UJI KINERJA MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA
DENGAN LUAS KOLEKTOR 0.25 m
2SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
MUHAMMAD EKA JUANDA GINTING
NIM. 110421055
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Mesin pendingin siklus adsorpsi yang digerakkan oleh energi surya saat ini sedang dikembangkan terutama di negara negara berkembang di dunia. Mesin pendingin siklus adsorpsi disamping membutuhkan biaya yang ekonomis juga ramah lingkungan. Kebutuhan akan sistem pendingin untuk berbagai macam kebutuhan konvesional pada daerah terpencil dirasakan semakin meningkat, sementara sistem pendingin yang sudah ada belum tentu bisa dipakai karena tidak semua daerah terpencil memiliki jaringan listrik. Untuk itu, dalam penelitian ini dipilih sistem pendingin adsorpsi dengan menggunakan pasangan karbon aktif dan metanol yang bahan – bahannya mudah didapat dan tidak menghasilkan polusi, sehingga menghasilkan sistem . Keuntungan dari penggunaan mesin pendingin adsorpsi ini adalah sumber energi yang mudah didapat dan tidak adanya komponen yang bergerak. Mesin pendingin adsorpsi ini dioperasikan dengan menggunakan panas matahari sebagai sumber energi. Dengan pemanfaatan sumber energi tersebut dapat dihasilkan suhu evaporator dibawah 10 0C pada
tingkat suhu pemanasan generator 70 C – 90 C.
ABSTRACT
Adsorption refrigeration cycle driven by solar energy is currently being
developed mainly in developing countries in the world. Adsorption refrigeration
cycle in addition to the economic costs are also environmentally friendly. The
need for cooling systems for a variety of needs perceived conventional in remote
areas is increasing, while the existing cooling system can not be used because not
all remote areas have electricity network. Therefore, in this study selected
adsorption cooling system using a pair of activated carbon and methanol were
materials is easy to obtain and does not produce pollution, resulting in a system.
The advantage of using this adsorption cooling machine is the energy source that
is readily available and the lack of moving parts. Adsorption cooling machine is
operated using solar heat as an energy source. With the use of these energy
sources can be generated evaporator temperature below 10 oC at a rate of heating
temperature generator 70 oC - 90 oC.
Keywords: Collector, Condensor, Evaporator, Adsorption, Desorption
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan karuniaNya serta nikmat kesehatan yang diberikanNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik-baiknya dan dalam waktu yang sesingkat-singkatnya.
Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih dengan judul “UJI KINERJA MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA DENGAN LUAS KOLEKTOR 0.25 m2”
Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini dengan ketulusan hati penulis ingin menghaturkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing, memotivasi, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
2. Bapak Dr.Eng Himsar Ambarita yang juga banyak membantu dalam memberikan fasilitas alat penelitian dalam perancangan ini.
3. Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME (Dekan Fakultas Teknik USU), beserta segenap staf dan jajarannya.
4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
5. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
7. Rekan satu tim Tri Arfandi dan Andika Restu Fauzi atas kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini.
9. Kepada kedua orang tua yang telah banyak memberikan dukungan dan doa restu kepada penulis dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
10. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya kepada kawan-kawan seperjuangan Angkatan 2011 yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah banyak membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Sarjana ini, "Solidarity Forever".
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran-saran yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini dikemudian hari.
Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan doa kepada Tuhan Yang Maha Esa semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat untuk kita semua.
Medan, Juni 2014 Penulis
DAFTAR ISI
Hal
ABSTRAK ...i
KATA PENGANTAR ...iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ...viii
DAFTAR GAMBAR ...ix
DAFTAR NOTASI ...xi
BAB I PENDAHULUAN...1
1.1 Latar Belakang...1
1.2 Tujuan Penelitian...2
1.2.1 Tujuan Umum...2
1.2.2 Tujuan Khusus...2
1.3 Batasan Masalah...2
1.4 Mamfaat Penulisan...3
1.5 Sistematika Penulisan...3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...5
2.1 Energi Surya...5
2.2 Mesin Pendingin Tenaga Surya Siklus Adsorpsi...6
2.3 Adsorben...8
2.5 Komponen Mesin Pendingin Tenaga Surya ...17
2.6.2 Perpindahan Panas Konveksi...37
2.6.3 Perpindahan Panas Radiasi...39
2.7 Siklus Adsorpsi...42
2.8.1 Prinsip Kerja Siklus Adsorpsi...42
2.8.2 Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi...43
BAB III METODOLOGI PENELITIAN...45
3.1 Metode Penelitian ...45
3.2 Tempat dan Waktu ...46
3.3 Bahan dan Alat ...46
3.4 Perancangan Alat Penelitian...59
3.5 Dimensi Utama Alat Pengujian Adsorpsi ...61
3.5.1 Kolektor...61
3.5.2 Gelas Ukur...62
3.6 Prosedur dan hasil Pengujian Adsorpsi...62
3.7 Perancangan Mesin Pendingin Tenaga Surya...68
3.8 Dimensi Utama Alat Penelitian...69
3.8.1 Kolektor...69
3.9 Langkah Pembuatan Mesin Pendingin Tenaga Surya... 75
3.9.1 Kolektor (Adsorber)...75
3.9.2 Kondensor...77
3.9.3 Evaporator...79
3.10 Pelaksanaan Penelitian...79
3.10.1 Persiapan Penelitian... 79
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN...81
4.1 Data Hasil Pengujian...81
4.1.1 Hari Pertama...81
4.1.2 Hari Kedua...82
4.1.3 Hari Ketiga...83
4.2.1.2 Kondensor...91
4.2.1.3 Evaporator...93
4.2.2 Pengujian Hari Kedua...97
4.2.2.1 Adsorber (Kolektor)...97
4.2.2.2 Kondensor...99
4.2.2.3 Evaporator...102
4.2.3 Pengujian Hari Ketiga...106
4.2.3.1 Adsorber (Kolektor)...106
4.2.3.2 Kondensor...108
4.2.3.3 Evaporator...111
4.3 Temperatur Lingkungan dan Radiasi Matahari...114
4.4 Analisa Grafik...117
4.4.1 Adsorber...117
4.4.2 Kondensor...120
4.4.3 Evaporator... ... ..122
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...126
5.1 Kesimpulan...126
5.2 Saran... ... 127 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Hal
2.1 Sifat Adsorben Karbon Aktif...9
2.2 Standar Mutu Karbon Aktif. ...11
2.3 Sifat Alumina Aktif...11
2.4 Sifat Metanol...15
2.5 Konduktivitas termal beberapa bahan kolektor surya tertentu...22
2.6 Perbandingan Kondensor Berpendingin Udara dan Air...31
3.1 Spesifikasi Piranometer...54
3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sencor...55
3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus...56
3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor...56
3.5 Data Hasil Pengujian I pada Kolektor...64
3.6 Data Hasil Pengujian I pada Gelas Ukur...65
3.7 Data Hasil Pengujian II pada Kolektor...66
3.8 Data Hasil Pengujian II pada Gelas Ukur...67
4.1 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari pertama...81
4.2 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari pertama...81
4.3 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari kedua...82
4.4 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari kedua...82
4.5 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari ketiga...83
DAFTAR GAMBAR
Hal
2.1 Adsorben karbon aktif...8
2.2 Alumina aktif...11
2.3 Metanol...14
2.4 Flat- Plate Collectors...18
2.5 Concentrating Collectors...19
2.6 Evacuated Tube Collectors...19
2.7 Kerugian panas kolektor...23
2.8 Sirkuit ekivalen untuk tahanan perpindahan panas... .25
2.9 Perbandingan kondensor berpendingin udara dan air...30
2.10 Perpindahan panas...36
2.11 Komponen Utama siklus adsorpsi sederhana...41
3.1 Pelat stainless...46
3.2 Bola Stainless (mimis)...47
3.3 Pipa Stainless... 47
3.4 Rockwool...48
3.5 Kaca...48
3.6 Plat Besi Siku...49
3.7 Papan...49
3.8 Selang Karet...49
3.9 Kotak isolasi styrofoam...50
3.10 Jaring kawat...50
3.11 Katup (Valve)...51
3.12 Lem Araldite...51
3.13 Cat Semprot ... 52
3.14 Pompa Vakum...52
3.15 Agilent...53
3.16 Hobo Microstation Data Logger... 54
3.17 Manometer ...57
3.18 Thermometer Raksa...58
3.19 Gelas Ukur...58
3.20 Alat Pengujian Adsorbsi...59
3.21 Alat Pengujian Adsorbsi dengan Gelas Ukur Diisolasi...60
3.22 Dimensi Utama Alat Pengujian Adsorbsi...61
3.23 Dimensi Kolektor Alat Pengujian Adsorbsi...62
3.24 Proses Desorpsi Mesin Pendingin Tenaga Surya...68
3.29 Model Kaca Penutup...72
3.30 Model Kaca Kolektor 2 Lapis...72
3.31 Model Kondensor...73
3.32 Model Evaporator...73
3.33 Ukuran Evaporator...74
3.34 Kotak Insulasi...74
3.35 Wadah Penampung Air...75
3.36 Pengisian Adsorben dan Mimis...76
3.37 Pemasangan Jaring Kawat...76
3.38 Penyambungan Kolektor...77
3.39 Pembuatan Sirip Kondensor...77
3.40 Pengelasan Sirip Kondensor...78
3.41 Pengeleman Kondensor...78
3.42 Pengelasan pipa Kondensor...79
4.1 Grafik radiasi matahari vs waktu...115
4.2 Grafik temperatur lingkungan vs waktu...116
4.3 Grafik temperatur adsorber hari pertama...117
4.4 Grafik temperatur adssorber hari kedua...118
4.5 Grafik temperatur adsorber hari ketiga...119
4.6 Grafik temperatur kondensor hari pertama...120
4.7 Grafik temperatur kondensor hari kedua...121
4.8 Grafik temperatur kondensor hari ketiga...122
4.9 Grafik temperatur evaporator hari pertama...123
4.10 Grafik temperatur evaporator hari kedua...124
DAFTAR NOTASI
Qsp Kapasitas pendinginan spesifik kJ/s/m2
h Koefesien konveksi W/(m2k)
1 Emisivitas dari pelat penyerap
2 emisivitas dari pelat kaca
Harga absorpsivitas
Massa jenis kg/cm3
Efisiensi
