Upload
others
View
19
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
i
PEMODELAN DAN SIMULASI PEMANAS AIR
ENERGI SURYA MENGGUNAKAN
KOLEKTOR PIPA PARALEL
SKRIPSI
Diajukan guna memenuhi salah satu syarat
memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Disusun oleh :
Ganang Darmanto
NIM : 155214022
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
MODELING AND SIMULATION OF SOLAR ENERGY
WATER HEATERS USING PARALLEL
PIPE COLLECTORS
FINAL PROJECT
Pressented As Partial Fulfillment Of The Requirements
To Obtain The Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering
By :
Ganang Darmanto
Student Number : 155214022
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
E- E &'I B AR FE RS A TU"t[j A ia-
SKRT*57
FE &{ t} il}EtAH SAF{ 5I F'{ t,j I-ASI PE :vtulH A 5 A I ft.
EI{ERGI SURI'A MENC GtjinAIi4,H
KOI,SKT'OR PIPA PARALEL
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
TEMBAB. PSHGgSAI{AH
PEMSI}ELA}{ I}AN SIMLTLASI PSMANAS AIR
ENEEGT SLIRYA MENGGTIHAKAI{
KSLEKT*R PIPA PARALEL
Faiia targgai I ? Llesei::h*r" ZiitE
uhi syarat
\iatra
Ketua
Sekretaris
Anggpta
YnxGilesemlrer itjl Idan Teknol*gi
tas Sauata Dhanna
ar'Og)'Akalta
Ilekan
Lc{*
iv
Tei air dilrer-iah*nk arr eli i: a<iai:ai; ti u: p*r gra i i
i tululgkasi. Ph"D"
l
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
LEMBAR PERI\TYATAA}I PERSETUJUAhI PUBLIKASI KARYAILMIAH T}NTTIK KEPENTINGAI{ AKADET{IS
Yaug bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharnra :
Nama : Ganang Dannanto
NomorMahasiswa :155214A22
Demi ilmu pengetahuan" saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dhanna karya ilmiah saya yang berjudul :
PEMODELAIT I}AN SIMULASI PEMANAS AIR
EI\TERGI SURYA MENGGI INAKAI\I
KOLEI(TORPIPA PARALEL
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikiaa saya memberikan
kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk mengalihkan
dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentukpangkalandatamedishibusikan
secara terbatas, serta mempublikasikan di intemet atau media lain guna kepentingan
akademis tanpa pedu meminta izin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya
selama tetap mencaotumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta 17 Desember 2018
Yang menyatakan
@Ganang Darmanto
v
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
LEMBAR PERIYYATAAI\I KEASLIAN SKRIPSI
Dengan ini saya sebenar-benarnya bahwa Skripsi dengan judul :
PEMODELANT DAI\I SIMULASI PEMANAS AIR
ENERGI SURYA MENGGT}NAKAN
KOLEKTOR PIPA PARALEL
yang disusmgunamemenuhi mlahsatu syratuntukmemperolehgelar SarjanaTeknik
pada Program Strata-1, Program Studi Teknik Mesrq Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma bukan merupakan hasil tiruan dari skripsi atau penelitian
yang telah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggr
manapun. Keeuali besan informasi yang telah dicantrmkan dalam daftar pustaka
sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 17 Desember 2018
Yang menyatakan
6?tu//TGanang Darmanto
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Skripsi ini saya persembahkan sebagai ucapan syukur dan cintaku kepada :
1. Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan berkat dan anugerah-Nya.
2. Ibu dan Bapak tercinta yang telah memberikan segalanya untuk keberhasilan
pendidikan saya.
3. Sanak Saudara yang telah memberikan bantuan serta dukungan untuk
pendidikan saya.
4. Dosen dan Karyawan Fakultas Sains dan Teknologi yang telah membimbing
dan memberikan ilmu kepada saya.
5. Teman-teman seperjuangan semua.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat
serta limpahan anugerah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan
Skripsi : Pemodelan Dan Simulasi Pemanas Air Energi Surya Menggunakan Kolektor
Pipa Paralel dengan baik dan lancar.
Tujuan penyusunan Skripsi ini adalah sebagai salah satu syarat wajib guna
mendapatkan gelar sarjana S1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penyusunan Skripsi ini
melibatkan banyak pihak. Maka, dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan
terima kasih kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus.
2. Kedua Orang Tua saya, Suroto dan Sri Sunarni serta adik-adik saya Eliza
Anugraheni dan Novalio Nugraha yang telah memberikan motivasi dan
dukungan kepada penulis baik secara moril, material maupun spiritual.
3. Keluarga Besar Trah Suto Wagiyah yang telah memberikan motivasi dan
dukungan kepada penulis baik secara moril, material maupun spiritual.
4. Sudi Mungkasi, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
5. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
6. Ir. Fransiscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi.
7. Alm. Prof. Dr. Vet. Asan Damanik, selaku Dosen Pembimbing Akademik.
8. Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra, selaku Dosen Pembimbing Akademik.
9. Seluruh Dosen, Staff, dan Karyawan Program Studi Teknik Mesin Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
mendidik dao memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis dalam
penyusunao skripsi ini.
10. Yayasan Peduli Kasih AA Rachmad yang telah berkenan memberikan
beasiswa.
11. S/idya Savitiningtyas yang selalu memberikan do4 se,mangat serta dukungan
secara moral.
12. Seluruh sahabat sayq Teknik Mesin A (TMA Hooligans) 2015.
13. Seluruh penguxus Kabinet Kolaborasi Bersinar Badan Eksekutif Mahasiswa
Universitas Sanata Dharma (BEM USD) periode z0fln01,8.
14. Seluruh pengurus Komisi Pemuda Gereja Kristsn Jawa Karangnongko periode
2015-2017.
15. Seluruh sahabat saya, Kelas Rekayasa Tenaga Surya 2015.
16. Seluruh sahabat saya, Kuliah KerjaNyafa Aptik Peduli Mentawai Batch trI.
17. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu secara langsung
maupun tidak langsung yang telah memberikan dukungan.
Penulis menyadari bahwa di dalam penulisan slaipsi ini masih banyak terdapat
kekuangan dan jauh dari kesempurnaan. Maka dari itn, penulis memohon maaf atas
segala dan kesalalran yang terdapat dalam penulisan skripsi ini. Saran dan
kritik dari pembaca sangat diharapkan penulis demi perbaikan di
kemudianhari.
Atfiir kata penulis berharap semoga penyusunan slaipsi ini nantinya dapat
Yogyakarta 17 Desember 2018
Penulis
WGanang Darmanto
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
ABSTRAK
Air panas merupakan salah satu kebutuhan dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari
keperluan rumah tangga sampai dengan industri seperti mencuci piring, mencuci
pakaian, mandi, membersihkan botol, dan lain sebagainya. Banyak cara untuk
mendapatkan air panas tersebut, mulai dari menggunakan bahan bakar fosil sampai
dengan energi listrik. Alat pemanas air energi surya yang sudah ada saat ini masih
belum optimal, hal ini dikarenakan masih minimnya pengembangan panduan dalam
tahap perancangan alat pemanas air energi surya. Dari persoalan tersebut, banyak
didapatkan hasil temperatur air panas dan efisiensi alat pemanas air energi surya yang
masih belum optimal. Oleh karena itu, untuk mengatasi persoalan tersebut diperlukan
upaya pemodelan dan simulasi. Hal ini dilakukan guna mendapatkan sebuah rancangan
alat pemanas air energi surya yang lebih baik. Penelitian pemanas air energi surya ini
bertujuan untuk menganalisis pengaruh dari luasan permukaan reflektor dan sudut
reflektor terhadap unjuk kerja alat pemanas air energi surya serta untuk mengetahui
perbandingan simulasi dengan alat pemanas air energi surya. Pada penelitian ini akan
diukur besarnya temperatur air masuk kolektor (Tin1), temperatur air keluar kolektor
(Tout1), temperatur air masuk bak (Tin2), temperatur air keluar bak (Tout2), temperatur
air tengah bak (Tbak), temperatur sekitar (Ta), temperatur kolektor (Tp), temperatur kaca
(Tc), dan energi matahari yang diterima (G). Data dari hasil penelitian tersebut
selanjutnya dilakukan perhitungan untuk mencari efisiensi kolektor dari alat pemanas
air energi surya dan selanjutnya akan dibuat grafik berupa perbandingan simulasi
dengan alat. Simulasi yang diperoleh dapat membantu dalam perancangan alat
pemanas air energi surya, sehingga dapat diperoleh hasil efisiensi kolektor dan
temperatur air panas yang lebih optimal. Dari penelitian ini diperoleh efisiensi kolektor
paling tinggi sebesar 81% pada variasi sudut reflektor dengan luasan sebesar 1,5 m2
pada sudut 30° dan diperoleh temperatur air panas paling tinggi sebesar 40.47°C pada
variasi tanpa penambahan reflektor dengan sudut 45°.
Kata kunci : pemanas air, kolektor pipa paralel, simulasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
ABSTRACT
Hot water is one of the needs in everyday life, ranging from household needs to
industries such as washing dishes, washing clothes, bathing, cleaning bottles, and so
forth. There are many ways to get the hot water, from using fossil fuels to electricity.
Solar energy water heaters that are currently available are still not optimal, this is due
to the lack of development guidelines in the design phase of solar energy water heaters.
From this problem, many results obtained from the temperature of hot water and the
efficiency of solar energy water heaters that are still not optimal. Therefore, to
overcome this problem modeling and simulation efforts are needed. This is done to get
a better design of a solar energy water heater. The study of solar energy water heaters
aims to analyze the effect of the surface area of the reflector and reflector angle on the
performance of solar energy water heaters and to compare the simulation with solar
energy water heaters. In this study the collector water temperature will be measured
(Tin1), the collector's outgoing water temperature (Tout1), the temperature of the inlet
water (Tin2), the water temperature out of the tub (Tout2), the center water temperature
(Tbak), the ambient temperature (Ta), collector temperature (Tp), glass temperature (Tc),
and solar energy received (G). Data from the results of these studies are then calculated
to find the efficiency of collectors from solar energy water heaters and then graphs will
be made in the form of a comparison comparison with the tool. The simulation obtained
can help in designing solar energy water heaters, so that the collector efficiency and
hot water temperature can be obtained more optimally. From this study the highest
collector efficiency was obtained at 81% in the angle variation of the reflector with an
area of 1.5 m2 at an angle of 30° and obtained the highest hot water temperature of
40.47 °C in variations without the addition of a reflector with 45° angle.
Keywords: water heater, parallel pipe collector, simulation
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................... i
TITLE PAGE ............................................................................................................. ii
LEMBAR PERSETUJUAN ...................................................................................... iii
LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................................... iv
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH .. v
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................ vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................... vii
KATA PENGANTAR .............................................................................................. viii
ABSTRAK .................................................................................................................. x
ABSTRACT ................................................................................................................ xi
DAFTAR ISI .............................................................................................................. xii
DAFTAR TABEL ..................................................................................................... xv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xvii
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... xviii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1
1.2 Identifikasi Masalah .......................................................................................... 2
1.3 Rumusan Masalah ............................................................................................. 3
1.4 Batasan Masalah................................................................................................ 3
1.5 Tujuan dan Manfaat Penelitian ......................................................................... 4
1.5.1 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 4
1.5.2 Manfaat Penelitian ........................................................................................... 4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 5
2.1 Penelitian Terdahulu ......................................................................................... 5
2.2 Landasan Teori .................................................................................................. 9
2.3 Hipotesis ......................................................................................................... 17
BAB III METODE PENELITIAN .......................................................................... 18
3.1 Metode Penelitian............................................................................................ 18
3.2 Langkah Penelitian .......................................................................................... 21
3.3 Skema dan Spesifikasi Alat ............................................................................. 22
3.4 Variabel yang Divariasikan ............................................................................. 25
3.5 Parameter yang Diukur ................................................................................... 25
3.6 Alat Ukur yang Digunakan ............................................................................. 26
3.7 Langkah Analisis Data .................................................................................... 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 28
4.1 Data Penelitian ................................................................................................ 28
4.2 Hasil Penelitian ............................................................................................... 31
4.3 Pembahasan ..................................................................................................... 54
4.3.1 Analisis Pengaruh Luas Kolektor Terhadap Efisiensi Kolektor Pada
Variasi 1, 2, dan 3 …………………………………………………….. 54
4.3.2 Analisis Pengaruh Sudut Datang Terhadap Efisiensi Kolektor Pada
Variasi 3, 4, dan 5 …...……………………………………………….. 57
4.3.3 Perbandingan Simulasi Dengan Eksperimen Pada Variasi 1, 2, 3, 4, dan
5 ……………………………………………...………………………………………………………………… 58
BAB V PENUTUP ..................................................................................................... 71
5.1 Kesimpulan ………...………………………………………………………. 71
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
5.2 Saran ....…………………………………………………………………….. 73
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 74
LAMPIRAN ............................................................................................................... 76
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 1 ......... 28
Tabel 4.2 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 2 ......... 29
Tabel 4.3 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 3 ......... 29
Tabel 4.4 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 4 ......... 30
Tabel 4.5 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 5 ......... 30
Tabel 4.6 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 1 ........................... 34
Tabel 4.7 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 1 ................................ 35
Tabel 4.8 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 1 .......................................... 35
Tabel 4.9 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 2 ........................... 36
Tabel 4.10 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 2 .............................. 36
Tabel 4.11 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 2 ........................................ 37
Tabel 4.12 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 3 ......................... 37
Tabel 4.13 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 3 .............................. 38
Tabel 4.14 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 3 ........................................ 38
Tabel 4.15 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 4 ......................... 39
Tabel 4.16 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 4 .............................. 39
Tabel 4.17 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 4 ........................................ 40
Tabel 4.18 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 5 ......................... 40
Tabel 4.19 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 5 .............................. 41
Tabel 4.20 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 5 ........................................ 41
Tabel 4.21 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada
variasi 1.................................................................................................... 43
Tabel 4.22 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 1 ..................................... 44
Tabel 4.23 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada
variasi 2.................................................................................................... 44
Tabel 4.24 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 2 ..................................... 45
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
Tabel 4.25 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada
variasi 3.................................................................................................... 45
Tabel 4.26 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 3 ..................................... 46
Tabel 4.27 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada
variasi 4.................................................................................................... 46
Tabel 4.28 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 4 ..................................... 47
Tabel 4.29 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada
variasi 5.................................................................................................... 47
Tabel 4.30 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 5 ..................................... 48
Tabel 4.31 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 1 ......................... 49
Tabel 4.32 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 2 ......................... 49
Tabel 4.33 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 3 ......................... 50
Tabel 4.34 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 4 ......................... 50
Tabel 4.35 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 5 ......................... 51
Tabel 4.36 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 1 ...................................................... 52
Tabel 4.37 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 2 ...................................................... 52
Tabel 4.38 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 3 ...................................................... 53
Tabel 4.39 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 4 ...................................................... 53
Tabel 4.40 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 5 ...................................................... 54
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Langkah-langkah penelitian................................................................... 20
Gambar 3 2 Skema Alat Pemanas Air Energi Surya ................................................. 22
Gambar 3.3 Alat Pemanas Air Energi Surya ............................................................. 23
Gambar 3.4 Alat Pemanas Air Energi Surya Menggunakan Reflektor ..................... 24
Gambar 4.1 Grafik perbandingan luas kolektor dengan efisiensi kolektor ............... 55
Gambar 4.2 Grafik perbandingan sudut reflektor dengan efisiensi kolektor ............ 57
Gambar 4.3 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas
air energi surya variasi 1 ....................................................................... 59
Gambar 4.4 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi
surya variasi 1 ....................................................................................... 60
Gambar 4.5 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas
air energi surya variasi 2 ....................................................................... 61
Gambar 4.6 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi
surya variasi 2 ....................................................................................... 62
Gambar 4.7 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas
air energi surya variasi 3 ....................................................................... 63
Gambar 4.8 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi
surya variasi 3 ....................................................................................... 64
Gambar 4.9 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas
air energi surya variasi 4 ....................................................................... 66
Gambar 4.10 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi
surya variasi 4 ....................................................................................... 66
Gambar 4.11 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas
air energi surya variasi 5 ....................................................................... 68
Gambar 4.12 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi
surya variasi 5 ....................................................................................... 69
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Gambar Alat Pemanas Air Energi Surya .............................................. 76
Lampiran 2. Gambar Alat Ukur Yang Digunakan .................................................... 78
Lampiran 3. Grafik Bilangan Nusselt Rata-rata Dalam Berbagai Bilangan
Prandtl ................................................................................................... 80
Lampiran 4. Grafik Koefisien Konveksi Alam hi Dengan Sudut β Sebagai
Parameter .............................................................................................. 81
Lampiran 5. Tabel Sifat Air ...................................................................................... 82
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air panas merupakan salah satu kebutuhan dalam kehidupan sehari-hari, mulai
dari keperluan rumah tangga seperti mencuci piring, mencuci pakaian sampai dengan
mandi. Air panas tidak hanya dibutuhkan untuk keperluan rumah tangga saja
melainkan juga dibutuhkan didalam dunia industri seperti membersihkan botol, dan
lain sebagainya. Banyak cara untuk mendapatkan air panas tersebut, mulai dari
menggunakan bahan bakar fosil sampai dengan energi listrik. Akan tetapi pada saat ini,
cadangan bahan bakar fosil di Indonesia semakin menipis. Maka dibutuhkan suatu alat
untuk mendapatkan air panas tersebut dengan cara yang lebih ekonomis dan ramah
lingkungan. Oleh karena itu, salah satu cara untuk mengatasi persoalan tersebut yaitu
dengan alat pemanas air energi surya.
