Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu
“Analisa Komponen Kolektor pada Mesin Pendingin Siklus Adsoprsi Tenaga Surya dengan Variasi Sudut 0o dan 30o.”
Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Orang tua penulis Bapak B. Nainggolan dan Ibunda F. Sianturi yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan materil dan doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. Kepada kedua saudara kakak dan adik penulis yang terus memberi semangat.
2. Bapak Ir.Tekad Sitepu,M.T selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Ir. Zamanhuri, M.T. dan Bapak Tulus B.Sitorus, ST.M.T sebagai dosen pembanding yang telah bersedia memberikan saran dan kritik yang sangat membangun.
4. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita yang telah banyak membantu memberi saran dan waktu diskusi serta membimbing secara langsung di lapangan selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
5. Bapak Tulus Burhanudin, ST, MT yang juga telah banyak meluangkan waktunya untuk berdiskusi dengan penulis dan tim serta memberi saran dan masukan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
6. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
7. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera.
8. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan.
9. Rekan satu tim skripsi yaitu Piter H, Jagardo Damanik, dan Parna E Sitanggang yang terus saling menyemangati.
10.Sahabat-sahabat saya kaum terpelajar yang terus memberi semangat kepada penulis.
11.Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara terkhusus stambuk 2010 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih.
Medan, April 2016
Penulis, Budiman I. N. NIM. 100401030
DAFTAR ISI
ABSTRAK …….………... i
KATA PENGANTAR ………... iii
DAFTAR ISI ………... vi
DAFTAR GAMBAR ………..... x
DAFTAR TABEL ………...... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
DAFTAR NOTASI. ………... xv BAB I. PENDAHULUAN ……..………... 1 1.1Latar Belakang ………...……… 1 1.2Tujuan Penelitian ………...……… 3 1.3Batasan Masalah ………. 3 1.4Manfaat Penelitian ………. 3 1.5Sistematika Penulisan ………. 4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ……….…..... 6
2.1Energi Surya ...……….. 6
2.2Kolektor Surya ...………... 8
2.2.1Klasifikasi Kolektor Surya ..………. 9
2.2.2Manfaat Kolektor Surya …….……….………. 12
2.3Mesin Pendingin Siklus Adsorps ………... 13
2.3.1Siklus Ideal Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi ………...…... 13
2.3.2Perkembangan Mesin Pendingin Adsorpsi …………...…………... 16
2.4Tinjauan Perpindahan Panas ……….. 18
2.4.2Konveksi ……….. 21
2.4.3Radiasi ……….………. 22
2.5Intensitas Radiasi Matahari ...………. 24
2.6Posisi Matahari ...……… 25
2.7Perhitungan Perpindahan Panas pada Kolektor Plat Datar ………... 26
2.7.1Perhitugan Panas yang Diserap Kolektor ...…………... 26
2.7.2Perhitungan Kerugian Panas Kolektor …………... 28
2.8Energi Panas Aktual yang Digunakan Kolektor untuk Proses Desorpsi. 30 2.9Efisiensi Kolektor ... 31
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ……….. 32
3.1Tempat Waktu dan Penelitian ………... 32
3.1.1Tempat Penelitian ………. 32
3.1.2 Waktu Penelitian ………...……….. 32
3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan ……….... 33
3.2.1Peralatan Penelitian ………... 33
3.2.2 Bahan Penelitian ………... 37
3.3 Proses Pembuatan Model Fisik Kolektor ………... 39
3.4 Persiapan Penelitian ………... 42
3.5 Prosedur Penelitian ………... 43
