experimental study of artiﬁcial solar air heater using

R.E.M. (Rekayasa Energi Manufaktur) Jurnal | Vol. 4 (2) | ISSN 2528-3723 (online)

P a g e 135

Experimental Study of Artificial Solar Air Heater UsingTrapezoidal Wave Plate

Studi Eksperimen Pemanas Udara Tenaga Surya Artifisial Menggunakan PelatGelombang Trapesium

Lohdy Diana, Arrad Ghani Safitra, Muhammad Syarifuddin Firmansyah, Mishbaakhus Prana Zinedine

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Kampus PENS, Jalan Raya ITS, Keputih, Sukolilo, Keputih, Kota Surabaya,Kota SBY, Jawa Timur 60117, Surabaya, Indonesia, Indonesia . Tel.: (031) 5947280

Abstract . A solar air heater is needed for the drying process, especially in Indonesia. It means the researchesto produce a solar air heater that had high performance is necessary.This research analyses the performance ofsolar air heater using trapezoidal absorber plate with variation of folded angle 83°, 85°, and 87°. The researchcarry out artificial experimentally using halogen lamp as a solar simulator.The working principle of solar air heatingbegins with an induction fan sucking air to enter through the honeycomb then flowing into the air heating duct. Theprocess of heat transfer occurs in a halogen heat lamp passed by the transparent glass and then absorbed by theabsorbent plate. This heat will heat the air flowing in the air heating pipe to be transmitted into the drying cupboard.The experiment used several variations of the mass airflow rate 0.022 until 0.051 kg/s and intensity 850, 900, dan950 W/m2. Temperature measurement is carried out by installing a thermocouple at several points that have beendetermined. The best performance produced by the wave plate-shaped trapezoidal wave heaters 83° when I = 950W/m2air mass flow rate 0.022 kg/s with the temperature of the absorbent plate 87 °C, the temperature of the exit air43.2 °C, the difference in the rise in air temperature 15.2 °C, and when I = 950 W/m2air mass flow rate 0.051 kg/sthe useful heat generated by the air heater 527 Watt, and thermal efficiency 96.8%.

Keywords- air heater; artificial; trapezoidal wave; efficiency.

How to cite: Diana Lohdy, Safitra Arrad Ghani, Firmansyah Muhammad Syarifuddin, Zinedine Mishbaakhus Prana (2019) Experimental Study ofArtificial Solar Air Heater Using Trapezoidal Wave Plate. R.E.M. (Rekayasa Energi Manufaktur) Jurnal 4 (2). doi:https://doi.org/10.21070/rem.v4i2.806

PENDAHULUAN

Energi surya sebagai energi yang dapat diperbarui(renewable energy) sangat mudah diperoleh, terutamapada daerah tropis termasuk Indonesia yang terletakpada garis khatulistiwa sehingga menyebabkan Indone-sia selalu mendapat penyinaran matahari yang cukup sep-anjang tahunnya. Namun pemanfaatan energi surya diIndonesia masih belum maksimal dibandingkan dengansumber energi terbarukan lainnya serta persentase peman-faatnya yang tidak cukup signifikan. Berdasarkan datayang ada, energi surya di Indonesia memiliki sumber dayasebesar 4,8 kWh/m2/day namun masih 78,5 MW dayayang dimanfaatkan [1] . Dari data tersebut, energi suryamemiliki potensi yang cukup besar untuk dimanfaatkansebagai pemanas udara.

Pemanas udara tenaga surya merupakan peralatan yangmemanfaatkan radiasi matahari untuk kebutuhan yangberagam dan mendapatkan energi yang bersih. Pem-anas udara tenaga surya menangkap radiasi matahari,mengkonversi radiasi tersebut untuk memanaskan udaradan mendistribusikannya. Komponen utama dari pemanas

udara tenaga surya adalah kaca penutup, pelat peny-erap, dan material isolasi. Radiasi matahari diabsorpsioleh pelat penyerap. Panas yang terserap kemudian men-galami perpindahan ke udara yang mengalir sepanjangsaluran secara konveksi untuk meningkatkan temperaturudara.

