PENGUJIAN SEBUAH KOMPOR SURYA TIPE KOTAK YANG
DILENGKAPI ABSORBER MIRING DENGAN MODIFIKASI
PENAMBAHAN SEKAT PADA BIDANG MIRING
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ZULVIA CHARA NOSA GINTING NIM. 09 0401 077
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
PENGUJIAN SEBUAH KOMPOR SURYA TIPE KOTAK YANG
DILENGKAPI ABSORBER MIRING DENGAN MODIFIKASI
PENAMBAHAN SEKAT PADA BIDANG MIRING
ZULVIA CHARA NOSA GINTING NIM. 09 0401 077
Diketahui / Disahkan Disetujui
Ketua Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing,
Fakultas Teknik – USU
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001 NIP. 195212221978031002 Ir. Tekad Sitepu
PENGUJIAN SEBUAH KOMPOR SURYA TIPE KOTAK YANG
DILENGKAPI ABSORBER MIRING DENGAN MODIFIKASI
PENAMBAHAN SEKAT PADA BIDANG MIRING
ZULVIA CHARA NOSA GINTING NIM : 09 0401 077
Telah Disetujui Oleh :
Pembimbing
NIP. 195212221978031002 Ir. Tekad Sitepu
Penguji I, Penguji II,
Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT
NIP. 197206102000121001 NIP. 197209232000121003 Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT
Diketahui Oleh :
Departemen Teknik Mesin USU
Ketua,
NIP.196412241992111001 Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
PENGUJIAN SEBUAH KOMPOR SURYA TIPE KOTAK YANG
DILENGKAPI ABSORBER MIRING DENGAN MODIFIKASI
PENAMBAHAN SEKAT PADA BIDANG MIRING
ZULVIA CHARA NOSA GINTING NIM. 09 0401 077
Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode ke-695 Tanggal 25 Juli 2014
Disetujui Oleh:
Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II
Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT
NIP. 197206102000121001 NIP. 197209232000121003 Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT
PENGUJIAN SEBUAH KOMPOR SURYA TIPE KOTAK YANG
DILENGKAPI ABSORBER MIRING DENGAN MODIFIKASI
PENAMBAHAN SEKAT PADA BIDANG MIRING
ZULVIA CHARA NOSA GINTING NIM. 09 0401 077
Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode ke-695 Tanggal 25 Juli 2014
Disetujui Oleh:
Pembimbing
NIP. 195212221978031002 Ir. Tekad Sitepu
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 2167/ TS / 2014
FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : 18 Februari 2014
MEDAN PARAF :
NAMA : ZULVIA CHARA NOSA GINTING
TUGAS SARJANA
NIM : 09 0401 077
MATA PELAJARAN : PERPINDAHAN PANAS LANJUT
SPESIFIKASI : Lakukanlah pengujian pada sebuah kompor surya tipe kotak yang dilengkapi absorber miring dengan penambahan sekat pada bagian miring dengan luas
absorber datar dan sekat miring adalah 0,59 m x 0,59 m
dan 0,70 m x 0,59 m. Ujilah kompor tersebut dengan memanaskan air (H2O) secara langsung pada kondisi cuaca cerah. Lakukan pengukuran temperatur maksimum dan efisiensi pemakaian kompor tersebut.
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
NIP. 1964 1224 199211 1001 NIP. 195212221978031002 Ir. Tekad Sitepu
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
Bidang Tugas : Perpindahan Panas Lanjut
Judul Tugas : Pengujian Sebuah Kompor Surya Tipe Kotak yang Dilengkapi Absorber Miring dengan Modifikasi Penambahan Sekat pada Bidang Miring
Diberikan Tanggal : 18 Februari 2014 Selesai Tgl : 18 Agustus 2014
Dosen Pembimbing : Ir. Tekad Sitepu Nama Mahasiswa : Zulvia Chara Nosa Ginting NIM : 09 0401 077
No Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda Tangan
Dosen Pembimbing
1 18 Februari 2014 Pemberian spesifikasi tugas skripsi
2 27 Februari 2014 Asistensi BAB I dan BAB II
10 17 Juli 2014 Asistensi keseluruhan
11 19 Juli 2014 ACC Seminar
Diketahui
Ketua Departemen Teknik Mesin FT. USU
CATATAN:
1. Kartu ini harus diperlihatkan Kepada Dosen Pembimbing setiap Asistensi
2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri 3. Kartu ini harus dikembalikan ke Jurusan NIP.196412241992111001
Bila kegiatan Asistensi telah selesai
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala berkat, rahmat dan karunia-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “PENGUJIAN SEBUAH KOMPOR SURYA TIPE KOTAK YANG DILENGKAPI ABSORBER MIRING DENGAN MODIFIKASI PENAMBAHAN SEKAT PADA BIDANG MIRING”
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 tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirit dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu, sebagai manusia yang harus tahu berterima kasih, dengan penuh ketulusan hati
penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua tercinta, Mardan Ginting dan Mariani Br Bangun, S.Pd yang tak pernah henti memberikan segala doa dan dukungan tak terhingga baik moril maupun materil 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 Burhanuddin Sitorus, ST, MT, selaku dosen pembanding I dan II yang telah memberikan masukan dan saran dalam menyelesaikan skripsi ini.
