Uji Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Bertenaga Surya dengan Luas Kolektor 1 m2 Kemiringan 30o Menggunakan Karbon Aktif -Metanol Sebagai Pasangan Adsorben-Adsorbat
UJI PERFORMANSI MESIN PENDINGIN SIKLUS ADSORPSI
BERTENAGA SURYA DENGAN LUAS KOLEKTOR 1 m2
KEMIRINGAN 30o MENGGUNAKAN KARBON AKTIFMETANOL SEBAGAI PASANGAN ADSORBEN-ADSORBAT
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
PITER H
NIM. 100401048
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Negara Indonesia diberkati dengan energi surya yang melimpah sepanjang
tahunnya. Menurut data buku putih energi Indonesia, rata—rata intensitas radiasi
matahari yang jatuh ke permukaan wilayah Indonesia sekitar 4,8 kWh/m 2/hari.
Energi surya tersebut dimanfaatkan sebagai sumber energi utama pada mesin
pendingin siklus adsorpsi untuk menghasilkan efek pendinginan. Pada penelitian
ini, komponen utama mesin terdiri dari kolektor/absorber, kondensor, dan
evaporator. Luas permukaan kolektor/absorber 1 m2 dan diatur pada kemiringan
30o. Kolektor diisi dengan 25 kg karbon aktif sedangkan evaporator diisi dengan 5
liter metanol. Media yang didinginkan adalah air sebanyak 4 liter. Pengujian
berlangsung selama tiga hari yang dibagi dalam dua periode yaitu proses desorpsi
(pukul 07.00 WIB – 17.00 WIB) dan proses adsorpsi (pukul 17.00 WIB – 07.00
WIB). Hasil pengujian menunjukkan proses belum dapat berlangsung sempurna.
Proses adsorpsi hanya dapat berlangsung pada hari pertama dimana temperatur
pendinginan air minimum diperoleh 9,9oC. Volume metanol teradsorpsi sebanyak
0,8095 liter (16,2 %). COP siklus aktual (COP uc) sebesar 0,1753 dengan COP
sistem keseluruhan (COP uo) sebesar 0,034. Disamping itu diperoleh koefisien
determinasi (R2) sebesar 98,5056%. Hal ini menunjukkan bahwa kontribusi semua
variabel bebas terhadap variabel terikat secara simultan adalah sebesar 98,5056%.
Kata kunci: energi surya, kolektor/absorber, kondensor, evaporator, karbon aktif,
metanol, adsorpsi, desorpsi, COP, koefisien determinasi
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Indonesia is blessed with abundant solar energy in whole year. According to
white book energy of Indonesia, the average irradiance which incidents in
Indonesia about 4.8 kWh/m2/day. That solar energy using as a main energy
source at adsorption cycle refrigeration machine to produce cooling effect. In this
research, the main components of machine consists of collector/absorber,
condenser and evaporator. The collector/absorber has a surface area of 1 m2 and
set-up with an inclination of 30 o. Collector is loaded with 25 kg of activated
carbon while evaporator is filled with 5 liters of methanol. Medium to be cooled is
4 liters water. Testing lasted for three days which divided into two periods,
desorption process (07.00 am – 17.00 pm) and adsorption process (17.00 pm –
07.00 am). The test results showed process cou ldn’t take place perfectly. The
adsorption process lasted only at first day where the minimum cooling temperatur
of water obtained 9.9 oC. The volume adsorb of methanol as much as 0.8095 liter
(16.2 %). The actual or useful cycle COP (COP uc) 0.1753 with the actual or
useful overall COP (COP uo) 0.034. Beside that, also obtained the coefficient of
determination (R2) about 98.5056%. This result showed the contribution of all
independent variables on dependent variable simultaneously is 98.5056%.
Keywords: solar energy, collector/absorber, condenser, evaporator, activated
carbon, methanol, adsorption, desorption, COP, coefficient of
determination
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini
yang berjudul ―Uji Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Bertenaga
Surya Dengan Luas Kolektor 1 m2 Kemiringan 30o Menggunakan Karbon Aktif Metanol Sebagai Pasangan Adsorben-Adsorbat‖.
Tugas Sarjana ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan
pendidikan Strata-1 (S1) di Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi
Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana penulis dan tim mendapat banyak
kendala dan masalah, namun berkat dorongan semangat, masukan dan bantuan
baik materiil ataupun moril dari berbagai pihak akhirnya kendala dan masalah
tersebut dapat diselesaikan. Maka pada kesempatan ini dengan ketulusan hati
penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Zamanhuri, M.T. sebagai Dosen Pembimbing yang selama ini telah
membimbing, memotivasi, dan membantu penulis dalam menyelesaikan
Tugas Sarjana ini.
2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, M.T. sebagai dosen pembanding 1 penulis yang telah
memberi banyak saran dan masukan dalam perbaikan skripsi ini menjadi lebih
baik lagi.
3. Bapak Tulus Burhanuddin, S.T.,M.T. sebagai dosen pembanding 2 yang telah
banyak meluangkan waktunya untuk berdiskusi, membimbing penulis dan tim
sejak awal hingga akhir pengerjaan tugas sarjana ini serta memberi saran dan
iii
Universitas Sumatera Utara
masukan dalam pengerjaan dan perbaikan Tugas Sarjana ini menjadi lebih
baik lagi.
4. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, S.T.,M.T. yang juga telah banyak
membantu, memberi bantuan fasilitas selama pengerjaan serta memberi saran
dan waktu untuk berdiskusi selama pengerjaan Tugas Sarjana ini.
5. Bapak Ir.Tugiman, M.T. sebagai dosen wali penulis yang telah membimbing,
mendidik dan memberi nasihat kepada penulis selama menempuh pendidikan
S1 di Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, M.S.M.E. sebagai Dekan Fakultas Teknik
USU, beserta segenap staf dan jajarannya.
7. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Ir. Syahril Gultom, M.T. sebagai
Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
8. Kedua orangtua penulis, Bapak B. Harefa dan Ibunda C. Hutabarat yang telah
memberi kasih sayang tak terhingga, mendidik, memberikan dukungan penuh,
doa dan nasihat kepada penulis
9. Kakak penulis Sofyan P.A Harefa, S.T., adik-adik penulis Anugrah, Leonardo,
dan Panca serta keluarga lainnya yang terus memberi semangat selama
penyelesaian tugas sarjana ini.
10. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik USU.
11. Rekan-rekan satu tim Budiman I. Nainggolan, Parna Edy Sitanggang dan
Jagardo Damanik atas kerja sama yang baik dalam mengerjakan penelitian ini.
12. Seluruh
rekan-rekan
mahasiswa
khususnya
kepada
kawan-kawan
seperjuangan Angkatan 2010 Teknik Mesin, USU. ―Solidarity Forever!!!" .
iv
Universitas Sumatera Utara
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan
maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan
saran-saran yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas
Sarjana ini nantinya.
Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan doa kepada
Tuhan Yang Maha Esa semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan,
April 2016
Penulis,
Piter H
NIM. 100401048
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK …….…………………………………………………………..... i
ABSTRACT …...……………………………………………………………..
ii
KATA PENGANTAR ………………………………………………………
iii
DAFTAR ISI ………………………………………………………………... vi
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………..
xi
DAFTAR TABEL …………………………………………………………... xiv
DAFTAR SIMBOL …………………………………………………………
xvi
BAB I. PENDAHULUAN ……..…………………………………………… 1
1.1 Latar Belakang ……………...…………………………………………
1
1.2 Tujuan Penelitian ……………...………………………………………
3
1.2.1 Tujuan Umum …………….…………………………………….....
3
1.2.2 Tujuan Khusus …………………………………………………….
3
1.3 Batasan Masalah ………………………………………………………
4
1.4 Manfaat Penelitian ……………………………………………………
4
1.5 Sistematika Penulisan …………………………………………………
5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………...
7
2.1 Intensitas Radiasi Matahari …………………………………………… 7
2.2 Teori Umum Adsorpsi ………………………………………………..
9
2.2.1 Jenis-Jenis Proses Adsorpsi ………………………………………
9
2.2.2 Adsorben ………………………………….………………………
11
2.2.2.1 Karbon Aktif Sebagai Adsorben ……………………………… 12
2.2.2.2 Pembuatan Karbon Aktif ……………………………………..
13
vi
Universitas Sumatera Utara
2.2.2.3 Aplikasi Penggunaan Karbon Aktif …………………………
15
2.2.3 Adsorbat …………………………………………………………
16
2.2.3.1 Metanol Sebagai Adsorbat ……………………………………. 16
2.3 Kalor …………………………………………………………………..
17
2.3.1 Kalor Sensibel …………………………………………………….. 18
2.3.2 Kalor Laten ………………………………………………………..
18
2.4 Tinjauan Perpindahan Panas …………………………………………..
19
2.4.1 Konduksi …………………………………………………………..
19
2.4.1.1 Perpindahan Panas Konduksi Pada Bidang Datar (Slab) ……... 19
2.4.1.2 Konduksi Pada Satu Seri Bahan ………………………………
20
2.4.1.3 Konduksi Pada Bahan yang Tersusun Seri dan Paralel ……….
21
2.4.1.4 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ……………………
21
2.4.2 Konveksi …………………………………………………………..
22
2.4.2.1 Konveksi Paksa (Forced Convection) ………………………...
23
2.4.2.2 Konveksi Alami (Natural Convection) ………………………
24
2.4.3 Radiasi ……………………………………………………………
25
2.5 Prinsip Sistem Pendinginan Adsorpsi ………………………………… 26
2.6 Siklus Ideal Sistem Pendingin Adsorpsi ………………………………
28
2.7 Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi ……………………………………
33
2.7.1 Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi ……………
33
2.7.1.1 Kolektor Surya ……………………………………………….
33
2.7.1.2 Kondensor ……………………………………………………
35
2.7.1.3 Evaporator ……………………………………………………
36
2.7.2 Total Energi Radiasi Matahari yang Diterima Kolektor ………….. 36
vii
Universitas Sumatera Utara
2.7.3 Energi Panas Radiasi yang Diterima Kolektor ……………………
37
2.7.4 Kapasitas Kalor Pendinginan ……………………………………
37
2.7.5 Efisiensi Termal Kolektor Surya …………………………………
38
2.7.6 Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Tenaga Surya ……
38
2.8 Analisis Korelasi dan Persamaan Regresi ……………………………
39
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN …………………………………..
