Rancang Bangun Mesin Pendingin Adsorpsi Tenaga Surya Dengan Adsorben Karbon Aktif Granular Dan Adsorbat Metanol
RANCANG BANGUN MESIN PENDINGIN ADSORPSI
TENAGA SURYA DENGAN ADSORBEN KARBON AKTIF
GRANULAR DAN ADSORBAT METANOL
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
KENNY AUSTIN
NIM. 100401084
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Salah satu pemanfaatan energi surya adalah siklus pendingin adsorpsi
dimana kinerjanya dipengaruhi oleh suhu dan intensitas radiasi matahari. Letak
negara Indonesia yang secara geografis berada pada bidang ekuator menjadikan
negara Indonesia memiliki energi surya yang melimpah. Komponen utama
daripada penelitian ini terdiri dari kolektor / adsorber, kondensor, dan evaporator.
Adapun bahan yang digunakan untuk semua komponen tersebut adalah stainless
steel, dengan maksud bahwa stainless steel mempunyai konduktivitas termal yang
baik. Pengujian ini menggunakan karbon aktif sebanyak 7 kilogram dan metanol
sebanyak 3 liter sebagai refrigeran. Efisiensi tertinggi kolektor, kondensor, dan
evaporator yang didapat selama pengujian masing – masing adalah 24%, 28%,
dan 13.5%.
Kata kunci : tenaga surya, kolektor / adsorber, kondensor, evaporator, karbon
aktif, metanol, adsorpsi , desorpsi
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
One of the utilization of solar energy is the adsorption refrigeration cycle
where performance is affected by temperature and solar radiation intensity.
Location of the Indonesian state that is geographically located on the equatorial
plane making Indonesia the country has abundant solar energy. The main
component of this research consisted collector / adsorber, condensor, and
evaporator. All of these components are made of stainless steel, due to the good
thermal conductivity for the test. This test uses activated carbon adsorbent of 7
kilogram and 3 litres of methanol as the refrigerant. The best efficiency result of
the collector, condensor, and evaporator is 24%, 28%, dan 13.5%.
Keywords : solar energy, collector / adsorber, condensor, evaporator, activated
carbon, methanol, adsorption, desorption,
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas
rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul
“RANCANG BANGUN MESIN PENDINGIN ADSORPSI TENAGA
SURYA DENGAN ABSORBEN KARBON AKTIF GRANULAR DAN
ADSORBAT METANOL”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan
Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin sub bidang Konversi Energi,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi
penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa, dan bantuan baik materiil, moril,
maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk
itu sebagai manusia yang tahu terima kasih, dengan penuh ketulusan hati penulis
mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada:
1. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT. selaku Dosen Pembimbing yang dengan
penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada
penulis.
2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. selaku Dosen Pembanding I dan Bapak Ir.
Zaman Huri, M.T. selaku Dosen Pembanding II yang telah memberikan
masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orang tua penulis, Setiaanto Widjaja dan yang tidak pernah putus –
putusnya memberikan dukungan, doa, dan kasih sayangnya yang tak
terhingga kepada penulis.
6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang
telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama
penulis kuliah.
iii
Universitas Sumatera Utara
7. Rekan-rekan khususnya Wunardi Surya, Christianto, Dwyanto, Hendri,
Stefanus Wangsa, Michael Tanjaya, Helbert, Wilsen Simon, Derrick, dan
seluruh rekan mahasiswa angkatan 2010 serta semua rekan mahasiswa
Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada
penulis.
Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena
itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran,
usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir
kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca,
Terima kasih.