Beberapa penelitian mengenai pemanas udara tenagasurya telah banyak dilakukan dan terus mengalamiperkembangan. Beberapa penelitian tersebut antara lainmengenai performa pemanas udara tenaga surya denganmenggunakan tiga variasi bentuk pelat penyerap yaitupelat penyerap berbentuk datar, berbentuk gelombangsegitiga dan pelat penyerap datar yang disisipkan finpada permukaannya [2] . enelitian lain juga meneliti per-forma dari pemanas udara tenaga surya menggunakanpelat penyerap berbentuk gelombang [3]. Adapun peneli-tian dengan penggunaan penyerap berbentuk gelombangtrapesium. Hal tersebut bertujuan untuk meningkatkanluas penampang penyerap, yang dapat meningkatkan per-pindahan panas konveksi antara material penyerap, danudara [4].

Namun, ada beberapa kendala apabila eksperimen

http://doi.org/https://doi.org/10.21070/rem.v4i2.806

https://portal.issn.org/resource/ISSN/2528-3723

https://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.21070/rem.v4i2.806&domain=pdf&date_stamp=2019-12-30

http://doi.org/https://doi.org/10.21070/rem.v4i2.806

136 P a g e

dilakukan pada kondisi aktual yakni di luar ruangan dibawah sinar matahari. Beberapa kendala tersebut sepertisulitnya memperoleh intensitas panas matahari dan lajuudara masuk yang seragam untuk setiap variasi pada alatpemanas udara tenaga surya. Hal tersebut disebabkancuaca yang berubah-ubah setiap harinya. Oleh karena itu,beberapa penelitian eksperimen dilakukan secara artifisialyang dilakukan di dalam laboratorium. Beberapa peneli-tian eksperimen yang pernah dilakukan secara artifisialantara lain [5–7].

Eksperimen dalam penelitian ini dilakukan secara arti-fisial. Eksperimen artifisial dilakukan untuk mendap-atkan data inputan yang seragam. Penelitian ini meng-gunakan sinar matahari buatan yang berasal dari lampuhalogen atau biasa disebut solar simulator. Diharapkanalat pemanas tenaga surya yang diteliti dapat digunakansebagai solusi penggunaan energi yang ramah lingkun-gan, lebih efisien dibanding dengan metode pengeringankonvensional, serta sebagai pencegahan terhadap pence-maran lingkungan akibat penggunaan energi tidak dapatdiperbarui yang menjadi salah satu penyebab kerusakanlingkungan.

Penelitian mengenai performa alat pengering, khusus-nya solar air heater telah banyak dilakukan dan dikem-bangkan dengan tujuan mencapai efisiensi terbaik. Dalampenelitian terdahulu, telah banyak dikembangkan jenispelat penyerap, dari bentuk datar sampai bergelom-bang untuk mendapat luas penampang yang lebih besarsehingga dapat menangkap radiasi matahari yang lebihbesar.

Dari keseluruhan penelitian, didapatkan kesimpulanyaitu kolektor pelat datar dengan satu laluan memilikiefisiensi yang paling sedikit, sedangkan kolektor bentukgelombang Vadalah yang paling efisien. entuk segitigadinilai stabil secara struktur konstruksinya. Kolektor ben-tuk gelombang V memiliki efisiensi 10-15% lebih tinggidibanding kolektor pelat datar dan 5-9% lebih tinggidibanding kolektor jenis finned. Berdasarkan kesimpu-lan yang ada, dapat diketahui bahwa kolektor surya den-gan a gelombang bentuk V memiliki efisiensi yang lebihbaik [2].

Selanjutnya penelitian pada pemanas udara tenagasurya menggunakan pelat penyerap berbentuk gelombangsunisoidal yang disusun berlawan dengan arah alas pelatpenyerap yang juga berbentuk gelombang. Hasil menun-jukkan dengan efisiensi menggunakan pelat gelombang65%, nilai tersebut lehbih tinggi apabila dibandingkandengan pelat datar dengan efisiensi 56%. Unjuk kerja ter-mal yang efektif dapat dicapai dengan panas area trans-fer yang digandakan dan intensitas turbulen yang dit-ingkatkan [3].

