Analisa Efisiensi Prototype Solar Collector Jenis Parabolic Trough dengan Menggunakan Cover Glass Tube pada Pipa Absorber

Transkripsi

1 JTM Vol. 04, No. 2, Juni Analisa Efisiensi Prototype Solar Collector Jenis Parabolic Trough dengan Menggunakan Cover Glass Tube pada Pipa Absorber Hartamas Ridho Prasetyo, Abdul Hamid Program Studi Teknik Mesin,Fakultas Teknik, Universita Mercu Buana Jakarta ABSTRAK--Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, hanya dapat dikonversikan dari satu bentuk ke bentuk lainnya (Hukum Kekekalan Energi). Energi sangat penting dalam kehidupan sehari hari khususnya energi listrik yang kebutuhan terhadap energi ini sangat besar sedangkan sebagian besar energi listrik dihasilkan dari sumber daya fosil yang mulai menipis jumlahnya. Ketergantungan akan minyak bumi untuk jangka panjang tidak dapat di pertahankan lebih lama jika pemakaian melebihi batas wajar. Dalam Tugas Akhir ini penulis melakukan analisa alat Parabolic Trough Solar Collector dengan memanfaatkan energi radiasi matahari, yang di awali adanya perancangan desain alat PTSC dengan material yang sudah di tentukan sebelumnya. Prototype tersebut hanya bisa dilakukan pengujian dengan posisi steady state atau diam antara jam sampai dengan siang. Dengan adanya penelitian tentang analisa performa pada alat tersebut, telah di dapatkan beberapa hasil nilai variabel yang signifikan dan berpengaruh besar dengan nilai performa alat tersebut. Kata Kunci: Sumber energi, parabolic trough sollar collector, parabola 1. PENDAHULUAN Kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat setiap tahun seiring dengan kemajuan teknologi. Hal ini karena semakin banyak diciptakan mesin-mesin yang membutuhkan lebih banyak energi dan mulai menggantikan pekerjaan-pekerjaan manusia yang manual dan konvensional. Sumber energi terbagi menjadi dua yaitu sumber energi yang dapat diperbarui dan tidak dapat diperbarui. Bahan bakar fosil adalah salah satu yang tidak dapat diperbarui yang tetap menjadi prioritas utama digunakan sampai saat ini. Perkembangan teknologi dan energi yang terus diperbarui sampai saat ini telah memanfaatkan energi dari matahari. Matahari merupakan sumber energi bagi seluruh kehidupan di planet Bumi. Jika energi yang tersimpan dalam cahaya matahari di kumpulkan dengan mengkonsentrasi pada suatu titik/garis fokus, maka cahaya yang dipusatkan tersebut akan menghasilkan panas dengan temperatur yang lebih tinggi. Penganalisaan alat parabolic trough solar collector ini secara umum terdiri dari perancangan reflektor dan perancangan pipa kolektor surya. Perancangan reflektor meliputi lempengan yang di tekuk berbentuk parabola dan pemilihan material pemantul atau konsentrator berupa material alumnium foil. Sebagai pipa kolektor digunakan pipa tembaga yang telah di cat hitam dan diberikan pelapis pipa kaca berbahan material borosilicate. Permasalahannya adalah menganalisa secara teoritis efisiensi pada prototype PTSC dengan beberapa faktor berupa nilai temperatur lingkungan dan fluida, hingga performa. Kemudian membandingkan secara langsung nilai penghitungan saat ini dengan nilai efisiensi sebelumnya yang telah di rancang sebelumnya. 2. METODOLOGI Langkah langkah yang digunakan dalam mempelajari proses analisa atau penelitian efisiensi prototype solar collector type parabolic trough dengan penambahan cover pipa kaca pada pipa absorber sebagai berikut: a. Mengetahui Sumber Daya Sumber daya dasar untuk semua sistem energi surya adalah matahari. Pengetahuan tentang kuantitas dan kualitas energi surya yang tersedia di lokasi tertentu adalah sangat penting untuk desain sistem energi surya. Meskipun radiasi matahari (insolation) relatif konstan di luar atmosfer bumi. Pengaruh iklim lokal dapat menyebabkan variasi luas dalam insolation tersedia di permukaan bumi. b. Persiapan Pemilihan Bahan Material pada Receiver Persiapan pemilihan bahan material yaitu memfokuskan masalah penelitian secara umum dan terperinci. Langkah ini bertujuan untuk mengetahui bahan material pipa absorber pada prototype solar collector bisa menyerap panas dengan baik, yang akan di analisa dan di teliti lebih lanjut, serta mengasumsikan berapa ukuran yang dibutuhkan hingga bisa menyesuaikan untuk memenuhi kebutuhan listrik yang akan dihasilkan bagi umat manusia setiap harinya.

