RANCANG BANGUN RUANGAN DINDING LILIN UNTUK TATA UDARA DENGAN SINAR MATAHARI
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan
Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI
oleh: Rony Kristian Silaen NIM: 1005051041
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
v
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, atas berkat dan kasih-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini merupakan syarat dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III (D3) di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Tugas akhir ini diambil dari bidang mata kuliah Perpindahan Panas dengan judul “RANCANG BANGUN RUANGAN DINDING LILIN UNTUK TATA UDARA DENGAN SINAR MATAHARI” . Dalam penyelesaian tugas akhir ini, penulis mendapat banyak bimbingan dan dukungan dalam penyelesaian perkuliahan dan tugas akhir ini. Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada : 1. Bapak M. Syahruddin, S.T, M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Ir. Gidion Sembiring, M.T., sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Ir. Isman Harianda, M.T., sebagai Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Ir. Silmi, M.T., sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan banyak waktu serta membagi ilmu dan nasehat kepada penulis sepanjang pengerjaan tugas akhir ini hingga selesai. 5. Bapak Ir. Isman Harianda, M.T., yang telah membimbing dan membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini. 6. Bapak Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku wali kelas EN-6A. 7. Bapak/Ibu dosen di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan yang telah mendidik penulis selama kuliah. 8. Bapak/Ibu staff pegawai di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan.
vi
9. Secara khusus saya ucapkan kepada kedua orang tua tercinta Ayahanda F. Silaen dan Ibunda R. br.Tambunan, yang telah banyak memberi dorongan moril serta buat semua doa-doanya selama ini kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 10. Abang dan kakak penulis Roma O. M. Silaen, S.Sos., David V. Silaen, Boyke A. Silaen, Ivan R. Silaen, Amd., dan Andre S. Silaen, serta seluruh keluarga yang selalu mendukung penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 11. Sahabat - sahabat penulis, CACADERS; Chrisna Nissi Silitonga, Desi Natalia Siahaan, Ira M. M. Situmorang, dan Dimas Izzat Hamdany yang selalu bekerja sama dan memotivasi penulis selama berkuliah di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 12. Rekan – rekan mahasiswa kelas EN-6A Teknik Konversi Energi’10 terkhususnya Ebsan Simamora, Ruth E. Sianipar, Marwandi Apriko Damanik dan semua teman – teman mahasiswa Teknik Konversi Energi ’10. 13. Rekan TA penulis, Maulidah H. Simamora dan Fiere Ricardo Sumbayak, yang sudah bekerja sama dengan baik dengan penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini.
Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi pembaca. Terima kasih.
Medan, Agustus 2013 Penulis,
Rony Kristian Silaen (NIM. 1005051041)
vii
DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ..................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN .........................................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN ..........................................................................
iv
KATA PENGANTAR ...................................................................................
v
DAFTAR ISI ..................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
ix
DAFTAR TABEL .........................................................................................
x
DAFTAR SIMBOL .......................................................................................
xi
LAMPIRAN ...................................................................................................
xii
INTISARI ......................................................................................................
xiii
ABSTRACT ...................................................................................................
xiv
BAB I PENDAHULUAN ..............................................................................
1
A. Latar Belakang Pemilihan Judul ...................................................
1
B. Batasan Masalah ..........................................................................
2
C. Tujuan Penulisan ..........................................................................
2
D. Manfaat Tugas Akhir ...................................................................
2
E. Teknik Pengumpulan Data ............................................................
3
F. Sistematika Penulisan Laporan ....................................................
3
BAB II DASAR TEORI ................................................................................
5
A. Pengantar ......................................................................................
5
B. Mekanisme Terjadinya Aliran Panas ...........................................
5
1. Konduksi ..................................................................................
6
2. Konveksi ..................................................................................
9
3. Radiasi ......................................................................................
9
C. Geometri Matahari ........................................................................
10
D. Radiasi Langsung Dari Matahari [IDN] .........................................
12
viii
BAB III RANCANG BANGUN RUANGAN DINDING LILIN ..............
14
A. Prinsip Kerja Ruangan Dinding Lilin ...........................................
14
B. Peralatan Pengujian yang Digunakan ..........................................
14
C. Perancangan Bangun Pengujian ...................................................
15
1. Merancang Dinding Lilin ........................................................
15
2. Mengolah Lilin ........................................................................
17
3. Memasang Atap ......................................................................
19
D. Prosedur Pelaksanaan Pengujian ...................................................
18
E. Gambaran Umum Sistem Kerja Peralatan Pengujian ...................
18
BAB IV ANALISA DATA ............................................................................
