TUGAS AKHIR ANALISA THERMAL ROOFING MENGGUNAKAN MATERIAL ASBES DENGAN VARIASI SUDUT DAN ORIENTASI ARAH MATAHARI

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ANALISA THERMAL ROOFING MENGGUNAKAN MATERIAL ASBES DENGAN VARIASI SUDUT DAN ORIENTASI ARAH MATAHARI Disusun Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S-1) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Oleh : PULUNG MULIA ASTAPUTRA D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2007

2 HALAMAN PERSETUJUAN Makalah berjudul : Analisa Thermal Roofing Menggunakan Material Asbes dengan Variasi Sudut dan Orientasi Arah Matahari, telah disetujui oleh pembimbing dan disahkan koordinator sebagai syarat untuk Seminar Tugas Akhir dan ujian Tugas Akhir. Disusun oleh : Nama : Pulung Mulia Astaputra NIM : D NIRM : Disetujui pada : Hari : Tanggal : Disetujui pada : Hari Tanggal :. :. Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II (Ir. Sunardi Wiyono, MT.) ( Nurmuntaha,AN,ST.) ii

3 HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir ini telah disahkan oleh dewan penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana (S-1) Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada : Hari Tanggal :.. :.. Mengesahkan, Dewan penguji : 1. Ir. Sunardi Wiyono, MT. ( ) 2. Nurmuntaha A.N, ST. ( ) 3. Ir. Tri Tjahjono, MT. ( ) Mengetahui, a.n.dekan Fakultas Teknik Ketua Jurusan Teknik Mesin Wakil Dekan I (Ir. Subroto, MT.) (Marwan Effendy, ST, MT.)

4 MOTTO Yaaa, Allah, lapangkanlah dadaku, dan mudahkanlah bagiku urusanku dan lepaskanlah kakakuan lidahku, supaya mereka mengerti perkataanku (Q.S. Thoha : 25 28) Sesungguhnya Allah tidak akan merubah nasib suatu kaum kecuali dia berusaha merubahnya sendiri (Q.S. Ar Ra d ayat 11) Tidak ada yang sempurna di dunia ini tapi hanya dengan semangat dan kerja keras kita bisa membuat sesuatu menjadi yang terbaik Janganlah merasa senang menjadi orang yang berhasil tetapi merasa senanglah menjadi orang yang berguna bagi orang lain iv

5 PERSEMBAHAN Alhamdulillah, Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas rahmat dan karunia-nya sehingga Laporan Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan. Karya ini merupakan suatu wujud akhirku dalam mencapai gelar sarjana sebagai tanggung jawab kepada : Diriku sendiri Ayah dan Ibu tercinta, kupersembahkan gelarku kepadamu Kakak dan adikku tercinta Pebty Ardianingsih, pendamping hidupku InsyaAllah Rekan-rekan 2002 Almamaterku v

6 KATA PENGANTAR Dengan memanjatkan puji syukur Alhamdulillah kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat selesai. Tugas Akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana (S-1) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta yang mempunyai arti sangat penting. Harus disadari bahwa disiplin ilmu yang dipelajari di bangku kuliah bukanlah difinisi akhir yang merefleksikan keseluruhan potensi yang dimiliki oleh mahasiswa. 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 terimakasih yang sedalam-dalamnya kepada : 1. Ayah dan Ibu tercinta, yang senantiasa memberikan semangat dan do a dengan tiada henti demi keberhasilanku. 2. Kakak-kakakku, Mbak Ika, Mas Nindhom, terima kasih atas perhatian, doa, dan semangatnya. 3. Adik-adikku Taufik dan Kunjung, terima kasih atas semangatnya. 4. Keponakanku Sulthan, terima kasih atas senyum dan kelucuannya yang membuatku melupakan semua masalah untuk kembali bersemangat. vi

