PENGUJIAN SEBUAH  KOMPOR SURYA TIPE KOTAK YANG DILENGKAPI ABSORBER MIRING DENGAN MODIFIKASI PENAMBAHAN SEKAT PADA BIDANG MIRING
Zulvia C. N. Ginting 1 , Tekad Sitepu 2 , Himsar Ambarita 3 , Tulus B. Sitorus 4 , Zulkifli Lubis 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jalan Almamater, Medan 20155 Email: ginting_strong@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Kompor  surya  tipe  kotak  yang  dilengkapi  dengan absorber miring  merupakan  sebauh  desain  baru yang pemakaiannya diharapakan menjadi lebih efektif dan efisien dalam memasak dan memanaskan. Absorber miring tersebut akan manangkap dan kemudian menyalurkan panas ke ruang masak secara konveksi  alamiah.  Kemudian  dengan  penambahan  sekat  pembatas  pada  bidang  miring  tersebut diharapkan sirkulasi penyaluran udara panas menuju ruang masak akan semakin baik. Ruang masak terdiri dari kaca double glass sebagai pintu penutup, plat aluminium dibagian dinding dalam dan alas sebagai absorber panas, serta dinding isolasi yang terdiri dari lapisan rockwool, styrofoam dan kayu. Komponen  pada  bidang  miring  sama  halnya  dengan  bidang  datar,  hanya  saja  dibagian tegah  bidang miring  dipasangkan  sekat  pembatas  berupa  plat  aluminium  untuk  menyempurnakan  sirkulasi  udara panas  menuju ruang masak.  Pengujian kompor  surya dengan  penambahan  sekat pada bidang miring dilakukan selama 8 jam mulai pukul 09:00  – 17:00 WIB pada kondisi cuaca cerah dengan bahan uji yang  dimasak  adalah  air  (H 2 O).  Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  temperatur  maksimum yang dapat dicapai kompor surya dalam memanaskan air, jumlah energi panas yang mampu diserap dan digunakan, serta mengetahui nilai efisiensi maksimumnya. Dengan luas absorber rata dan sekat pembatas 0,59 m x 0,59 m dan 0,70 m x 0,59 m, kompor surya ini mampu memanaskan air hingga mencapai  temperatur  89,90 o C,  dan  menyerap  energi  panas  sebesar  9,489  MJ/  hari,  serta  mampu menggunakan energi panas tersebut sebesar 7,238 MJ/ hari. Sehingga didapat nilai efisiensi tertinggi dalam pengujian ini adalah 14,07 %.