3.6 Variabel Penelitian ………. 44
3.7 Kerangka Konsep Hasil Penelitian …….……….... 45
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ……….... 46
4.1Hasil Penelitian ……….. 46
4.1.2Hasil Penelitian Kolektor Surya Sudut 30o ………. 49
4.2Pengolahan Data Kolektor ... 52
4.2.1Pengolahan Data Kolektor Sudut 0o………... 52
4.2.1.1Perhitungan Intensitas Radiasi Matahari ... 52
4.2.1.2Perhitungan Panas yang Diserap Kolektor... 53
4.2.1.3Perhitungan Total Kerugian Panas yang Hilang dari Kolektor.. 56
4.2.1.3.1 Perhitungan Kerugian Panas Sisi Atas Kolektor ... 56
4.2.1.3.2 Perhitungan Kerugian Panas Sisi Bawah Kolektor ... 58
4.2.1.3.3 Perhitungan Kerugian Panas Sisi Samping Kolektor ... 60
4.2.2Pengolahan Data Kolektor Sudut 30o ……….. 62
4.2.2.1Perhitungan Intensitas Radiasi Matahari ... 62
4.2.2.2Perhitungan Panas yang Diserap Kolektor... 65
4.2.2.3Perhitungan Total Kerugian Panas yang Hilang dari Kolektor.. 67
4.2.2.3.1 Perhitungan Kerugian Panas Sisi Atas Kolektor ... 68
4.2.2.3.2 Perhitungan Kerugian Panas Sisi Bawah Kolektor ... 70
4.2.2.3.3 Perhitungan Kerugian Panas Sisi Samping Kolektor ... 71
4.3Energi Panas Aktual yang Digunakan Kolektor untuk Proses Desorpsi. 73 4.3.1Energi Panas yang Digunakan Kolektor 0o untuk Proses Desorpsi.. 73
4.3.2Energi Panas yang Digunakan Kolektor 30o untuk Proses Desorpsi 74 4.4Kesetimbangan Energi ... 75
4.4.1Kesetimbangan Energi Kolektor 0o... 75
4.4.2Kesetimbangan Energi Kolektor 30o... 77
4.5Efisiensi Kolektor ... 78
4.5.1.1Kolektor Sudut 0o ... 79
4.5.1.2Kolektor Sudut 30o ... 80
4.5.2Efisiensi Kolektor Berisi Karbon Aktif ………... 80
4.5.2.1Kolektor Sudut 0o ... 80
4.5.2.2Kolektor Sudut 30o ... 81
4.6Analisa Grafik ... 82
4.6.1Data Hobo ………... 82
4.6.2Perhitungan Analisa Data Kolektor Sudut 0o dan 30o ... 84
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ………... 88
5.1Kesimpulan ………... 88
5.2 Saran ...
89 DAFTAR PUSTAKA ………... xvi
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1. 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13
Kolektor Surya Pelat Datar Sederhana …...
Kolektor Konsentrator ………...………
Kolektor Tabung Vakum..………...…………....
Diagram Tekanan vs Temperatur penunjuk Garis Isoster...
Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi …..…....
Perpindahan Panas pada Kolektor Plat Datar ……...…….
Perpindahan Panas pada Isolasi Kolektor Surya …………...
Intensitas Radiasi Matahari………...
Tata Letak Lokasi Penelitian……….…
Laptop...………...
Pace XR5 Data Logger………...……...…...…
Termokopel ...………..……….
Hobo Microstation data logger ………....……..………
Pompa Vakum………...……… Karbon Aktif...………. Kaca...…………...….. Rockwool ……...…… Sterofoam…………... Busa hitam...……….… Triplek...………...…………... Stainless Steel...………...……...…….… 10 11 12 14 14 19 21 24 32 33 34 34 35 36 37 37 38 38 38 39 39
3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 Cat... ...………..……….
Desain Kolektor pada Solidwork………...………
Rangka Kolektor ………...…………
Kotak Isolator Kolektor...……….….
Adsorber...…………..
Pemasangan Adsorber pada Kotak Isolasi ………...………
Kaca Kolektor ….…….…...………
Pemasangan Kolektor pada Mesin Pendingin ………….…...……..
Peletakan Titik Termokopel pada Kolektor ………..….…...……
Diagram Alir Tahapan Penelitian...………..…...….…..…
Isolasi pada Kolektor…………...…….…..
Kesetimbangan Energi Kolektor ……...…...
Kesetimbangan Energi Pengujian I Kolektor 0o...
Kesetimbangan Energi Pengujian II Kolektor 0o...
