KATA PENGANTAR - Analisa Mesin Pendingin Adsorpsi Dengan Menggunakan Tenaga Matahari

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

  Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih dengan judul “ANALISA MESIN PENDINGIN

  ADSORPSI DENGAN MENGGUNAKAN TENAGA MATAHARI ”

  Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini dengan ketulusan hati penulis ingin menghaturkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Kedua Orang Tua (H. Akhiruddin Rambe dan Hj. Mahjanun Siregar), Kepada Abang dan Adik-adikku tersayang, Hotman Efendi Rambe, Aman Aswadi Rambe, Fatimah Hanum Rambe dan Fitri Yani Rambe yang telah

.

memberikan doa dan dukungannya

  2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing, memotivasi, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

  3. Bapak Dr.Eng Himsar Ambarita yang juga banyak membantu dalam memberikan fasilitas alat penelitian dalam perancangan ini.

  4. Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME (Dekan Fakultas Teknik USU), beserta segenap staf dan jajarannya.

  5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

  6. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.

  7. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

  8. Rekan satu tim Imam Handoko Putra atas kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini.

  9. Seluruh teman-teman penulis dan anak kost 72, atas semua doa dan dukungannya.

  10. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya kepada kawan-kawan seperjuangan Angkatan 2011 yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah banyak membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Sarjana ini, Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran-saran yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini dikemudian hari.

  Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan doa kepada Tuhan Yang Maha Esa semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat untuk kita semua.

  Medan, 08 Januari 2015 Penulis Mhd. Darwis Rambe

  

DAFTAR ISI

  KATA PENGANTAR ........................................................................... i ABSTRAK ............................................................................................. iii ABSTRACT ........................................................................................... iv DAFTAR ISI .......................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ............................................................................. viii DAFTAR TABEL .................................................................................. x DAFTAR SIMBOL ................................................................................ xi

  BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .....................................................................

  1 1.2 Tujuan Penelitian .................................................................

  2 1.3 Batasan Masalah ...................................................................

  2 1.4 Manfaat Penelitian ...............................................................

  2 1.5 Sistematika Penulisan ..........................................................

  3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Mesin Pendingin Adsorpsi .......................................

  4 2.2 Evaporator ............................................................................

  5 2.2.1 Perpindahan Kalor Didalam Evaporator ...............

  5 2.2.2 Jenis Evaporator ....................................................

  6 2.3 Kondensor ............................................................................

  8 2.3.1 Prinsip Kerja Kondensor .......................................

  8 2.3.2 Analisis Kondensor ................................................

  9 2.4 Kolektor ...............................................................................

  10 2.4.1 Kolektor Surya Pelat Rata .....................................

  10 2.4.2 Efisiensi Sirip ........................................................

  13 2.4.3 Koefisien Kerugian, U L .........................................

  14 2.4.4 Faktor Efisiensi ......................................................

  18 2.4.5 Efisiensi Termal Kolektor Surya ............................

  19 2.5 Kalor (Q) ..............................................................................

  20 2.5.1 Kalor Laten ............................................................

  20 2.5.2 Kalor Sensibel ........................................................

  20

  2.5.3 Tinjauan Pindahan Panas .......................................

  21 2.5.4 Perpindahan Panas konduksi ..................................

  21 2.5.5 Perpindahan Panas Konveksi .................................

  23 2.5.6 Perpindahan Panas Radiasi ....................................

  24 2.6 Adsorben ..............................................................................

  25 2.6.1 Alumina Aktif Moleculer Seave 13X ....................

  25 2.7 Refrigeran .............................................................................

  27 2.7.1 Metanol ..................................................................

  30 2.7.2 Keamanan Refrigeran.............................................

  31 2.8 Siklus Adsorpsi ....................................................................

  32 2.8.1 Teori Umum Adsorpsi ...........................................

  32 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Metode Pelaksanaan Penelitian ............................................

  35 3.2 Tempat dan Waktu ...............................................................

  36 3.3 Bahan dan Alat ......................................................................

