perancangan pemanas air tenaga surya...
Post on 29-Nov-2020
17 Views
Preview:
TRANSCRIPT
i
PERANCANGAN PEMANAS AIR TENAGA SURYA
KAPASITAS 25 LITER
TUGAS AKHIR
BIDANG KONVERSI ENERGI
Diajukan kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan
Program Sarjana Teknik (S1)
Oleh :
ZAINUDDIN
09510002
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2014
ii
Poster
iii
LEMBARAN PENGERAHAN
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Satu Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun Oleh :
Zainuddin
NIM : 09510002
Yang telah disahkan oleh :
Dosen Pembimbing I Pembimbing II
(Ir. Hery Mujayin Kholik, MT) (Ir. Ali Saifullah, MT)
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Mesin
(Ir. Mulyono, MT)
iv
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
JL. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318 – 21 Psw. 127
Fax. (0341) 460782 Malang 65144
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR
Nama : Zainuddin
Nim : 09510002
Bidang Keahlian : Konvesi Energi
No. ST. Pemb. TA : E.2/106/FT/III/2013
Judul : Perancangan Pemanas Air Tenaga Surya Kapasitas
25 Liter Air
Pembimbing I : Ir. Hery Mujayin Kholik, MT
No. Catatan Asistensi Paraf
Dosen Pembimbing I
1 Persetujuan Judul dan Konsutasi Bab I
2 ACC Bab I
3 Konsultasi Bab II
4 ACC Bab II
5 Konsultasi Bab III
6 ACC Bab III
7 Konsultasi Bab IV
8 ACC Bab IV
9 Konsultasi Bab V dan Seminar Hasil
10 ACC Bab V dan Seminar Hasil
Mengetahui :
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Ir. Mulyono, MT
Malang, 23 Januari 2014
Dosen Pembimbing I
Ir. Hery Mujayin Kholik, MT
v
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
JL. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318 – 21 Psw. 127
Fax. (0341) 460782 Malang 65144
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR
Nama : Zainuddin
Nim : 09510002
Bidang Keahlian : Konvesi Energi
No. ST. Pemb. TA : E.2/106/FT/III/2013
Judul : Perancangan Pemanas Air Tenaga Surya Kapasitas
25 Liter Air
Pembimbing II : Ir. Ali Saifullah, MT
No. Catatan Asistensi Paraf
Dosen Pembimbing II
1 Persetujuan Judul dan Konsutasi Bab I
2 ACC Bab I
3 Konsultasi Bab II
4 ACC Bab II
5 Konsultasi Bab III
6 ACC Bab III
7 Konsultasi Bab IV
8 ACC Bab IV
9 Konsultasi Bab V dan Seminar Hasil
10 ACC Bab V dan Seminar Hasil
Mengetahui :
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Ir. Mulyono, MT
Malang, 23 Januari 2014
Dosen Pembimbing II
Ir. Ali Saifullah, MT
vi
LEMBAR SURAT PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah :
Nama : Zainuddin
Nim : 09510002
Tempat/Tanggal Lahir : Telaga Itar, 25 Juli 1990
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :
Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “Perancangan Pemanas Air Tenaga
Surya” Yang diajukan untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang, sejauh yang saya
ketahui bukan merupakan duplikasi (“PLAGIASI”) dari skripsi yang sudah
dipublikasikan dan / atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di
lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau instansi manapun, kecuali
bagian yang sumber informasinya saya kutipan dan daftar pustaka sebagaimana
mestinya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk
digunakan sebagaimana mestinya.
Malang, 23 Januari 2014
Yang Menyatakan,
Zainuddin
vii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada kehadirat Allah SWT yang
mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahNya laporan tugas
akhir dengan judul “Perancangan Pemanas Air Tenaga Surya” ini akhirnya
dapat terselesaikan.
Seiring penyusunan skripsi ini, terdapat hambatan dan rintangan yang
dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa
ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu sepatutnya saya ungkapkan terima kasih
atas jasa baik yang selama ini telah diterima, baik nasehat, petunjuk, ide, saran,
serta bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan sekripsi
ini. Ungkapan terimaksih tersebut disampaikan kepada :
1. Kedua orang tua yang selalu memberikan bantuan materiil maupun non
materiil, mendo’akan, mengingatkan akan pesan-pesannya yang tak akan
terlupakan.
