PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK DILENGKAPI ABSORBER MIRING

(1)

PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK

DILENGKAPI

ABSORBER

_MIRING

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

HERU MANIMBUL HUTASOIT NIM. 090401043

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK

DILENGKAPI

ABSORBER

_MIRING

HERU MANIMBUL HUTASOIT NIM. 09 0401 043

Diketahui / Disahkan : Disetujui Oleh :

Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing,

Fakultas Teknik USU Ketua,

Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Tekad Sitepu

NIP: 1964 1224 1992 111001 NIP : 195212221978031002

(3)

PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK

DILENGKAPI

ABSORBER

_MIRING

Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 695 pada Tanggal 25 Juli 2014

Pembimbing,

(4)

PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK

DILENGKAPI

ABSORBER

_MIRING

Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 695 pada Tanggal 25 Juli 2014

Pembanding I, Pembanding II,

(5)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

Bidang Studi : Perpindahan Panas

Judul Tugas : Pengujian Kompor Surya Tipe Kotak Dilengkapi Absorber Miring.

Diberikan Tgl. : 18 Februari 2014 Selesai Tgl.: 18 Agustus 2014 Dosen Pembimbing : Ir. Tekad Sitepu Nama Mhs : Heru Manimbul H.

N.I.M : 090401043

No. Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Tanda Tangan Dosen Pemb. 1. 18 Februari 2014 Spesifikasi tugas skripsi

2. 27 Februari 2014 ACC proposal

10. 17 Juli 2014 Asistensi keseluruhan

11. 19 Juli 2014 ACC seminar

12.

CATATAN : Diketahui,

1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Ketua Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing setiap Asistensi. F.T. U.S.U

2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi.

3. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen,

(6)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 2133/TS/2013 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : 17 / 02 /2013 MEDAN PARAF :

TUGAS SARJANA

NAMA : HERU MANIMBUL HUTASOIT

N I M : 090401043

MATA PELAJARAN : PERPINDAHAN PANAS

SPESIFIKASI : Lakukanlah pengujian sebuah kompor surya tipe kotak

yang dilengkapi absorber miring sebagai kolektor dan

penyuplai panas pada kompor surya tersebut secara

konveksi natural dengan luas absorber rata dan miring

adalah 0,59 m x 0,59 m dan 0,9 m x 0,59 m. Ujilah

kompor tersebut dengan memanaskan air (H2O) secara

langsung pada kondisi cerah. Lakukanlah pengukuran

temperatur maksimum yang dicapai air, efisiensi kompor

tersebut dan intensitas radiasi matahari selama pengujian

berlangsung.

DIBERIKAN TANGGAL : 18 Februari 2014 SELESAI TANGGAL : 18 Agustus 2014

MEDAN, 18 Februari 2014 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,

Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Tekad Sitepu

(7)

PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK

DILENGKAPI

ABSORBER

_MIRING

Telah disetujui oleh:

Pembimbing,

Ir.Tekad Sitepu NIP. 195212221978031002

Penguji I, Penguji II,

Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST., MT Tulus B Sitorus, ST., MT NIP. 197206102000121001 NIP. 197209232000121003

Diketahui oleh :

Departemen Teknik Mesin

Ketua,

(8)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas

rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul

“PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK DILENGKAPI ABSORBER MIRING” dengan baik. 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, penulis banyak mendapat dukungan dari

berbagai pihak berupa dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materil, moril,

maupun spirital. Untuk itu pada kesempatan ini, Penulis mengucapkan terima kasih

yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua penulis M.Hutasoit dan R.Sihotang yang tidak pernah

putus-putusnya memberikan dukungan materil dan doa serta kasih sayangnya yang tak

terhingga kepada penulis.

2. Bapak Ir. Tekad Sitepu selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh

kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

3. Bapak Dr.Eng. Himsar Ambarita,ST.MT. dan Bapak Tulus B.Sitorus, ST.MT

sebagai dosen pembanding yang telah bersedia memberikan saran dan kritik

yang sangat membangun.

4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin

Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin

Universitas Sumatera.

