analisa pengaruh variasi diameter receiver dan intensitas...

ANALISA PENGARUH VARIASI DIAMETER RECEIVER DAN INTENSITAS CAHAYA TERHADAP

EFISIENSI TERMAL MODEL KOLEKTOR SURYA TIPE LINEAR PARABOLIC CONCENTRATING

Tugas AkhirKonversi Energi

Disusun Oleh :Hendra n y tamba 2109105003

Dosen Pembimbing :Ary Bachtiar KP, ST, MT, PhD.

Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember 2012

Latar Belakang

ENERGI FOSIL YANG SEMAKIN TERBATAS POLUSI ENERGI

ALTERNATIF

ENERGI SURYAKOLEKTOR SURYAKOLEKTOR SURYA

TIPE LINEAR PARABOLIK

Perumusan Masalah• Bagaimana pengaruh dari perubahandiameter receiver dan intensitascahaya terhadap efisiensi kolektorsurya

• Melakukan pengujian kolektor suryaguna mengetahui beban pemanasandan efektivitas kolektor surya

Tujuan

1.Mengetahui besarnya energy yangdapat dimanfaatkan kolektor(useful energy), di mana energi ininantinya dapat dimanfaatkansebagai sumber panas

2.Mengetahui besarnya efisiensiaktual kolektor surya

3.Mengetahui kenaikan temperaturair yang dikeluarkan kolektor surya

Batasan Masalah1. Analisa performansi kolektor surya dilakukan pada

steady-state condition.2. Pengambilan data dilaksanakan didalam ruangan

dengan menggunakan lampu sorot sebagai gantisinar matahari.

3. Sudut datang radiasi dianggap normal terhadapbidang kolektor

4. Konsentrator atau reflektor dianggap sempurnadalam membentuk image

5. Analisa perpindahan panas satu dimensi6. Kehilangan panas pada saluran yang

menghubungkan antar komponen diabaikan7. Kehilangan panas pada struktur penopang kolektor

diabaikan

Kolektor suryaSuatu alat yang digunakan untuk mengumpulkanenergi radiasi matahari dan mengubahnyamenjadi energi panas yang berguna

Jenis konfigurasi kolektor surya

a. Tubular absorber with difuse back reflectorb. Tubular absorber with specular cusp reflectorc. Plane receiver with plane reflectord. Parabolic concentratore. Fresnel reflectorf. Array of heliostats with central receiver

Tinjauan pustakaPenelitian Sebelumnya :

Oleh : manoon pidhuwan, sombatteekasap, and joseph khedari

Melakukan penelitian panjang efektif (effectivelength) untuk kolektor surya tipe linearparabolic concentrating. Sistem dibuat denganmaterial lokal, antara lain lembaran stainlesssteel ukuran reguler (1,2 x 2,4 m) sebagaireflektor dan pipa baja karbon sebagai receiver

Pengujian dilakukan dengan melakukan pengukuran temperatur padalima titik posisi sepanjang pipa receiver yang dilalui oli dan pengukuran temperaturdua titik posisi di inlet dan outlet air di heat exchanger. Aliran oli diatur oleh globevalve menjadi 5 macam laju aliran massa yaitu, 0.295, 0.345, 0.415, 0.515, dan0.685 kg/menit. Dari penelitian ini diketahui bahwa panjang kolektor dan pipareceiver pada kolektor surya dapat dipendekkan ¼ dari panjang total dengankonsekuensi adanya penurunan temperatur sekitar rata-rata 3,253 %.

Gambar skematik kolektor surya

Gambar kolektor surya

Oleh : Afri argiawan

Melakukan penelitian panjang efektifuntuk kolektor surya tipe linearparabolic. Sistem di buat denganmaterial stainless steel ukuran 1 x 2 msebagai reflektor dan pipa tembagasebagai receiver dengan ukuran 1/2inch

Pengujian dilakukan dengan melakukan pengukuran temperatur pada 2titik posisi sepanjang pipa receiver yang dilalui fluida (air) dan pengukurantemperatur 2 titik posisi di inlet dan outlet kolektor. Aliran air diatur oleh valvemenjadi 3 macam laju aliran massa yaitu, 0.02, 0.03, 0.04 kg/s. Dari penelitian inidiketahui bahwa laju aliran massa untuk hasil temperature maksimum adalahsebesar 0.02 kg/s, Quseful sebesar 345, 57 watt, dengan efisiensi actual rata – ratasebesar 22.81%.