Medan, 12 Mei 2016
Kenny Austin
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................ i
KATA PENGANTAR ........................................................................................ iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ x
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiii
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................... xiv
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ....................................................................... 1
1.2 Tujuan .................................................................................................. 1
1.3 Batasan Masalah ................................................................................... 2
1.4 Manfaat Penulisan ................................................................................ 2
1.5 Sistematika Penulisan .......................................................................... 2
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Teori Umum Adsorpsi ......................................................................... 4
2.2 Komponen – Komponen Mesin Pendingin Tenaga Surya ................... 6
2.2.1 Kolektor Surya ...................................................................... 6
2.2.1.1 Koefisien Kerugian (
) ...................................... 11
2.2.1.2 Persamaan Empiris Koefisien Kerugian (
) ....... 15
2.2.2 Kondensor ........................................................................... 16
2.2.2.1 Klasifikasi Kondensor ...........................................17
v
Universitas Sumatera Utara
2.2.2.2 Analisis Kondensor .............................................. 20
2.2.3 Evaporator ........................................................................... 21
2.2.3.1 Perpindahan Kalor di dalam Evaporator .............. 21
2.2.3.2 Jenis Evaporator ................................................... 22
2.2.4 Kalor (Q) ..............................................................................24
2.2.4.1 Kalor Laten ........................................................... 25
2.2.4.2 Kalor Sensibel ...................................................... 25
2.2.4.3 Perpindahan Panas ............................................... 26
2.2.4.4 Perpindahan Panas Konduksi ............................... 26
2.2.4.5 Perpindahan Panas Konveksi ............................... 28
2.2.4.6 Perpindahan Panas Radiasi .................................. 29
2.2.5 Adsorben ............................................................................. 30
2.2.6 Refrigeran ............................................................................ 32
2.2.6.1 Metanol ................................................................ 32
2.2.7 Siklus Adsorpsi ................................................................... 34
BAB 3 METODOLOGI RANCANG BANGUN
3.1 Metode Pelaksanaan Perancangan ..................................................... 36
3.1.1 Diagram Alur Perancangan ..................................................36
3.2 Tempat dan Waktu ............................................................................. 36
3.2.1 Waktu Perancangan ............................................................. 36
3.2.2 Tempat Perancangan & Pemasangan .................................. 37
3.3 Alat dan Bahan ...................................................................................37
vi
Universitas Sumatera Utara
3.3.1 Alat ...................................................................................... 37
3.3.2 Bahan .................................................................................. 46
3.4 Dimensi Alat Penelitian ..................................................................... 47
3.4.1 Kolektor .............................................................................. 47
3.4.1.1 Perancnangan Adsorber ....................................... 48
3.4.1.2 Perancangan Kotak Isolasi Absorber ................... 49
3.4.1.3 Perancangan Kaca Penutup .................................. 50
3.4.1.4 Dimensi Kolektor Surya ....................................... 51
3.4.2 Perancangan Kondensor .......................................................52
3.4.3 Evaporator ........................................................................... 54
3.4.3.1 Kotak Insulasi ...................................................... 56
3.4.3.2 Wadah Penampung Air ........................................ 56
3.5 Langkah Pembuatan Mesin Pendingin Tenaga Surya .........................57
3.5.1 Pembuatan Kolektor ............................................................ 57
3.5.2 Pembuatan Kondensor ........................................................ 59
3.5.3 Pembuatan Evaporator ........................................................ 60
3.5.4 Pembuatan Wadah Air ........................................................ 61
3.5.5 Pembuatan Kotak Insulasi Evaporator ................................ 62
3.5.6 Pembuatan Rangka Mesin Pendingin .................................. 62
3.7.2 Proses Pengujian ................................................................. 62
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pembuatan Mesin Mesin dan Cara Pengujian .......................... 64
vii
Universitas Sumatera Utara
4.2 Pemuaian Material Kolektor terhadap Panas Matahari ...................... 66
4.2.1 Pemuaian Luas Kaca Kolektor ............................................ 67
4.2.2 Pemuaian Volume Plat Kolektor ......................................... 67
