STUDI EKSPERIMENTAL PEMANAS AIR TENAGA SURYA …digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-30681-2109100010-presentation.pdfBagaimana pengaruh tingkat kevakuman udara antara pelat. absorber.

Tugas Akhir

STUDI EKSPERIMENTAL PEMANAS AIR TENAGA SURYA PELAT ABSORBER TYPE SINUSOIDAL

DENGAN VARIASI TERHADAP DERAJAT KEVACUMAN DAN ASPECT RATIO

Oleh:Izha Mahendra

2109100010

Dosen PembimbingProf.Dr.Ir. Djatmiko Ichsani, M.Eng

LATAR BELAKANG

ENERGI FOSIL YANG TERBATAS

ENERGI ALTERNATIF

ENERGI SURYA

SOLAR WATER HEATER

SEDERHANA

SOLAR WATER HEATER

ABSORBER GELOMBANG

SOLAR WATER HEATER ABSORBER

GELOMBANG DENGAN VARIASI

DERAJAT KEVAKUMAN DAN

ASPECT RATIO

PERUMUSAN MASALAH1. Bagaimana pengaruh tingkat kevakuman udara antara

pelat absorber dengan kaca penutup terhadap koefisien

konveksi?

2. Bagaimana pengaruh aspek ratio (Perbandingan antara

panjang gelombang absorber terhadap jarak antara kaca

penutup dengan puncak gelombang) terhadap koefisien

konveksi antara pelat absorber dengan kaca penutup?

3. Bagaimana menghitung koefisien kehilangan panas total

yang terjadi antara pelat absorber dengan kaca penutup?

4. Bagaimana merancang kolektor surya agar mempunyai

efisiensi sebaik mungkin sebagai pemanas air?

TUJUAN PENELITIAN

1. Mendapatkan rancang bangun kolektor surya pemanas air

yang sederhana, bahan yang mudah didapat, mudah dalam

proses pembuatannya dan memberikan efisiensi yang baik.

2. Mengetahui besarnya radiasi berguna yang mengenai bidang

bergelombang.

3. Mengetahui besarnya koefisien kehilangan panas total yang

terjadi antara pelat absorber dengan kaca penutup.

4. Mengetahui besarnya efisiensi dan efektivitas kolektor surya

pelat gelombang dengan variasi aspek ratio dan tingkat

kevacuman antara absorber dengan kaca penutup.

BATASAN MASALAH1. Analisa performansi kolektor surya dilakukan pada kondisi steady state.

2. Intensitas matahari pada kondisi clear sky.

3. Aliran air yang mengalir didalam kolektor surya dianggap satu arah dan memenuhi

luasan kolektor secara menyeluruh.

4. Kaca penutup diasumsikan tidak menyerap radiasi matahari.

5. Penggunaan bahan untuk absorber adalah pelat seng.

6. Penggunaan bahan isolasi adalah Styrofoam.

7. Pompa vacuum dapat digunakan dengan baik.

8. Alat ukur telah dikalibrasi.

9. Solar Collector dapat divakum dengan sempurna.

10. Pengambilan data dilaksanakan pada 09.00 – 15.00.Data-data lain yang diperlukan

dalam perencanaan dan analisa diambil sesuai dengan literatur yang relevan.

11. Fluida kerja selama proses tidak mengalami perubahan fase.

12. Debu dan kotoran-kotoran diatas kolektor diabaikan.

13. Efek shading pada pelat absorber diabaikan.

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 )

PENELITIAN TERDAHULUHollands (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 TERDAHULURobert 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 TERDAHULUMeyer 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 TERDAHULUWang 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 TERDAHULUJong 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

DASAR TEORIBesarnya radiasi yang

diserap akan bervariasisepanjang sumbu x

Perpindahan Panas antara cover danudara luar

KonveksiNuL = 0.453 ReL

1/2Pr1/3Aliran Turbuent pada flat plate

NuL = 0.038 ReL4/5Pr1/3Aliran Laminer pada flat plate

(ReL< 5x105)

Radiasi

Perpindahan Panas antara pelat absorber dancover

KonveksiRayleight Number

Nusselt Number Nu = C1.C2. Ra0.28

Koefisien konveksi antara pelat absorber dan cover

RadiasiKoefisien radiasi antara pelat absorber dan cover

Perpindahan Panas Antara Pelat Absorberdan Air

KonveksiReynold Number

Jika aliran di dalam pelat absorber adalah turbulen flow

NuD = 0.023 Re4/5Pr 0.4

Jika aliran di dalam pelat absorber adalah laminar flow

NuD = 4.36

Koefisien perpindahan panas konveksi antara pelat absorber gelombang

dengan air

Koefisien Kerugian Panas

Koefisien Kerugian Panas Bawah (Ub)

Koefisien Kerugian Panas Atas (Ut)

Koefisien Kerugian Panas Menyeluruh (UL)

UL = Ut + Ub

SKEMA TAHANAN TERMAL PADA KOLEKTOR SURYA ABSORBER GELOMBANG

Rconvection,Cover - ambient

Rconvection, Pelat - cover

Rradiasi,Cover- ambient

Rradiasi,Pelat-cover

R1

R2

Dasar Teori

Metodologi Penelitian

AB

AB

Skema Instalasi Percobaan

Gambar Kolektor Surya

gambar posisi penempatan termokouple padakolektor surya

KOLEKTOR SURYA

PERALATAN YANG DIGUNAKAN

Flowchart PerhitunganB A

TABEL PENGAMBILAN DATA

Debit

GRAFIK PENGOLAHAN DATA

Aspect ratio

Qu (Watt)

1 136,77

1,33 139.09

2 143.73

q konstan Qu

hkonveksi & Tout


Aspect ratio

Qu (Watt)

1 264.27

1,33 273.55

2 273.55

q konstan Qu

hkonveksi & Tout


Aspect ratio

Qu (Watt)

1 347.78

1,33 361.63

2 368.58

q konstan Qu

hkonveksi & Tout


Aspect ratio

Qu (Watt)

1 333.80

1,33 340.76

2 354.67

q konstan Qu

hkonveksi & Tout ,ṁ


Aspect ratio

Qu (Watt)

1 340.76

1,33 340.76

2 361.63

q konstan Qu



Aspect ratio

Qu (Watt)

1 347.78

1,33 361.63

2 368.58

q konstan Qu



Debit(cc/menit)

Qu (Watt)

100 136.77

200 245.72

300 354.67

q konstan Qu



Debit(cc/menit)

Qu (Watt)

100 141.41

200 264.27

300 361.63

q konstan Qu



Debit(cc/menit)

Qu (Watt)

100 143.73

200 273.55

300 368.58

q konstan Qu



TingkatKevacuman

η (%)

-20 cmHg 86.41

-40 cmHg 86.41

-60 cmHg 87.25

η = Qu/Ac*IT


TingkatKevacuman

η (%)

-20 cmHg 88.61

-40 cmHg 88.61

-60 cmHg 89.54

η = Qu/Ac*IT


TingkatKevacuman

η (%)

-20 cmHg 89.42

-40 cmHg 91.53

-60 cmHg 93.29

η = Qu/Ac*IT

SEKIANTERIMA KASIH

MoHoN KRITIK dAN SARAN dEMI KESEMpuRNAAN TugAS AKHIR

STUDI EKSPERIMENTAL PEMANAS AIR TENAGA SURYA …digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-30681-2109100010-presentation.pdfBagaimana pengaruh tingkat kevakuman udara antara pelat. absorber.

Documents