DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH INTENSITAS CAHAYA DAN LAJU ALIRAN TERHADAP UNJUK KERJA DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR ENERGY DEMONSTRATION TYPE LS-17055-2 SINGLE SPOT LIGHT SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DAVID LUMBAN TOBING NIM. 050401038 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH INTENSITAS CAHAYA DAN LAJU ALIRAN TERHADAP UNJUK KERJA DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR ENERGY DEMONSTRATION TYPE LS-17055-2 SINGLE SPOT LIGHT DAVID L.TOBING NIM. 05 0401 038 Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh : DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Ketua, Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri NIP.196412241992111001 Tulus Burhanuddin Sitorus,ST,MT. NIP.197209232000121003

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH INTENSITAS CAHAYA DAN LAJU ALIRAN TERHADAP UNJUK KERJA DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR ENERGY DEMONSTRATION TYPE LS-17055-2 SINGLE SPOT LIGHT DAVID L.TOBING NIM. 05 0401 038 Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode Ke-578 tanggal 30 Juni 2010 Disetujui Oleh: Pembanding I Pembanding II DR.ENG.Himsar Ambarita,ST.MT Ir.Mulfi Hazwi, MSc NIP.197206102000121000 NIP. 194910121981031002

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH INTENSITAS CAHAYA DAN LAJU ALIRAN TERHADAP UNJUK KERJA DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR ENERGY DEMONSTRATION TYPE LS-17055-2 SINGLE SPOT LIGHT DAVID L.TOBING NIM. 05 0401 038 Telah Diketahui Oleh: Pembimbing/penguji Tulus Burhanuddin Sitorus, ST.MT. NIP. 197209232000121003 Penguji I Penguji II DR.ENG.Himsar Ambarita,ST.MT Ir.Mulfi Hazwi, MSc NIP.197206102000121000 NIP. 194910121981031002 Diketahui Oleh Ketua Departemen Teknik Mesin Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 945/TS/2010 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL : M E D A N PARAF : TUGAS SARJANA N A M A : DAVID L.TOBING N I M : 0 5 0 4 0 1 0 3 8 MATA PELAJARAN : PINDAHAN PANAS SPESIFIKASI : LAKUKAN PENGUJIAN / EKSPERIMENTAL PENGARUH INTENSITAS CAHAYA DAN LAJU ALIRAN TERHADAP UNJUK KERJA DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR ENERGY DEMONSTRATION TYPE LS-17055-2 SINGLE SPOT LIGHT. DATA-DATA LAIN DAPAT DIAMBIL DARI : SURVEI LAPANGAN BUKU LITERATUR INTERNET / WEBSITE DIBERIKAN TANGGAL : 12/ 02 / 2010 SELESAI TANGGAL 18/ 06 / 2010 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, MEDAN, 12 Februari 2010 DOSEN PEMBIMBING, Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri NIP.196412241992111001 Tulus Burhanuddin Sitorus,ST,MT. NIP.197209232000121003

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA No : 886 / TS / 2009 Sub. Program Studi : Konversi Energi Bidang Tugas : Pindahan Panas Judul Tugas : Studi Eksperimental Pengaruh intensitas Cahaya dan laju Aliran Terhadap Unjuk Kerja Dengan Menggunakan Solar Energy Demonstration Type LS-17055-2 Single Spot Light Diberikan tanggal : 11-02-2010 Selesai Tgl : 18-06-2010 Dosen Pembimbing : Tulus B Sitorus,ST,MT. Nama Mhs : David L.Tobing NIM : 050401087 No Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN 1 12-02-2010 Survei 2 12-02-2010 Spesifikasi tugas skripsi 3 22-02-2010 Bab I, II 4 02-03-2010 Bab III 5 08-03-2010 Lakukan Uji Test (Lab) 6 20-04-2010 Hasil (data sheet) 7 06-05-2010 Analisa data 8 11-05-2010 Perhitungan Efisiensi Termal 9 19-05-2010 Buat Grafik 10 26-05-2010 Perbaiki Grafik Hasil Analisa Data 11 07-06-2010 Penjelasan Gambar / Grafik 12 14-06-2010 Buat Kesimpulan dan Saran 13 18-06-2010 ACC untuk diseminarkan Tanda Tangan Dosen Pembimbing Diketahui, KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FT USU Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP.196412241992111001

ABSTRAK Pengembangan teknologi pemanfaatan energi terbarukan, khususnya energi surya ( solar energy ) sudah banyak ditemukan, salah satunya yaitu alat yang digunakan pada penelitian ini yaitu Solar Energy Demonstrator type LS- 17055-2. Peralatan ini menggunakan bola lampu ( single spot light) sebagai pengganti sinar matahari untuk memanaskan air pada pipa yang terdapat pada solar collector. Sumber cahaya ini adalah menggunakan bola lampu hologram dengan daya 500 Watt. Data yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing-masing pengujian. Data yang diperoleh dari data primer diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik. Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetahui pengaruh laju aliran air dan besar sudut peyinaran terhadap efisiensi termal solar kolektor. Sudut penyinaran pada penelitian ini adalah 45 0, 60 0, 75 0, dan 90 0. Setelah melakukan penelitian dan berbagai perhitungan, maka pada penelitian ini didapat Efisiensi termal tertinggi berada pada sudut penyinaran 60 o dengan laju aliran 7 LPM yaitu sebesar 7,9 % sedangkan Efisiensi termal terendah berada pada sudut penyinaran 75 o dengan laju aliran 3 LPM yaitu sebesar 6,0 %. Sudut penyinaran akan mempengaruhi jumlah intensitas, sedangkan laju aliran akan berpengaruh langsung terhadap nilai efisiensi termal.

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaikbaiknya. Tugas Sarjana ini merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan studi pada jenjang Pendidikan Sarjana ( S1) Teknik Mesin menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Medan. Penulis dalam Tugas Sarjana ini mengambil judul, yaitu Studi Eksperimental Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Laju Aliran Terhadap Unjuk Kerja Dengan Menggunakan Solar Energy Demonstration Type TYPE LS-17055-2 Single Spot Light. Dalam Penulisan ini, dari awal sampai akhir, penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya Tugas Sarjana ini. Namun Penulis masih menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu saran-saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini. Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kepada Orangtua ( L.Tobing / L.Sihombing ) dan keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materiil. 2. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 3. Bapak DR.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 5. Staff Laboratorium Solar Energi Departemen Teknik Mesin yang telah membantu dan membimbing penulis selama pengujian di Laboratorium.

6. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 05, yang tidak dapat disebutkan satu persatu, Solidarity Forever. Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan Doa kepada Tuhan YME, semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat untuk kita semua. Medan, Juni 2010 Penulis, David L.Tobing

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI...iii DAFTAR TABEL... v DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR NOTASI... vii BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Pengujian... 2 1.3 Ruang Lingkup Pengujian... 2 1.4 Sistematika Penulisan... 3 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Matahari... 5 2.1.1 Klasifikasi Energi Matahari... 5 2.1.2 Radiasi Surya... 5 2.1.3 Sel surya... 6 2.1.4 Aplikasi energi matahari... 7 2.2 Kolektor Surya... 13 2.2.1 Kolektor Surya Prismatik... 14 2.2.2 Kolektor Surya Plat Datar... 15 2.2.3 Kolektor surya parabolic... 15 2.4 Tinjauan Perpindahan Panas... 17 2.4.1 Konduksi... 17 2.4.2 Konveksi... 19 2.4.3 Radiasi... 21 BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat... 22

3.2 Paramater Dan Alat... 22 3.2.1 Parameter... 22 3.2.2 Alat... 22 3.3 Metode Pengumpulan Data... 22 3.4 Metode Pengolahan Data... 23 3.5 Proses Penelitian... 23 BAB 4. HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Perubahan Temperatur Tiap Menit... 28 4.2 Perhitungan Efisiensi Termal... 37 4.3 Efisiensi Termal tiap menit... 41 4.4 Efisiensi Termal total... 46 BAB 5. KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan... 53 5.2 Saran... 53 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi alat yang digunakan... 26 Tabel 2.1 Konduktivitas termal untuk beberapa bahan :... 18 Tabel 4.1 energi pada pipa kolektor...38 Tabel 4.2. Nilai efisiensi termal... 47

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram sistem pemanasan air dengan sinar matahari..... 9 Gambar 2.2 Sistem pembangkit listrik dengan sinar matahari... 11 Gambar 2.3 sistem destilasi air dengan sinar matahari... 12 Gambar 2.4 kompor matahari... 13 Gambar 2.5. Skema sistim kolektor surya prismatic... 14 Gambar 2.6. kolektor surya plat datar... 15 Gambar 2.7 Kolektor surya parabolik memanjang... 16 Gambar 2.8 Kolektor surya parabolik cakram... 16 Gambar 3.1 Diagram alir proses penelitian... 24 Gambar 3.2 solar energy demonstrator type LS 17055-2... 25 Gambar 3.3 lux meter... 26 Gambar 4.1 grafik perubahan temperatur pada sudut penyinaran 45 0... 30 Gambar 4.2 grafik perubahan temperatur pada sudut penyinaran 60 0... 32 Gambar 4.3 grafik perubahan temperatur pada sudut penyinaran 75 0... 34 Gambar 4.4 grafik perubahan temperatur pada sudut penyinaran 90 0... 36 Gambar 4.5 grafik efisiensi vs waktu dengan sudut penyinaran 45 0...42 Gambar 4.6 grafik efisiensi vs waktu dengan sudut penyinaran 60 0...43 Gambar 4.7 grafik efisiensi vs waktu dengan sudut penyinaran 75 0...44 Gambar 4.8 grafik efisiensi vs waktu dengan sudut penyinaran 90.45 Gambar 4.9 grafik efisiensi vs laju aliran... 51

DAFTAR NOTASI LAMBANG KETERANGAN SATUAN q rad kalor radiasi J h r koefisien perpindahan panas radiasi A luas penampang m 2 c p kalor spesifik air J/Kg o C m laju aliran air / flow rate Kg/s T o Temperatur keluar pipa collector o C T i Temperatur awal air o C T a Temperatur lingkungan o C ρ Massa jenis air Kg/m 3 A c Luas penampang pipa collector m 2 η G T F r α τ U L Efisiensi termal Intensitas cahaya lux Faktor pelepasan kalor koefisien absorptivitas absorber koefisien transmisivitas koefisien rugi-rugi kalor total