2 27 JTM Vol. 04, No. 2, Juni 2015 c. Input Data Perancangan kolektor surya dilakukan dengan cara menggunakan software yaitu parabola kalkulator. Jenis kolektor surya, Ukuran penampang / reflektor solar collector, Ukuran receiver, Jenis material yang digunakan sesuai dengan jenis fluida yang dipakai. 3. PERHITUNGAN EFISIENSI PROTOTYPE SOLAR COLLECTOR 3.1 Perhitungan Akibat Gerakan Semu Harian Matahari a. Perhitungan Sudut Deklinasi δ = 23,45sin ( ) = 22,74 o b. Perhitungan Persamaan Waktu B = ( ) B =154,85 o Maka : E = 229,2{0, , cos (154,85 o ) 0, sin (154,85 o ) - 0, cos (2 x 154,85 o ) - 0,04089 sin (2 x 154,85 o )} =1,576 menit c. Perhitungan Waktu Surya Standart Time = 12:00:00 AM Solar Time = Standart Time + [4 ( ) + 1,576] =12:09:57 d. Perhitungan Sudut Jam = 15 (ST 12:00:00) = 15 (12:09:57 12:00:00) = 2,48 e. Perhitungan Sudut Zenith cos z = cos cos cos + sin sin z = 29,04 f. Perhitungan Sudut Altitute Matahari αs = 90 - z = 60,96 g. Perhitungan Sudut Azimuth Matahari Dengan = = 4,715 o 3.2 Komponen Radiasi Masukan a. Perhitungan Radiasi Ekstraterrestrial. Go = Gsc ( cos. ) = 1149,12 (W/m 2 ) b. Perhitungan Indeks Kecerahan Langit KT = = 0,585 c. Perhitungan Radiasi Hambur (Diffuse) Untuk : 0,22 KT 0,80 = G (0,9511 0,1604KT + 4,388 KT 2 16,638 KT ,336 KT 4) = 317,92 (W/m 2 ) d. Perhitungan Radiasi Langsung (Beam) = = 354,56 (W/m 2 ) e. Perhitungan Radiasi Masukan GT = Gb.Rb + Gd( ) + G. g ( ) = 670,480 (W/m 2 ) 3.3 Perhitungan pada Sistem Parabolic Trough a. Menentukan Dimensi Parabolic Trough Untuk menentukan ukuran parabola kita bisa menggunakan parabola kalkulator agar kita bisa mengetahui garis fokal. Program excel digunakan untuk mencari grafik/posisi titik-titik pada parabola dengan menggunakan persamaan parabola y = 4px 2 dengan x dan y sebagai posisi titik-titik pada sumbu-x dan sumbu-y. 200 y(mm) b. Perhitungan Luas Arperture Area (Aa) = = 0,64 ( ) c. Perhitungan Luas Pipa Absorber (Ar) =.. = 0,0367( ) d. Rasio Konsentrasi (Cr) Cr = = 17,4 e. Perhitungan Sudut Rim ( r) r = 2 tan -1 = 106 o f. Perhitungan Faktor Geometri (A f) Af = ( ) = 0, Perhitungan Nilai Energi Netto (q)

3 JTM Vol. 04, No. 2, Juni Untuk mencari nilai energi radiasi refleksi konsentrator bersih total yang akan di terima parabola danakan di pantulkan dengan faktor reflektifitas yang di pengaruhi oleh nilai emitansi material yang di gunakan pada alat PTSC. a. Energi Berguna. = = 471,577 ( ) b. Reflektifitas = 1 = 1 = 1 0,05 = 0,95 c. Radiositas =. + (1 ) = 660,535 d. Energi Radiasi Bersih dari Refleksi Parabola =. = 310,781 w m 3.5 Perhitungan Efisiensi Optik Konsentrator ( o) o = 0,95 x 0,96 x 0,87 x 0,81[(1-0,497 tan (0 o )) cos (0 o ))] = 0,657 q A total = A = 310,781 Energi bersih x 0,657 x 0,64 = 130, Luas Area Terkensontrasi Kalor (Ac) a. Area Selimut Tabung 2 ( + ) = = 32,165 b. Area Parabola 2 = 1, Perhitungan Nilai Absorbsivitas Material ( ) a. Suhu Parabola. h = h h. ( ) =(31 0,781)(0,15)= (0,04)(5,669 )( 302 ) = 322,21 = 49,06 b. Suhu Pipa Tembaga Telah di Cat