Pada penelitian lain, dilakukan pengujian terhadapkolektor surya jenis pelat datar dan bentuk trapesium den-gan dan tanpa penambahan material penyimpan panas.Pengujian dilakukan pada waktu penyinaran maksimalyaitu pukul 09:00 sampai 17 :00 waktu setempat. Dalam

tinjauan tanpa penambahan material penyimpan panas,efisiensi termal rata-rata dari penyerap, bentuk trapesiumlebih tinggi yaitu 12.2% sedangkan efisiensi termal pelatdatar sekitar 8.5% pada pemanasan yang dilakukan diIndia. Temperatur maksimal outlet yang diperoleh selamawaktu penjemuran adalah 49.1 °C pada kolektor pelatdatar dan 65.8 °C pada pelat bentuk trapesium. Tem-peratur maksimal ini didapat saat pengujian pada pukul13:00. Kesimpulan yang dapat ditarik dari penelitian iniadalah temperatur udara sisi outlet pada kolektor denganpenyerap, bentuk trapesium lebih tinggi daripada kolektorjenis pelat datar. Efisiensi termal maksimum pada pelatdatar adalah 15,8% dan 21.5% pada penyerap, bentuktrapesium [4].

Beberapa penelitan telah dilakukan secara artifisialyakni menggunakan lampu halogen sebagai penggantisinar matahari. Salah satunya adalah membandingkan per-forma dari penggunaan pelat datar atau Flat Plate (FP)dengan pelat bercelah atau Porosity Plate (PP), peng-gujian dilakukan di bawah sinar lampu halogen, danberada di dalam ruangan. Pada pengujian ini, ukuran pelatyakni 99.5 cm x 68.5 cm x 0.2 cm untuk pelat bercelah,memiliki beberapa lubang di permukaan dengan diametersetiap lubang sebesar 6mm tersusun sejajar. Hasil menun-jukkan bahwa perbedaan temperatur dan efisiensi termaldari pelat bercelah memiliki nilai yang lebih tinggi biladibandingkan dengan pelat datar seperti ditunjukkan padaGambar 2.3(b). Efisiensi termal pelat bercelah tertinggiadalah sebesar 59% sedangkan pelat datar sebesar 36%dengan intensitas lampu halogen sebesar 846 W/m2, lajumassa aliran udara 0.02 kg/s, dan temperatur udara masuk30 °C [5] .

Pengujian secara artifisial dengan menggunakan lampuhalogen juga dilakukan oleh peneliti lainnya. Penelitiantersebut bertujuan untuk mendapatkan performa pemanasudara dengan pelat penyerap berbentuk pelat datar, apa-bila pengujian dilakukan secara artifisial. Ukuran alat ujisebesar 1 m x 0.5 m x 0.1 m. Penelitian tersebut dilakukandi dalam ruangan, menggunakan enam buah lampu halo-gen terdiri dari 3 lampu dengan daya 500 Watt dan 3lampu lainnya dengan daya 950 Watt disusun secara zig-zag. Selama pengujian untuk memperoleh data temper-atur di dalam alat uji yaitu menggunakan laser gun. Hasildari pengujian tersebut diperoleh efisiensi termal tert-inggi adalah sebesar 31.6% dengan intensitas sebesar 600W/m2 [6].

Penelitian eksperimen secara artifisial juga dilakukanpada pemanas udara tenaga surya. Penelitian tersebutmembandingkan antara pelat penyerap datar dengan pelatpenyerap beberbentuk gelombang sunisoidal dan injeksiudara. Penelitian dilakukan di bawah sinar lampu halogendengan intensitas radiasi antara 500-100 W/m2, temper-atur ambient 308 K, laju aliran masssa udara 0.01-0.03kg/s. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan bahwapemanas udara dengan pelat penyerap berbentuk gelom-bang sunisoidal dan injeksi udara memiliki efisiensi lebih

Copyright © 2019 Author [s]. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution orreproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is

cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.

P a g e 137

tinggi dibandingkan pelat penyerap berbentuk datar untuksemua laju aliran massa udara masuk. Efisiensi tertinggisebesar 68.2% dengan laju aliran massa udara masuk 0.28kg/s [7].

Pengujian eksperimen secara artifisial untuk meng-gantikan sinar matahari atau dengan nama lain solarsimulator terus mengalami perkembangan. Alat terse-but telah mulai dikembangkan oleh beberapa negara.Alat simulator terakreditasi tersebut digunakan untukjangkauan panas yang luas. Sedangkan, untuk pengujianyang memerlukan flux yang tinggi dengan kisaran fluxmencapa 60 KWatt/m2. Prinsip kerja dari simulator terse-but adalah memusatkan titik fokus panas. Apabila meng-gunakan simulator ini ukuran alat yang diuji tidak beruku-ran besar [8].

