TUGAS AKHIR 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
Outline Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Penelitian Terdahulu Dasar Teori Metodelogi Penelitian Flowchart Analisa Hasil Penelitian Kesimpulan & Saran
Latar Belakang ENERGI FOSIL YG TERBATAS ENERGI ALTERNATIF ENERGI SURYA SOLAR WATER HEATER ABSORBER GELOMBANG SOLAR WATER HEATER SEDERHANA SOLAR WATER HEATER ABSORBER GELOMBANG DENGAN HONEYCOMB
Perumusan Masalah 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
Tujuan Penelitian 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.
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.
Penelitian Terdahulu 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) 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 %
Penelitian Terdahulu Meyer et al and Randall et al (1978) Meyer dan Randall melakukan penelitian dengan cara membandingkan besarnya rugirugi 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=45 0 ) 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 Wang Shing An ( 1979 ) 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 :
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.
Dasar Teori Besarnya Radiasi yang Diserap bervariasi terhadap x
Dasar Teori Perpindahan Panas antara cover dan udara luar Konveksi Aliran Turbulent pada flat plate Aliran Laminer pada flat plate ( ) Radiasi hc c-a hr c-a S Cover Glass Pelat absorber Pelat seng Glass wool Styrofoam Triplex
Dasar Teori Perpindahan Panas antara air dan bagian bawah kolektor Konduksi Kerugian Panas Total S Cover Glass Ub Pelat absorber Pelat seng Glass wool Styrofoam Triplex
Dasar Teori SKEMA TAHANAN TERMAL PADA KOLEKTOR SURYA ABSORBER GELOMBANG S U t Cover Glass U b Pelat absorber Pelat seng Glass wool Styrofoam Triplex
Dasar Teori Faktor Efisiensi Kolektor ( F ) faktor aliran kolektor ( F ) Energi yang Berguna teo ( Qu) Efisiensi Kolektor ( ) Panas yang Berguna akt( Qu)
Metodologi Penelitian Start Diagram Alir Penelitian 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 Pengambilan Data berupa I T, Vw, Ta, Tfi, Tfo, Tp, Tc, Thc Qfi = Qf + 100 cc/menit Debit fluida <700 cc/menit Ya Tidak Perhitungan dan Analisa End
Metodologi Penelitian Gambar Kolektor Surya Keterangan Gambar : 3 1. Header Inlet 2. Kolektor Absorber Honeycomb Cover glass 3. Header Outlet 2 1
Header Inlet
Honeycomb
Header Outlet
Metodologi Penelitian Skema Instlasi Percobaan Keterangan Gambar : 1. Reservoir 2. Header inlet 3. Solar collector 4. Header outlet 5. Flow meter 6. Gate valve 7. Bak penampung 8. Pompa 9. Katup by pass
Metodologi Penelitian Skema Penempatan Thermocouple 6 5 4 7 8 9 1 2 3 x
Metodologi Penelitian START C B 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 Faktor Efisiensi Kolektor ( F ) Faktor pelepasan panas ( FR ) Panas yang Berguna Teoritis ( Q usefull ) C Perpindahan Panas antara cover dan udara luar Perpindahan Panas antara pelat absorber dan cover Perpindahan Panas antara pelat dan fluida Panas yang Berguna Aktual ( Q usefull ) Reynolds Number Temperatur sky Tsky = 0.05552 Ta 1.5 Bilangan Rayleight 3 Ra g. '. T. L Koefisen radiasi pelat dan cover 4 4 Tp Tg hrp c 4 4 Tp Tg Efisiensi kolektor ( ) Nusselt Number Koefisien perpindahan panas konveksi h Nu. k L Tahanan termal R1 1 R1 h cc a hrc a Koefisien perpindahan panas radiasi 4 4 T c T sky h rc a T c T sky Kerugian panas bagian atas Nu Koefisien konveksi pelat dan cover R h Bilangan Nusselt ccp c C. Ra 1 C2. Nu. k L Tahanan termal R2 2 1 h cp h g f 0.28 rp g Bilangan Reynolds. air 4. m Re. Dh. Ya Tidak Re < 2300 Laminer Flow Turbulent Flow 4 5 0.4 Nu Nu 0.023Re Pr D 4.36 D Koefisien konveksi fluida Nu. k f hf Dh Kerugian panas bagian bawah Q = Qi + 100 cc/menit Ya Q < 700 cc/men Tidak 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) Kerugian panas total Diagram Alir Perhitungan END A
