RANCANG BANGUN PROTOTIPE ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA SISTEM PIPA PANAS
RANCANG BANGUN PROTOTIPE ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA SISTEM PIPA PANAS SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ANDRE J D MANURUNG NIM. 110421054 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa sebab kasih dan anugrah yang melimpah sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi ini dengan judul
Rancang Bangun Prototipe Alat Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Pipa Panas. Skripsi ini disusun dan diselesaikan sebagai salah satu syarat untuk
menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa, nasihat dan bantuan baik materil, maupun moril dari berbagai pihak akhirnya skripsi ini dapat diselesaikan. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banya terimakasih kepada: 1.
Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
2. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST., MT., selaku dosen pembimbimg yang telah meluangkan waktunya dalam memberikan arahan dan masukan dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Ir. Tekad Sitepu, sebagai Dosen Pembanding I dan Bapak Ir.
Syahrul Abda,Msc, sebagai Pembanding II yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.
4. Para staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
5. Orang Tua penulis Jamuddin Manurung dan Liberta Manullang yang senantiasa mendukung penulis dalam daya, dana dan doa.
6. Abang Gom-gom Manurung.SP dan adik-adik David Manurung dan Lestari Manurung yang telah memberikan dukungan dalam menyelesaikan skripsi ini.
8. Dan yang terakhir sekali kepada seluruh rekan, teman dan sahabat yang tak dapat disebut satu per satu yang terus mendukung dan memberikan semangat dalam suka dan duka kepada penulis sehingga penulis dapat terus berjuang menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk perbaikan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan banyak terima kasih.
Medan, November 2014 Penulis, Andre J D Manurung
Abstrak
Energi surya yang sampai ke permukaan bumi, dapat dikumpulkan dan diubah menjadi energy panas yang berguna melalui bantuan suatu alat yang disebut kolektor surya. Kolektor termal surya merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menyerap energy surya, yang kemudian mengubah energy surya menjadi energy termal, dan mentransfer energy tersebut ke fluida kerja untuk kemudian digunakan secara langsung atau disimpan terlebih dahulu pada suatu unit penyimpanan panas. Dalam aplikasinya kolektor termal surya banyak digunakan sebagai alat pemanas air pada rumah-rumah. Air panas dibutuhkan oleh masyarakat luas, misalnya untuk air mandi atau pun mencuci barang yang berlemak dimana lebih mudah melarutkannya dalam sabun dengan menggunakan air hangat dibandingkan dengan air dingin. Pada umumnya air panas diperoleh dengan cara memasak air dengan menggunakan bahan bakar. Perlu diketahui penggunaan bahan bakar, yang umumnya adalah bahan bakar fosil akan menimbulkan polusi udara, yaitu terbentuknya CO, CO
2 dan lain-lain. Alat yang dirancang adalah kolektor surya dengan ukuran 1,16 m x 0,80 m x 0,21 m.
Kolektor surya terdiri dari lapisan kayu (Triplek), sterofoam dan rockwoll sebagai isolator, plat alumunium sebagai penyerap panas dan kaca sebagai penutup. Selain kolektor, dirancang juga ruang penampungan sebagai tempat pemanas air dengan ukuran 0,80 m x 0,45 m x 0,23 m dengan volume tampungan 5 liter. Pengujian
dilakukan selama 5 (lima) hari pada kondisi cuaca cerah.
Kata Kunci: Pemanas Air, Kolektor Surya, PindahanPanas
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ...................................................................................... i ABSTRAK ........................................................................................................ iii DAFTAR ISI ..................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ vi DAFTAR TABEL ........................................................................................... viii DAFTAR GRAFIK .......................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1.Latar Belakang ............................................................................... 1
1.2.Perumusan Masalah ....................................................................... 3
1.3.Tujuan ............................................................................................ 3
1.4.Manfaat .......................................................................................... 3
1.5.Sistematika Penulisan .................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 5
2.1Energi . ............................................................................................. 5
1.Energi Mekanis .............................................................................. 5
2.Energi Elektromagnetik ................................................................. 5
3.Energi Kimia .................................................................................. 6
4.Energi Nuklir ................................................................................. 6
5.Energi Surya................................................................................... 7
2.1 Radiasi Energi Surya....................................................................... 7
2.3 Perpindahan Panas .......................................................................... 9
1.Konduksi ......................................................................................... 9
2.Konveksi ......................................................................................... 10
3.Radiasi............................................................................................. 13
2.4 Perkembangan Teknologi Pemanas Air .......................................... 19
2.5 Alat Pemanas Air Tenaga Surya ..................................................... 22
2.6 Cara Kerja Alat Pemanas Air Tenaga Surya................................... 23
2.7 Energi Berguna Kolektor Alat Pemanas Air Tenaga Surya ............ 25
2.8 Energi Berguna yang Diberikan Kolektor ke Air ........................... 25
2.9Efisiensi dari Kolektor ..................................................................... 26
2.10 Sifat Refrigeran R-718 .................................................................. 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 27