Hitam. h = h h. ( ) = (130,677)= (0,87)(5,669 )( 302 ) = 323,61 = 50,5 3.8 Desain Thermal / Heat Transfer Collector a. Perhitungan Overall Heat Transfer Coefficient Terhadap Pipa Absorber Re = = 882,9 ( )( )( ) = (1,86) ( 35 ) ( 40,3 ) = 7,753 ħ =. = 382,16 b. Perhitungan Mencari Nilai Laju Aliran Massa dan Temperatur Suhu Air yang Keluar dari Dalam Pipa m =. = 6, ( ) q = ħ. = ( 1 2) 1399, ,7 = 32,223 = 41,97, rata-rata = = 38,5 c. Perhitungan Overall Heat Loss Coefficient / Koefisien Kerugian Panas ( ) Re = = 3312 = 0,3( ), = 154,6 Untuk mengetahui hw kita bisa menggunakan: h = N k d = 322,6 w m C Untuk mengetahui h r kita bisa menggunakan σ( Tα1 + Tα2)(Tα1 + Tα2) h = 1 ϵ1 + Ac 1 Ap ϵ2 1 = 4,28 10 w m C Untuk mengetahui UL kita bisa menggunakan: U = h h = 322,604 ( ) 3.9 Perhitungan Efisiensi Collector (F ) q a total =,

4 29 JTM Vol. 04, No. 2, Juni 2015 = 0,405 Fr = [1 e -( A U F /m C )] = 0,152 =. = 0, ,855,, = 926,43 = = 91,93 q a total.ɳ ( ) (6) = = 509,17 ( ) = = 0,75 Maka energi yang terpakai qu adalah 509,17 (Watt). Dan efisiensinya adalah 0,75 x 100 % = 75 %. 4. KESIMPULAN Berdasarkan dari hasil analisa secara teoritis maka dapat diambil berberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Lebar parabola 0,8 meter dan panjang parabola adalah 0,8 meter maka titik fokusnya adalah meter dengan bahan reflector sputtered alumunium foil tape optikal reflektor yang memiliki tingkat pantulan sebesar 0,95. Sedangkan diameter luar pipa absorber adalah 0,0127 meter dan diameter dalam pipa absorber adalah 0,0127 meter. Dengan bahan pipa absorber tembaga yang dilapisi cat hitam yang memiliki tingkat penyerapan sebesar 0,87-0, Pipa absorber memiliki cover glass tube atau pipa kaca berbahan material borosilicate dan memiliki spesifikasi anti-reflektif dengan nilai transmisivitas sebesar 0,96. Efisiensi energi yang berguna yang diperoleh dari hasil perhitungan secara teoritis solar collector parabolic trough yaitu sebesar 509,17 (Watt) dan efisiensi yang didapat adalah 75%. 3. Memperkecil ukuran pipa absorber lebih memungkinkan memperbesar efisiensi alat PTSC menjadi lebih baik di karenakan adanya ruang konsentrasi perpindahan panas lebih kecil dan menjadikan suhu fuida lebih cepat panas. 4. Penentuan ukuran parabola menjadi lebih lebar di bandingkan dengan pipa absorber yang semakin mengecil dan dapat memperluas ukuran pipa absorber yang tekonsentrasi panas dari sumber kalor. Sangat mempengaruhi nilai energi menjadi lebih baik dan kehilangan panas menjadi lebih sedikit. 5. Semakin luas parabola yang terkonsentrasi semakin baiklah yang akan memberikan jumlah refleksi cahaya dan menjadikan perpindahan kalor radiasi ke arah pipa penerima dan absorber semakin jauh lebih besar. DAFTAR PUSTAKA [1]. Beckman, William A. dan John A. Duftie. Solar Engineering of Thermal Processes. (1980). Second Edition, Inc. United States of America. [2]. Febriyan, Ridho. Perancangan Solar Thermal Collector Tipe Parabolic Trough, Tugas Akhir, (2013). Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana. [3]. Holman, J.P., Perpindahan Kalor, diterjemahkan oleh Jasfi E., (1995). Penerbit Erlangga, Jakarta. [4]. ASHRAE Standard. Methods of Testing to Determine the Thermal Performace of Solar Collector, ( ). American Society of Heating, Refrigeration, And Air Conditioning Engineers.

5 JTM Vol. 04, No. 2, Juni PANDUAN PENULISAN JURNAL ILMIAH TEKNIK MESIN Penulis01, Penulis02, dan Penulis03 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta Penulis Abstrak -- (intisari) memuat inti permasalahan, metodologi pemecahannya dan hasil yang diperoleh. Abstrak ditulis dalam Bahasa Indonesia dan Bahasa Inggris, disertai kata kunci (keyword) di bawahnya. Tulisan asli berupa softcopy yang dikirim penulis akan langsung dicetak sebagai isi JURNAL TEKNIK MESIN apabila telah memenuhi panduan penulisan. Untuk menjamin keseragaman dan kelancaran proses pencetakan, serta format tulisan maka dibuat panduan penulisan. Panduan ini sebagai acuan yang diperlukan untuk penulisan dan pengiriman tulisan JURNAL TEKNIK MESIN. Panduan ini ditulis sebagai format baku JURNAL TEKNIK MESIN dan untuk kemudahan panduan dalam bentuk softcopy ini dapat langsung dijadikan template bagi penulis. Kata kunci: panduan, tulisan, format, judul Abstract -- contains the core of the problem, the solution methodology and the results obtained. Abstract written in Indonesian and English, accompanied by keywords (keywords) below. The original text in the form of soft copy sent direct writer will be printed as JURNAL TEKNIK MESIN contents if it has met the writing guide. To ensure uniformity and smoothness of the printing process, as well as the format of the writing made the posting. This guide as a reference is required for the writing and delivery of writings JURNAL TEKNIK MESIN. This guide is written as a standard format for ease JURNAL TEKNIK MESIN and guidelines in softcopy format can be directly used as a template for writers. Keywords: guidance, writing, format, title 1. PENGIRIMAN TULISAN Tulisan asli yang dikirim ke Redaksi JURNAL TEKNIK MESIN harus dalam bentuk softcopy siap cetak yang dicopy-kan langsung kepada Redaksi atau dikirimkan via dalam format *.doc atau *.docx dengan dilampiri pernyataan bahwa tulisan tersebut belum diterbitkan dan tidak sedang menunggu untuk diterbitkan di media mana pun. Penulis juga diminta untuk melampirkan biografi ringkas, afisiliasi dan alamat lengkap, termasuk alamat TULISAN Tulisan akan dicetak dengan tinta hitam pada satu muka kertas HVS putih ukuran A4. Setiap halaman diberi nomor dan panjang tulisan maksimal 8 (delapan) halaman. Untuk menjamin keseragaman format, tulisan hendaknya mempunyai marjin minimum sebagai berikut: a. Marjin atas 2.5 cm, kiri 3 cm, bawah dan kanan 2 cm. b. Badan tulisan ditulis dalam dua kolom dengan jarak antar kolom 0.5 cm. 2.1 Huruf dan Spasi Tulisan menggunakan huruf Arial 10 dengan jarak antar baris satu spasi, kecuali judul. Judul menggunakan huruf besar Arial 12 yang dicetak tebal (bold), dan abstrak ditulis miring (Italic) dengan huruf Arial Judul Judul Tulisan: Judul tulisan dicetak tebal dengan huruf besar (12) dan diletakkan di tengah halaman. Judul tulisan diikuti nama dan afisiliasi penulis serta abstrak, seperti pada panduan ini. Judul Bagian: Judul bagian dicetak tebal (bold) dengan huruf besar dan diberi nomor. Judul Subbagian: judul sub-bagian dicetak tebal, dengan gabungan huruf besar dan kecil, dimulai dari sisi kiri kolom. Jarak Tabs dalam paragraf adalah 0.6 cm. 2.3 Bahasa, Satuan dan Persamaan Bahasa yang digunakan adalah bahasa Indonesia yang baik dan benar. Penggunaan bahasa dan istilah asing sedapat mungkin dihindari, kecuali untuk abstrak. Penggunaan singkatan dan tanda-tanda diusahakan untuk mengikuti aturan nasional atau internasional. Satuan yang digunakan hendaknya mengikuti sistem satuan internasional (SI). Persamaan atau hubungan matematik harus dicetak dan diberi nomor seperti ini:

6 31 JTM Vol. 04, No. 2, Juni 2015 = 2 (1) Di dalam teks, persamaan 1 dinyatakan dengan Pers. (1) atau Persamaan (1). judul serta diacu pada tulisan. Nomor dan judul gambar diletakkan di bawah gambar, seperti terlihat pada Gambar Tabel Tabel yang rapi dan jelas disertakan dalam teks serta harus dirujuk pada teks. Keterangan tabel ditulis di atas tabel sebagai berikut: Tabel 1. Di dalam teks, tabel 1 dinyatakan dengan Tabel 1. Tabel 1. Contoh penulisan nomor dan judul tabel Conversion from Symbol Quantity Gaussian and CGS EMU to SI a flux 1 Mx 10 8 Wb = 10 8 V s m m B flux density, induction field strength 1 G 10 4 T = 10 4 Wb/m 2 H 1 Oe 10 3 /(4 ) A/m m M magnetization 1 erg/(g cm 3 ) = 1 emu/cm A/m specific magnetization 1 erg/(g g) = 1 emu/g 1 A m 2 /kg m j 2.5 Gambar dipole Wb m Gambar dituliskan menggunakan format rata tengah. Setiap gambar haruslah diberi nomor dan Gambar 1. Penulisan nomor dan judul gambar 2.6. Nomenclature Simbol dan Definisi kosa kata sebaiknya dikumpulkan dan di tulis disini (sebelum Daftar Pustaka). Sebagai contoh: APT = Available Production Time C max = Maximum Consumption DT = Design Time KD = Design Coefficient Di dalam teks, persamaan 1 dinyatakan dengan Pers. (1) atau Persamaan (1). 3. DAFTAR PUSTAKA Penyitiran pustaka dilakukan dengan menyebutkan sumber penulis dan tahun, contoh: (Chapman, 2008). Daftar Pustaka hanya memuat pustaka yang secara langsung menjadi sumber kutipan. Penulisan Daftar Pustaka dilakukan dengan pengurutan berdasarkan nama belakang penulis, dicantumkan pada bagian akhir tulisan. Berikut adalah beberapa contoh penulisan daftar pustaka. [1]. Casadei D, Serra G, Tani K. Implementation of a Direct Control Algorithm on Discrete Space Vector Modulation. IEEE Transactions on Power Electronics. 2007; 15(4): [2]. Calero C, Piatiini M, Pascual C, Serrano MA. Towards Data Warehouse Quality Metrics. Proceedings of the 3rd Int l. Workshop on Design and Management. Interlaken. 2009; 39: [3]. Ward J, Peppard J. Strategic planning for Information Systems. Fourth Edition. West Susse: John Willey & Sons Ltd. 2007: