BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.3 Bahan Pengujian
Bahan yang digunakan untuk pengujian adalah air (H2O) sebanyak 120 liter.
Gambar 3.6 Sifat Air
Air adalah substansi kimia dengan rumus kimia H2O: satu molekul air tersusun atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Pada Percobaan ini, Air dari PDAM digunakan sebagai bahan utama pengujian.
Adapun waktu penelitian ini dilakukan mulai dari bulan Mei s/d Agustus 2019. Berikut tahapan pengujian Pemanas Air Tenaga Surya ini: Pengujian dilakukan selama 7 hari yaitu 20 Agustus 2019 s/d 26 Agustus 2019 mulai dari pukul 08:00 s/d 16:00. Namun data yang ditampilkan dilaporan hanya 4 hari mewakili dari 7 hari pengujian yaitu pada tanggal 20, 22, 23, 26 Agustus 2019.
3.5 Set Up Experimental
Penelitian ini menggunakan Mikro stasiun data Logger untuk mengukur radiasi matahari dan kabel termokopel yang terhubung langsung ke agilent ditempelkan ke plat absorber pada kolektor dan air di tangki. Berikut ini adalah Experimental Set Up pada penelitian ini.
Gambar 3.7 Experimental Setup
Adapun beberapa parameter yang akan diukur ialah : 1. Temperatur Air (TW).
2. Temperatur Plat ( Tp) 3. Temperatur kaca (Tk) 4. Temperatur akrilik (Ta)
6. Temperatur Alluminium ( Ts) 7. Radiasi Solar (Grata-rata) 8. Waktu (t)
Tabel 3.2 Titik Pengukuran Temperatur pada Pemanas Air Tenaga Surya
Berikut prosedur dalam pengujian, adapun langkah-langkah pengaturan agilent sebagai berikut :
1. Tentukan titik-titik yang akan diukur pada kolektor surya, yang tertera pada tabel diatas.
2. Hubungkan termokopel yang telah dipasang pada kolektor ke Agilent data acquisition.
3. Tandai kabel-kabel termokopel sesuai chanel pada agilent data acquition dengan memberi label supaya data pengukuran tidak tertukar.
4. Masukkan flasdisk ke port usb.
5. Hidupkan alat dengan menekan tombol on/off.
6. Tekan tombol interval untuk mengatur lama pengukuran yang akan dilakukan. Selanjutnya gunakan tombol pemindah angka dan switch perubah angka untuk mengatur waktu yang diinginkan.
7. Jika batas pengukuran telah dicapai, tekan tombol scan lama sampai muncul scan stop pada display alat, kemudian keluarkan flasdisk.
8. Data pengukuran temperatur telah tersimpan dalam format Microsoft Office Excel dan siap untuk diolah.
Titik 1 Chanel 102 Plat Absorber
Titik 2 Chanel 112 Kaca
Tahapan dalam pengujian Pemanas Air Tenaga Surya ini dapat dilihat pada diagram alir penelitian berikut ini:
Gambar 3.8 Diagram Alir Penelitian
BAB IV ANALISA DATA
4.1 Analisis Radiasi Matahari
Radiasi matahari yang sampai ke bumi dapat diukur dengan menggunakan sensor radiasi. Sensor radiasi yang digunakan pada penelitian ini bernama station data logger HOBO micro station dan terdapat di Pusat Riset Sustainable Energy yang terdapat di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Data radiasi juga bisa dihitung dengan mengunakan pendekatan analitik.
