Cover

KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH INTENSITAS CAHAYA

DAN LAJU ALIRAN TERHADAP EFISIENSI TERMAL DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR ENERGY

DEMONSTRATION TYPE LS-17055-2 DOUBLE SPOT LIGHT

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

TAMBA GURNING

NIM. 050401042

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2010

Universitas Sumatera UtaraUniversitas Sumatera Utara




TAMBA GURNING

NIM. 05 0401 042

Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh :

DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU

Ketua,

Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri Tulus Burhanuddin Sitorus ,ST,MT. NIP.196412241992111001 NIP.197209232000121003





TAMBA GURNING NIM. 05 0401 042

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





TAMBA GURNING NIM. 05 0401 042

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

NIP. 196412241992111001

Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri


DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 946/TS/2010 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL :

M E D A N PARAF :

MATA PELAJARAN : PINDAHAN PANAS

TUGAS SARJANA N A M A : TAMBA GURNING

N I M : 0 5 0 4 0 1 0 4 2

SPESIFIKASI :

DIBERIKAN TANGGAL : 12/ 02 / 2010 SELESAI TANGGAL 18/ 06 / 2010

MEDAN, 12 Februari 2010

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,

Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri Tulus Burhanuddin Sitorus ,ST,MT. NIP.196412241992111001 NIP.197209232000121003

LAKUKAN PENGUJIAN / EKSPERIMENTAL

PENGARUH INTENSITAS CAHAYA DAN LAJU

ALIRAN TERHADAP EFISIENSI TERMAL

DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR ENERGY

DEMONSTRATION TYPE LS-17055-2 DOUBLE

SPOT LIGHT.

DATA-DATA LAIN DAPAT DIAMBIL DARI :

• SURVEI LAPANGAN

• BUKU LITERATUR

• INTERNET / WEBSITE


DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN

KARTU BIMBINGAN

No

TUGAS SARJANA MAHASISWA No : 946 / TS / 2010

Sub. Program Studi : Konversi Energi Bidang Tugas : Pindahan Panas Judul Tugas : Kajian Eksperimental Pengaruh intensitas Cahaya dan laju

Aliran Terhadap Efisiensi Termal Dengan Menggunakan Solar Energy Demonstration Type LS-17055-2 Double Spot Light

Diberikan tanggal : 11-02-2010 Selesai Tgl : 18-06-2010 Dosen Pembimbing : Tulus B Sitorus ,ST,MT. Nama Mhs : Tamba Gurning NIM : 050401042

Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN

Tanda Tangan Dosen Pembimbing

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 Diketahui, KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FT USU Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri

NIP.196412241992111001


ABSTRAK

Pemanfaatan energi terbaharukan seperti energi matahari dapat

mengurangi pencemaran udara (polusi), air, dan tanah yang mengakibatkan

pemanasan global. Salah satu manfaat dari energi matahari adalah untuk

memanaskan air. Saat ini penelitian yang dilakukan adalah untuk mengetahui

pengaruh sudut penyinaran dan laju aliran air terhadap efisiensi termal dengan

menggunakan alat solar energi demonstrator type LS-17055-2.

Sudut penyinaran dan intensitas cahaya pada penelitian ini adalah 450

(34622 W/m2), 600 (39656 W/m2), 750 (42456 W/m2), dan 900 (37189 W/m2).

Efisiensi termal terbesar berada pada sudut penyinaran 45o dengan laju aliran air 7

LPM yaitu 5,438 % sedangkan terkecil sudut penyinaran 75o dengan laju aliran air

3 LPM yaitu 4,240 %.

Dengan mempebesar laju aliran air ( akan meningkatkan temperatur air

dan efisiensi termal karena penyerapan kalor oleh air di sepanjang penampang

pipa kolektor juga semakin tinggi. Penambahan intensitas cahaya harus diikuti

dengan penambahan laju aliran air supaya efisiensi termal yang diperoleh makin

besar, sehingga dapat mengurangi kalor yang hilang. Efisiensi termal tiap menit

lebih tinggi dari efisiensi termal total. Hal ini diakibatkan sebagian kalor hilang

atau diserap oleh pompa, selang, storage tank selama proses pemanasan air

berlangsung.


