PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Rancangan Kotak Pengumpul Panas Menggunakan Reflektor Cahaya dan

Lapisan Kaca Ganda Untuk Meningkatkan Suplai Panas Pengering

Biofarmaka Bertenaga Matahari

Skripsi

Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Raksaka Ardy Damara I 0311028

PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016

(2)

commit to user

i

Rancangan Kotak Pengumpul Panas Menggunakan Reflektor Cahaya dan

Lapisan Kaca Ganda Untuk Meningkatkan Suplai Panas Pengering

Biofarmaka Bertenaga Matahari

Skripsi

Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Raksaka Ardy Damara I 0311028

PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016

(3)

(4)

(5)

(6)

commit to user

v

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan berkah dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Skripsi dengan judul “Rancangan Kotak Pengumpul Panas Menggunakan Reflektor Cahaya dan Lapisan Kaca Ganda Untuk Meningkatkan Suplai Panas Pengering Biofarmaka Bertenaga Matahari” ini dengan baik. Laporan ini disusun untuk memenuhi syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik.

Laporan Skripsi ini dapat diselesaikan berkat dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih atas bimbingan, bantuan, serta dukungan yang tak ternilai kepada pihak-pihak berikut:

1. Allah SWT atas limpahan berkah dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

2. Ayah, Ibu, Kakak dan Adik-Adik tercinta yang selalu memberikan doa, perhatian, dan dukungan untuk selalu memberikan yang terbaik.

3. Bapak Dr. Wahyudi Sutopo, S.T., M.Si. selaku Kepala Program Studi Sarjana Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta serta selaku dosen pembimbing akademik, atas bimbingan, dorongan dan nasehatnya.

4. Bapak Ilham Priadythama, S.T., M.T. dan Ibu Fakhrina Fahma, STP., M.T. selaku dosen pembimbing, atas segala bimbingan, arahan, waktu, motivasi, dan dorongannya selama menyelesaikan laporan skripsi.

5. Bapak Dr. Bambang Suhardi, S.T., M.T. dan Bapak Dr. Cucuk Nur Rosyidi., S.T., M.T. selaku penguji yang telah memberikan kritik dan saran terhadap penelitian ini.

6. Bapak Ir. Lobesh Herdiman, M.T. selaku dosen laboratorium P3, atas masukkan, arahan dan semangat yang telah diberikan kepada peneliti dalam proses penyusunan laporan penelitian ini.

7. Seluruh Bapak/Ibu Dosen Jurusan Teknik Industri UNS atas semua ilmu dan motivasi selama penulis mengikuti proses perkuliahan di TI UNS.

8. Seluruh Karyawan TU TI UNS atas segala bantuan administrasinya, terutama kepada mbak Rina dan mbak Tutik atas kesabarannya dan pengertiannya kepada peneliti.

(7)

commit to user

vi

9. Keluarga besar JATI 2011, atas kehadiran kalian dalam kehidupan perkuliahan ini, banyak hal yang ingin terucap dalam kebersamaan kita 4 sampai 5 tahun ini. Dream, Believe, and Make It Happen Guys!..

10. Merliana Nur Pratiwi atas dukungan, semangat, kasih sayang, dan tekanan (tentunya) yang diberikan kepada peneliti, terutama saat marah ketika penulis sedang bermalas-malasan. I love the way you care for me, Thank You!

11. Teman seperjuangan Simplisia Boys Catur yang telah berjuang bersama dari awal masuk perkuliahan sampai dengan pengerjaan skripsi yang dibumbui dengan pembuatan prototipe yang bercucuran keringat serta darah (serius), Benazir dan Zaesar yang telah rela meluangkan waktunya untuk sharing dan membantu dalam penelitian, serta Surya, Tara, dan Agung atas kebersamaannya dalam begadang menyelesaikan laporan skripsi. Terimakasih atas semangat, bantuan, serta kebersamaan yang telah kalian berikan.

12. Teman-teman asisten P3 2011 Vicky, Agung, Catur, Ardian, Jihad, Tara dan Petra atas semua kebersamaan, dukungan, dan kerjasamanya.

13. Adik-adik asisten P3 2012 dan 2013, terutama kepada Alviandi, Yudi, Topik, dan Mandala atas kesediaan waktunya membantu dalam pembuatan prototipe serta Melani, Febri, dan Ayik atas kebaikannya dalam membantu (disuruh-suruh) selama pengerjaan skripsi.

14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, atas bantuan, doa, semangat, dan dukungan yang telah diberikan.

Penulis menyadari bahwa laporan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri untuk segala masukan, kritik, dan saran. Semoga laporan skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Aamiin…

Surakarta, 29 April 2016

(8)

commit to user

vii

ABSTRAK

Raksaka Ardy Damara, NIM : I 0311028. Rancangan Kotak Pengumpul Panas Menggunakan Reflektor Cahaya dan Lapisan Kaca Ganda Untuk Meningkatkan Suplai Panas Pengering Biofarmaka Bertenaga Matahari. Skripsi. Surakarta : Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, April 2016.

Rancangan alat pengering rimpang basah dalam proses pembuatan simplisia yang sudah ada ternyata belum mampu untuk mencukupi kebutuhan dari pengguna yaitu para petani biofarmaka. Petani biofarmaka Di Kabupaten Karanganyar membutuhkan rancangan alat pengering yang mempunyai kapasitas pengeringan yang besar. Oleh karena itu, dengan kapasitas yang diperbesar maka timbul suatu kebutuhan mengenai suplai panas yang kemudian digunakan untuk mengeringkan rimpang basah. Untuk meningkatkan suplai panas, diperlukan desain rancangan kotak pengumpul panas yang dapat menangkap radiasi matahari lebih banyak dan mengurangi panas yang terbuang melalui konveksi dari material. Proses perancangan desain kotak pengumpul panas dilakukan menggunakan metode pengembangan produk Ulrich dan Eppinger (2001) sehingga nantinya didapatkan konsep sebagai solusi penyelesaian masalah. Selain itu, digunakan pula metode ANOVA untuk mengetahui ada tidaknya perbedaan variansi dari hasil pengujian yang dilakukan. Penerapan konsep reflektor digunakan untuk melipatgandakan cahaya yang masuk ke kotak pengumpul panas sehingga rancangan tersebut dapat menangkap lebih banyak radasi matahari, sedangkan untuk menjaga agar panas yang terkumpul tidak keluar, digunakan konsep double glazing sebagai sistem insulasi. Berdasarkan Uji ANOVA yang dilakukan, pengaplikasian konsep reflektor dan double glazing memiliki pengaruh terhadap aliran udara yang dihasilkan dengan hasil tertinggi didapatkan pada konsep double glazing with reflector.

Kata Kunci : alat pengering, biofarmaka, double glazing, pengembangan produk, reflektor, simplisia

xx + 90 halaman; 54 gambar; 24 tabel Daftar pustaka: 25 (1982-2015)

(9)

commit to user

viii

ABSTRACT

Raksaka Ardy Damara, NIM : I 0311028. Design of Solar Air Collector Using Reflector and Double Glazing to Increase thermal Supply for Solar Dryer. Thesis. Surakarta : Industrial Engineering Departemen of Engineering Faculty, Sebelas Maret University, April 2016.

The design of the rhizomes dryer in the manufacturing process of existing simplicia apparently not been able to meet the customer requirement, namely the biopharmaca farmers. Biopharmaca farmers In Karanganyar need design that have the capacity dryer drying large. Therefore, with enlarged capacity will arise a need for the supply of heat, which is then used to dry wet rhizomes. To increase the supply of heat, required the design of solar collectors that can capture more solar radiation and reduces waste heat through convection of material. The process of designing the collecting heat is conducted using the method of product development Ulrich and Eppinger (2001) so that later got the concept as a problem solving solution. In addition, the method also used ANOVA to determine whether there is a difference of variance of the results of tests performed. The application of the reflector concept is used to multiply the incoming light into heat collector box so that the design can catch more radiation from the sunlight, while keeping the heat generated is not out, used the concept of double glazing as an insulation system. Based on ANOVA test is done, the application of the concept of the reflectors and double glazing has an influence on the airflow generated by the highest yields obtained on the concept of double glazing with reflector..