Perhitungan radiasi untuk tanggal 20 Agustus 2019 dengan asumsi langit cerah di kota Medan, Sumatera Utara adalah sebagai berikut (Pemko Medan):
posisi lintang :3,43oLU (φ=3,43) dan 98,44oBT (Lloc=98,44)
ketinggian dari permukaan laut : 37,5 m (Altitude A = 0,0375)
waktu meridian (7x(7+GMT)) : 7 x 15 = 105o (Lst = 105o) [standart meridian]
urutan hari : n (ditampilkan pada tabel 4.1) Tabel 4.1 Perhitungan Urutan Hari
Jan feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sep Okt Nov Des I 31+i 59+i 90+i 120+i 151+i 181+i 212+i 243+i 273+i 304+i 334+i
NB : i = tanggal
Tabel 4.2 Data Hasil Perhitungan dari Persamaan Radiasi Teoritis
No Tanggal n B E ST-STD
Tabel 4.2 diatas menunjukkan nilai urutan hari dalam tahun (n), B, persamaan waktu (E), jam matahari (ST), sudut deklinasi (δ) dan radiasi di luar permukaan atmosfer (Gon) yang akan digunakan untuk menghitung radiasi total yang diterima oleh permukaan bumi selama pengujian dilaksanakan
4.2 Analisis Radiasi Tanggal 20 Agustus 2019 4.2.1 Analisis Radiasi Teoritis
n untuk tanggal 20 Agustus 2019 = 212 + 20 n = 232
Dengan menggunakan persamaan 2.7 diperoleh konstanta hari B = (n-1) x 360/365
= (232 – 1) x 360/365
= 227,836
Dengan menggunakan persamaan 2.6 diperoleh radiasi matahari sebelum masuk ke atmosfer bumi sebesar :
Gon = 1367(1,00011 + 0,034221 cos B + 0,00128 sin B + 0,000719 cos 2B + 0, 000077 sin 2B)
= 1367(1,00011 + 0,034221 cos 227,836 + 0,00128 sin 227,836 + 0,000719 cos 2(227,836) + 0, 000077 sin 2(227,836))
= 1334,46 W/m2
Dengan menggunakan persamaan 2.2 diperoleh faktor persamaan waktu (equation time) dalam satuan menit
E = 229,2(0,000075 + 0,001868cosB – 0,032077 sinB − 0,014615cos2B − 0,04089 sin 2B
E = 229,2(0,000075 + 0,001868 cos227,836– 0,032077 sin227,836− 0,014615 cos2(227,836) − 0,04089 sin 2(227,836))
= -3,81 menit
Dengan menggunakan persamaan 2.1 diperoleh selisih antara jam matahari dengan jam lokal
ST – STD = - 4 x (Lst – Lloc) + E
= - 4 x (105-98.44) + (-3,81)
= -31,81 menit
Dengan menggunakan persamaan 2.4 diperoleh sudut deklinasi
δ = 6,918 x10-3 – 3,99912 cosB + 0,070251 sinB – 0,006758 cos2B +
Dengan menggunakan persamaan 2.5 diperoleh sudut pergeseran semu matahari yang diukur dari siang hari yang diukur pada jam 13.00 WIB.
ω = 15(STD − 12) + (ST − STD) ×
misalkan pada pukul 13.00 m maka STD = 13 ω = 15 (13 − 12) + (-31,81) ×
ω = 7,04o
Dengan menggunakan persamaan 2.8 diperoleh cosinus sudut zenith pada jam 13.00 WIB
cos θz = cos φ cos δ cos ω + sin φ sin δ
cos θz = cos 3,43o cos 12,7o cos 7,04o + sin 3.43o sin 12,7o cos θz = 0,97
Dengan menggunakan persamaan 2.9 diperoleh fraksi radiasi yang diteruskan untuk masuk ke atmosfer bumi pada jam 13.00 WIB
τb = ao + a1 exp
.
/
ao = ro (0,4237 - 0,0082 (6 – A)2) ; untuk daerah tropis, nilai ro = 0,95 ao = 0,95 (0,4237 – 0,0082 (6 – 0,0375)2)
ao = 0,126
a1 = r1 (0,5055 + 0,00595 (6.5 – A)2) ;
Dengan menggunakan persamaan 2.13 diperoleh radiasi beam. Radiasi beam adalah radisi matahari yang jatuh langsung ke permukaan bumi. Radiasi beam pada jam 13.00 WIB adalah
Gbeam = Gon
τ
b cos θz= 1334,46 x 0,62 x 0,97
= 811,41 W/m2
Dengan menggunakan persamaan 2.14 diperoleh radiasi difusi. Radiasi diffuse adalah radiasi hasil pantulan atmosphere pada jam 13.00 WIB
Gdiffuse = Gon cosθz (0.271 – 0.294
τ
b)Dengan menggunakan cara yang sama dan dibantu dengan MS.Excel maka radiasi total per jam pada tanggal 20 Agustus 2019 dapat dilihat pada tabel 4.3
Tabel 4.3 Data Radiasi Teoritis pada Tanggal 20 Agustus 2019
20 Agustus
2019
WAKTU
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
ω -67.95 -52.954 -37.9539 -22.954 -7.9539 7.0461 22.05 37.05 52.05 67.05 cos ϴz 0.3787 0.5998 0.78097 0.90981 0.97755 0.9796 0.916 0.79 0.612 0.393 τb 0.388 0.51 0.57286 0.60578 0.62033 0.6207 0.607 0.576 0.515 0.398 Gb 196.08 408.19 597.017 735.486 809.213 811.41 741.9 607 420.6 208.7 Gd 79.291 96.905 106.906 112.79 115.61 115.69 113 107.4 97.67 80.73 Gtot 275.37 505.09 703.923 848.276 924.822 927.1 854.9 714.4 518.3 289.5
Radiasi rata-rata teoritis pada tanggal 20 Agustus 2019 dari pukul 08:00-16:00 adalah 696,9134 W/m2.
