1. proposal pemanas udara surya_(passed dipa 2009) repaired)
TRANSCRIPT
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 1/24
USUL PENELITIAN
PEMANAS UDARA SURYA TIPE PELAT RATA DENGAN
TEKNIK MULTI BELOKAN
Oleh :
SYUKRAN, ST, MT
FAKHRIZA, ST
IR. MUKHTAR ALI
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE
APRIL 2009
i
DANA DIPA
(REVISI)
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 2/24
HALAMAN PENGESAHAN USULAN PENELITIAN
1. a. Judul : Pemanas Udara Surya Tipe Pelat Rata dengan
Teknik Multi Belokan.
b. Bidang Ilmu : Teknologi
2. Ketua Peneliti
a. Nama Lengkap dan Gelar : Syukran, ST, MT
b. jenis Kelamin : Laki-laki
c. Golongan/ Pangkat/ NIP : IIIa / Penata Muda / 132 304 674
d. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli Madya
e. Jabatan Struktural : Ka.Prodi Jurusan Mesin PNL
f. Jurusan : Teknik Mesing. Alamat : Jl.Matang Keupila No.20 Lhoksukon Aceh Utara
h. Telp/E-mail : (0645)31646/ [email protected]
3. Jumlah Anggota Peneliti : 2 Orang
Nama Anggota Peneliti I : Fakhriza, ST
Nama Anggota Peneliti II : Ir.Mukhtar Ali
4. Lokasi Penelitian : Kampus Politeknik Negeri Lhokseumawe
5. Jumlah biaya yang diperlukan : Rp. 10.000.000,- (Sepuluh Juta Rupiah)
Sumber : DIPA
Buketrata, 15 Februari 2009
Mengetahui :
Ketua Jurusan Teknik Mesin. Ketua Pelaksana.
Ir. Ilyas Yusuf Syukran, ST, MT
Nip. 131 817 589 Nip. 132 304 674
Menyetujui :
Ka. LPPM- Politeknik Negeri Lhokseumawe
Ir. Harunsyah, M.Eng. ScNip. 132 056 438
i
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 3/24
A. JUDUL : Pemanas Udara Surya Pelat Rata dengan Teknik Multi Belokan.
B. BIDANG ILMU : Teknologi
Bab 1. Pendahuluan
Pemanas udara surya merupakan salah satu peralatan termal yang memanfaatkan
energi radiasi matahari (surya) sebagai sumber energi utama untuk memanaskan aliran
fluida (udara) yang mengalir di dalam saluran. Fungsi aplikatif pemanas udara adalah
sebagai media pengering produk-produk pertanian. Selain itu juga dapat diterapkan pada
perancangan ruang penyimpanan produk pertanian dan perkebunan yang membutuhkantemperatur operasi penyimpanan tidak terlalu tinggi. Misalnya pada gudang penyimpanan
beras atau tepung, di mana temperatur ruang penyimpanan harus mencapai temperatur
lebih tinggi dari temperatur lingkungan agar tidak terjadi kerusakan dan aglomerasi
produk.
Dalam bidang pertanian dan perkebunan, kebutuhan pemanas udara surya jelas
sangat diperlukan. Hal ini mengingat produksi pertanian dan perkebunan masyarakat terus
mengalami peningkatan dari waktu ke waktu. Sedangkan umumnya masyarakatkhususnya di Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam masih menggunakan cara-cara
tradisional dalam proses pengeringan hasil pertanian dan perkebunan mereka, yaitu
dengan cara menjemur langsung di alam te
rbuka pada siang hari atau dengan metode pengasapan secara kontak langsung.
Metode pengasapan menyebabkan kualitas produk terkontaminasi. Gas-gas
komposisi asap dapat menyebabkan rusaknya komposisi produk secara kimia. Sedangkan
metode pengeringan langsung mempunyai kelemahan antara lain temperatur pengeringan
(penjemuran di alam terbuka) tidak akan dapat mencapai maksimal, karena objek
pengeringan berinteraksi langsung dengan lingkungan, kehilangan panasnya cukup besar
sehingga membutuhkan waktu pengeringan yang relatif lebih lama. Jika dianalisa
berdasarkan jam efektif penyinaran matahari, maka waktu pengeringan langsung adalah
antara pukul 10 pagi sampai pukul 16.00 sore, atau sekitar 6 jam perhari. Akan tetapi
dengan metode pemanas udara surya, waktu pengeringan dapat berlangsung lebih lama
sekitar 10 sampai 12 jam perhari dan temperatur pengeringan yang dihasilkan pemanas
tersebut dapat lebih tinggi dengan teknik meminimalkan kehilangan panas peralatan
1
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 4/24
pemanas udara tersebut. Dengan demikian waktu pengeringan dengan metode pemanas
udara surya jelas lebih singkat tanpa merusak kualitas produk tersebut.
Berdasarkan hal di atas, maka perlu dilakukan penelitian ini dengan tujuan akhir
adalah menciptakan peralatan pemanas udara surya yang dapat beroperasi secara alamiah
dan dapat bermanfaat bagi masyarakat dalam mengeringkan hasil pertanian dan
perkebunan mereka dengan mempertimbangkan standar kualitas produk tersebut.
