ANALISA KOMPONEN KOLEKTOR PADA MESIN PENDINGIN SIKLUS ADSORPSI TENAGA SURYA DENGAN VARIASI SUDUT KOLEKTOR 0 0 DAN 30 0

Transkripsi

1 ANALISA KOMPONEN KOLEKTOR PADA MESIN PENDINGIN SIKLUS ADSORPSI TENAGA SURYA DENGAN VARIASI SUDUT KOLEKTOR 0 0 DAN 30 0 Skripsi yang Diajukan untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Oleh: BUDIMAN I. N DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2

3

4

5

6

7

8

9

10 ABSTRAK Matahari merupakan salah satu sumber penghasil energi terbesar di permukaan bumi. Matahari menghasilkan energi surya, salah satu pemanfaatan energi surya digunakan sebagai sumber tenaga mesin pendingin siklus adsorpsi. Mesin pendingin siklus adsorpsi tenaga surya disamping membutuhkan biaya yang ekonomis juga ramah lingkungan. Salah satu yang mempengaruhi kerja dari mesin pendingin ini adalah adsorber/generator/kolektor. Jenis kolektor yang digunakan adalah tipe kolektor plat datar. Kolektor pada mesin pendingin ini dilengkapi bagian isolasi yaitu triplek, busa hitam, sterofoam, rockwall, dan kaca. Luas penampang dari plat adsorber adalah 1 m 2 dengan tebal pelat 1 mm. Pada adsorber diisi karbon aktif sebanyak 25 kg. Adapun tujuan penelitian ini untuk melihat kinerja kolektor pada mesin pendingin adsorpsi dengan variasi sudut kemiringan kolektor 0 o dan 30 o. Dari hasil penelitian diperoleh total kerugian panas tertinggi yang hilang sebesar ,42 J, total panas tertinggi yang digunakan kolektor untuk proses desorpsi sebesar ,84 J, dan efisiensi kolektor tertinggi sebesar 65,67%. Kata kunci : energi surya, mesin pendingin, adsorber, kolektor, panas i

11 ABSTRACT The sun is one of the largest source of energy in the earth's surface. The sun produces solar energy, one of the utilization of solar energy as a source of power for adsorption cycle refrigeration machine. Adsorption cycle refrigeration machine requires a low cost and also safe for the environment. One that affects the performance of equipment is adsorber/generator/collector. Collector type used is a type of flat plate collector. Collector on a refrigeration machine equipped with insulation parts as wood, black foam, styrofoam, rockwall and glass. The dimensions of each collector is the absorber plate measuring 1 m 2 with plate thickness 1 mm. Activated carbon is filled in the adsorber in the amount of 25 kg. The purpose of research to determine the performance of the collector on equipment with variations of the angle of the collector 0 o dan 30 o. From the research obtained the highest amount of heat loss is ,42 J, the highest heat total used a collector for the desorption process is ,89 J, and the actual efficiency of the collector is 65,67%. Keywords: solar energy, refrigeration machine, adsorber, collector, heat ii

12 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu Analisa Komponen Kolektor pada Mesin Pendingin Siklus Adsoprsi Tenaga Surya dengan Variasi Sudut 0 o dan 30 o. Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Orang tua penulis Bapak B. Nainggolan dan Ibunda F. Sianturi yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan materil dan doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. Kepada kedua saudara kakak dan adik penulis yang terus memberi semangat. 2. Bapak Ir.Tekad Sitepu,M.T selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. 3. Bapak Ir. Zamanhuri, M.T. dan Bapak Tulus B.Sitorus, ST.M.T sebagai dosen pembanding yang telah bersedia memberikan saran dan kritik yang sangat membangun. iii

13 4. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita yang telah banyak membantu memberi saran dan waktu diskusi serta membimbing secara langsung di lapangan selama pengerjaan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Tulus Burhanudin, ST, MT yang juga telah banyak meluangkan waktunya untuk berdiskusi dengan penulis dan tim serta memberi saran dan masukan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 6. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin. 7. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera. 8. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin di, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan. 9. Rekan satu tim skripsi yaitu Piter H, Jagardo Damanik, dan Parna E Sitanggang yang terus saling menyemangati. 10. Sahabat-sahabat saya kaum terpelajar yang terus memberi semangat kepada penulis. 11. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin terkhusus stambuk 2010 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih. iv