4.3 Hasil Pengujian Ketahanan Material terhadap Panas Matahari ......... 68
4.4 Data Hasil Pengujian .......................................................................... 69
4.4.1 Pengujian Hari Ke 1 ............................................................ 69
4.4.2 Pengujian Hari Ke 2 ............................................................ 70
4.5 Pengolahan Data ................................................................................. 71
4.5.1 Pengujian Hari Ke 1 ............................................................ 71
4.5.1.1 Kolektor (Adsorber) ............................................. 71
4.5.1.2 Kondensor ............................................................ 75
4.5.1.3 Evaporator ............................................................ 77
4.5.2 Pengujian Hari Ke 2 ............................................................ 81
4.5.2.1 Kolektor (Adsorber) ............................................. 81
4.5.2.2 Kondensor ............................................................ 85
4.5.2.3 Evaporator ............................................................ 88
4.6 Efisiensi Kolektor untuk Proses Desorpsi tanpa Adsorben ................ 91
4.6.1 Pengujian Hari ke 1 ............................................................. 92
4.6.2 Pengujian Hari ke 2 ............................................................. 92
4.7 Daya yang Dihasilkan ………………………………………...……. 92
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 94
viii
Universitas Sumatera Utara
5.2 Saran .................................................................................................. 94
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 95
LAMPIRAN
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi ............ 5
Gambar 2.2 Flat Plate Collector ............................................................................ 8
Gambar 2.3 Concentrating Collector ................................................................... 10
Gambar 2.4 Evacuated Tube Collector ................................................................ 11
Gambar 2.5 Perpindahan Panas Kolektor Surya Plat Datar ................................. 12
Gambar 2.6 Sirkuit Ekivalen untuk Tahanan Perpindahan Panas melalui Bagian
Atas Kolektor ................................................................................... 13
Gambar 2.7 Air Cooled Condenser ...................................................................... 17
Gambar 2.8 Water Cooled Condenser ................................................................. 18
Gambar 2.9 Evaporative Condenser .................................................................... 19
Gambar 2.10 Bare Tube Evaporator .................................................................... 23
Gambar 2.11 Plate Surface Evaporator ............................................................... 23
Gambar 2.12 Finned Evaporator ......................................................................... 24
Gambar 2.13 Karbon Aktif .................................................................................. 31
Gambar 2.14 Metanol ........................................................................................... 33
Gambar 2.15 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi ................................................. 34
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan ............................................................... 36
Gambar 3.2 Tempat Perancangan & Pemasangan ............................................... 37
Gambar 3.3 Pace XR Data Logger ..................................................................... 38
Gambar 3.4 Sensor Tekanan ................................................................................ 39
x
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5 HOBO Micro Station ....................................................................... 40
Gambar 3.6 Pompa Vakum .................................................................................. 43
Gambar 3.7 Thermocouple ................................................................................... 44
Gambar 3.8 Manometer Vakum ........................................................................... 44
Gambar 3.9 Selang Karet ..................................................................................... 45
Gambar 3.10 Laptop.............................................................................................. 45
Gambar 3.11 Gelas Ukur ...................................................................................... 45
Gambar 3.12 Obeng ............................................................................................. 46
Gambar 3.13 Model Adsorber .............................................................................. 48
Gambar 3.14 Ruang Bagian Dalam Adsorber ...................................................... 49
Gambar 3.15 Model Kotak Insulasi ..................................................................... 50
Gambar 3.16 Posisi Adsorber pada Kotak Isolasi ................................................ 50
Gambar 3.17 Model Kaca Kolektor ..................................................................... 51
Gambar 3.18 Model Kondensor............................................................................ 53
Gambar 3.19 Model Fin Kondensor .................................................................... 53
Gambar 3.20 Model dan Ukuran Evaporator ....................................................... 55