Geometri kolektor surya

•Sudut Rim

• Jari – jari mirror (rr)

• Panjang focal ( f )

.cos2

r rf + Φ=

Dasar Teori

• Diameter Receiver ( D )

• Diameter Semi lingkaran receiver ( W )

• Perpindahan panas Radiasi

• Perpindahan Panas Konduksi pada Silinder

• Perpindahan Panas Konveksi

,1 ,2

2 1

2. . . .( )ln( / )

s sr

L k T Tq

r rπ −

=

. .( )sq h A T T∞= −

• Konveksi Paksa Aliran dalam Pipa

• Koefisien Radiasi Linear, hr,c-a

( )( ) ( )1 2 2 3

8 (Re 1000) Pr1 12,7 8 Pr 1

dd

fNu

f−

=+ −

4 4

,

( )( )

r skyr c a

r a

T Th

T Tσε

−

−=

−

1,50,052( 273)sky aT T= +

2(0,79ln Re 1,64)f −= −

• Koefisien Perpindahan Panas Konveksi UdaraLuar

• Untuk forced convection (Gr/Re2<1), persamaan Nusselt antara lainuntuk 0,1 < Re < 1000

untuk 1000 < Re < 50000

• faktor efisiensi kolektor F’

. .ReDV Dρµ

=

0,520, 4 0,54 ReNu = +

0,60,3ReNu =

' 1 /1 ln

2

L

o o o

L fi i i

UFD D D

U h D k D

=

+ +

• faktor aliran kolektor F”

• Heat removal faktor kolektor

• Quseful teoritis

• Quseful aktual

'''

' ' 1 expR P r L

r LP

F mC A U FFF A U F mC

•

•

= = −

' ''.RF F F=

( )ru R a L fi a

a

AQ F A S U T TA

= − −

out in.u P f fQ m C T T•

= −

• Efisiensi Kolektor

.u

c T

QA I

η =

Flowchart Tugas Akhir

Skema pengujian kolektor surya

Keterangan gambar :A. ReflektorB. Kran bypassC. RotameterD. Pompa centrifugalE. Pipa receiverF. Bak penampung air dinginG. Bak penampung air panasH. Lampu Sorot (6)

Diagram alirpengambilan data

Diagram AlirPerhitungan Data

Temperatur fluida kerja masuk kolektor (Tf,i).

Temperatur fluida kerja keluar kolektor (Tf,o).

Temperatur udara ambient (Ta).

Temperatur pipa absorber (Tr)

Kecepatan angin (vw)

Intensitas radiasi (IT)

Debit fluida kerja (Qf)

START

m dot = 0,02 kg/detik

γαρ.Ib.=S

Perpindahan panas antara pipa receiver dengan udara

sekitar

αυβ

.).'.(. 3DTTg

Ra s ∞−=

Tidak

[ ]

2

27/816/9

6/1

Pr)/559,0(1.387,06,0

++=

RaNu

ϖρ DV ..Re =

2

.'..υ

β DTgGR∆

=

1Re2 <

RG

1000Re <

52,0Re54,04,0 +=Nu 6,0Re3,0=Nu

Ya Tidak

Ya

ar

skyrarr TT

TTh

−

−=−

).(. 44

,

εσ

B

A

Perpindahan panas di dalam pipa receiver dengan air

iDm..

.4Reµπ

•

=

C

A

DkNu

h fw

.=

B

arrw

L

hh

U

−

+=

,

111

Faktor efisiensi kolektor F’

C

Re >2500

)1(Pr)8/(7,121Pr)1000)(Re8/(3/22/1 −+

−=

ffNu

Ya

14,03/13/1Pr).(Re86,1

=

wLdNu

µµ

Tidak

i

ffi D

kNuh

.=

++

=

i

oo

ifi

o

L

L

DD

kD

DhD

U

UF

.ln

.2.1

/1'

Faktor aliran kolektor F”

−=

p

Lr

Lr

p

Cm

FUAFUA

CmF

.

'..exp1'..

." .

.

