PENGUJIAN
SOLAR COOKER
TIPE KOTAK SEDERHANA
YANG DILENGKAPI
PHASE CHANGE MATERIAL
SEBAGAI
THERMAL STORAGE
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
FELIX ONN
NIM. 080401028
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
KATA PENGANTAR
Puji syukur dan terima kasih penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Pengujian Solar Cooker Tipe Kotak Sederhana yang dilengkapi PCM (Phase Change Material) sebagai Thermal Storage”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (SStrata-1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Teknik Produksi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, Namun berkat dorongan, semangat, do’a dan bantuan baik materiil, moril, maupun spiritual dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita ST,MT. selaku Dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.
2. Bapak Ir. Syahrul Abda, MSc selaku Dosen pembanding I dan Bapak Tulus B. Sitorus ST,MT selaku Dosen pembanding II.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera.
5. Kedua orang tua penulis, Darwinto Onn dan Ingrin Kustamin serta kakak penulis, Grinny Onn yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, do’a serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. 6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang
telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.
7. Teman-teman 1 team skripsi, Teguh Wirawan dan Howard yang telah membantu dan memberikan dukungan.
menuntaskan kerja praktek baik kerja praktek manajemen maupun teknologi mekanik dan seluruh rekan mahasiswa angkatan 2008 serta abang-abang mahasiswa Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.
9. Teman-teman yang selalu memotivasi penulis selama mengerjakan skripsi ini.
Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.
Medan, 25 April 2012
FELIX ONN
ABSTRAK
Dunia sedang mengalami krisis energi karena bahan bakar minyak dan gas berkurang tajam akibat penggunaan secara besar-besaran oleh manusia. Sebelum terjadi krisis energi di dunia, harus dicari energi alternatif yang dapat diperbaharui. Salah satunya adalah energi surya. Fokus kajian ini adalah Solar Cooker. Tujuannya adalah mengatasi kelemahan Solar Cooker tipe kotak yaitu tidak dapat memasak secara tidak langsung. Memasak secara tidak langsung sebenarnya mungkin, apabila memakai storage material yang disebut PCM. PCM yang digunakan adalah Erythritol (titik leleh 117 oC). Energi yang telah disimpan selama siang hari, digunakan untuk memasak secara tidak langsung. Hasil pengujian didapat bahwa, 0.3 kg beras dan 0.6 kg air yang dimasak secara tidak langsung telah masak dalam waktu 2 jam. Kesimpulan dari hasil pengujian menunjukkan memasak secara tidak langsung itu memungkinkan. Lokasi pengujian ada pada kota Medan, Indonesia dengan 3,43 o LU 98,44 o BT.
.
ABSTRACT
The world unrenewable energy such as petroleum and gases have decrease dramatically because of the massive use for humanity using. Before facing crisis energy, developing another alternative energy such as renewable energy was needed. One of box solar cooker weakness is cannot use for evening cooking. Actually evening cooking with box solar cooker is possible, if we use storage material which called as PCM. PCM used is Erythritol (melting Temperatur 117 oC). The stored energy during the sunshine hours is use for indirect cooking. The experimental results showed, food (0.3 kg rice and 0.6 kg water) was found well-cooked within 2 hours. This means, indirect cooking is possible using storage material. Experiment location at Medan, Indonesia, which is the latitude 3,43 ‘ north – longitude 98,44’ east
Key Word : Storage material, PCM, Erythritol
DAFTAR ISI
1.5 Sistematika Penulisan 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1 Radiasi Surya 4