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 Utara.
6. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT selaku dosen wali.
7. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
ii
8. Kakak dan adik penulis, Ovalina Sylvia Br Ginting, S.Farm, Apt, dan Ananda Putri Br Ginting, yang senantiasa saling memotivasi untuk meraih cita-cita dan membahagiakan kedua orang tua.
9. Rekan kerja satu tim, Heru Manimbul Hutasoit, yang telah banyak meluangkan waktu untuk saling diskusi dalam penyelesaian skripsi ini. 10.Rekan-rekan asisten di Laboratorium Menggambar Mesin / CAD yaitu
Zuhdi Mahendra, Tri Septian Marsah, Juliono Susanto, Purwatmo, Afrinedi, Ilham, Sigit, Yogi, Feby, Harry, dan Jerry.
11.Rekan-rekan, para staff dan junioran di Satuan Resimen Mahasiswa USU/ KP, khususnya Roni Rezeki, SS dan Niko Sianipar, SE yang telah banyak memberikan dukungan semangat kepada penulis.
12.Rekan-rekan satu perguruan, dan para pelatih di UKM Beladiri Merpati Putih USU, khususnya Mailinda Wati Chaniago, Amd, Afdal Aminuddin dan Sudirman, yang senantiasa memberi dukungan dan motivasi kepada penulis.
13.Rekan-rekan seperjuangan, khususnya Indro Pramono, Algris Hopiar Mor S, Ary Santoni, dan rekan-rekan mahasiswa 2009 yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu, para abang senior, serta adik-adik junior yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik lagi. Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada para pembaca. Terima kasih.
iii
ABSTRAK
Kompor surya tipe kotak yang dilengkapi dengan absorber miring merupakan sebauh desain baru yang pemakaiannya diharapakan menjadi lebih efektif dan efisien dalam memasak dan memanaskan. Absorber miring tersebut akan manangkap dan kemudian menyalurkan panas ke ruang masak secara konveksi alamiah. Kemudian dengan penambahan sekat pembatas pada bidang miring tersebut diharapkan sirkulasi penyaluran udara panas menuju ruang masak akan semakin baik. Ruang masak terdiri dari kaca double glass sebagai pintu penutup, plat aluminium dibagian dinding dalam dan alas sebagai absorber panas, serta dinding isolasi yang terdiri dari lapisan rockwool, styrofoam dan kayu. Komponen pada bidang miring sama halnya dengan bidang datar, hanya saja dibagian tegah bidang miring dipasangkan sekat pembatas berupa plat aluminium untuk menyempurnakan sirkulasi udara panas menuju ruang masak. Pengujian kompor surya dengan penambahan sekat pada bidang miring dilakukan selama 8 jam mulai pukul 09:00 – 17:00 WIB pada kondisi cuaca cerah dengan bahan uji yang dimasak adalah air (H2O). Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui temperatur maksimum yang dapat dicapai kompor surya dalam memanaskan air, jumlah energi panas yang mampu diserap dan digunakan, serta mengetahui nilai efisiensi maksimumnya. Dengan luas absorber rata dan sekat pembatas 0,59 m x 0,59 m dan 0,70 m x 0,59 m, kompor surya ini mampu memanaskan air hingga mencapai temperatur 89,90 oC, dan menyerap energi panas sebesar 9,489 MJ/ hari, serta mampu menggunakan energi panas tersebut sebesar 7,238 MJ/ hari. Sehingga didapat nilai efisiensi tertinggi dalam pengujian ini adalah 14,07 %.
