TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN PEMANAS AIR TENAGA SURYA DENGAN INJEKSI GELEMBUNG UDARA

Transkripsi

1 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 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2011 i

2 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, Sholichul Arif ii

3 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 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 (Ir. Sartono Putro, M.T) (Amin Sulistiyanto, S.T) iii

4 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 Judul : Rancang Bangun Dan Pengujian Pemanas Air Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara Disahkan pada : Hari :... Tanggal :... Dewan Penguji : 1. Ir. Sartono Putro, M.T. ( ) 2. Amin Sulistiyanto, S.T. ( ) 3. Nur Aklis, S.T. ( ) Mengetahui, Dekan, Ketua Jurusan Ir. Agus Riyanto, M.T. Ir. Sartono Putr iv

5 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. Tiada daya dan kekuatan melainkan pertolongan dari ALLAH SWT v

6 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 5. Dan juga buat kehidupanku vi

7 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 syaratsyarat 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. 3. Amin sulistyanto, S.T.; selaku Dosen Pembimbing Kedua Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan dan bimbingan dengan sabar. vii

8 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 Penulis viii

9 ix

10 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL. i HALAMAN PERSETUJUAN. iii HALAMAN PENGESAHAN iv HALAMAN MOTTO. v HALAMAN PERSANTUNAN. vi KATA PENGANTAR vii HALAMAN SOAL. ix DAFTAR ISI.. x DAFTAR GAMBAR.. xii DAFTAR TABEL.. xiv DAFTAR SIMBOL xv ABSTRAKSI. xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 6 x

11 1.7 Metode Pelaksanaan BAB II TINJAUAN PUSTAKA Kajian Pustaka Landasan Teori Perpindahan Kalor Radiasi Pola Aliran Dalam Pipa 14 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Diagram Alir Penelitian Bahan yang Digunakan Dalam Penelitian Alat-Alat yang Digunakan Dalam Penelitian Tempat Pengujian dan Pengambilan Data Tahapan Penelitian BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Data Hasil Pengujian Analisa Perhitungan Pembahasan.. 30 BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRA xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Diagram Alir Penelitian. 17 Gambar 2. Model pemanas air tenaga surya.. 18 Gambar 3. Thermometer digital dan Termokopel 18 Gambar 4. Thermometer air raksa. 19 Gambar 5. Pompa air 19 Gambar 6. Selang air 20 Gambar 7. Flowmeter 20 Gambar 8. Aerator. 21 Gambar 9. Stopwatch 21 Gambar 10. Instalasi pengujian 22 Gambar 11. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Koefisien Perpindahan Kalor (h) Menggunakan Persamaan q=h.a.δt 30 Gambar 12. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Koefisien Perpindahan Kalor (h) Menggunakan Persamaan q 2 = Cp. m. ΔT 30 Gambar 13. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Laju Perpindahan Kalor (q) Menggunakan Persamaan q=h.a.δt. 31 xii

13 Gambar 13. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Laju Perpindahan Kalor (q) Menggunakan Persamaan q 2 = Cp. m. ΔT xiii

14 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 Tabel 5. Data Hasil Analisis Perhitungan Percobaan II 28 xiv

15 DAFTAR SIMBOL A = Luas penampang (m 2 ) Cp = Kalor jenis (kj/kg o C) D = Diameter (m) h = Koefisien perpindahan kalor (W/m 20 C) k = Konduktivitas thermal (W/m o C) L m Nu Pr q Re = Panjang (m) = Massa aliran (kg/s) = Bilangan Nusselt = Bilangan Prandtl = Laju perpindahan kalor (W) = Bilangan Reynolds T = Temperatur ( o C) V v = Kecepatan (m/s) = Volume spesifik (m 3 /kg) ρ = Densitas (kg/m 3 ) µ = Viskositas dinamik (kg m/s) xv

16 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 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/m 2o C, 12,098 W/m 2o C, 12,118 W/m 2o C, 12,138 W/m 2o C, 13,309 W/m 2o C, 12,327 W/m 2o C. 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. Kata kunci : penyerapan kalor, koefisiensi perpindahan kalor, gelembung udara xvi