7 5. Bapak Ir.Tri Tjahyono, MT, selaku Dosen Pembimbing Akedemik yang telah memberikan bimbingan dan arahan semasa kuliah. 6. Bapak Ir. Sri Widodo, MT, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakara. 7. Bapak Marwan Effendy, ST, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakara. 8. Bapak Ir Sunardi Wiyono MT, selaku pembimbing I yang telah memberikan ilmu, nasehat, petunjuk,bimbingannya dan semangatnya selama penyusunan Tugas Akhir ini. 9. Bapak Nurmuntaha AN. ST, selaku pembimbing II yang telah memberikan ide, nasehat, saran, bimbingan dengan penuh kesabaran dan selalu memberikan semangat selama penyusunan Tugas Akhir ini. 10. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah membekali ilmu yang berguna untuk masa depan. 11. Mas Agus TU yang telah memberikan bantuannya dalam memperlancar proses administrasi. 12. Seluruh Staff dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakara yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 13. Rekan-rekanku di Menco Raya, Pendowo. vii

8 14. Emping Mlinjo House, Agus, Ian, Mas Argo, Bas terima kasih atas kebersamaannya. 15. Buat Sahabatku Heru, Wahyu, Budi, Rizal, Ardi, Priyo, Hastowo, Ammar, Kasman, Erwan, Hanang, Ludi, Gamma, Agus, Wawan, Hendrik, Andi dan semua teman-teman yang lain. Terima kasih atas semua bantuan dan do anya hingga Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan. 16. Pebty Ardianingsih, terimakasih atas do a dan semangatnya, terima kasih untuk semuanya. 17. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Besar harapan semoga Tugas Akhir ini dapat berguna dan bermanfaat kelak dikemudian hari. Surakarta, Oktober 2007 Penulis viii

9 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...i HALAMAN PERSETUJUAN...ii HALAMAN PENGESAHAN...iii HALAMAN MOTTO...iv PERSEMBAHAN...v KATA PENGANTAR...vi DAFTAR ISI...ix DAFTAR SIMBOL...xi DAFTAR RUMUS...xii DAFTAR GAMBAR...xiii DAFTAR GRAFIK...xiv ABSTRAKSI...xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan...4 BAB II LANDASAN TEORI...6 ix

10 2.1. Tinjauan Pustaka Landasan Teori Radiasi Matahari...14 BAB III METODE PENELITIAN Diagram Alir Penelitian Pembuatan alat Cara Memperoleh Data Penelitian Instrumen Penelitian Waktu dan tempat Penelitian Prosedur Percobaan...25 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa Dan Perhitungan Energi Matahari Perhitungan Kalor Yang Diserap Grafik Hasil Percobaan...36 BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran...47 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 DAFTAR SIMBOL Simbol Satuan ø = Garis lintang derajat ä = Sudut deklinasi derajat H = Sudut Jam derajat A = Sudut azimuth derajat cos i = Sudut antara sinar matahari dengan garis tegak lurus permukaan derajat f = Sudut kemiringan derajat q r = Perpindahan kalor radiasi Watt W = Konstanta Stefan-bolztman 2 4 m K A = Luas penampang m 2 q k = Laju perpindahan kalor konduksi Watt k = Konduktivitas thermal W m K dt = Beda temperatur pada penampang K dx = Tebal penampang m q c = Laju perpindahan kalor konveksi Watt h c = Koefisien perpindahan kalor konveksi W 2 m Ts = Temperatur permukaan K T = Temperatur fluida K K xi

12 DAFTAR RUMUS No Rumus Satuan 1 Laju perpindahan kalor konduksi Watt 2 Laju perpindahan kalor konveksi Watt 3 Laju perpindahan kalor radiasi Watt 4 Radiasi benda hitam Watt 5 Energi radiasi matahari 2 m 6 Sudut antara zenith dan arah matahari derajat 7 Perhitungan azimut matahari derajat 8 Radiasi yang datang pada permukaan miring 2 m 9 Sudut antara arah matahari dan garis tegak lurus pada permukaan derajat W W xii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Sistem Sirkulasi Energi Panas Sebagai Penghangat Ruangan.. 8 Gambar 2.2. Konduksi Panas Pada Plat Tipis Gambar 2.3. Perpindahan Kalor Konveksi dari Suatu Plat Gambar 2.4. Perpindahan Panas Radiasi Gambar 2.5. Definisi sudut-sudut matahari dan sudut-sudut permukaan Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Gambar 3.2. Kerangka Atap Gambar 3.3. Titik-Titik Pengukuran Temperatur Ruang Atap Gambar 3.4. Konstruksi Atap Gambar 3.5. Penempatan Termometer Untuk Temperatur Lingkungan Gambar 3.6. Penempatan Termometer Untuk Temperatur Ruang Atap Gambar 3.7. Foto Alat Penyerap Panas Gambar 3.8. Foto Stopwatch Gambar 3.9. Foto Termometer Suhu Skala C xiii