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan

karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik-

baiknya. Tugas Sarjana ini merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan studi pada

jenjang Pendidikan Sarjana ( S1) Teknik Mesin menurut kurikulum Departemen

Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Fakultas Teknik Sumatera Utara Medan.

Penulis dalam Tugas Sarjana ini mengambil judul, yaitu “Kajian

Eksperimental Pengaruh sudut penyinaran Dan Laju Aliran Terhadap

Efisiensi Termal Dengan Menggunakanj Solar Kolektor Demonstrator Type

TYPE LS-17055-2 Double 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 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”.

7. Khusus kepada Sophia Loren Tambun S.Si yang telah memberikan

dorongan dan semangat selama proses pengerjaan skripsi.

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,

Tamba Gurning


DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ................................................................................................ i

DAFTAR ISI ............................................................................................................ .iii

DAFTAR TABEL .................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. vii

DAFTAR NOTASI .................................................................................................. ix

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1

1.2 Tujuan Pengujian ..................................................................................... 1

1.3 Ruang Lingkup Pengujian ....................................................................... 2

1.4 Sistematika Penulisan .............................................................................. 2

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Matahari ........................................................................................ 3

2.2 Jenis – Jenis Kolektor ................................................................................ 4

2.2.1 Kolektor Surya Prismatik .................................................................... 4

2.2.2 Kolektor Surya Plat Datar ................................................................... 5

2.2.3. Concentrating Collectors .......................................................... 7

2.2.4. Evacuated Tube Collectors ....................................................... 8

2.3 Aplikasi Energi Matahari ........................................................................... 9

2.3.1 Pemanas Air ....................................................................................... 9

2.3.2 Distilasi Air ...................................................................................... 11


2.3.3 Penerangan Ruangan ......................................................................... 11

2.3.4 Kompor Matahari ............................................................................. 11

2.3.5 Pengering Hasil Pertanian ................................................................. 12

2.3.6 Sistem Fotovoltalik ........................................................................... 13

2.3.7 Sel Surya Film Tipis ......................................................................... 13

2.3.8 Sel Surya Terkonsentrasi ................................................................... 14

2.3.9 Pembangkit Listrik Tenaga Matahari ................................................. 14

2.4 Jenis – jenis Perpindahan Panas .................................................................. 16

2.4.1 Radiasi Surya..................................................................................... 16

2.4.1.1 Sifat – Sifat Radiasi ........................................................ 17

2.4.1.2 Daya Emisi dan Emisivitas Benda .................................. 18

2.4.1.3 Stefan-Boltzmann Law ................................................... 19

2.4.1.4 Radiasi Surya ................................................................. 21

2.4.2 Konduksi ........................................................................................... 22

2.4.3 Konveksi ........................................................................................... 26

2.5 Perpindahan Kalor di Sepanjang Pipa ......................................................... 28

2.6 Efisiensi Termal ......................................................................................... 35

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu Dan Tempat ......................................................................... 37

3.2 Paramater Dan Alat........................................................................ 37

3.2.1 Parameter ................................................................................. 37

3.2.2 Alat .......................................................................................... 37

3.3 Metode Pengumpulan Data ............................................................. 40

3.4 Metode Pengolahan Data ................................................................ 40

3.5 Proses Penelitian ............................................................................. 40


BAB 4. HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

4.1 Parameter Pengukuran ............................................................................ 42

4.2 Sudut Penyinaran dan Intensitas....................................................... 44

4.3 Perubahan Temperatur Fluida di Storage Tank................................. 44

4.3.1 Pada sudut penyinaran 45o .............................................. 44


4.3.3 Pada sudut penyinaran 75o ............................................................................ 51


4.4 Efisiensi Termal .............................................................................. 59

4.4.1 Efisiensi Termal tiap menit ...................................................... 59

4.4.2 Efisiensi termal total ................................................................ 66

BAB 5. KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 71

5.2 Saran ............................................................................................... 71

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


DAFTAR TABEL

Daftar 2-1. Konduktivitas termal berbagai bahan pada 0 oC 24

Tabel 3.1 Spesifikasi alat yang digunakan ......................................................... 37