Dewasa ini, persoalan yang terdapat pada alat pemanas air energi surya yaitu
mengenai optimalisasi dari temperatur air panas dan efisiensi dari alat pemanas air
energi surya. Hal ini dikarenakan kondisi cuaca yang tidak dapat diprediksi oleh alat
pemanas air energi surya. Maka dari itu, perlu adanya penambahan reflektor disamping
kolektor surya untuk mengoptimalkan penyerapan sinar matahari yang dapat diserap
oleh kolektor surya.
Adapun alat pemanas air energi surya yang telah dibuat sebelumnya masih
belum mendapatkan hasil yang optimal dari segi penambahan reflektor dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
penempatan sudut reflektor. Maka diperlukan rancangan serta panduan dalam
pengembangan alat pemanas air energi surya. Oleh karena itu, salah satu cara untuk
mengatasi persoalan tersebut yaitu dengan dilakukan perbandingan antara hasil
eksperimen dengan simulasi secara matematis.
1.2 Identifikasi Masalah
Alat pemanas air energi surya yang sudah ada saat ini masih belum optimal, hal
ini dikarenakan masih minimnya pengembangan panduan dalam tahap perancangan
alat pemanas air energi surya. Dari persoalan tersebut, banyak didapatkan hasil
temperatur air panas dan efisiensi alat pemanas air energi surya yang masih belum
optimal. Oleh karena itu, untuk mengatasi persoalan tersebut diperlukan upaya
pemodelan dan simulasi. Hal ini dilakukan guna mendapatkan sebuah rancangan alat
pemanas air energi surya yang lebih baik.
Selain itu, untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal maka perlu
ditambahkan variasi dalam pembuatan model alat dari simulasi tersebut. Adapun
variasi yang digunakan untuk mendapatkan hasil temperatur air panas dan efisiensi alat
yang lebih optimal yaitu dengan posisi tangki horizontal dan dengan ditambahkan
reflektor pada samping kolektor. Posisi tangki horizontal dimaksudkan supaya luasan
air dingin yang terdapat didalam tangki lebih luas, sehingga dengan demikian air panas
yang masuk kedalam tangki penyimpanan tidak cepat merambat ke air yang dingin.
Maka ketika air dingin tersebut mengalir ke dalam pipa pemanas, air yang dingin
tersebut akan lebih cepat panas karena perbedaan temperatur yang lebih besar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
Sedangkan penambahan reflektor dibagian samping kolektor surya dimaksudkan untuk
mengoptimalkan penyerapan sinar matahari yang dapat diserap oleh kolektor surya.
Hal ini dikarenakan didalam penyerapan yang dilakukan oleh kolektor surya, ada
sebagian sinar matahari yang dipantulkan kembali ke atmosfir. Oleh karena itu,
reflektor inilah yang nantinya berfungsi untuk membantu dalam mengoptimalkan
panas dari sinar matahari yang memantul keluar tersebut untuk nantinya diarahkan
kembali mengarah ke kolektor surya.
1.3 Rumusan Masalah
Dari uraian identifikasi masalah diatas, didapatkan rumusan masalah pada
penelitian ini yaitu:
a. Bagaimana pengaruh luas reflektor terhadap efisiensi kolektor pemanas air
energi surya?
b. Bagaimana pengaruh sudut reflektor terhadap efisiensi kolektor pemanas air
energi surya?
1.4 Batasan Masalah
a. Temperatur kaca dianggap merata.
b. Temperatur absorber dianggap merata
c. Ketinggian air dianggap merata.
d. Kemiringan kolektor sebesar 30° dengan susunan pipa paralel.
e. Luasan absorber dan volume air dalam tangki.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
1.5 Tujuan dan Manfaat Penelitian
1.5.1 Tujuan Penelitian
a. Menganalisis pengaruh luasan reflektor terhadap unjuk kerja alat pemanas
air energi surya.
b. Menganalisis pengaruh sudut reflektor terhadap unjuk kerja alat pemanas
air energi surya.
c. Membuat simulasi alat pemanas air energi surya.
1.5.2 Manfaat Penelitian
a. Untuk menambah kepustakaan teknologi pemanas air energi surya.
b. Sebagai panduan dalam pengembangan alat pemanas air energi surya.
c. Dikembangkan dalam pembuatan prototipe untuk menambah alat yang
berguna bagi masyarakat.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu
Penelitian mengenai alat pemanas air energi surya sebelumnya sudah pernah
dilakukan, diantaranya pemanas air energi surya dengan sel surya sebagai absorber
(Subarkah, R., dan Belyamin, 2011), penelitian ini dilakukan bertujuan untuk
menghasilkan alat pemanas air energi surya dengan sel surya sebagai absorber. Pada
penilitian ini sel surya yang diberi tambahan pelat absorber pada permukaan bawahnya
menghasilkan efisiensi ± 1-3% lebih rendah jika dibandingkan dengan sel surya yang
tanpa diberi tambahan pelat absorber pada permukaan bawahnya. Pada penelitian ini
dihasilkan air panas dengan temperatur ± 40°C sebanyak ± 50 liter dalam kurun waktu
lima jam pada saat kondisi cuaca cerah. Penelitian selanjutnya adalah analisis kinerja
pemanas air tenaga surya dengan reflector linear parabolic concentrating (Rahman, S.,
Kahar, dan Rusdi, M., 2014). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui energi berguna
dari kolektor, besarnya kalor yang dapat dimanfaatkan di dalam tangki dan mengetahui
besarnya efisiensi kolektor dalam pemanfaatan energi matahari. Pada penelitian ini
memiliki hasil besarnya energi berguna dari reflektor parabolik sebesar 474,65 W,
energi maksimum yang tersimpan di dalam tangki sebesar 440,87 W, dan efisiensi
sesaat reflektor linear parabolic concentrating yaitu sebesar 16,23% - 47,01%.
Penelitian selanjutnya adalah unjuk kerja pemanas air jenis kolektor surya plat datar
dengan satu dan dua kaca penutup (Tirtoatmodjo, R., dan Handoyo, E. A., 1999),
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
dimana penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan unjuk kerja dari pemanas
air dengan satu dan dua kaca penutup. Pada penelitian ini, diperoleh hasil bahwa
efisiensi menggunakan dua kaca penutup lebih baik dibandingkan hanya dengan satu
kaca penutup. Pada penelitian ini juga diperoleh hasil perbedaan temperatur air keluar
kolektor dan temperatur air masuk kolektor menggunakan dua kaca penutup lebih
tinggi sebesar 17°C dibandingkan kolektor dengan satu kaca penutup. Penelitan
selanjutnya adalah pengaruh jarak antar pipa pada kolektor terhadap panas yang
dihasilkan solar water heater (SWH) (Susanto, H., dan Irawan, D., 2017), penelitian
ini bertujuan untuk mengetahui perpindahan panas yang terjadi pada kolektor pemanas
air energi surya dengan variasi jarak antar pipa tembaga dan untuk mengetahui efisiensi
perubahan panas yang terjadi, serta untuk mengetahui jarak antar pipa pemanas yang
tepat pada pemanas air energi surya. Dalam penelitian ini diperoleh hasil pada pipa
tembaga dengan jarak 5 cm diperoleh perpindahan panas secara konveksi sebesar
549,73 W dan efisiensi perubahan panas rata-rata pada intensitas matahari tertinggi
sebesar 33%, pada pipa tembaga dengan jarak 7 cm diperoleh perpindahan panas secara
konveksi sebesar 256,33 W dan efisiensi perubahan panas rata-rata pada intensitas
matahari tertinggi sebesar 21,98%, dan pada pipa tembaga dengan jarak 9 cm diperoleh
perpindahan panas secara konveksi sebesar 101,74 W dan efisiensi perubahan panas
rata-rata pada intensitas matahari tertinggi sebesar 13,33%. Pada penelitian ini juga
diperoleh hasil jarak antar pipa pemanas yang tepat digunakan pada pemanas air energi
surya yaitu dengan jarak antar pipa sebesar 5 cm. Penelitian selanjutnya adalah analisis
kolektor sederhana bergelombang dengan penambahan reflektor terhadap kinerja solar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
water heater (Sutrisno, dan Mustafa., 2014), penelitian ini bertujuan untuk
menganalisa penambahan reflektor panas terhadap panas yang dipantulkan. Penelitian
ini diperoleh hasil bahwa dengan penambahan reflektor membuat penyerapan panas
menjadi lebih efektif dan maksimal. Penelitian selanjutnya adalah analisis performansi
kolektor surya pemanas air dengan pelat kolektor bentuk V (Jalaluddin, Arief, E., dan
Tarakka, R., 2015), penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari kolektor
surya dengan pelat absorber berbentuk V terhadap kolektor dengan pelat absorber
datar. Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa kolektor surya dengan pelat absorber
berbentuk V memiliki peningkatan performasi sebesar 2,36% pada debit 0,5 liter/menit
dan 4,23% pada debit 2,0 liter/menit. Penelitian selanjutnya adalah optimasi jumlah
pipa pemanas terhadap kinerja kolektor surya pemanas air (Sumarsono, M., 2005),
penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari jumlah pipa pemanas air
yang optimal. Pada penelitian ini diperoleh hasil energy berguna optimum dapat
dihasilkan oleh kolektor surya dengan jumlah pipa pemanas sebanyak 6 pipa dan 8
pipa. Penelitian selanjutnya adalah pengaruh pelat penyerap ganda model gelombang
dengan penambahan reflector terhadap kinerja solar water heater sederhana (N.R.,
Ismail., 2006), penelitian ini bertujuan untuk membandingkan kinerja pelat penyerap
ganda model gelombang dengan penambahan reflektor dan tanpa reflektor. Penelitian
ini diperoleh hasil bahwa solar water heater pelat ganda dengan penambahan reflektor
dapat meningkatkan nilai efisiensi penyerapan rata-rata sebesar 24,02%, sedangkan
nilai efisiensi penyerapan panas rata-rata pada solar water heater pelat penyerap model
gelombang tanpa reflektor sebesar 19,81%. Penelitian selanjutnya adalah unjuk kerja
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
kolektor surya pelat datar aliran paralel (Zulfa, Amrizal, dan Amrul., 2017), penelitian
ini bertujuan untuk mengkarakterisasi unjuk kerja termal kolektor surya aliran paralel
berupa efisiensi dan pressure drop berdasarkan variasi jarak antar pipa paralel terhadap
diameter pipa dan arah aliran fluida pada pipa riser. Penelitian ini diperoleh hasil
kolektor dengan W/D 8 aliran vertikal memiliki unjuk kerja terbaik dari sisi efisiensi
sebesar 46,65% dan rugi-rugi kalor dengan nilai 2,7111 W/(m2.K), sementara kolektor
dengan W/D 12 untuk aliran vertikal memiliki pressure drop terbaik dengan nilai
123,48 Pa, dan kolektor yang menggunakan penutup kaca dan kolektor dengan laju
aliran massa yang lebih kecil memiliki unjuk kerja terbaik dari sisi koefisien kerugian
panas dan efisiensi. Penelitian selanjutnya adalah pemodelan dan simulasi perpindahan
panas pada kolektor surya pelat datar (Amir, F., Syuhada, A., dan Hamdani., 2013).
