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
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
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
Aspect ratio
Qu (Watt)
1 136,77
1,33 139.09
2 143.73
q konstan Qu
hkonveksi & Tout
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
Aspect ratio
Qu (Watt)
1 264.27
1,33 273.55
2 273.55
q konstan Qu
hkonveksi & Tout
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
Aspect ratio
Qu (Watt)
1 347.78
1,33 361.63
2 368.58
q konstan Qu
hkonveksi & Tout
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
Aspect ratio
Qu (Watt)
1 333.80
1,33 340.76
2 354.67
q konstan Qu
hkonveksi & Tout ,ṁ
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
Aspect ratio
Qu (Watt)
1 340.76
1,33 340.76
2 361.63
q konstan Qu
hkonveksi & Tout ,ṁ
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
Aspect ratio
Qu (Watt)
1 347.78
1,33 361.63
2 368.58
q konstan Qu
hkonveksi & Tout ,ṁ
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
Debit(cc/menit)
Qu (Watt)
100 136.77
200 245.72
300 354.67
q konstan Qu
hkonveksi & Tout ,ṁ
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
Debit(cc/menit)
Qu (Watt)
100 141.41
200 264.27
300 361.63
q konstan Qu
hkonveksi & Tout ,ṁ
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
Debit(cc/menit)
Qu (Watt)
100 143.73
200 273.55
300 368.58
q konstan Qu
hkonveksi & Tout ,ṁ
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
TingkatKevacuman
η (%)
-20 cmHg 86.41
-40 cmHg 86.41
-60 cmHg 87.25
η = Qu/Ac*IT
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
TingkatKevacuman
η (%)
-20 cmHg 88.61
-40 cmHg 88.61
-60 cmHg 89.54
η = Qu/Ac*IT
GRAFIK PENGOLAHAN DATA
TingkatKevacuman
η (%)
-20 cmHg 89.42
-40 cmHg 91.53
-60 cmHg 93.29
η = Qu/Ac*IT