Peningkatan Kinerja Kolektor Surya Tipe V-Corrugated Absorber Plate Menggunakan Obstacle Yang Ditekuk Secara Vertikal
Total View This Week0
Total View This Week0
Institusion
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Author
Handoyo, Ekadewi Anggraini
Subject
TJ810.5 Solar energy
Datestamp
2023-06-07 07:56:27
Abstract :
Perpindahan kalor terjadi dalam berbagai proses seperti pemanasan, pengeringan, pemasakan, maupun pendinginan. Besar perpindahan kalor bergantung pada luasan, beda temperatur, sifat-sifat/properties media, bentuk geometri, dan mekanisme terjadinya perpindahan kalor tersebut. Salah satu peralatan penukar kalor yang menguntungkan dipakai di daerah tropis adalah kolektor surya. Fluida kerja yang umum dipakai dalam kolektor surya adalah air atau udara. Kolektor surya pemanas udara mempunyai banyak keuntungan dibandingkan pemanas air, seperti lebih ringan, tidak memiliki masalah dengan kebocoran, dan tidak bersifat korosif. Namun, udara mempunyai konduktivitas termal dan koefisien perpindahan kalor konveksi yang lebih rendah daripada air. Dua temuan yang terbukti dapat meningkatkan kinerja kolektor surya pemanas udara adalah: 1) plat penyerap v-corrugated sebagai pengganti plat datar, 2) penambahan obstaclesdalam aliran udara pada kolektor saluran plat datar. Namun, hingga saat ini belum ditemukan adanya penelitian yang menggabungkan keduanya. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui dampak penambahan obstacles terhadap kinerja kolektor surya pemanas udara dengan plat penyerap jenis v-corrugated. Penambahan obstacle dipilih dengan pertimbangan: dapat mengarahkan aliran ke plat penyerap dan meningkatkan turbulensi aliran dalam kolektor. Mengingat obstacle juga dapat menghambat aliran yang menyebabkan penurunan tekanan aliran yang besar, maka dalam penelitian ini juga diteliti pengaruh dari penekukan obstacle secara vertikal terhadap perpindahan kalor dan penurunan tekanan dalam kolektor surya.Penelitian ini dilakukan secara eksperimen dan numerik. Simulasi numerik dengan Gambit 2.4.6 dan Fluent 6.3.26 dilakukan untuk aliran tanpa obstacle, aliran dengan obstaclelurus, obstacle dengan sudut tekuk 10o, 20o, 30o, dan 40o. Domain dari simulasi adalah aliran udara dalam saluran berpenampang segitiga. Langkah awal dari simulasi numerik adalah pengujian grid independency mesh yang dibangun dan validasi model viscous yang digunakan terhadap hasil eksperimen. Dari simulasi numerik didapatkan vektor kecepatan aliran ketika mendekati, mengenai, dan melalui obstacle. Aliran mengalami separasi ketika melalui obstacle dan mengalami olakan atau aliran balik di belakangnya. Aliran balik berkurang dengan ditekuknya obstacle. Di daerah yang terdapat aliran balik, vektor kecepatan di sisi dekat plat penyerap lebih tinggi. Hal ini menyebabkan perpindahan kalor konveksi meningkat dan temperatur udara ke luar saluran lebih tinggi ketika diberi obstacle, namun juga memperbesar penurunan tekanan. Obstacle yang ditekuk vertikal dengan sudut lebih besar membuat aliran balik berkurang dan vektor kecepatan di sisi dekat plat juga berkurang. Hal ini menyebabkan perpindahan kalor konveksi ke udara, temperatur udara ke luar saluran, dan penurunan tekanan aliran ikut berkurang ketika obstacle ditekuk dengan sudut besar. Distribusi temperatur aliran menunjukkan kenaikan temperatur di sepanjang saluran dengan temperatur udara di bagian yang menempel plat penyerap lebih tinggi. Sudut tekuk obstacle membuat temperatur udara ke luar saluran lebih rendah dibanding obstacle yang lurus. Obstacle yang lurus (0o) ketika ditambahkan dalam aliran membuat temperatur udara di dekat plat penyerap lebih cepat mencapai nilai temperatur ?free stream?, T? dan memberikan temperatur T? yang tertinggi. Semakin besar sudut tekuk obstacle, semakin rendah T? udara yang dihasilkan.Eksperimen dilakukan di dalam ruangan yang dikondisikan dengan empat lampu halogen sebagai sumber radiasi pengganti matahari. Pemasangan alat ukur dalam peralatan eksperimen mengikuti ketentuan ASHRAE. Sebuah blower digunakan untuk mengalirkan udara secara paksa. Eksperimen dilakukan untuk lima laju aliran udara, tiga intensitas radiasi, dan sembilan sudut tekuk obstacle yang berbeda. Agar hasil eksperimen dapat dibandingkan, maka laju aliran udara dalam saluran dijaga sama ketika eksperimen dilakukan untuk intensitas radiasi yang berbeda atau sudut tekuk obstacle yang berbeda. Pengaturan laju aliran dilakukan dengan menggunakan variable-frequency drive (VFD) untuk mengatur frekuensi putaran motor blower.Sedang empat dimmer terpisah digunakan untuk memastikan keseragaman intensitas radiasi di sepanjang kolektor. Variabel yang diukur adalah temperatur udara masuk dan ke luar kolektor, temperatur plat penyerap, kecepatan udara di keluaran, dan intensitas radiasi. Dari serangkaian eksperimen yang telah dilakukan pada aliran dengan bilangan Reynolds antara 2000 hingga 10000, didapatkan bahwa kenaikan temperatur udara tertinggi sebagai hasil perpindahan kalor dari plat penyerap, yaitu 34.9oC, dicapai ketika intensitas radiasi 716 W/m2, kecepatan udara dalam saluran 1.3 m/s (bilangan Reynolds 2000), dan diberi obstaclelurus yang dipasang dengan spasi 1x tinggi dengan penurunan tekanan aliran sebesar 6.5 Pa. Efisiensi kolektor tertinggi, yaitu 0.85, dicapai ketika intensitas radiasi 430 W/m2, kecepa
Perpindahan kalor terjadi dalam berbagai proses seperti pemanasan, pengeringan, pemasakan, maupun pendinginan. Besar perpindahan kalor bergantung pada luasan, beda temperatur, sifat-sifat/properties media, bentuk geometri, dan mekanisme terjadinya perpindahan kalor tersebut. Salah satu peralatan penukar kalor yang menguntungkan dipakai di daerah tropis adalah kolektor surya. Fluida kerja yang umum dipakai dalam kolektor surya adalah air atau udara. Kolektor surya pemanas udara mempunyai banyak keuntungan dibandingkan pemanas air, seperti lebih ringan, tidak memiliki masalah dengan kebocoran, dan tidak bersifat korosif. Namun, udara mempunyai konduktivitas termal dan koefisien perpindahan kalor konveksi yang lebih rendah daripada air. Dua temuan yang terbukti dapat meningkatkan kinerja kolektor surya pemanas udara adalah: 1) plat penyerap v-corrugated sebagai pengganti plat datar, 2) penambahan obstaclesdalam aliran udara pada kolektor saluran plat datar. Namun, hingga saat ini belum ditemukan adanya penelitian yang menggabungkan keduanya. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui dampak penambahan obstacles terhadap kinerja kolektor surya pemanas udara dengan plat penyerap jenis v-corrugated. Penambahan obstacle dipilih dengan pertimbangan: dapat mengarahkan aliran ke plat penyerap dan meningkatkan turbulensi aliran dalam kolektor. Mengingat obstacle juga dapat menghambat aliran yang menyebabkan penurunan tekanan aliran yang besar, maka dalam penelitian ini juga diteliti pengaruh dari penekukan obstacle secara vertikal terhadap perpindahan kalor dan penurunan tekanan dalam kolektor surya.Penelitian ini dilakukan secara eksperimen dan numerik. Simulasi numerik dengan Gambit 2.4.6 dan Fluent 6.3.26 dilakukan untuk aliran tanpa obstacle, aliran dengan obstaclelurus, obstacle dengan sudut tekuk 10o, 20o, 30o, dan 40o. Domain dari simulasi adalah aliran udara dalam saluran berpenampang segitiga. Langkah awal dari simulasi numerik adalah pengujian grid independency mesh yang dibangun dan validasi model viscous yang digunakan terhadap hasil eksperimen. Dari simulasi numerik didapatkan vektor kecepatan aliran ketika mendekati, mengenai, dan melalui obstacle. Aliran mengalami separasi ketika melalui obstacle dan mengalami olakan atau aliran balik di belakangnya. Aliran balik berkurang dengan ditekuknya obstacle. Di daerah yang terdapat aliran balik, vektor kecepatan di sisi dekat plat penyerap lebih tinggi. Hal ini menyebabkan perpindahan kalor konveksi meningkat dan temperatur udara ke luar saluran lebih tinggi ketika diberi obstacle, namun juga memperbesar penurunan tekanan. Obstacle yang ditekuk vertikal dengan sudut lebih besar membuat aliran balik berkurang dan vektor kecepatan di sisi dekat plat juga berkurang. Hal ini menyebabkan perpindahan kalor konveksi ke udara, temperatur udara ke luar saluran, dan penurunan tekanan aliran ikut berkurang ketika obstacle ditekuk dengan sudut besar. Distribusi temperatur aliran menunjukkan kenaikan temperatur di sepanjang saluran dengan temperatur udara di bagian yang menempel plat penyerap lebih tinggi. Sudut tekuk obstacle membuat temperatur udara ke luar saluran lebih rendah dibanding obstacle yang lurus. Obstacle yang lurus (0o) ketika ditambahkan dalam aliran membuat temperatur udara di dekat plat penyerap lebih cepat mencapai nilai temperatur ?free stream?, T? dan memberikan temperatur T? yang tertinggi. Semakin besar sudut tekuk obstacle, semakin rendah T? udara yang dihasilkan.Eksperimen dilakukan di dalam ruangan yang dikondisikan dengan empat lampu halogen sebagai sumber radiasi pengganti matahari. Pemasangan alat ukur dalam peralatan eksperimen mengikuti ketentuan ASHRAE. Sebuah blower digunakan untuk mengalirkan udara secara paksa. Eksperimen dilakukan untuk lima laju aliran udara, tiga intensitas radiasi, dan sembilan sudut tekuk obstacle yang berbeda. Agar hasil eksperimen dapat dibandingkan, maka laju aliran udara dalam saluran dijaga sama ketika eksperimen dilakukan untuk intensitas radiasi yang berbeda atau sudut tekuk obstacle yang berbeda. Pengaturan laju aliran dilakukan dengan menggunakan variable-frequency drive (VFD) untuk mengatur frekuensi putaran motor blower.Sedang empat dimmer terpisah digunakan untuk memastikan keseragaman intensitas radiasi di sepanjang kolektor. Variabel yang diukur adalah temperatur udara masuk dan ke luar kolektor, temperatur plat penyerap, kecepatan udara di keluaran, dan intensitas radiasi. Dari serangkaian eksperimen yang telah dilakukan pada aliran dengan bilangan Reynolds antara 2000 hingga 10000, didapatkan bahwa kenaikan temperatur udara tertinggi sebagai hasil perpindahan kalor dari plat penyerap, yaitu 34.9oC, dicapai ketika intensitas radiasi 716 W/m2, kecepatan udara dalam saluran 1.3 m/s (bilangan Reynolds 2000), dan diberi obstaclelurus yang dipasang dengan spasi 1x tinggi dengan penurunan tekanan aliran sebesar 6.5 Pa. Efisiensi kolektor tertinggi, yaitu 0.85, dicapai ketika intensitas radiasi 430 W/m2, kecepa
Download
book
BibTex
Latex, Jabref
cloud_download
Original Resource
url resource Institution