## Kata kunci : kompor surya, konveksi alamiah, sekat absorber miring

## 1. PENDAHULUAN
Di negara berkembang, konsumsi energi terbesar adalah untuk keperluan memasak. Sebagian besar  penggunaan  energi  untuk  memasak  berasal  dari  bahan  bakar fossil .  Bahan  bakar  fosil merupakan  bahan  bakar  yang  kurang  ramah  lingkungan  dan  dapat  mengakibatkan  krisis  energi, permasalahan lingkungan, dan  permasalahan ekonomi. Oleh karena itu, diperlukanlah suatu inovasi teknologi  dimana  menggunakan  tenaga  yang  dapat  diperbaharui  yang  salah  satunya  adalah penggunanan  alat  yang  menggunakan  energi  matahari  untuk  keperluan  memasak  atau  memanaskan, yang  sering  disebut  sebagai  kompor  surya  ( solar  cooker). Dalam  pemakaiaanya,  kompor  surya tergantung pada intensitas panas matahari. Sehingga sangat cocok dan memungkinkan bila digunakan pada  daerah  tropis  seperti  di  Indonesia,  di  mana  matahari  dapat  bersinar  sepanjang  tahun.  Dalam perancangan dan penggunaannya, kompor surya tipe kotak yang dilengkapi dengan sebuah absorber miring, tentu sangat dipengaruhi oleh baik tidaknya sirkulasi udara panas pada absorber miring untuk di  distribusikan  ke  ruang  masak.  Hal  ini  merupakan  sebuah  daya  tarik  penulis  untuk  melakukan pengujian  memasak  dengan  memodifikasi absorber miring  dari  kompor  surya  tersebut.  Dengan penambahan  sekat  pembatas  pada absorber miringnya,  diharapkan  sirkulasi  udara  panas  yang  di distribusikan akan lebih baik.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Tinjauan Perpindahan Panas
Dalam  kehidupan  sehari-hari  dikenal  3  jenis  perpindahan  panas,  yaitu  konduksi,  konveksi dan  radiasi.  Konduksi  adalah  transfer  energi  dari  partikel  yang  memiliki  energi  lebih  besar    ke substansi dengan  energi yang lebih rendah dan sebagai hasilnya terjadi interaksi antara partikel.
Gambar 1 konduksi
q = -k . A . 𝑑𝑇 𝑑𝑋 …….    (1)
Konveksi  adalah  bentuk  dari  transfer  energi  diantara  permukaan  padat  dan  fluida  yang bergerak serta terkandung efek kombinasi konduksi dan fluida bergerak.
Gambar 2 konveksi
q = h.A. ∆𝑇 ……. (2)
Perpindahan  panas  radiasi  adalah  perpindahan  panas  yang  terjadi  tanpa  melalui  media perantara (padat dan fluida).
Gambar 3 radiasi
q rad = ε A σ ( T s 4 -T sur 4 ) …... (3)

## 2.2  Radiasi Surya
Radiasi adalah proses perpindahan panas tampa  melalui media. Bila energi radiasi menimpa permukaan  suatu  bahan,  maka  sebagian  akan  dipantulkan  (refleksi)  ,  sebagian  lagi  akan  diserap (absorbsi) dan sebagian lagi akan diteruskan (transmisi).
Radiasi  yang  sampai  di  lapisan  thermosfer  dilambangkan  (G on ).  Radiasi  yang  diteruskan  ke permukaan  bumi  dilambangkan  (G beam ).  Radiasi  akibat  pemantulan  dan  pembiasan  dilambangkan (G diffuse ).
Radiasi yang dapat ditangkap oleh luasan kolektor bidang datar adalah intensitas radiasi yang diperoleh dari alat ukur, dan dihitung permenit.
Q = ∑I.A.Δt. ∈ …….    (4)
Sedangkan Radiasi yang dapat ditangkap oleh luasan kolektor bidang miring adalah intensitas radiasi  yang  diperoleh  dari  perhitungan  yang  dipengaruhi  oleh  posisi  matahari  yang  berubah  ubah sesuai sudut lintang, sudut kemiringan kolektor, sudut deklinasi matahari, sudut jam matahari, sudut zenit dan sudut azimut.
Q = ∑I T .A. ∈ ……. (5)

## 2.3  Konveksi Alamiah
Secara  umum,  pola  aliran  terbagi  menjadi  tiga  jenis,  yaitu  aliran laminar,  transisi, dan turbulen . Aliran laminar adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya masih tersusun rapi atau tidak acak, sedangkan aliran turbulen adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya acak atau radial. Aliran transisi  merupakan  pola  aliran  yang  berada  diantara  aliran  laminar  dan  turbulen.  Persamaan  yang digunakan untuk menghitung bilangan Reynold adalah sebagai berikut.
𝑅 𝑒 = 𝜌𝑈𝐿 𝜇 ……. (6)
Konveksi  alamiah  dapat  terjadi  pada  permukaan  luar  dan  pada  ruang  tertutup.  Konveksi alamiah  yang  terjadi  pada  permukaan  luar  horizontal  misalnya  pada  permukaan  kaca  yang  terpapar oleh sinar matahari, maka panas dari kaca ini akan hilang ke udara lingkungan.
Konveksi alamiah pada ruang tertutup dapat terjadi pada bidang datar ataupun bidang miring. Untuk  ruang  tertutup  yang  berupa  bidang  datar  dengan  posisi  dinding  panas  dibagian  bawah,  maka akan terjadi aliran fluida di dalam ruang tersebut. Pola aliran yang terjadi di  dalam ruang akan sangat bervariasi dan sangat tergantung pada bilangan Rayleigh nya. Pola aliran yang terjadi tetap memutar, tetapi ada kemungkinan sumbu putaran lebih dari satu.