Gambar 3.21 Kotak Insulasi Evaporator .............................................................. 56
Gambar 3.22 Wadah Penampung Air .................................................................. 57
Gambar 3.23 Proses Pengisian Kolektor .............................................................. 58
Gambar 3.24 Adsorber yang Sudah Terpasang Kain Kasa ...... ............................58
Gambar 3.25 Kolektor yang Sudah Dilapisi Kaca ............................................... 59
Gambar 3.26 Foto Aktual Kondensor .................................................................. 60
xi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.27 Evaporator yang Telah Terpasang Kaca ........................................ 61
Gambar 3.28 Wadah yang Sudah Terpasang Aluminium Foil ............................ 61
Gambar 3.29 Kotak Insulasi Evaporator & Rangka Mesin Pendingin Adsorpsi.. 63
Gambar 4.1 Mesin Pendingin Adsorpsi Tenaga Surya ........................................ 64
Gambar 4.2 Proses Desorpsi Mesin Pendingin Tenaga Surya (Siang Hari) ........ 65
Gambar 4.3 Proses Adsorpsi Mesin Pendingin Tenaga Surya (Malam Hari) ...... 66
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Adsorben Karbon Aktif ............................................................... 32
Tabel 2.2 Sifat Metanol ........................................................................................ 33
Tabel 3.1 Spesifikasi Measurement Apparatus .................................................... 41
Tabel 3.2 Spesifikasi Pyranometer ...................................................................... 41
Tabel 3.3 Spesifikasi Wind Velocity Sensor ......................................................... 42
Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor ......................................................42
Tabel 3.5 Konduktivitas Termal Bahan ............................................................... 51
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Ketahanan Plat Kolektor terhadap Panas Matahari ... 78
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Ketahanan Kaca terhadap Panas Matahari ................ 78
Tabel 4.3 Proses Desorpsi Hari Ke-1 (6 Januari 2016) ........................................ 78
Tabel 4.4 Proses Desorpsi Hari ke-1 (6 Januari 2016 – 7 Januari 2016) ............. 79
Tabel 4.5 Proses Desorpsi Hari ke-2 (7 Januari 2016) ......................................... 79
Tabel 4.6 Proses Desorpsi Hari ke-2 (7 Januari 2016 – 8 Januari 2016) ............. 80
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
SIMBOL
ARTI
SATUAN
Q
kerugian panas atas
W⁄ m K
U
koefisien kerugian panas atas
temperatur plat
K
T
temperatur lingkungan
K
temperatur rata - rata
K
T
temperatur kaca penutup
K
T
T
h
koefisien radiasi
t
tebal
k
konduktivitas termal
A
luas sebelum terjadi pemuaian
m2
luas setelah terjadi pemuaian
m2
∝
koefisien muai panjang
A
temperatur sebelum terjadi pemuaian
temperatur setelah terjadi pemuaian
m
℃
℃
volume sebelum terjadi pemuaian
m3
volume setelah terjadi pemuaian
m3
xiv
Universitas Sumatera Utara
ε
ε
β
h
emisivitas plat kolektor
emisivitas kaca kolektor
konstanta Stefan – Boltzman
sudut kemiringan kolektor
koefisien perpindahan panas oleh angin
°
W⁄m K
m2
A
luas permukaan plat
x
tebal plat
m2
k
konduktivitas kalor
T
temperatur langit
W⁄m
η
efisiensi
δ
tebal lapisan batas
Pr
bilangan Prandtl
Gr
bilangan Grashof
R
bilangan Rayleigh
T
suhu permukaan kondensor
T
suhu fluida
C
kalor spesifik
densitas fluida
K
kJ⁄kg K
℃
℃
kg⁄cm
xv
Universitas Sumatera Utara
koefisien ekspansi termal
kekentalan dinamik fluida
kg⁄cm
Q
kalor sensibel
m
massa
kg
∆T
perubahan suhu
K
kalor laten
J
L
kapasitas kalor spesifik laten
J⁄kg
Q
V
volume
J
m
xvi
Universitas Sumatera Utara
TENAGA SURYA DENGAN ADSORBEN KARBON AKTIF
GRANULAR DAN ADSORBAT METANOL
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
KENNY AUSTIN
NIM. 100401084
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Salah satu pemanfaatan energi surya adalah siklus pendingin adsorpsi
dimana kinerjanya dipengaruhi oleh suhu dan intensitas radiasi matahari. Letak
negara Indonesia yang secara geografis berada pada bidang ekuator menjadikan
negara Indonesia memiliki energi surya yang melimpah. Komponen utama
daripada penelitian ini terdiri dari kolektor / adsorber, kondensor, dan evaporator.
Adapun bahan yang digunakan untuk semua komponen tersebut adalah stainless
steel, dengan maksud bahwa stainless steel mempunyai konduktivitas termal yang
baik. Pengujian ini menggunakan karbon aktif sebanyak 7 kilogram dan metanol
sebanyak 3 liter sebagai refrigeran. Efisiensi tertinggi kolektor, kondensor, dan
evaporator yang didapat selama pengujian masing – masing adalah 24%, 28%,
dan 13.5%.
Kata kunci : tenaga surya, kolektor / adsorber, kondensor, evaporator, karbon
aktif, metanol, adsorpsi , desorpsi
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
One of the utilization of solar energy is the adsorption refrigeration cycle
where performance is affected by temperature and solar radiation intensity.
Location of the Indonesian state that is geographically located on the equatorial
plane making Indonesia the country has abundant solar energy. The main
component of this research consisted collector / adsorber, condensor, and
evaporator. All of these components are made of stainless steel, due to the good
thermal conductivity for the test. This test uses activated carbon adsorbent of 7
kilogram and 3 litres of methanol as the refrigerant. The best efficiency result of
the collector, condensor, and evaporator is 24%, 28%, dan 13.5%.