Pada penelitian pemodelan dan simulasi pemanas air ini dilakukan untuk menganalisa
serta mengukur perpindahan panas pada kolektor surya dengan tipe plat datar. Hasil
dari simulasi ini kemudian dijadikan pembanding dengan hasil pengujian studi
eksperimental. Dan didapatkan temperatur fluida yang keluar hasil simulasi ini lebih
besar daripada hasil pengujian. Pada penelitian sebelumnya ini diperoleh hasil nilai
intensitas surya paling tinggi pada pukul 13.00 WIB dengan energi panas yang
dihasilkan sebesar 700 W/m2, intensitas surya paling rendah pada pukul 18.00 WIB
dengan energi panas yang dihasilkan sebesar 215 W/m2. Pada penelitian ini juga
diperoleh hasil temperatur fluida keluar hasil simulasi lebih besar daripada hasil studi
eksperimental dengan plat absorber yang sama.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
2.2 Landasan Teori
Sistem sirkulasi pemanas air energi surya merupakan sebuah rangkaian
pemanas air yang terdiri dari berbagai komponen pemanas air untuk menghasilkan air
panas yang konstan secara alami. Dalam pemanas air energi surya terdapat tiga cara
perpindahan panas yaitu perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
Pada penelitian pemanas air energi surya ini, perpindahan panas yang terjadi adalah
secara konveksi dan radiasi. Perpindahan panas secara konveksi merupakan proses
perpindahan panas dengan melibatkan perpindahan massa molekul-molekul fluida dari
satu tempat ke tempat yang lain. Perpindahan panas secara konveksi dibagi menjadi
dua, yaitu konveksi paksa dan konveksi alamiah. Dikatakan konveksi secara paksa
apabila perpindahan panas tersebut disebabkan oleh bantuan dorongan sebuah blower
atau alat lainnya. Sedangkan dikatakan konveksi alamiah, jika perpindahan panas
tersebut disebabkan oleh perbedaan massa jenis. Pada umumnya, perpindahan panas
secara konveksi (q, watt) ini dapat dinyatakan dengan persamaan hukum pendinginan
Newton sebagai berikut :
𝑞 = ℎ . 𝐴 (𝑇𝑤 − 𝑇) (1)
dengan h adalah koefisien konveksi (W/(m2.K)), A adalah luas permukaan (m2), Tw
adalah temperatur dinding (K), T adalah temperatur fluida (K). Pada umumnya
koefisien koveksi h dinyatakan menggunakan parameter tanpa dimensi yang disebut
bilangan Nusselt. Adapun bilangan Nusselt (Nu) dapat dicari dengan menggunakan
persamaan :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
𝑁𝑢 =ℎ . 𝑑𝑖
𝑘 (2)
dengan k adalah konduktivitas panas (W/(m.K)), dan di adalah diameter dalam pipa
(m). Karena aliran dalam pemanas air energi surya laminer dan tabung-tabungnya
adalah relatif pendek, maka bilangan Nusselt rata-rata dan harga rata-rata h dalam
tabung dapat dicari menggunakan grafik seperti yang dianjurkan oleh Duffie dan
Beckman. Untuk menggunakan grafik dalam gambar tersebut haruslah menghitung
sebuah bilangan tidak berdimensi yang disebut dengan bilangan Reynolds. Adapun
bilangan Reynolds (Re) dapat dihitung menggunakan persamaan :
𝑅𝑒 = 4 . �̇�
𝜋 . 𝑑𝑖 . 𝜇 (3)
dengan ṁ adalah laju aliran massa fluida (kg/s), dan μ adalah viskositas dinamik
(kg/m.s). Selain itu untuk menggunakan grafik dalam gambar tersebut haruslah
menghitung sebuah bilangan tanpa dimensi lain yang disebut dengan bilangan Prandtl.
Adapun bilangan Prandtl (Pr) dapat dihitung menggunakan persamaan :
𝑃𝑟 = 𝑐𝑃 . 𝜇
𝑘 (4)
dengan cp adalah panas jenis spesifik pada tekanan konstan (kJ/kg.°C). Maka dengan
menggunakan bilangan-bilangan diatas dapat diperoleh persamaan yang selanjutnya
digunakan dalam menentukan bilangan Nusselt rata-rata. Apabila pemanas air energi
surya bekerja dalam daerah bilangan Reynolds antara 2000 sampai 10000, menurut
Shewen dan Hollands menganjurkan bilangan Nusselt dapat dihitung menggunakan
persamaan :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
𝑁𝑢 = 0,00269 . 𝑅𝑒 (5)
Efisiensi sirip merupakan suatu ukuran untuk mengetahui besarnya radiasi yang
dapat diserap dan diubah menjadi panas yang dikonduksikan ke bagian dasar sirip
(Arismunandar, W., 1995). Efisiensi sirip merupakan salah satu parameter penting
dalam perancangan kolektor surya jenis cairan. Sehingga dapat disimpulkan bahwa
efisiensi sirip adalah perbandingan panas yang dipindahkan kedalam sirip dibagi
dengan panas yang dipindahkan apabila seluruh sirip berada pada temperatur dasar.
Efisiensi sirip (F) dapat dihitung menggunakan persamaan :
𝐹 =
tanh [√ 𝑈𝐿
𝑘 . 𝛿 . (
𝑠 − 𝑑2 )]
√ 𝑈𝐿
𝑘 . 𝛿 . (
𝑠 − 𝑑2 )
(6)
dengan UL adalah koefisien kerugian panas total (W/(m2.K)), k adalah konduktivitas
termal (W/(m.K)), δ adalah tebal pelat (m), s adalah jarak antar pipa (m), dan d adalah
diameter luar pipa (m). Untuk mendapatkan efisiensi sirip, maka harus diperhatikan
koefisien kerugian total yang terjadi pada alat pemanas air energi surya. Hal ini
dikarenakan besarnya koefisien kerugian total yang didapatkan akan sangat berkaitan
dengan efisiensi sirip yang diperoleh. Hal ini dapat dideskripsikan bahwa semakin
tinggi koefisien kerugian total yang didapatkan dari alat pemanas air energi surya maka
efisiensi sirip yang diperoleh akan semakin rendah. Begitu pula sebaliknya, semakin
rendah koefisien kerugian total yang didapatkan dari alat pemanas air energi surya
maka efisiensi sirip yang diperoleh akan semakin tinggi. Untuk menghitung koefisien
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
kerugian total (UL, (W/(m2.K))) dari alat pemanas air energi surya, maka dapat
dilakukan menggunakan persamaan :
𝑈𝐿 = 𝑈𝑏 + 𝑈𝑡 (7)
dengan Ub adalah koefisien kerugian bawah (W/(m2.K)), dan Ut adalah koefisien
kerugian atas (W/(m2.K)). Koefisien kerugian total merupakan hasil penjumlahan
antara koefisien kerugian bawah dengan koefisien kerugian atas. Panas hilang dari
bagian atas pelat penyerap dikarenakan konveksi alam dan dikarenakan radiasi ke
permukaan dalam dari pelat penutup kaca. Panas tersebut dikonduksikan oleh pelat
kaca ke permukaan luarnya, kemudian dipindahkan ke atmosfer luar secara konveksi
dan radiasi. Koefisien kerugian atas (Ut, (W/(m2.K))) ini dapat dihitung menggunakan
persamaan :
1
𝑈𝑡=
1
ℎ𝑖 + ℎ𝑟𝑖+
𝑡
𝑘 +
1
ℎ𝑜 + ℎ𝑟𝑜 (8)
dengan, hi adalah koefisien konveksi alam dalam (W/(m2.K)), hri adalah koefisien
radiasi ekivalen dalam (W/(m2.K)), 𝑡
𝑘 atau R (kaca) adalah harga tahanan termal dari
kaca (m.K/W), ho adalah koefisien konveksi luar (W/(m2.K)), dan hro adalah koefisien
radiasi ekivalen luar (W/(m2.K)). Dimana sirkuit-sirkuit pada tahanan diatas dapat
dijabarkan dan dihitung menggunakan persamaan-persamaan :
menghitung koefisien konveksi alam dalam (hi, (W/(m2.K))) menggunakan persamaan:
ℎ𝑖 = ℎ𝑖
∅1 . ∅2 . ∅1 . ∅2 (9)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
untuk mencari hi maka perlu menghitung fungsi-fungsi dari Φ1, Φ2, dan Φ3
menggunakan persamaan :
∅1 = 137
(𝑇𝑚 + 200)13 . 𝑇𝑚
12
(10)
∅2 = 𝑇𝑃 − 𝑇𝐶
50 (11)
∅3 =1428 . (𝑇𝑚 + 200)
23
𝑇𝑚2
(12)
dengan Tp adalah temperatur pelat (K) dan Tc adalah temperatur kaca (K). Dengan (Tm,
(K)), dapat dihitung menggunakan persamaan :
𝑇𝑚 = (𝑇𝑝 + 𝑇𝑐
2) (13)
dengan diketahuinya nilai Φ1, Φ2, dan Φ3, maka dapat diperoleh nilai dari zΦ2Φ3.
Dengan menarik garis lurus nilai zΦ2Φ3 (cm) keatas memotong sudut kemiringan
kolektor 30° maka dapat diperoleh nilai dari hi/Φ1Φ2.
menghitung koefisien radiasi ekivalen dalam (hri, W/(m2.K)) menggunakan persamaan:
ℎ𝑟𝑖 = 𝜎 . (𝑇𝑝
4 − 𝑇𝑐4)
(1휀𝑝
+ 1휀𝑐
− 1). (𝑇𝑝 − 𝑇𝑐) (14)
menghitung tahanan termal kaca (R, m.K/W) menggunakan persamaan :
𝑅 (𝑘𝑎𝑐𝑎) = 𝑡
𝑘 (15)
menghitung koefisien konveksi luar (ho, W/(m2.K)) menggunakan persamaan :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
ℎ𝑜 = 5,7 + 3,8 . 𝑉 (16)
menghitung koefisien radiasi luar ekivalen (hro, W/(m2.K)) menggunakan persamaan :
ℎ𝑟𝑜 = 휀𝑐 . 𝜎 (𝑇𝑐
4 − 𝑇𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑡4 )
𝑇𝐶 − 𝑇𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑡 (17)
dengan σ adalah konstanta Stefan-Boltzmann 5,67 x 10-8 (W/(m2.K4)), Ɛp adalah
emisivitas penyerap, Ɛg adalah emisivitas kaca, t adalah tebal kaca (m), k adalah
konduktivitas termal (W/(m.K)), V adalah kecepatan angin (m/s), Ta adalah temperatur
luar (K), dan Tlangit adalah temperatur langit (K). Dimana temperatur langit (Tlangit, K)
dapat dihitung menggunakan persamaan :
𝑇𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑡 = 0,0552 . (𝑇𝑎
32) (18)
menghitung koefisien kerugian bawah (Ub, W/(m2.K)) menggunakan persamaan :
𝑈𝑏 = 1
𝑅 (19)
Karena temperatur Tp dari pelat penyerap berubah-ubah sepanjang dan
melintang pelat tersebut, maka persamaan perolehan panas kolektor dan persamaan
efisiensi biasanya dinyatakan sebagai fungsi dari temperatur fluida masuk, yang
relative mudah dikontrol dan diukur selama pengujian dan operasionalnya. Hal ini
memungkinkan penggunaan temperatur fluida rata-rata yang selanjutnya disebut
dengan faktor efisiensi. Adapun faktor efisiensi (F’) dapat dihitung menggunakan
persamaan :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
𝐹′ =
1𝑈𝐿
𝑠 . {1
𝑈𝐿 . [(𝑠 − 𝑑) . 𝐹 + 𝑑]+
1𝐶𝑏
+1
ℎ . 𝜋 . 𝑑𝑖} (20)
dengan UL adalah koefisien kerugian total (W/(m2.K)), s adalah jarak antar pipa (m), d
adalah diameter luar pipa (m), Cb adalah konduktansi perekat (W/(m.K)), h adalah
koefisien konveksi fluida (W/(m2.K)), dan di adalah diameter dalam pipa (m).
menghitung konduktansi perekat (Cb, W/(m.K)) menggunakan persamaan :
𝐶𝑏 = 𝑘 . 𝑏
𝑙 (21)
dengan b adalah panjang perekat (m) dan l adalah tebal perekat (m).
menghitung tahanan koefisien konveksi fluida (h, W/(m2.K)) menggunakan
persamaan:
ℎ = 𝑁𝑢
𝑘
𝑑𝑖 (22)
Perolehan panas sebuah kolektor surya lebih baik dinyatakan sebagai fungsi
dari temperatur masuk fluida (Ti). Dimana Ti selalu lebih kecil daripada temperatur
pelat yang menjadi dasar dari UL. Maka kerugian yang dihitung adalah terlalu rendah
dan perolehan panas terlalu besar. Faktor pelepasan panas adalah perbandingan antara
energi berguna yang dikumpulkan terhadap energi yang mungkin dikumpulkan,
apabila temperatur fluida sepanjang pipa adalah sama dengan temperatur masuk (lebih
dingin). Adapun faktor pelepasan panas (FR) dapat dihitung menggunakan persamaan:
𝐹𝑅
𝐹′=
𝑚 .̇ 𝐶𝑝
𝑈𝐿 . 𝐹′[1 − 𝑒𝑘𝑠𝑝 − (
𝑈𝐿 . 𝐹′
𝑚 .̇ 𝐶𝑝)] (23)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
dengan ṁ adalah laju aliran massa (kg/s), CP adalah panas jenis spesifik pada tekanan
konstan (kJ/kg.°C), UL adalah koefisien kerugian total (W/(m2.K)), F’ adalah faktor
efisiensi, dan eksp adalah fungsi eksponensial.
Efisiensi kolektor merupakan perbandingan antara energi bermanfaat yang
dihasilkan oleh kolektor melalui pemanasan air terhadap energi matahari yang diterima
oleh kolektor tersebut. Adapun efisiensi kolektor (Ƞ) dapat dihitung menggunakan
persamaan :
Ƞ = 𝐹𝑅 . (𝜏𝛼) − 𝐹𝑅 . 𝑈𝐿 . (𝑇𝑖 . 𝑇𝑎
𝐺𝑇) (24)
dengan FR adalah faktor pelepasan panas, τα adalah 0,80, UL adalah koefisien kerugian
total (W/(m2.K)), Ti adalah temperatur air masuk (°C), Ta adalah temperatur sekitar
(°C), dan GT adalah panas matahari yang diterima kolektor (W/m2). Efisiensi kolektor
dari kolektor surya bukanlah sebuah konstanta melainkan karakteristik dengan variabel
tinggi yang tergantung dari temperatur sekitar, tingkat panas matahari yang diterima
kolektor, dan temperatur air masuk.
Untuk menghasilkan model eksperimental dengan hasil yang lebih baik, maka
diperlukan sebuah simulasi matemastis. Simulasi ini dilakukan dengan cara membuat
persamaan matematis dan selanjutnya dibandingkan dengan hasil model eksperimental
yang telah dibuat sebelumnya. Adapun persamaan matematis untuk simulasi yaitu
sebagai berikut :
𝑚𝑠𝑐𝑠
𝑑𝑇𝑠
𝑑𝜃= 𝐴𝑐𝐹′[ (𝜏𝛼)𝐺𝑇(𝑚𝑎𝑘𝑠) sin 𝜔𝜃 − 𝑈𝐿(𝑇𝑠 − 𝑇𝑎)] − 𝑈𝑠𝐴𝑠(𝑇𝑠 − 𝑇𝑟) (25)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
dengan ms adalah volume air (kg.air), cs adalah Cp (kJ/(kg.K)), TS adalah temperatur
tangki (°C), ϴ adalah jam setelah matahari terbit, Ac adalah luas permukaan kolektor
(m2), F’ adalah faktor efisiensi, τα adalah 0,80, GT adalah panas matahari yang diterima
kolektor (W/m2), UL adalah koefisien kerugian total (W/(m2.K)), Ta adalah temperatur
sekitar sekitar (°C), As adalah luas permukaan bak (m2), dan Tr adalah temperatur
lingkungan dalam ruangan (°C).