## Gambar 4 ruang tertutup datar
Untuk ruang tertutup yang berupa bidang miring prinsipsnya sama dengan bidang datar yang dimiringkan  dengan  sudut  tertentu.  Pada  solar  kolektor  plat  datar,  hal  ini  dilakukan  untuk  dapat menangkap lebih banyak sinar matahari.

## 2.4  Kompor Surya
Orang yang pertama  mengetahui Kompor surya adalah Horase de Saussure, seorang naturalis Swiss. Dia memasak buah-buahan dalam kompor surya tipe kotak yang dapat  mencapai suhu 190°F. Kemudian orang menganggapnya sebagai  kakek dari kompor surya.
Bagian-bagian utama kompor surya antara lain adalah sebagai berikut : Boosted  Mirror merupakan  desain  dari  beberapa  tipe  kaca  dengan  sudut  tertentu  untuk mengoptimasasikan  pantulan  cahaya  pada  kompor  surya. Boosted  mirror digunakan  pada  kompor surya tipe box .
Glazing  Material termasuk  diantaranya  kaca, acrelic , fiberglass dan  material    lainnya. Walaupun  setiap  material  itu  digunakan  dalam  beberapa  aplikasi  khusus,  pengunaan  kaca  ini  sudah terbukti digunakan di macam-macam aplikasi.
Cooking Vessel merupakan  wadah  memasak  yang  biasanya  terbuat  dari  aluminium  yang digunakan untuk memasak di dalam SBC ( Solar Box Collector ). Absorber  tray dari box  cooker adalah  FPC  ( Flat  Plate  Collector )  sederhana.  Ketika  radiasi solar datang dan melewati kaca dan menuju ke permukaan absorber yang memiliki absorptivity yang tinggi,  energi  yang  besar  di  serap  oleh  baki  ini  dan  di  transfer  ke  makanan  yang  akan  dimasak  dan ditempatkan dalam vessel masak.
Isolasi adalah komponen penting dalam hal untuk menyimpan energi panas.  Untuk mencegah transmisi  energi  panas  dari  dalam box keluar box diperlukan  suatu  isolasi.  Isolasi  berperan  penuh dalam hal untuk menjaga suhu didalam box tetap konstan.

## 3. METODOLOGI

## 3.1  Waktu dan Tempat
Penelitian dialkukan pada bulan Mei s/d Juni 2014 di lantai IV gedung megister teknik mesin USU yang terletak pada koordinat 3,43 o LU dan 98,44 o BT.

## 3.2  Peralatan Pengujian
Adapun beberapa peralatan pengujian yang digunakan adalah :
1. Laptop
Digunakan  untuk  menyimpan  dan  mengolah  data  yang  telah  didapatkan  dari  Hobo Microstation data logger dan Agilient 34972 A
2. Agilient 34972 A
Alat  ini  digunakan  untuk  mengukur  temperatur  kaca,  air,  plat  aluminium,  dan  temperatur lainnya yang mendukung. dihubungkan dengan thermocouple yang dipasang pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya, kemudian hasilnya disimpan ke dalam alat ini.
3. Hobo Microstation data logger
Alat ini di hubungkan ke data logger untuk kemudian dihubungkan ke komputer untuk di olah datanya.  Terdapat  beberapa  alat  ukur  pada  Hobo  Microstation  data  logger  yaitu  untuk  mengukur kecepatan angina, temperatur udara lingkungan, kelembaman dan radiasi matahari.
4. Kompor Surya tipe kotak yang
Dilengkapi sebuah absorber miring. Adapun prinsip kerja dari kompor surya ini yakni seperti konsep peristiwa efek rumah kaca dan aliran konveksi alamiah pada bidang datar dan bidang miring. 5. Sekat Pembatas
Sekat  pembatas  ini  di  tempatkan  pada  bagian  tengah  bidang  miring  dari  kompor  surya tersebut.  Sekat  pembatas  ini  berfungsi  untuk  mengatur  sirkulasi  udara  panas  yang  mengalir  pada absorber miring menuju ke ruang masak.
6. Panci Masak
Panci ini digunakan sebagai wadah untuk memasak air
7. Gelas ukur
Gelas ukur ini digunakan untuk mengukur volume air sebelum dan sesudah dimasak.