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................... 27
3.2. Metode Desain .............................................................................. 27
3.3. Perancangan Alat .......................................................................... 27
3.4 Alat dan Bahan Pengujian yang Digunakan ................................... 29
3.5 Metode Pengumpulan Data ............................................................. 38
BAB IV RANCANG BANGUN DAN HASIL DATA .................................. 39
4.1. Desain Alat .................................................................................... 39
1. Desain Rangka ............................................................................... 39
2. Desain Kolektor ............................................................................. 39
4.2. Analisa Intensitas Radiasi matahari ............................................... 39
4.3. Analisa radiasi Hitungan Teoritis .................................................. 50
4.4. Energi Hilang pada Kolektor ......................................................... 53
1. Energi Hilang Melalui Dinding dan Alas Kolektor ....................... 53
2. Energi Hilang Melalui Permukaan Kaca ....................................... 60
3. Energi Hilang Radiasi Kolektor ..................................................... 61
4. Energi Berguna yang Diberikan Kolektor Ke air .......................... 62
5. Efisiensi Kolektor .......................................................................... 62
6. Massa Refrigeran Perpipa Sirkulasi ............................................... 64
4.5. Hasil Pengujian dan Grafik ............................................................ 65
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 77
5.1. Kesimpulan ................................................................................... 77
5.2. Saran ............................................................................................. 77
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Hubungan antara matahari dan bumi ........................................... 8Gambar 2.2 Alat Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Pipa-Panas ................... 23Gambar 2.3 Alat Pemanas Air Sistem Thermosiphon .................................... 23Gambar 2.4 Ilustrasi Panas yang Diserap oleh Absorber Alat Pemanas TenagaSurya ............................................................................................ 25
Gambar 3.1 Laptop .......................................................................................... 29 Gambar 3.2 Agilient 34972 A ..........................................................................30 Gambar 3.3 Hobo Microstation data logger ...................................................
31 Gambar 3.4 Wind Velocity Sensor.................................................................. 32
Gambar 3.5 Ambient Measurement Apparatus ............................................... 33Gambar 3.6 T and RH Smart Sensor ............................................................... 34Gambar 3.7 Pressure Gauge ............................................................................ 35Gambar 3.8 Pompa Vacum ............................................................................. 36Gambar 3.9 Triplek ......................................................................................... 36Gambar 3.10 Rockwool ..................................................................................... 37Gambar 3.11 Kaca ............................................................................................. 37Gambar 3.12 Pelat Aluminium .......................................................................... 38Gambar 4.1 Desain Rangka ............................................................................. 39Gambar 4.2 Desain Kolektor ........................................................................... 40
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Urutan Hari Berdasarkan Bulan .................................................. 8Tabel 2.2 Faktor koreksi iklim .................................................................... 17Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer ......................................................... 31Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor ................................................ 32Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus ........................................... 33Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor ............................................. 34Tabel 4.1 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 11 Juni 2014 .... 40Tabel 4.2 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 12 Juni 2014... 42Tabel 4.3 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 13 Juni 2014... 44Tabel 4.4 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 14 Juni 2014... 46Tabel 4.5 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 16 Juni 2014... 48Tabel 4.6 Radiasi total tanggal 11 juni ........................................................ 53Tabel 4.7 Data Hasil Pengujian Pada tanggal 11 Juni 2014 ........................ 65Tabel 4.8 Data Hasil Pengujian Pada tanggal 12 Juni 2014 ........................ 68Tabel 4.9 Data Hasil Pengujian Pada tanggal 13 Juni 2014 ........................ 69Tabel 4.10 Data Hasil Pengujian Pada tanggal 14 Juni 2014 ........................ 70Tabel 4.11 Data Hasil Pengujian Pada tanggal 16 Juni 2014 ........................ 72DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 11 Juni 2014 .......... 41 Grafik 4.2 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 12 Juni 2014 .......... 43 Grafik 4.3 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 13 Juni 2014 .......... 45 Grafik 4.4 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 14 Juni 2014 .......... 47 Grafik 4.5 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 16 Juni 2014 .......... 49 Grafik 4.6 Grafik temperatur vs waktu tanggal 11 juni 2014 ....................... 67 Grafik 4.7 Grafik temperatur vs waktu tanggal 12 juni 2014 ....................... 69 Grafik 4.8 Grafik temperatur vs waktu tanggal 13 juni 2014 ....................... 71 Grafik 4.9 Grafik temperatur vs waktu tanggal 14 juni 2014 ....................... 73 Grafik 4.10 Grafik temperatur vs waktu tanggal 16 juni 2014 ....................... 75