Keywords: dryer, biopharmaca, double glazing, product development, reflectors, simplicia

xx + 90 pages; 54 picture; 24 table reference: 25 (1982-2015)

(10)

commit to user

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH ... iii

SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... iv

KATA PENGANTAR... v

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ... xv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang... I-1 1.2 Rumusan Masalah ... I-3 1.3 Tujuan ... I-4 1.4 Manfaat ... I-4 1.5 Batasan ... I-4 1.6 Asumsi ... I-4 1.7 Sistematika Penulisan ... I-4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Simplisia ... II-1 2.2 Pengembangan Produk ... II-5 2.2.1 Perencanaan ... II-5 2.2.2 Pengembangan Konsep... II-6 2.2.3 Perancangan Tingkat Sistem ... II-6 2.2.4 Perancangan Tingkat Detail/Rinci ... II-6 2.2.5 Pengujian dan Perbaikan ... II-6 2.2.6 Peluncuran Produk atau Produksi Awal... II-7 2.3 Pengeringan Menggunakan Energi Surya (Solar Dryer). II-7 2.3.1 Natural Solar Energy Dryer ... II-7 2.3.2 Passive Solar Energy Dryer ... II-8 2.3.3 Active Solar Energy Dryer... II-8

(11)

commit to user

x

2.4 Alat Pengering yang Sudah Ada... II-9 2.4.1 Solar Dryer with a Biomass Back Up Heating

System ... II-9 2.4.2 Greenhouse Solar Dryer ... II-10 2.4.3 Direct Solar Box Dryer... II-11 2.4.4 Chimney-type Solar Cabinet Dryer ... II-11 2.4.5 Improved Solar Box Dryer... II-12 2.4.6 Improved Solar Cabinet Dryer ... II-13 2.4.7 Improved Solar Tunnel Dryer... II-14 2.4.8 Distributed (indirect) Solar Passive Dryer... II-14 2.4.9 Mixed-mode Solar Cabinet Dryer ... II-16 2.4.10 Improved Solar Food Dryers ... II-17 2.5 Solar Collector ... II-21 2.6 Sudut Kemiringan ... II-21 2.7 ANOVA ... II-22 2.8 Natural Draft Air Flow and Velocity ... II-23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tahapan Penelitian ... III-1 3.2 Penjelasan Flowchart ... III-3 3.2.1 Pengumpulan dan Pengolahan Data ... III-3 A. Evaluasi Alat Pengering yang Sudah Ada ... III-3 B. Perencanaan ... III-4 C. Pengembangan Konsep Prototipe Sebagai

Alternatif Solusi Permasalahan ... III-4 D. Perancangan Tingkat Sistem... III-4 E. Perancangan Tingkat Detail ... III-4 F. Pembuatan Prototipe ... III-5 G. Pengujian Konsep... III-5 3.2.2 Analisis dan Interpretasi Hasil ... III-6 3.2.3 Kesimpulan dan Saran ... III-6 BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

4.1 Evaluasi Terhadap Alat yang Sudah Ada... IV-1 4.1.1 Rancangan Susilo, dkk. ... IV-1 4.1.2 Evaluasi Rancangan Susilo, dkk. ... IV-2

(12)

commit to user

xi

4.1.4 Evaluasi Rancangan Agassi, dkk... IV-3 4.1.5 Rancangan Muttaqin, dkk. ... IV-4 4.1.6 Evaluasi Berdasarkan Observasi Lapangan... IV-5 4.1.7 Identifikasi Kebutuhan Rancangan Terbaru... IV-8 4.2 Perencanaan ... IV-11 4.3 Pengembangan Konsep Prototipe Sebagai Alternatif