Tabel 4.1 Perubahan Temperatur air pada sudut penyinaran 45o ........................ 45




Tabel 4.5 Selisih Temperatur Air di Storage Tank ............................................. 57

Tabel 4.6. Nilai efisiensi termal total ................................................................. 68


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2-1. Skema sistim kolektor surya prismatic ............................................ 5

Gambar 2-2. kolektor surya plat datar ................................................................. 6

Gambar 2-3. Penampang melintang kolektor surya pelat datar sederhana ............ 7

Gambar 2-4. Konsentrator ................................................................................... 8

Gambar 2-5. Evacuated Receiver ........................................................................ 9

Gambar 2.3. Sistem Pemanas Air ...................................................................... 10

Gambar 2.4. Sistem Distilasi Air ....................................................................... 11

Gambar 2-8. Kompor Matahari ......................................................................... 12

Gambar 2-9. Sel surya film tipis ........................................................................ 13

Gambar 2-10. Kolektor surya parabolik ............................................................. 15

Gambar 2-11. Bagan menunjukkan pengaruh radiasi datang .............................. 17

Gambar 2-12. Refleksi cahaya ........................................................................... 18

Gambar 2-13. Konduktivitas termal beberapa gas ............................................. 25

Gambar 2-14. Konduktivitas termal beberapa zat zair ....................................... 25

Gambar 2-15. Konduktivitas termal beberapa zat padat ..................................... 26

Gambar 2-16. Perpindahan kalor konveksi dari suatu plat ................................. 27

Gambar 2-17. Volume kendali untuk analisis energi dalam tabung .................... 28

Gambar 2-18 Neraca gaya pada unsur fluida dalam aliran tabung ...................... 29

Gambar 3.1. Solar Energi Demonstrator tipe LS 27015 .................................... 38

Gambar 3.2. Lux Meter ..................................................................................... 39

Gambar 3.3 Diagram alir proses penelitian ........................................................ 41

Gambar 4.1 Skets Storage Tank ........................................................................ 43


Gambar 4.2 Grafik Perubahan temperatur air pada sudut penyinaran 45o .......... 47

Gambar 4.3 Grafik Perubahan temperatur air pada sudut penyinaran 60o ........... 50



Gambar 4.6 Grafik Selisih temperatur air di storage tank .................................. 58

Gambar 4.7 Grafik efisiensi termal tiap menit pada sudut penyinaran 45o ......... 62



Gambar 4.10 Grafik efisiensi termal tiap menit pada sudut penyinaran 90o........ 65

Gambar 4.10 Grafik Efisiensi termal total ......................................................... 69


DAFTAR NOTASI

LAMBANG KETERANGAN SATUAN

c kecepatan cahaya cm/s

panjang gelombang cm

frekuensi Hz

E Daya emisi W/m2

A Luas permukaan m2

Fluks radiasi W/m2

T Suhu oC, K

konstanta stefan-Boltzmann W/m2K4

q Laju perpindahan panas W

Laju aliran massa kg/s

k Kondukt ifitas Termal W / m.oC

h Koefisien perpindahan kalor konveksi W / m2 oC

Massa jenis fluida kg/m3

Kalor spesifik air J/kg oC

Kecepatan aliran m/s

Tegangan geser N/m2

Viskositas dinamik kg/m.s

I Intensitas cahaya W/m2

Panjang pipa m

diameter pipa m


Emisivitas

Emisivitas benda

Bilangan Nusslet

Bilangan Reynolds

Bilangan Prandtl


Documents

Cover