6. Bapak Mahadi, ST selaku dosen wali.

7. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Jurusan Teknik Mesin di

Universitas sumatera Utara, Yang telah banyak membantu penulis dan

memberikan bimbingan selama perkuliahan.

(9)

8. Rekan satu team skripsi yaitu Zulvia C.Ginting.

9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara

terkhusus stambuk 2009 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.

Dengan sepenuh hati, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun

demi penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata,penulis mengucapkan terima kasih atas

perhatiannya.

Medan, 18 Februari 2014

Penulis,

Heru Manimbul Hutasoit

(10)

ABSTRAK

Penelitian dilakukan melalui percobaan memanaskan air dengan kompor surya tipe kotak yang dilengkapi absorber dan miring yang memiliki luas kolektor 0,59 m x 0,59 m dan 0,9 m x 0,59 m. Penelitian dilakukan pada kondisi cuaca cerah. Pada kompor surya diharapkan absorber miring dapat mensuplai panas dengan prinsip konveksi alamiah. Percobaan dilakukan dengan memanaskan air sebanyak 1, 2 dan 3 liter mencapai suhu 87,83oC, 77,97oC, dan 88,74 oC dengan efisiensi 4,357 %, 6,091 % dan 10,419 %. Perbedaan temperatur tersebut dipengaruhi oleh besarnya intensitas radiasi selama pengujian dengan besar intersitas radiasi pengukuran rata-rata 595,9 W/m2, 478,5 W/m2 , dan 619,26 W/m2. Efisiensi meningkat seiring meningkatnya kapasitas air yang diuji serta laju penyerapan energi oleh air. Semakin banyak energi yang diserap oleh air maka efisiensi akan meningkat pula. Energi panas yang diterima air selama pengujian 1 liter, 2 liter dan 3 liter adalah 0,2397 MJ, 0,423 MJ ,dan 0,735 MJ dengan energi radiasi yang diserap oleh absorber sebesar 5,5 MJ, 6,94 MJ dan 7,05 MJ.

Kata kunci : energi surya, kompor surya, konveksi alamiah

(11)

ABSTRACT

The study was conducted through an experiment heating water with solar cookers box type absorber equipped and oblique that has collector area of 0.59 mx 0.59 mx 0.59 m and 0.9 m. The study was conducted in fine weather conditions. In the solar cooker can be tilted absorber is expected to supply heat to the principle of natural convection. Experiments carried out by heating the water as much as 1, 2 and 3 liters of reach temperatures 87,83oC, 77,97oC, and 88.74 ° C with efficiency 4.357%, 6.091% and 10.419%. The difference in temperature is influenced by the magnitude of the intensity of radiation during the tests with large intersitas average radiation measurements 595.9 W / m 2, 478.5 W / m 2, and 619.26 W / m 2. Efficiency increases with increasing the capacity of the water tested as well as the rate of energy absorption by water. The more energy that is absorbed by water, the efficiency will increase as well. Heat energy received 1 liter of water during the test, 2 liters and 3 liters is 0.2397 MJ, MJ 0.423, and 0.735 MJ of radiation energy absorbed by the absorber at 5.5 MJ, 6.94 MJ and 7.05 MJ

Key words: solar energy, solar cookers, natural convection

(12)

DAFTAR ISI

1.2Tujuan Penelitian ... 2

1.3Batasan Masalah ... 2

1.4Manfaat Penelitian ... 2

1.5Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1Perpindahan Panas ... 5

2.1.1 Perpindahan Panas Konduksi ... 5

2.1.2 Teori Dasar Konveksi ... 5

2.1.3 Perhitungan Panas Radiasi... 6

2.2Radiasi Surya ... 6

2.2.1 Teori Dasar Radiasi Surya ... 7

2.2.2 Posisi Matahari ... 9

2.3 Konveksi Paksa... 11

2.4 Konveksi Alamiah ... 12

2.4.1 Konveksi Alamiah pada Plat luar ... 12

2.4.2 Konveksi Alamiah pada Ruang Tertutup ... 13

2.5 Efisiensi Termal ... 17

2.6 Pemanfaatan Energi Surya ... 18

(13)