Keywords : solar energy, collector / adsorber, condensor, evaporator, activated
carbon, methanol, adsorption, desorption,
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas
rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul
“RANCANG BANGUN MESIN PENDINGIN ADSORPSI TENAGA
SURYA DENGAN ABSORBEN KARBON AKTIF GRANULAR DAN
ADSORBAT METANOL”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan
Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin sub bidang Konversi Energi,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi
penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa, dan bantuan baik materiil, moril,
maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk
itu sebagai manusia yang tahu terima kasih, dengan penuh ketulusan hati penulis
mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada:
1. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT. selaku Dosen Pembimbing yang dengan
penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada
penulis.
2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. selaku Dosen Pembanding I dan Bapak Ir.
Zaman Huri, M.T. selaku Dosen Pembanding II yang telah memberikan
masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orang tua penulis, Setiaanto Widjaja dan yang tidak pernah putus –
putusnya memberikan dukungan, doa, dan kasih sayangnya yang tak
terhingga kepada penulis.
6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang
telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama
penulis kuliah.
iii
Universitas Sumatera Utara
7. Rekan-rekan khususnya Wunardi Surya, Christianto, Dwyanto, Hendri,
Stefanus Wangsa, Michael Tanjaya, Helbert, Wilsen Simon, Derrick, dan
seluruh rekan mahasiswa angkatan 2010 serta semua rekan mahasiswa
Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada
penulis.
Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena
itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran,
usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir
kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca,
Terima kasih.
Medan, 12 Mei 2016
Kenny Austin
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................ i
KATA PENGANTAR ........................................................................................ iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ x
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiii
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................... xiv
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ....................................................................... 1
1.2 Tujuan .................................................................................................. 1
1.3 Batasan Masalah ................................................................................... 2
1.4 Manfaat Penulisan ................................................................................ 2
1.5 Sistematika Penulisan .......................................................................... 2
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Teori Umum Adsorpsi ......................................................................... 4
2.2 Komponen – Komponen Mesin Pendingin Tenaga Surya ................... 6
2.2.1 Kolektor Surya ...................................................................... 6
2.2.1.1 Koefisien Kerugian (
) ...................................... 11
2.2.1.2 Persamaan Empiris Koefisien Kerugian (
) ....... 15
2.2.2 Kondensor ........................................................................... 16
2.2.2.1 Klasifikasi Kondensor ...........................................17
v
Universitas Sumatera Utara
2.2.2.2 Analisis Kondensor .............................................. 20
2.2.3 Evaporator ........................................................................... 21
2.2.3.1 Perpindahan Kalor di dalam Evaporator .............. 21
2.2.3.2 Jenis Evaporator ................................................... 22
2.2.4 Kalor (Q) ..............................................................................24
2.2.4.1 Kalor Laten ........................................................... 25
2.2.4.2 Kalor Sensibel ...................................................... 25
2.2.4.3 Perpindahan Panas ............................................... 26
2.2.4.4 Perpindahan Panas Konduksi ............................... 26
2.2.4.5 Perpindahan Panas Konveksi ............................... 28
2.2.4.6 Perpindahan Panas Radiasi .................................. 29
2.2.5 Adsorben ............................................................................. 30
2.2.6 Refrigeran ............................................................................ 32
2.2.6.1 Metanol ................................................................ 32
2.2.7 Siklus Adsorpsi ................................................................... 34
BAB 3 METODOLOGI RANCANG BANGUN
3.1 Metode Pelaksanaan Perancangan ..................................................... 36
3.1.1 Diagram Alur Perancangan ..................................................36
3.2 Tempat dan Waktu ............................................................................. 36
3.2.1 Waktu Perancangan ............................................................. 36
3.2.2 Tempat Perancangan & Pemasangan .................................. 37
3.3 Alat dan Bahan ...................................................................................37
vi
Universitas Sumatera Utara
3.3.1 Alat ...................................................................................... 37
