons. Inc, Lee, Alvne, Operatonal & Experment Manual, Lotus Scentfc,