4.2.2 Analisa Radiasi Pengukuran
Data ini diperoleh dari hasil pengukuran di Gedung Pasca Sarjana Departemen Teknik Mesin FT-USU lantai 4. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat ukur station data logger HOBO Micro Station. Dengan pembacaan dengan interval 1 menit. Data yang diambil adalah radiasi total (W/m2). Gambar 4.1 menunjukkan grafik radiasi pengukuran vs waktu.
Gambar 4.1 Grafik Radiasi Pengukuran vs Waktu pada Tanggal 20 Agustus 2019
Radiasi rata-rata pada tanggal 20 Agustus 2019 dari jam 08.00 – 16.00 adalah 382,8923 W/m2.
4.2.3 Perbandingan Radiasi Teoritis dan Radiasi Pengukuran
Berdasarkan pada data radiasi teoritis yang dihitung dan data radiasi pengukuran maka dapat dibuat perbandingannya yang ditampilkan pada gambar berikut ini:
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis vs Radiasi Pengukuran pada tanggal 20 Agustus 2019
Dari gambar 4.2 terlihat terdapat perbedaan antara data radiasi teoritis dengan radiasi pengukuran, dimana data radiasi teoritis lebih besar dibandingkan dengan data radiasi pengukuran hal itu dikarenakan kondisi cuaca dan posisi awan yang bergerak menutup matahari menyebabkan jauhnya radiasi pada saat pengukuran. Radiasi pengukuran akan mendekati radiasi teoritis jika kondisi langit cerah dan tidak ada yang menghalangi jatuhnya sinar matahari ke permukaan bumi. Dari grafik diatas dapat kita lihat bahwa secara teoritis radiasi mengalami peningkatan sampai pukul 12:00 – 13.00 dan berangsur-angsur berkurang hingga sore hari, begitu juga dengan grafik radiasi pengukuran menunjukkan hal yang sama.
4.2.4 Analisis Suhu Plat Absorber dan Air
Penelitian ini dilakukan dengan menguji kolektor pada pukul 08:00-16:00.
Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 20 Agustus 2019 di lantai 4 gedung Magister Teknik Mesin. Adapun hasil penelitian ini dapat di lihat sperti grafik di bawah ini:
Gambar 4.3 Grafik Temperatur Plat dan air vs Waktu
Gambar 4.3 di atas menunjukkan hubungan temperatur pelat absorber, temperatur air di dalam tangki dan plat absorber terhadap waktu. Dari grafik itu ditunjukkan bahwa temperature maksimum tertinggi masing-masing, yaitu temperatur air 46,89 oC dan temperatur plat absorber 84,21 oC. Dapat juga kita lihat pada grafik bahwa perubahan atau naik turunnya temperature plat absorber berdasarkan dengan kondisi matahari cerah atau tertutup awan yang menyebabkan berkurangnya radiasi yang masuk sehingga menurunnya temperatur pada beberapa titik kolektor dan sebaliknya.
1. Energi Yang Sampai Ke Kolektor
Panas yang sampai ke kolektor dihitung berdasarkan data aktual yang diperoleh dari alat ukur Hobo. Untuk memperoleh total panas yang diterima pada kolektor digunakan persamaan 2.32 sebagai berikut.