19
A. Tabel Data Hasil Pengujian ..........................................................
19
B. Analisa Perhitungan Laju Aliran Panas .......................................
24
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................
31
A. Kesimpulan ...................................................................................
31
B. Saran .............................................................................................
32
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Gambar 2-1. Perpindahan kalor satu-dimensi melalui dinding kompositnya dan analogi listriknya ..........................................................................
7
2. Gambar 2-2. Perpindahan kalor satu-dimensi seri dan paralel melalui dinding komposit dan analogi listriknya ............................................. 3. Gambar 2-3. Peredaran bumi mengitari matahari ...............................
8 10
4. Gambar 2-4. Posisi relatif sinar matahari dan sumbu bumi pada titik balik musim dingin .......................................................................................
11
5. Gambar 2-5. Ketinggian matahari β dan azimuth matahari Φ .............
12
6. Gambar 2-6. Sudut kemiringan Σ suatu permukaan ............................
13
7. Gambar 3-1. Solarimeter digital ..........................................................
15
8. Gambar 3-2. Rangka ruangan dinding lilin tampak samping ..............
15
9. Gambar 3-3. Rangka ruangan dinding lilin tampak atas .....................
16
10. Gambar 3-4. Memecahkan lilin menjadi kepingan kecil ....................
16
11. Gambar 3-5. Memasukkan lilin (cair) ke setiap celah dinding ...........
17
12. Gambar 3-6. Atap ruangan dinding lilin .............................................
17
x
DAFTAR TABEL 1. Tabel 1. Data Hasil Pengujian 2. Tabel 2. Analisa Data
xi
DAFTAR SIMBOL T, Temperatur
[˚C,K]
Q, Laju Aliran Panas
[W]
A, Luas Bidang Aliran Kalor [m2] Δx, Tebal Dinding
[m]
k, Konduktivitas Termal
[W/mK]
Sudut Alfa β,
Sudut Beta
,
Sudut Delta
Φz, Sudut Zenith ΦA, Sudut Azimuth Rth, Tahanan Termal
[K/W]
xii
LAMPIRAN Lampiran 1. Data Konduktivitas Termal (Wiranto Arismunandar, “Teknologi Rekayasa Surya’, 1995)
xiii
INTISARI Perbedaan temperatur yang cukup tinggi adalah tujuan yang ingin dicapai dalam pengerjaan tugas akhir ini. Aspek terpenting yang perlu diperhatikan untuk mencapai perbedaan temperatur yang tinggi adalah besar nilai ketebalan dinding. Dinding yang semakin tebal akan menghambat panas yang masuk ke dalam ruangan lebih besar juga. Dengan melakukan percobaan selama 5 hari dan menggunakan aluminium yang memiliki ketebalan 0,5mm untuk setiap platnya sebagai bahan untuk ruangan dengan lilin setebal 150mm di setiap dindingnya, maka perbedaan temperatur terbesar yang dapat diperoleh adalah sebesar 7˚C. Laju aliran panas rata-rata terbesar yang dapat diperoleh adalah sebesar 1,00333 W.