41
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ………………………………………… 41
3.1.1 Waktu Penelitian …………………………………………………
41
3.1.2 Tempat Penelitian …………………………………………………
41
3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan ……………………………………
42
3.2.1 Alat ………………………………………………………………... 42
3.2.2 Bahan ……………………………………………………………
48
3.3 Dimensi Utama Komponen Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi ………
50
3.3.1 Kolektor …………………………………………………………
50
3.3.2 Kotak Insulasi Kolektor …………………………………………
51
3.3.3 Kaca (Cover) ……………………………………………………… 52
3.3.4 Kondensor …………………………………………………………
53
3.3.5 Evaporator ………………………………………………………… 53
3.3.6 Kotak Wadah Air …………………………………………………
55
3.3.7 Kotak Insulasi Evaporator ………………………………………
56
3.4 Langkah Pembuatan Mesin Pendingin Adsorpsi ……………………
57
3.4.1 Pembuatan Kolektor ………………………………………………
57
3.4.2 Pembuatan Kotak Insulasi Kolektor ………………………………
59
3.4.3 Pembuatan Kaca (Cover) Penutup Kolektor ……………………… 60
viii
Universitas Sumatera Utara
3.4.4 Pembuatan Kondensor ……………………………………………
61
3.4.5 Pembuatan Evaporator ……………………………………………
62
3.4.6 Pembuatan Kotak Wadah Air ……………………………………
63
3.4.7 Pembuatan Kotak Insulasi Evaporator ……………………………
64
3.5 Set-Up Eksperimental …………………………………………………
65
3.6 Prosedur Pengujian ……………………………………………………
66
3.6.1 Tahap Persiapan …………………………………………………
66
3.6.1.1 Assembly Komponen Mesin …………………………………
66
3.6.1.2 Instalasi Data Logger …………………………………………
67
3.6.1.3 Uji Vakum Sistem ……………………………………………
68
3.6.2 Proses Pengujian …………………………………………………..
68
3.6.2.1 Proses Pemanasan Awal ………………………………………
68
3.6.2.2 Proses Adsorpsi ……………………………………………….. 69
3.6.2.3 Proses Desorpsi ……………………………………………….. 69
3.7 Diagram Alir Penelitian …….…………………………………………
BAB IV. ANALISA DATA ………………………………………………
70
71
4.1 Hasil Pengujian ………………………………………………………
71
4.1.1 Pengujian Hari I …………………………………………………
71
4.1.2 Pengujian Hari II …………………………………………………
72
4.1.3 Pengujian Hari III …………………………………………………
74
4.2 Analisa Grafik ………………………………………………………… 75
4.2.1 Kondisi Cuaca Selama Pengujian …………………………………
75
4.2.2 Pengujian Hari Pertama …………………………………………
76
4.2.2.1 Temperatur dan Tekanan Pemanasan Awal …………………... 76
ix
Universitas Sumatera Utara
4.2.2.2 Temperatur dan Tekanan Adsorpsi Hari Pertama ...................... 78
4.2.3 Pengujian Hari Kedua ……………………………………………
4.2.3.1 Temperatur dan Tekanan Desorpsi Hari Kedua ........................
79
79
4.2.3.2 Kondisi Temperatur dan Tekanan Adsorpsi Hari Kedua ........... 81
4.2.4 Pengujian Hari Ketiga ……………………………………………
82
4.2.4.1 Temperatur dan Tekanan Desorpsi Hari Ketiga ........................
82
4.2.4.2 Temperatur dan Tekanan Adsorpsi Hari Ketiga ........................
84
4.3 Pengolahan Data ………………………………………………………
85
4.3.1 Volume Metanol …………………………………………………..
88
4.3.1.1 Volume Awal dan Skala Ketinggian Metanol ………………...
88
4.3.1.2 Volume Metanol Adsorpsi-Ddesorpsi…………………………
88
4.3.2 Energi Radiasi Matahari yang Terukur Pyranometer ……………..
89
4.3.3 Kolektor …………………………………………………………
90
4.3.4 Kondensor …………………………………………………….…
93
4.3.5 Evaporator ………………………………………………………… 102
4.3.6 Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi …………………
106
4.3.7 Analisa Korelasi dan Regresi Cuaca Terhadap COP ……………
106
4.3.8 Energi Listrik Terpakai ………….………………………………
114
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN …………...…….…………………
115
5.1 Kesimpulan …………………………………………………………...
116
5.2 Saran ………………………………………………………………….
117
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………...
xix
LAMPIRAN ………………………………………………………………… xxiii
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Bidang horizontal (a), dan bidang yang dimiringkan (b)......
7
2.2
Proses adsorpsi oleh karbon aktif …...…………………….
9
2.3
KarbonAktif ………………………………………………
13
2.4
Metanol……………………………………………………
17
2.5
Konduksi pada bidang datar (slab)…………………………
19
2.6
Konduksi pada bahan tersusun seri………………………
20
2.7
Konduksi pada bahan tersusun seri dan paralel……………
21
2.8
Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat ………
22
2.9
Berbagai daerah aliran lapisan batas di atas pelat rata ……
23
2.10
Aliran dalam tabung ………………………………………
23
2.11
Pola absorpsi ………………………………………………
26
2.12
Prinsip dasar adsorpsi-desorpsi ……………………………
27
2.13
Diagram tekanan vs temperatur pada garis isoters ………
29
2.14
Diagram Clapeyron Ideal …………………………………
30
2.15
Proses pemanasan …………………………………………
30
2.16
Proses pemanasan-desorpsi-kondensasi …………………
31
2.17
Proses pendinginan ………………………………………
32
2.18
Proses pendinginan-adsorpsi-evaporasi …………………
32
2.19
Kolektor surya pelat datar sederhana ……………………
34
3.1
Tempat Pengujian …………………………………………
41
3.2
Pace XR5 Data Logger ……………………………………
42
3.3
HOBO Micro Station ……………………………………..
43
3.4
Pompa Vakum ……………………………………………
46
3.5
Termokopel type J ………………………………………..
46
xi
Universitas Sumatera Utara
3.6
Manometer Vakum ……………………………………….
47
3.7
Katup …………………………………………………...…
48
3.8
Laptop ……………………………………………………
48
3.9
Dimensi utama kolektor …………………………………
50
3.10
Ruang bagian dalam kolektor ……………………………
50
3.11
Kotak insulasi kolektor ……………………………………
51
3.12
Kaca Penutup Kolektor ……………………………………
52
3.13
Model kondensor …………………………………………
53
3.14
Model evaporator …………………………………………
54
3.15
Dimensi Evaporator (dalam cm) …………………………
54
3.16
Spesifikasi kotak wadah air ………………………………
55
3.17a
Dimensi luar kotak insulasi evaporator ……………………
56
3.17b
Gambaran ruang pendinginan dan susunan lapisan insulasi
evaporator …………………………………………………
57
3.18
Proses Pengisian Kolektor …………………………………
58
3.19
Foto aktual kolektor telah terpasang kain kasa dan
penyangganya.. …………………………………………….
58
3.20
Kolektor dicat warna hitam doff …………………………
59
3.21
Foto aktual kotak insulasi kolektor ………………………..
60
3.22
Foto aktual kaca (cover) …………………………………
61
3.23
Foto aktual kondensor ……………………………………
61
3.24
Foto aktual evaporator ……………………………………
63
3.25
Foto aktual kotak wadah Air ………………………………
63
3.26
Foto aktual kotak insulasi evaporator ……………………
64
3.27
Set-up eksperimental proses desorpsi (siang hari) ………..
65
3.28
Set-up eksperimental proses adsorpsi (malam hari) ………
66
3.29
Assembly komponen dan letak titik thermocouple ………
67
3.30
Diagram alir proses penelitian ……………………………
70
4.1
Kondisi cuaca selama pengujian …………………………
76
xii
Universitas Sumatera Utara
4.2
Kondisi temperatur pemanasan awal setiap komponen hari
pertama .................................................................................
77
4.3
Kondisi tekanan pemanasan awal hari pertama ...................
77
4.4
Kondisi temperatur adsorpsi setiap komponen hari pertama
78
4.5
Kondisi tekanan adsorpsi hari pertama ................................
79
4.6
Kondisi temperatur desorpsi setiap komponen hari kedua ...
80
4.7
Kondisi tekanan desorpsi hari kedua ....................................
80
4.8
Kondisi temperatur adsorpsi setiap komponen hari kedua ...