2.3 Hipotesis
Hipotesis pada penelitian ini adalah :
1. Reflektor akan mempengaruhi unjuk kerja alat pemanas air energi surya.
2. Sudut reflektor akan mempengaruhi unjuk kerja alat pemanas air energi
surya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Metode yang digunakan pada penelitian ini menggunakan dua tahap yaitu (1)
pemodelan dan (2) simulasi. Metode penelitian ini diawali dengan studi literatur dari
jurnal pemanas air energi surya yang pernah dilakukan sebelumnya. Selain itu juga
dilakukan studi literatur tentang pemodelan dan simulasi pemanas air serta perpindahan
panas pada kolektor yang pernah dilakukan sebelumnya. Pada pemodelan ini, dibuat
sebuah alat pemanas air energi surya menggunakan kolektor tipe pipa paralel dengan
posisi tangki horizontal (Gambar 3.3). Setelah alat pemanas air energi surya selesai
dibuat, maka dilakukan sebuah pengujian. Pengujian yang dilakukan diantaranya yaitu
pengujian kebocoran bak penampung air dan pengujian kebocoran sirkulasi air dalam
pipa. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk memastikan bahwa tidak ada kebocoran
pada alat yang dibuat, sehingga debit aliran air dalam pipa tetap sama dan tidak adanya
pengaruh perubahan temperatur pada kolektor dan bak penampung air. Setelah
dilakukan pengujian kebocoran, maka langkah selanjutnya yaitu dilakukan uji coba
pengambilan data alat pemanas air. Tujuan dari uji coba pengambilan data ini yaitu
untuk mengecek seluruh sensor yang digunakan dalam parameter yang diukur apakah
terdapat error, mengecek aliran sirkulasi air dalam pipa dan mengecek kebocoran air
dalam sirkulasi aliran. Kemudian langkah selanjutnya yang dilakukan adalah proses
pengambilan data alat pemanas air energi surya dengan kolektor pipa paralel dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
menganalisis data. Pada pengambilan data alat pemanas air energi surya dengan
kolektor pipa paralel ini dilakukan setiap 10 detik selama delapan jam dalam satu hari
yang dimulai dari pukul 08.00 WIB sampai dengan pukul 16.00 WIB dengan
menggunakan sensor yang sudah dipasang pada alat sebelumnya. Pengambilan data ini
dilakukan secara berurutan mulai dari variasi pertama sampai dengan variasi kelima
dengan satu variasi dilakukan selama delapan jam dalam satu hari. Setelah
pengambilan data, langkah selanjutnya adalah pengolahan data dan penyusunan artikel
ilmiah. Data yang telah diolah sebelumnya selanjutnya dimasukkan kedalam artikel
seminar, yang kemudian dilakukan diseminasi seminar dari alat pemanas air energi
surya dengan kolektor pipa paralel. Artikel ilmiah tersebut selanjutnya diperbaiki dan
disempurnakan untuk kemudian disusun menjadi naskah tugas akhir. Langkah-langkah
dalam metode penelitian ini dapat dilihat lebih ringkas selanjutnya pada diagram alir
dibawah ini (Gambar 3.1).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
Gambar 3.1 Langkah-langkah penelitian
Penelitian dimulai
Pengadaan bahan penelitian dan pembuatan alat pemanas air
Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD
Pengujian dan perbaikan alat pemanas air
Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD
Uji coba pengambilan data alat pemanas air
Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD
Pengambilan data dan analisis data hasil penelitian
Lokasi : Lapangan Politeknik Mekatronika Sanata Dharma
Simulasi alat pemanas air
Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD
Variasi luasan reflektor dan
sudut reflektor
Lokasi : Lapangan PMSD
Penyusunan tugas akhir atau skripsi
Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD
Luaran : Artikel ilmiah dalam prosiding seminar dan
naskah tugas akhir
Penelitian selesai
Variasi belum selesai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
3.2 Langkah Penelitian
Penelitian ini akan dimulai dengan pembuatan alat dan berakhir dengan analisis
data. Secara terinci langkah-langkah penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Membuat alat pemanas air energi surya dengan kolektor pipa paralel dan
reflektor.
2. Menyiapkan alat pemanas air energi surya dan reflektor.
3. Mengatur alat pemanas air energi surya tanpa penambahan reflektor.
4. Mengatur kemiringan reflektor dengan sudut sebesar 45° dan mengatur
variasi luasan reflektor 0,95 m2.
5. Mengatur kemiringan reflektor dengan sudut sebesar 45° dan mengatur
variasi luasan reflektor 1,35 m2.
6. Mengatur kemiringan reflektor dengan sudut sebesar 30° dan mengatur
variasi luasan reflektor 1,5 m2.
7. Mengatur kemiringan reflektor dengan sudut sebesar 60° dan mengatur
variasi luasan reflektor 1,1 m2.
8. Melakukan analisis data menggunakan persamaan (1) sampai dengan (34).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
3.3 Skema dan Spesifikasi Alat
Gambar 3.2 Skema Alat Pemanas Air Energi Surya
Dinding dan alas kolektor alat pemanas air energi surya terbuat dari bahan
multiplek dengan ketebalan 0,024 m. Adapun kolektor tersebut memiliki panjang 0,8
m x 0,6 m dengan luasan kolektor (Ac) sebesar 0,48 m. Dinding kolektor dilapisi karet
dengan ketebalan 0,005 m. Sirip pada kolektor menggunakan pelat tembaga dengan
ketebalan 0,2 mm. Pipa tembaga yang terdapat pada kolektor mempunyai diameter luar
pipa sebesar 0,0127 m dengan jumlah 10. Jarak antar pipa (s) tembaga tersebut adalah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
sebesar 0,04 m. Kemudian kolektor tersebut ditutup dengan kaca yang mempunyai
ketebalan sebesar 0,005 m. Kolektor tersebut memiliki kemiringan sebesar 30°.
Gambar 3.3 Alat Pemanas Air Energi Surya
Bak penampungan air pada alat pemanas air energi surya terbuat dari bahan
multiplek dengan ketebalan 0,024 m. Bak penampungan air memiliki panjang 0,65 m,
lebar 0,40 m, dan tinggi 0,41 m. Bak penampungan air tersebut bagian dalamnya
dilapisi karet dengan ketebalan 0,005 m. Dengan luasan bak penampungan air (As)
sebesar 1,4 m2 , bak tersebut mempunyai daya tampung air sebesar 89 liter. Pada bagian
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
sisi kiri bak penampungan air tersebut diberi lubang sebanyak tiga buah. Dimana
lubang bagian bawah digunakan sebagai suplai air dingin, pada bagian tengah berisi
sensor temperatur bak, dan pada bagian atas digunakan sebagai lubang untuk
mengalirkan hasil air panas. Lubang bagian bawah bak penampungan air
disambungkan dengan lubang bagian bawah kolektor menggunakan pipa saluran air.
Sedangkan lubang bagian atas dari bak penampungan air disambungkan dengan lubang
bagian atas kolektor menggunakan pipa saluran air.
Gambar 3.4 Alat Pemanas Air Energi Surya Menggunakan Reflektor
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
3.4 Variabel yang Divariasikan
Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah bukaan luasan reflektor pada
sudut 45° (tanpa reflektor, dengan luasan reflektor 0,95 m2, dan dengan luasan reflektor
1,35 m2) dan sudut reflektor (30° dengan luasan reflektor 1,5 m2 , 45° dengan luasan
reflektor 1,35 m2, dan 60° dengan luasan reflektor 1,1 m2).
Untuk mengetahui pengaruh luasan reflektor terhadap efisiensi kolektor,
dilakukan penelitian dengan variasi sebagai berikut :
1. Variasi 1 adalah variasi tanpa menggunakan reflektor.
2. Variasi 2 adalah variasi menggunakan reflektor dengan luasan reflektor
0,95 m2 pada sudut 45°.
3. Variasi 3 adalah variasi menggunakan reflektor dengan luasan reflektor
1,35 m2 pada sudut 45°.
Untuk mengetahui pengaruh sudut reflektor terhadap efisiensi kolektor,
dilakukan penelitian dengan variasi sebagai berikut :
1. Variasi 4 adalah variasi menggunakan reflektor dengan luasan reflektor
1,5 m2 pada sudut 30°.
2. Variasi 5 adalah variasi menggunakan reflektor dengan luasan reflektor
1,1 m2 pada sudut 60°.
3.5 Parameter yang Diukur
Parameter yang diukur pada penelitian ini antara lain :
1. Temperatur air masuk kolektor (Tin1)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
2. Temperatur air keluar kolektor (Tout1)
3. Temperatur air masuk bak (Tin2)
4. Temperatur air keluar bak (Tout2)
5. Temperatur air tengah bak (Tbak)
6. Temperatur sekitar (Ta)
7. Temperatur kolektor (Tp)
8. Temperatur kaca (Tc)
9. Energi matahari yang diterima (G)
3.6 Alat Ukur yang Digunakan
Alat pendukung yang digunakan dalam pengambilan data pada penelitian ini
antara lain sebagai berikut :
1. Microcontroller Arduino merupakan salah satu alat yang digunakan selama
proses pengambilan data pada penelitian ini. Microcontroller Arduino
berfungsi untuk menangkap sinyal yang berasal dari sensor yang telah
dipasang pada alat pemanas air.
2. Sensor temperatur merupakan alat yang berfungsi untuk mengukur seluruh
temperatur parameter yang diukur pada penelitian.
3. Solar meter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besarnya radiasi
surya yang diterima dalam satuan Watt/m2.
4. Busur derajat merupakan alat yang digunakan untuk mengukur sudut dari
variasi penggunaan tambahan reflektor.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
3.7 Langkah Analisis Data
Langkah analisis data pada penelitian ini dibagi menjadi 3 yaitu :
1. Analisis pengaruh luas kolektor terhadap efisiensi kolektor pada variasi 1,
variasi 2, dan variasi 3.
2. Analisa pengaruh sudut reflektor terhadap efisiensi kolektor pada variasi 3,
variasi 4, dan variasi 5.
3. Perbandingan simulasi dengan eksperimen pada variasi 1, variasi 2, variasi 3,
variasi 4, dan variasi 5.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
Berikut ini merupakan data yang diperoleh selama penelitian. Data hasil
penelitian ini selanjutnya ditampilkan dalam rata-rata tiap jam dalam masing-masing
variasi.
Tabel 4.1 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 1
Jam Tin1 Tout1 Tin2 Tout2 Tbak Ta Tp Tc RH G
°C °C °C °C °C °C °C °C % W/m2
8 32.44 42.03 40.65 27.72 28.51 33.29 43.00 42.48 89.16 358.14
9 30.66 43.34 43.76 27.90 29.97 36.62 49.03 49.31 82.51 483.60
10 30.70 44.99 46.03 28.80 33.03 36.42 55.34 49.43 76.24 566.89
11 32.28 48.12 49.40 30.32 36.79 37.02 51.27 47.23 68.90 664.64
12 32.30 43.31 44.07 31.62 39.70 34.09 43.46 42.23 69.83 298.86
13 32.97 40.68 41.40 32.68 41.24 32.51 41.40 37.23 73.30 242.66
14 34.54 42.57 43.42 34.42 43.57 33.54 43.02 39.32 68.94 250.21
15 32.28 36.79 37.19 33.96 41.78 30.54 37.96 32.92 80.47 64.83
16 30.57 31.49 39.14 31.09 40.88 29.41 36.57 31.21 82.82 39.19
Rata-
rata 32.08 41.48 42.78 30.95 37.28 33.72 44.56 41.26 76.91 329.89
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
Tabel 4.2 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 2
Jam Tin1 Tout1 Tin2 Tout2 Tbak Ta Tp Tc RH G
°C °C °C °C °C °C °C °C % W/m2
8 27.03 38.94 39.95 26.61 28.08 35.04 40.92 40.66 94.40 344.28
9 28.01 43.23 44.89 27.49 29.76 37.77 46.28 46.16 86.86 474.29
10 29.31 46.01 47.87 28.69 33.33 36.79 49.70 48.43 80.84 575.97
11 30.11 43.43 44.64 29.75 36.18 35.56 44.68 44.43 75.11 387.99
12 31.27 43.49 44.56 31.20 39.10 36.17 44.37 43.14 71.27 365.56
13 32.82 41.95 42.71 32.79 41.52 34.52 41.51 39.34 71.07 261.91
14 32.57 38.65 38.92 33.16 41.40 31.84 38.96 35.06 77.41 125.34
15 29.64 30.62 37.12 30.01 39.89 28.74 35.35 29.72 94.16 49.92
16 29.77 29.25 37.88 29.03 39.50 28.55 33.92 28.97 94.08 37.78
Rata-
rata 30.06 39.51 42.06 29.86 36.53 33.89 41.74 39.55 82.80 291.45
Tabel 4.3 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 3
Jam Tin1 Tout1 Tin2 Tout2 Tbak Ta Tp Tc RH G
°C °C °C °C °C °C °C °C % W/m2
8 26.90 34.18 34.85 26.68 27.99 30.64 35.53 33.52 95.14 222.90
9 27.58 37.74 38.80 27.22 29.02 33.41 39.65 37.80 87.09 333.84
10 28.67 43.90 45.70 28.18 31.35 36.30 47.67 46.38 81.26 557.75
11 29.69 45.05 46.76 29.23 33.86 36.21 48.34 47.88 75.86 548.65
12 30.88 46.78 48.07 30.91 37.29 37.42 49.13 48.79 70.21 539.43
13 31.87 43.33 44.36 31.93 40.18 35.18 43.90 44.01 68.34 320.05
14 30.83 36.37 36.88 31.63 40.23 30.23 36.98 33.67 81.89 78.49
15 28.78 28.83 37.43 28.64 39.03 27.96 36.18 30.27 90.40 56.40
16 28.82 28.14 37.77 28.14 38.63 27.34 34.18 29.14 94.14 34.75
Rata-
rata 29.34 38.26 41.18 29.17 35.29 32.74 41.29 39.05 82.70 299.14
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Tabel 4.4 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 4
Jam Tin1 Tout1 Tin2 Tout2 Tbak Ta Tp Tc RH G
°C °C °C °C °C °C °C °C % W/m2
8 25.96 31.63 31.94 25.81 26.47 28.91 38.38 30.84 99.89 196.85
9 26.61 35.22 36.17 26.27 28.18 29.44 36.65 33.40 94.50 254.55
10 27.17 36.57 37.47 26.71 29.07 30.79 37.83 34.60 89.49 307.13
11 27.81 38.06 39.14 27.34 30.77 32.14 39.45 36.93 83.02 351.12
12 28.04 35.74 36.54 27.75 31.67 31.17 36.42 34.30 82.60 221.51
13 28.39 35.23 35.92 28.24 32.32 31.04 36.00 33.44 85.00 205.56
14 29.03 36.38 37.04 28.97 33.81 31.24 36.99 34.74 81.91 218.57
15 29.27 35.01 35.46 29.35 34.03 29.89 34.95 32.57 83.40 129.29
16 29.03 33.02 33.08 29.37 33.47 28.41 32.79 29.93 89.17 68.19
Rata-
rata 27.92 35.21 35.86 27.76 31.09 30.33 36.61 33.42 87.67 216.98
Tabel 4.5 Data rata-rata tiap jam alat pemanas air energi surya pada variasi 5
Jam Tin1 Tout1 Tin2 Tout2 Tbak Ta Tp Tc RH G
°C °C °C °C °C °C °C °C % W/m2
8 24.97 29.71 30.21 24.95 25.46 26.65 30.40 26.78 99.90 312.72
9 25.99 35.92 37.46 25.69 27.18 30.95 39.15 36.87 98.04 374.93
10 27.04 41.23 43.35 26.59 29.48 33.46 45.58 45.42 90.02 435.97
11 28.07 45.29 47.01 27.50 31.30 33.97 49.35 48.75 85.24 567.49
12 29.61 44.71 46.37 29.02 34.68 33.44 47.85 47.01 78.02 465.26
13 30.77 42.15 43.19 30.23 38.98 33.24 41.15 41.93 69.71 341.71
14 31.05 37.66 38.13 30.91 40.31 31.10 36.64 34.62 71.85 136.43
15 31.42 35.96 36.16 31.48 39.94 30.35 35.99 32.27 74.87 72.25
16 31.63 33.79 36.19 31.56 39.91 29.30 34.71 30.09 74.60 48.48
Rata-
rata 28.95 38.49 39.78 28.66 34.14 31.38 40.09 38.19 82.47 306.14
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
4.2 Hasil Penelitian
Berdasarkan data yang telah diperoleh, maka dapat dilakukan perhitungan untuk
mencari efisiensi sirip, faktor efisiensi, faktor pelepasan panas, dan efisiensi kolektor
alat pemanas air energi surya. Sebagai contoh perhitungan efisiensi sirip digunakan
hasil data pada Tabel 4.1 dengan menggunakan persamaan 6, maka efisiensi sirip dapat
dihitung menggunakan langkah-langkah sebagai berikut :
Menghitung temperatur rata-rata (Tm), dengan Tp adalah temperatur pelat dan Tc
adalah temperature kolektor dalam satuan kelvin menggunakan persamaan (13).