## 3.3  Bahan Pengujian
Bahan  yang  digunakan  untuk  pengujian  ini  adalah  Air  (H 2 O).  Air  adalah  zat  cair  yang memiliki rumus kimia H 2 O yang bersifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar, yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan pada temperatur 273,15 K (0 o C).

## 3.4  Prosedur  Pengujian
Adapun prosedur pengujian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Dipersiapkan kompor surya beserta panci yang berisi air dengan berat tertentu pada jam pengujian yaitu pukul 09:00 WIB
2. Parameter-parameter yang akan diukur dihubungkan ke data logger dan komputer
3. Agilient kemudian dihidupkan dan termokopel dihubungkan ke agilient dengan ujung termokopel yang lain dihubungkan ke bagian kompor surya
4. Kemudian flash  disk dihubungkan  ke  agilient  untuk  merekam  data  dari  termokopel  selama pengujian
5. Lakukan pengujian sampai sekitar pukul 17.00 WIB (tergantung kondisi cuaca), kemudian flash disk dicabut dari agilient dan datanya dilihat dikomputer untuk di analisis
6. Selesai

## 3.5  Experimental  Set Up
Berikut gambar skets penempatan titik-titik pengukuran dalam pengujian.
Gambar 6 Experimental  Set Up
- 1 termokopel ditempatkan pada kaca luar bidang datar (T1)
- 1 termokopel ditempatkan pada kaca dalam bidang datar (T2)
- 1 termokopel ditempatkan pada ruang masak (T3)
- 1 termokopel ditempatkan pada plat absorber datar (T4)
- 1 termokopel ditempatkan pada air dalam panci (T5)
- 1 termokopel ditempatkan pada kaca luar bidang miring (T6)
- 1 termokopel ditempatkan pada kaca dalam bidang miring (T7)
- 1 termokopel ditempatkan pada permukaan sekat pembatas (T8)
- 1 termokopel ditempatkan pada plat absorber miring (T9)
- 1 termokopel ditempatkan pada permukaan dinding kayu (T10)

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1  Dimensi Kompor Surya
Berikut adalah gambar desain dan dimensi dari kompor surya yang dilengkapi dengan sebuah absorber miring dan sekat pembatas.
H’ g Fluid a ud ara Kac a (din gin ) Absorber (Panas) θ g H L Absorber (Panas) Absorber Miring Box Solar Cooker PC Ambient measurement apparatus Micro station data logger Pyranometer T and RH Smart sensors Wind velocity sensor Data logger T3 T1 T2 T5 T4 T6 T7 T8 T9 T10
]

## Gambar 7 kompor surya
Keterangan gambar :
1) Dinding kayu (tebal 15 mm), K kayu = 0,19 W/m. K
2) Styrofoam (tebal 40 mm), K styrofoam = 0,036 W/m. K
3) Rockwoll ( tebal 50 mm), K rockwoll = 0,042 W/m. K
4) Plat aluminium tipe A380 (tebal 2 mm), K aluminium = 237 W/m. K
5) Kaca double glass tipe plat ( tebal 5 mm), K kaca = 1,4 W/m. K
6) Sekat pembatas (tebal 3 mm)

## 4.2  Data Pengujian
1. Pengujian Pertama
Tabel 1 Data pengujian pertama kompor surya tanpa sekat.
Gambar 8 grafik uji I tanpa sekat
6
Tabel 2 Data pengujian pertama kompor surya dengan sekat.