  36 3.4 Perancangan Mesin Pendingin Tenaga Surya ......................

  43 3.5 Dimensi Utama Alat Penelitian ............................................

  44 3.6 Langkah Pembuatan Mesin Pendingin Tenaga Surya ..........

  49 3.6.1 Kolektor .................................................................

  49 3.6.2 Kondensor ..............................................................

  52 3.6.3 Evaporator ..............................................................

  52 3.7 Pelaksanaan Penelitian .........................................................

  53 BAB IV ANALISA DATA 4.1 Data Hasil Pengujian ............................................................

  55 4.2 Pengolahan Data ...................................................................

  59 4.2.1 Pengujian Hari Pertama ........................................

  60 4.2.1.1 Kolektor ..............................................................

  60 4.2.1.2 Kondensor ...........................................................

  62 4.2.1.3 Evaporator ...........................................................

  65 4.2.2 Pengujian Hari Kedua ............................................

  69 4.2.2.1 Kolektor ..............................................................

  69 4.2.2.2 Kondensor ...........................................................

  71

  4.2.2.3 Evaporator ...........................................................

  74 4.2.3 Pengujian Hari Ketiga ............................................

  77 4.2.3.1 Kolektor ..............................................................

  77 4.2.3.2 Kondensor ...........................................................

  80 4.2.3.3 Evaporator ...........................................................

  82 4.3 Temperatur Lingkungan dan Radiasi Matahari ....................

  87 4.4 Analisa Grafik .......................................................................

  89 4.4.1 Kolektor ...............................................................

  89 4.4.2 Kondensor ..............................................................

  91 4.4.3 Evaporator ..............................................................

  94 4.4.4 Tekanan Absorber dan Tekanan Evaporator ..........

  96 4.4.5 Perbandingan Hasil Pengujian ...............................

  99 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan .......................................................................... 101

  5.2 Saran ..................................................................................... 102 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Pemanasan Kolektor Dengan Tenaga Surya ............

  46 Gambar 3.10 Posisi Adsorber Pada Kotak Isolasi ..................................

  53 Gambar 4.1 Grafik Radiasi Matahari vs Waktu ......................................

  52 Gambar 3.21 Pengerjaan Evaporator ......................................................

  51 Gambar 3.20 Proses Pengerjaan Kondensor ...........................................

  51 Gambar 3.19 Penyambungan Pipa Kolektor ...........................................

  50 Gambar 3.18 Pemasangan Jaring Kawat .................................................

  49 Gambar 3.17 Pengisian Adsorben ...........................................................

  49 Gambar 3.16 Wadah Penampungan Air..................................................

  48 Gambar 3.15 Kotak Insuli .......................................................................

  48 Gambar 3.14 Ukuran Evaporator ............................................................

  47 Gambar 3.13 Model Evaporator ..............................................................

  47 Gambar 3.12 Model Kondensor ..............................................................

  46 Gambar 3.11 Model Kaca Kolektor ........................................................

  45 Gambar 3.9 Model Kotak Isolasi ............................................................

  4 Gambar 2.2 Kerugian Panas Kolektor ....................................................

  44 Gambar 3.8 Ruang Bagian Dalam Kolektor ...........................................

  43 Gambar 3.7 Model Kolektor ...................................................................

  43 Gambar 3.6 Proses Adsorpsi Mesin Pendingin Tenaga Surya ................

  42 Gambar 3.5 Proses Desorpsi Mesin Pendingin Tenaga Surya ................

  39 Gambar 3.4 Manometer Vakum ..............................................................

  38 Gambar 3.3 Hobo Microstation Data Logger .........................................

  37 Gambar 3.2 Agilent .................................................................................

  33 Gambar 3.1 Pompa Vakum .....................................................................

  30 Gambar 2.7 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi ......................................

  27 Gambar 2.6 Metanol ( CH 3 OH ) .............................................................

  26 Gambar 2.5 Alumina Aktif Moleculer Sieve 13X ..................................

  16 Gambar 2.4 Bentuk Molekul Molecular Sieve .......................................

  15 Gambar 2.3 Sirkuit Ekivalen Untuk Tahanan Perpindahan Panas Melalui Bagian Atas Kolektor, I/Ut ...................................