Selain itu juga penelitian ini merupakan bagian dari program pemerintah dalam
memanfaatkan energi terbarukan dalam meningkatkan taraf hidup secara ekonomi bagi
masyarakat khususnya penduduk pertanian dan perkebunan.
Bab 2. Perumusan Masalah
Metode pengeringan yang diterapkan masyarakat pedesaan dalam mengeringkan
hasil pertanian dan perkebunan mereka sampai saat ini umumnya masih menggunakan
metode menjemur langsung di alam terbuka atau dengan metode pengasapan. Kedua
metode tersebut mempunyai sisi kelemahan yang sangat besar jika di tinjau dari segi
lamanya waktu pengeringan dan kualitas produk hasil pengeringan. Selain itu juga
dengan metode tersebut, proses pengontrolan kadar air yang harus dilepaskan dari objek
pengering juga distribusi tempertur pengeringan akan sulit diketahui, sehingga akan
mengganggu proses selanjutnya terhadap produk yang mungkin dilakukan. Sebagai
contoh berdasarkan data dari Dinas Pertanian dan Perkebunan Aceh Utara, untuk hasil
perkebunan seperti kakau, kadar air yang diharapkan setelah melalui proses pengeringan
adalah 6% ~ 7% , dan temperatur pengeringan yang aman tidak merusak produk berkisar
antara 60oC~70oC. Sehingga jelas bahwa dengan metode pengeringan langsung tersebut
kondisi persyaratan pengeringan produk kaku tersebut sangat sulit dilakukan.
Dari permasalahan di atas, perlu dicari suatu media pengering yang dapat
mempersingkat waktu pengeringan, tidak membutuhkan biaya operasional (seperti
layaknya media pengering yang menggunakan bahan bakar), serta kualitas produk/ objek
hasil pengeringan tetap terjaga. Usaha ini jelas sangat bermanfaat bagi para petani,
pengusaha kecil dan menengah yang terlibat langsung dengan pengolahan hasil pertanian
dan perkebunan.
2
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 5/24
Media pemanas udara surya marupakan salah satu sarana yang dapat digunakan
untuk mejawab permasalahan di atas. Walaupun terdapat keterbatasan dalam
operasionalnya, dikarenakan kondisi iklim di Indonesia tidak memungkinkan pemanas
udara surya ini dapat beroperasi. Akan tetapi dengan asumsi 70% cuaca cerah dalam
setahun, maka akan sangat membantu para petani dalam memaksimalkan produk
pengeringnya dengan tingkat efisiensi yang lebih besar dibanding pengeringan dengan
metode menjemur langsung tanpa pengkondisian udara.
Untuk jangka panjang, metode pemanas udara surya ini jelas lebih
menguntungkan. Selain tidak membutuhkan biaya operasional karenan non bahan bakar,
ramah lingkungan, juga pemeliharaan dan pengontrolan yang relatif lebih mudah.Umumnya pemanas udara surya jarang terjadi over heating terhadap produk. Temperatur
yang dihasilkan biasanya berkisar antara 40oC ~ 70oC, sehingga sesuai dengan kebutuhan
pengeringan. Tingkat penurunan temperaturnya juga yang relatif kecil terhadap waktu,
dikarenakan pemanas udara surya memiliki media penyimpan panas (absorber) yang
mampu mengalirkan panas selama 3 sampai 4 jam setelah matahari terbenam.
Secara investasi awal, pemanas udara surya tergolong sangat tidak mahal. Dapat
diproduksi sendiri dan tidak membutuhkan peralatan tambahan seperti fan atau blower
seperti pada metode pengeringan memakai bahan bakar. Aliran pemanas udara surya
dapat terjadi secara alamiah karena perbedaan berat jenis udara dalam saluran udara
pemanas. Selain itu juga jangkauan pemakainya dapat mencakup daerah terpencil.
Bab 3. Tinjauan Pustaka
3.1 Pemanas Udara Surya
Penyerap dari sebuah pemanas udara surya yang digunakan untuk memanaskan
ruang terdiri dari sebuah saluran dangkal yang lebar seperti ditunjukkan pada Gambar 1
dengan jenis aliran udara laminar atau turbulen.
Aliran dalam pemanas konveksi-paksa komersial, biasanya turbulen di mana 2000
< Re < 10000. Karena perpindahan dari absorber ke udara di mana udara memiliki
kapasitas panas yang lebih kecil, maka diperlukan laju aliran massa yang besar, sehingga
koefisien konveksi h f dalam pemanas dan penurunan tekanan ∆ p melintasi pemanas
adalah parameter yang harus dipertimbangankan.
3
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 6/24
Gambar 1. Pemanas udara suryaSumber : Wiranto Arismunandar : 1995
3.2 Jaringan Termal Pemanas Udara Surya
Tahanan termal ekivalen terhadap perpindahan panas untuk kasus pemanas udara
seperti pada Gambar 1 di atas ditunjukkan pada Gambar 2. A/A c adalah perbandingan luas
bidang perpindahan panas terhadap luas rongga pemanas, Ta, T b dan T p berturut-turut
adalah temperatur lingkungan, temperatur kaca dan temperatur permukaan absorber.
Dalam analisis diasumsikan harga T b mendekati harga T p.
Gambar 2. Jaringan termal pemanas udara surya
4
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 7/24
3.3. Faktor Efisiensi, F’
Karena temperatur pelat absobser berubah-ubah sepanjang dan melintang
permukaan absorber, maka persamaan perolehan panas pemanas dan persamaan efisiensi
dinyatakan sebagai fungsi dari temperatur fluida masuk, yang relatif mudah dikontrol dan
diukur selama pengujian dan operasinya.
Berdasarkan jaringan termal ekivalen seperti pada Gambar 2, maka persamaan
faktor efisiensi untuk pemanas udara tersebut adalah :
( )( )
=
C
r f
L
A f A
1 1h h
1 F'
U
1+ 1h ++
Di mana :
h f adalah koefisien konveksi (W/m2.K)
hr adalah koefisien radiasi (W/m2.K)
koefisien radiasi, hr ditentukan dengan persamaan berikut :
( )( )
4 4
p br
1 1 p bεp εc
σ T -T h =
+ -1 (T -T )
Di mana :
ε p = emisivitas absorber
εc = emisivitas kaca
σ = konstanta radiasi (5,67×10-8 W/m2.k 4)
3.4 Faktor Pelepasan Panas, FR
Perolehan panas sebuah pemanas surya dinyatakan sebagai fungsi dari temperatur
masuk fluida T i. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan faktor pelepasan panas FR .
p R L
L p
G c F U F' = 1- exsp -
F' U F' G c
Di mana cp adalah panas spesifik udara (J/kg.K), G adalah laju aliran masaa (kg/s.m2), F’
adalah faktor efisiensi, UL adalah koefisien kerugian panas.
5
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 8/24
3.5 Koefisien Kerugian Panas, UL
Mekanisme kerugian panas dari sistem pemanas udara surya seperti ditunjukkan
pada Gambar 1 adalah sebagai berikut. Panas hilang dari bagian atas absorber karena
konveksi alamiah dan radiasi ke permukaan dalam saluran pemanas (di bawah penutup
kaca). Sebagian dari radiasi ini akan benar-benar melalui penutup kaca. Tetapi dalam
analisis penelitian ini hal itu diabaikan. Panas ini selanjutnya dikonduksikan oleh pelat
kaca ke permukaan luarnya, kemudian dipindahkan ke atmosfer luar secara konveksi dan
radiasi. Kerugian panas ini dinamakan kerugian panas atas (top loss) dan dinyatakan
dengan :
2(W/m )t p aU (t - t )
Di mana U t disebut koefisien atas (W/m2.K), T p dan Ta masing-masing adalah temperatur
absorber dan temperatur lingkungan. Kebalikan dari U t , 1/U t adalah jumlah tahanan
terhadap perpindahan panas dari absorber lingkungan.
3.6 Koefisien Konveksi Udara dalam Saluran Pemanas, h f
Perpindahan panas secara konveksi secara umum dibagi dua, yaitu konveksi bebas
dan konveksi paksa. Laju perpindahan panas pada konveksi bebas lebih rendah dibanding
konveksi paksa untuk kondisi temperatur yang sama. Oleh karena itu, dalam merancang
sebuah pemanas udara, harus diusahakan sedemikian rupa supaya terjadi perpindahan
panas secara konveksi paksa. Konveksi paksa terjadi jika terdapat aliran fluida pada
permukaan perpindahan panas. Untuk mengevaluasi laju perpindahan panas konveksi
paksa diperlukan beberapa definisi bilangan tak berdimensi seperti bilangan Reynolds,
Prandtl, Nusselt, dan lain-lain. Persamaan bilangan Reynolds untuk aliran fluida di dalam
saluran pemanas adalah :
Re m i D
u D ρ
µ =
dimana ρ adalah massa jenis fluida, mu adalah kecepatan rata-rata aliran fluida, Di adalah
diameter saluran, dan μ adalah viskositas fluida. Persamaan tersebut dapat pula ditulis
sebagai :
D
4e
μi
m R
Dπ =
&
6
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 9/24
dimana m&laju aliran massa fluida. Fluida yang mengalir di dalam saluran pemanas
mengalami penurunan tekanan ( pressure drop) akibat gesekan dinding saluran pemanas.
Gesekan saluran pemanas disimbolkan dengan sebuah faktor, yaitu faktor friksi f yang
merupakan faktor tak berdimensi. Faktor f untuk aliran turbulen berkembang penuh ( fully
developed ) dapat didekati dengan persamaan sebagai berikut :
( )1 40,316Re Re 20.000 D D
f −= ≤
( )1 50,184Re Re 20.000 D D
f −= ≥
Selain menggunakan persamaan di atas, faktor f untuk berbagai nilai bilangan Reynolds
dapat dicari dari diagram Moody. Alternatif lain untuk mencari faktor f adalah dengan
menggunakan persamaan Petukhov, yaitu:
( )2 60,790ln Re 1,64 3000 Re 5 10
D D f x
−= − ≤ ≤
persamaan Petukhov untuk bilangan Nusselt aliran turbulen di dalam pemanas adalah :
( )
( ) ( )1 2 2 3
/ 8 Re Pr
1,07 12,7 / 8 Pr 1
D
D
f Nu
f =
+ −
Di mana Pr adalah bilangan Prandtl . faktor f dapat dicari dari diagram Moody, atau
dari persamaan 6.7. Persamaan ini berlaku untuk kondisi4 60,5 Pr 2000;10 Re 5 10
Dx < < < <
Sedangkan untuk bilangan Reynolds yang lebih kecil, digunakan persamaan Gnielinsk :
( ) ( )
( ) ( )1 2 2 3
/ 8 Re 1000 Pr
1 12,7 / 8 Pr 1
D
D
f Nu
f
−=
+ −
yang berlaku untuk kondisi
60,5 Pr 2000;3000 Re 5 10 D
x < < < < Untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi di dalam saluran pemanas,
digunakan persamaan
i D
i
k h Nu
D=
Di mana
ih = koefisien konveksi di dalam saluran pemanas [W/m2.K]
k = konduktivitas termal bahan saluran pemanas [W/m.K]
7
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 10/24
3.7 Penurunan Tekanan ( pressure drop), ∆ pBesarnya penurunan tekanan yang terjadi pada fluida akibat melintasi seluran
pemanas dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
32 fG L Δp=
ρ b
Di mana f adalah koefisien gesekan, G adalah laju aliran massa (kg/s.m2), L adalah
panjang saluran pemanas (m), b adalah tinggi saluran pemanas (m), dan ρ adalah Massa
jenis udara (kg/m3)
3.8 Efisiensi Termal Pemanas Surya
Perolehan panas atau keluaran berguna dari suatu pemanas udara surya ditentukan
dengan persamaan berikut :
( )outQ = R T L i a F G (τα) - U T - T
Apabila panas keluaran ini dibagi dengan masukan GT , yaitu masukan radiasi pada
pemanas udara adalah :
η =
i a R R L
T
T -T
F (τα) - F U G
Di mana :
η = efisiensi termal pemanas udara
FR = faktor pelepasan panas
UL = koefisien kerugian panas
Ti = Temperatur masuk fluida (oC)
Ta = temperatur lingkungan (oC)
3.9 Pengujian Kinerja Termal Pemanas Udara Surya
Pengujian prestasi termal dari sebuah pemanas surya dilkasanakan dengan cara
supaya kurva efisiensi dapat ditentukan pada kondisi pengujian tertentu. (ASHRAE
Standard 93-77). Sedikitnya harus ada 16 titik data bagi peentapan kurva efisiensi
”seketika” (minimum 5 menit). Efisiensi seketika diperoleh dengan cara membagi energi
yang didapat dari pemanas surya selama waktu yang memadai dengan harga gabungan
dari energi surya yang masuk selama kurun waktu itu.
8
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 11/24
Kurun waktu itu diperoleh dengan cara mengukur konstanta waktu untuk pemanas
udara tersebut, yaitu waktu (setelah pemanas udara tersebut ditutup) selama selisih
temperatur fluida yang masuk dan temperatur fluida yang keluar mencapai 36,8% dari
harga awalnya.
Sebagai contoh salah satu kurva efisiensi termal untuk sebuah pemanas surya
diberikan pada Gambar 3 berikut.
Gambar 3. Kurva efisiensi termal untuk sebuah pemanas suryaSumber :ASHRAE Standard 93-97
3.10 Pengujian Keandalan Pemanas Udara Surya (Reliability Test)
Selain dari pengujian kinerja termal, dilakukan juga pengujian lain dan digunakan
untuk menentukan keandalan, ketahanan dan keamanan dari pemanas udara surya
tersebut. Pengujian keandalan tersebut meliputi, antara lain :
Pengujian kejutan termal semprot air : untuk menentukan kemampuan pemanas surya
mampu menahan kejutan termal yag disebabkan oleh jatuhnya hujan lebat pada
permukaan pemanas.
Pengujian hujan yang dimaksudkan untuk menentukan ketahanan rembesan air,
apabila dikenai hujan angin.
Pengujian kebocoran tekanan statik.
9
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 12/24
3.11 Isolasi Termal
Isolasi adalah suatu material yang digunakan untuk mencegah suatu benda dari
pengaruh luar tertentu. Isolasi panas memberikan arti bahwa benda yang diisolasi itu
dilindungi terhadap pengaruh temperatur luar. Atau dengan kata lain dilindungi dari panas
yang akan masuk atau akan keluar menembus batas benda dengan sekelilingnya.
Dalam kasus pemanas surya, diperlukan isolasi termal guna menjaga temperatur
absorber relatif stabil dengan laju penurunan temperatur yang relatif kecil terhadap waktu.
Sehingga waktu operasi pemanas dapat lebih lama.
Prinsip dasar dalam menentukan tebalnya isolasi termal ditentukan melalui analisis perpindahan panas untuk keseluruhan modus, konduksi, konveksi, dan radiasi.
3.12 Konsep Dasar Simulasi Numerik
Metode numerik adalah metode perhitungan aproksimasi persamaan differensial
dengan persamaan aritmatik biasa atau persamaan diskrit yang mudah diselesaikan dan
menghasilkan solusi aproksimasi pada titik-titik diskrit. Metode ini menyederhanakan
persamaan analitis yang rumit menjadi persamaan aljabar yang sederhana dan eksak.
Persamaan-persamaan kekekalan massa dan momentum, kekekalan energi dan lain-lain
diselesaikan dengan perhitungan secara iterasi. Metode yang digunakan adalah membagi
volume sistem (dalam hal ini saluran fluida pemanas udara), menjadi volume kecil yang
disebut mesh atau grid . Setiap volume kecil memiliki sejumlah nodal tempat menerapkan
persamaan-persamaan konservasi. Setiap nodal memiliki karakteristik spesifik sebagai
volume aturnya. Semakin halus mesh yang dilakukan, semakin akurat hasil yang
diperoleh, namun membutuhkan waktu kalkulasi yang lebih lama.
Penyelesaian permasalahan dengan metode numerik dapat dilakukan dengan
berbagai metode, yaitu metode finite-difference, finite element , dan finite volume. Metode
numerik finite volume paling sesuai untuk menyelesaikan permasalahan aliran dan energi
tiga dimensi (3-D). Persamaan-persamaan diskrit dibangun dengan membagi volume atur
keseluruhan sistem menjadi volume atur-volume atur kecil. Pada setiap volume atur kecil
diterapkan persamaan-persamaan kekekalan massa dan momentum, kekekalan energi, dan
lain-lain sehingga secara keseluruhan akan diperoleh sekumpulan persamaan aljabar
linier. Persamaan linier tersebut kemudian diselesaikan dengan perhitungan secara iterasi.
10
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 13/24
Hasil perhitungan iterasi terakhir, ϕ n+1, diperoleh apabila hasil iterasi menunjukkan nilai
yang konvergen, yaitu nilai residu, ζ , mendekati nol :
01 ≈−= + nn ϕ ϕ ς
Persamaan Konservasi
Konservasi Massa
( ) 0V ρ ∇ ⋅ =
Konservasi energi
( ) t
p
k V H H
c ρ
∇ ⋅ = ∇ ⋅ ∇
t k adalah konduktivitas efektif ; t p eff
k cα µ =
Konservasi momentum
( ) ( ). .VV p g ρ τ ρ ∇ = −∇ + ∇ +
dimana P adalah tekanan statik, g ρ adalah gaya badan karena gravitasi ( gravitational
body force) dan τ adalah stress tensor. Stress tensor ditunjukkan dengan persamaan :
( )2
. I3
T V V V τ µ = ∇ + ∇ − ∇
, dimana µ adalah viskositas, I adalah unit tensor.
Pemodelan Turbulen
Aliran turbulensi ditandai dengan adanya fluktuasi medan kecepatan yang
menyebabkan gerakan fluida menjadi tidak teratur. Fluktuasi ini menyebabkan besaran-
besaran lain juga berfluktuasi seperti momentum, energi, dan kosentrasi spesies. Jika
fluktuasi ini dimasukkan ke dalam Persamaan konservasi di atas akan muncul korelasi
antar besaran fluktuatif ini. Munculnya korelasi antar besaran fluktuatif ini menuntut
pemodelan turbulen untuk menutup persamaan-persamaan baru yang muncul akibat
korelasi antar besaran fluktuatif sehingga seluruh persamaan yang timbul dapat
diselesaikan secara simultan. Pada simulasi ini dipilih pemodelan turbulensi k-ε standar.
Pemodelan ini hanya berlaku dengan asumsi aliran turbulen penuh dan efek viskositas
11
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 14/24
molekuler diabaikan. Model standar dipilih dengan alasan model ini lebih sederhana
dibandingkan model turbulen yang lain dan menggunakan resource yang paling kecil.
Model k-ε standar adalah model semi empiris dengan dua persamaan dasar, yaitu
energi kinetik turbulen (k ) dan laju disipasi turbulen (ε ). Persamaan transport k dan ε
dituliskan sebagai berikut :
M bk
jk
t
ji
i Y GG x
k
x x
uk
t
k −−++
∂∂
+
∂∂
=∂
∂+
∂∂
ρε σ
µ µ
ρ ρ )..().(
k
C GC Gk
C x x x
u
t bk
jk
t
ji
i2
231 )()..().( ε
ρ ε ε
σ
µ µ
ε ρ ε ρ ε ε ε −−+
∂∂
+
∂∂
=∂
∂+
∂∂
Dimana Gk adalah pembangkitan energi kinetik turbulensi akibat gradien kecepatan, Gb
adalah pembangkitan energi kinetik turbulensi akibat efek bouyancy sedangkan Y M adalah
efek fluktuasi penyebaran turbulensi terhadap laju disipasi. σ k dan σ ε adalah bilangan
Prandtl untuk k dan ε , sedangkan C 1τ , C 2τ , C 3τ , dan C µ , adalah konstanta.
Bab 4. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan :
Menciptakan sebuah media pengering yang memanfaatkan energi radiasi matahari
sebagai sumber energi utama pemanasan fluida yang mengalir di dalam saluran
pemanas. Pemanas udara surya tersebut nantinya dapat menjadi media pengering
hasil-hasil pertanian dan perkebunan dengan memperhatikan kapasitas dan temperatur
keluaran pemanas udara surya tersebut.
Menghasilkan sebuah media input udara pengering tanpa bahan bakar dan ramah
lingkungan serta menghasilkan produk pengering dengan kualitas terjaga dan aman
dari kontaminasi.
Media pemanas ini nantinya dapat dimanfatkan oleh masyarakat kelompok petani
dalam meningkatkan taraf kesejahteraan hidup mereka.
Bab 5. Metode Penelitian
Secara garis besar pekerjaan penelitian ini diberikan dalam diagram alir ( flow
chart ) pada Gambar 4. Sedangkan ilustrasi pemanas udara surya yang dijadikan objek
penelitian ini diberikan pada Gambar 5.
12
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 15/24
Mulai
Spesifikasi
Teknik
Perancangan Peralatan
Pemanas Udara Surya
Tout heater
Tout-heater : Tdesign
Pembuatan Model Simulasi
Aliran Pemanas Udara SuryaMenggunakan Gambit 2.2.30
Simulasi Model Menggunakan
Sofware CFD
Analisis hasil simulasi
Selesai
Pembuatan Peralatan Pemanas
Udara Surya
Pengujian Peralatan
≥
≤
A
A
Validasi (dengan hasil pengujian)
Hasil Validasi
≈
≠
Analisis Hasil Pengujian
Gambar 4. Diagram alir pekerjaan penelitian pemanas udara surya.
Gambar 5. Ilustrasi peralatan pemanas udara surya
Peralatan utama pemanas surya ini terdiri dari pasir besir atau semen dicat hitam
sebagai absorber atau penyerap panas yang memanfaatkan energi matahari (surya)
sebagai sumber panas utama. Untuk menjaga kestabilan panas di dalam peralatan
13
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 16/24
digunakan kaca transparan sebagai penutup (cover ) dan isolasi termal dinding. Kaca yang
digunakan adalah kaca 5mm, sedangkan material isolasi digunakan karet dengan
ketebalan 5mm. Selain itu digunakan juga sekat pemisah (baffle) sebagai media laluan
udara. Material sekat digunakan kaca transparan dengan ketebalan 5 mm. Posisi peralatan
uji diberi kemiringan 15o terhadap permukaan tanah. Hal ini diperlukan agar
memungkinkan terjadinya aliran secara natural. Geometri peralatan pemanas surya
tersebut diberikan pada Gambar 6.
Gambar 6. Geometri peralatan pengujian pemanas udara surya
Instrumen temperatur yang digunakan adalah termometer air raksa sebanyak 30
batang di mana 23 batang di posisikan dilaluan udara dalam peralatan pemanas (jarak
tertentu dari permukaan absorber), 6 batang diposisikan di permukaan absorber serta 1
termometer dipasang di udara lingkungan. Skala termometer yang digunakan adalah
100oC. Posisi termometer pada peralatan uji ditunjukkan pada Gambar 7.
Selain itu juga digunakan 2 flow meter untuk mengukur kecepatan aliran fluida
(sesuai dengan standar ASHRAE) pada kondisi inlet dan outlet dari saluran pemanas.
Paremeter kecepatan aliran ini penting guna memudahkan dalam menganalisis kinerja
peralatan pemanas udara surya ini.
14
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 17/24
A
17
13
12
115
432
150cm
6 0 c m
1 5
c m
1 5 c m
1 5 c m
15 cm
1 161514
1098
6
7
2019
222118
23
B C D E
F
Sensor temperatur absorbe
r
Sensor temperatur udara laluan
Keterangan:
Gambar 7. Posisi termometer pada peralatan pengujian.
Setelah dilakukan pengujian, maka dilakukan simulasi numerik terhadap
pengujian tersebut. Simulasi numerik diperlukan untuk memudahkan modifikasi
seandainya hasil eksperimental tidak memenuhi kriteria persyaratan. Data input yang
digunakan dalam analisis numerik adalah tekanan udara luar, temperatur fluida masuk
pemanas, kecepatan fluda masuk pemanas.
Simulasi numerik dilakukan dengan menggunakan salah satu software CFD
(Computational Fluid Dynamics). Tahapan simulasi dapat diberikan pada Gambar 8.
Ilustrasi mesh dari model objek uji ditunjukkan pada Gambar 9. Selanjutnya hasil
simulasi yang ditampilkan adalah distribusi temperatur dan kecepatan aliran sepanjang
laluan pemanas surya.
5.1 Lokasi Pengujian
Pengujian dilakukan di alam terbuka dengan memanfaatkan energi radiasi sinar
matahari. Lokasi penelitian direncanakan di Politeknik Negeri Lhokseumawe dengan
memanfaatkan ruang terbuka dengan intensitas matahari yang maksimal. Pengambilan
data dimulai dari jam 08.00 sampai jam 18.00 dengan interval waktu pengambilan data
adalah 30 menit. Data hasil pengujian ditampilkan dalam bentuk tabel hasil uji.
15
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 18/24
Mulai
Data Geometrik
Membuat model geometrik
Berhasil
Menentukan persamaan
solver model
Data sifat material
Data kondisi batas material
Initialisasi iterasi
Selesai
Menentukan Solver
Menentukan tipe zona :
- zona kondisi batas
- zona kontinum
Tidak
A
A
Iterasi perhitungan
Konvergen
Mesh model geometrik
Mengekspor file mesh model
Mesh/grid checking
Mengatur parameter kontrol solusi
- Faktor under-relaxation
-Residu iterasi (kriteria konvergen )
Tidak
Ya
Ya
Menyimpan hasil
perhitungan
Gambar 8. Diagram alir simulasi numerik pemanas udara surya
Gambar 9. Ilustrasi mesh/grid model pada proses simulasi pemanas udara surya
16
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 19/24
Bab 6. Jadwal Pelaksanaan
Jadwal kegiatan penelitian diberikan pada Tabel 1 berikut :
Tabel 1. Jadwal kegiatan penelitian
Bab 7. Personalia Penelitian
1. Ketua Peneliti
a. Nama Lengkap : Syukran, ST,MT
b. Jenis Kelamin : Laki-laki
c. NIP : 132 304 674
d. Disiplin ilmu : Teknik Konversi Energi
e. Pangkat / Golongan : Penata Muda / IIIa
f. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli
g. Fakultas / Jurusan : Teknik / Mesin
h. waktu penelitian : 10 jam / minggu
2. Anggota Peneliti I
a. Nama Lengkap : Fakhriza, ST
b. Jenis Kelamin : Laki-laki
c. NIP : 132 304 673
d. Disiplin ilmu : Teknik Perancangan
e. Pangkat / Golongan : Penata Muda Tk.I / IIIb
f. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli
g. Fakultas / Jurusan : Teknik / Mesin
h. waktu penelitian : 10 jam / minggu
3. Anggota Peneliti II
a. Nama Lengkap : Ir. Mukhtar Ali
b. Jenis Kelamin : Laki-laki
c. NIP : 131 964 116
d. Disiplin ilmu : Teknik Produksi
e. Pangkat / Golongan : Pembina / IVa
f. Jabatan Fungsional : Lektor Kepala
g. Fakultas / Jurusan : Teknik / Mesin
h. waktu penelitian : 10 jam / minggu
17
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 20/24
Bab 8. Perkiraan Biaya Penelitian
Rincian perkiraan biaya penelitian dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Rincian Perkiraan Biaya Penelitian
No Komponen Biaya Volume SatuanJumlah
(Rp)
1. Honorarium Pelaksana
Ketua
Anggota
1
1
2
Orang
Orang
Orang
1.800.000,-
1.200.000,-
Jumlah Sub Item 1 3.000.000,-
2. Bahan dan Peralatan
Papan 10 mm
Triplek 5 mm
Karet isolasi 10 mmTermometer alkohol
Flow meter
Kaca 5mm (cover)
Kaca dinding 5 mm
Kaca sekat 5 mm
Lem Perekat kaca
Pasir besir
Paku 3 inchi
Gergaji
4 lembar
1 lembar
10 m10 batang
2 set
1,5m2
0,5 m2
9 batang
5 unit
1 m3
3 kg
1 set
75.000,-
150.000,-
50.000,-75.000,-
400.000,-
500.000,-
300.000,-
30.000,-
80.000,-
300.000,-
20.000,-
25.000,-
300.000,-
150.000,-
500.000,-750.000,-
800.000,-
750.000,-
150.000,-
270.000,-
400.000,-
300.000,-
60.000,-
25.000,-
Jumlah Sub Item 1 4.455.000,-
3. TransportasiTranspotasi selama pengujian 3 orang 200.000,- 600.000,-
Jumlah sub item 2 600.000,-
4. Biaya Lain-lain
a. Proposal
Pembuatan laporan
Pengadaan laporan akhir
Jilid dan cetak laporan akhir
-
-
7 eks
7 eks
-
-
60.000
50.000
300.000,-
300.000,-
420.000,-
400.000,-
Jumlah Sub Item 4 1.420.000,-
5 Seminar
a. Biaya seminar
b. Konsumsi
1
15 orang
300.000,-
15.000,-
300.000,-
225.000,-
Jumlah Sub Item 5 525.000,-
Total ( 1 + 2 + 3 + 4 + 5 ) 10.000.000
Terbilang : Sepuluh Juta Rupiah Lima Belas Ribu Rupiah,-
18
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 21/24
DAFTAR PUSTAKA
Arthur P. Fraas, 1988, Heat Exchanger Design, John Wiley & Sons,
United States of America.
C.M. Vant’t Land, 1991, Industrial Drying Equipment Selection and Application, Marcel
Dekker, Inc, United States of America.
Dinas Pertanian dan Pangan kabupaten Aceh Utara, 2007 Data Budidaya Tanaman
Pangan, Lhokseumawe, NAD
Halim Abdurrachim, 2003, Applied Heat Exchanger and Thermal Insulation Design, and
Calculation Course, PT. Fiqry Jaya Manunggal, Jakarta.
Michael J. Moran, 2003, Introduction to Thermal Systems Engineering, John Wiley &
Sons, Inc. United States of America.
Philip M. Gerhart, 1985 Fundamentals of Fluid Mechanics Second
Edition, Addison-Wesley Publishing Co. Canada.
Wiranto Arismunandar, 1995. Teknologi Rekayasa Surya, PT. Pradnya Paramita, Jakarta.
19
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 22/24
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
PELAKSANA KEGIATAN PENELITIAN
1. Nama dan Gelar Akedemik : Syukran, ST, MT
2. Tempat dan Tanggal Lahir : Lhoksukon, 08 Agustus 1977
3. Jenis kelamin : Laki – laki
4. Fakultas / Program Sudi : Teknik Mesin
5. Pangkat / Golongan / NIP : Penata Muda / IIIa / 132 304 674
6. Bidang Keahlian : Teknik Konversi Energi
7. Tahun Gelar Akademik : 2007
8. Kedudukan dalam Tim : Ketua peneliti
9. Alamat Kantor : Politeknik Negeri Lhokseumawe
Telp / Faksimili : (0645)-42670 Fax.0645 42785 9
Alamat Rumah : Jl. Matang Keupila No. 02
Desa Dayah LB, Lhoksukon
Aceh Utara, NAD
10. Pengalaman dalam Bidang Penelitian :No Judul Penelitian Tahun Sumber Dana
1
2.
3.
Studi konversi bahan bakar MFO ke
LNG pada PLTU Tambak Lorok
Semarang
Peluang penghematan biaya operasi
PLTU dengan penggantian bahan bakar.
Perancangan mesin impact crusher
menggunakan perangkat lunak matlab.
2007
2008
2008
Mandiri
Mandiri
Mandiri
Buket Rata, 15 Februari 2009Ketua Pelaksana.
Syukran, ST, MT
Nip. 132 304 674
20
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 23/24
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
PELAKSANA KEGIATAN PENELITIAN
1. Nama dan Gelar Akedemik : Fakhriza,ST
2. Tempat dan Tanggal Lahir : Lhokseumawe, 07 Juni 1973
3. Jenis kelamin : Laki – laki
4. Fakultas / Program Sudi : Teknik Mesin
5. Pangkat / Golongan / NIP : Penata Muda Tk.I / IIIb /132 304 673
6. Bidang Keahlian : Teknik Perancangan
7. Tahun Gelar Akademik : 19988. Kedudukan dalam Tim : Anggota peneliti I
9. Alamat Kantor : Politeknik Negeri Lhokseumawe
Telp / Faksimili : (0645) 42670 Fax.0645 42785 9
Alamat Rumah : Jl. Teumpok Aceh No. 11 Kel. Kutablang
Banda Sakti, Lhokseumawe
Telp. 0645-4266510.
10. Pengalaman dalam Bidang Penelitian :
No Judul Penelitian Tahun Sumber Dana
1 Distribusi kekerasan material ASTM 268
Tp. 410 setelah perlakuan panas.
2007 NAD
2 Analisa Kebisingan di Pemerintah Kota
Lhokseumawe
2007 NAD
Buket Rata, 15 Februari 2009
Anggota Peneliti I.
Fakhriza, ST
Nip. 132 304 673
21
5/14/2018 1. PROPOSAL Pemanas Udara Surya_(Passed DIPA 2009) Repaired) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/1-proposal-pemanas-udara-suryapassed-dipa-2009-repaired 24/24
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
PELAKSANA KEGIATAN PENELITIAN
1. Nama dan Gelar Akedemik : Ir. Mukhtar Ali
2. Tempat dan Tanggal Lahir : Langsa, 14 Mei 1958
3. Jenis kelamin : Laki – laki
4. Fakultas / Program Sudi : Teknik Mesin
5. Pangkat / Golongan / NIP : Pembina / IVa /130 802 364
6. Bidang Keahlian : Teknik Perancangan
7. Tahun Gelar Akademik : 19858. Kedudukan dalam Tim : Anggota peneliti II
9. Alamat Kantor : Politeknik Negeri Lhokseumawe
Telp / Faksimili : (0645) 42670 Fax.0645 42785 9
Alamat Rumah : Komplek Perumahan Dosen Politeknik
Buketrata, Lhokseumawe.
10. Pengalaman dalam Bidang Penelitian :
No Judul Penelitian Tahun Sumber Dana1.
2.
3.
Pengaruh Media Cuenching terhadap
pengerasan ST.37
Kuat Tarik Pengelasan Baja yang
Mengalami Pemanasan Mula
Rancang Bangun Mesin Pembuat
Kawat Arkadion
1994/1995
1998/1999
2002/2003
NAD
NAD
NAD
Buket Rata , 15 Februari 2009Anggota Peneliti II.
Ir. Mukhtar Ali
Nip. 130 802 364
22