Kata kunci : kompor surya, memasak, konveksi alamiah, absorber miring, sekat pembatas
iv
ABSTRACT
Box-type solar cookers are equipped with tilted absorber is a new design that use expected to be more effective and efficient in cooking and heating. The tilted absorber will catch and then distribute the heat into the room by convection cooking naturally. Then with the addition of insulation barrier on the incline expected distribution of hot air circulation towards the room the better cook. Cooking space consists of the glass as a double glass door closers, aluminum plate in the wall section and the base as a heat absorber, and wall insulation consisting of a layer of rockwool, styrofoam and wood. Components on an inclined plane as well as a flat surface, it's just the incline section center paired bulkhead barrier of aluminum plate to enhance the circulation of hot air to the cooking chamber. Testing solar cooker with the addition of insulation on an inclined plane do for 8 hours starting at 09:00 to 17:00 pm on the sunny conditions with the test material is cooked water (H2O). This test is performed to determine the maximum temperature that can be achieved in a solar cooker to heat the water, the amount of heat energy that can be absorbed and used, as well as knowing the value of maximum efficiency. With an area of flat absorber and insulation barrier of 0.59 m x 0.59 m and 0.59 m x 0.70 m, this solar cooker capable of heating water to a temperature 89.90 ° C, and absorbs the heat energy of 9.489 MJ / day , as well as being able to use the heat energy of 7.238 MJ / day. In order to get the highest efficiency value in this test is 14.07%.
Key words: solar cookers, cooking, natural convection, slanted absorber, bulkhead divider
v
2.1.1 Perpindahan Panas Konduksi ... 4
2.1.2 Perpindahan Panas Konveksi ... 4
2.1.3 Perpindahan Panas Radiasi ... 6
2.3.1 Konveksi Alamiah Pada Permukaan Luar ... 9
vi
2.6 Kalor Laten dan Kalor Sensibel ... 25
2.6.1 Kalor Laten ... 25
2.6.2 Kalor Sensibel ... 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 27
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 27
4.2.2 Pengujian Kompor Surya Dengan Penambahan Sekat ... 39
4.3 Analisis Energi Panas ... 42
4.3.1 Analisis Energi Panas Kompor Surya Tanpa Sekat ... 42
4.3.2 Analisis Energi Panas Kompor Surya Dengan Penambahan Sekat ... 74
4.3.3 Perbandingan Energi Panas Kompor Surya Tanpa Sekat dan Dengan Penambahan Sekat ... 107
4.4 Pengujian Memasak Air ... 108
4.4.1 Pengujian Memasak Air Kompor Surya Tanpa Sekat ... 108
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sudut kritis ruang tertutup miring ... 15
Tabel 4.1 Temperatur maksimum pengujian pertama tanpa sekat ... 37
Tabel 4.2 Temperatur maksimum pengujian kedua tanpa sekat ... 38
Tabel 4.3 Temperatur maksimum pengujian ketiga tanpa sekat ... 39
Tabel 4.4 Temperatur maksimum pengujian pertama dengan penambahan sekat ... 40
Tabel 4.5 Temperatur maksimum pengujian kedua dengan penambahan sekat ... 41
Tabel 4.6 Temperatur maksimum pengujian ketiga dengan penambahan sekat ... 42
Tabel 4.7 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian pertama untuk bidang datar ... 43
Tabel 4.8 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian pertama untuk bidang miring ... 46
Tabel 4.9 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian kedua untuk bidang datar ... 47
Tabel 4.10 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian kedua untuk bidang miring ... 49
Tabel 4.11 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian ketiga untuk bidang datar ... 50
Tabel 4.12 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian ketiga untuk bidang miring ... 53
Tabel 4.13 Perbandingan radiasi yang diserap kolektor bidang datar dan bidang miring kompor surya tanpa sekat ... 54
Tabel 4.14 Data hasil pengujian rata-rata perhari untuk pengukuran temperatur bidang datar kompor surya tanpa sekat ... 55