2.7 Kompor Surya ... 21

2.7.1 Sejarah Kompor Surya... 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 23

3.1 Objek Penelitian ... 23

3.2 Parameter Penelitian ... 23

3.3 Waktu dan Tempat ... 23

3.4 Peralatan Pengujian ... 23

3.5 Bahan Pengujian ... 27

3.6 Experimental Setup... 29

3.7 Prosedur Pengujian ... 31

BAB IV DATA DAN ANALISA DATA ... 32

4.1 Design Kompor Surya ... 33

4.2 Rancangan Perhitungan Kehilangan Panas Kompor Surya ... 47

4.3 Hasil Pengujian ... 47

4.3.1 Hasil Pengujian 11 Juni 2014 ... 48

4.4 Analisa Data Hasil Pengujian ... 51

4.4.1 Analisa Data Hasil Pengujian 11 Juni 2014 ... 55

4.5 Efisiensi ... 62

4.5.1 Efisiensi Pengujian 11 Juni 2014 ... 62

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 64

5.1 Kesimpulan ... 64

5.2 Saran ... 64

DAFTAR PUSTAKA ... 65

LAMPIRAN ...

(14)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Radiasi sorotan tiap jam pada permukaan miring dari

pengukuran I_b ... 8

Gambar 2.2 Radiasi sinar matahari ... 9

Gambar 2.3 Deklinasi matahari ... 10

Gambar 2.4 Posisi sudut matahari ... 11

Gambar 2.5 Ruang tertutup yang tinggi dan rendah ... 13

Gambar 2.6 Ruang tertutup ... 14

Gambar 2.7 konveksi alamiah pada ruang tertutup yang miring ... 16

Gambar 2.8 Solar Water Heater[ ... 19

Gambar 2.9 Kompor surya panel ... 19

Gambar 2.10 Solar Driers ... 20

Gambar 3.1 Komputer ... 23

Gambar 3.2 Agilient 3 a 972 A... 24

Gambar3.3 Hobo Microstation data logger ... 25

Gambar 3.4 Kompor Surya ... 26

Gambar 3.10 Experiment Setup ... 30

Gambar 3.11 Diagram Alir ... 32

Gambar 4.1 Design Kompor Surya ... 33

Gambar 4.2 Body 1 Kompor Surya ... 34

Gambar 4.3 Body 2 Kompor Surya ... 41

(15)

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Temperatur terhadap waktu pada pengujian I. ... 36

Grafik 2.2 Intensitas Rad.Matahari terhadap waktu pada pengujian I ... 37

Grafik 4.3 Temperatur terhadap waktu pada pengujian II ... 38

Grafik 4.4 Intensitas Rad.Matahari terhadap waktu pada pengujian II ... 38

Grafik 4.5 Temperatur terhadap waktu pada pengujian III ... 39

Grafik 4.6 Intensitas Rad.Matahari terhadap waktu pada pengujian III ... 40

Grafik 4.7 korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global ... 42

(16)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

A Luas penampang m2

𝑐𝑝 Panas jenis kJ/kg. K

ℎ Koefisien perpindahan panas konveksi W/m2. K

𝑘 Konduktivitas termal bahan W/m. K

L Panjang plat m

t Tebal isolasi m

𝑁𝑢 Bilangan Nusselt -

𝑃𝑟 Bilangan Prandtl -

𝑅𝑒 Bilangan Reynold kJ

𝑇∞ Temperatur lingkungan luar ℃

𝑇𝑠 Temperatur permukaan ℃

𝑣 Viskositas kinematik m2/s

I Intensitas radiasi W/m2

𝑅𝑎𝑙 Bilangan Rayleigh -

∆𝑇 Perbedaan Temperatur awal dan akhir oC

(17)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sudut kritis ruang tertutup miring ... 17

Tabel 4.1 Perhitungan Radiasi pada Permukaan Miring hari I... 43

Tabel 4.2 Perhitungan Radiasi pada Permukaan Miring hari II ... 46

Tabel 4.3 Perhitungan Radiasi pada Permukaan Miring hari III ... 50