Beberapa penelitian terdahulu akan digunakan seba-gai referensi pada penelitian ini. Penelitian ini akan mem-bandingkan unjuk kerja pemanas udara tenaga surya yangmenggunakan pelat penyerap berbentuk gelombang trape-sium dengan variasi sudut tekuk trapesium 83°, 85 , dan87°. Penelitian dilakukan secara eksperimen artifisial didalam laboratorium dengan menggunakan lampu halo-gen sebagai pengganti matahari. Penelitian ini memilikitujuan untuk menghasilkan pemanas udara yang memilikiunjuk kerja terbaik dengan mengetahui temperatur udarakeluar, selisih kenaikan temperatur udara, panas bergunayang dihasilkan oleh pemanas udara serta efisiensi termaldari ketiga variasi sudut tekuk pelat penyerap. Adapunvariasi parameter yang digunakan antara lain laju massaaliran udara dan intensitas lampu halogen sebagai peng-ganti matahari.

DASAR TEORIUnjuk kerja alat pengering tenaga surya dapat dilihat

dari panas serta efisiensi yang dihasilkan. Berikut adalahuraian persamaan-persamaan yang dapat digunakan untukmenghitung parameter-parameter yang dibutuhkan. Panasudara berguna yang dihasilkan alat dinyatakan dalam per-samaan :

Q = m Cp △T (1)Dimana :Q = panas berguna (W).m = laju aliran udara (kg/s).Cp = kalor jenis (J/kg.°C).∆T = kenaikan temperatur (°C).Bilangan Reynolds merupakan sebuah bilangan untuk

menentukan jenis aliran. Ada tiga jenis aliran berdasarkanbilangan Reynolds pada aliran di dalam saluran antaralain:

Aliran laminar, Re ≤ 2300Aliran transisi, 2300 ≤ Re ≤ 4000Aliran turbulen, Re ≥ 4000Bilangan Reynold untuk aliran di dalam pipa atau salu-

ran segitiga dapat dihitung menggunakan persamaan [9] :Re = ρ ν dh

µ (2)Dimana :Re = bilangan Reynold

ρ = densitas fluida (kg/m3)V = kecepatan fluida (m/s)Dh = diameter hidraulik (m)µ = viskositas fluida (kg/s.m)Diameter hidraulik segitiga dapat dihitung menggu-

nakan persamaan :Dh = 4Ac

p (3)Dimana :Dh = diameter hidraulik (m)Ac = luas segitigaP = keliling area segitiga yang terkena fluida (m)Laju aliran massa udara dapat dihitung menggunakan

persamaan :◦m = ρ V A(4)Dimana :m = laju aliran massa (kg/s)ρ = densitas fluida (kg/m3)V = kecepatan fluida (m/s)A = luas trapesium (m2)Efisiensi alat pengering tenaga surya dapat dihitung

menggunakan persamaan [10] :η = Q

Ac.I (5)Dimana :η = efisiensi (%)Q = panas berguna (W)Ac = luas pelat penyerap (m2).I = intensitas matahari (W/m2).

METODE

Komponen penyusun pemanas udara pada penelitianini antara lain: saluran berbentuk sarang lebah berfungsiuntuk menyeragamkan aliran udara yang masuk, kemu-dian saluran pemanas udara terdiri dari kaca penutup,pelat penyerap terbuat dari aluminium dicat hitam pekat,dan material insulasi di sisi luar saluran pemanas udaraagar panas tidak hilang ke lingkungan. Lampu halogensebanyak enam buah digunakan sebagai pengganti mata-hari dipasang di atas alat pemanas udara. Kipas peng-ghisap digunakan untuk mengalirkan udara kedalam salu-ran. Detail komponen penyusun dapat dilihat pada Gam-bar 1 dan Gambar 2 .

Skema sistem pemanas udara tenaga surya ditunjukkanpada Gambar 1 . Penelitian dilakukan secara eksperimendengan beberapa alat ukut seperti pada Tabel 1 . Gambar 2menunjukkan saat pengujian yang dilakukan di dalamlaboratorium. Saluran pemanas udara memmiliki dimensilebar 600 mm, panjang 900 mm, dan tinggi 100 mm.Sedangkan pelat penyerap memiliki dimensi untuk setiapgelombang lebar 45 mm, tinggi 85 mm, dan panjang 900mm dengan variasi sudut tekuk 83°, 85 , dan 87°. Posisisudut tekuk Θ dapat dilihat pada Gambar 3 . Pelat peny-erap berbentuk trapesium dengan tiga variasi sudut tekukpelat penyerap 83°, 85 , dan 87° ditunjukkan seperti padaGambar 4 .