Solusi Permasalahan... IV-14 4.3.1 Konsep Reflektor Cahaya ... IV-14 4.3.2 Konsep Lapisan Kaca Ganda ... IV-15 4.4 Perancangan Tingkat Sistem ... IV-16 4.5 Perancangan Tingkat Detail ... IV-17 4.6 Pembuatan Prototipe ... IV-32 4.7 Pengujian Konsep ... IV-34 4.8 Uji Anova ... IV-41

BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL

5.1 Analisis Kondisi Fisik Rancangan Kotak Pengumpul Panas ... V-1

5.1.1 Fungsionalitas Rancangan ... V-1 5.1.2 Spesifikasi dan Material Rancangan Kotak

Pengumpul Panas ... V-2 5.2 Analisis Proses Pemanasan ... V-4 5.3 Analisis Uji Anova ... V-5 5.4 Analisis Peningkatan Kapasitas Pengeringan... V-9

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan ... VI-1 6.2 Saran ... VI-1

LAMPIRAN

(13)

commit to user

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Standar Rimpang Bermutu Baik Menurut BSN ... II-3 Tabel 2.2 Standar Rimpang Bermutu Baik Menurut Materia Med

Indonesia ... II-4 Tabel 3.1 Teknis Pengamatan... III-5 Tabel 3.2 Desain Eksperimen ... III-6 Tabel 4.1 Kekurangan Alat Rancangan Sebelumnya ... IV-5 Tabel 4.2 Kebutuhan Pengguna Terbaru... IV-8 Tabel 4.3 Kebutuhan Alat yang Sudah Ada ... IV-8 Tabel 4.4 Kebutuhan Teknis Alat Pengering Simplisia ... IV-9 Tabel 4.5 Kebutuhan Teknis Solar Collector... IV-9 Tabel 4.6 Sudut Jam Matahari... IV-27 Tabel 4.7 Perbandingan Kotak Pengumpul Panas ... IV-31 Tabel 4.8 Hasil Pengamatan Single Glazing ... IV-36 Tabel 4.9 Energi Kalor yang Dihasikan Single Glazing... IV-37 Tabel 4.10 Hasil Pengamatan Single Glazing With Reflector ... IV-38 Tabel 4.11 Energi Kalor yang Dihasikan Single Glazing With Reflector ... IV-39 Tabel 4.12 Hasil Pengamatan Double Glazing Without Reflector ... IV-39 Tabel 4.13 Energi Kalor yang Dihasilkan Double Glazing Without

Reflector ... IV-40 Tabel 4.14 Hasil Pengamatan Double Glazing With Reflector ... IV-40 Tabel 4.15 Energi Kalor yang Dihasilkan Double Glazing With Reflector .. IV-40 Tabel 4.16 Uji Normalitas Keempat Varian... IV-41 Tabel 4.17 Uji Homogenitas Keempat Varian ... IV-41 Tabel 4.18 Uji Anova Keempat Varian... IV-42 Table 4.19 Signifikansi Uji ANOVA ... IV-42 Tabel 5.1 Biaya Perancangan ... V-10

(14)

commit to user

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses pengembangan Produk ... II-5 Gambar 2.2 Natural Solar Dryer... II-8 Gambar 2.3 Jenis Solar Dryer ... II-9 Gambar 2.4 Ilustrasi Rancangan Alat Pengering Kirirat (2006) ... II-10 Gambar 2.5 Rancangan Alat Pengering Greenhouse Solar Dryer ... II-10 Gambar 2.6 Rancangan Alat Pengering Direct Solar Box Dryer ... II-11 Gambar 2.7 Rancangan Alat Pengering Chimney-type Solar Cabinet Dryer . II-12 Gambar 2.8 Rancangan Alat Pengering Improved Solar Box Dryer... II-12 Gambar 2.9 Rancangan Alat Pengering Improved Solar Cabinet Dryer ... II-13 Gambar 2.10 Rancangan Alat Pengering Improved Solar Tunnel Dryer ... II-14 Gambar 2.11 Rancangan Alat Pengering Solar Dryer Susilo, dkk (2014) .. II-15 Gambar 2.12 Prototipe Alat Pengering Solar Dryer Susilo, dkk (2014)... II-16 Gambar 2.13 Prototipe Mixed-model Solar Cabinet Dryer ... II-16 Gambar 2.14 Grafik Perbandingan Single vs Double Glazing ... II-17 Gambar 2.15 Sudut dan Refleksi Matahari dengan Reflektor Vertikal... II-18 Gambar 2.16 Grafik Perbandingan Vertical Wall Reflector vs No Reflector II-19 Gambar 2.17 Rancangan Alat Reflektor Bawah Dengan Posisi Matahari