81
4.9
Kondisi tekanan adsorpsi hari kedua ....................................
82
4.10
Kondisi temperatur desorpsi setiap komponen hari ketiga ..
83
4.11
Kondisi tekanan desorpsi hari ketiga ...................................
83
4.12
Kondisi temperatur adsorpsi setiap komponen hari ketiga ..
84
4.13
Kondisi tekanan adsorpsi hari ketiga ...................................
85
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Perbedaan antara adsorpsi fisika dan kimia ……………..
11
2.2
Sifat Adsorben Karbon Aktif ……………………………
13
2.3
SifatMetanol ……………………………………………….
17
2.4
Korelasi empiris bilangan Nusselt rata-rata yang terjadi
pada permukaan proses konveksi bebas……………………
24
2.5
COP hasil penelitian sebelumnya …………………………
38
3.1
Spesifikasi Pace XR5 Data Logger………………………
42
3.2
Spesifikasi Measurement Apparatus………………………
43
3.3
Spesifikasi Pyranometer ……………………………………
44
3.4
Spesifikasi Wind Velocity Sensor ……………………………..
44
3.5
Spesifikasi T dan RH Smart Sensor ………………………
45
3.6
Spesifikasi pompa vakum …………………………………
46
3.7
Spesifikasi thermocouple type J …………………………
47
3.8
Spesifikasi manometer vakum ……………………………
47
3.9
Spesifikasi kolektor ………………………………………
50
3.10
Spesifikasi kotak insulasi kolektor ………………………
52
3.11
Spesifikasi kaca (cover) penutup kolektor ………………
52
3.12
Spesifikasi kondensor ……………………………………
53
3.13
Spesifikasi evaporator ……………………………………
54
3.14
Spesifikasi kotak wadah air ………………………………
55
3.15
Spesifikasi kotak insulasi evaporator ……………………
56
4.1
Proses PemanasanAwal (26 November 2015) ……………
71
4.2
Proses Adsorpsi Hari I (26 -27 November 2015) …………
71
4.3
Proses Desorpsi Hari II (27 November 2015) ……………
72
4.4
Proses Adsorpsi Hari II (27 -28 November 2015) …………
73
xiv
Universitas Sumatera Utara
4.5
Proses Desorpsi Hari Ketiga (28 November 2015) ………
74
4.6
Proses Adsorpsi Hari Ketiga (28 -29 November 2015) ……
74
4.7
Skala Ketinggian Awal Permukaan Metanol ……………
88
4.8
Volume Metanol Adsorpsi-desorpsi ………………………
89
4.9
Energi radiasi matahari yang terukur pyranometer, Qrad.......
90
4.10
Intensitas radiasi matahari yang diterima kolektor, Gb,T…
90
4.11
Energi radiasi matahari yang diterima kolektor, Qit..............
91
4.12
Energi radiasi matahari yang diabsorpsi, S………………
91
4.13
Energi panas terbuang (heat losses), QL …………………
92
4.14
Waktu optimum dan temperatur pemanasan kolektor ……..
93
4.15
102
4.16
Temperatur pendinginan air, ∆Tw…………………………
Tebal, konduktivitas dan luas bidang material insulasi
evaporator…………………………………………………
103
4.17
Temperatur air dan lingkungan rata-rata …………………
104
4.18
Data intensitas radiasi matahari, RH, temperatur
lingkungan dan COP per hari …………………………….
107
4.19
Data X1, X2, X3 dan Y ……………………………………
107
4.20
Korelasi antar-variabel .........................................................
108
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Qrad
Keterangan
Satuan
Energi radiasi matahari
J
Intensitas radiasi matahari
W/m2
Intensitas radiasi matahari dengan sudut masuk normal pada
bidang horizontal
W/m2
Gb,T
Intensitas radiasi pada bidang miring
W/m2
Rb
Rasio perbandingan Gbn terhadap Gb,T
θT
Sudut datang radiasi matahari pada bidang miring
o
θz
Sudut zenith
o
�
Posisilintang
o
δ
Deklinasi
β
Kemiringan
o
ω
Sudut jam matahari
o
Qs
Kalor sensibel
J
QL
Kalor sensibel
J
m
Massa zat
kg
Cp
Panas jenis zat
J/kgoC
Le
Panas laten zat
J/kg
ΔT
Beda temperatur
I
Gbn; Ibn
o
C
W/moC
k
Konduktivitas termal
A
Luas bidang
m2
Δx
Tebal material
m
qcond
Laju perpindahan panas konduksi
W
qconv
Laju perpindahan panas konveksi
W
qr
Laju perpindahan panas radiasi
W
Ts
Temperatur permukaan
o
C
xvi
Universitas Sumatera Utara
o
T∞
Temperatur lingkungan
�
Konstanta Stefan-Boltzmann
W/m2k4
U
Koefisien perpindahan panas menyeluruh
W/m2oC
Qit
Energi radiasi matahari yang diterima kolektor
J
Qic
Energi panas yang digunakan kolektor
J
Quc
Kapasitas kalor pendinginan
J
mac
Massa karbon aktif
kg
mr
Massa refrigeran (metanol)
kg
mi
Massa es yang terbentuk
kg
Vr
Volume refrigeran (metanol)
Liter
xr
Ketinggian permukaan metanol
Cm
C
Cpac
Panas spesifik karbon aktif
J/kg K
Cpr
Panas spesifik refrigeran (metanol)
J/kg K
Cpw
Panas spesifik air
J/kg K
Cpi
Panas spesifik es
kJ/kg
hsg
Panas laten metanol
kJ/kg
∆Tg
Temperatur pemanasan
K
Efisiensi termal kolektor surya
%
COP
Coefficient of Performance (koefisien performansi)
COPuc
Koefisien performansi siklus aktual
COPuo
Koefisien performansi sistem keseluruhan
Te1
Temperatur dinding evaporator 1
o
Te2
Temperaturdinding evaporator 2
o
Tw
Temperatur air
o
Ti
Temperaturmasuk/pipa atas kondensor
o
To
Temperaturkeluar/pipa bawah kondensor
o
Tpa
Temperatur plat atas kolektor/absorber
o
Tpb
Temperatur plat bawah kolektor
o
C
C
C
C
C
C
C
xvii
Universitas Sumatera Utara
Tc
Temperatur kaca (cover)
r
Nilai korelasi
R2
Koefisien determinasi
o
C
%
xviii
Universitas Sumatera Utara
BERTENAGA SURYA DENGAN LUAS KOLEKTOR 1 m2
KEMIRINGAN 30o MENGGUNAKAN KARBON AKTIFMETANOL SEBAGAI PASANGAN ADSORBEN-ADSORBAT
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
PITER H
NIM. 100401048
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Negara Indonesia diberkati dengan energi surya yang melimpah sepanjang
tahunnya. Menurut data buku putih energi Indonesia, rata—rata intensitas radiasi
matahari yang jatuh ke permukaan wilayah Indonesia sekitar 4,8 kWh/m 2/hari.
