TUGAS AKHIR Rancang Bangun dan Pengujuan Alat Pemanas Air Tenaga Surya Variasi Debit.

i

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN ALAT

PEMANAS AIR TENAGA SURYA VARIASI DEBIT

Disusun oleh :

BIMBING ADHE ANUGRAH

NIM : D200 060 034

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

“RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA VARIASI DEBIT” Yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.

Surakarta, Desember 2011 Yang menyatakan,

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir ini berjudul : ”RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA VARIASI DEBIT”, telah disetujui oleh pembimbing untuk dipertahankan di hadapan Dewan Penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana (Strata 1) Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Dipersiapkan oleh

Nama : BIMBING ADHE ANUGRAH

NIM : D200 060 034 Disetujui pada

Hari : ……….. Tanggal : ………..

Mengetahui,

Pembimbing Utama

(Ir. Sartono Putro, MT)

Pembimbing Pendamping

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir ini berjudul ” RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA VARIASI DEBIT” telah dipertahankan dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan Oleh:

Nama : BIMBING ADHE ANUGRAH NIM : D 200 060 034

Disetujui pada

Hari : ……….

Tanggal : ………..

Tim Penguji

1. KETUA Ir. Sartono Putro, MT. ( ) 2. Anggota 1 Ir. Sunardi Wiyono, MT. ( ) 3. Anggota 2 Ir. Tri Tjahjono, MT. ( )

Mengetahui,

Dekan Ketua Jurusan

vi

HALAMAN MOTTO

Dan bahwasannya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang

diusahakannya. Dan bahwasannya usahanya itu kelak

akandiperlihatkan (Kepada-Nya).

(QS An-Najm : 39-40)

Hai orang-orang yang beriman, Jadikanlah sabar dan shalatmu Sebagai

penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar

.

(Al-Baqarah: 153)

Bekerjalah

untuk duniamu seakan-akan kau hidup selamanya,

beribadahlah untuk akhiratmu seakan-akan kau mati besok.

( Al Hadist )

Tidak ada masalah yang tidak bisa diselesaikan selama ada komitmen bersama

untuk menyelesaikannya.

( Penulis )

Jadilah seperti karang di lautan yang kuat dihantam ombak dan kerjakanlah

hal yang bermanfaat untuk diri sendiri dan orang lain, karena hidup hanyalah

sekali. Ingat hanya pada Allah apapun dan di manapun kita berada kepada

Dia-lah tempat meminta dan memohon.

vii ABSTRAKSI

Energi surya merupakan energi yang tidak polutif, bersifat kontinyu dan tidak dapat habis. Semua itu merupakan alasan utama dalam pengembangan dan pemanfaatan energi surya. Pemanas Air Tenaga Surya adalah alat yang berfungsi untuk memanaskan air dengan bantuan sinar matahari. Dalam rancang bangun Pemanas Air Tenaga Surya ini menitikberatkan pada variasi debit.

Pengujian Alat Pemanas Air Tenaga Surya dilakukan sebanyak dua kali yang meliputi pengukuran temperatur lingkungan, temperatur air masuk dan temperatur air keluar water heater surya pada skala debit 500cc/menit, 1000cc/menit, 1500cc/menit, 2000cc/menit, 2500cc/menit dan 3000cc/menit.. Pengukuran ini dilakukan pada selang waktu 30 menit yaitu pada pukul 11.30-14.00 WIB.

Dari hasil pengujian Alat Pemanas Air Tenaga Surya diperoleh

temperatur air keluar pada temperatur tertinggi 34,25 ˚C dengan debit

500 cc/menit sedangkan temperatur air keluar terendah 31,1˚C pada

debit 3000 cc/menit.

viii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan penuh harap ridho Allah SWT teriring perasaan syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang abadi, Aku mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :

 Bapak ( Ardicon ) dan Ibu ( Suharti ) yang dengan segala

kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan

pengorbanannya, senantiasa mendukung, membimbing dan mendo’akanku.

 Keluargaku ( Rizky dan Ratri ) dan keluarga besar yang sudah bantu dan suport untuk saya.

 Sahabatku (teman-teman angkatan 2006 teknik mesin yang selalu kompak, saling mendukung dan berbagi tidak akan saya lupakan )

 Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )

 Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah membimbing saya didalam perkuliah.

