PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK DILENGKAPI ABSORBER MIRING

PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK DILENGKAPI ABSORBER MIRING SKRIPSI

  Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

HERU MANIMBUL HUTASOIT NIM. 090401043 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

  

PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK

DILENGKAPI ABSORBER MIRING

HERU MANIMBUL HUTASOIT

NIM. 09 0401 043

  Diketahui / Disahkan : Disetujui Oleh : Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Ketua,

  Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Tekad Sitepu NIP: 1964 1224 1992 111001 NIP : 195212221978031002

PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK DILENGKAPI ABSORBER MIRING HERU MANIMBUL HUTASOIT NIM. 090401043

  Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 695 pada Tanggal 25 Juli 2014

  Pembimbing, Ir.Tekad Sitepu

  NIP. 195212221978031002

  

PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK

DILENGKAPI ABSORBER MIRING HERU MANIMBUL HUTASOIT NIM. 090401043

  Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 695 pada Tanggal 25 Juli 2014

  Pembanding I, Pembanding II, Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST., MT Tulus B Sitorus, ST., MT NIP. 197206102000121001 NIP. 197209232000121003

  DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN

KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJA NA MAHASISWA

  NO : 2133/TS/2013 Sub. Program Studi : Konversi Energi Bidang Studi : Perpindahan Panas Judul Tugas : Pengujian Kompor Surya Tipe Kotak Dilengkapi Absorber Miring.

  Diberikan Tgl. : 18 Februari 2014 Selesai Tgl.: 18 Agustus 2014 Dosen Pembimbing : Ir. Tekad Sitepu Nama Mhs : Heru Manimbul H.

  N.I.M : 090401043 Tanda Tangan

  No. Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Dosen Pemb.

  1.

  18 Februari 2014 Spesifikasi tugas skripsi 2.

  27 Februari 2014 ACC proposal 3.

  3 Maret 2014 Asistensi Bab I 4.

  15 Maret 2014 Asistensi Bab II 5.

  12 Mei 2014 Asistensi Bab III 6.

  7 Juni 2014 Pembuatan Alat 7.

  14 Juni 2014 Pengujian 8.

  21 Juni 2014 Asistensi Bab IV 9.

  10 Juli 2014 Asistensi Bab V 10.

  17 Juli 2014 Asistensi keseluruhan 11.

  19 Juli 2014 ACC seminar 12.

  CATATAN : Diketahui, 1.

  Ketua Departemen Teknik Mesin Kartu ini harus diperlihatkan kepada

  Dosen Pembimbing setiap Asistensi. F.T. U.S.U 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi.

  3. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen, bila kegiatan Asistensi telah selesai. Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP 196412241992111001

  DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 2133/TS/2013 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : 17 / 02 /2013 MEDAN PARAF :

TUGAS SARJANA

  NAMA : HERU MANIMBUL HUTASOIT N I M : 090401043 MATA PELAJARAN : PERPINDAHAN PANAS SPESIFIKASI : Lakukanlah pengujian sebuah kompor surya tipe kotak yang dilengkapi absorber miring sebagai kolektor dan penyuplai panas pada kompor surya tersebut secara konveksi natural dengan luas absorber rata dan miring adalah 0,59 m x 0,59 m dan 0,9 m x 0,59 m. Ujilah kompor tersebut dengan memanaskan air (H

  2 O) secara

  langsung pada kondisi cerah. Lakukanlah pengukuran temperatur maksimum yang dicapai air, efisiensi kompor tersebut dan intensitas radiasi matahari selama pengujian berlangsung.

  DIBERIKAN TANGGAL : 18 Februari 2014 SELESAI TANGGAL : 18 Agustus 2014

  MEDAN, 18 Februari 2014 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING, Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Tekad Sitepu NIP.1964 1224 1992 111001 NIP : 195212221978031002

  

PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK

DILENGKAPI ABSORBER MIRING HERU MANIMBUL HUTASOIT NIM. 090401043 Telah disetujui oleh:

  Pembimbing, Ir.Tekad Sitepu

  NIP. 195212221978031002 Penguji I,

  Penguji II, Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST., MT Tulus B Sitorus, ST., MT

  NIP. 197206102000121001 NIP. 197209232000121003

  

Diketahui oleh :

  Departemen Teknik Mesin Ketua,

  Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul

  “PENGUJIAN KOMPOR SURYA TIPE KOTAK DILENGKAPI ABSORBER MIRING ” dengan baik. 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, penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak berupa dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materil, moril, maupun spirital. Untuk itu pada kesempatan ini, Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Kedua orang tua penulis M.Hutasoit dan R.Sihotang yang tidak pernah putus- putusnya memberikan dukungan materil dan doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.

  2. Bapak Ir. Tekad Sitepu selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

  3. Bapak Dr.Eng. Himsar Ambarita,ST.MT. dan Bapak Tulus B.Sitorus, ST.MT sebagai dosen pembanding yang telah bersedia memberikan saran dan kritik yang sangat membangun.

