TUGAS AKHIR ANALISA THERMAL ROOFING MENGGUNAKAN VARIASI MATERIAL ATAP DAN WARNA MATERIAL ATAP PADA SUDUT 45 KE ARAH TIMUR Disusun Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S-1) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Oleh : WAHYU ASIANTO D200 020 091 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2007
HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir ini 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 : Disusun Oleh : Nama : Wahyu asianto NIM : D 200 020 091 NIRM : Judul : ANALISA THERMAL ROOFING MENGGUNAKAN VARIASI MATERIAL ATAP DAN WARNA MATERIAL ATAP PADA SUDUT 45 KE ARAH TIMUR Pembimbing I Pembimbing II (Ir. Sunardi Wiyono, MT) (Nurmuntaha AN, ST) ii
HALAMAN PENGESAHAN Telah diterima dan disetujui pembimbing untuk diajukan kepada Dewan Penguji Tugas Akhir Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, dengan judul : Analisa Thermal Roofing Menggunakan Variasi Material Atap Dan Warna Material Atap Pada Susut 45 Ke Arah Timur. Nama : Wahyu asianto NIM : D 200 020 091 NIRM : Hari :... Tanggal :... Dewan Penguji: 1. Ir. Sunardi Wiyono, MT ( 1. ) 2. Nurmuntaha A N, ST ( 2. ) 3. Ir. Sartono Putro, MT ( 3. ) Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik Ketua Jurusan Teknik Mesin UMS ( Ir. Sri Widodo, MT ) (Marwan Effendy, ST.MT) iii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN iv
KATA PENGANTAR Puji syukur alhamdulillah, penulis sampaikan kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulisan ini dapat terselesaikan dengan baik, guna melengkapi tugas dan memenuhi syarat-syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan 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 terimakasih yang sedalam-dalamnya kepada: 1. Ibunda dan Ayahanda tercinta, atas perhatian, didikan, kasih sayang, pengorbanan, dorongan, dan doa-doanya. 2. Kakak - kakakku tersayang Yeni Handayani dan Santi Handayanto terimakasih atas kasih sayang, dorongan semangat, pengorbanan dan doanya. 3. Keluarga Cemara-ku, teman temanku, terimakasih atas kasih sayang dan doanya. 4. Ir. Sri Widodo, MT; selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiya Surakarta; 5. Marwan Effendy, ST.MT; selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta; 6. Ir. Sunardi Wiyono, M.T; selaku Dosen Pembimbing I Tugas Akhir ini atas waktu, pengarahan dan dorongan kepada penulis; 7. Nurmuntaha A N, ST; selaku Pembimbing II Tugas Akhir ini atas waktu, pengarahan dan dorongan kepada penulis; v
8. Ir. H.Sarjito, MT; selaku Pembimbing Akademik; 9. Teman-teman Teknik Mesin semua. 10. Temen seperjuangan Budi Prihantoro, Pulung Mulia Astaputra. 11. Teman teman angkatan 02.. 12. Pihak-pihak yang secara langsung maupun tidak langsung terlibat dalam mensukseskan penyusunan Tugas Akhir ini. Besar harapan penulis semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak yang memerlukan walaupun penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Amien. Surakarta, 2007 Penulis vi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PERSETUJUAN... i ii HALAMAN PENGESAHAN... iii MOTTO... iv PERSEMBAHAN... v LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR... vi KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR SIMBOL... x DAFTAR GAMBAR... xi ABSTRAKSI... xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Pembatasan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 4 1.4 Manfaat Penelitian... 4 1.5 Sistematika Penulisan Laporan... 5 BAB II LANDASAN TEORI... 6 2.1 Tinjauan Pustaka... 6 2.2 Landasan Teori... 8 vii