## Gambar 9 grafik uji I dengan sekat

## 2. Pengujian kedua
Tabel 3 Data pengujian kedua kompor surya tanpa sekat.
Gambar 10 grafik uji II tanpa sekat
Tabel 4 Data pengujian kedua kompor surya dengan sekat.

## Gambar 11 grafik uji II dengan sekat

## 3. Pengujian Ketiga
Tabel 5 Data pengujian ketiga kompor surya tanpa sekat.
Gambar 12 grafik uji III tanpa sekat
Tabel 6 Data pengujian ketiga kompor surya dengan sekat.

## Gambar 13 grafik uji III dengan sekat

## 4.3  Analisis Energi Panas
Energi panas yang diserap kolektor merupakan penjumlahan dari penyerapan kolektor bidang datar dan penyerapan kolektor bidang miring. Selama 8 jam pengujian per harinya, panas total yang diserap oleh kolektor dinyatakan dlm :
Energi  panas  yang  dilepas  terdiri  dari  energi  panas  yang  hilang  melalui  dinding,  alas  dan pintu kaca kompor surya.
Energi panas yang digunakan
Sehingga didapat,
Tabel  7  Perbandingan  energi  panas  yang  mampu  digunakan  kompor  surya  tanpa  sekat  dan  dengan penambahan sekat.
Q serap = (∑I. A. ∈ ∆𝑡 ) datar + (∑ I T . A. ∈ ) miring
𝑄 lepas = ∑ {𝑈. 𝐴 (𝑇𝑎 − 𝑇∞) }
Q pakai = Q serap - Q lepas
Tabel 8 Perbandingan nilai efisiensi kompor surya kompor surya tanpa sekat dan dengan penambahan sekat.

## 5.  KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian,  dan  perhitungan  penulis  mendapatkan  beberapa  kesimpulan  ,  yaitu sebagai berikut:
1. Temperatur maksimum yang dapat dicapai  kompor surya tanpa sekat dalam pengujian memasak air adalah 88,75 °C, Sedangkan temperatur maksimum yang dapat dicapai kompor surya dengan penambahan sekat adalah 88,90 °C.
2. Total  energi  panas  maksimum  yang  dapat  diserap  oleh  kompor  surya  tanpa  sekat  adalah  9,437 MJ/  hari,  dan  yang  dapat  digunakan  adalah  sebesar  7,338  MJ/  hari,  Sedangkan  energi  panas maksimum  yang  dapat  diserap  oleh  kompor  surya  dengan  penambahan  sekat  adalah  9,489  MJ/ hari, dan yang dapat digunakan adalah sebesar 7,238 MJ/ hari.
3. Nilai  efisiensi  tertinggi  dalam  pengujian  memasak  air  menggunakan  kompor  surya  tanpa  sekat adalah 11,50 %, Sedangkan nilai efisiensi teritinggi dalam pengujian memasak air menggunakan kompor surya dengan penambahan sekat adalah 14,07 %.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Ambarita,  Himsar.2011. Perpindahan  Panas  Konveksi  dan  Pengantar  Alat  Penukar  Kalor. Medan : Departemen Teknik Mesin FT USU.
[2] Duffle, A. John.2006. Solar Engineering of Thermal Processes, Second Edition . John Wiley & Sons Inc : New York
[3] Jansen, J. Ted. 1995. Teknologi Rekayasa Surya . Alih bahasa, Arismunandar, Wiranto. Cetakan Pertama. Jakarta: Pradnya Paramita
[4] Yunus  A.  Cengel.  2002. HeatTransfer  A  Practical  Approach,  Second  Edition. Mc  Graw-Hill, Book Company, Inc : Singapore
[5] Solar Cooker http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cooker (diakses tanggal 8 Maret 2014).