LOGO

“Analisa Kinerja Termal Solar Apparatus Panel padaAlat Destilasi Air Payau dengan Sistem Evaporasi

Uap Tenaga Surya Menggunakan CFD”

Progress Skripsi ( ME 091329) – Bid. Marine Machinery and System

Oleh :

Nadia Handayani – 4210 100 053

Jurusan Teknik Sistem Perkapalan

Fakultas Teknologi Kelautan

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA - 2014

Contents

2

LatarBelakang

Rumusan MasalahBatasanMasalah

TujuanMetodologi

PenelitianProgress Pengerjaan

Kegiatan yang akandilaksanakan

Latar Belakang

Apa yang melatar-belakangi analisa ini ?

Kebutuhan akan air bersih yang semakin meningkat

Sistem distilasi tradisional kurang memenuhi kualitas air bersih

Energi matahari sebagai energi terbarukan Pemanfaatan energi matahari sebagai

sumber panas untuk alat distilasi

Sehingga :Diperlukan analisa terhadap solar apparatus

panel untuk mengetahui kinerja alat distilasi air payau dengan sistem evaporasi uap tenaga

matahari3

Rumusan Masalah

4

Apakah pemodelan alat distilasi air payau dengan sistem evaporasi uap tenaga surya dapat dilakukan dengan pendekatan Computational Fluid Dynamic (CFD) ?

Bagaimana pengaruh radiasi dan konveksi pada alat distilasi dengan teknologi solar apparatus panel ?

Bagaimana distribusi temperatur yang terjadi di dalam solar apparatus panel pada alat distilasi air payau dengan sistem evaporasi uap tenaga surya ?

Batasan Masalah

5

1. Analisa dilakukan pada pukul 07.00 sampai 17.00 dengan temperatur lingkungan dan kecepatan angin sesuai data BMKG untuk daerah Surabaya

2. Simulasi tidak mencakup proses pendidihan dua fasa yang ada di dalampipa evaporator

3. Analisa dilakukan hanya pada solar apparatus panel tanpa kondensor.

4. Analisa menggunakan transient simulation

Metodologi Penelitian

6

Metodologi Penelitian

7

Tujuan

8

Melakukan analisa karakteristik distribusi temperaturpada proses perpindahan panas dalam solar apparatus panel menggunakan Computational Fluid Dynamicdengan software ANSYS FLUENT 13.0

Mengetahui kerugian panas ( heat losses ) yang terjadipada solar apparatus panel karena radiasi dan konveksi

Mengetahui energi berguna dan efisiensi solar aparatus panel sebagai alat distilasi air payaudengan system evaporasi uap tenaga surya

1. Pemodelan Solar Apparatus Panel

9

Pembuatan geometry dan meshing menggunakan program GAMBIT 2.4.6

Inlet

Glass

Cover

Outlet

Insulation

2. Parameter Simulasi Solar Apparatus Panel

10

GAMBIT 2.4.6ANSYS

FLUENT 13.0

Pembuatan hasil meshing GAMBIT 2.4.6 diimport ke ANSYS FLUENT 13.0 untuk

proses simulasi

- Simulasi dilakukan dengan menggunakan Transient Simulation

- Dimensi Solar Apparatus Panel

Panjang Panel 750 mm

Lebar Panel 550 mm

Tinggi Panel 50 mm

Tebal Kaca 5 mm

Diameter luar pipa 12.7 mm

Tebal pipa 0.89 mm

2.1 Solar Loading Model

11

Parameter Nilai

Latitude 7.2653°

Longitude 112.7425°

Time zone GMT +7

Waktu pengujian

- Hari

- Jam

- 21 Juni

- Pukul 07.00 – 17.00

Solar irradiation method Fair weather condition

Parameter untuk mensimulasikan radiasi sinar matahari

Data temperature udara dan kecepatan angin tanggal 21 Juni 2014 ((data dari

http://www.accuweather.com/id/id/surabaya/ pada jam 7)