14 Medan, April 2016 Penulis, Budiman I. N. NIM v

15 DAFTAR ISI ABSTRAK.... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv DAFTAR NOTASI.... xv BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan. 4 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Energi Surya Kolektor Surya Klasifikasi Kolektor Surya Manfaat Kolektor Surya Mesin Pendingin Siklus Adsorps Siklus Ideal Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Perkembangan Mesin Pendingin Adsorpsi Tinjauan Perpindahan Panas Konduksi.. 20 vi

16 2.4.2 Konveksi Radiasi Intensitas Radiasi Matahari Posisi Matahari Perhitungan Perpindahan Panas pada Kolektor Plat Datar Perhitugan Panas yang Diserap Kolektor Perhitungan Kerugian Panas Kolektor Energi Panas Aktual yang Digunakan Kolektor untuk Proses Desorpsi Efisiensi Kolektor BAB III. METODOLOGI PENELITIAN Tempat Waktu dan Penelitian Tempat Penelitian Waktu Penelitian Alat dan Bahan yang Digunakan Peralatan Penelitian Bahan Penelitian Proses Pembuatan Model Fisik Kolektor Persiapan Penelitian Prosedur Penelitian Variabel Penelitian Kerangka Konsep Hasil Penelitian BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Hasil Penelitian Kolektor Surya Sudut 0 o vii

17 4.1.2 Hasil Penelitian Kolektor Surya Sudut 30 o Pengolahan Data Kolektor Pengolahan Data Kolektor Sudut 0 o Perhitungan Intensitas Radiasi Matahari Perhitungan Panas yang Diserap Kolektor Perhitungan Total Kerugian Panas yang Hilang dari Kolektor Perhitungan Kerugian Panas Sisi Atas Kolektor Perhitungan Kerugian Panas Sisi Bawah Kolektor Perhitungan Kerugian Panas Sisi Samping Kolektor Pengolahan Data Kolektor Sudut 30 o Perhitungan Intensitas Radiasi Matahari Perhitungan Panas yang Diserap Kolektor Perhitungan Total Kerugian Panas yang Hilang dari Kolektor Perhitungan Kerugian Panas Sisi Atas Kolektor Perhitungan Kerugian Panas Sisi Bawah Kolektor Perhitungan Kerugian Panas Sisi Samping Kolektor Energi Panas Aktual yang Digunakan Kolektor untuk Proses Desorpsi Energi Panas yang Digunakan Kolektor 0 o untuk Proses Desorpsi Energi Panas yang Digunakan Kolektor 30 o untuk Proses Desorpsi Kesetimbangan Energi Kesetimbangan Energi Kolektor 0 o Kesetimbangan Energi Kolektor 30 o Efisiensi Kolektor Efisiensi Kolektor Kosong viii

18 Kolektor Sudut 0 o Kolektor Sudut 30 o Efisiensi Kolektor Berisi Karbon Aktif Kolektor Sudut 0 o Kolektor Sudut 30 o Analisa Grafik Data Hobo Perhitungan Analisa Data Kolektor Sudut 0 o dan 30 o BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran... DAFTAR PUSTAKA xvi LAMPIRAN... xvii ix

19 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Kolektor Surya Pelat Datar Sederhana... Kolektor Konsentrator... Kolektor Tabung Vakum Diagram Tekanan vs Temperatur penunjuk Garis Isoster... Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi..... Perpindahan Panas pada Kolektor Plat Datar.... Perpindahan Panas pada Isolasi Kolektor Surya... Intensitas Radiasi Matahari... Tata Letak Lokasi Penelitian. Laptop Pace XR5 Data Logger Termokopel Hobo Microstation data logger..... Pompa Vakum... Karbon Aktif.... Kaca Rockwool... Sterofoam... Busa hitam.... Triplek Stainless Steel x