14 DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1. Hubungan temperatur terhadap waktu (sudut 45 menghadap timur)...36 Grafik 4.2. Hubungan temperatur terhadap waktu (sudut 40 menghadap timur)...36 Grafik 4.3. Hubungan temperatur terhadap waktu (sudut 35 menghadap timur)...37 Grafik 4.4. Hubungan temperatur terhadap waktu (sudut 45 menghadap selatan).38 Grafik 4.5. Hubungan temperatur terhadap waktu (sudut 40 menghadap selatan).38 Grafik 4.6. Hubungan temperatur terhadap waktu (sudut 35 menghadap selatan).39 Grafik 4.7. Histogram temperatur terhadap waktu (sudut 45 menghadap barat)..40 Grafik 4.8. Histogram temperatur terhadap waktu (sudut 40 menghadap barat)...40 Grafik 4.9. Hubungan temperatur terhadap waktu (sudut 35 menghadap barat)...41 Grafik Hubungan temperatur terhadap waktu (sudut 45 menghadap utara).42 Grafik Hubungan temperatur terhadap waktu (sudut 40 menghadap utara).42 Grafik Hubungan temperatur terhadap waktu (sudut 35 menghadap utara).43 Grafik Hubungan antara sudut kemiringan atap terhadap temperatur Grafik Hubungan antara posisi atap terhadap temperatur Grafik Hubungan antara kalor terhadap waktu xiv

15 ABSTRAKSI Suatu masalah yang banyak dihadapi oleh negara-negara di dunia termasuk Indonesia adalah masalah energi. Sebagai contoh salah satu energi yang banyak digunakan saat ini adalah minyak bumi, sedangkan masalah yang tentunya akan mengancam adalah menipisnya cadangan minyak bumi, kenaikan harga akibat laju permintaan yang lebih besar dari produksi minyak serta polusi udara yang ditimbulkan dari pembakaran bahan bakar minyak. Oleh karena itu diperlukan sumber energi alternatif untuk mengatasi masalah tersebut. Salah satunya adalah dengan memanfaatkan energi matahari. Energi panas yang dihasilkan dari matahari dapat dimanfaatkan sebagai pengganti energi panas yang lain. Thermal Roofing adalah sebuah teknologi pemanfaatan energi matahari dengan menggunakan atap rumah sebagai penyerap panas. Prinsip kerja dari teknologi Thermal Roofing adalah memanfaatkan energi panas yang ada di dalam ruangan antara atap rumah dengan plafon Analisa penyerapan panas dengan sistem Thermal Roofing pada penelitian ini dititikberatkan pada variasi sudut kemiringan atap dan posisi terhadap matahari, hal ini bertujuan untuk mencari posisi yang terbaik untuk penyerapan panas matahari melalui atap rumah, karena selama ini kenyataan dimasyarakat belum menyadari bahwa ternyata atap rumah dapat menjadi penyerap panas yang kemudian dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari, misalnya sebagai pamanas air, atau pemanas ruangan. Dari hasil penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa semakin kecil sudut kemiringan atap semakin besar kalor yang mampu diserap oleh atap. Posisi atap terhadap matahari juga mempengaruhi terhadap penyerapan panas. Kalor yang diserap akan lebih besar jika atap menghadap ke arah timur, karena energi radiasi yang datang lebih besar jika menghadap ke arah timur. Kata kunci : Atap, sudut kemiringan, posisi, temperatur xv