2. Bapak Ir. Hery Mujayin Kholik. MT. Selaku Dosen Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan serta arahan secara intensif selama penyusunan
sekripsi ini dilakukan.
3. Bapak Ir. Ali Saifullah. MT. Selaku Dosen Pembimbing II yang telah
memberikan masukan ide, serta saran dan cara-cara penulisan sehingga
terselesaikannya sekripsi ini.
4. Bapak Ir. Herry Supriyanto. MT yang telah bersedia memberikan bantuan
berupa bimbingan teoritis seara langsung maupun tidak langsung.
5. Teman-teman sebimbingan, rekan-rekan laboraturium di lingkungan Teknik
Mesin, serta teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2009 A,B dan C.
viii
6. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terimakasih banyak atas bantuan
kalian semuannya.
Dalam penyusunan sekripsi ini tentunya terdapat kekurangan yang tidak
terbahas. Oleh sebab itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan
sangat diharapkan untuk pengembangan teknologi terkait. Semoga ALLAH SWT
memberikan sifat rahim Nya kepada semua pihak yang tersebut diatas dan
penyusun berharap semoga sekripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.
ix
DAFTARI ISI
COVER .............................................................................................................. i
POSTER ............................................................................................................. ii
LEMBARAN PENGESAHAN SKRIPSI ....................................................... iii
LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR ................................................. iv
LEMBARAN PERYATAAN .......................................................................... v
BERITA ACARA ............................................................................................. vi
ABSTRAK ........................................................................................................ vii
KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xii
I. PENDAHULUAN ........................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................... 2
1.3 Tujuan Perancangan ................................................................................ 3
1.4 Batasan Masalah...................................................................................... 3
1.5 Manfaat ................................................................................................... 3
1.6 Konsep Desain ........................................................................................ 4
II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 6
2.1 Pemanas Air Tenaga Surya .................................................................... 6
2.2 Perpindahan Panas Radiasi ..................................................................... 8
2.3.1 Sifat Sifat Radiasi ........................................................................... 10
2.3.2 Laju Perpindahan Panas Radiasi .................................................... 12
2.3 Perpindahan Panas Konduksi .................................................................. 13
2.3.1 Konduksi Bidang Datar ................................................................. 14
2.3.2 Konduksi Bidang Silinder ............................................................. 16
2.4 Perpindahan Panas Konveksi .................................................................. 17
2.4.1 Konveksi Bebas ............................................................................. 18
2.4.1.1 Konveksi Bebas Bidang Silinder ...................................... 21
2.4.1.2 Konveksi Bebas Ruang Tertutup ...................................... 22
2.4.2 Konveksi Paksa ............................................................................. 23
2.4.2.1 Aliran didalam Pipa ........................................................... 23
2.5 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ............................................ 25
2.6 Tinjauan Mekanika Fluida ..................................................................... 28
2.7.1 Bilangan Reynolds ........................................................................ 29
2.7.2 Jenis jenis Aliran Fluida ............................................................... 30
III. METODOLOGI .......................................................................................... 32
3.1 Metode Pengumpulan Data .................................................................... 32
3.2 Skema Gambar Rancangan .................................................................... 33
3.3 Pemilihan Spesifikasi Bahan .................................................................. 34
3.4 Perhitungan Perancangan ....................................................................... 36
3.4.1 Aliran Fluida pada Tabung Penampung ........................................ 36
x
3.4.2 Perpindahan Panas pada Kaca Penutup ......................................... 36
3.4.3 Perpindahan Panas pada Pipa Sirkulasi Air .................................. 37
3.5 FlowChart Perancangan ......................................................................... 38
IV. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN .................................................. 39
