TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN … · laporan tugas akhir ini yang berjudul: ......
Transcript of TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN … · laporan tugas akhir ini yang berjudul: ......
i
TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN
PEMANAS AIR TENAGA SURYA DENGAN
INJEKSI GELEMBUNG UDARA
Disusun Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S-1) Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh :
SHOLICHUL ARIF D 200 050 138
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2011
ii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
“RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN PEMANAS AIR TENAGA SURYA
DENGAN INJEKSI GELEMBUNG UDARA.” 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,
Sholichul Arif
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir ini berjudul : Rancang Bangun Dan Pengujian Pemanas Air
Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara.
Disusun Oleh :
Nama : Sholichul Arif
NIM : D 200 050 138
Telah disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir Untuk dipertahankan di
depan Dewan Penguji sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
sarjana S-1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta pada :
Hari : ………………………………………………
Tanggal : ……………………………………………
Surakarta, Desember 2011
Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping
(Ir. Sartono Putro, M.T) (Amin Sulistiyanto, S.T)
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas akhir ini telah disyahkan oleh dewan penguji sebagai salah satu
syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-I Teknik Mesin di JurusanTeknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada :
Nama : SHOLICHUL ARIE
NIM : D 200 050 138
Judul : Rancang Bangun Dan Pengujian Pemanas Air
Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara
Disahkan pada :
Hari : ..........................................
Tanggal : ..........................................
Dewan Penguji :
1. Ir. Sartono Putro, M.T. ( )
2. Amin Sulistiyanto, S.T. ( )
3. Nur Aklis, S.T. ( )
Mengetahui,
Dekan, Ketua Jurusan
Ir. Agus Riyanto, M.T. Ir. Sartono Putr
v
MOTTO
Berusahalah dengan sungguh-sungguh, jangan panik. Orang panik mudah putus
asa tapi bila terpaksa kamu putus asa tetaplah berusaha dalam keterputusasaan.
Mantapkan hati, luruskan niat dan berjalanlah walau hanya satu langkah untuk
pijakan langkah selanjutnya dikemudian hari
Berpikir tapi tidak berusaha dan berusaha tapi tidak berpikir adalah penyebab
gagalnya dalam mewujudkan mimpi-mimpi.
Tiada daya dan kekuatan melainkan pertolongan dari ALLAH SWT
vi
PERSANTUNAN
Karya ini merupakan suatu wujud akhirku
dalam mencapai gelar sarjana sebagai tanggung jawab
kepada: :
1. Ayahanda dan Ibunda serta Adik-adikku tercinta
atas do’a jerih payah dan kasih sayangnya
2. Istri dan Anakku tercinta yang selalu memberikan
support
3. Teman-temanku semua yang menyayangiku
4. Almamater yang kubanggakan
5. Dan juga buat kehidupanku
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur alhamdulillah, penulis sampaikan kehadirat Allah SWT,
yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulisan
laporan tugas akhir ini yang berjudul: ” Rancang Bangun Dan Pengujian
Pemanas Air Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara ” dapat
terselesaikan dengan baik, guna melengkapi tugas dan memenuhi syarat-
syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin pada
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Berbagai hambatan
dan kesulitan menyertai dalam penulisan ini, namun demikian dengan
bantuan dan doa dari berbagai pihak segala kesulitan tersebut dapat teratasi.
Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis sampaikan ucapan terima
kasih yang sedalam-dalamnya kepada:
1. Ir. Agus Riyanto, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Ir. Sartono putro, M.T.; selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Muhammadiyah Surakarta dan juga selaku Dosen Pembimbing
Utama Tugas Akhir yang telah banyak memberikan bimbingan,
pengarahan dan masukan dengan sabar.
3. Amin sulistyanto, S.T.; selaku Dosen Pembimbing Kedua Tugas Akhir
yang telah banyak memberikan masukan dan bimbingan dengan sabar.
viii
4. Ayah dan Ibunda, Adik-adikku serta Istri dan Anakku Tercinta, atas
perhatian, kasih saying, pengorbanan, dorongan, dan do’a-do’anya.
5. Andi Gandoz, Bimbing dan Heru selaku teman seperjuangan dalam
menyelesaikan penelitian.
6. Teman-teman kost belakang Goro, terima kasih atas kebersamaannya.
7. Pihak-pihak yang secara langsung maupun tak langsung terlibat dalam
menyukseskan penyusunan Tugas Akhir ini.