138 P a g e

Figure 1. Skema sistem pemanas udara

Figure 2. Pemanasudara artifisial



P a g e 139

Table 1. Alat Ukur.

Parameter yang di ukur Alat ukurKecepatan udara masuk AnemometerIntensitas PyranometerTemperatur Data logger termokopel

Figure 3. Pemanasudara artifisial

Table 2. ParameterPengujian

Parameter NilaiTemperatur ruangan 28◦CLaju massa aliran udara 0.022 – 0.051 kg/sIntensitas lampu halogen 850 – 950 W/m2Lama pengujian setiap variasi laju massa aliran udara 25 menit

Pengujian dilakukan selama 25 menit di dalam labora-torum Ilmu Dasar Politeknik Elektronika Negeri Surabayadengan temperatur ruang dijaga konstan 28 °C. Parameterpengujian dapat dilihat pada Tabel 2

HASIL DAN PEMBAHASAN

Berikut ini adalah hasil dan pembahasan dari hasileksperimen yang telah diperoleh untuk tiga variasi suduttekuk pelat penyerap berbentuk gelombang trapesium.Pembahasan tersebut meliputi tempertaur pelat peny-erap, temperatur udara keluar, selisih kenaikan temperaturudara, panas berguna yang dihasilkan oleh pemanas udaraserta efisiensi termal terhadap variasi intensitas dan lajualiran massa udara.

Gambar 5, 6 and 7 menunjukkan grafik temperaturpelat penyerap di sepanjang saluran masuk hingga keluaratau diwakili dengan sumbu z dalam satuan meter padasaat laju massa aliran udara 0.022 kg/s untuk intensitas850 W/m2 sampai 950 W/m2.

Grafik tersebut menunjukkan temperatur pelat peny-erap mengalami peningkatkan dari sisi masuk z = 0.2 mhingga menuju sisi keluar z = 0.8 m. Hal tersebut dikare-nakan terjadi perpindahan panas secara konveksi alami

pada ruang antara kaca permukaan dalam dengan pelatpenyerap. Pada perpindahan panas konveksi alami ter-jadi gaya buoyancy, gaya tersebut berbentuk olakan sirku-lasi [11] yang mengakibatkan panas merambat dari sisidekat masukan z = 0.2 m ke sisi dekat keluaran z = 0.8 m.

Gambar 8, 9 and 10 menunjukkan temperatur udarakeluar terhadap laju aliran massa udara dengan variasiintensitas panas lampu halogen 850 W/m2, 900 W/m2,dan 950 W/m2. Jenis aliran turbulen dipilih sebagai jenisaliran yang mengalir di dalam saluran. Setelah dilakukanperhitungan dengan menggunakan bilangan Reynoldsnumber atau persamaan (2) diperoleh enam variasi lajualiran massa udara 0.022 kg/s sampai 0.051 kg/s. Ketigagambar tersebut menunjukkan tren grafik yang sama yaitutemperatur udara semakin menurun dengan bertambahnyalaju aliran massa udara. Hal tersebut dikarenakan udaratidak cukup mengalami pemanasan di dalam saluranpamanas udara dimana di dalam saluran terjadi perpin-dahan panas secara konveksi paksa. Hal tersebut dikare-nakan udara masuk ke dalam saluran pemanas menggu-nakan bantuan kipas hisap.

Gambar 8, 9 and 10 menunjukkan temperatur udarakeluar terhadap laju aliran massa udara dengan variasiintensitas panas lampu halogen 850 W/m2, 900 W/m2,



140 P a g e

Figure 4. Plat trapesium dengan sudut tekuk bagian bawah (a) 83°, (b) 85°, dan (c) 87°.



P a g e 141

Figure 5. Temperaturpelat penyerap, I = 850 W/m2

Figure 6. Temperaturpelat penyerap, I = 900 W/m2

dan 950 W/m2. Jenis aliran turbulen dipilih sebagai jenisaliran yang mengalir di dalam saluran. Setelah dilakukanperhitungan dengan menggunakan bilangan Reynoldsnumber atau persamaan (2) diperoleh enam variasi lajualiran massa udara 0.022 kg/s sampai 0.051 kg/s. Ketigagambar tersebut menunjukkan tren grafik yang sama yaitutemperatur udara semakin menurun dengan bertambahnyalaju aliran massa udara. Hal tersebut dikarenakan udaratidak cukup mengalami pemanasan di dalam saluranpamanas udara dimana di dalam saluran terjadi perpin-dahan panas secara konveksi paksa. Hal tersebut dikare-nakan udara masuk ke dalam saluran pemanas menggu-nakan bantuan kipas hisap.