Faktor heat removal FR

"'.FFFR =

Panas berguna teoritis Qu,teo

−−= ).(..., afiL

a

raRteou TTU

AASAFQ

Panas berguna aktual Qu,akt

).(., fifopaktu TTCmQ −=•

A1

A1

Efisiensi kolektor

Ta

u

IAQ

.=η

END

Kehilangan panas kolektor

).(. arrLloss UTAUQ −=

Plot grafik :à Tfo = f(intensitas,diameter pipa)à UL = f(intensitas, diameter pipa)à Quseful,teo = f(intensitas,diameter pipa)à Quseful,act =f(intensitas,diameter pipa)à ηteo = f(intensitas,diameter pipa)à ηact = f(intensitas,diameter pipa)à F’ = f(intensitas,diameter pipa)à Qloss = f(intensitas,diameter pipa)

Grafik hasilGrafik Pengaruh Intensitas dan diameter pipa terhadapTemperatur Air Keluar Kolektor (Tfo)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400

T flu

ida

out(

C)

Intensitas Radiasi ( W/m2)

Tfo fungsi intensitas radiasi

3/8 inch

1/2 inch

5/8 inch

Grafik Pengaruh Intensitas dan Diameter pipa terhadap KoefisienKehilangan Panas Kolektor (UL)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 50 100 150 200 250 300 350 400

UL (

W/m

2 .C )

Intensitas Radiasi (W/m2)

UL fungsi intensitas radiasi

3/8 inch

1/2 inch

5/8 inch

Grafik Pengaruh Intensitas dan diameter pipa terhadap KalorBerguna (Qu)

Grafik pengaruh intensitas radiasi dan diameter pipa terhadap energi kalor bergunateoritis (Qu,teo)

Grafik pengaruh intensitas radiasi dan diameter pipa terhadap energi kalorberguna aktual (Qu,akt)

0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400Q

u te

o ( W

att)


Qu,teo fungsi intensitas radiasi

3/8 inch

1/2 inch

5/8 inch

0100200300400500600700800900

0 100 200 300 400

Qu

Akt (

Wat

t)


Qu,act fungsi intensitas radiasi

3/8 Inch

1/2 inch

5/8 inch

Grafik Pengaruh Intensitas dan Diameter pipa terhadap EfisiensiKolektor (η)

Grafik pengaruh intensitas radiasi dan laju aliran massa terhadapefisiensi teoritis kolektor (ηteo)

Grafik pengaruh intensitas radiasi dan laju aliran massa terhadapefisiensi aktual kolektor (ηakt)

50

55

60

65

70

75

0 100 200 300 400

Efis

iens

i (%

)


ηteo fungsi intensitas radiasi

3/8 inch

1/2 inch

5/8 inch

0102030405060708090

100

0 100 200 300 400

Efis

iens

i (%

)


ηact fungsi intensitas radiasi

3/8 inch

1/2 inch

5/8 inch

Grafik Pengaruh Intensitas dan Diameter Pipa terhadap FaktorEfisiensi Kolektor (F’)

0.984

0.986

0.988

0.99

0.992

0.994

0.996

0.998

1

0 100 200 300 400

Fakt

or e

fisie

nsi


F' fungsi intensitas radiasi

3/8 inch

1/2 inch

5/8 inch

Grafik Pengaruh Intensitas dan Diameter Pipa terhadap Heat Loss (Qloss)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Q L

oss (

Wat

t)

Intensita s Radiasi (W/m2)

Qloss fungsi intensitas radiasi

3/8 Inch

1/2 Inch

5/8 Inch

Kesimpulan

Setelah melakukan pengolahan data, dan analisa maka dapatditarik kesimpulan sebagi berikut :

• Untuk hasil temperatur maksimum fluida out adalah sebesardengan pipa 5/8 inch dan intensitas lampu 130,719 watt/m2

• Energi dari sinar lampu yang dapat dimanfaatkan kolektor(useful energy) rata-rata sebesar 835,6 watt pada pipa dengandiameter 5/8 inch dan intensitas sebesar 130,718 watt/m2

• Efisiensi aktual rata-rata kolektor surya ini didapatkan sebesar27,33%

Sekian terima kasihMohon saran dan kritik gunakesempurnaan Tugas Akhir

analisa pengaruh variasi diameter receiver dan intensitas...

Documents