TUGAS AKHIR ANALISA THERMAL ROOFING MENGGUNAKAN VARIASI MATERIAL ATAP DAN WARNA MATERIAL ATAP PADA SUDUT 45° KE ARAH TIMUR.
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 ......................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN.......................................................................
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
BAB II
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
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
Satuan
Q
= laju perpindahan panas konduksi
(W)
K
= konduktivitas thermal
(W/m0K)
dt
= gradien suhu pada penampang
(0K)
dx
= tebal penampang
(m)
q
= laju perpindahan panas konveksi
(W)
h
= koefisien perpindahan panas konveksi
(W/m20K)
A
= luas permukaan
(m2)
Ts
= temperatur permukaan
(0K)
= temperatur ruang
(0K)
= konstanta Stefan-bolztman (5,669. 108 )
(W/m2 0K)
A
= luas penampang
(m2)
T
= temperatur absolut benda yang dikenai radiasi
(0K)
= emisifitas
(W/m 0K)
T
q
= jumlah kalor yang dipindahkan
(Watt)
A
= luasan penerimaan panas
(m2)
= sudut deklinasi (jarak sudut sinar matahari ke arah (derajat)
utara atau selatan),
H
= (sudut yang harus dijalani bumi atau diedari bumi untuk
menghasilkan meridian titik tersebut secara langsung
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
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 ......................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN.......................................................................
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
BAB II
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
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
Satuan
Q
= laju perpindahan panas konduksi
(W)
K
= konduktivitas thermal
(W/m0K)
dt
= gradien suhu pada penampang
(0K)
dx
= tebal penampang
(m)
q
= laju perpindahan panas konveksi
(W)
h
= koefisien perpindahan panas konveksi
(W/m20K)
A
= luas permukaan
(m2)
Ts
= temperatur permukaan
(0K)
= temperatur ruang
(0K)
= konstanta Stefan-bolztman (5,669. 108 )
(W/m2 0K)
A
= luas penampang
(m2)
T
= temperatur absolut benda yang dikenai radiasi
(0K)
= emisifitas
(W/m 0K)
T
q
= jumlah kalor yang dipindahkan
(Watt)
A
= luasan penerimaan panas
(m2)
= sudut deklinasi (jarak sudut sinar matahari ke arah (derajat)
utara atau selatan),
H
= (sudut yang harus dijalani bumi atau diedari bumi untuk
menghasilkan meridian titik tersebut secara langsung
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