RANCANG BANGUN PROTOTYPE KOLEKTOR SURYA TIPE
PLAT DATAR UNTUK PENGHASIL PANAS PADA
PENGERING PRODUK PERTANIAN DAN PERKEBUNAN
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
FADLY RIAN ARIKUNDO
NIM. 080401091
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan Tugas Akhir ini yang berjudul “RANCANG BANGUN
PROTOTYPE KOLEKTOR SURYA TIPE PLAT DATAR UNTUK
PENGHASIL PANAS PADA PENGERING PRODUK PERTANIAN DAN PERKEBUNAN”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan
Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi
penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa, nasihat dan bantuan baik materil,
maupun moril dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu
penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada :
1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.sc selaku dosen pembimbing yang telah
membantu dalam bimbingan serta dukungan dalam penulisan skripsi ini.
2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera dan sebagai dosen pembanding I yang telah
memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara dan sebagai dosen pembanding II yang
telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita ST, MT. sebagai dosen yang telah
memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak Ir. Zaman Huri, M.T selaku dosen wali yang telah membimbing dan
memberikan nasihat selama penulis kuliah.
6. Kedua orang tua penulis, Alm. Suryana Hardjadinata dan Zuliani Yendani
yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, do’a, nasihat
serta kasih sayangnya yang tidak terhingga kepada penulis.
7. Abang penulis, Hendra Indrawan, Riza Suryan Putra, SP., kakak penulis
yang telah memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian skripsi
ini.
8. Ibu S. Farah Dina dan Bapak Haznam yang juga telah membantu penulis
selama proses penyusunan skripsi ini mulai dari awal sampai akhir.
9. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang
telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis
kuliah.
10. Rekan-rekan satu tim skripsi yaitu Indra Gunawan dan Nehemia Sembiring
yang telah bersama-sama berjuang untuk menyelesaikan skripsi dan saling
bertukar pikiran selama proses penyusunan skripsi
11. Eka Harditya Yonanda Srg ST., yang selalu senantiasa mengingatkan,
mendukung, dan memberi semangat kepada penulis.
12. Teman-teman penulis khususnya Fitra Ali, Zaki Miswari, Willy Erlangga,
Paramitha Rara, Nurul Aini, Qarina yang telah memberikan dukungan dan
doa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
13. Rekan-rekan khususnya Felix Asade, Ramadhan, Harry Pramana, Ari
Fadillah, yang bersama-sama dengan penulis menuntaskan kerja praktek.
14. Seluruh rekan mahasiswa angkatan 2008 khususnya, Ferdinand, Michael,
Joshua, Fauzi, Alexander, Howard Lee, Otto, Munawir, Sahir Bani, Frans,
Agorlif, Herto dan rekan-rekan lainnya, para abang senior dan adik-adik
junior semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam
penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis akan sangat berterimakasih dan
dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya
tulisan yang lebih sempurna. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat
memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.
ABSTRAK
Proses pengeringan merupakan salah satu kegiatan penting yang dilakukan pada produk pertanian dan perkebunan untuk meningkatkan kualitas dengan cara menghilangkan sebagian kadar air sampai batas dimana mikroba tidak dapat tumbuh. Untuk itu, pada tugas akhir ini dirancang sebuah ruang pengering berukuran 0,5m x 0,5m x 0,7m yang menggunakan kolektor surya pelat datar dengan ukuran 2m x 0,5m serta menggunakan ubi kayu sebagai sampel. Perancangan alat pengeringan ini bertujuan untuk mengeringkan ubi kayu dari kadar air awal ±60% menjadi >10%. Kolektor surya diisolasi dengan rockwoll, sterofoam dan kayu sehingga kehilangan panas dapat diminimalisasi. Medium pengering adalah udara panas yang dihasilkan melalui kolektor yang menangkap radiasi sinar matahari dan dialirkan secara alamiah keruang ruang pengering selanjutnya akan digunakan untuk mengeringkan ubi kayu. Setelah dilakukan penelitian dengan metode eksperimen yakni dengan cara mengamati dan mengukur langsung hal-hal yang dilakukan pada alat pengering tersebut kemudian dilakukan pengolahan serta evaluasi data penelitian. Dari hasil penelitian dan analisis yang dilakukan pada pukul 08:00–17:00 WIB pada saat kondisi cuaca cerah, diperoleh panas radiasi rata-rata yang dapat diserap kolektor adalah 372,21 watt, kehilangan panas rata-rata pada kolektor adalah 161,32 watt dan efisiensi rata-rata dari kolektor surya yang didapat selama proses pengujian adalah 40,13%.