2.2.1 Konduksi... 9 2.2.2 Konveksi... 10 2.2.3 Radiasi... 11 2.3 Radiasi Matahari... 11 2.4 Perhitungan Radiasi Matahari di Bumi... 12 BAB III METODE PENELITIAN... 15 3.1. Metodolgi Penelitian... 16 3.2.Diagram Alir Penelitian... 18 3.3. Pembuatan Alat... 17 3.2.1. Atap... 17 3.2.2. Kerangka Penyangga Atap... 18 3.2.3. Stop Watch... 21 3.2.4. Thermometer... 22 3.4 Waktu dan Tempat Penelitian... 23 3.5.Prosedur Percobaan... 23 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN... 25 5.1. Analisa dan Perhitungan Arus Energi Matahari... 25 5.2. Perhitungan Kalor Konveksi Luar... 29 5.3. Perhitungan Kalor Radiasi... 33 5.4. Perhitungan Temperatur Permukaan Dalam... 35 5.5. Analisa Grafik dan Pembahasan... 36 viii
BAB V KESIMPULAN... 45 6.1. Kesimpulan... 45 6.2. Saran-Saran... 45 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ix
DAFTAR SIMBOL Simbol Q K dt dx q h A = laju perpindahan panas konduksi = konduktivitas thermal = gradien suhu pada penampang = tebal penampang = laju perpindahan panas konveksi = koefisien perpindahan panas konveksi = luas permukaan Satuan (W) (W/m 0 K) ( 0 K) (m) (W) (W/m 20 K) (m 2 ) T s T A T q A H = temperatur permukaan = temperatur ruang = konstanta Stefan-bolztman (5,669. 10 8 ) = luas penampang = temperatur absolut benda yang dikenai radiasi = emisifitas = jumlah kalor yang dipindahkan = luasan penerimaan panas = sudut deklinasi (jarak sudut sinar matahari ke arah utara atau selatan), = (sudut yang harus dijalani bumi atau diedari bumi untuk menghasilkan meridian titik tersebut secara langsung ( 0 K) ( 0 K) (W/m 2 0 K) (m 2 ) ( 0 K) (W/m 0 K) (Watt) (m 2 ) (derajat) x
segaris dengan sinar matahari) (derajat) DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Diagram Alir Penelitian...16 Gambar 2. Kerangkap Atap...17 Gambar 3. Titik-Titik Pengukuran Temperatur Ruang Atap...18 Gambar 4. Konstruksi Atap......19 Gambar 5. Penempatan Thermometer untuk Pengukuran Temperatur Lingkungan...20 Gambar 6. Penempatan Termometer Untuk Pengukuran Temperatur Ruang Atap...20 Gambar 7. Foto Alat Penyerap Panas...21 Gambar 8. Stopwatch......22 Gambar 9. Termometer Suhu Skala 0-110 C...22 Gambar 10. Grafik Hubungan Antara Temperatur Genteng Warna Coklat Terhadap Waktu...36 Gambar 11 Grafik Hubungan Antara Temperatur Genteng Merah Terhadap Waktu...37 Gambar 12.. Grafik Hubungan Antara Temperatur Genteng Biru TerhadapWaktu...37 Gambar 13. Grafik Hubungan Antara Temperatur Seng Warna Dasar Terhadap Waktu...38 xi
Gambar 14. Grafik Hubungan Antara Seng Merah Waktu Terhadap Temperatur...39 Gambar 15. Grafik Hubungan Antara Temperatur Seng Biru Terhadap Waktu...39 Gambar 16. Grafik Hubungan Antara Temperatur Asbes Warna Asli Terhadap Waktu...40 Gambar 17. Grafik Hubungan Antara Temperatur Asbes Merah Terhadap Waktu...41 Gambar 18. Grafik Hubungan Antara Temperatur Asbes Biru Terhadap Waktu...41 Gambar 19. Grafik Hubungan Antara Temperatur Dengan Material Atap...42 Gambar 20. Grafik Hubungan Antara Temperatur Dengan Warna Material Atap...43 Gambar 21. Grafik Hubungan Antara Kalor Terhadap Waktu...44 xii
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. Analisis penyerapan panas dengan system Thermal Roofing pada penelitian ini dititikberatkan pada variasi material atap dan warna material, hal ini bertujuan untuk mencari material atap dan warna material 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 material atap seng yang manghasilkan temperatur ruang paling tinggi. Warna material atap juga mempengaruhi terhadap tinggi rendahnya temperatur ruang. Temperatur ruang yang paling tinggi dihasilkan oleh atap yang tetap pada warna aslinya, karena warna pada penelitian ini merupakan lapisan. Kata Kunci : Radiasi matahari,material atap,warna atap,suhu xiii