Energi surya tersebut dimanfaatkan sebagai sumber energi utama pada mesin
pendingin siklus adsorpsi untuk menghasilkan efek pendinginan. Pada penelitian
ini, komponen utama mesin terdiri dari kolektor/absorber, kondensor, dan
evaporator. Luas permukaan kolektor/absorber 1 m2 dan diatur pada kemiringan
30o. Kolektor diisi dengan 25 kg karbon aktif sedangkan evaporator diisi dengan 5
liter metanol. Media yang didinginkan adalah air sebanyak 4 liter. Pengujian
berlangsung selama tiga hari yang dibagi dalam dua periode yaitu proses desorpsi
(pukul 07.00 WIB – 17.00 WIB) dan proses adsorpsi (pukul 17.00 WIB – 07.00
WIB). Hasil pengujian menunjukkan proses belum dapat berlangsung sempurna.
Proses adsorpsi hanya dapat berlangsung pada hari pertama dimana temperatur
pendinginan air minimum diperoleh 9,9oC. Volume metanol teradsorpsi sebanyak
0,8095 liter (16,2 %). COP siklus aktual (COP uc) sebesar 0,1753 dengan COP
sistem keseluruhan (COP uo) sebesar 0,034. Disamping itu diperoleh koefisien
determinasi (R2) sebesar 98,5056%. Hal ini menunjukkan bahwa kontribusi semua
variabel bebas terhadap variabel terikat secara simultan adalah sebesar 98,5056%.
Kata kunci: energi surya, kolektor/absorber, kondensor, evaporator, karbon aktif,
metanol, adsorpsi, desorpsi, COP, koefisien determinasi
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Indonesia is blessed with abundant solar energy in whole year. According to
white book energy of Indonesia, the average irradiance which incidents in
Indonesia about 4.8 kWh/m2/day. That solar energy using as a main energy
source at adsorption cycle refrigeration machine to produce cooling effect. In this
research, the main components of machine consists of collector/absorber,
condenser and evaporator. The collector/absorber has a surface area of 1 m2 and
set-up with an inclination of 30 o. Collector is loaded with 25 kg of activated
carbon while evaporator is filled with 5 liters of methanol. Medium to be cooled is
4 liters water. Testing lasted for three days which divided into two periods,
desorption process (07.00 am – 17.00 pm) and adsorption process (17.00 pm –
07.00 am). The test results showed process cou ldn’t take place perfectly. The
adsorption process lasted only at first day where the minimum cooling temperatur
of water obtained 9.9 oC. The volume adsorb of methanol as much as 0.8095 liter
(16.2 %). The actual or useful cycle COP (COP uc) 0.1753 with the actual or
useful overall COP (COP uo) 0.034. Beside that, also obtained the coefficient of
determination (R2) about 98.5056%. This result showed the contribution of all
independent variables on dependent variable simultaneously is 98.5056%.
Keywords: solar energy, collector/absorber, condenser, evaporator, activated
carbon, methanol, adsorption, desorption, COP, coefficient of
determination
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini
yang berjudul ―Uji Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Bertenaga
Surya Dengan Luas Kolektor 1 m2 Kemiringan 30o Menggunakan Karbon Aktif Metanol Sebagai Pasangan Adsorben-Adsorbat‖.
Tugas Sarjana ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan
pendidikan Strata-1 (S1) di Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi
Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana penulis dan tim mendapat banyak
kendala dan masalah, namun berkat dorongan semangat, masukan dan bantuan
baik materiil ataupun moril dari berbagai pihak akhirnya kendala dan masalah
tersebut dapat diselesaikan. Maka pada kesempatan ini dengan ketulusan hati
penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Zamanhuri, M.T. sebagai Dosen Pembimbing yang selama ini telah
membimbing, memotivasi, dan membantu penulis dalam menyelesaikan
Tugas Sarjana ini.
2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, M.T. sebagai dosen pembanding 1 penulis yang telah
memberi banyak saran dan masukan dalam perbaikan skripsi ini menjadi lebih
baik lagi.
3. Bapak Tulus Burhanuddin, S.T.,M.T. sebagai dosen pembanding 2 yang telah
banyak meluangkan waktunya untuk berdiskusi, membimbing penulis dan tim
sejak awal hingga akhir pengerjaan tugas sarjana ini serta memberi saran dan
iii
Universitas Sumatera Utara
masukan dalam pengerjaan dan perbaikan Tugas Sarjana ini menjadi lebih
baik lagi.
4. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, S.T.,M.T. yang juga telah banyak
membantu, memberi bantuan fasilitas selama pengerjaan serta memberi saran
dan waktu untuk berdiskusi selama pengerjaan Tugas Sarjana ini.
5. Bapak Ir.Tugiman, M.T. sebagai dosen wali penulis yang telah membimbing,
mendidik dan memberi nasihat kepada penulis selama menempuh pendidikan
S1 di Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, M.S.M.E. sebagai Dekan Fakultas Teknik
USU, beserta segenap staf dan jajarannya.
7. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Ir. Syahril Gultom, M.T. sebagai
Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
8. Kedua orangtua penulis, Bapak B. Harefa dan Ibunda C. Hutabarat yang telah
memberi kasih sayang tak terhingga, mendidik, memberikan dukungan penuh,
doa dan nasihat kepada penulis
9. Kakak penulis Sofyan P.A Harefa, S.T., adik-adik penulis Anugrah, Leonardo,
dan Panca serta keluarga lainnya yang terus memberi semangat selama
penyelesaian tugas sarjana ini.
10. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik USU.
11. Rekan-rekan satu tim Budiman I. Nainggolan, Parna Edy Sitanggang dan
Jagardo Damanik atas kerja sama yang baik dalam mengerjakan penelitian ini.
12. Seluruh
rekan-rekan
mahasiswa
khususnya
kepada
kawan-kawan
seperjuangan Angkatan 2010 Teknik Mesin, USU. ―Solidarity Forever!!!" .
iv
Universitas Sumatera Utara
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan
maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan
saran-saran yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas
Sarjana ini nantinya.
Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan doa kepada
Tuhan Yang Maha Esa semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan,
April 2016
Penulis,
Piter H
NIM. 100401048
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK …….…………………………………………………………..... i
ABSTRACT …...……………………………………………………………..
ii
KATA PENGANTAR ………………………………………………………
iii
DAFTAR ISI ………………………………………………………………... vi
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………..
xi
DAFTAR TABEL …………………………………………………………... xiv
DAFTAR SIMBOL …………………………………………………………
xvi
BAB I. PENDAHULUAN ……..…………………………………………… 1
1.1 Latar Belakang ……………...…………………………………………
1
1.2 Tujuan Penelitian ……………...………………………………………
3
1.2.1 Tujuan Umum …………….…………………………………….....
3
1.2.2 Tujuan Khusus …………………………………………………….
3
1.3 Batasan Masalah ………………………………………………………
4
1.4 Manfaat Penelitian ……………………………………………………
4
1.5 Sistematika Penulisan …………………………………………………
5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………...
7
2.1 Intensitas Radiasi Matahari …………………………………………… 7
2.2 Teori Umum Adsorpsi ………………………………………………..
9
2.2.1 Jenis-Jenis Proses Adsorpsi ………………………………………
9
2.2.2 Adsorben ………………………………….………………………
11
2.2.2.1 Karbon Aktif Sebagai Adsorben ……………………………… 12
2.2.2.2 Pembuatan Karbon Aktif ……………………………………..
13
vi
Universitas Sumatera Utara
2.2.2.3 Aplikasi Penggunaan Karbon Aktif …………………………
15
2.2.3 Adsorbat …………………………………………………………
16
2.2.3.1 Metanol Sebagai Adsorbat ……………………………………. 16
2.3 Kalor …………………………………………………………………..
17
2.3.1 Kalor Sensibel …………………………………………………….. 18
2.3.2 Kalor Laten ………………………………………………………..
18
2.4 Tinjauan Perpindahan Panas …………………………………………..
19
2.4.1 Konduksi …………………………………………………………..
19
2.4.1.1 Perpindahan Panas Konduksi Pada Bidang Datar (Slab) ……... 19
2.4.1.2 Konduksi Pada Satu Seri Bahan ………………………………
20
2.4.1.3 Konduksi Pada Bahan yang Tersusun Seri dan Paralel ……….
21
2.4.1.4 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ……………………
21
2.4.2 Konveksi …………………………………………………………..
22
2.4.2.1 Konveksi Paksa (Forced Convection) ………………………...
23
2.4.2.2 Konveksi Alami (Natural Convection) ………………………
24
2.4.3 Radiasi ……………………………………………………………
25
2.5 Prinsip Sistem Pendinginan Adsorpsi ………………………………… 26
2.6 Siklus Ideal Sistem Pendingin Adsorpsi ………………………………
28
2.7 Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi ……………………………………
33
2.7.1 Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi ……………
33
2.7.1.1 Kolektor Surya ……………………………………………….
33
2.7.1.2 Kondensor ……………………………………………………
35
2.7.1.3 Evaporator ……………………………………………………
36
2.7.2 Total Energi Radiasi Matahari yang Diterima Kolektor ………….. 36
vii
Universitas Sumatera Utara
2.7.3 Energi Panas Radiasi yang Diterima Kolektor ……………………
37
2.7.4 Kapasitas Kalor Pendinginan ……………………………………
37
2.7.5 Efisiensi Termal Kolektor Surya …………………………………
38
2.7.6 Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Tenaga Surya ……
38
2.8 Analisis Korelasi dan Persamaan Regresi ……………………………
39
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN …………………………………..
41
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ………………………………………… 41
3.1.1 Waktu Penelitian …………………………………………………
41
3.1.2 Tempat Penelitian …………………………………………………
41
3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan ……………………………………
42
3.2.1 Alat ………………………………………………………………... 42
3.2.2 Bahan ……………………………………………………………
48
3.3 Dimensi Utama Komponen Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi ………
50
3.3.1 Kolektor …………………………………………………………
50
3.3.2 Kotak Insulasi Kolektor …………………………………………
51
3.3.3 Kaca (Cover) ……………………………………………………… 52
3.3.4 Kondensor …………………………………………………………
53
3.3.5 Evaporator ………………………………………………………… 53
3.3.6 Kotak Wadah Air …………………………………………………
55
3.3.7 Kotak Insulasi Evaporator ………………………………………
56
3.4 Langkah Pembuatan Mesin Pendingin Adsorpsi ……………………
57
3.4.1 Pembuatan Kolektor ………………………………………………
57
3.4.2 Pembuatan Kotak Insulasi Kolektor ………………………………
59
3.4.3 Pembuatan Kaca (Cover) Penutup Kolektor ……………………… 60
viii
Universitas Sumatera Utara
3.4.4 Pembuatan Kondensor ……………………………………………
61
3.4.5 Pembuatan Evaporator ……………………………………………
62
3.4.6 Pembuatan Kotak Wadah Air ……………………………………
63
3.4.7 Pembuatan Kotak Insulasi Evaporator ……………………………
64
3.5 Set-Up Eksperimental …………………………………………………
65
3.6 Prosedur Pengujian ……………………………………………………
66
3.6.1 Tahap Persiapan …………………………………………………
66
3.6.1.1 Assembly Komponen Mesin …………………………………
66
3.6.1.2 Instalasi Data Logger …………………………………………
67
3.6.1.3 Uji Vakum Sistem ……………………………………………
68
3.6.2 Proses Pengujian …………………………………………………..
68
3.6.2.1 Proses Pemanasan Awal ………………………………………
68
3.6.2.2 Proses Adsorpsi ……………………………………………….. 69
3.6.2.3 Proses Desorpsi ……………………………………………….. 69
3.7 Diagram Alir Penelitian …….…………………………………………
BAB IV. ANALISA DATA ………………………………………………
70
71
4.1 Hasil Pengujian ………………………………………………………
71
4.1.1 Pengujian Hari I …………………………………………………
71
4.1.2 Pengujian Hari II …………………………………………………
72
4.1.3 Pengujian Hari III …………………………………………………
74
4.2 Analisa Grafik ………………………………………………………… 75
4.2.1 Kondisi Cuaca Selama Pengujian …………………………………
75
4.2.2 Pengujian Hari Pertama …………………………………………
76
4.2.2.1 Temperatur dan Tekanan Pemanasan Awal …………………... 76
ix
Universitas Sumatera Utara
4.2.2.2 Temperatur dan Tekanan Adsorpsi Hari Pertama ...................... 78
4.2.3 Pengujian Hari Kedua ……………………………………………
4.2.3.1 Temperatur dan Tekanan Desorpsi Hari Kedua ........................
79
79
4.2.3.2 Kondisi Temperatur dan Tekanan Adsorpsi Hari Kedua ........... 81
4.2.4 Pengujian Hari Ketiga ……………………………………………
82
4.2.4.1 Temperatur dan Tekanan Desorpsi Hari Ketiga ........................
82
4.2.4.2 Temperatur dan Tekanan Adsorpsi Hari Ketiga ........................
84
4.3 Pengolahan Data ………………………………………………………
85
4.3.1 Volume Metanol …………………………………………………..
88
4.3.1.1 Volume Awal dan Skala Ketinggian Metanol ………………...
88
4.3.1.2 Volume Metanol Adsorpsi-Ddesorpsi…………………………
88
4.3.2 Energi Radiasi Matahari yang Terukur Pyranometer ……………..
89
4.3.3 Kolektor …………………………………………………………
90
4.3.4 Kondensor …………………………………………………….…
93
4.3.5 Evaporator ………………………………………………………… 102
4.3.6 Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi …………………
106
4.3.7 Analisa Korelasi dan Regresi Cuaca Terhadap COP ……………
106
4.3.8 Energi Listrik Terpakai ………….………………………………
114
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN …………...…….…………………
115
5.1 Kesimpulan …………………………………………………………...
116
5.2 Saran ………………………………………………………………….
117
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………...
xix
LAMPIRAN ………………………………………………………………… xxiii
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Bidang horizontal (a), dan bidang yang dimiringkan (b)......
7
2.2
Proses adsorpsi oleh karbon aktif …...…………………….
9
2.3
KarbonAktif ………………………………………………
13
2.4
Metanol……………………………………………………
17
2.5
Konduksi pada bidang datar (slab)…………………………
19
2.6
Konduksi pada bahan tersusun seri………………………
20
2.7
Konduksi pada bahan tersusun seri dan paralel……………
21
2.8
Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat ………
22
2.9
Berbagai daerah aliran lapisan batas di atas pelat rata ……
23
2.10
Aliran dalam tabung ………………………………………
23
2.11
Pola absorpsi ………………………………………………
26
2.12
Prinsip dasar adsorpsi-desorpsi ……………………………
27
2.13
Diagram tekanan vs temperatur pada garis isoters ………
29
2.14
Diagram Clapeyron Ideal …………………………………
30
2.15
Proses pemanasan …………………………………………
30
2.16
Proses pemanasan-desorpsi-kondensasi …………………
31
2.17
Proses pendinginan ………………………………………
32
2.18
Proses pendinginan-adsorpsi-evaporasi …………………
32
2.19
Kolektor surya pelat datar sederhana ……………………
34
3.1
Tempat Pengujian …………………………………………
41
3.2
Pace XR5 Data Logger ……………………………………
42
3.3
HOBO Micro Station ……………………………………..
43
3.4
Pompa Vakum ……………………………………………
46
3.5
Termokopel type J ………………………………………..
46
xi
Universitas Sumatera Utara
3.6
Manometer Vakum ……………………………………….
47
3.7
Katup …………………………………………………...…
48
3.8
Laptop ……………………………………………………
48
3.9
Dimensi utama kolektor …………………………………
50
3.10
Ruang bagian dalam kolektor ……………………………
50
3.11
Kotak insulasi kolektor ……………………………………
51
3.12
Kaca Penutup Kolektor ……………………………………
52
3.13
Model kondensor …………………………………………
53
3.14
Model evaporator …………………………………………
54
3.15
Dimensi Evaporator (dalam cm) …………………………
54
3.16
Spesifikasi kotak wadah air ………………………………
55
3.17a
Dimensi luar kotak insulasi evaporator ……………………
56
3.17b
Gambaran ruang pendinginan dan susunan lapisan insulasi
evaporator …………………………………………………
57
3.18
Proses Pengisian Kolektor …………………………………
58
3.19
Foto aktual kolektor telah terpasang kain kasa dan
penyangganya.. …………………………………………….
58
3.20
Kolektor dicat warna hitam doff …………………………
59
3.21
Foto aktual kotak insulasi kolektor ………………………..
60
3.22
Foto aktual kaca (cover) …………………………………
61
3.23
Foto aktual kondensor ……………………………………
61
3.24
Foto aktual evaporator ……………………………………
63
3.25
Foto aktual kotak wadah Air ………………………………
63
3.26
Foto aktual kotak insulasi evaporator ……………………
64
3.27
Set-up eksperimental proses desorpsi (siang hari) ………..
65
3.28
Set-up eksperimental proses adsorpsi (malam hari) ………
66
3.29
Assembly komponen dan letak titik thermocouple ………
67
3.30
Diagram alir proses penelitian ……………………………
70
4.1
Kondisi cuaca selama pengujian …………………………
76
xii
Universitas Sumatera Utara
4.2
Kondisi temperatur pemanasan awal setiap komponen hari
pertama .................................................................................
77
4.3
Kondisi tekanan pemanasan awal hari pertama ...................
77
4.4
Kondisi temperatur adsorpsi setiap komponen hari pertama
78
4.5
Kondisi tekanan adsorpsi hari pertama ................................
79
4.6
Kondisi temperatur desorpsi setiap komponen hari kedua ...
80
4.7
Kondisi tekanan desorpsi hari kedua ....................................
80
4.8
Kondisi temperatur adsorpsi setiap komponen hari kedua ...
81
4.9
Kondisi tekanan adsorpsi hari kedua ....................................
