jurnal skripsi fix

Download Jurnal Skripsi Fix

Post on 26-Dec-2015

38 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • JURNAL SKRIPSI

    INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 1

    ANALISA PENGARUH BUKAAN KERAN TEHADAP KINERJA

    KOLEKTOR SURYA PEMANAS AIR (SOLAR WATER HEATER)

    DENGAN KAPASITAS 19 LITER

    Gamma Kus Sam Rohkmatulloh (02.2009.1.08060)

    Jurusan Teknik Mesin,

    Fakultas Teknologi Dan Industri,

    Institut Teknologi Adhitama Surabaya

    Abstrak

    Indonesia akan kaya sumber daya alam yang bisa dimanfaatkan salah satu energi yang

    terbarukan adalah energi surya atau panas matahari yang cukup melimpah dengan rata rata

    4,5 kwh/m2/hari. Radiasi yang dihasilkan akan dikonversikan menjadi energi termal misal

    untuk pemanas air dengan alat yang biasa disebut solar water heater Penelitian ini bertujuan

    untuk menunjukkan pengaruh bukaan keran dengan variasi laju aliran massa fluida terhadap

    efisiensi kolektor surya pemanas air (solar water heater) konfigurasi pipa pemanas miring.

    Penelitian ini menggunakan bukaan keran dengan laju aliran massa fluida yaitu 0,07432 L/s

    (open fully valve) ; 0,06944 (2/3 open fully valve) ; 0,05676 L/s (1/3 fully open valve).

    Dari hasil tes menunjukkan bahwa efisiensi laju aliran massa fluida dicapai optimum pada

    bukaan keran 1/3 open fully valve dengan suhu temperatur fluida keluar kolektor 49 C. hasil

    ini cocok untuk keperluan rumah tangga.

    Kata kunci : laju aliran massa fluida,konfigurasi sirip sirip pipa serpentist, jenis aliran fluida

    dalam pipa

    Abstract

    Indonesia is rich in natural resources that can be utilized, one of the renewable energy is solar

    energy or sunlight which is abundant with an average of 4,5 Kwh/m2/day. The radiation

    produced would be converted into thermal energy, such as, for water heater with a tool called

    a solar water heater. This research aims to show the influence of the opening tap with fluid

    mass flow rate variation against the efficiency of a solar water heater collector in inclined

    heater pipe configuration. This research applies the opening tap with a fluid mass flow rate

    i.e 0,07432 L/s (Fully open valve) ; 0,06944 (2

    3 open fully valve) ; 0,05676 (

    1

    3 open fully

    valve). From the test result it shows that the optimum efficiency of fluid mass flow rate is at 1

    3 open valve opening tap with the fluid temperature of 49 C when it goes out from the

    collector. This is suitable for household needs.

    Keyword : fluid mass flow rate, configuration of serpentist pipe fins, type of fluid flow in

    pipe

  • JURNAL SKRIPSI

    INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 2

    1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

    Indonesia akan kaya sumber daya alam yang bisa dimanfaatkan Salah satu energy yang

    terbarukan adalah energy surya atau panas matahari yang cukup melimpah dengan rata rata

    4,5 kwh/m2/hari.Radiasi yang dihasilkan akan dikonversikan menjadi energy thermal .misal

    untuk pemanas air,pompa air. Metoda untuk pengkonversian dibahas secara rinci pada

    teknologi thermal surya

    Pemanfaatan energy surya banyak di gemari oleh industry pembuat system pemanas air

    tenaga surya atau yang biasa disebut dengan solar water heater. Di Indonesia belum banyak

    digunakan jika dibandingkan RRC yang mencapai 10 juta m2 yang telah terpasang dan

    penjualan tahunan mencapai 3 juta m2 atau tiga kali dari yang terjual di eropa (Lex

    Bosselaar,2001)

    Gambar 1.1 Komponen penyusun Kolektor Surya

    Gambar 1.2 Skema penangkapan radiasi surya ke kolektor

    Simulasi Perhitungan Kebutuhan air panas yang dibutuhkan setiap hari banyaknya air hangat

    ( campuran air dingin dan panas ) akan dijelaskan sebagai berikut:

    misal jumlah penghuni yang menggunakan air panas adalah 4 orang maka jika menggunakan

    shower dan mandi pagi dan sore maka :

    4 orang x 5 liter ( pemakaian shower ) = 20 liter

    Jadi dalam satu hari dengan asumsi dua kali mandi dengan shower kita membutuhkan air

    hangat sebanyak 40 liter

  • JURNAL SKRIPSI

    INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 3

    Penyerapan radiasi matahari sangat diperlukan dalam proses pengkonversian dari radiasi

    surya menjadi energy thermal yang terkandung didalam fluida kerja. Pada kenyataanya

    intensitas radiasi surya yang dihasilkan relative rendah sehingga untuk memperbesar radiasi

    surya dengan cara memperbesar luas penampang kolektor menjadi komponen utama water

    heater,diperlukan optimasi pada jumlah,model,desain spesifikasi pipa pemanas, dan pengaruh bukaan keran terhadap kinerja kolektor surya pemanas air

    2.TINJAUAN PUSTAKA

    Temperatur fluida yang masuk pipa tidak sama dengan temperatur air keluaran pipa

    dikarenakan mengalami proses pemanasan selama air itu mengalir didalam pipa dan

    Temperatur air masuk (Tfi) < Temperatur air keluar (Tfo). Fungsi temperatur air keluar

    bergantung dari model efisiensi sirip dan rugi kehilangan kalor total dengan asumsi fungsi

    linear dari Tf - Ta

    Gambar 2.1 keseimbangan energi pada fluida masuk

    Maka persamaanya bisa ditulis sebagai berikut :

    ........... (2.1)

    Jika nilai y disubtitusikan dengan panjang (L) dan temperatur fluida disubtitusikan dengan

    temperatur output (Tfo) maka persamaanya menjadi

    Tfo TaS

    UL

    Tfi TaS

    UL

    = exp (UL Ac F

    Cp) ......................... (2.2)

    n W L merupakan Luasan kolektor = Ac sehingga persamaan 2.2 menjadi

    Tfo TaS

    UL

    Tfi TaS

    UL

    = exp (UL n W F

    L

    Cp) ........................ (2.3)

  • JURNAL SKRIPSI

    INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 4

    Dimana :

    Tfo = temperatur keluaran air keluar (K)

    Tfi = temperatur masukan air masuk (K)

    = Laju aliran massa air (L/s) W = jarak antar pipa dengan yang lainya (Meter)

    L = panjang pipa (Meter)

    Cp = kalor jenis fluida (kJ/kg K)

    F = model efisiensi sirip total S = total penerimaan panas radiasi oleh kolektor (W/m2) ;

    UL = koefisien kehilangan kalor total (W/m2K)

    Untuk mencari kehilangan kalor total (UL) perlu menghitung besarya koefisien kehilangan

    kalor bagian atas (Ut) dari plat absorber kolektor surya dan koefisien kehilangan kalor bagian

    bawah plat absorber kolektor (Ub). Ada kalaya para enginner menginginkan persamaan

    empiris langsung dalam mempermudah perhitungan untuk kerugian kalor yang hilang bagian

    atas.persamaan empiris untuk rugi kalor yang hilang bagian atas plat absorber (Ut)

    dikembangkan oleh klein (1979) dan mengikuti prosedur dasar Hottel dan woertz yang

    berguna untuk dikerjakan manual atau komputasi:

    Ut = {N

    C

    Tp [

    Tp Ta(N+f)

    ]e+

    1

    hw}1 +

    (Tpm+Ta) (Tpm2+Ta

    2)

    (p+0,0059 N hw)1 +

    2N+f1+0,0133 p

    g N

    ...

    ........................................................................................................................................ (2.4)

    Dimana :

    f = (1+0,089 hw 0,0116 hw p) (1 + 0,07866 N) C = 520(1- 0,0000512) untuk 0 < < 70 sedangkan untuk 70 < < 90,

    gunakan = 70 e = 0,43(1 100/Tp) hw = 5,7 + 3,8 V

    Keterangan:

    V = Kecepatan angin diatas permukaan cover paling atas (m/s)

    N = Jumlah penutup/cover

    c = Emisivitas cover Glass = 0,88 p = Emisivitas plat absorber = kemiringan kolektor hw = Koefisien perpindahan panas konveksi akibat angin (W/m

    2K)

    = Konstanta Stefan Boltzman (5.67 x 10-8 W/m2K4) Tpm = Temperatur plat absorber (K)

    Ta = Temperatur lingkungan (K)

    Nilai koefisien rugi-rugi kalor bagian bawah didekati dengan persamaan berikut

    =

    ...... (2.5)

    dimana k = konduktivitas termal insulator (W/m2K) ; L = tebal insulator (Meter)

    Maka Koefisien Kehilangan Kalor total UL = Ut + Ub

  • JURNAL SKRIPSI

    INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 5

    Distribusi temperatur antara dua pipa dapat diperoleh dengan mengasumsikan gradien suhu

    pada arah aliran diabaikan.meninjau lapisan absorber - pipa pada gambar dibawah ini:

    Gambar 2.2 Plat dan Pipa

    dan energi yang dapat dikonduksikan ke daerah tabung per satuan panjang dalam arah aliran

    sekarang dapat ditemukan dengan mengevaluasi hukum fourier pada dasar sirip.

    ....... (2.6)

    Persamaan (13) ini hanya untuk energi yang disimpan hanya pada satu pipa dimana

    hanya 1

    dan untuk dua pipa energiya menjadi adalah

    ............... (2.7)

    akan lebih mudah menggunakan konsep efisiensi sirip untuk menulis ulang Persamaan (2.7)

    sebagai :

    = ( ) [ ( )] ......... (2.8)

    Dimana :

    = tanh [

    ()

    2]

    2

    ......................... (2.9)

    Keuntungan yang berguna dari kolektor juga termasuk energi yang terkumpul di atas wilayah

    pipa. keuntungan energi untuk wilayah ini adalah

    qtube = D [S - UL (Tb - Ta)] ................. (2.10) Keuntungan yang digunakan pada pipa dan model fin per unit dari panjang sesuai arah aliran

    adalah penjumlahan dari persamaan 2.30 dan 2.32

    qu = [(W-D) F+D] [SUL(Tb -Ta) ] ................. (2.11) Keterangan:

    W = jarak antara dua pipa (meter)

    D = diameter pipa (meter)

    = ketebalan lembaran plat absorber (meter)

  • JURNAL SKRIPSI

    INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA| 6

    Tb = temperatur diatas perekat pipa dengan lembaran plat (K)

    Ta = temperatur ambient atau temperatur lingkungan (K)

    m =

    hasil bagi antara kerugian kalor yang hilang dengan koefisien konduktivitas

    dengan tebal plat

    Energi kalor yang didapat