3.3.2 Bahan .................................................................................. 46
3.4 Dimensi Alat Penelitian ..................................................................... 47
3.4.1 Kolektor .............................................................................. 47
3.4.1.1 Perancnangan Adsorber ....................................... 48
3.4.1.2 Perancangan Kotak Isolasi Absorber ................... 49
3.4.1.3 Perancangan Kaca Penutup .................................. 50
3.4.1.4 Dimensi Kolektor Surya ....................................... 51
3.4.2 Perancangan Kondensor .......................................................52
3.4.3 Evaporator ........................................................................... 54
3.4.3.1 Kotak Insulasi ...................................................... 56
3.4.3.2 Wadah Penampung Air ........................................ 56
3.5 Langkah Pembuatan Mesin Pendingin Tenaga Surya .........................57
3.5.1 Pembuatan Kolektor ............................................................ 57
3.5.2 Pembuatan Kondensor ........................................................ 59
3.5.3 Pembuatan Evaporator ........................................................ 60
3.5.4 Pembuatan Wadah Air ........................................................ 61
3.5.5 Pembuatan Kotak Insulasi Evaporator ................................ 62
3.5.6 Pembuatan Rangka Mesin Pendingin .................................. 62
3.7.2 Proses Pengujian ................................................................. 62
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pembuatan Mesin Mesin dan Cara Pengujian .......................... 64
vii
Universitas Sumatera Utara
4.2 Pemuaian Material Kolektor terhadap Panas Matahari ...................... 66
4.2.1 Pemuaian Luas Kaca Kolektor ............................................ 67
4.2.2 Pemuaian Volume Plat Kolektor ......................................... 67
4.3 Hasil Pengujian Ketahanan Material terhadap Panas Matahari ......... 68
4.4 Data Hasil Pengujian .......................................................................... 69
4.4.1 Pengujian Hari Ke 1 ............................................................ 69
4.4.2 Pengujian Hari Ke 2 ............................................................ 70
4.5 Pengolahan Data ................................................................................. 71
4.5.1 Pengujian Hari Ke 1 ............................................................ 71
4.5.1.1 Kolektor (Adsorber) ............................................. 71
4.5.1.2 Kondensor ............................................................ 75
4.5.1.3 Evaporator ............................................................ 77
4.5.2 Pengujian Hari Ke 2 ............................................................ 81
4.5.2.1 Kolektor (Adsorber) ............................................. 81
4.5.2.2 Kondensor ............................................................ 85
4.5.2.3 Evaporator ............................................................ 88
4.6 Efisiensi Kolektor untuk Proses Desorpsi tanpa Adsorben ................ 91
4.6.1 Pengujian Hari ke 1 ............................................................. 92
4.6.2 Pengujian Hari ke 2 ............................................................. 92
4.7 Daya yang Dihasilkan ………………………………………...……. 92
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 94
viii
Universitas Sumatera Utara
5.2 Saran .................................................................................................. 94
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 95
LAMPIRAN
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi ............ 5
Gambar 2.2 Flat Plate Collector ............................................................................ 8
Gambar 2.3 Concentrating Collector ................................................................... 10
Gambar 2.4 Evacuated Tube Collector ................................................................ 11
Gambar 2.5 Perpindahan Panas Kolektor Surya Plat Datar ................................. 12
Gambar 2.6 Sirkuit Ekivalen untuk Tahanan Perpindahan Panas melalui Bagian
Atas Kolektor ................................................................................... 13
Gambar 2.7 Air Cooled Condenser ...................................................................... 17
Gambar 2.8 Water Cooled Condenser ................................................................. 18
Gambar 2.9 Evaporative Condenser .................................................................... 19
Gambar 2.10 Bare Tube Evaporator .................................................................... 23
Gambar 2.11 Plate Surface Evaporator ............................................................... 23
Gambar 2.12 Finned Evaporator ......................................................................... 24
Gambar 2.13 Karbon Aktif .................................................................................. 31
Gambar 2.14 Metanol ........................................................................................... 33
Gambar 2.15 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi ................................................. 34
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan ............................................................... 36
Gambar 3.2 Tempat Perancangan & Pemasangan ............................................... 37
Gambar 3.3 Pace XR Data Logger ..................................................................... 38