Kesetimbangan Energi Pengujian III Kolektor 0o...
Kesetimbangan Energi Pengujian I Kolektor 30o...
Kesetimbangan Energi Pengujian II Kolektor 30o...
Kesetimbangan Energi Pengujian III Kolektor 30o...
Grafik Temperatur Lingkungan terhadap Waktu Pengujian Kolektor 0o...
Grafik Temperatur Lingkungan terhadap Waktu Pengujian Kolektor 30o...
Grafik Intensitas Radiasi Matahari Kolektor 0o...
Grafik Intensitas Radiasi Matahari Kolektor 30o... 39 40 40 40 41 41 41 42 42 45 59 75 75 76 76 77 77 78 82 83 83 84
4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18
Grafik Temperatur Plat Rata-rata Kolektor 0o...
Grafik Temperatur Plat Rata-rata Kolektor 30o...
Grafik Jumlah Panas yang Masuk Kolektor 0o...
Grafik Jumlah Panas yang Masuk Kolektor 30o...
Grafik Jumlah Panas yang Diserap Kolektor 0o...
Grafik Jumlah Panas yang Diserap Kolektor 30o... 85 85 86 86 87 87
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
3.1 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 Spesifikasi Pyranometer……….…..…....
Data Pengujian Pengujian I Kolektor Sudut 0o………...….
Data Pengujian Pengujian II Kolektor Sudut 0o………...….
Data Pengujian Pengujian III Kolektor Sudut 0o………...….
Data Pengujian Pengujian I Kolektor Sudut 30o………...….
Data Pengujian Pengujian II Kolektor Sudut 30o………...…...….
Data Pengujian Pengujian III Kolektor Sudut 30o………...….
Data Pengujian I Kolektor Sudut 0o dalam 60 menit ……….…….
Hasil Perhitungan Intensitas Matahari kolektor 0o selama 24 jam...…...….
Data Perhitungan Panas yang Diserap ke dalam Kolektor 0o……...……..
Hasil Perhitungan Qrad, S dan QLKolektor 0o...
Data Intensitas Kolektor 30o dalam 60 menit...
Perhitungan Pengujian I Kolektor 30o…...
Perhitungan Data Intensitas Radiasi Matahari Kolektor 30o...
Perhitungan Nilai TranmisivitasKolektor 30o………...
Perhitungan Nilai Panas yang Masuk ke dalam Kolektor 30o..…...…....
Data Perhitungan Koefisien Kerugian Panas UT. Kolektor 30o….…..…...
36 46 47 48 49 50 51 52 53 55 62 63 64 61 64 69 70 Hasil Perhitungan Qrad, S dan QL Kolektor 0o... 73
Energi Panas Aktual yang Digunakan Kolektor 0o untuk Desorpsi(Qic)... 74
Energi Panas Aktual yang Digunakan Kolektor 30o untuk Desorpsi(Qic).... 74
DAFTAR LAMPIRAN
Lamp 1. Data Pengujian Kolektor Sudut 0 Derajat Tangggal 16 - 19 November 2015... xviii
Lamp 2. Data Pengujian Kolektor Sudut 30 Derajat Tangggal 26 - 29 November 2015....…. xxxiv
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
Tpm Temperatur Plat Rata-rata oC
∞ Temperatur Lingkungan oC
G Intensitas Cahaya Matahari W/m2
Ac Luas Penampang Adsorber m2
Qit Panas masuk kolektor J/m2
QT Kerugian panas sisi atas kolektor W/m2K QB Kerugian panas sisi bawah kolektor W/m2K QE Kerugian panas sisi samping kolektor W/m2K QL Jumlah panas hilang dari kolektor J/m2 S Panas yang diserap kolektor J Qic Energi panas yang diserap karbon aktif J Qit Intensitas matahari J mac Massa karbon aktif dalam kolektor kg mr Massa refrigeran metanol yang teradsorpsi kg Cpac Panas spesifik karbon aktif J/kg K Cpr Panas spesifik refrigeran metanol J/kg K
∆ Temperatur pemanasan K