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

  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 (S1) 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.

  8. Rekan-rekan khususnya Rudi Martin, Rio Arinedo Sembiring, Juwirianto, Iqbal Tawakal dan William Ryan Wijaya yang bersama-sama dengan penulis 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

  o

  Erythritol (titik leleh 117

  C). 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

  o o dengan 3,43 LU 98,44 BT.

  . Kata kunci : Storage material, PCM, Erythritol

  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

o

material which called as PCM. PCM used is Erythritol (melting Temperatur 117 C ).

  

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

KATA PENGANTAR i ABSTRAK iii ABSTRACT iv DAFTAR ISI v DAFTAR TABEL vii DAFTAR GAMBAR viii DAFTAR SIMBOL x

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang

  2.4.2 Solar Cooker dengan Material Penyimpan Panas (Thermal

  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

  Storage material )

  13

  27 BAB III METODOLOGI

  29

  3.1 Peralatan Pengujian

  29

  3.2 Bahan

  39

  3.3 Experimental Setup

  35

  2.3.2 Tipe-tipe Solar Cooker

  2.3.1 Sejarah Solar Cooker

  1

  4

  1.2 Batasan Masalah

  1

  1.3 Tujuan Penelitian

  1

  1.4 Manfaat Penelitian

  2

  1.5 Sistematika Penulisan

  2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Radiasi Surya

  1

  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

  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 Tabel 4.3 Perhitungan biaya mengunakan rice cooker

  49

  DAFTAR GAMBAR

  18 Gambar 2.16 Vessel (a) Model Buddhi and Sahoo

  34 Gambar 3.9 Experimental Set-up pada saat Charging

  34 Gambar 3.8 Erythritol

  33 Gambar 3.7 Plat alumunium

  32 Gambar 3.6 Air dan Beras

  32 Gambar 3.5 Box Solar Cooker

  30 Gambar 3.4 Vessel

  30 Gambar 3.3 Hobo Microstation data logger

  29 Gambar 3.2 Agilent 34972a

  23 Gambar 3.1 Komputer

  21 Gambar 2.18 Klasifikasi Phase Change Material

  20 Gambar 2.17 Rancangan Narashima Rao

  (b) Model Domanski et al (c) Model Sharma et al, dan (d) Model Buddhi dan Sharma

  17 Gambar 2.15 Solar Cooker Bentuk Sceffler

Gambar 2.1 Hubungan Matahari dan Bumi

  16 Gambar 2.14 Solar Cooker Bentuk Parabola

  16 Gambar 2.13 Solar Cooker Bentuk Ketel

  15 Gambar 2.12 Solar Cooker Bentuk Panel

  12 Gambar 2.11 Solar Cooker Bentuk Box

  11 Gambar 2.10 Solar Power Plant

  11 Gambar 2.9 Solar Distilation Water

  10 Gambar 2.8 Solar Chimney

  9 Gambar 2.7 Solar Air-Conditioning

  9 Gambar 2.6 Solar Architecture

  8 Gambar 2.5 Solar Ponds

  7 Gambar 2.4 Solar Dries

  6 Gambar 2.3 Solar Cooker

  4 Gambar 2.2 Solar Water Heater

  35

Gambar 3.10 Expermental Set-up pada saat Discharging

  36

  38 Gambar 3.11 Diagram Blok Proses Pengerjaan Skripsi

Gambar 4.1 Sesaat, Sebelum, dan Sesudah pengujian

  39

  39 Gambar 4.2 Vessel Tahap Pertama

Gambar 4.3 Perbandingan Radiasi Matahari Aktual dan Teoritis 15 Maret 2012 40Gambar 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

Gambar 4.12 Grafik Time vs Radiasi vs Temperatur Pengujian 23 April 2012 48

DAFTAR SIMBOL

  C T r Temperatur lingkungan

  Nu Bilangan Nusselt - Pr Prandatl

  Laju Perpindahan Panas MJ Q pcm Energi PCM MJ Q radiasi Energi Radiasi MJ Q

  nasi

  Energi untuk memasak nasi J Ra Bilangan Rayleigh - r Jari-jari vessel cm T

  s

  Temperatur permukaan

  o

  o

  2

  C T pcmmax Temperatur maximum PCM

  o

  C T abmax Temperatur maximum Plat absorber

  o

  C T fo in Temperatur dimana makanan dimasukkan

  o

  C

  k Konduktivitas Bahan Termal W/m K k u Kalor Uap kJ/kg kl Kalor latent kJ/kg L Panjang m

  I Intensitas Radiasi W/m

  Simbol Arti Satuan

  o

  A k Luas penampang kolektor m

  2 A v Luas Penampang vessel

  m

  2

  c air Panas Jenis air kJ/kg

  o

  C c beras Panas Jenis beras kJ/kg

  C c p Panas Jenis kJ/kg

  2 K

  o

  C c pcm Panas Jenis pcm kJ/kg

  o

  C d v Diameter vessel m g gravitasi bumi m/s

  2 G sc Daya radiasi rata-rata yang diterima atmosfer bumi W/m

  2 Gaa Rata-rata radiasi matahari selama proses charging W/m

  2

  h Koefisien Perpindahan Panas Konveksi W/m

• ̇

Konstanta -

  Effisiensi

  o

  /s η

  2

  α Diffusivitas termal m

  3

  Selang waktu perhitungan s Massa Jenis kg/m

  C ∆

  Perbedaan Temperatur awal dan akhir

  T fo out Temperatur dimana makanan dikeluarkan

  Koefisien Udara 1 / K ∆

  Huruf Yunani Simbol Arti Satuan

  /s

  2

  C t fo in Waktu dimana makanan dimasukkan Jam t fo out Waktu dimana makanan dimasukkan Jam v Viskositas kinematik m

  o

• π