2.1.1 Teori Dasar Radiasi 4
2.1.2 Pemanfaatan Energi Surya 6
2.2 Konveksi Natural 12
2.3 Solar Cooker 13
2.3.1 Sejarah Solar Cooker 13
2.3.2 Tipe-tipe Solar Cooker 14
2.3.3 Bagian-Bagian Utama Solar Cooker 19
2.4 Penyimpanan Panas Pada Phase Change Material 22
2.4.1 Klasifikasi Phase Change Material 22
2.4.2 Solar Cooker dengan Material Penyimpan Panas (Thermal Storage material) 27
BAB III METODOLOGI 29
3.1 Peralatan Pengujian 29
3.2 Bahan 39
3.4 Prosedur Pengujian 37
BAB IV DATA DAN ANALISA DATA 39
4.1 Analisa Pengujian Tahap pertama 39
4.2 Analisa Pengujian Tahap kedua 44
4.3 Perbandingan Pengujian dengan Jurnal Internasional 49
4.4 Analisa perhitungan biaya 50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 52
5.2 Saran 52
DAFTAR PUSTAKA 53
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Material paraffin 24
Tabel 2.2 Material nonparaffin 24
Tabel 2.3 Material Metallics 25
Tabel 2.4 Material Salt Hydrates 26
Tabel 3.1 Properties of Erythritol 35
Tabel 4.1 Perbandingan Pengujian dengan Jurnal Internasional 49
Tabel 4.2 Perhitungan biaya mengunakan storage material 49
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.7 Solar Air-Conditioning 10
Gambar 2.8 Solar Chimney 11
Gambar 2.9 Solar Distilation Water 11
Gambar 2.10 Solar Power Plant 12
Gambar 2.11 Solar Cooker Bentuk Box 15
Gambar 2.12 Solar Cooker Bentuk Panel 16
Gambar 2.13 Solar Cooker Bentuk Ketel 16
Gambar 2.14 Solar Cooker Bentuk Parabola 17
Gambar 2.15 Solar Cooker Bentuk Sceffler 18
Gambar 2.16 Vessel (a) Model Buddhi and Sahoo (b) Model Domanski et al (c) Model Sharma et al, dan
(d) Model Buddhi dan Sharma 20
Gambar 2.17 Rancangan Narashima Rao 21
Gambar 2.18 Klasifikasi Phase Change Material 23
Gambar 3.1 Komputer 29
Gambar 3.2 Agilent 34972a 30
Gambar 3.3 Hobo Microstation data logger 30
Gambar 3.4 Vessel 32
Gambar 3.5 Box Solar Cooker 32
Gambar 3.6 Air dan Beras 33
Gambar 3.7 Plat alumunium 34
Gambar 3.8 Erythritol 34
Gambar 3.9 Experimental Set-up pada saat Charging 35
Gambar 3.10 Expermental Set-up pada saat Discharging 36
Gambar 3.11 Diagram Blok Proses Pengerjaan Skripsi 38
Gambar 4.1 Sesaat, Sebelum, dan Sesudah pengujian 39
Gambar 4.2 Vessel Tahap Pertama 39
Gambar 4.3 Perbandingan Radiasi Matahari Aktual dan Teoritis 15 Maret 2012 40
Gambar 4.4 Grafik Time vs Temperatur Pengujian Tanggal 15 Maret 2012 41
Gambar 4.5 Perbandingan Radiasi Matahari Aktual dan Teoritis 17 Maret 2012 42
Gambar 4.6 Grafik Time vs Temperatur Pengujian Tanggal 17 Maret 2012 43
Gambar 4.7 Vessel Tahap Kedua 45
Gambar 4.7 Perbandingan Radiasi Matahari Aktual dan Teoritis 28 Maret 2012 45
Gambar 4.8 Grafik Time vs Temperatur Pengujian Tanggal 28 Maret 2012 46
Gambar 4.9 Perbandingan Radiasi Matahari Aktual dan Teoritis 2 April 2012 46
Gambar 4.10 Grafik Time vs Temperatur Pengujian Tanggal 02 April 2012 47
Gambar 4.11 Perbandingan Radiasi Matahari Aktual dan Teoritis 23 April 2012 47
DAFTAR SIMBOL
Simbol Arti Satuan
Ak Luas penampang kolektor m2
Av Luas Penampang vessel m2
Gsc Daya radiasi rata-rata yang diterima atmosfer bumi W/m2
Gaa Rata-rata radiasi matahari selama proses charging W/m2 h Koefisien Perpindahan Panas Konveksi W/m2K
𝑄̇ Laju Perpindahan Panas MJ
Qpcm Energi PCM MJ
Tr Temperatur lingkungan oC
Tpcmmax Temperatur maximum PCM oC
Tabmax Temperatur maximum Plat absorber oC
Tfo in Temperatur dimana makanan dimasukkan oC
Tfo out Temperatur dimana makanan dikeluarkan oC
tfo in Waktu dimana makanan dimasukkan Jam
tfo out Waktu dimana makanan dimasukkan Jam
v Viskositas kinematik m2/s
Huruf Yunani
Simbol Arti Satuan
𝛽 Koefisien Udara 1 / K
∆𝑇 Perbedaan Temperatur awal dan akhir oC ∆𝑡 Selang waktu perhitungan s
𝜌 Massa Jenis kg/m3
α Diffusivitas termal m2/s
η Effisiensi -