Gambar 9 merupakan grafik temperatur udara keluarterhadap laju aliran massa udara dengan variasi intensi-tas lampu halogen untuk pelat penyerap gelombang trape-sium dengan sudut tekuk 85°. Tempeartur udara keluarterendah 36 °C ketika laju aliran massa udara 0.051kg/s dengan intensitas 850 W/m2. Sedangkan, tempearturudara keluar tertinggi 42.5 °C ketika laju aliran massaudara 0.022 kg/s dengan intensitas 950 W/m2

Gambar 10 merupakan grafik temperatur udara keluarterhadap laju aliran massa udara dengan variasi intensi-tas lampu halogen untuk pelat penyerap gelombang trape-sium dengan sudut tekuk 87°. Tempeartur udara keluarterendah 34.3 °C ketika laju aliran massa udara 0.051



142 P a g e

Figure 7. Temperatur pelatpenyerap, I = 950 W/m2

Figure 8. Temperaturudara keluar untuk sudut tekuk trapesium pelat penyerap 83◦

kg/s dengan intensitas 850 W/m2. Sedangkan, tempearturudara keluar tertinggi 40.2 °C ketika laju aliran massaudara 0.022 kg/s dengan intensitas 950 W/m2

Gambar 11, 12 and 13 menunjukkan selisih temperaturudara terhadap laju aliran massa udara. Selisih temperaturudara dapat diketahui dari selisih perbedaan antara tem-peratur udara masuk dan temperatur udara keluar. Grafikpada Gambar 11, 12 and 13 menunjukkan bahwa semakinmeningkatnya intensitas radiasi maka temperatur akanmeningkat. Hal tersebut dikarenakan semakin besar inten-sitas maka panas yang diserap oleh pelat penyerap akansemakin besar sehingga temperatur udara keluar akanmeningkat. Pada masing-masing intensitas terdapat enammacam variasi laju aliran massa udara.

Gambar 11 menunjukkan selisih temperatur udarauntuk pelat penyerap gelombang trapesium dengan sudut

tekuk 83°. Berdasarkan Gambar 11 , selisih temperaturudara terendah terjadi pada saluran pada saat intensitas850 W/m2 saat laju aliran massa tertinggi 0.051 kg/s yaknisebesar 9°C. Sedangkan, selisih temperatur udara tert-inggi terjadi pada saluran pada saat intensitas 950 W/m2

saat laju aliran massa terendah 0.022 kg/s yakni sebesar15.2 °C.

Tren yang sama ditunjukkan pada Gambar 12 and 13.Gambar 12 menunjukkan selisih temperatur udara untukpelat penyerap gelombang trapesium dengan sudut tekuk85°. Berdasarkan Gambar 12 , selisih temperatur udaraterendah terjadi pada saluran pada saat intensitas 850W/m2 saat laju aliran massa tertinggi 0.051 kg/s yaknisebesar 8 °C. Sedangkan, selisih temperatur udara tert-inggi terjadi pada saluran pada saat intensitas 950 W/m2

saat laju aliran massa terendah 0.022 kg/s yakni sebesar



P a g e 143

Figure 9. Temperaturudara keluar untuk sudut tekuk trapesium pelat penyerap 85◦.

Figure 10. Temperaturudara keluar untuk sudut tekuk trapesium pelat penyerap 87◦.

14.5 °C.

Gambar 13 menunjukkan selisih temperatur udarauntuk pelat penyerap gelombang trapesium dengan suduttekuk 87°. Berdasarkan Gambar 13 , selisih temperaturudara terendah terjadi pada saluran pada saat intensitas850 W/m2 saat laju aliran massa tertinggi 0.051 kg/s yaknisebesar 6.3 °C. Sedangkan, selisih temperatur udara tert-inggi terjadi pada saluran pada saat intensitas 950 W/m2saat laju aliran massa terendah 0.022 kg/s yakni sebesar12.2 °C.