20 Cat Desain Kolektor pada Solidwork... Rangka Kolektor... Kotak Isolator Kolektor..... Adsorber..... Pemasangan Adsorber pada Kotak Isolasi... Kaca Kolektor..... Pemasangan Kolektor pada Mesin Pendingin Peletakan Titik Termokopel pada Kolektor Diagram Alir Tahapan Penelitian Isolasi pada Kolektor Kesetimbangan Energi Kolektor Kesetimbangan Energi Pengujian I Kolektor 0 o... Kesetimbangan Energi Pengujian II Kolektor 0 o... Kesetimbangan Energi Pengujian III Kolektor 0 o... Kesetimbangan Energi Pengujian I Kolektor 30 o... Kesetimbangan Energi Pengujian II Kolektor 30 o... Kesetimbangan Energi Pengujian III Kolektor 30 o... Grafik Temperatur Lingkungan terhadap Waktu Pengujian Kolektor 0 o... Grafik Temperatur Lingkungan terhadap Waktu Pengujian Kolektor 30 o... Grafik Intensitas Radiasi Matahari Kolektor 0 o... Grafik Intensitas Radiasi Matahari Kolektor 30 o xi

21 Grafik Temperatur Plat Rata-rata Kolektor 0 o... Grafik Temperatur Plat Rata-rata Kolektor 30 o... Grafik Jumlah Panas yang Masuk Kolektor 0 o... Grafik Jumlah Panas yang Masuk Kolektor 30 o... Grafik Jumlah Panas yang Diserap Kolektor 0 o... Grafik Jumlah Panas yang Diserap Kolektor 30 o xii

22 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Spesifikasi Pyranometer Data Pengujian Pengujian I Kolektor Sudut 0 o.... Data Pengujian Pengujian II Kolektor Sudut 0 o.... Data Pengujian Pengujian III Kolektor Sudut 0 o.... Data Pengujian Pengujian I Kolektor Sudut 30 o.... Data Pengujian Pengujian II Kolektor Sudut 30 o Data Pengujian Pengujian III Kolektor Sudut 30 o.... Data Pengujian I Kolektor Sudut 0 o dalam 60 menit.. Hasil Perhitungan Intensitas Matahari kolektor 0 o selama 24 jam Data Perhitungan Panas yang Diserap ke dalam Kolektor 0 o..... Hasil Perhitungan Qrad, S dan Q L Kolektor 0 o... Data Intensitas Kolektor 30 o dalam 60 menit... Perhitungan Pengujian I Kolektor 30 o Perhitungan Data Perhitungan Data Intensitas Panas yang Radiasi Diserap Matahari ke dalam Kolektor o... o Perhitungan Hasil Perhitungan Nilai Tranmisivitas Qrad, S dan Q 30 L Kolektor 0 o Perhitungan Energi Panas Nilai Aktual Panas yang yang Digunakan Masuk ke Kolektor dalam Kolektor 0 o untuk Desorpsi(Q 30 o ic ) Data Energi Perhitungan Panas Aktual Koefisien yang Digunakan Kerugian Panas Kolektor U T. 30 Kolektor o untuk Desorpsi(Q 30 o ic ) xiii

23 DAFTAR LAMPIRAN Lamp 1. Data Pengujian Kolektor Sudut 0 Derajat Tangggal November xviii Lamp 2. Data Pengujian Kolektor Sudut 30 Derajat Tangggal November xxxiv xiv

24 DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan Satuan T pm T Temperatur Plat Rata-rata Temperatur Lingkungan o C o C G Intensitas Cahaya Matahari W/m 2 A c Luas Penampang Adsorber m 2 Q it Panas masuk kolektor J/m 2 Q T Kerugian panas sisi atas kolektor W/m 2 K Q B Kerugian panas sisi bawah kolektor W/m 2 K Q E Kerugian panas sisi samping kolektor W/m 2 K Q L Jumlah panas hilang dari kolektor J/m 2 S Panas yang diserap kolektor J Q ic Energi panas yang diserap karbon aktif J Q it Intensitas matahari J m ac Massa karbon aktif dalam kolektor kg m r Massa refrigeran metanol yang teradsorpsi kg C pac Panas spesifik karbon aktif J/kg K C pr Panas spesifik refrigeran metanol J/kg K T g Temperatur pemanasan K Ƞ Efisiensi Kolektor % xv