ABSTRACT
The drying process is one of important activities on agricultural and plantation products to increase quality by deaden water content partly till limit of microbes can't grow. Therefore, in this final project designed a drying chamber measuring 0.5 m x 0.5 m x 0.7 m using flat plate solar collector sized 2m x 0.5m and used cassava as sample. Design of this drying tool aim to dry cassava from the initial moisture content of ± 60% to >10%. Isolated solar collector with rockwool, sterofoam and wood are used to isolate the solar collector to minimize the heat loss. Medium dryer is hot air which produced through collector which caught the solar radiation and flowed naturally to drying chamber. Furthermore it will be used to dry the cassava. The research used experimental method, that is, observe and quantify directly the drying tool. Then it will be processing and evaluate the data. From research was conducted at 8 am until 5 pm in sunny weather, the result show that the average radiation heat which can be absorbed by the collector is 372.21 watt, the average heat loss is 161.32 watt and the average efficiency from the solar collector during test is 40.13%.
DAFTAR ISI 1.5 Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Pengeringan 5 2.2 Ubi (Cassava) 8 2.3 Kolektor dan Jenis Jenisnya 10 2.4 Pemanfaatan Energi Matahari 13
2.5 Tinjauan Perpindahan Panas 16 2.5.1 Perpindahan Panas Konduksi 17 2.5.2 Perpindahan Panas Konveksi Natural 18 2.5.3 Perpindahan Panas Radiasi 23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 25
3.1 Waktu Dan Tempat Penelitian 25
3.2 Metode Desain 25
3.2.1 Perancangan Pelat Absorber 26
3.2.3 Perancangan Isolasi 27
3.2.4 Perancangan Rangka Mesin Pengering 27
3.2.5 Perancangan Boks Pengering ... 28
3.3 Alat dan Bahan yang Digunakan 29
3.3.1 Peralatan Pengujian 29
3.3.2 Bahan Pengujian 36
3.4 Persiapan Pengujian 39
3.5 Prosedur Pengujian 41
BAB IV HASIL DAN ANALISA DATA ... 42
4.1 Analisa Intensitas Radiasi Matahari (Solar Radiation) 42
4.1.1 Analisa Intensitas Radiasi Matahari Pengukuran 43
4.1.2 Perbandingan Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran 43
4.2 Desain Kolektor Surya 46
4.3 Perhitungan Kehilangan Panas Kolektor Surya 47
4.3.1 Menghitung Kecepatan Profil Dalam Kolektor (𝑣) 48
4.3.2 Menghitung Kehilangan Panas Pada Dinding 51
4.3.3 Perhitungan Kehilangan Panas Pada Sisi Alas 58
4.3.4 Perhitungan Kehilangan Panas Pada Sisi Atas 60
4.3.5 Menghitung Kehilangan Panas Radiasi 62
4.3.6 Menghitung Kehilangan Panas Total Kolektor (Qtotal) 63
4.4 Efisiensi Kolektor Surya 63
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 76
5.1 Kesimpulan 76
5.2 Saran 76
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Daftar Komposisi Kimia Ubi (Cassava) 100 gr bahan ... 9
Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer ... 32
Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor ... 33
Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus ... 33
Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor ... 34
Tabel 4.1 Data Intensitas Radiasi Matahari Pengukuran 1 Maret 2013 ... 42
Tabel 4.2 Perbandingan Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran... 43
Tabel 4.3 Data Perhitungan Efisiensi Kolektor Tiap 15 Menit Pada Tanggal 01 Maret 2013 ... 67
Tabel 4.4 Data Perhitungan Efisiensi Kolektor Tiap 15 Menit Pada Tanggal 02 Maret 2013 ... 69
Tabel 4.5 Data Perhitungan Efisiensi Kolektor Tiap 15 Menit Pada Tanggal 05 Maret 2013 ... 72
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Mesin Pengering 10
Gambar 2.2 Kolektor Surya Konsentrator, (a) Line Focus, (b) Point Focus 12
Gambar 2.3 Evacuated Tube Collector 12
Gambar 2.4 Hubungan Matahari Dan Bumi 13
Gambar 2.5 Energi Yang Masuk Bumi 14
Gambar 2.6 Perpindahan Panas Pada Kolektor Surya Pelat Datar 16
Gambar 2.7 Perpindahan Panas Konduksi 17
Gambar 2.8 Perpindahan Panas Konduksi Pada Kolektor 18
Gambar 2.9 Perpindahan Panas Konveksi Paksa dan Konveksi Natural. 19
Gambar 2.10 Konveksi Natural Dan Tebal lapisan Batas Pada Bidang Miring 21
Gambar 3.1 Kolektor 26
Gambar 3.2 Boks Pengering 28
Gambar 3.3 Alat Pengering 29
Gambar 3.4 Laptop 30
Gambar 3.5 Agilient 31
Gambar 3.6 HoboMicrostation data logger 32
Gambar 3.7 USBload cell 35
Gambar 3.14 Experimental Setup 39
Gambar 4.1 Rancangan Kolektor Surya 46
Gambar 4.2 Penampang Kolektor Surya 47
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran Hobo dan
Pengukuran BMKG Pada Tanggal 01 Maret 2013 ... 43
Grafik 4.2 Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran Hobo dan
Pengukuran BMKG Pada Tanggal 02 Maret 2013 ... 44
Grafik 4.3 Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran Hobo dan
Pengukuran BMKG Pada Tanggal 05 Maret 2013 ... 44
Grafik 4.4 Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran Hobo dan
Pengukuran BMKG Pada Tanggal 06 Maret 2013 ... 45
Grafik 4.5 Waktu vs Temperatur 1 Maret 2013 pukul 12.00-12.15 ... 48
Grafik 4.6 Grafik Waktu vs Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 01
Maret 2013... 68
Grafik 4.7 Grafik Waktu vs Temperatur Pada Tanggal 01 Maret 2013 ... 68
Grafik 4.8 Grafik Waktu vs Efisiensi dan Itensitas Radiasi Matahari
Pada Tanggal 01 Maret 2013 ... 68
Grafik 4.9 Grafik Waktu vs Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 02
Maret 2013... 68
Grafik 4.10 Grafik Waktu vs Temperatur Pada Tanggal 02 Maret 2013 ... 69
Grafik 4.11 Grafik Waktu vs Efisiensi dan Itensitas Radiasi Matahari
Pada Tanggal 02 Maret 2013 ... 70
Grafik 4.12 Grafik Waktu vs Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 05
Maret 2013... 71
Grafik 4.13 Grafik Waktu vs Temperatur PadaTanggal 05 Maret 2013 ... 71
Grafik 4.14 Grafik Waktu vs Efisiensi dan Itensitas Radiasi Matahari
Pada Tanggal 05Maret 2013 ... 73
Grafik 4.15 Grafik Waktu vs Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 06
Maret 2013... 73
Grafik 4.16 Grafik Waktu vs Temperatur PadaTanggal 06 Maret 2013 ... 74
Grafik 4.17 Grafik Waktu vs Efisiensi dan Itensitas RadiasiMatahari
DAFTAR SIMBOL
SIMBOL KETERANGAN SATUAN
A Luas Penampang m2
A Ketinggian Dari Permukaan Laut km
B Konstanta Hari
𝐶𝑝 Panas Jenis kJ/kg K
E Faktor Persamaan Waktu menit
Eb Energi Matahari Yang Diterima Bumi kal/hari
F’ Faktor Efisiensi Kolektor
g Gravitasi m/s2
𝐺𝑏𝑒𝑎𝑚 Radiasi Matahari Yang Jatuh Langsung
Ke Permukaan Bumi W/m2
𝐺𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑒 Radiasi Difusi W/m2
Gon Radiasi Di Atmosfer W/m2
GrL Bilangan Grashof
Gsc Radiasi Rata-Rata Yang Diterima Bumi W/m2
𝐺𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 Radiasi Total W/m2
h Koefisien Perpindahan Panas Konveksi W/m2 K
hw Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi W/m2C
Tr Temperatur Udara Sekitar oC
s
T Temperatur Dinding oC
T∞ Temperatur Udara Lingkungan oC
𝑉𝑐 Kecepatan Karakteristik m/s
𝑣 Kecepatan Profil Kolektor m/s
wQ Nilai Ketidakpastian
𝛼 Nilai Absorbsifitas
𝛽 Koefisien Udara 1/K
δ Sudut Deklinasi o
δ Tebal Lapisan Batas m
ε Emisivitas Bahan
𝜂 Efisiensi %
𝜌 Massa Jenis kg/m3
σ Kontanta Stefan Boltzomann W/m2 K4
𝑚̇ Laju Aliran Massa Udara kg/s
𝜏 Nilai Transmisifitas
𝑇� Temperatur Rata-Rata Keluar Dari Kolektor oC
Δt Selang Waktu Perhitungan s
∆𝑇 Perbedaan Temperatur oC
φ Posisi Lintang o