  87

Gambar 4.2 Grafik Temperatur Lingkungan vs Waktu ..........................

  88 Gambar 4.3 Grafik Temperatur Adsorber Hari Pertama .........................

  89 Gambar 4.4 Grafik Temperatur Adsorber Hari Kedua ...........................

  90 Gambar 4.5 Grafik Temperatur Adsorber Hari Ketiga ...........................

  91 Gambar 4.6 Grafik Temperatur Kondensor Hari Pertama ......................

  92 Gambar 4.7 Grafik Temperatur Kondensor Hari Kedua .........................

  93 Gambar 4.8 Grafik Temperatur Kondensor Hari Ketiga ........................

  93 Gambar 4.9 Grafik Temperatur Evaporator Hari Pertama ......................

  94 Gambar 4.10 Grafik Temperatur Evaporator Hari Kedua ......................

  95 Gambar 4.11 Grafik Temperatur Evaporator Hari Ketiga ......................

  96 Gambar 4.12 Grafik Tekanan vs Waktu Pada Hari Pertama ..................

  97 Gambar 4.13 Grafik Tekanan vs Waktu Pada Hari Kedua .....................

  97 Gambar 4.14 Grafik Tekanan vs Waktu Pada Hari Ketiga .....................

  98

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kondukvitas termal beberapa bahan kolektor surya ...............

  14 Tabel 2.2 Sifat Metanol ...........................................................................

  31 Table 3.1 Spesifikasi Pyranometer .........................................................

  40 Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor ............................................

  40 Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus .......................................

  41 Tabel 3.4 T and RH Smart Sensor ..........................................................

  42 Tabel 4.1 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari pertama ..

  55 Tabel 4.2 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari pertama ..

  56 Tabel 4.3 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari kedua ......

  56 Tabel 4.4 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari kedua ......

  57 Tabel 4.5 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari ketiga ......

  58 Tabel 4.6 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari ketiga ......

  58 Tabel 4.7 Hasil Pengujian .......................................................................

  99 Tabel 4.8 Hasil Pengujian Sebelumnya .................................................. 100

  DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan Satuan Q cool Kalor pendinginan Joule Q drive Kalor kerja Joule

  ∆H Perubahan entalpi Kj/Kg CS Perubahan entropi Kj/Kg C

  V Kalor spesifik volume tetap J/Kg.K

  C P Kalor spesifik tekanan tetap J/Kg.K QL Kalor laten J Le Kapasitas kalor spesifik laten J/Kg m Massa zat Kg Qs Kalor sensibel J ∆T

  Beda Temperatur K Qsp Kapasitas pendinginan spesifik Kj/s/m

  2

  h Koefesien konveksi W/(m

  2

  k) A Luas penampang m

  2

  ∆x Jarak pusat adsorben ke plat k Koefesien konduksi W/m.K t Interval waktu S T eva Temperatur evaporator K T gene Temperatur generator K q Laju perpindahan panas Watt p Tekanan CmHg ε1 Emisivitas dari pelat penyerap ε2 emisivitas dari pelat kaca α Harga absorpsivitas ρ Massa jenis Kg/Cm

  3

  η Efisiensi q u Total intensitas matahari W/m

  2

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Penggunaan energi besar – besaran saat ini telah membuat manusia mengalami krisis energi, ini di sebabkan ketergantungan terhadap bahan bakar fosil seperti minyak dan gas alam sangat tinggi. Sebagaimana yang kita ketahui, bahan bakar fosil merupakan sumber daya alam yang tidak dapat kita perbarui dan akan habis suatu saat. Untuk mengatasi krisis energi masa depan beberapa alternatif sumber energi mulai dikembangkan, salah satunya ialah energi matahari, energi matahari biasa digunakan sebagai penerang dan sumber panas bagi kehidupan sehari - hari namun ternyata energi matahari dapat dikembangkan menjadi sumber energi lainnya.