Tabel 4.15 Data hasil pengujian rata-rata perhari untuk pengukuran temperatur bidang miring kompor surya tanpa sekat ... 65
viii
Tabel 4.16 Data nilai energi kalor yang dapat dipakai perhari untuk
pengujian kompor surya tanpa sekat ... 74 Tabel 4.17 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya dengan penambahan sekat pada pengujian pertama untuk bidang datar ... 75 Tabel 4.18 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya dengan penambahan sekat pada pengujian pertama untuk bidang miring ... 77 Tabel 4.19 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya dengan penambahan sekat pada pengujian kedua untuk bidang datar ... 78 Tabel 4.20 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya dengan penambahan sekat pada pengujian kedua untuk bidang miring ... 81 Tabel 4.21 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian ketiga untuk bidang datar ... 82 Tabel 4.22 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya dengan penambahan sekat pada pengujian ketiga untuk bidang miring . ... 84 Tabel 4.23 Perbandingan radiasi yang diserap kolektor bidang datar dan bidang
miring kompor surya dengan penambahan sekat ... 85 Tabel 4.24 Data hasil pengujian rata-rata perhari untuk pengukuran temperatur bidang datar kompor surya dengan penambahan sekat ... 86 Tabel 4.25 Data hasil pengujian rata-rata perhari untuk pengukuran temperatur bidang miring kompor surya dengan penambahan sekat ... 96 Tabel 4.26 Data nilai energi kalor yang dapat dipakai perhari untuk pengujian kompor surya dengan penambahan sekat ... 107 Tabel 4.27 Perbandingan energi panas kompor surya tanpa sekat dan dengan penambahan sekat ... 107 Tabel 4.28 Perbandingan efisiensi memasak air menggunakan kompor surya tanpa sekat dan kompor surya dengan sekat ... 118
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Radiasi surya ... 7
Gambar 2.2 Pergerakan bumi terhadap matahari ... 8
Gambar 2.3 Ruang tertutup yang tinggi dan rendah ... 11
Gambar 2.4 Ruang tertutup ... 12
Gambar 2.5 Konveksi natural pada ruang tertutup yang miring ... 14
Gambar 2.6 Kompor surya tipe box ... 18
Gambar 2.7 Kompor surya tipe panel ... 19
Gambar 2.8 Kompor surya tipe ketel ... 20
Gambar 2.9 Kompor surya tipe parabola ... 21
Gambar 2.10 Kompor surya tipe sceffler ... 22
Gambar 2.11 Kompor surya tipe Indirect ... 23
Gambar 3.1 Laptop ... 27
Gambar 3.2 Agilient 34972 A ... 28
Gambar 3.3 Hobo Microstation Data Logger ... 29
Gambar 3.4 Kompor surya ... 30
Gambar 3.5 Sekat pembatas ... 31
Gambar 3.6 Panci masak ... 32
Gambar 3.7 Gelas ukur ... 32
Gambar 3.8 Air ... 33
Gambar 3.9 Eksperimental set-up ... 34
Gambar 3.10 Flow chart dari metodologi penelitian ... 35
Gambar 4.1 Dimensi kompor surya ... 36
Gambar 4.2 Grafik temperatur vs waktu pengujian pertama tanpa sekat ... 37
Gambar 4.3 Grafik temperatur vs waktu pengujian kedua tanpa sekat ... 38
Gambar 4.4 Grafik temperatur vs waktu pengujian ketiga tanpa sekat ... 39
Gambar 4.5 Grafik temperatur vs waktu pengujian pertama dengan sekat ... 40
Gambar 4.6 Grafik temperatur vs waktu pengujian kedua dengan sekat ... 41
Gambar 4.7 Grafik temperatur vs waktu pengujian ketiga dengan sekat ... 42
Gambar 4.8 Grafik korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global pengujian pertama tanpa sekat ... 45
x
Gambar 4.9 Grafik korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global
pengujian kedua tanpa sekat ... 48 Gambar 4.10 Grafik korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global
pengujian ketiga tanpa sekat ... 52 Gambar 4.11 Grafik korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global
pengujian pertama dengan penambahan sekat ... 76 Gambar 4.12 Grafik korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global
pengujian kedua dengan penambahan sekat ... 80 Gambar 4.13 Grafik korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global
pengujian ketiga dengan penambahan sekat ... 83
xi
Perbedaan Temperatur awal dan akhir oC