4.1 Perhitungan Aliran Fluida di dalam Tabung Penampung ...................... 39
4.1.1 Perhitungan Diameter Tabung Penampung .................................. 39
4.1.2 Menghitung Luas Penampang Pipa Keluar Tabung ..................... 40
4.1.3 Menghitung Kecepatan Air Keluar Tabung .................................. 41
4.1.4 Menghitung Debit Aliran air didalam Pipa ................................... 42
4.1.5 Menghitung Laju Aliran Massa .................................................... 42
4.1.6 Menentukan Jenis Aliran di dalam Pipa Kolektor ........................ 43
4.2 Perancangan Kolektor ............................................................................ 44
4.2.1 Menghitung Pipa Kolektor ............................................................ 44
4.2.2 Menghitung Luas Kerangka Pipa Kolektor ................................... 46
4.3 Perhitungan Perpindahan Panas pada Kolektor ..................................... 46
4.3.1 Perpindahan Panas Pada Kaca Penutup ........................................ 46
4.3.1.1 Perhitungan Temperatur permukaan Kaca ........................ 46
4.3.1.2 Perhitungan Temperatur dinding dalam Kaca ................... 47
4.3.1.3 Perhitungan Laju Aliran Panas Konduksi ......................... 48
4.3.1.4 Perhitungan Perpan Konveksi Ruang Kolektor ................ 49
4.3.1.5 Perhitungan Perpindahan Panas Menyeluruh .................... 51
4.3.2 Perpindahan Panas pada Pipa Sirkulasi Air .................................. 53
4.3.2.1 Perhitungan Temperatur Pemukaan Pipa .......................... 53
4.3.2.2 Perhitungan Temperatur dinding Pipa dalam .................... 54
4.3.2.3 Perhitungan Temperatur Air Keluar .................................. 55
4,3.2.4 Perhitungan Laju Perpindah Konveksi pada Pipa ............. 56
4.3.2.6 Perhitungan Laju Perpindahan Panas Menyeluruh ........... 57
4.4 Perhitungan Waktu untuk Memanaskan Air .......................................... 60
V. PENUTUP .................................................................................................... 62
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 62
5.2 Saran ........................................................................................................ 63
VI. DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 64
VII. LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 : Konsep pemanas air tenaga surya sirkulasi pipa spiral ................ 4
Gambar 2.1 : Pemanas air tenaga surya pelat datar ............................................ 6
Gambar 2.2 : Spektrum elektromagnetik ............................................................ 9
Gambar 2.3 : Sifat radiasi pada permukaan benda .............................................. 11
Gambar 2.4 : Spekuar dan refleksi difusi ............................................................ 12
Gambar 2.5 : Konduksi bidang datar 1 demensi ................................................. 14
Gambar 2.6 : Konduksi bidang datar berlapis ..................................................... 15
Gambar 2.7 : Aliran kalor satu-demensi melalui silinder ................................... 16
Gambar 2.8 : Perpindahan kalor konveksi dari suatu pelat ................................. 18
Gambar 2.9 : Pola sel Benard pada laipasan fluida tertutup ............................... 22
Gambar 2.10 : Perpindahan kalor menyeluruh pada silinder .............................. 24
Gambar 2.11 : Perpindahan kalor menyeluruh melalui dinding datar ................ 26
Gambar 2.12 : Perpindahan kalor menyeluruh bidang silinder........................... 27
Gambar 2.13 : Aliran laminar ............................................................................. 29
Gambar 2.14 : Aliran turbulen ............................................................................ 30
Gambar 2.15 : Aliran transisi .............................................................................. 30
TABEL
Tabel 3.2 : Data radiasi matahari bulanan 2013 (BMKG) ............................ 32
xii
DAFTAR PUSTAKA
J.P Holman, 1984. Perpindahan Kalor edisi kelima, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Ted J. Jasen, 1995. Teknologi Rekayasa Surya, Penerbit PT. Pradnya Paramita,
Jakarta.
Yunus A. Cengel, 2002, Heat Transfer A Practical Approach Second Edition,
Solution Manual to Acompany, McGraw-Hill.
Copper Development Association, 2010. The Copper Tube Handbook, 260
Madison Avenue, New York, NY 10016-2401.
Ullrich Alumunium, Standard Aluminium Extrusion And Rolled Product Listing,
New Zealand.
Prof Dr. Ir. Rudy Soenoko, M. Eng Sc & Ir, I. Made Gunadiarta, MT, 2009.
Mekanika Fluida Jilid 1, Penerbit Asori, Malang.
Ranald V Giles, Ir Herman Widodo Soemitro, 2002. Mekanika Fluida dan
Hidrolika, Penerbit Erlangga, Jakarta.
K Gieck, 1985. R. Slamet Brotodirejo, Heryanto Slamet,1989. Kumpulan Rumus
Teknik, Penerbit Pradnya Paramita, Jakarta.
Victora L. Streeter, E. Benjamin Wylie, Arko Prijono M,S,E, 1996. Mekanika
fluida jilid 2, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Michael J. Moran, Howard N. Shapiro, 2004. Termodinamika Teknik Jilid 1 edisi
4, Penerbit Erlangga, Jakarta.
top related