  4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

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

  6. Bapak Mahadi, ST selaku dosen wali.

  7. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Jurusan Teknik Mesin di Universitas sumatera Utara, Yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan. ii

  8. Rekan satu team skripsi yaitu Zulvia C.Ginting.

  9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara terkhusus stambuk 2009 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.

  Dengan sepenuh hati, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata,penulis mengucapkan terima kasih atas perhatiannya.

  Medan, 18 Februari 2014 Penulis,

  Heru Manimbul Hutasoit iii

  ABSTRAK

  Penelitian dilakukan melalui percobaan memanaskan air dengan kompor surya tipe kotak yang dilengkapi absorber dan miring yang memiliki luas kolektor 0,59 m x 0,59 m dan 0,9 m x 0,59 m. Penelitian dilakukan pada kondisi cuaca cerah. Pada kompor surya diharapkan absorber miring dapat mensuplai panas dengan prinsip konveksi alamiah. Percobaan dilakukan dengan memanaskan air sebanyak 1, 2 dan 3

  o o o

  liter mencapai suhu 87,83

  C, 77,97

  C, dan 88,74 C dengan efisiensi 4,357 %, 6,091 % dan 10,419 %. Perbedaan temperatur tersebut dipengaruhi oleh besarnya intensitas radiasi selama pengujian dengan besar intersitas radiasi pengukuran rata-rata 595,9

  2

  2

2 W/m , 478,5 W/m , dan 619,26 W/m . Efisiensi meningkat seiring meningkatnya

  kapasitas air yang diuji serta laju penyerapan energi oleh air. Semakin banyak energi yang diserap oleh air maka efisiensi akan meningkat pula. Energi panas yang diterima air selama pengujian 1 liter, 2 liter dan 3 liter adalah 0,2397 MJ, 0,423 MJ ,dan 0,735 MJ dengan energi radiasi yang diserap oleh absorber sebesar 5,5 MJ, 6,94 MJ dan 7,05 MJ.

  Kata kunci : energi surya, kompor surya, konveksi alamiah iv

  ABSTRACT The study was conducted through an experiment heating water with solar cookers box type absorber equipped and oblique that has collector area of 0.59 mx 0.59 mx 0.59 m and 0.9 m. The study was conducted in fine weather conditions. In the solar cooker can be tilted absorber is expected to supply heat to the principle of natural convection. Experiments carried out by heating the water as much as 1, 2 and 3 liters of reach temperatures 87,83oC, 77,97oC, and 88.74 ° C with efficiency 4.357%, 6.091% and 10.419%. The difference in temperature is influenced by the magnitude of the intensity of radiation during the tests with large intersitas average radiation measurements 595.9 W / m 2, 478.5 W / m 2, and 619.26 W / m 2. Efficiency increases with increasing the capacity of the water tested as well as the rate of energy absorption by water. The more energy that is absorbed by water, the efficiency will increase as well. Heat energy received 1 liter of water during the test, 2 liters and 3 liters is 0.2397 MJ, MJ 0.423, and 0.735 MJ of radiation energy absorbed by the absorber at 5.5 MJ, 6.94 MJ and

  7.05 MJ Key words: solar energy, solar cookers, natural convection

  v

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i KATA PENGANTAR ...................................................................................... ii ABSTRAK ........................................................................................................ iv ABSTRACT ......................................................................................................... v DAFTAR ISI .................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... viii DAFTAR GRAFIK.......................................................................................... ix DAFTAR SIMBOL........................................................................................... x DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi

  BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1

  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 ...................................................................... 5

  2.1 Perpindahan Panas ....................................................................................... 5

  2.1.1 Perpindahan Panas Konduksi ............................................................. 5

  2.1.2 Teori Dasar Konveksi .......................................................................... 5

  2.1.3 Perhitungan Panas Radiasi................................................................ 6

  2.2 Radiasi Surya ............................................................................................... 6

  2.2.1 Teori Dasar Radiasi Surya ................................................................... 7

  2.2.2 Posisi Matahari .................................................................................... 9

  2.3 Konveksi Paksa............................................................................................ 11

  2.4 Konveksi Alamiah ....................................................................................... 12

  2.4.1 Konveksi Alamiah pada Plat luar ...................................................... 12

  2.4.2 Konveksi Alamiah pada Ruang Tertutup .......................................... 13

  2.5 Efisiensi Termal ........................................................................................... 17

  2.6 Pemanfaatan Energi Surya ........................................................................... 18 vi

  2.7 Kompor Surya ............................................................................................. 21

  2.7.1 Sejarah Kompor Surya........................................................................ 21

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...................................................... 23

