Optimasi Penyerap Panas Memanfaatkan Energi Panas Matahari dengan Teknik Saluran Multi Belokan Tajam

Abstract

The optimum of heat absorber by exploiting the solar energy is influenced by some characteristics of fluid flow in a channel. The square longitudinal channel with the 180° sharp curve is always used as the streams for some various types of thermal instruments. The flowing pattern in that stream has a complex three dimensional structure, because the separation of stream is caused by a changing of sudden direction on the sharp curve, especially for the secondary stream which is caused by centrifugal affect. Therefore, the speed level of local conventional heat moving for the little surface area is expected to change clearly. Hopefully, through the variations of buffle angles which are structured zig-zagly, the suitable buffle angles can be created in optimalizing the heat absorber by using the solar energy with the technic of multi sharp curve channels. The size of collector is 250 cm x 80 cm Every side of the absorber box is coated by thermal isolator in the form of black rubber with the 10 mm thickness. As an absorber of solar radiation in this research, the iron sand with 6 cm thickness is used. The box of iron sand is made up of woods with its thickness is 15 mm and the transparent glass with the thickness of 6 mm, the length of 250 cm and the width of 80 cm is used at the top of its transparent cover. The air heater box is positioned leans at an angle of 15°, with the aims of the circulation of air stream could be exist because of the differences of an input and an output elevation. The total of buffle is nine. They are constructed in multi sharp curve of channel (with 90° and 105° buffle angles) and without a curve, too. The temperature degree was measured by some variations, they are the stream without curve, the stream with 90° multi buffle curves, the flow with 105° multi sharp curves. The survey was done in open air by using solar as the heat energy, the measurements of temperature was done on 29 spots at the stream of flow. The survey was done from 11 a.m. to 3 p.m. The results show that the distribution of absorber temperature for the three types of solar collector are inclined similar, the distribution of the first highest temperature could reach by collector at the 105° sharp curve with the buffle and the maximum temperature was 83° C. at 12.30 a.m. to 01.30 p.m. The ty pe of solar collector with 90° sharp curve and buffle was the second highest temperature which could reach 81° C. The optimal time for temperature distribution was from 12.30 a.m t0 01.30 p.m. This was happened for the three tested collectors. The highest temperature could be happened because of that time was as the time of highest radiated time wich could be radiated to the earth. The result of this study claimed that the type of collector with the sharp curved flow and had 105° buffle angle got the ability to heat the air in the most optimal collector in the channel.

Optimasi penyerap panas dengan memanfaatkan energi matahari (surya) dipengaruhi oleh beberapa karakteristik aliran fluida di dalam saluran. Saluran penampang persegi empat dengan belokan tajam 1800 sering digunakan sebagai laluan aliran pada berbagai tipe peralatan termal. Pola aliran dalam saluran tersebut mempunyai suatu stuktur tiga dimensi yang kompleks, karena pemisahan aliran disebabkan oleh perubahan arah yang mendadak/tiba-tiba dari aliran di dalam belokan tajam lebih-lebih untuk aliran sekunder yang disebabkan oleh gaya sentrifugal, oleh karena itu laju perpindahan panas konveksi lokal untuk permukaan daerah yang kecil diharapkan tingkat perubahan secara nyata. Melalui variasi sudut hambatan yang disusun secara zig zag diharapkan dapat ditemukan sudut hambatan yang sesuai dalam upaya mengoptimalkan penyerapan panas dengan memanfaatkan energi matahari dengan teknik saluran multi belokan tajam. Ukuran dari kolektor adalah 250 cm x 80 cm. Pada setiap sisi dari kotak absober dilapisi dengan isolator termal berupa karet bewarna hitam dengan tebal 10 mm. Sebagai penyerap radiasi surya pada pengujian ini digunakan pasir besi dengan tebal 6 cm. Kotak pasir besi terbuat dari kayu dengan tebal 15 mm dan sebagai penutup transparan digunakan kaca 5 mm dengan ukuran 250 cm x 80 cm. Posisi kotak pemanas udara dibuat miring 150 dengan tujuan agar proses aliran udaranya bisa berlangsung dengan adanya perbedaan elevasi masukan dan keluaran. Jumlah hambatan sebanyak sembilan buah. Susunan hambatan yang berbentuk saluran multi belokan tajam (dengan sudut hambatan 900 dan 1050) dan tanpa belokan. Pengukuran temperatur dilakukan dengan beberapa variasi, yaitu : saluran tanpa belokan, saluran multi belokan tajam dengan sudut hambatan 900, dan saluran multi belokan tajam dengan sudut hambatan 1050. Pengujian dilakukan di alam terbuka dengan menggunakan energi surya sebagai energi pemanas dan pengukuran temperatur dilakukan sebanyak 29 titik pada laluan aliran Pengujian dilakukan dari jam 11.00 sampai dengan 15.00 wib. Hasil penelitian menunjukan, distribusi temperatur absorber untuk ketiga tipe solar kolektor cenderung sama, distribusi temperatur tertinggi dapat dicapai oleh kolektor dengan belokan tajam sudut hambatan 1050 yaitu temperatur maksimum 830 C pada waktu pukul 12.30 – 13.30. Tipe solar kolektor berbelokan tajam dengan sudut hambatan 900 merupakan distribusi temperatur kedua tertinggi yang mampu dicapai yaitu 810 C. Waktu untuk distribusi temperatur optimal adalah pukul 12.30 – 13.30, ini terjadi ketiga tipe kolektor yang diuji, hal ini terjadi karena waktu itu merupakan radiasi terbesar yang mampu di pancarkan ke bumi. Hasil dari kajian ini menyatakan bahwa tipe kolektor saluran berbelokan tajam dengan sudut hambatan 1050 memperoleh kemampuan memanaskan udara di dalam saluran kolektor paling optimal.