Gambar 14, 15 and 16 menunjukkan panas yangberguna yang dihasilkan oleh pemanas udara sepertiditunjukkan pada persamaan (1). Energi berguna meru-pakan fungsi dari laju aliran massa, panas spesifik, tem-peratur fluida masuk dan temperatur fluida keluar kolektorsurya. Pada Gambar 14, 15 and 16 terlihat tren grafik naik

semakin meningkatnya kecepatan. Hal tersebut dikare-nakan energi berguna akan meningkat seiring meningkat-nya laju aliran massa dan kenaikan temperatur yang meru-pakan selisih antara temperatur fluida keluar dengan tem-peratur fluida masuk.

Gambar 14 menunjukkan energi berguna yangdihasilkan oleh pelat penyerap gelombang trapesium den-gan sudut tekuk 83°. Berdasarkan Gambar 14 energiberguna terendah terjadi pada saat intensitas 850 W/m2

saat laju aliran massa udara 0.051 kg/s yakni sebesar 284W. Sedangkan, energi berguna tertinggi terjadi saat inten-sitas 950 W/m2 saat laju aliran massa udara 0.051 kg/syakni sebesar 527 W.

Gambar 15 menunjukkan energi berguna yangdihasilkan oleh pelat penyerap gelombang trapesium den-gan sudut tekuk 85°. Berdasarkan Gambar 15 energi



144 P a g e

Figure 11. Selisih temperatur udara untuk sudut tekuk trapesium pelat penyerap 83◦.

Figure 12. Selisihtemperatur udara untuk sudut tekuk trapesium pelat penyerap 85◦

berguna terendah terjadi pada saat intensitas 850 W/m2


Gambar 16 menunjukkan energi berguna yangdihasilkan oleh pelat penyerap gelombang trapesium den-gan sudut tekuk 87°. Berdasarkan Gambar 16 energiberguna terendah terjadi pada saat intensitas 850 W/m2


BerdasarkanGambar 14, 15 and 16 menunjukkanpanas yang berguna tertinggi dihasilkan oleh pelat peny-erap gelombang trapesium dengan sudut tekuk 83°. Haltersebut dikarenkan pelat penyerap gelombang trape-

sium dengan sudut tekuk 83° memiliki selisih temperaturudara tertinggi saat laju aliran massa udara yang sama.Berdasarkan Gambar 4 pelat penyerap gelombang trape-sium dengan sudut tekuk 83 ° memiliki luas permukaanyang lebih luas dalam menyerap panas. Semakin banyakpanas yang diserap mengakibatkan udara di dalam saluranakan mengalami peningkatan temperatur.

Gambar 17, 18 and 19 menunjukkan efisiensi pemanasudara. Efisiensi kolektor merupakan perbandingan antarapanas yang berguna dengan intensitas radiasi dan luasankolektor. Berdasarkan data yang diperoleh dari hasileksperimen maka efisiensi kolektor dapat dihitung meng-gunakan persamaan (5) yang merupakan fungsi dari panasberguna dibagi dengan intensitas dan luas pelat penyerap.dan diplotkan kedalam grafik seperti pada Gambar 17, 18and 19 .

Gambar 17 menunjukkan efisiensi termal yang



P a g e 145

Figure 13. Selisihtemperatur udara untuk sudut tekuk trapesium pelat penyerap 87◦.

Figure 14. Panasberguna untuk sudut tekuk trapesium pelat penyerap 83◦.

dihasilkan oleh pelat penyerap gelombang trapesium den-gan sudut tekuk 83°. Berdasarkan Gambar 17 efisiensi ter-mal terendah terjadi pada saat intensitas 850 W/m2 saatlaju aliran massa udara 0.051 kg/s yakni sebesar 58.3%.Sedangkan, efisiensi termal tertinggi terjadi saat intensitas950 W/m2 saat laju aliran massa udara 0.051 kg/s yaknisebesar 96.8%.

Gambar 18 menunjukkan efisiensi termal yangdihasilkan oleh pelat penyerap gelombang trapesium den-gan sudut tekuk 85°. Berdasarkan Gambar 18 efisiensi ter-mal terendah terjadi pada saat intensitas 850 W/m2 saatlaju aliran massa udara 0.051 kg/s yakni sebesar 52.3%.Sedangkan, efisiensi termal tertinggi terjadi saat intensitas950 W/m2 saat laju aliran massa udara 0.051 kg/s yaknisebesar 81.3%.

Gambar 19 menunjukkan efisiensi termal yang

dihasilkan oleh pelat penyerap gelombang trapesium den-gan sudut tekuk 87°. BerdasarkanGambar 19 efisiensi ter-mal terendah terjadi pada saat intensitas 850 W/m2 saatlaju aliran massa udara 0.051 kg/s yakni sebesar 42%.Sedangkan, efisiensi termal tertinggi terjadi saat intensitas950 W/m2 saat laju aliran massa udara 0.051 kg/s yaknisebesar 61.5%.

Trend grafik pada Gambar 17, 18 and 19 , efisiensi ter-lihat naik seiring meningkatnya kecepatan. Hal tersebutdipengaruhi oleh laju aliran massa udara meningkatnyalaju aliran massa udara maka energi panas yang diserapakan semakin besar sehingga efisiensi akan meningkat.Mengingat bila dinyatakan dalam matematis seperti padapersamaan (5).



146 P a g e

Figure 15. Panasberguna untuk sudut tekuk trapesium pelat penyerap 85◦.

Figure 16. Panas bergunauntuk sudut tekuk trapesium pelat penyerap 87◦.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian ini dapat diambil beber-apa kesimpulan antara lain:

1. temperatur pelat penyerap mengalami peningkatandari sisi masuk z = 0.2 m hingga menuju sisi keluarz = 0.8 m,

2. temperatur udara semakin menurun dengan bertam-bahnya laju aliran massa udara. Hal tersebut dikare-nakan udara tidak cukup mengalami pemanasan didalam saluran pamanas udara dimana di dalam salu-ran terjadi perpindahan panas secara konveksi paksa,

3. unjuk kerja terbaik yang dihasilkan oleh pemanasudara pelat gelombang berbentuk trapesium suduttekuk 83° saat I = 950 W/m2,

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT TuhanYang Maha Pemurah, atas limpahan rahmatNya. Ucapanterima kasih penulis sampaikan kepada Politeknik Elek-tronika Negeri Surabaya yang telah membiayai penelitian.

REFERENCES

[1] saleh abdurrahman et al., editors. Outlook EnergiIndonesia. november 2016.

[2] M A Karim and M Hawlader. Performance Investi-gation of Flat-pelate. Finned Air Collectors. Energy,31:452–470, 2006.

[3] Chii-Dong & Chang Ho, Hsuan, et al. DevicePerformance Improvement of Recycling Double-



P a g e 147

Figure 17. Efisienitermal untuk sudut tekuk trapesium pelat penyerap 83◦.


Pass Cross-Corrugated Solar Air Collectors, 2018.[4] D. V. N. Lakshmi, Apurba Layek, and P. Muthu

Kumar. Performance Analysis of Trapezoidal Cor-rugated Solar Air Heater with Sensible Heat StorageMaterial. Energy Procedia, 109:463–470, 2017.

[5] Santosh Vyas and Sunil Punjabi. ExperimentalStudy of Thermal Performance Enhancement of AFlat Plate Solar Air Heater Using Optical Measure-ment Technique. International Journal of Recentadvances in Mechanical Engineering, 4(3):81–97,2015.

[6] Wang Wujun and Laumert Bjorn. Simulate a ‘Sun’for Solar. Research: A Literature Review of SolarSimulator Technology, page p. 37, 2014.

[7] Aboghrara Alsanossi M. et al. Performance analy-sis of solar air heater with jet impingement on cor-

rugated absorber pelate. . Case Studies in ThermalEngineering, 2017.

[8] Hoy-Yen Chan, A A Vinson, S S S Baljit, andM H Ruslan. Comparison of Thermal Performancesbetween Low Porosity Perforate Plate and Flat PlateSolar Air Collector. Journal of Physics: ConferenceSeries, 989:012001–012001, 2018.

[9] Fox Robert W and Pritchard Philip J and Mcdon-ald Alan T. Fox and McDonald’s introduction tofluid mechanics. John Wiley & Sons, 2011.

[10] John A Duffie and William A Beckman. Solar Engi-neering of Thermal Processes, Fourth Edition. JohnWilley and Sons, April 2013.

[11] Bejan Adrian. Convection heat transfer. John Willeyand Sons, United States of America, 2013.



148 P a g e


Conflict of Interest Statement:The author declares that the research was conductedin the absence of any commercial or financial relation-ships that could be construed as a potential conflict ofinterest.

Article History:Received: 25 October 2019 | Accepted: 25 November2019 | Published: 30 December 2019



experimental study of artiﬁcial solar air heater using

Documents