𝑇𝑚 = 316,00 + 315,48
2= 315,74 K
Menghitung Φ1 menggunakan persamaan (10).
Φ1 = 137
(315,74 + 200)13 𝑥 315,74
12
= 0,98
Menghitung Φ2 menggunakan persamaan (11).
Φ2 = 316,00 − 315,48
50= 0,01
Menghitung Φ3 menggunakan persamaan (12).
Φ3 = 1428 (315,74 + 200)
23
315,742= 0.94
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Menghitung nilai zΦ2Φ3, dengan z merupakan jarak antara pelat penyerap dengan
penutup kaca diperoleh hasil zΦ2Φ3 = 3 x 0,01 x 0.94 = 0,03
Menentukan nilai hi/Φ1Φ2, dengan sudut β = 30° menggunakan grafik koefisien
konveksi alam hi dalam celah udara sebagai fungsi jarak celah z, dengan sudut
kemiringan β sebagai parameter didapatkan nilai hi/Φ1Φ2 sebesar 7
Menghitung koefisien konveksi (alam) dalam (hi), dengan nilai h1/Φ1Φ2 = 7
menggunakan persamaan (9).
hi = 7 x 0,98 x 0,01 = 0,07 W/(m2.K)
Menghitung koefisien radiasi (ekivalen) dalam (hri), dengan nilai εp = 0,1 dan nilai εc =
0,88 menggunakan persamaan (14).
ℎ𝑟𝑖 = 5,67𝑥10−8(316,004 − 315,484)
(1
0,1 +1
0,88 − 1) (316,00 − 315,48)= 50,50 W/(m2. K)
Menghitung tahanan termal dari kaca menggunakan persamaan (15).
𝑅 = 0,005
1,05= 0,00476 m. K/W
Menghitung koefisien konveksi luar (ho) menggunakan persamaan (16).
ℎ𝑜 = 5,7 + 3,8 x 5 = 24,37 W/(m2.K)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Menghitung Tlangit menggunakan persamaan (18).
𝑇𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑡 = 0,0552 (33,2932) = 295,89 K
Menghitung koefisien radiasi (ekivalen) luar (hro) menggunakan persamaan (17).
ℎ𝑟𝑜 = 0,88 𝑥 0,2 (315,484 − 295,894)
315,48 − 295,89= 5,71 W/(m2. K)
Menghitung koefisien kerugian atas (Ut) menggunakan persamaan (8).
1
𝑈𝑡=
1
0,07 + 50,50+ 0,00476 +
1
24,37 + 5,71= 70,42
𝑈𝑡 =1
70,42= 0,01 W/(m2. K)
Menghitung harga R untuk isolasi menggunakan persamaan (15).
𝑅𝑖𝑠𝑜𝑙𝑎𝑠𝑖 =0,024
0,16= 0,15
Menghitung koefisien kerugian bawah (Ub) menggunakan persamaan (19).
𝑈𝑏 =1
0,15= 6,67 W/(m2. K)
Menghitung koefisien kerugian total (UL) menggunakan persamaan (7).
𝑈𝐿 = 6,67 + 0,01 = 6,68 W/(m2.K)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Menghitung efisiensi sirip (F)
Maka dari perhitungan-perhitungan diatas, selanjutnya menggunakan persamaan (6)
dapat dihitung efisiensi sirip (F) sebagai berikut :
𝐹 =
tanh [√6,68
1,05 . 0,2(
0,041 − 0,01172 )]
√6,68
1,05 . 0,2(
0,041 − 0,01172 )
= 0,998
Untuk selanjutnya perhitungan efisiensi sirip (F) keempat variasi yang lain
digunakan cara perhitungan yang sama seperti pada contoh diatas. Maka, hasil
perhitungan keseluruhan dari kelima variasi dapat dilihat pada Tabel 4.6 sampai
dengan Tabel 4.20 dibawah ini.
Tabel 4.6 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 1
Jam Tp Tc Tm
Φ1 Φ2 Φ3 zΦ2Φ3 hi/Φ1Φ2 K K K
8 316.00 315.48 315.74 0.98 0.01 0.94 0.03 7.0
9 322.03 322.31 322.17 0.97 -0.01 0.91 -0.02 7.0
10 328.34 322.43 325.38 0.96 0.12 0.90 0.32 6.0
11 324.27 320.23 322.25 0.97 0.08 0.91 0.22 6.6
12 316.46 315.23 315.84 0.98 0.02 0.94 0.07 7.0
13 314.40 310.23 312.31 0.99 0.08 0.96 0.24 6.5
14 316.02 312.32 314.17 0.99 0.07 0.95 0.21 6.6
15 310.96 305.92 308.44 1.00 0.10 0.98 0.30 6.2
16 309.57 304.21 306.89 1.00 0.11 0.98 0.32 6.0
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Tabel 4.7 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 1
Jam hi hri R ho Tlangit hro
W/(m2.K) W/(m2.K) m.K/W W/(m2.K) K W/(m2.K)
8 0.07 50.50 0.00476 24.37 295.89 5.71
9 -0.04 137.89 0.00476 24.37 300.74 6.04
10 0.68 1.55 0.00476 24.37 300.44 6.04
11 0.52 0.17 0.00476 24.37 301.31 6.00
12 0.17 0.14 0.00476 24.37 297.05 5.73
13 0.54 0.63 0.00476 24.37 294.76 5.53
14 0.48 -8.79 0.00476 24.37 296.26 5.63
15 0.62 -6.66 0.00476 24.37 291.92 5.33
16 0.64 -6.56 0.00476 24.37 290.30 5.24
Tabel 4.8 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 1
Jam 1/Ut Ut
R Ub UL
F W/(m2.K) W/(m2.K) W/(m2.K)
8 70.42 0.01 0.15 6.67 6.68 0.998
9 117.23 0.01 0.15 6.67 6.68 0.998
10 9.10 0.11 0.15 6.67 6.78 0.998
11 8.15 0.12 0.15 6.67 6.79 0.998
12 11.80 0.08 0.15 6.67 6.75 0.998
13 8.07 0.12 0.15 6.67 6.79 0.998
14 -1.04 -0.96 0.15 6.67 5.71 0.998
15 0.33 3.06 0.15 6.67 9.72 0.997
16 0.29 3.47 0.15 6.67 10.13 0.997
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Tabel 4.9 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 2
Jam Tp Tc Tm
Φ1 Φ2 Φ3 zΦ2Φ3 hi/Φ1Φ2 K K K
8 313.92 313.66 313.79 0.99 0.01 0.95 0.01 7,0
9 319.28 319.16 319.22 0.97 0.00 0.92 0.01 7,0
10 322.70 321.43 322.07 0.97 0.03 0.91 0.07 7,0
11 317.68 317.43 317.56 0.98 0.01 0.93 0.01 7,0
12 317.37 316.14 316.75 0.98 0.02 0.94 0.07 7,0
13 314.51 312.34 313.43 0.99 0.04 0.95 0.12 6.9
14 311.96 308.06 310.01 0.99 0.08 0.97 0.23 6.8
15 308.35 302.72 305.53 1.00 0.11 0.99 0.33 6,0
16 306.92 301.97 304.45 1.01 0.10 1.00 0.30 6.2
Tabel 4.10 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 2
Jam hi hri R ho Tlangit hro
W/(m2.K) W/(m2.K) m.K/W W/(m2.K) K W/(m2.K)
8 0.04 49.57 0.00476 24.37 298.44 5.72
9 0.02 134.14 0.00476 24.37 302.41 6.00
10 0.17 1.50 0.00476 24.37 300.99 6.02
11 0.03 0.16 0.00476 24.37 299.20 5.85
12 0.17 0.14 0.00476 24.37 300.07 5.84
13 0.30 0.64 0.00476 24.37 297.67 5.67
14 0.53 -8.45 0.00476 24.37 293.80 5.44
15 0.68 -6.47 0.00476 24.37 289.33 5.18
16 0.62 -6.40 0.00476 24.37 289.05 5.15
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Tabel 4.11 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 2
Jam 1/Ut Ut
R Ub UL
F W/(m2.K) W/(m2.K) W/(m2.K)
8 83.14 0.01 0.15 6.67 6.68 0.998
9 199.56 0.01 0.15 6.67 6.67 0.998
10 13.40 0.07 0.15 6.67 6.74 0.998
11 35.29 0.03 0.15 6.67 6.70 0.998
12 11.95 0.08 0.15 6.67 6.75 0.998
13 9.74 0.10 0.15 6.67 6.77 0.998
14 -1.06 -0.94 0.15 6.67 5.72 0.998
15 0.23 4.35 0.15 6.67 11.02 0.996
16 0.42 2.40 0.15 6.67 9.07 0.997
Tabel 4.12 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 3
Jam Tp Tc Tm
Φ1 Φ2 Φ3 zΦ2Φ3 hi/Φ1Φ2 K K K
8 308.53 306.52 307.53 1.00 0.04 0.98 0.12 6.9
9 312.65 310.80 311.73 0.99 0.04 0.96 0.11 6.9
10 320.67 319.38 320.03 0.97 0.03 0.92 0.07 7,0
11 321.34 320.88 321.11 0.97 0.01 0.92 0.03 7,0
12 322.13 321.79 321.96 0.97 0.01 0.91 0.02 7,0
13 316.90 317.01 316.95 0.98 0.00 0.93 -0.01 7,0
14 309.98 306.67 308.32 1.00 0.07 0.98 0.19 6.5
15 309.18 303.27 306.22 1.00 0.12 0.99 0.35 5.8
16 307.18 302.14 304.66 1.01 0.10 1.00 0.30 6.2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Tabel 4.13 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 3
Jam hi hri R ho Tlangit hro
W/(m2.K) W/(m2.K) m.K/W W/(m2.K) K W/(m2.K)
8 0.28 46.66 0.00476 24.37 292.06 5.35
9 0.25 124.91 0.00476 24.37 296.08 5.58
10 0.18 1.47 0.00476 24.37 300.26 5.94
11 0.06 0.17 0.00476 24.37 300.13 5.98
12 0.05 0.15 0.00476 24.37 301.90 6.06
13 -0.01 0.66 0.00476 24.37 298.64 5.83
14 0.43 -8.31 0.00476 24.37 291.47 5.34
15 0.69 -6.51 0.00476 24.37 288.20 5.17
16 0.63 -6.41 0.00476 24.37 287.31 5.11
Tabel 4.14 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 3
Jam 1/Ut Ut
R Ub UL
F W/(m2.K) W/(m2.K) W/(m2.K)
8 55.67 0.02 0.15 6.67 6.68 0.998
9 134.48 0.01 0.15 6.67 6.67 0.998
10 13.16 0.08 0.15 6.67 6.74 0.998
11 22.31 0.04 0.15 6.67 6.71 0.998
12 27.70 0.04 0.15 6.67 6.70 0.998
13 -62.26 -0.02 0.15 6.67 6.65 0.998
14 -0.59 -1.68 0.15 6.67 4.99 0.998
15 0.15 6.65 0.15 6.67 13.31 0.995
16 0.33 3.01 0.15 6.67 9.67 0.997
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
Tabel 4.15 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 4
Jam Tp Tc Tm
Φ1 Φ2 Φ3 zΦ2Φ3 hi/Φ1Φ2 K K K
8 311.38 303.84 307.61 1.00 0.15 0.98 0.44 5.3
9 309.65 306.40 308.02 1.00 0.06 0.98 0.19 6.5
10 310.83 307.60 309.21 1.00 0.06 0.97 0.19 6.5
11 312.45 309.93 311.19 0.99 0.05 0.96 0.15 6.8
12 309.42 307.30 308.36 1.00 0.04 0.98 0.12 6.9
13 309.00 306.44 307.72 1.00 0.05 0.98 0.15 6.8
14 309.99 307.74 308.86 1.00 0.04 0.97 0.13 6.9
15 307.95 305.57 306.76 1.00 0.05 0.98 0.14 6.9
16 305.79 302.93 304.36 1.01 0.06 1.00 0.17 6.7
Tabel 4.16 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 4
Jam hi hri R ho Tlangit hro
W/(m2.K) W/(m2.K) m.K/W W/(m2.K) K W/(m2.K)
8 0.80 46.71 0.00476 24.37 289.57 5.22
9 0.42 120.52 0.00476 24.37 290.33 5.31
10 0.42 1.33 0.00476 24.37 292.28 5.39
11 0.34 0.15 0.00476 24.37 294.23 5.51
12 0.29 0.13 0.00476 24.37 292.83 5.40
13 0.35 0.61 0.00476 24.37 292.64 5.37
14 0.31 -8.35 0.00476 24.37 292.93 5.41
15 0.33 -6.55 0.00476 24.37 290.98 5.30
16 0.39 -6.39 0.00476 24.37 288.85 5.17
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
Tabel 4.17 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 4
Jam 1/Ut Ut
R Ub UL
F W/(m2.K) W/(m2.K) W/(m2.K)
8 53.22 0.02 0.15 6.67 6.69 0.998
9 128.24 0.01 0.15 6.67 6.67 0.998
10 9.15 0.11 0.15 6.67 6.78 0.998
11 8.65 0.12 0.15 6.67 6.78 0.998
12 8.99 0.11 0.15 6.67 6.78 0.998
13 8.90 0.11 0.15 6.67 6.78 0.998
14 0.34 2.91 0.15 6.67 9.58 0.997
15 1.85 0.54 0.15 6.67 7.21 0.998
16 1.42 0.71 0.15 6.67 7.37 0.997
Tabel 4.18 Hasil perhitungan Φ1, Φ2, Φ3, dan zΦ2Φ3 pada variasi 5
Jam Tp Tc Tm
Φ1 Φ2 Φ3 zΦ2Φ3 hi/Φ1Φ2 K K K
8 303.40 299.78 301.59 1.01 0.07 1.01 0.22 6.6
9 312.15 309.87 311.01 0.99 0.05 0.96 0.13 6.9
10 318.58 318.42 318.50 0.98 0.00 0.93 0.01 7,0
11 322.35 321.75 322.05 0.97 0.01 0.91 0.03 7,0
12 320.85 320.01 320.43 0.97 0.02 0.92 0.05 7,0
13 314.15 314.93 314.54 0.98 -0.02 0.95 -0.04 7,0
14 309.64 307.62 308.63 1.00 0.04 0.98 0.12 6.9
15 308.99 305.27 307.13 1.00 0.07 0.98 0.22 6.6
16 307.71 303.09 305.40 1.00 0.09 0.99 0.28 6.3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Tabel 4.19 Hasil perhitungan hi, hri, R, ho, dan hro pada variasi 5
Jam hi hri R ho Tlangit hro
W/(m2.K) W/(m2.K) m.K/W W/(m2.K) K W/(m2.K)
8 0.49 44.01 0.00476 24.37 286.33 5.03
9 0.31 124.06 0.00476 24.37 292.51 5.46
10 0.02 1.45 0.00476 24.37 296.14 5.80
11 0.08 0.17 0.00476 24.37 296.88 5.92
12 0.11 0.14 0.00476 24.37 296.12 5.84
13 -0.11 0.65 0.00476 24.37 295.83 5.69
14 0.28 -8.33 0.00476 24.37 292.72 5.40
15 0.49 -6.57 0.00476 24.37 291.64 5.31
16 0.59 -6.46 0.00476 24.37 290.14 5.21
Tabel 4.20 Hasil perhitungan efisiensi sirip pada variasi 5
Jam 1/Ut Ut
R Ub UL
F W/(m2.K) W/(m2.K) W/(m2.K)
8 51.14 0.02 0.15 6.67 6.69 0.998
9 132.76 0.01 0.15 6.67 6.67 0.998
10 53.31 0.02 0.15 6.67 6.69 0.998
11 18.40 0.05 0.15 6.67 6.72 0.998
12 14.79 0.07 0.15 6.67 6.73 0.998
13 -2.93 -0.34 0.15 6.67 6.32 0.998
14 0.71 1.41 0.15 6.67 8.08 0.997
15 0.82 1.22 0.15 6.67 7.89 0.997
16 0.50 1.99 0.15 6.67 8.65 0.997
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Kemudian setelah didapatkan hasil dari efisiensi sirip (F), maka langkah
selanjutnya adalah menghitung faktor efisiensi dari alat pemanas air energi surya.
