Upload
trinhduong
View
235
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
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)
Intensitas Radiasi (W/m2)
Qu,teo fungsi intensitas radiasi
3/8 inch
1/2 inch
5/8 inch
0100200300400500600700800900
0 100 200 300 400
Qu
Akt (
Wat
t)
Intensitas Radiasi (W/m2)
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 (%
)
Intensitas Radiasi ( W/m2)
ηteo fungsi intensitas radiasi
3/8 inch
1/2 inch
5/8 inch
0102030405060708090
100
0 100 200 300 400
Efis
iens
i (%
)
Intensitas Radiasi ( W/m2)
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
Intensitas Radiasi ( W/m2)
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