82
4.10
Kondisi temperatur desorpsi setiap komponen hari ketiga ..
83
4.11
Kondisi tekanan desorpsi hari ketiga ...................................
83
4.12
Kondisi temperatur adsorpsi setiap komponen hari ketiga ..
84
4.13
Kondisi tekanan adsorpsi hari ketiga ...................................
85
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Perbedaan antara adsorpsi fisika dan kimia ……………..
11
2.2
Sifat Adsorben Karbon Aktif ……………………………
13
2.3
SifatMetanol ……………………………………………….
17
2.4
Korelasi empiris bilangan Nusselt rata-rata yang terjadi
pada permukaan proses konveksi bebas……………………
24
2.5
COP hasil penelitian sebelumnya …………………………
38
3.1
Spesifikasi Pace XR5 Data Logger………………………
42
3.2
Spesifikasi Measurement Apparatus………………………
43
3.3
Spesifikasi Pyranometer ……………………………………
44
3.4
Spesifikasi Wind Velocity Sensor ……………………………..
44
3.5
Spesifikasi T dan RH Smart Sensor ………………………
45
3.6
Spesifikasi pompa vakum …………………………………
46
3.7
Spesifikasi thermocouple type J …………………………
47
3.8
Spesifikasi manometer vakum ……………………………
47
3.9
Spesifikasi kolektor ………………………………………
50
3.10
Spesifikasi kotak insulasi kolektor ………………………
52
3.11
Spesifikasi kaca (cover) penutup kolektor ………………
52
3.12
Spesifikasi kondensor ……………………………………
53
3.13
Spesifikasi evaporator ……………………………………
54
3.14
Spesifikasi kotak wadah air ………………………………
55
3.15
Spesifikasi kotak insulasi evaporator ……………………
56
4.1
Proses PemanasanAwal (26 November 2015) ……………
71
4.2
Proses Adsorpsi Hari I (26 -27 November 2015) …………
71
4.3
Proses Desorpsi Hari II (27 November 2015) ……………
72
4.4
Proses Adsorpsi Hari II (27 -28 November 2015) …………
73
xiv
Universitas Sumatera Utara
4.5
Proses Desorpsi Hari Ketiga (28 November 2015) ………
74
4.6
Proses Adsorpsi Hari Ketiga (28 -29 November 2015) ……
74
4.7
Skala Ketinggian Awal Permukaan Metanol ……………
88
4.8
Volume Metanol Adsorpsi-desorpsi ………………………
89
4.9
Energi radiasi matahari yang terukur pyranometer, Qrad.......
90
4.10
Intensitas radiasi matahari yang diterima kolektor, Gb,T…
90
4.11
Energi radiasi matahari yang diterima kolektor, Qit..............
91
4.12
Energi radiasi matahari yang diabsorpsi, S………………
91
4.13
Energi panas terbuang (heat losses), QL …………………
92
4.14
Waktu optimum dan temperatur pemanasan kolektor ……..
93
4.15
102
4.16
Temperatur pendinginan air, ∆Tw…………………………
Tebal, konduktivitas dan luas bidang material insulasi
evaporator…………………………………………………
103
4.17
Temperatur air dan lingkungan rata-rata …………………
104
4.18
Data intensitas radiasi matahari, RH, temperatur
lingkungan dan COP per hari …………………………….
107
4.19
Data X1, X2, X3 dan Y ……………………………………
107
4.20
Korelasi antar-variabel .........................................................
108
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Qrad
Keterangan
Satuan
Energi radiasi matahari
J
Intensitas radiasi matahari
W/m2
Intensitas radiasi matahari dengan sudut masuk normal pada
bidang horizontal
W/m2
Gb,T
Intensitas radiasi pada bidang miring
W/m2
Rb
Rasio perbandingan Gbn terhadap Gb,T
θT
Sudut datang radiasi matahari pada bidang miring
o
θz
Sudut zenith
o
�
Posisilintang
o
δ
Deklinasi
β
Kemiringan
o
ω
Sudut jam matahari
o
Qs
Kalor sensibel
J
QL
Kalor sensibel
J
m
Massa zat
kg
Cp
Panas jenis zat
J/kgoC
Le
Panas laten zat
J/kg
ΔT
Beda temperatur
I
Gbn; Ibn
o
C
W/moC
k
Konduktivitas termal
A
Luas bidang
m2
Δx
Tebal material
m
qcond
Laju perpindahan panas konduksi
W
qconv
Laju perpindahan panas konveksi
W
qr
Laju perpindahan panas radiasi
W
Ts
Temperatur permukaan
o
C
xvi
Universitas Sumatera Utara
o
T∞
Temperatur lingkungan
�
Konstanta Stefan-Boltzmann
W/m2k4
U
Koefisien perpindahan panas menyeluruh
W/m2oC
Qit
Energi radiasi matahari yang diterima kolektor
J
Qic
Energi panas yang digunakan kolektor
J
Quc
Kapasitas kalor pendinginan
J
mac
Massa karbon aktif
kg
mr
Massa refrigeran (metanol)
kg
mi
Massa es yang terbentuk
kg
Vr
Volume refrigeran (metanol)
Liter
xr
Ketinggian permukaan metanol
Cm
C
Cpac
Panas spesifik karbon aktif
J/kg K
Cpr
Panas spesifik refrigeran (metanol)
J/kg K
Cpw
Panas spesifik air
J/kg K
Cpi
Panas spesifik es
kJ/kg
hsg
Panas laten metanol
kJ/kg
∆Tg
Temperatur pemanasan
K
Efisiensi termal kolektor surya
%
COP
Coefficient of Performance (koefisien performansi)
COPuc
Koefisien performansi siklus aktual
COPuo
Koefisien performansi sistem keseluruhan
Te1
Temperatur dinding evaporator 1
o
Te2
Temperaturdinding evaporator 2
o
Tw
Temperatur air
o
Ti
Temperaturmasuk/pipa atas kondensor
o
To
Temperaturkeluar/pipa bawah kondensor
o
Tpa
Temperatur plat atas kolektor/absorber
o
Tpb
Temperatur plat bawah kolektor
o
C
C
C
C
C
C
C
xvii
Universitas Sumatera Utara
Tc
Temperatur kaca (cover)
r
Nilai korelasi
R2
Koefisien determinasi
o
C
%
xviii
Universitas Sumatera Utara