Sebagai contoh perhitungan faktor efisiensi digunakan hasil data pada Tabel 4.1 dan
menggunakan efisiensi sirip pada Tabel 4.8. Dengan menggunakan persamaan (23),
maka selanjutnya faktor efisiensi dapat dihitung menggunakan langkah-langkah
sebagai berikut :
Menghitung konduktansi perekat (Cb) menggunakan persamaan (25).
𝐶𝑏 = 385 𝑥 12,7
0,10= 48895 W/(m2. K)
Menghitung bilangan Reynolds (Re) menggunakan persamaan (3).
𝑅𝑒 =4 𝑥 0,0000139
𝜋 𝑥 0,0127 𝑥 0,000616= 2,26
Menghitung bilangan Prandtl (Pr) menggunakan persamaan (4).
𝑃𝑟 =4174 𝑥 0,000616
0,637= 4,04
Menentukan bilangan Nusselt, dengan melihat grafik bilangan Nusselt rata-rata dalam
pipa pendek untuk berbagai bilangan Prandtl dalam lampiran maka ditentukanlah nilai
dari bilangan Nusselt sebesar 3,7.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
Menghitung koefisien konveksi fluida (h) menggunakan persamaan (26).
ℎ = 3,7 𝑥0,637
0,0127= 185,58 W/m2. K
Menghitung Faktor Efisiensi (F’)
Selanjutnya faktor efisiensi (F’) dapat dihitung menggunakan persamaan (23).
𝐹′ =0,150
0,041{3,657 + 0,00002 + 0,1350001}= 0,96
Untuk selanjutnya perhitungan faktor efisiensi (F’) keempat variasi yang lain
digunakan cara perhitungan yang sama seperti pada contoh diatas. Maka, hasil
perhitungan keseluruhan dari kelima variasi dapat dilihat pada Tabel 4.21 sampai
dengan Tabel 4.30 dibawah ini.
Tabel 4.21 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 1
Jam 1/UL[F(s-d)+d] Cb 1/Cb
Re Pr RePrdi/L m.K/W W/(m2.K) m.K/W
8 3.66 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
9 3.66 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
10 3.61 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
11 3.60 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
12 3.62 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
13 3.60 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
14 4.28 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
15 2.51 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
16 2.41 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Tabel 4.22 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 1
Jam h 1/hπdi
1/UL F' W/(m2.K) m.K/W
8 185.58 0.14 0.15 0.96
9 185.58 0.14 0.15 0.96
10 185.58 0.14 0.15 0.96
11 185.58 0.14 0.15 0.96
12 185.58 0.14 0.15 0.96
13 185.58 0.14 0.15 0.96
14 185.58 0.14 0.18 0.97
15 185.58 0.14 0.10 0.95
16 185.58 0.14 0.10 0.94
Tabel 4.23 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 2
Jam 1/UL[F(s-d)+d] Cb 1/Cb
Re Pr RePrdi/L m.K/W W/(m2.K) m.K/W
8 3.66 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
9 3.66 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
10 3.62 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
11 3.65 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
12 3.62 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
13 3.61 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
14 4.27 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
15 2.22 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
16 2.70 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Tabel 4.24 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 2
Jam h 1/hπdi
1/UL F' W/(m2.K) m.K/W
8 185.58 0.14 0.15 0.96
9 185.58 0.14 0.15 0.96
10 185.58 0.14 0.15 0.96
11 185.58 0.14 0.15 0.96
12 185.58 0.14 0.15 0.96
13 185.58 0.14 0.15 0.96
14 185.58 0.14 0.17 0.97
15 185.58 0.14 0.09 0.94
16 185.58 0.14 0.11 0.95
Tabel 4.25 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 3
Jam 1/UL[F(s-d)+d] Cb 1/Cb
Re Pr RePrdi/L m.K/W W/(m2.K) m.K/W
8 3.65 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
9 3.66 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
10 3.62 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
11 3.64 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
12 3.64 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
13 3.67 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
14 4.90 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
15 1.84 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
16 2.53 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
Tabel 4.26 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 3
Jam h 1/hπdi
1/UL F' W/(m2.K) m.K/W
8 185.58 0.14 0.15 0.96
9 185.58 0.14 0.15 0.96
10 185.58 0.14 0.15 0.96
11 185.58 0.14 0.15 0.96
12 185.58 0.14 0.15 0.96
13 185.58 0.14 0.15 0.96
14 185.58 0.14 0.20 0.97
15 185.58 0.14 0.08 0.93
16 185.58 0.14 0.10 0.95
Tabel 4.27 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 4
Jam 1/UL[F(s-d)+d] Cb 1/Cb
Re Pr RePrdi/L m.K/W W/(m2.K) m.K/W
8 3.65 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
9 3.66 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
10 3.61 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
11 3.60 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
12 3.60 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
13 3.60 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
14 2.55 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
15 3.39 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
16 3.31 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Tabel 4.28 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 4
Jam h 1/hπdi
1/UL F' W/(m2.K) m.K/W
8 185.58 0.14 0.15 0.96
9 185.58 0.14 0.15 0.96
10 185.58 0.14 0.15 0.96
11 185.58 0.14 0.15 0.96
12 185.58 0.14 0.15 0.96
13 185.58 0.14 0.15 0.96
14 185.58 0.14 0.10 0.95
15 185.58 0.14 0.14 0.96
16 185.58 0.14 0.14 0.96
Tabel 4.29 Hasil perhitungan 1/UL[F(s-d)+d], Cb, Re, Pr dan RePrdi/L pada variasi 5
Jam 1/UL[F(s-d)+d] Cb 1/Cb
Re Pr RePrdi/L m.K/W W/(m2.K) m.K/W
8 3.65 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
9 3.66 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
10 3.65 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
11 3.63 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
12 3.63 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
13 3.86 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
14 3.02 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
15 3.10 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
16 2.83 48895 0.00002 2.26 4.04 0.15
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
Tabel 4.30 Hasil perhitungan faktor efisiensi pada variasi 5
Jam h 1/hπdi
1/UL F' W/(m2.K) m.K/W
8 185.58 0.14 0.15 0.96
9 185.58 0.14 0.15 0.96
10 185.58 0.14 0.15 0.96
11 185.58 0.14 0.15 0.96
12 185.58 0.14 0.15 0.96
13 185.58 0.14 0.16 0.96
14 185.58 0.14 0.12 0.96
15 185.58 0.14 0.13 0.96
16 185.58 0.14 0.12 0.95
Kemudian setelah didapatkan hasil dari faktor efisiensi (F’), maka langkah
selanjutnya adalah menghitung faktor pelepasan panas dari alat pemanas air energi
surya. Sebagai contoh perhitungan faktor pelepasan panas digunakan hasil data pada
Tabel 4.1, efisiensi sirip pada Tabel 4.8 dan menggunakan faktor efisiensi pada Tabel
4.22. Dengan menggunakan persamaan (30), maka selanjutnya faktor pelepasan panas
dapat dihitung menggunakan langkah-langkah sebagai berikut :
Menghitung 𝐹𝑅
𝐹′ menggunakan persamaan (29)
𝐹𝑅
𝐹′=
0,05 𝑥 4174
6,68 𝑥 0,96 [1 − 𝑒𝑘𝑠𝑝 − (
6,68 𝑥 0,96
0,05 𝑥 4174)] = 0,98
𝐹𝑅 = 0,96 𝑥 0,98 = 0,95
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Untuk selanjutnya perhitungan faktor pelepasan panas (FR) keempat variasi
yang lain digunakan cara perhitungan yang sama seperti pada contoh diatas. Maka,
hasil perhitungan keseluruhan dari kelima variasi dapat dilihat pada Tabel 4.31 sampai
dengan Tabel 4.35 dibawah ini.
Tabel 4.31 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 1
Jam ṁ Cp UL
F' FR/F' FR Liter/Jam J/(Kg.°C) W/(m2.K)
8 0.05 4174 6.68 0.96 0.98 0.95
9 0.05 4174 6.68 0.96 0.98 0.95
10 0.05 4174 6.78 0.96 0.98 0.95
11 0.05 4174 6.79 0.96 0.98 0.95
12 0.05 4174 6.75 0.96 0.98 0.95
13 0.05 4174 6.79 0.96 0.98 0.95
14 0.05 4174 5.71 0.97 0.99 0.96
15 0.05 4174 9.72 0.95 0.98 0.93
16 0.05 4174 10.13 0.94 0.98 0.92
Tabel 4.32 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 2
Jam ṁ Cp UL
F' FR/F' FR Liter/Jam J/(kg.°C) W/(m2.K)
8 0.05 4174 6.68 0.96 0.98 0.95
9 0.05 4174 6.67 0.96 0.98 0.95
10 0.05 4174 6.74 0.96 0.98 0.95
11 0.05 4174 6.70 0.96 0.98 0.95
12 0.05 4174 6.75 0.96 0.98 0.95
13 0.05 4174 6.77 0.96 0.98 0.95
14 0.05 4174 5.72 0.97 0.99 0.96
15 0.05 4174 11.02 0.94 0.98 0.92
16 0.05 4174 9.07 0.95 0.98 0.93
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Tabel 4.33 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 3
Jam ṁ Cp UL
F' FR/F' FR Liter/Jam J/(kg.°C) W/(m2.K)
8 0.05 4174 6.68 0.96 0.98 0.95
9 0.05 4174 6.67 0.96 0.98 0.95
10 0.05 4174 6.74 0.96 0.98 0.95
11 0.05 4174 6.71 0.96 0.98 0.95
12 0.05 4174 6.70 0.96 0.98 0.95
13 0.05 4174 6.65 0.96 0.98 0.95
14 0.05 4174 4.99 0.97 0.99 0.96
15 0.05 4174 13.31 0.93 0.97 0.90
16 0.05 4174 9.67 0.95 0.98 0.93
Tabel 4.34 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 4
Jam ṁ Cp UL
F' FR/F' FR Liter/Jam J/(kg.°C) W/(m2.K)
8 0.05 4174 6.69 0.96 0.98 0.95
9 0.05 4174 6.67 0.96 0.98 0.95
10 0.05 4174 6.78 0.96 0.98 0.95
11 0.05 4174 6.78 0.96 0.98 0.95
12 0.05 4174 6.78 0.96 0.98 0.95
13 0.05 4174 6.78 0.96 0.98 0.95
14 0.05 4174 9.58 0.95 0.98 0.93
15 0.05 4174 7.21 0.96 0.98 0.94
16 0.05 4174 7.37 0.96 0.98 0.94
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
Tabel 4.35 Hasil perhitungan faktor pelepasan panas pada variasi 5
Jam ṁ Cp UL
F' FR/F' FR Liter/Jam J/(kg.°C) W/(m2.K)
8 0.05 4174 6.69 0.96 0.98 0.95
9 0.05 4174 6.67 0.96 0.98 0.95
10 0.05 4174 6.69 0.96 0.98 0.95
11 0.05 4174 6.72 0.96 0.98 0.95
12 0.05 4174 6.73 0.96 0.98 0.95
13 0.05 4174 6.32 0.96 0.99 0.95
14 0.05 4174 8.08 0.96 0.98 0.94
15 0.05 4174 7.89 0.96 0.98 0.94
16 0.05 4174 8.65 0.95 0.98 0.93
Kemudian setelah didapatkan hasil dari faktor pelepasan panas (FR), maka
langkah selanjutnya adalah menghitung efisiensi kolektor dari alat pemanas air energi
surya. Sebagai contoh perhitungan efisiensi kolektor digunakan hasil data pada Tabel
4.1, efisiensi sirip pada Tabel 4.8, faktor efisiensi pada Tabel 4.22, dan menggunakan
faktor pelepasan panas pada Tabel 4.31. Dengan menggunakan persamaan (31), maka
selanjutnya efisiensi kolektor dapat dihitung menggunakan langkah-langkah sebagai
berikut :
Ƞ = 0,95 𝑥 (0,8) − 0,95 𝑥 6,68 (32,44 − 33,29
165,68) = 79 %
Untuk selanjutnya perhitungan efisiensi kolektor (Ƞ) keempat variasi yang lain
digunakan cara perhitungan yang sama seperti pada contoh diatas. Maka, hasil
perhitungan keseluruhan dari kelima variasi dapat dilihat pada Tabel 4.36 sampai
dengan Tabel 4.40 dibawah ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
Tabel 4.36 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 1
Jam Tin1 Ta GT UL
τα FR Ti-
Ta/GT Ƞ
°C °C W/m2 W/(m2.K)
8 32.44 33.29 165.68 6.68 0.8 0.95 -0.01 79%
9 30.66 36.62 474.64 6.68 0.8 0.95 -0.01 84%
10 30.70 36.42 365.28 6.78 0.8 0.95 -0.02 86%
11 32.28 37.02 570.41 6.79 0.8 0.95 -0.01 81%
12 32.30 34.09 417.24 6.75 0.8 0.95 0.00 79%
13 32.97 32.51 379.76 6.79 0.8 0.95 0.00 75%
14 34.54 33.54 262.66 5.71 0.8 0.96 0.00 74%
15 32.28 30.54 160.94 9.72 0.8 0.93 0.01 64%
16 30.57 29.41 57.08 10.13 0.8 0.92 0.02 55%
Tabel 4.37 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 2
Jam Tin1 Ta GT UL
τα FR Ti-
Ta/GT Ƞ
°C °C W/m2 W/(m2.K)
8 27.03 35.04 358.14 6.68 0.8 0.95 -0.02 90%
9 28.01 37.77 483.60 6.67 0.8 0.95 -0.02 89%
10 29.31 36.79 566.89 6.74 0.8 0.95 -0.01 84%
11 30.11 35.56 664.64 6.70 0.8 0.95 -0.01 81%
12 31.27 36.17 298.86 6.75 0.8 0.95 -0.02 86%
13 32.82 34.52 242.66 6.77 0.8 0.95 -0.01 80%
14 32.57 31.84 250.21 5.72 0.8 0.96 0.00 75%
15 29.64 28.74 64.83 11.02 0.8 0.92 0.01 59%
16 29.77 28.55 39.19 9.07 0.8 0.93 0.03 48%
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
Tabel 4.38 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 3
Jam Tin1 Ta GT UL
τα FR Ti-
Ta/Gt Ƞ
°C °C W/m2 W/(m2.K)
8 26.90 30.64 344.28 6.68 0.8 0.95 -0.01 83%
9 27.58 33.41 474.29 6.67 0.8 0.95 -0.01 84%
10 28.67 36.30 575.97 6.74 0.8 0.95 -0.01 84%
11 29.69 36.21 387.99 6.71 0.8 0.95 -0.02 87%
12 30.88 37.42 365.56 6.70 0.8 0.95 -0.02 87%
13 31.87 35.18 261.91 6.65 0.8 0.95 -0.01 84%
14 30.83 30.23 125.34 4.99 0.8 0.96 0.00 75%
15 28.78 27.96 49.92 13.31 0.8 0.90 0.02 52%
16 28.82 27.34 37.78 9.67 0.8 0.93 0.04 39%
Tabel 4.39 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 4
Jam Tin1 Ta GT UL
τα FR Ti-
Ta/GT Ƞ
°C °C W/m2 W/(m2.K)
8 25.96 28.91 222.90 6.69 0.8 0.95 -0.01 84%
9 26.61 29.44 333.84 6.67 0.8 0.95 -0.01 81%
10 27.17 30.79 557.75 6.78 0.8 0.95 -0.01 80%
11 27.81 32.14 548.65 6.78 0.8 0.95 -0.01 81%
12 28.04 31.17 539.43 6.78 0.8 0.95 -0.01 80%
13 28.39 31.04 320.05 6.78 0.8 0.95 -0.01 81%
14 29.03 31.24 78.49 9.58 0.8 0.93 -0.03 99%
15 29.27 29.89 56.40 7.21 0.8 0.94 -0.01 83%
16 29.03 28.41 34.75 7.37 0.8 0.94 0.02 63%
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
Tabel 4.40 Hasil efisiensi kolektor pada variasi 5
Jam Tin1 Ta GT UL
τα FR Ti-
Ta/GT Ƞ
°C °C W/m2 W/(m2.K)
8 24.97 26.65 196.85 6.69 0.8 0.95 -0.01 81%
9 25.99 30.95 254.55 6.67 0.8 0.95 -0.02 88%
10 27.04 33.46 307.13 6.69 0.8 0.95 -0.02 89%
11 28.07 33.97 351.12 6.72 0.8 0.95 -0.02 87%
12 29.61 33.44 221.51 6.73 0.8 0.95 -0.02 87%
13 30.77 33.24 205.56 6.32 0.8 0.95 -0.01 83%
14 31.05 31.10 218.57 8.08 0.8 0.94 0.00 75%
15 31.42 30.35 129.29 7.89 0.8 0.94 0.01 69%
16 31.63 29.30 68.19 8.65 0.8 0.93 0.03 47%
4.3 Pembahasan
4.3.1 Analisis Pengaruh Luas Kolektor Terhadap Efisiensi Kolektor Pada
Variasi 1, 2, dan 3
Berdasarkan Tabel 4.36, Tabel 4.37, dan Tabel 4.38 maka dapat dibuat grafik
hubungan antara luas kolektor alat pemanas air dengan efisiensi kolektor pada variasi
1, 2, dan 3.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
Gambar 4.1 Grafik perbandingan luas kolektor dengan efisiensi kolektor
Pada gambar 4.1 diatas diperoleh hasil bahwa pada variasi pertama dimana alat
pemanas air tanpa penambahan reflektor mengalami efisiensi paling tinggi sebesar
86%. Dilihat dari Tabel 4.36 efisiensi kolektor paling tinggi ini diperoleh pada pukul
10.00 WIB. Hal ini dapat terjadi dikarenakan pada pukul 10.00 WIB mengalami
perbedaan antara temperatur sekitar, temperatur masuk fluida dan tingkat radiasi surya
yang tinggi jika dibandingkan dengan waktu yang lain. Dari gambar 4.1 diatas kita
dapat melihat bahwa perbedaan ketiga komponen antara temperatur sekitar, temperatur
fluida masuk dan tingkat radiasi matahari adalah sebesar -0,02. Sehingga hal ini akan
berpengaruh pada kemampuan dari kolektor dalam menyerap panas matahari menjadi
lebih maksimal. Pada variasi pertama ini menghasilkan efisiensi kolektor rata-rata
dalam satu hari sebesar 75%.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
-0.03 -0.02 -0.01 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
EF
ISIE
NS
I K
OL
EK
TO
R
(Ti-Ta)/GTVariasi 1 Variasi 2 Variasi 3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
Selanjutnya pada variasai kedua menggunakan penambahan reflektor dengan
luasan sebesar 0,95 m2 pada sudut 45° diperoleh efisiensi paling tinggi sebesar 90%.
Pada variasi kedua ini, efisiensi dari kolektor secara rata-rata mengalami kenaikan dari
variasi pertama. Dimana pada variasi pertama mendapatkan efisiensi kolektor rata-rata
dalam satu hari sebesar 75%, sedangkan pada variasi kedua mendapatkan efisiensi
kolektor rata-rata satu hari sebesar 77%. Hal ini dapat terjadi demikian dikarenakan
pada hari kedua penelitian ini dilakukan, berada pada cuaca yang baik. Sehingga panas
matahari yang dapat diterima oleh kolektor dapat maksimal dan panas yang diterima
tersebut adalah panas matahari langsung (direct).
Selanjutnya pada variasai ketiga menggunakan penambahan reflektor dengan
luasan sebesar 1,35 m2 pada sudut 45° diperoleh efisiensi paling tinggi sebesar 87%.
Pada penelitian dalam variasi ini didapatkan hasil efisiensi kolektor rata-rata satu hari
sebesar 75%, hal ini mengalami penurunan efisiensi kolektor jika dibandingkan dengan
variasi kedua menggunakan penambahan reflektor dengan luasan sebesar 0,95 m2. Hal
ini dapat terjadi dikarenakan adanya perbedaan besarnya panas matahari yang dapat
diserap oleh kolektor pada variasi ketiga ini lebih kecil. Fenomena ini dipengaruhi oleh
panas yang diterima oleh matahari adalah panas matahari sebaran dimana panas
matahari tersebut tidak secara langsung mengenai kolektor akan tetapi tertutup oleh
awan , sehingga panas yang diterima menjadi tidak maksimal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
4.3.2 Analisis Pengaruh Sudut Datang Terhadap Efisiensi Kolektor Pada
Variasi 3, 4, dan 5
Berdasarkan Tabel 4.38, Tabel 4.39, dan Tabel 4.40 maka dapat dibuat grafik
hubungan antara sudut reflektor alat pemanas air dengan efisiensi kolektor pada variasi
3, 4, dan 5.
Gambar 4.2 Grafik perbandingan sudut reflektor dengan efisiensi kolektor
Pada gambar 4.2 diatas merupakan hasil efisiensi kolektor dengan pengaruh
sudut relektor. Pada variasi ketiga menghasilkan efisiensi kolektor paling rendah jika
dibandingkan dengan variasi yang lain. Hal ini dikarenakan dengan adanya
penambahan reflektor mengakibatkan semakin bertambah luas permukaan kolektor,
dan akan tetapi dengan sudut reflektor sebesar 45° mengakibatkan panas matahari yang
diterima menjadi kurang maksimal dikarenakan sudut yang diperoleh dari reflektor
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
-0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
EF
ISIE
NS
I K
OL
EK
TO
R
(Ti-Ta)/GTVariasi 3 Variasi 4 Variasi 5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
tidak dapat menjadikan panas yang dipantulkan oleh reflektor dapat ditangkap oleh
reflektor dan dikembalikan ke kolektor sepenuhnya. Pada variasi ketiga ini
menghasilkan efisiensi kolektor rata-rata satu hari sebesar 75%.
Pada variasi keempat menghasilkan efisiensi kolektor paling tinggi jika
dibandingkan dengan variasi yang lain. Hal ini dikarenakan dengan adanya
penambahan reflektor mengakibatkan semakin bertambah luas permukaan kolektor,
dan dengan sudut reflektor sebesar 30° mengakibatkan panas matahari yang diterima
menjadi lebih maksimal dikarenakan panas sebagian yang dipantulkan oleh reflektor
dapat ditangkap oleh reflektor dan dikembalikan ke kolektor. Pada variasi keempat ini
menghasilkan efisiensi kolektor rata-rata satu hari sebesar 81%.
Pada variasi kelima menghasilkan efisiensi kolektor yang lebih rendah dari
variasi keempat. Pada variasi kelima ini menghasilkan efisiensi kolektor rata-rata satu
hari sebesar 79%. Hal ini tentunya lebih rendah dari variasi keempat yang dapat
menghasilkan efisiensi kolektor rata-rata satu hari mencapai 81%. Hal ini dapat terjadi
karena pengaruh sudut reflektor yang terlalu tinggi, sehingga panas matahari yang
dipantulkan oleh kolektor tidak dapat dimanfaatkan dengan maksimal oleh reflektor.
4.3.3 Perbandingan Simulasi Dengan Eksperimen Pada Variasi 1, 2, 3, 4, dan 5
Berdasarkan data yang diperoleh dan hasil perhitungan yang telah dilakukan,
maka dapat dilakukan pembahasan mengenai data dan perhitungan yang telah
dilakukan sebelumnya. Pada pembahasan berikut, akan dibuat grafik perbandingan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
antara waktu dan temperatur bak penampung dengan hasil simulasi dan data alat yang
telah dibuat. Maka dari grafik tersebut selanjutnya akan dilakukan pembahasan
mengenai hasil yang didapatkan. Pengujian ini dilakukan di lapangan Politeknik
Mekatronika Sanata Dharma, dengan panas matahari sebagai sumber panasnya secara
langsung. Pengujian ini dilakukan selama delapan jam dalam satu hari, dengan lima
variasi yang berbeda. Parameter yang divariasikan dalam penelitian ini adalah sudut
reflektor dan bukaan reflektor. Variasi sudut reflektor yang digunakan dalam penelitian
ini adalah 30°, 45° dan 60°. Kemudian untuk variasi luasan reflektor yang digunakan
dalam penelitian ini adalah tanpa reflektor, 0,95 m2 dan 1,35 m2 dengan sudut reflektor
sebesar 45°. Berikut ini pembahasan mengenai hasil penelitian dari kelima variasi yang
telah dilakukan.
Gambar 4.3 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas
air energi surya variasi 1
0
100
200
300
400
500
600
2 3 4 5 6 7 8 9 10
G
ƟSimulasi Alat Variasi 1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
Gambar 4.4 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi
surya variasi 1
Gambar 4.3 merupakan persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat
pemanas air energi surya variasi 1 dengan rata-rata G simulasi sebesar 318,85 W/m2
dan rata-rata G alat variasi 1 sebesar 317, 08 W/m2. Gambar 4.4 memperlihatkan beda
temperatur air yang dihasilkan didalam bak antara hasil simulasi dengan alat pemanas
air yang dibuat. Pada grafik diatas dapat dilihat bahwa temperatur air hasil simulasi
lebih baik dari temperatur air hasil alat pemanas air yang dibuat. Pada simulasi
temperatur air yang dihasilkan mengalami kenaikan temperatur yang lebih baik
daripada temperatur air alat pemanas air. Akan tetapi pada variasi pertama, dimana alat
pemanas air energi surya tanpa reflektor menghasilkan kenaikan temperatur yang
menyerupai hasil simulasi. Alat pemanas air menghasilkan temperatur paling tinggi
sebesar 40,47°C pada pukul 14.00 WIB. Dari hasil pengamatan tersebut, didapatkan
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12
Ts
ƟSimulasi Alat Variasi 1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
61
analisa bahwa terjadi perbedaan fenomena antara simulasi dengan alat pemanas air.
Dimana pada simulasi didapatkan perbandingan waktu dengan temperatur yang selalu
meningkat, sedangkan pada alat pemanas air energi surya didapatkan waktu temperatur
paling tinggi berada pada pukul 14.00 WIB. Hal ini mengindikasikan bahwa isolasi
pada alat kurang baik, sehingga mengakibatkan panas dapat keluar dari tangki
penyimpanan yang dapat menyebabkan kerugian panas. Lalu faktor lain yang
mempengaruhi adalah bahan yang digunakan pada pembuatan alat pemanas air tidak
lebih baik dari bahan yang semestinya digunakan pada simulasi. Hal ini mempengaruhi
kerja dari kolektor dalam menangkap panas dari matahari, sehingga panas matahari
yang dapat diterima ataupun diserap oleh kolektor tidak dapat maksimal.
Gambar 4.5 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas
air energi surya variasi 2
0
100
200
300
400
500
600
700
0 2 4 6 8 10 12
G
ƟSimulasi Alat Variasi 2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
62
Gambar 4.6 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi
surya variasi 2
Gambar 4.5 merupakan persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat
pemanas air energi surya variasi 2 dengan rata-rata G simulasi sebesar 330,97 W/m2
dan rata-rata G alat variasi 2 sebesar 329,89 W/m2. Gambar 4.6 memperlihatkan beda
temperatur air yang dihasilkan didalam bak antara hasil simulasi dengan alat pemanas
air yang dibuat. Pada grafik diatas dapat dilihat bahwa temperatur air hasil simulasi
lebih baik dari temperatur air hasil alat pemanas air yang dibuat. Pada simulasi
temperatur air yang dihasilkan mengalami kenaikan temperatur yang lebih baik
daripada temperatur air alat pemanas air. Pada variasi kedua, dimana alat pemanas air
energi suya dengan reflektor luasan sebesar 0,95 m2 pada sudut 45°C mengalami
perbedaan kenaikan temperatur air yang cukup jauh jika dibandingkan dengan
temperatur air hasil simulasi. Pada alat pemanas air menghasilkan temperatur paling
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12
Ts
ƟSimulasi Alat Variasi 2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
63
tinggi sebesar 39,00°C pada pukul 13.00 WIB. Dari hasil pengamatan tersebut,
didapatkan analisa bahwa terjadi perbedaan yang cukup jauh antara hasil simulasi
dengan hasil alat pemanas air. Hal ini mengindikasikan bahwa isolasi pada alat kurang
baik, sehingga mengakibatkan panas dapat keluar dari tangki penyimpanan yang dapat
menyebabkan kerugian panas. Dari hasil analisa, faktor lain yang mempengaruhi
adalah bahan yang digunakan pada pembuatan alat pemanas air tidak lebih baik dari
bahan yang semestinya digunakan pada simulasi. Hal ini mempengaruhi kerja dari
kolektor dalam menangkap panas dari matahari, sehingga panas matahari yang dapat
diterima ataupun diserap oleh kolektor tidak dapat maksimal.
Gambar 4.7 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas
air energi surya variasi 3
0
100
200
300
400
500
600
700
0 2 4 6 8 10 12
G
ƟSimulasi Alat Variasi 3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
64
Gambar 4.8 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi
surya variasi 3
Gambar 4.7 merupakan persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat
pemanas air energi surya variasi 3 dengan rata-rata G simulasi sebesar 292,74 W/m2
dan rata-rata G alat variasi 3 sebesar 291,45 W/m2. Gambar 4.8 memperlihatkan beda
temperatur air yang dihasilkan didalam bak antara hasil simulasi dengan alat pemanas
air yang dibuat. Pada grafik diatas dapat dilihat bahwa temperatur air hasil simulasi
lebih baik dari temperatur air hasil alat pemanas air yang dibuat. Pada simulasi
temperatur air yang dihasilkan mengalami kenaikan temperatur yang lebih baik
daripada temperatur air alat pemanas air. Pada variasi ketiga, dimana alat pemanas air
energi suya dengan reflektor luasan sebesar 1,35 m2 pada sudut 45°C mengalami
perbedaan temperatur air yang sangat jauh jika dibandingkan dengan temperatur air
hasil simulasi. Pada alat pemanas air menghasilkan temperatur paling tinggi sebesar
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12
Ts
ƟSimulasi Alat Variasi 3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
65
38,83°C pada pukul 13.00 WIB. Dari hasil pengamatan tersebut, didapatkan analisa
bahwa terjadi perbedaan yang cukup jauh antara hasil simulasi dengan hasil alat
pemanas air. Hal ini mengindikasikan bahwa isolasi pada alat kurang baik, sehingga
mengakibatkan panas dapat keluar dari tangki penyimpanan yang dapat menyebabkan
kerugian panas. Pada simulasi terjadi perubahan temperatur yang dinamis, akan tetapi
pada alat pemanas air terjadi perubahan temperatur yang sangat fluktuatif jika
dibandingkan dengan simulasi. Dari hasil analisa, faktor yang mempengaruhi adalah
bahan yang digunakan pada pembuatan alat pemanas air tidak lebih baik dari bahan
yang semestinya digunakan pada simulasi. Hal ini mempengaruhi kerja dari kolektor
dalam menangkap panas dari matahari, sehingga panas matahari yang dapat diterima
ataupun diserap oleh kolektor tidak dapat maksimal. Selain itu, faktor cuaca juga sangat
berpengaruh pada hasil yang didapatkan pada alat pemanas air dimana saat
pengambilan data hari ketiga terjadi pada kondisi cuaca yang mendung. Sehingga
faktor ini mempengaruhi panas yang dapat diserap oleh kolektor dan mengakibatkan
ketidakmaksimalan temperatur yang dapat dihasilkan oleh alat pemanas air.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
66
Gambar 4.9 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas
air energi surya variasi 4
Gambar 4.10 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi
surya variasi 4
0
100
200
300
400
500
600
700
0 2 4 6 8 10 12
G
ƟSimulasi Alat Variasi 4
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12
Ts
ƟSimulasi Alat Variasi 4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
67
Gambar 4.9 merupakan persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat
pemanas air energi surya variasi 4 dengan rata-rata G simulasi sebesar 299,29 W/m2
dan rata-rata G alat variasi 4 sebesar 299,14 W/m2. Gambar 4.10 memperlihatkan beda
temperatur air yang dihasilkan didalam bak antara hasil simulasi dengan alat pemanas
air yang dibuat. Pada grafik diatas dapat dilihat bahwa temperatur air hasil simulasi
lebih baik dari temperatur air hasil alat pemanas air yang dibuat. Pada simulasi
temperatur air yang dihasilkan mengalami kenaikan temperatur yang lebih baik
daripada temperatur air alat pemanas air. Pada variasi keempat, dimana alat pemanas
air energi suya dengan reflektor luasan sebesar 1,5 m2 pada sudut 30°mengalami
perbedaan kenaikan temperatur air yang sangat jauh jika dibandingkan dengan
temperatur air hasil simulasi. Pada alat pemanas air menghasilkan temperatur paling
tinggi sebesar 33,27°C pada pukul 14.00 WIB. Sedangkan pada simulasi diperoleh
hasil yang selalu meningkat setiap jam, sehingga didapatkan hasil yang lebih baik. Pada
simulasi terjadi perubahan temperatur yang dinamis, akan tetapi pada alat pemanas air
tidak terjadi perubahan temperatur yang tidak signifikan jika dibandingkan dengan
simulasi. Hal ini mengindikasikan bahwa isolasi pada alat kurang baik, sehingga
mengakibatkan panas dapat keluar dari tangki penyimpanan yang dapat menyebabkan
kerugian panas. Dari hasil analisa, faktor yang mempengaruhi adalah bahan yang
digunakan pada pembuatan alat pemanas air tidak lebih baik dari bahan yang
semestinya digunakan pada simulasi. Hal ini mempengaruhi kerja dari kolektor dalam
menangkap panas dari matahari, sehingga panas matahari yang dapat diterima ataupun
diserap oleh kolektor tidak dapat maksimal. Selain itu, faktor cuaca juga sangat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
68
berpengaruh pada hasil yang didapatkan pada alat pemanas air dimana saat
pengambilan data hari keempat terjadi pada kondisi cuaca yang mendung sepanjang
hari. Sehingga faktor ini mempengaruhi panas yang dapat diserap oleh kolektor dan
mengakibatkan ketidakmaksimalan temperatur yang dapat dihasilkan oleh alat
pemanas air.
Gambar 4.11 Grafik persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat pemanas
air energi surya variasi 5
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 2 4 6 8 10 12
G
ƟSimulasi Alat Variasi 5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
69
Gambar 4.12 Grafik perbandingan simulasi dan pemodelan alat pemanas air energi
surya variasi 5
Gambar 4.11 merupakan persamaan matahari pada simulasi dan pemodelan alat
pemanas air energi surya variasi 5 dengan rata-rata G simulasi sebesar 218,46 W/m2
dan rata-rata G alat variasi 5 sebesar 216,98 W/m2. Gambar 4.12 memperlihatkan beda
temperatur air yang dihasilkan didalam bak antara hasil simulasi dengan alat pemanas
air yang dibuat. Pada grafik diatas dapat dilihat bahwa temperatur air hasil simulasi
lebih baik dari temperatur air hasil alat pemanas air yang dibuat. Pada simulasi
temperatur air yang dihasilkan mengalami kenaikan temperatur yang lebih baik
daripada temperatur air alat pemanas air. Pada variasi kelima, dimana alat pemanas air
energi suya dengan reflektor luasan sebesar 1,1 m2 pada sudut 60° mengalami
perbedaan kenaikan temperatur air yang sangat jauh jika dibandingkan dengan
temperatur air hasil simulasi. Pada alat pemanas air menghasilkan temperatur paling
15
20
25
30
35
40
45
0 2 4 6 8 10 12
Ts
ƟSimulasi Alat Variasi 5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
70
tinggi sebesar 37,47°C pada pukul 13.00 WIB. Dari hasil pengamatan tersebut,
didapatkan analisa bahwa terjadi perbedaan yang cukup jauh antara hasil simulasi
dengan hasil alat pemanas air. Dimana pada simulasi dan alat pemanas air didapatkan
waktu dengan temperatur paling tinggi yang sama pada pukul 13.00 WIB. Pada
simulasi terjadi perubahan temperatur yang dinamis, akan tetapi pada alat pemanas air
tidak terjadi perubahan temperatur yang tidak signifikan jika dibandingkan dengan
simulasi. Hal ini mengindikasikan bahwa isolasi pada alat kurang baik, sehingga
mengakibatkan panas dapat keluar dari tangki penyimpanan yang dapat menyebabkan
kerugian panas. Dari hasil analisa, faktor yang mempengaruhi adalah bahan yang
digunakan pada pembuatan alat pemanas air tidak lebih baik dari bahan yang
semestinya digunakan pada simulasi. Hal ini mempengaruhi kerja dari kolektor dalam
menangkap panas dari matahari, sehingga panas matahari yang dapat diterima ataupun
diserap oleh kolektor tidak dapat maksimal. Selain itu, faktor cuaca juga sangat
berpengaruh pada hasil yang didapatkan pada alat pemanas air dimana saat
pengambilan data hari kelima terjadi pada kondisi cuaca yang mendung. Sehingga
faktor ini mempengaruhi panas yang dapat diserap oleh kolektor dan mengakibatkan
ketidakmaksimalan temperatur yang dapat dihasilkan oleh alat pemanas air.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
71
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari analisis yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari hasil penelitian diketahui bahwa alat pemanas air energi surya dengan
penambahan reflektor dapat mempengaruhi efisiensi dari kolektor tersebut.
Hal ini diketahui dari hasil rata-rata efisiensi yang lebih baik dari tanpa
penambahan reflektor. Pada alat pemanas air energi surya tanpa
menggunakan reflektor diperoleh hasil rata-rata efisiensi kolektor sebesar
75% dengan temperatur air paling tinggi yang dihasilkan sebesar 40,47°C,
pada alat pemanas air energi surya menggunakan reflektor dengan luasan
reflektor 0,95 m2 pada sudut 45° diperoleh rata-rata efisiensi kolektor sebesar
77% dengan temperatur air paling tinggi yang dihasilkan sebesar 39,00°C,
dan pada alat pemanas air energi surya menggunakan reflektor dengan luasan
reflektor 1,35 m2 pada sudut 45° diperoleh rata-rata efisiensi kolektor sebesar
75% dengan temperatur air paling tinggi yang dihasilkan sebesar 38,83°C.
Sehingga diperoleh hasil bahwa alat pemanas air energi surya menggunakan
reflektor dengan luasan sebesar 0,95 m2 pada sudut 45° memiliki efisiensi
kolektor paling tinggi diantara variasi yang lain sebesar 77% dengan
temperatur air paling tinggi yang dihasilkan sebesar 39,00°C.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
72
2. Dari hasil penelitian diketahui bahwa alat pemanas air energi surya dengan
penempatan sudut reflektor dapat mempengaruhi efisiensi dari kolektor
tersebut. Hal ini diketahui dari hasil rata-rata efisiensi yang lebih baik dari
yang didapatkan. Pada alat pemanas air energi surya menggunakan reflektor
dengan luasan reflektor 1,35 m2 pada sudut 45° diperoleh hasil rata-rata
efisiensi kolektor sebesar 75% dengan temperatur air paling tinggi yang
dihasilkan sebesar 38,83°C, pada alat pemanas air energi surya menggunakan
reflektor dengan luasan reflektor 1,5 m2 pada sudut 30° diperoleh rata-rata
efisiensi kolektor sebesar 81% dengan temperatur air paling tinggi yang
dihasilkan sebesar 33,27°C, dan pada alat pemanas air energi surya
menggunakan reflektor dengan luasan reflektor 1,1 m2 pada sudut 60°
diperoleh rata-rata efisiensi kolektor sebesar 79% dengan temperatur air
paling tinggi yang dihasilkan sebesar 37,47°C. Sehingga diperoleh hasil
bahwa alat pemanas air energi surya menggunakan reflektor dengan luasan
reflektor sebesar 1,5 m2 pada sudut reflektor sebesar 30° memiliki efisiensi
kolektor paling tinggi diantara variasi yang lain sebesar 81% dengan
temperatur air paling tinggi yang dihasilkan sebesar 33,27°C.
3. Dengan perbandingan antara model eksperimental dengan simulasi diperoleh
hasil bahwa model eksperimental yang dilakukan dalam penelitian masih
belum sebaik hasil simulasi, hal ini dikarenakan adanya masalah pada isolasi
bagian tangki yang masih kurang baik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
73
5.2 Saran
1. Penelitian selanjutnya disarankan dilakukan pada kondisi cuaca yang cerah
sepenuhnya setiap kali pengambilan data penelitian sehingga dapat diperoleh
hasil yang lebih akurat dan maksimal.
2. Disarankan dalam pembuatan alat penelitian selanjutnya untuk lebih dapat
teliti dan maksimal sehingga tidak terjadi kebocoran alat pada saat
pengambilan data berlangsung.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
74
DAFTAR PUSTAKA
Amir, F., Syuhada, A., & Hamdani. (2013). Pemodelan Dan Simulasi Perpindahan
Panas Pada Kolektor Surya Pelat Datar. Jurnal Ilmu Hukum, vol. 1, pp. 32-38.
Arismunandar, W. (1995). Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta: Pradnya Paramita.
Subarkah, R., & Belyamin. (2011). Pemanas Air Energi Surya Dengan Sel Surya
Sebagai Absorber. Politeknologi, vol. 10, pp. 225-231.
Jalaluddin, Arief, E., & Tarakka, R. (2015). Analisis Performansi Kolektor Surya
Pemanas Air Dengan Pelat Kolektor Bentuk-V. Seminar Nasional Tahunan
Teknik Mesin XIV.
N.R., I. (2006). Pengaruh Pelat Penyerap Ganda Model Gelombang Dengan
Penambahan Reflector Terhadap Kinerja Solar Water Heater Sederhana. Dosen
Teknik Mesin Universitas Widyagama Malang.
Rahman, S., Kahar, & Rusdi, M. (2014). Analisis Kinerja Pemanas Air Tenaga Surya
Dengan Reflector Linear Parabolic Concentrating. Jurnal Pertanian Terpadu,
vol. 3, pp. 66-74.
Sumarsono, M. (2005). Optimasi Jumlah Pipa Pemanas Terhadap Kinerja Kolektor
Surya Pemanas Air. Jurnal Ilmiah Teknologi Energi, vol. 1, pp. 46-55.
Susanto, H., & Irawan, D. (2017). Pengaruh Jarak Antar Pipa Pada Kolektor Terhadap
Panas Yang Dihasilkan Solar Water Heater (SWH). Turbo, vol. 6, pp. 84-91.
Retrieved from http://ojs.ummetro.ac.id/index.php/turbo
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
75
Sutrisno, & Mustafa. (2014). Analisis Kolektor Sederhana Bergelombang Dengan
Penambahan Reflektor Terhadap Kinerja Solar Water Heater. Agri-tek, vol. 15,
pp. 86-93.
Tirtoatmodjo, R., & Handoyo, E. A. (1999). Unjuk Kerja Pemanas Air Jenis Kolektor
Surya Plat Datar Dengan Satu dan Dua Kaca Penutup. Jurnal Teknik Mesin,
vol. 1, pp. 116-121.
Zulfa, Amrizal, & Amrul. (2017). Unjuk Kerja Kolektor Surya Pelat Datar Aliran
Paralel. Jurnal Mechanical, vol. 8, pp. 46-51.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
76
LAMPIRAN
Lampiran 1. Gambar Alat Pemanas Air Energi Surya
Pemanas Air Energi Surya Tampak Samping Kiri
Pemanas Air Energi Surya Dengan Variasi Bukaan Reflektor Setengah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
77
Pemanas Air Energi Surya Tampak Depan
Pemanas Air Energi Surya Dengan Variasi Bukaan Reflektor Penuh
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
78
Lampiran 2. Gambar Alat Ukur Yang Digunakan
Microcontroller Arduino
Sensor TDS
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
79
Solar Meter
Busur Derajat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
80
Lampiran 3. Grafik Bilangan Nusselt Rata-rata Dalam Berbagai Bilangan Prandtl
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
81
Lampiran 4. Grafik Koefisien Konveksi Alam hi Dengan Sudut β Sebagai Parameter
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
82
Lampiran 5. Tabel Sifat Air
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI