RANCANG BANGUN PEMANAS AIR TENAGA …. Mendapatkan rancang bangun kolektor surya pemanas air yang...
Transcript of RANCANG BANGUN PEMANAS AIR TENAGA …. Mendapatkan rancang bangun kolektor surya pemanas air yang...
RANCANG BANGUN PEMANAS AIR TENAGA
SURYA ABSORBER GELOMBANG TIPE SINUSOIDAL
DENGAN PENAMBAHAN HONEYCOMB
OLEH :
YANUAR RIZAL EKA SB
2105 100 127
DOSEN PEMBIMBING :
Prof. Dr. Ir. DJATMIKO ICHSANI, M.Eng
TUGAS AKHIR
Outline
• Latar Belakang
• Perumusan Masalah
• Tujuan Penelitian
• Batasan Masalah
• Penelitian Terdahulu
• Dasar Teori
• Metodelogi Penelitian
• Flowchart
• Analisa Hasil Penelitian
• Kesimpulan & Saran
ENERGI FOSIL YG TERBATAS
ENERGI ALTERNATIF ENERGI SURYA
SOLAR WATER HEATER SEDERHANA
SOLAR WATER HEATER ABSORBER GELOMBANG
SOLAR WATER HEATER ABSORBER GELOMBANG DENGAN
HONEYCOMB
Latar Belakang
1. Bagaimana merancang kolektor surya agar
mempunyai efisiensi sebaik mungkin sebagai
pemanas air.
2. Bagaimana menghitung radiasi berguna yang
mengenai bidang bergelombang dan mempunyai
“moving source”.
3. Bagaimana menghitung koefisien kehilangan panas
total yang terjadi antara pelat absorber dengan kaca
penutup.
4. Berapa besarnya efisiensi dan efektivitas kolektor
surya pelat bergelombang dengan penambahan
honeycomb.
5. Bagaimana pengaruh perubahan laju alir massa air
terhadap efisiensi pelat absorber gelombang
Perumusan Masalah
1. Mendapatkan rancang bangun kolektor surya
pemanas air yang sederhana dengan efisiensi yang
baik
2. Mengetahui besarnya radiasi berguna yang
mengenai bidang bergelombang dan mempunyai
“moving source”
3. Mengetahui besarnya koefisien kehilangan panas
total yang terjadi antara pelat absorber dengan kaca
penutup
4. Mengetahui besarnya efisiensi dan efektivitas
kolektor surya pelat bergelombang dengan
penambahan honeycomb
5. Mengetahui pengaruh perubahan laju alir massa air
terhadap efisiensi.
Tujuan Penelitian
Batasan Masalah
1. Intensitas matahari pada kondisi clear sky.
2. Analisa performansi kolektor surya dilakukan pada
kondisi steady state.
3. Aliran air yang mengalir di dalam kolektor surya dianggap
satu arah dan memenuhi luasan kolektor secara
menyeluruh.
4. Kaca penutup diasumsikan tidak menyerap energy.
5. Penggunaan bahan untuk plat honeycomb adalah plastik
mika.
6. Dimensi plat honeycomb tetap.
7. Fluida kerja selama proses tidak mengalami perubahan
fase.
8. Debu dan kotoran-kotoran diatas kolektor diabaikan.
9. Q konduksi pada sambungan pelat absorber diabaikan.
10. Pengambilan data dilaksanakan pada 07.00 – 16.00.
Data-data lain yang diperlukan dalam perencanaan dan
analisa diambil sesuai dengan literatur yang relevan.
1. Hollands (1965)
2. Robert L. San Martin dan Gary J. Fjeld (1975)
3. Meyer et al and Randall et al (1978)
4. Wang Shing An ( 1979 )
5. Jong Ho Lee dan kawan – kawan (1986)
6. Sutrisno ( 2002 )
Penelitian Terdahulu
• Hollands (1965)
Melakukan penelitian pada
kolektor energi surya dengan
menggunakan plat absorber gelombang.
Dari penelitian tersebut diperoleh hasil
bahwa dengan menggunakan pelat
absorber gelombang akan meningkatkan
absorbtivitas pelat terhadap radiasi
matahari. Dengan adanya bentuk
gelombang sinar matahari yang
mengenai pelat absorber sebagian
depantulkan ke kaca dan sebagian lagi ke
pelat gelombang di sebelahnya
Penelitian Terdahulu
• Robert L. San Martin dan Gary J. Fjeld (1975)
Penelitian Terdahulu
Ketiga kolektor di samping masing – masing
kolektor diisolasi dengan polyrethane foam
insulation. Ketiga kolektor di atas
menggunakan pelat absorber dari aluminium.
Dari hasil eksperimen tersebut diketahui
bahwa Tricle collector mempunyai efisiensi
35.2% , Thermal trap collector 57 % dan
standard collector 62,4 %
• Meyer et al and Randall et al (1978)Meyer dan Randall melakukan penelitian
dengan cara membandingkan besarnya rugi-
rugi panas antara kolektor surya yang diberi
penambahan parallel slat array dan kolektor
surya tanpa penambahan parallel slat
array, hasil penelitian menyebutkan pada
sudut solar colector (β=450) dan aspect ratio
(A=2), penambahan parallel slat array (TIM)
dapat mengurangi setengah (0,5) kehilangan
panas secara konveksi yang melewati cover bila
dibandingkan dengan solar collector tanpa
penambahan parallel slat array (TIM).
Penelitian Terdahulu
Menganalisa perpindahan panas dan
melakukan pengujian dengan
menggunakan kolektor pelat absorber
gelombang dari baja dengan ketebalan
0.8 mm untuk mengurangi kehilangan
panas ke atas menggunakan cover ganda.
Dari eksperimen ini diperoleh persamaan
efisiensi kolektor :
• Wang Shing An ( 1979 )
Penelitian Terdahulu
• Jong Ho Lee dan kawan – kawan (1986)
Pengujian yang dilakukan adalah
pengujian unjuk kerja kolektor surya
pemanas air pelat absorber
gelombang. Pada eksperimen ini
besarnya radiasi matahari sebagai
moving source yang diterima oleh
pelat bergantung pada incident angle
yang terjadi pada permukaan
gelombang plat. Diperoleh efisiensi
dengan persamaan
Penelitian Terdahulu
• Sutrisno ( 2002 )
Pengujian yang dilakukan sutrisno adalah pengujian kolektor surya
pemanas air dengan menggunakan pelat absorber gelombang dengan dan
tanpa honeycomb. Pelat absorber yang digunakan adalah pelat seng yang
mempunyai sudut = 129 o. Pengujian dilakukan dengan variasi laju alir
massa air 300 cc/menit, 400 cc/menit dan 500 cc/menit dan temperatur
inlet 35 o, 40 o dan 45 o dengan mengabaikan bayangan yang terbentuk
oleh pelat gelombang itu sendiri.
Penelitian Terdahulu
Besarnya Radiasi yang Diserap bervariasiterhadap x
Dasar Teori
Perpindahan Panas antara cover dan udara luar
• Konveksi
• Radiasi
Pelat
absorber
Pelat seng
Glass wool
Styrofoam
Triplex
SCover Glass
hc c-a hr c-a
Dasar Teori
•Aliran Turbulent pada flat plate
•Aliran Laminer pada flat plate ( )
Perpindahan Panas antara air dan bagian bawah kolektor
• Konduksi
Pelat
absorber
Pelat seng
Glass wool
Styrofoam
Triplex
SCover Glass
Ub
Kerugian Panas Total
Dasar Teori
Pelat
absorber
Pelat seng
Glass wool
Styrofoam
TriplexUb
Ut
S
Cover Glass
SKEMA TAHANAN TERMAL PADA KOLEKTOR SURYA ABSORBER GELOMBANG
Dasar Teori
Faktor Efisiensi Kolektor ( F’ ) faktor aliran kolektor ( F” )
Energi yang Berguna teo ( Qu)
Panas yang Berguna akt( Qu)
Efisiensi Kolektor ( )
Dasar Teori
Diagram Alir Penelitian
Start
Studi Literatur
Perencanaan Kolektor Surya dengan
penambahan Pelat Honeycomb
meliputi Dimensi.
Pembuatan Pelat
Honeycomb
Pemasangan Pelat Honeycomb
pada Kolektor Surya
Mengatur debit fluida mulai
300 cc/menit
Perhitungan dan
Analisa
End
Debit fluida <700 cc/menitYa
Tidak
Qfi = Qf + 100 cc/menit
Pengambilan Data berupa
IT, Vw, Ta, Tfi, Tfo, Tp,
Tc, Thc
Metodologi Penelitian
Gambar Kolektor Surya
1
2
3
Keterangan Gambar :
1. Header Inlet2. Kolektor
• Absorber• Honeycomb• Cover glass
3. Header Outlet
Metodologi Penelitian
Header Inlet
Honeycomb
Header Outlet
Keterangan Gambar :1. Reservoir2. Header inlet3. Solar collector4. Header outlet5. Flow meter6. Gate valve7. Bak penampung8. Pompa9. Katup by pass
Skema Instlasi Percobaan
Metodologi Penelitian
1
7
6
2
8
5
3
9
4
x
Skema Penempatan Thermocouple
Metodologi Penelitian
Diagram Alir Perhitungan
Metodologi PenelitianSTART
Temperatur Udara (Tambt), Kecepatan angin (Vangin),
Intensitas Radiasi (IT), Dimensi Kaca Penutup, Dimensi
Pelat Honeycomb, Dimensi Pelat Absorber
Dimensi isolasi, Luasan Kolektor, Debit Fluida Pengering,
Properties Udara pada Tf, Temperatur Plat Absorber,
Temperatur Kaca Penutup, Temperatur Plat Honeycomb
Temp Fluida Inlet, Temp Fluida Outlet
Q = 300 cc/menit
Perpindahan Panas antara
cover dan udara luar
Koefisien perpindahan panas
konveksi
Temperatur sky
Tsky = 0.05552 Ta1.5
Perpindahan Panas antara
pelat absorber dan cover
Perpindahan Panas antara
pelat dan fluida
Koefisien konveksi pelat dan cover
L
kNuh
f
cccp
.
Bilangan Nusselt
28.0
21 .. RaCCNu
Bilangan Rayleight
3.'.. LTgRa
Koefisien perpindahan panas
radiasi
skyc
skyc
arcTT
TTh
44
Tahanan termal R1
arcacc hhR
11
Koefisen radiasi pelat dan cover
44
44
gp
gp
crpTT
TTh
Tahanan termal R2
grpgcp hhR
12
Bilangan Reynolds air
..
.4Re
.
Dh
m
Koefisien konveksi fluida
Dh
kNuh
f
f
.
Kerugian panas bagian bawahKerugian panas bagian atas
Kerugian panas total
A
C
Re < 2300
Laminer Flow4.05
4
PrRe023.0DNu
Turbulent Flow
36.4DNu
Ya Tidak
Reynolds Number
Nusselt Number
L
kNuh
.
B
Faktor Efisiensi Kolektor ( F’ )
Faktor pelepasan panas ( FR )
Panas yang Berguna Teoritis ( Qusefull )
Panas yang Berguna Aktual ( Qusefull )
Efisiensi kolektor ( )
Q < 700 cc/menQ = Qi + 100 cc/menit
Plot Grafik :
Tcover = f(jarak)
Tabs = f(jarak)
Thc = f(jarak)
Tfi = f(intensitas,waktu)
Tfo = (intensitas,waktu)
UL = f(intensitas,waktu)
Qu = f(intensitas,waktu)
f(intensitas,waktu)
END
C
Ya
Tidak
Analisa Hasil Penelitian
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Inte
nsi
tas
(watt
/m2
)
UL
Waktu
Pengaruh Intensitas, Debit Air dan Waktu Terhadap UL
debit 500 cc/menit Tanpa Honeycomb
debit 500 cc/menit dengan Honeycomb
Intensitas
Honeycomb hp – c kecil UL kecil losses kecil
Analisa Hasil Penelitian
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
3.00
3.20
3.40
3.60
3.80
4.00
4.20
4.40
4.60
4.80
5.00
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Inte
nsi
tas
( W
att
/m2)
UL
Waktu
Pengaruh Intensitas, Debit Air dan Waktu Terhadap UL
300 cc/menit 500 cc/menit 700 cc/menit
400 cc/menit 600 cc/menit Intensitas
Re = Laminer, asumsi q = konstan maka Nu = 4,36
Analisa Hasil Penelitian
0
200
400
600
800
1000
1200
300.00
310.00
320.00
330.00
340.00
350.00
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Inte
nsi
tas
(w/m
2)
Tem
peratu
r (K
)
Waktu
Pengaruh Penambahan Pelat Honeycomb Pada Temperatur
Absorber
Tabs Tanpa Honeycomb debit 300 cc/menit
Tabs dengan Honeycomb debit 300 cc/menit
Intensitas
losses kecil panas yg diserap plat abs besar
Analisa Hasil Penelitian
20
30
40
50
60
70
80
0 30 60 90 120 150
Tem
peratu
r (
C )
Jarak x (cm)
Pengaruh Intensitas dan jarak x terhadap Tabsorber pada
debit 500 cc/menit
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
T besar q besar temp turun
Analisa Hasil Penelitian
0
200
400
600
800
1000
1200
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Inte
nsi
tas
(watt
/m2)
Q u
sefu
ll (
watt
)
waktu
Pengaruh Intensitas, Honeycomb dan waktu
Terhadap Qusefull teoritis
debit 300 cc/menit Tanpa Honeycomb
debit 300 cc/menit dengan Honeycomb
Intensitas
Analisa Hasil Penelitian
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Inte
nsi
tas
(watt
/m2
)
Q u
sefu
ll (
watt
)
waktu
Pengaruh Intensitas, Honeycomb dan Waktu Terhadap
Qusefull aktual
debit 700 cc/menit Tanpa Honeycombdebit 700 cc/menit dengan HoneycombIntensitas
0
200
400
600
800
1000
1200
0
200
400
600
800
1000
1200
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Inte
nsi
tas
( W
att
/m2)
Q u
sefu
ll (
watt
)
Waktu
Pengaruh intensitas, debit air dan waktu terhadap
Qusefull aktual
300 cc/menit 400 cc/menit 500 cc/menit
600 cc/menit 700 cc/menit Intensitas
Analisa Hasil Penelitian
Analisa Hasil Penelitian
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Inte
nsi
tas
(watt
/m2)
Efi
sien
si
Waktu
Pengaruh Penambahan Honeycomb
Terhadap Efisiensi
debit 400 cc/menit Tanpa Honeycomb
debit 400 cc/menit dengan Honeycomb
Intensitas
0
200
400
600
800
1000
1200
40
45
50
55
60
65
70
75
80
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Inte
nsi
tas
( W
att
/m2)
Efi
sien
si
Waktu
Grafik Efisiensi = f (Intensitas, waktu) Teoritis
300 cc/menit 500 cc/menit 700 cc/menit
400 cc/menit 600 cc/menit Intensitas
Analisa Hasil Penelitian
Analisa Hasil Penelitian
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Inte
nsi
tas
(watt
/m2)
Efi
sien
si
Waktu
Pengaruh Penambahan Honeycomb
Terhadap Efisiensi Aktual
debit 500 cc/menit Tanpa Honeycomb
debit 500 cc/menit dengan Honeycomb
Intensitas
0
200
400
600
800
1000
1200
0
10
20
30
40
50
60
70
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Inte
nsi
tas
( W
att
/m2)
Efi
sien
si
Waktu
Pengaruh Penambahan Honeycomb
Terhadap Efisiensi Aktual
300 cc/menit 500 cc/menit 700 cc/menit
400 cc/menit 600 cc/menit Intensitas
Analisa Hasil Penelitian
1. Pada kolektor surya dengan penambahan pelat square honeycomb
temperatur kaca penutup lebih rendah jika dibandingkan dengan
temperatur kaca penutup pada kolektor surya tanpa honeycomb.
2. Pada kolektor surya dengan honeycomb temperatur pelat absorber
lebih tinggi jika dibandingkan dengan kolektor surya tanpa
honeycomb. Dengan temperature absorber paling tinggi berada di sisi
outlet fluida.
3. Koefisien perpindahan panas total pada kolektor surya dengan
honeycomb lebih kecil daripada kolektor surya tanpa honeycomb.
4. Energi terbuang pada kolektor surya dengan honeycomb lebih kecil
daripada kolektor surya tanpa pelat square honeycomb.
5. Energi berguna pada kolektor surya dengan pelat square honeycomb
lebih besar dari pada kolektor tanpa honeycomb. Energi berguna
terbesar adalah 1283,82 watt pada debit 700 cc/menit pada tanggal
13 Nopember 2009 pukul 12:00. Sedangkan pada kolektor tanpa
honeycomb terbesar 1213,59 watt pada debit 700 cc/menit pukul
12:00.
6. Efisiensi kolektor surya dengan honeycomb lebih besar daripada
kolektor surya tanpa honeycomb. Efisiensi tertinggi sebesar 65.01 %
pada debit 700 cc/menit pukul 12.00. Sedangkan pada kolektor tanpa
honeycomb terbesar 59,39 % pada debit 700 cc/menit pukul
12:00.
Kesimpulan
MOHON SARAN DAN KRITIK DEMI KESEMPURNAAN TUGAS AKHIR INI
Terima Kasih