RANCANG BANGUN PEMANAS AIR TENAGA SURYA ABSORBER GELOMBANG TIPE SINUSOIDAL DENGAN PENAMBAHAN HONEYCOMB OLEH : YANUAR RIZAL EKA SB

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

T ^UGAS A ^KHIR

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 bervariasi terhadap x

Dasar Teori

Perpindahan Panas antara cover dan udara luar

• Konveksi

• Radiasi

Pelat absorber Pelat seng Glass wool Styrofoam Triplex

S Cover 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 S

Cover Glass

Ub

Kerugian Panas Total

Dasar Teori

Pelat absorber Pelat seng Glass wool Styrofoam Triplex U_b

U_t

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/menit Ya

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 Inlet

2. Kolektor

• Absorber

• Honeycomb

• Cover glass 3. Header Outlet

Metodologi Penelitian

Header Inlet

Honeycomb

Header Outlet

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 Skema Instlasi Percobaan

Metodologi Penelitian

1 7 6

2 8 5

3 9 4

x

Skema Penempatan Thermocouple

Metodologi Penelitian

Diagram Alir Perhitungan

Metodologi Penelitian

START

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 Ta^1.5

Perpindahan Panas antara pelat absorber dan cover

Perpindahan Panas antara pelat dan fluida

Koefisien konveksi pelat dan cover

L k h_ccpc Nu. ^f

Bilangan Nusselt 28 . 0 2 1.C.Ra C Nu

Bilangan Rayleight

.3

'.

. TL

Ra g

Koefisien perpindahan panas radiasi

sky c

sky c a

rc T T

T h T

4 4

Tahanan termal R1

a rc a

cc h

R h 1

1

Koefisen radiasi pelat dan cover

4 4

4 4

g p

g p c

rp T T

T h T

Tahanan termal R2

g rp g

cp h

R h 1

2

Bilangan Reynolds air . .

. Re 4

.

Dh m

Koefisien konveksi fluida Dh

k hf Nu ^f .

Kerugian panas bagian bawah Kerugian panas bagian atas

Kerugian panas total

A C

Re < 2300 Laminer Flow

4 . 5 0 4

Pr Re 023 . 0 NuD

Turbulent Flow 36

.

D 4 Nu

Ya Tidak

Reynolds Number

Nusselt Number

L k h Nu.

B

Faktor Efisiensi Kolektor ( F’ )

Faktor pelepasan panas ( FR )

Panas yang Berguna Teoritis ( Q_usefull )

Panas yang Berguna Aktual ( Q_usefull )

Efisiensi kolektor ( )

Q < 700 cc/men Q = 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

Intensitas (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  h_{p – 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

Intensitas ( Watt/m2)

UL

Waktu

Pengaruh Intensitas, Debit Air dan Waktu Terhadap U_L

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

Intensitas (w/m2)

Temperatur (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

Temperatur ( 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

Intensitas (watt/m2)

Q usefull (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

Intensitas (watt/m2)

Q usefull (watt)

waktu

Pengaruh Intensitas, Honeycomb dan Waktu Terhadap Qusefull aktual

debit 700 cc/menit Tanpa Honeycomb debit 700 cc/menit dengan Honeycomb Intensitas

0 200 400 600 800 1000 1200

0 200 400 600 800 1000 1200

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Intensitas ( Watt/m2)

Q usefull (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

Intensitas (watt/m2)

Efisiensi

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

Intensitas ( Watt/m2)

Efisiensi

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

Intensitas (watt/m2)

Efisiensi

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

Intensitas ( Watt/m2)

Efisiensi

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