 Bapak Dosen pembimbing akedemik Ir. Bibit Sugito. MT., Bapak Dosen pembimbing satu tugas akhir Ir. Sartono Putro, MT.., dan Bapak Dosen pembimbing dua tugas akhir Ir. Sunardi Wiyono, MT., saya berterima kasih atas penggarahan dan bimbingan yang banyak diberikan di

ix

Universitas Muhammadiyah Surakarta. KATA PENGANTAR

Assalamu’ alaikum Wr. Wb.

Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusun laporan penelitian ini dapat terselesaikan.

Tugas Akhir berjudul “RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA VARIASI DEBIT”, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT., selaku Dekan I Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku pembimbing utama yang berkenan memberikan bimbingan, sehingga Tugas Akhir ini terselesaikan.

4. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT., selaku pembimbing pendamping yang memberikan petunjuk dan saran dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

x

5. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT., selaku pembimbing akademik yang telah memberikan saran dan nasehat selama kuliah di UMS.

6. Kedua orang tua dan keluarga yang telah memberikan segalanya sampai kuliah ini terselesaikan.

7. Kelompok pengerjaan Tugas Akhir (Sholichul Arif dan Heru Adi Nugroho ), terima kasih atas kerja samanya.

8. Dosen Jurusan Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

9. Teman-teman kost Morak-Marex dan kost MIK terima kasih atas bantuan, do’a dan dukungannya.

10. Teman–teman TM’06 , terima kasih atas kerjasama, kekompakan serta dukungannya.

Penulis menyadari dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharap kritik dan saran dari semua pihak.

Wassalamu ‘alaikum Wr. Wb.

Surakarta, Desember 2011

xi DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR. ... v

HALAMAN MOTTO... vi

ABSTRAK . ... vii

PERSEMBAHAN. ... viii

KATA PENGANTAR.. ... ix

DAFTAR ISI. ... xi

DAFTAR TABEL. ... xiv

DAFTAR GAMBAR. ... xv

DAFTAR NOTASI. ... xvii

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 4

1.3. Batasan Masalah. ... 3

1.4. Tujuan Penelitian ... 3

1.5. Manfaat Penelitian ... 5

1.6. Sistematika Penulisan ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kajian Pustaka ... 7

2.2. Landasan Teori ... 9

2.2.1. Energi Matahari. ... 9

2.2.2. Jenis-jenis Kolektor Surya. ... 11

2.2.3. Analisa Perpindahan Panas. ... 16

xii BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Diagram Alir Penelitian. ... 29

3.2. Bahan dan Alat. ... 30

3.3. Instalasi Penelitian. ... 34

3.4. Tahap Penelitian... 35

3.5. Lokasi Penelitian. ... 36

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Hasil Pengukuran. ... 38

4.2. Analisa Perhitungan ... 39

BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan. ... 46

5.2. Saran. ... ... 46

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Potensi Energi Terbarukan di Indonesia. ... 3 Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Temperatur Water heater Surya

Rata-rata... 38 Tabel 4.2. Tabel Hasil Analisis Perhitungan Rata-Rata Percobaan .... 42

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema sistim kolektor surya prismatic ... 13

Gambar 2.2. Penampang melintang kolektor surya pelat datar sederhana ... 14

Gambar 2.3. Konsentrator ... 15

Gambar 2.4. Evacuated Receiver ... 16

Gambar 2.5. Radiasi sorotan setiap jam pada permukaan miring ... 26

Gambar 3.1. Flowchart Penelitian ... 29

Gambar 3.2. Kolektor Surya Plat Datar ... 31

Gambar 3.3. Flow Meter ... 31

Gambar 3.4. Busur Derajat ... 32

Gambar 3.5. Selang Air ... 32

Gambar 3.6. Pompa ... 33

Gambar 3.7. Thermocouple ... 33

Gambar 3.8. Pembaca Thermocouple Digital. ... 34

Gambar 3.9. Stopwatch. ... 34

Gambar 3.10. Thermometer Dinding ... 35

Gambar 3.11. Instalasi Pengujian. ... 35

Gambar 3.12. Tahap Penelitian Alat. ... 36

Gambar 4.1. Grafik Hubungan Debit dengan Temperatur Air Keluar Rata Rata alat (T) ... 43

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Debit dengan Koefisiensi Perpindahan Kalor ... 44 Gambar 4.3. Grafik Hubungan Debit dengan Laju Perpindahan Kalor 45

xv

DAFTAR SIMBOL

A = Luas penampang (m2) Cp = Kalor jenis (kJ/kgoK) D = Diameter (m)

h = Koefisien perpindahan kalor (W/m2 0K) k = Konduktivitas thermal (W/moK)

L = Panjang (m)

m = Massa aliran (kg/s) Nu = Bilangan Nusselt Pr = Bilangan Prandtl

q = Laju perpindahan kalor (W) Re = Bilangan Reynolds

T = Temperatur (oK) V = Kecepatan (m/s)

v = Volume spesifik (m3/kg) ρ = Densitas (kg/m3)

5. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT., selaku pembimbing akademik yang telah memberikan saran dan nasehat selama kuliah di UMS.