Besar harapan penulis semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat
bagi semua pihak yang memerlukan walaupun penulis menyadari bahwa
Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Amien
Surakarta, Desember 2011
Penulis
ix
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……………………………………………………. i
HALAMAN PERSETUJUAN ……….…………………………… iii
HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………… iv
HALAMAN MOTTO……………………………………………………. v
HALAMAN PERSANTUNAN…………………………………………. vi
KATA PENGANTAR…………………………………………………… vii
HALAMAN SOAL………………………………………………………. ix
DAFTAR ISI…………………………………………………………….. x
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………….. xii
DAFTAR TABEL……………………………………………………….. xiv
DAFTAR SIMBOL……………………………………………………… xv
ABSTRAKSI……………………………………………………………. xvi
BAB I PENDAHULUAN…………………………………………… 1
1.1 Latar Belakang Masalah…………………………… 1
1.2 Rumusan Masalah…………………………………. 4
1.3 Tujuan Penelitian…………………………………… 4
1.4 Batasan Masalah…………………………………… 4
1.5 Manfaat Penelitian…………………………………. 5
1.6 Sistematika Penulisan……………………………... 6
xi
1.7 Metode Pelaksanaan…………………………..….. 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA……………………………………… 9
2.1 Kajian Pustaka …………………………………...…. 9
2.2 Landasan Teori…………………………………….... 10
2.2.1 Perpindahan Kalor…………………………… 10
2.2.2 Radiasi………………………………………… 13
2.2.3 Pola Aliran Dalam Pipa……………………… 14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN……………………………… 17
3.1 Diagram Alir Penelitian………………………………. 17
3.2 Bahan yang Digunakan Dalam Penelitian………... 18
3.3 Alat-Alat yang Digunakan Dalam Penelitian……… 18
3.4 Tempat Pengujian dan Pengambilan Data……….. 22
3.5 Tahapan Penelitian…………………………………... 23.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN……………………………… 24
4.1 Data Hasil Pengujian…………………………………. 24
4.2 Analisa Perhitungan…………………………………. 25
4.3 Pembahasan………………………………………….. 30
BAB V PENUTUP…………………………………………………… 32
5.1 Kesimpulan……………………………………………. 32
5.2 Saran …………………………………………………... 32
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRA
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian …………………………………. 17
Gambar 2. Model pemanas air tenaga surya …………………….. 18
Gambar 3. Thermometer digital dan Termokopel………………… 18
Gambar 4. Thermometer air raksa…………………………………. 19
Gambar 5. Pompa air………………………………………………… 19
Gambar 6. Selang air………………………………………………… 20
Gambar 7. Flowmeter………………………………………………… 20
Gambar 8. Aerator……………………………………………………. 21
Gambar 9. Stopwatch………………………………………………… 21
Gambar 10. Instalasi pengujian……………………………………… 22
Gambar 11. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Koefisien
Perpindahan Kalor (h) Menggunakan Persamaan
q=h.A.ΔT…………………………………………… …… 30
Gambar 12. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Koefisien
Perpindahan Kalor (h) Menggunakan Persamaan
𝑞2 = 𝐶𝑝.𝑚.𝛥𝑇 …………………………………………… 30
Gambar 13. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Laju
Perpindahan Kalor (q) Menggunakan Persamaan
q=h.A.ΔT …………………………………………………. 31
xiii
Gambar 13. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Laju
Perpindahan Kalor (q) Menggunakan Persamaan
𝑞2 = 𝐶𝑝.𝑚.𝛥𝑇 …………………………………………... 31
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Potensi energy terbarukan di Indonesia……………. 3
Tabel 2. Data hasil pengujian I……………………………………. 24
Tabel 3. Data hasil pengujian II…………………………………… 24
Tabel 4. Data Hasil Analisis Perhitungan Percobaan I……………. 28
Tabel 5. Data Hasil Analisis Perhitungan Percobaan II…………… 28
xv
DAFTAR SIMBOL
A = Luas penampang (m2)
Cp = Kalor jenis (kJ/kgoC)
D = Diameter (m)
h = Koefisien perpindahan kalor (W/m20C)
k = Konduktivitas thermal (W/moC)
L = Panjang (m)
m = Massa aliran (kg/s)
Nu = Bilangan Nusselt
Pr = Bilangan Prandtl
q = Laju perpindahan kalor (W)
Re = Bilangan Reynolds
T = Temperatur (oC)
V = Kecepatan (m/s)
v = Volume spesifik (m3/kg)
ρ = Densitas (kg/m3)
µ = Viskositas dinamik (kg m/s)
xvi
ABSTRAKSI
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh debit
udara terhadap penyerapan kalor serta mengetahui pengaruh penambahan
gelembung udara terhadap koefisiensi perpindahan kalor.
Dalam penelitian digunakan pemanas air dengan ukuran tinggi 5cm,
lebar 60cm dan panjang 100cm. untuk bahan pemanas air digunakan pipa
tembaga dengan diameter dalam 1,46cm, diameter luar 1,6cm dan panjang
pipa 12meter. Pemanas air diletakan secara horizontal, dan fluida dialirkan di
dalam pipa. Eksperimen dilakukan dengan 6 variasi debit udara.
Pengambilan data-data dilakukan selama rentang waktu 30menit, dan
pengujian dilakukan pada pukul 12.00-12.30 WIB pada setiap variasi. Data
yang diambil adalah temperature fluida masuk, fluida keluar pemanas serta
temperature lingkungan.
Berdasarkan hasil eksperimen dan hasil analisa perhitungan pada
percobaan pertama didapatkan bahwa perubahan variasi debit gelembung
udara yang semakain besar maka nilai koefisien perpindahan kalor
cenderung meningkat. Untuk debit udara 0, 1, 2, 3, 4, 5 unit diperoleh
koefisien perpindahan kalor 12,08 W/m2oC, 12,098 W/m2oC, 12,118 W/m2oC,
12,138 W/m2oC, 13,309 W/m2oC, 12,327 W/m2oC. Sedangakan untuk
perubahan variasi gelembung udara yang semakin besar terhadap
perpindahan panas cenderung menurun. Untuk debit udara 0, 1, 2, 3, 4, 5
unit diperoleh 35,213 W, 32,936 W, 10,997 W, 11,349 W, 20,987, 20,678 W.
Kata kunci : penyerapan kalor, koefisiensi perpindahan kalor,
gelembung udara