  Seperti kita ketahui energi surya dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi panas dan sebagai sumber energi listrik. Salah satu aplikasi dari pemanfaatan energi termal matahari adalah mesin pendingin siklus adsorpsi. Mesin ini digerakkan oleh tenaga matahari dan tidak menggunakan energi mekanik sama sekali. Dengan karakteristik iklim cuaca kota Medan, sangat diperlukan pendinginan yang umumnya digunakan untuk pengkondisian udara. Keunggulan utama siklus ini adalah temperatur regenerasi yang relatif rendah sehingga cocok untuk aplikasi energi surya dan tidak memiliki bagian yang berputar karena semua gerakan fluida memanfaatkan efek alamiah.

  Keunggulan dari mesin pendingin siklus adsorpsi ini adalah temperatur regenerasi yang relatif rendah sehingga cocok untuk aplikasi energi surya dan tidak memiliki bagian yang berputar karena semua gerakan fluida memanfaatkan efek alamiah.

  Penelitian ini merupakan tahap lanjutan penelitian sebelumnya. Adapun perbedaan pada penelitian sebelumnya adalah penggunaan molecular sieve 13X sebagai adsorben dan methanol sebagai refigeran, serta ada sedikit perbedaan pada ukuran rangka mesin.

  1.2.1 Tujuan umum

• Mahasiswa mampu membuat mesin pendingin tenaga surya siklus adsorpsi.

  1.2.2 Tujuan khusus a.

  Mengetahui temperatur minimum air yang didinginkan.

  b.

  Mengetahui temperatur maksimum dari kolektor surya.

  c.

  Mengetahui laju perpindahan panas dari kolektor, kondensor, dan evaporator.

  1.3 Batasan Masalah

  Dalam skripsi ini, penulis mambatasi masalah pada : a.

  Adsorben yang digunakan pada penelitian ini adalah alumina aktif moleculer seave 13X dan refrigeran yang digunakan adalah metanol.

  b.

  Massa alumina aktif moleculer sieve 13X 7 Kg dan rerigeran metanol 4 Liter.

  c.

  Sudut kolektor pada penelitian adalah 30°.

  1.4 Manfaat penulisan

  Manfaat dari penulisan skripsi ini adalah a.

  Perancang berikutnya pada umumnya dan bagi mahasiswa pada khususnya yang akan membahas hal yang sama dan untuk dijadikan bahan referensi atau sebagai bahan perbandingan.

  b.

  Memberikan masukan kepada masyarakat, khususnya mereka yang tertarik pada mesin pendingin tenaga surya untuk mengurangi penggunaan energi listrik.

  c.

  Penerapan ilmu pengetahuan baik secara teori maupun praktek.

  d.

  Menjadi bahan referensi pengetahuan dalam bidang teknologi tepat guna.

  e.

  Dengan direncanakan dan dibuat alat ini diharapkan alat ini dapat digunakan untuk mempermudah dan memenuhi kebutuhan masyarakat.

1.5 Sistematika penulisan

  Sistematika penulisan skripsi ini meliputi 5 (lima) bab, sebagai berikut:

  Bab I Pendahuluan Bab ini membahas latar belakang penulisan skripsi, tujuan penulisan, batasan masalah, dan manfaat penulisan ksripsi. Bab II Tinjauan Pustaka Bab ini membahas teori-teori yang dapat mendukung dan menjadi pedoman

  dalam penyusunan skripsi. Pada bab ini dibahas teori tentang perpindahan panas,teori tentang kolektor surya pelat surya dan prinsip kerja mesin pendingin.

  Bab III Metodologi Penelitian Bab ini berisikan metode pelaksanaan skripsi dan juga membahas alat dan bahan yang digunakan. Bab IV Analisa dan Pembahasan Bab ini membahas hasil pengujian. Data yang dianalisa berupa temperatur dan tekanan pada adsorber. Bab V Kesimpulan dan Saran Bab ini membahas tentang kesimpulan hasil dari metodologi, analisa dan pembahasan dan juga membahas saran.