6. Kedua orang tua dan keluarga yang telah memberikan segalanya sampai kuliah ini terselesaikan.

7. Kelompok pengerjaan Tugas Akhir (Sholichul Arif dan Heru Adi Nugroho ), terima kasih atas kerja samanya.

8. Dosen Jurusan Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

9. Teman-teman kost Morak-Marex dan kost MIK terima kasih atas bantuan, do’a dan dukungannya.

10. Teman–teman TM’06 , terima kasih atas kerjasama, kekompakan serta dukungannya.

Penulis menyadari dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharap kritik dan saran dari semua pihak.

Wassalamu ‘alaikum Wr. Wb.

Surakarta, Desember 2011

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR. ... v

HALAMAN MOTTO... vi

ABSTRAK . ... vii

PERSEMBAHAN. ... viii

KATA PENGANTAR.. ... ix

DAFTAR ISI. ... xi

DAFTAR TABEL. ... xiv

DAFTAR GAMBAR. ... xv

DAFTAR NOTASI. ... xvii

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 4

1.3. Batasan Masalah. ... 3

1.4. Tujuan Penelitian ... 3

1.5. Manfaat Penelitian ... 5

1.6. Sistematika Penulisan ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kajian Pustaka ... 7

2.2. Landasan Teori ... 9

2.2.1. Energi Matahari. ... 9

2.2.2. Jenis-jenis Kolektor Surya. ... 11

2.2.3. Analisa Perpindahan Panas. ... 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Diagram Alir Penelitian. ... 29

3.2. Bahan dan Alat. ... 30

3.3. Instalasi Penelitian. ... 34

3.4. Tahap Penelitian... 35

3.5. Lokasi Penelitian. ... 36

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Hasil Pengukuran. ... 38

4.2. Analisa Perhitungan ... 39

BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan. ... 46

5.2. Saran. ... ... 46

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Potensi Energi Terbarukan di Indonesia. ... 3 Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Temperatur Water heater Surya

Rata-rata... 38 Tabel 4.2. Tabel Hasil Analisis Perhitungan Rata-Rata Percobaan .... 42

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema sistim kolektor surya prismatic ... 13

Gambar 2.2. Penampang melintang kolektor surya pelat datar sederhana ... 14

Gambar 2.3. Konsentrator ... 15

Gambar 2.4. Evacuated Receiver ... 16

Gambar 2.5. Radiasi sorotan setiap jam pada permukaan miring ... 26

Gambar 3.1. Flowchart Penelitian ... 29

Gambar 3.2. Kolektor Surya Plat Datar ... 31

Gambar 3.3. Flow Meter ... 31

Gambar 3.4. Busur Derajat ... 32

Gambar 3.5. Selang Air ... 32

Gambar 3.6. Pompa ... 33

Gambar 3.7. Thermocouple ... 33

Gambar 3.8. Pembaca Thermocouple Digital. ... 34

Gambar 3.9. Stopwatch. ... 34

Gambar 3.10. Thermometer Dinding ... 35

Gambar 3.11. Instalasi Pengujian. ... 35

Gambar 3.12. Tahap Penelitian Alat. ... 36

Gambar 4.1. Grafik Hubungan Debit dengan Temperatur Air Keluar Rata Rata alat (T) ... 43

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Debit dengan Koefisiensi Perpindahan Kalor ... 44 Gambar 4.3. Grafik Hubungan Debit dengan Laju Perpindahan Kalor 45

DAFTAR SIMBOL

A = Luas penampang (m2) Cp = Kalor jenis (kJ/kgoK) D = Diameter (m)

h = Koefisien perpindahan kalor (W/m2 0K) k = Konduktivitas thermal (W/moK)

L = Panjang (m)

m = Massa aliran (kg/s) Nu = Bilangan Nusselt Pr = Bilangan Prandtl

q = Laju perpindahan kalor (W) Re = Bilangan Reynolds

T = Temperatur (oK) V = Kecepatan (m/s)

v = Volume spesifik (m3/kg) ρ = Densitas (kg/m3)