Rendah ... II-19 Gambar 2.18 Rancangan Alat Reflektor Bawah Dengan Posisi Matahari

Tinggi... II-20 Gambar 2.19 Rancangan Alat Reflektor Pada Bagian Samping ... II-20 Gambar 2.20 Grafik Perbandingan Hasil Pemanasan Antara Rancangan

Vertical Wall dan Side Reflector vs Tanpa Reflector ... II-21 Gambar 2.21 Natural Draft Air Flow... II-23 Gambar 3.1 Tahapan Penelitian... III-1 Gambar 4.1 Rancangan Alat Pengering Solar Dryer Susilo, dkk. (2014) . IV-1 Gambar 4.2 Alat Pengering Rancangan Agassi, Dkk. (2014) ... IV-3 Gambar 4.3 Alat Pengering Rancangan Muttaqin,Dkk. (2015) ... IV-4 Gambar 4.4 Kotak Pengumpul Panas yang Ada Saat Ini... IV-6 Gambar 4.5 Part Penahan ... IV-6 Gambar 4.6 Bagan Kebutuhan Teknis ... IV-12

(15)

commit to user

xiv

Gambar 4.7 Konsep Reflektor Cahaya ... IV-15 Gambar 4.8 Konsep Lapisan Kaca Ganda ... IV-15 Gambar 4.9 Sistem Kerja Reflektor ... IV-16 Gambar 4.10 Sistem Kerja Lapisan Kaca Ganda ... IV-17 Gambar 4.11 Kotak Pengumpul Panas ... IV-18 Gambar 4.12 Rangka... IV-19 Gambar 4.13 Lapisan Kaca Ganda ... IV-22 Gambar 4.14 Lapisan Kaca Ganda (Irisan) ... IV-22 Gambar 4.15 Penangkap Panas... IV-23 Gambar 4.16 Konsep Reflektor Depan Belakang ... IV-23 Gambar 4.17 Konsep Reflektor Samping ... IV-24 Gambar 4.18 Konsep Reflektor Empat Sisi ... IV-25 Gambar 4.19 Rancangan Posisi Reflektor ... IV-26 Gambar 4.20 Pengaturan Sudut Reflektor ... IV-27 Gambar 4.21 Pengaturan Sudut Reflektor Pukul 09.00-12.00 ... IV-28 Gambar 4.22 Pengaturan Sudut Reflektor Pukul 12.00-15.00 ... IV-28 Gambar 4.23 Rancangan Kotak Pengumpul Panas ... IV-29 Gambar 4.24 Bill Of Material Konsep Terpilih ... IV-30 Gambar 4.25 Pembuatan Rangka ... IV-33 Gambar 4.26 Rangka... IV-33 Gambar 4.27 Kaki Rangka ... IV-33 Gambar 4.28 Rangka dan Kaki... IV-34 Gambar 4.29 Pembuatan Rangka Lapisan Kaca Ganda ... IV-34 Gambar 4.30 Rangka dan Pemasangan Alumunium Komposit Panel... IV-34 Gambar 4.31 Sebaran Energi Panas yang Konsep Single Glazing... IV-37 Gambar 5.1 Grafik Perbandingan Kalor yang Dihasilkan Tiap Konsep .... V-6

(16)

commit to user

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Gambar L-1. Prototipe Konsep Single Glazing... L-1 Gambar L-2. Prototipe Konsep Single Glazing With Reflector ... L-1 Gambar L-3 Prototipe Konsep Double Glazing ... L-2 Gambar L-4. Prototipe Konsep Double Glazing With Reflector... L-2