Kata kunci: perbedaan temperatur, tebal dinding, panas
xiv
ABSTRACT High temperature difference is the main goal on doing this final task. The most important aspect that need to be considered to reach the high temperature difference is the thickness of the wall. The thicker the wall will detain more heat that flows into the room too. By doing the experiment in five days and using aluminium with thickness 0,5mm for every plate and candle with thickness 150mm each walls, then the highest temperature difference can be achieved is 7˚C. Highest heat flow rate that can be achieved is 1,00333 W. Keywords: temperature difference, wall thickness, heat
xv
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pemilihan Judul Pengkondisian udara nyaman (comfort air conditioning) merupakan proses perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan oleh penghuni yang berada didalamnya. Oleh karena semakin meningkatnya suhu udara di bumi, khususnya daerah tropis seperti Indonesia dan juga semakin maraknya global warming, maka muncullah sebuah alternatif yang lebih efisien dan tidak merusak lingkungan yang dapat dipilih untuk mengatasi masalah tersebut. Manusia tidak harus menggunakan air conditioner lagi untuk mendapatkan kondisi udara yang nyaman, maka dengan berlandaskan tujuan utama dari pengkondisian udara, yakni untuk menciptakan keadaan udara yang menyenangkan bagi manusia, dibuatlah Rumah Lilin. Rumah Lilin merupakan sebuah rumah yang disetiap sela keempat dindingnya akan diletakkan lilin. Dengan ini diharapkan udara didalam ruangan dapat dikondisikan secara alamiah, dimana saat siang hari ketika suhu udara lingkungan panas, panas yang masuk ke dinding rumah ini akan diserap oleh lilin terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam ruangan sehingga lilin mencair. Oleh karena sebagian panas sudah diserap lilin, maka panas yang masuk ke dalam ruangan pasti akan menjadi rendah sehingga suhu ruangan tetap sejuk. Pada saat malam hari ketika suhu udara lingkungan dingin, maka lilin yang mencair tadi akan melepaskan panasnya ke dalam ruangan sehingga lilin kembali membeku. Oleh karena panas yang dilepaskan lilin tadi kedalam ruangan, maka suhu ruangan akan menjadi hangat. Mengingat besarnya biaya listrik yang dikeluarkan untuk alat-alat pemanas dan pendingin ruangan serta mengurangi tingkat global warming yang sedang marak, maka dengan berlandaskan alasan itulah penulis berniat mengangkat judul “Rancang Bangun Ruangan Dinding Lilin Untuk Tata Udara Dengan Sinar Matahari”.
xvi
B. Batasan Masalah 1. Menganalisa perpindahan panas konduksi. 2. Menghitung volume lilin yang digunakan. 3. Kondisi udara didalam ruangan yang diinginkan. C. Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan dipilihnya judul ini adalah: 1. 2. 3.
Untuk memperoleh pengkondisian tata udara yang diinginkan. Agar Rancang Bangun Ruangan Dinding Lilin ini dapat diterapkan didalam kehidupan nyata. Penggunaan bahan-bahan yang ramah lingkungan juga agar membantu pencegahan Global Warming.
D. Manfaat Tugas Akhir Dari penulisan tugas akhir ini diharapkan mendapat manfaat sebagai berikut: 1.
Dari sisi aplikasi : Pengelolaan tata udara terhadap ruangan agar memperoleh ruangan yang sejuk dan nyaman. Untuk penerapan aplikasi yang terdapat pada rancang bangun ini didalam kehidupan sehari-hari seiring Global Warming yang membuat suhu di bumi tidak menentu.
2.
Dari sisi penulis : Dapat mengaplikasikan teori yang telah didapat didalam proses belajar mengajar. Dapat mendalami kompetensi dalam bidang perpindahan panas serta pengaplikasiannya dalam kehidupan.
xvii
3.
Dari sisi akademis Dapat dijadikan sebagai sumber referensi dalam mata kuliah Perpindahan Panas.
E. Teknik Pengumpulan Data dan Pengolahan Data Adapun teknik pengumpulan dan pengolahan data yang diterapkan penulis dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini adalah dengan cara : 1. Studi Kepustakaan, yaitu penulis melakukan studi literatur atau pengumpulan bahan referensi yang berkaitan dengan laporan tugas akhir juga terhadap pengumpulan dasar teori berdasarkan judul dan pengolahan data yang akan diproleh nantinya. 2. Melakukan bimbingan konsultasi dengan dosen pembimbing. 3. Mencatat data yang diperoleh dari rancang bangun tersebut. F. Sistematika Penulisan Laporan Untuk memudahkan penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis membuat sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I :
PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang penulisan, tujuan dan manfaat tugas akhir, batasan masalah, teknik pengumpulan data serta sistematika penulisan laporan tugas akhir.
BAB II :
DASAR TEORI Pada bab ini penulis menjelaskan lebih terperinci tentang mekanisme terjadinya aliran panas dan juga radiasi matahari.
BAB III :
RANCANG BANGUN RUANGAN DINDING LILIN Bab ini berisi tentang prinsip kerja ruangan dinding lilin, alat pengujian ruangan dinding lilin, proses pengerjaan ruangan dinding lilin serta proses pengambilan data ruangan dinding lilin.
xviii
BAB IV :
ANALISA DATA Bab ini berisi tabel data hasil pengujian serta perhitungan laju aliran panas tiap jam.
BAB V :
PENUTUP Bab ini berisikan kesimpulan dan saran yang didapat selama penulis menyelesaikan tugas akhir.
xix