UL Intensitas (watt/m2) Analisa Hasil Penelitian Pengaruh Intensitas, Debit Air dan Waktu Terhadap UL 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Waktu debit 500 cc/menit Tanpa Honeycomb debit 500 cc/menit dengan Honeycomb Intensitas 1200.00 1000.00 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 Honeycomb h p c kecil UL kecil losses kecil
Intensitas ( Watt/m2) Analisa Hasil Penelitian U L 5.00 4.80 4.60 4.40 4.20 4.00 3.80 3.60 3.40 3.20 3.00 Pengaruh Intensitas, Debit Air dan Waktu Terhadap U L 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Waktu 300 cc/menit 500 cc/menit 700 cc/menit 400 cc/menit 600 cc/menit Intensitas 1200.00 1000.00 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 Re = Laminer, asumsi q = konstan maka Nu = 4,36
Temperatur (K) Intensitas (w/m2) Analisa Hasil Penelitian Pengaruh Penambahan Pelat Honeycomb Pada Temperatur Absorber 350.00 340.00 330.00 320.00 310.00 1200 1000 800 600 400 200 300.00 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Waktu Tabs Tanpa Honeycomb debit 300 cc/menit Tabs dengan Honeycomb debit 300 cc/menit Intensitas 0 losses kecil panas yg diserap plat abs besar
Temperatur ( C ) Analisa Hasil Penelitian 80 70 60 50 40 30 20 Pengaruh Intensitas dan jarak x terhadap Tabsorber pada debit 500 cc/menit 0 30 60 90 120 150 Jarak x (cm) 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
Q usefull (watt) Intensitas (watt/m2) Analisa Hasil Penelitian 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 Pengaruh Intensitas, Honeycomb dan waktu Terhadap Qusefull teoritis 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 waktu debit 300 cc/menit Tanpa Honeycomb debit 300 cc/menit dengan Honeycomb Intensitas 1200 1000 800 600 400 200 0
Q usefull (watt) Intensitas (watt/m2) Analisa Hasil Penelitian 1200.00 Pengaruh Intensitas, Honeycomb dan Waktu Terhadap Qusefull aktual 1200.00 1000.00 1000.00 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 waktu debit 700 cc/menit Tanpa Honeycomb debit 700 cc/menit dengan Honeycomb Intensitas 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00
Q usefull (watt) Intensitas ( Watt/m2) Analisa Hasil Penelitian Pengaruh intensitas, debit air dan waktu terhadap Qusefull aktual 1200 1000 1200 1000 800 600 400 200 0 800 600 400 200 0 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Waktu 300 cc/menit 400 cc/menit 500 cc/menit 600 cc/menit 700 cc/menit Intensitas
Efisiensi Intensitas (watt/m2) Analisa Hasil Penelitian 80.00 70.00 Pengaruh Penambahan Honeycomb Terhadap Efisiensi 1200.00 1000.00 60.00 50.00 40.00 30.00 800.00 600.00 400.00 200.00 20.00 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Waktu debit 400 cc/menit Tanpa Honeycomb debit 400 cc/menit dengan Honeycomb Intensitas 0.00
Efisiensi Intensitas ( Watt/m2) Analisa Hasil Penelitian 80 75 70 65 60 55 50 45 40 Grafik Efisiensi = f (Intensitas, waktu) Teoritis 1200 1000 800 600 400 200 0 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Waktu 300 cc/menit 500 cc/menit 700 cc/menit 400 cc/menit 600 cc/menit Intensitas
Efisiensi Intensitas (watt/m2) Analisa Hasil Penelitian 70.00 Pengaruh Penambahan Honeycomb Terhadap Efisiensi Aktual 1200.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 1000.00 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Waktu debit 500 cc/menit Tanpa Honeycomb debit 500 cc/menit dengan Honeycomb Intensitas 0.00
Efisiensi Intensitas ( Watt/m2) Analisa Hasil Penelitian 70 Pengaruh Penambahan Honeycomb Terhadap Efisiensi Aktual 1200 60 50 40 30 20 10 0 1000 800 600 400 200 0 7 8 9 10 11 Waktu 12 13 14 15 16 300 cc/menit 500 cc/menit 700 cc/menit 400 cc/menit 600 cc/menit Intensitas
Kesimpulan 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.
Terima Kasih MOHON SARAN DAN KRITIK DEMI KESEMPURNAAN TUGAS AKHIR INI