Waktu Vwind Ta

7:00 1.39 27

8:00 1.39 28

9:00 1.67 29

10:00 1.67 30

11:00 2.78 31

12:00 3.06 32

13:00 3.61 32

14:00 3.61 32

15:00 3.61 31

16:00 3.06 30

Tabel hasil simulasi

12

Ave. Glass Temp Ave. Air Temp Ave. Pipe Temp Ave. Water Temp

°C °C °C °C

44.26 52.95 47.26 46.32

50.72 62.16 65.59 64.61

54.39 67.19 77.58 78.39

57.87 71.76 89.17 88.55

56.99 73.96 95.05 94.65

56.76 73.96 97.51 97.35

53.56 70.73 96.30 96.39

51.29 67.58 92.41 92.68

46.83 61.38 84.57 85.06

41.08 53.41 73.09 73.48

Tabel hasil simulasi

13

1

𝑈𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=

1

ℎ𝑤𝑖𝑛𝑑 + ℎ𝑟−0+

1

ℎ𝑘−0+

1

ℎ𝑐−𝑘 + ℎ𝑟−𝑖+

1

ℎ𝑘−𝑝+

1

ℎ𝑐−𝑎

ℎ𝑤𝑖𝑛𝑑 = 5.7 + 3.8𝑣

ℎ𝑟−0 =𝜀𝑐𝜎 𝑇𝑘

4 − 𝑇𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑡4

𝑇𝑘 − 𝑇𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑡

ℎ𝑘−0 =∆𝑥

𝑘𝑘

ℎ𝑐−𝑘 =𝑁𝑢. 𝑘𝑢

𝐿

ℎ𝑟−𝑖 =𝜎 𝑇𝑝

4 − 𝑇𝑘4

1𝜀𝑝

+1𝜀𝑘

− 1 𝑇𝑝 − 𝑇𝑘

ℎ𝑘−𝑝 =ln

𝑟0𝑟𝑖

2𝜋𝑘𝑝𝐿𝑝

ℎ𝑐−𝑎 =𝑁𝑢𝑑. 𝑘𝑎

𝑑

2.2 Perhitungan Intensitas Radiasi Matahari

14

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

6:00 7:12 8:24 9:36 10:48 12:00 13:12 14:24 15:36 16:48

Inte

nsi

tas

Rad

iasi

(W

/m

2)

Waktu

Perbandingan Intensitas Radiasi Simulasi terhadap Intensitas Radiasi Perhitungan

Radiasi Langsung (simulasi) Radiasi Langsung (perhitungan)

Radiasi Tersebar (simulasi) Radiasi Tersebar (perhitungan)

Intensitas radiasi langsung cenderung meningkat dari pukul 08.00 hingga pukul

11.00, hal ini dikarenakan pergerakan matahari yang semakin tegak lurus dengan

permukaan bumi di Surabaya. Kenaikan intensitas radiasi matahari ini

mengakibatkan energi yang masuk ke solar apparatus panel semakin meningkat.

Grafik Distribusi Temperatur Tiap Kecepatan

15

30

40

50

60

70

80

90

100

Tem

pera

tur

(K)

Waktu

Grafik Temperatur Terhadap Waktu( v = 0.01 m/s )

T kaca

T udara

T pipa

T air

30

40

50

60

70

80

90

8:00 9:00 10:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00

Tem

pera

tur

(K)

Waktu

Grafik Temperatur Terhadap Waktu( v = 0.03 m/s )

T kaca

T udara

T pipa

T air30

40

50

60

70

80

90

100

Tem

pera

tur

(K)

Waktu

Grafik Temperatur Terhadap aktu( v = 0.04 m/s )

T kaca

T udara

T pipa

T air

Analisa Distribusi Temperatur

16

• Secara keseluruhan temperatur kaca lebih rendah karenaadanya konveksi angin di atas permukaan kaca

• Temperatur pipa lebih tinggi dari temperatur udara dalampanel, karena secara tidak langsung pipa berperan sebagaiabsorber

Grafik Energi Berguna Panel

17

Analisa Energi Berguna

18

• Dari grafik di atas dapat diketahui bahwa energi bergunapada solar apparatus panel setiap jamnya semakin menurun. Hal ini di sebabkan oleh kenaikan heat losses pada tiapjamnya, setelah itu juga terjadi penurunan intensitas radiasimatahari total setelah pukul 12.00 yang juga berpengaruhpada berkurangnya energi yang masuk ke dalam panel.

Grafik Energi Berguna Panel

19

Dari kedua grafik di atas dapat dilihat bahwa efisiensi dan koefisien perpindahan panas

menyeluruh berbanding terbalik. Ketika nilai koefisien perpindahan panas kecil maka

heat losses juga kecil sehingga efisiensi panel semakin meningkat.

Kesimpulan

20

Karakteristik distribusi temperature

a. Temperatur material solar apparatus panel meningkat seiring dengan peningkatan

intensitas radiasi matahari total dari pagi hingga siang hari, maksimum intensitas radiasi

matahari total adalah 979.14 W/m2 pada pukul 12.00, dan menurun seiring dengan

penurunan intensitas radiasi matahari total dari siang hingga sore hari yaitu 592,57 W/m2

pada pukul 17.00

b. Temperatur kaca lebih rendah dari temperature udara dalam panel, sedangkan temperatur

pipa dan air di dalam pipa lebih tinggi dibanding temperature udara dalam panel.

c. Semakin tinggi kecepatan aliran air di dalam pipa, semakin lambat kenaikan temperatur

air dan pipa, serta semakin rendah temperatur yang diserap oleh air.

Kesimpulan

21

Heat losses yang terjadi pada solar apparatus panel

a. Heat losses maksimum rata-rata terjadi pada sore hari mulai dari pukul 14.00 –

16.00.

b. Nilai heat losses maksimum pada kecepatan 0.01 m/s yaitu 177.67 W/m2 pada

pukul 14.00. Pada kecepatan 0.02 yaitu 148.98 W/m2 pada pukul 15.00. Pada

kecepatan 0.03 yaitu 136.86 W/m2 pada pukul 16.00, sedangkan pada kecepatan

0.04 yaitu 119.22 W/m2 pada pukul 16.00.

Kinerja solar apparatus panel

a. Pada masing-masing kecepatan nilai efisiensi menurun setiap jam, rata-rata

efisiensi terjadi pada sore hari mulai dari pukul 11.00 – 13.00.

b. Nilai efisiensi rata-rata pada kecepatan 0.01 m/s yaitu 27.6%. Pada kecepatan

0.02 yaitu 30.2%. Pada kecepatan 0.03 yaitu 31.6% sedangkan pada kecepatan

0.04 yaitu 33.4%.

Saran

22

1. Dilakukan simulasi menggunakan metode multiphase nucleate boiling

untuk mendapatkan mass flow rate dari alat destilasi air payau dengan

sistem evaporasi uap tenaga matahari ini.

2. Data kecepatan angin, temperatur udara lingkungan dan intensitas

radiasi matahari diukur langung untuk mendapatkan hasil simulasi

yang akurat jika hasil simulasi akan dibandingkan dengan data

eksperimental.

3. Menggunakan model radiasi lain selain Rosseland pada ANSYS

FLUENT atau menggunakan software TRNSYS untuk simulasi

transient.

Contour hasil simulasi dengan kecepatan 0.01 m/s pada pukul 07.00

23

Contour hasil simulasi dengan kecepatan 0.01 m/s pada pukul 12.00

24

Contour hasil simulasi dengan kecepatan 0.01 m/s pada pukul 17.00

25

LOGO

www.themegallery.com

www.themegallery.com

27

Kontur Tekanan

28

Kontur Kecepatan

29