  3.1 Objek Penelitian .......................................................................................... 23

  3.2 Parameter Penelitian .................................................................................... 23

  3.3 Waktu dan Tempat ....................................................................................... 23

  3.4 Peralatan Pengujian ..................................................................................... 23

  3.5 Bahan Pengujian .......................................................................................... 27

  3.6 Experimental Setup...................................................................................... 29

  3.7 Prosedur Pengujian ...................................................................................... 31

  BAB IV DATA DAN ANALISA DATA ......................................................... 32

  4.1 Design Kompor Surya ................................................................................. 33

  4.2 Rancangan Perhitungan Kehilangan Panas Kompor Surya ......................... 47

  4.3 Hasil Pengujian ............................................................................................ 47

  4.3.1 Hasil Pengujian 11 Juni 2014 ............................................................ 48

  4.3.2 Hasil Pengujian 12 Juni 2014 ............................................................ 50

  4.3.3 Hasil Pengujian 13 Juni 2014 ............................................................ 51

  4.4 Analisa Data Hasil Pengujian ...................................................................... 51

  4.4.1 Analisa Data Hasil Pengujian 11 Juni 2014 ...................................... 55

  4.4.2 Analisa Data Hasil Pengujian 12 Juni 2014 ...................................... 59

  4.4.3 Analisa Data Hasil Pengujian 13 Juni 2014 ...................................... 62

  4.5 Efisiensi ....................................................................................................... 62

  4.5.1 Efisiensi Pengujian 11 Juni 2014 ...................................................... 62

  4.5.2 Efisiensi Pengujian 12 Juni 2014 ...................................................... 63

  4.5.3 Efisiensi Pengujian 13 Juni 2014 ...................................................... 64

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN........................................................... 64

  5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 64

  5.2 Saran ............................................................................................................ 64

  DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 65 LAMPIRAN .......................................................................................................

  vii

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Radiasi sorotan tiap jam pada permukaan miring dari pengukuran I .................................................................................. 8

  b

Gambar 2.2 Radiasi sinar matahari ...................................................................... 9Gambar 2.3 Deklinasi matahari ........................................................................... 10Gambar 2.4 Posisi sudut matahari ....................................................................... 11Gambar 2.5 Ruang tertutup yang tinggi dan rendah ............................................ 13Gambar 2.6 Ruang tertutup ................................................................................. 14Gambar 2.7 konveksi alamiah pada ruang tertutup yang miring ....................... 16Gambar 2.8 Solar Water Heater[ ..................................................................... 19Gambar 2.9 Kompor surya panel ...................................................................... 19Gambar 2.10 Solar Driers ................................................................................... 20Gambar 3.1 Komputer ...................................................................................... 23Gambar 3.2 Agilient 3 a 972 A......................................................................... 24

  Gambar3.3 Hobo Microstation data logger ...................................................... 25

Gambar 3.4 Kompor Surya ................................................................................. 26Gambar 3.5 Kayu .............................................................................................. 28Gambar 3.6 Rockwool ...................................................................................... 28Gambar 3.7 Kaca .............................................................................................. 29Gambar 3.8 Sterofoam ........................................................................................ 29Gambar 3.9 Pelat Aluminium ............................................................................. 29Gambar 3.10 Experiment Setup .......................................................................... 30Gambar 3.11 Diagram Alir ............................................................................... 32Gambar 4.1 Design Kompor Surya ..................................................................... 33Gambar 4.2 Body 1 Kompor Surya ..................................................................... 34Gambar 4.3 Body 2 Kompor Surya ..................................................................... 41 viii

  DAFTAR GRAFIK

  Grafik 4.1 Temperatur terhadap waktu pada pengujian I. .................................... 36 Grafik 2.2 Intensitas Rad.Matahari terhadap waktu pada pengujian I ................ 37 Grafik 4.3 Temperatur terhadap waktu pada pengujian II ................................... 38 Grafik 4.4 Intensitas Rad.Matahari terhadap waktu pada pengujian II ............... 38 Grafik 4.5 Temperatur terhadap waktu pada pengujian III .............................. 39 Grafik 4.6 Intensitas Rad.Matahari terhadap waktu pada pengujian III ........... 40 Grafik 4.7 korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global ....................... 42 ix

  DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan

  2 A Luas penampang m

  Panas jenis kJ/kg. K

  2 W/m . K

  Koefisien perpindahan panas konveksi ℎ

  Konduktivitas termal bahan W/m. K L Panjang plat m t m

  Tebal isolasi

• Bilangan Nusselt - Bilangan Prandtl Bilangan Reynold kJ Temperatur lingkungan luar

  ∞

  ℃ Temperatur permukaan

  ℃

  2 Viskositas kinematik m /s

  2 I

  W/m Intensitas radiasi

• Bilangan Rayleigh q Laju perpindahan panas W

  Q Energi panas MJ

  m Massa zat kg

  2 g Grafitasi

  m/s

  Huruf Yunani Simbol Arti Satuan o

  Perbedaan Temperatur awal dan akhir C ∆

  3 Massa Jenis kg/m

• - Effisiensi

  Koefisien udara 1/K

  2

  4 Konstanta Stefan Boltzomann(5,67 x 10-8) σ

  / Emisivitas bahan

• x

  ε

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sudut kritis ruang tertutup miring ....................................................... 17Tabel 4.1 Perhitungan Radiasi pada Permukaan Miring hari I............................ 43Tabel 4.2 Perhitungan Radiasi pada Permukaan Miring hari II ........................ 46Tabel 4.3 Perhitungan Radiasi pada Permukaan Miring hari III ........................ 50

  xi