Gambar 3.4 Sensor Tekanan ................................................................................ 39
x
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5 HOBO Micro Station ....................................................................... 40
Gambar 3.6 Pompa Vakum .................................................................................. 43
Gambar 3.7 Thermocouple ................................................................................... 44
Gambar 3.8 Manometer Vakum ........................................................................... 44
Gambar 3.9 Selang Karet ..................................................................................... 45
Gambar 3.10 Laptop.............................................................................................. 45
Gambar 3.11 Gelas Ukur ...................................................................................... 45
Gambar 3.12 Obeng ............................................................................................. 46
Gambar 3.13 Model Adsorber .............................................................................. 48
Gambar 3.14 Ruang Bagian Dalam Adsorber ...................................................... 49
Gambar 3.15 Model Kotak Insulasi ..................................................................... 50
Gambar 3.16 Posisi Adsorber pada Kotak Isolasi ................................................ 50
Gambar 3.17 Model Kaca Kolektor ..................................................................... 51
Gambar 3.18 Model Kondensor............................................................................ 53
Gambar 3.19 Model Fin Kondensor .................................................................... 53
Gambar 3.20 Model dan Ukuran Evaporator ....................................................... 55
Gambar 3.21 Kotak Insulasi Evaporator .............................................................. 56
Gambar 3.22 Wadah Penampung Air .................................................................. 57
Gambar 3.23 Proses Pengisian Kolektor .............................................................. 58
Gambar 3.24 Adsorber yang Sudah Terpasang Kain Kasa ...... ............................58
Gambar 3.25 Kolektor yang Sudah Dilapisi Kaca ............................................... 59
Gambar 3.26 Foto Aktual Kondensor .................................................................. 60
xi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.27 Evaporator yang Telah Terpasang Kaca ........................................ 61
Gambar 3.28 Wadah yang Sudah Terpasang Aluminium Foil ............................ 61
Gambar 3.29 Kotak Insulasi Evaporator & Rangka Mesin Pendingin Adsorpsi.. 63
Gambar 4.1 Mesin Pendingin Adsorpsi Tenaga Surya ........................................ 64
Gambar 4.2 Proses Desorpsi Mesin Pendingin Tenaga Surya (Siang Hari) ........ 65
Gambar 4.3 Proses Adsorpsi Mesin Pendingin Tenaga Surya (Malam Hari) ...... 66
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Adsorben Karbon Aktif ............................................................... 32
Tabel 2.2 Sifat Metanol ........................................................................................ 33
Tabel 3.1 Spesifikasi Measurement Apparatus .................................................... 41
Tabel 3.2 Spesifikasi Pyranometer ...................................................................... 41
Tabel 3.3 Spesifikasi Wind Velocity Sensor ......................................................... 42
Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor ......................................................42
Tabel 3.5 Konduktivitas Termal Bahan ............................................................... 51
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Ketahanan Plat Kolektor terhadap Panas Matahari ... 78
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Ketahanan Kaca terhadap Panas Matahari ................ 78
Tabel 4.3 Proses Desorpsi Hari Ke-1 (6 Januari 2016) ........................................ 78
Tabel 4.4 Proses Desorpsi Hari ke-1 (6 Januari 2016 – 7 Januari 2016) ............. 79
Tabel 4.5 Proses Desorpsi Hari ke-2 (7 Januari 2016) ......................................... 79
Tabel 4.6 Proses Desorpsi Hari ke-2 (7 Januari 2016 – 8 Januari 2016) ............. 80
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
SIMBOL
ARTI
SATUAN
Q
kerugian panas atas
W⁄ m K
U
koefisien kerugian panas atas
temperatur plat
K
T
temperatur lingkungan
K
temperatur rata - rata
K
T
temperatur kaca penutup
K
T
T
h
koefisien radiasi
t
tebal
k
konduktivitas termal
A
luas sebelum terjadi pemuaian
m2
luas setelah terjadi pemuaian
m2
∝
koefisien muai panjang
A
temperatur sebelum terjadi pemuaian
temperatur setelah terjadi pemuaian
m
℃
℃
volume sebelum terjadi pemuaian
m3
volume setelah terjadi pemuaian
m3
xiv
Universitas Sumatera Utara
ε
ε
β
h
emisivitas plat kolektor
emisivitas kaca kolektor
konstanta Stefan – Boltzman
sudut kemiringan kolektor
koefisien perpindahan panas oleh angin
°
W⁄m K
m2
A
luas permukaan plat
x
tebal plat
m2
k
konduktivitas kalor
T
temperatur langit
W⁄m
η
efisiensi
δ
tebal lapisan batas
Pr
bilangan Prandtl
Gr
bilangan Grashof
R
bilangan Rayleigh
T
suhu permukaan kondensor
T
suhu fluida
C
kalor spesifik
densitas fluida
K
kJ⁄kg K
℃
℃
kg⁄cm
xv
Universitas Sumatera Utara
koefisien ekspansi termal
kekentalan dinamik fluida
kg⁄cm
Q
kalor sensibel
m
massa
kg
∆T
perubahan suhu
K
kalor laten
J
L
kapasitas kalor spesifik laten
J⁄kg
Q
V
volume
J
m
xvi
Universitas Sumatera Utara