TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN Rancang Bangun Dan Pengujian Pemanas Air Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara.

(1)

i

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN

PEMANAS AIR TENAGA SURYA DENGAN

INJEKSI GELEMBUNG UDARA

Disusun Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S-1) Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh :

SHOLICHUL ARIF

D 200 050 138

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

“RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN PEMANAS AIR TENAGA SURYA

DENGAN INJEKSI GELEMBUNG UDARA.” Yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.

Surakarta, Desember 2011 Yang menyatakan,

(3)

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir ini berjudul : Rancang Bangun Dan Pengujian Pemanas Air Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara.

Disusun Oleh :

Nama : Sholichul Arif NIM : D 200 050 138

Telah disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir Untuk dipertahankan di depan Dewan Penguji sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta pada :

Hari : ………

Tanggal : ………

Surakarta, Desember 2011 Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping

(4)

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas akhir ini telah disyahkan oleh dewan penguji sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-I Teknik Mesin di JurusanTeknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada :

Nama : SHOLICHUL ARIE NIM : D 200 050 138

Judul : Rancang Bangun Dan Pengujian Pemanas Air Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara

Disahkan pada :

(5)

v MOTTO

Berusahalah dengan sungguh-sungguh, jangan panik. Orang panik mudah putus

asa tapi bila terpaksa kamu putus asa tetaplah berusaha dalam keterputusasaan.

Mantapkan hati, luruskan niat dan berjalanlah walau hanya satu langkah untuk

pijakan langkah selanjutnya dikemudian hari

Berpikir tapi tidak berusaha dan berusaha tapi tidak berpikir adalah penyebab

gagalnya dalam mewujudkan mimpi-mimpi.

(6)

vi

PERSANTUNAN

Karya ini merupakan suatu wujud akhirku

dalam mencapai gelar sarjana sebagai tanggung jawab

kepada: :

1. Ayahanda dan Ibunda serta Adik-adikku tercinta

atas do’a jerih payah dan kasih sayangnya

2. Istri dan Anakku tercinta yang selalu memberikan

support

3. Teman-temanku semua yang menyayangiku

4. Almamater yang kubanggakan

(7)

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur alhamdulillah, penulis sampaikan kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulisan laporan tugas akhir ini yang berjudul: ” Rancang Bangun Dan Pengujian Pemanas Air Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara ” dapat

terselesaikan dengan baik, guna melengkapi tugas dan memenuhi syarat-syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Berbagai hambatan dan kesulitan menyertai dalam penulisan ini, namun demikian dengan bantuan dan doa dari berbagai pihak segala kesulitan tersebut dapat teratasi. Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis sampaikan ucapan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada:

1. Ir. Agus Riyanto, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Ir. Sartono putro, M.T.; selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Muhammadiyah Surakarta dan juga selaku Dosen Pembimbing Utama Tugas Akhir yang telah banyak memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan dengan sabar.

(8)

viii

4. Ayah dan Ibunda, Adik-adikku serta Istri dan Anakku Tercinta, atas perhatian, kasih saying, pengorbanan, dorongan, dan do’a-do’anya.

5. Andi Gandoz, Bimbing dan Heru selaku teman seperjuangan dalam menyelesaikan penelitian.

6. Teman-teman kost belakang Goro, terima kasih atas kebersamaannya. 7. Pihak-pihak yang secara langsung maupun tak langsung terlibat dalam

menyukseskan penyusunan Tugas Akhir ini.

Besar harapan penulis semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak yang memerlukan walaupun penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Amien

Surakarta, Desember 2011

(9)

(10)

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ………. i

HALAMAN PERSETUJUAN ……….……… iii

HALAMAN PENGESAHAN……… iv

HALAMAN MOTTO………. v

HALAMAN PERSANTUNAN………. vi

(11)

xi

1.7 Metode Pelaksanaan………..….. 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA……… 9

2.1 Kajian Pustaka ………...…. 9

2.2 Landasan Teori……….... 10

2.2.1 Perpindahan Kalor……… 10

2.2.2 Radiasi……… 13

2.2.3 Pola Aliran Dalam Pipa……… 14

BAB III METODOLOGI PENELITIAN……… 17

3.1 Diagram Alir Penelitian………. 17

3.2 Bahan yang Digunakan Dalam Penelitian………... 18

3.3 Alat-Alat yang Digunakan Dalam Penelitian……… 18

3.4 Tempat Pengujian dan Pengambilan Data……….. 22

(12)

xii

(13)

xiii

Gambar 13. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Laju

Perpindahan Kalor (q) Menggunakan Persamaan

(14)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Potensi energy terbarukan di Indonesia………. 3

Tabel 2. Data hasil pengujian I………. 24

Tabel 3. Data hasil pengujian II……… 24

Tabel 4. Data Hasil Analisis Perhitungan Percobaan I………. 28

(15)

xv

DAFTAR SIMBOL

A = Luas penampang (m2) Cp = Kalor jenis (kJ/kgoC) D = Diameter (m)

h = Koefisien perpindahan kalor (W/m20C) k = Konduktivitas thermal (W/moC)

L = Panjang (m)

m = Massa aliran (kg/s) Nu = Bilangan Nusselt Pr = Bilangan Prandtl

q = Laju perpindahan kalor (W) Re = Bilangan Reynolds

T = Temperatur (oC) V = Kecepatan (m/s)

v = Volume spesifik (m3/kg) ρ = Densitas (kg/m3)

(16)

xvi

ABSTRAKSI

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh debit udara terhadap penyerapan kalor serta mengetahui pengaruh penambahan gelembung udara terhadap koefisiensi perpindahan kalor.

Dalam penelitian digunakan pemanas air dengan ukuran tinggi 5cm, lebar 60cm dan panjang 100cm. untuk bahan pemanas air digunakan pipa tembaga dengan diameter dalam 1,46cm, diameter luar 1,6cm dan panjang pipa 12meter. Pemanas air diletakan secara horizontal, dan fluida dialirkan di dalam pipa. Eksperimen dilakukan dengan 6 variasi debit udara. Pengambilan data-data dilakukan selama rentang waktu 30menit, dan pengujian dilakukan pada pukul 12.00-12.30 WIB pada setiap variasi. Data yang diambil adalah temperature fluida masuk, fluida keluar pemanas serta temperature lingkungan.

Berdasarkan hasil eksperimen dan hasil analisa perhitungan pada percobaan pertama didapatkan bahwa perubahan variasi debit gelembung udara yang semakain besar maka nilai koefisien perpindahan kalor cenderung meningkat. Untuk debit udara 0, 1, 2, 3, 4, 5 unit diperoleh koefisien perpindahan kalor 12,08 W/m2oC, 12,098 W/m2oC, 12,118 W/m2oC, 12,138 W/m2oC, 13,309 W/m2oC, 12,327 W/m2oC. Sedangakan untuk perubahan variasi gelembung udara yang semakin besar terhadap perpindahan panas cenderung menurun. Untuk debit udara 0, 1, 2, 3, 4, 5 unit diperoleh 35,213 W, 32,936 W, 10,997 W, 11,349 W, 20,987, 20,678 W.