Qin = A ∫ dt
Harga ∫ dt dapat dihitung dari luas dibawah kurva dengan menggunakan metode trapesium. Dimana setiap 1 menit (60 detik) kita menghitung luas dibawah kurva menggunakan persamaan 2.33 sebagai berikut:
q1 = + ΔX Dimana:
q1 = Luas daerah dibawah kurva intensitas dalam 1 menit (60 detik)
= Intensitas saat awal penelitian
= Intensitas 1 menit kemudian ΔX = Waktu 1 menit ( 60 detik)
Penelitian dimulai pukul 08.00 WIB pada intensitas awal 199,4 W/m2 dan intensitas tertinggi 634.4 W/m2 pada pukul 13.23 WIB Dengan memperhatikan grafik intensitas matahari yang terjadi pada saat penelitian ini maka dapat kita hitung besarnya energi berguna kolektor Alat pemanas air tenaga surya sebagai berikut:
q1 = 11964 J/m2
Sehingga luas dibawah kurva dalam 1 (satu) menit adalah 12975 Joule/m2 Karena pengujian dilakukan sampai pada pukul 16:00 WIB makabesarnya luas di bawah kurva hingga pukul tersebut adalah:
qin total q1 q2 ... q480
Dengan menggunakan rumus pada MS Exel, maka didapat:
q in total = 11044290 J/m2
Sehingga untuk menghitung energi total yang diterima oleh kolektor dengan luas penampang 1,5 m2 menggunakan persamaan 2.32 yaitu:
Qkolektor = A x qin
= 1.5 m2 x 11044290 J/m2 = 16566435 J
= 16566,435 kJ
2 Energi yang Diserap Air (Qu)
Energi ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.34 sebagai berikut:
Qu ma Cpa (T2 T1) Dimana:
ma =Massa air (kg) = 120 kg
3 Efisiensi Alat Pemanas Air
Efisiensi alat pemanas air dapat dihitung menggunakan persamaan 2.35 sebagai berikut:
4.3 Analisis Radiasi Pada Tanggal 22 Agustus 2019 4.3.1 Analisis Radiasi Teoritis
Berdasarkan persamaan sebelumnya, maka dengan memasukkan beberapa persamaan radiasi surya ke dalam Ms. Excel maka didapat data radiasi teoritis pada 22 Agustus 2019 yang ditunjukkan pada tabel 4.4 di bawah ini:
Tabel 4.4 Data Radiasi Teoritis Pada Tanggal 22 Agustus 2019.
22
Radiasi rata-rata teoritis pada tanggal 22 Agustus 2019 dari pukul 08:00-16:00 adalah 699,1073 W/m2.
4.3.2 Analisa Radiasi Pengukuran
Data ini diperoleh dari hasil pengukuran di Gedung Pasca Sarjana Departemen Teknik Mesin FT-USU lantai 4. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat ukur station data logger HOBO Micro Station. Dengan pembacaan dengan interval 1 menit. Data yang diambil adalah radiasi total (W/m2). Gambar 4.4 menunjukkan grafik radiasi pengukuran vs waktu.
Gambar 4.4 Grafik Radiasi Pengukuran vs Waktu pada Tanggal 22 Agustus 2019 Radiasi rata-rata pada tanggal 22 Agustus 2019 dari jam 08.00 – 16.00 adalah 378,666 W/m2.
4.3.3 Perbandingan Radiasi Teoritis dan Radiasi Pengukuran
Berdasarkan pada data radiasi teoritis yang dihitung dan data radiasi pengukuran maka dapat dibuat perbandingannya yang ditampilkan pada gambar 4.5 berikut ini:
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis vs Radiasi Pengukuran pada tanggal 22 Agustus 2019
Dari gambar 4.5 terlihat terdapat perbedaan antara data radiasi teoritis dengan radiasi pengukuran, dimana data radiasi teoritis lebih besar dibandingkan dengan data radiasi pengukuran hal itu dikarenakan kondisi cuaca dan posisi awan yang bergerak menutup matahari menyebabkan jautuhnya radiasi pada saat pengukuran. Radiasi pengukuran akan mendekati radiasi teoritis jika kondisi langit cerah dan tidak ada yang menghalangi jatuhnya sinar matahari ke permukaan bumi. Dari grafik diatas dapat kita lihat bahwa secara teoritis radiasi mengalami peningkatan yang berubah ubah dan berangsur-angsur berkurang hingga sore hari, begitu juga dengan grafik radiasi pengukuran menunjukkan hal yang sama. Dari grafik diatas dapat kita lihat bahwa radiasi matahari yang sampai ke bumi dari pukul 11:00 s/d 12:00 tidak mengalami perubahan yang signifikan, hal ini dikarenakan pada jam tersebut kondisi langit di kota Medan cukup cerah.
4.3.4 Analisa Suhu Plat Absorber dan Air
Penelitian ini dilakukan dengan menguji kolektor pada pukul 08:00 -16:00 Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 22 Agustus 2019 di lantai 4 gedung Magister Teknik Mesin. Adapun hasil penelitian ini dapat di lihat sperti grafik di bawah ini:
Gambar 4.6 Grafik Temperatur Plat dan air vs Waktu
Gambar 4.6 di atas menunjukkan hubungan temperatur pelat absorber, temperatur air di dalam tangki dan plat absorber terhadap waktu. Dari grafik itu ditunjukkan bahwa temperature maksimum tertinggi masing-masing, yaitu Temperatur air 49,84oC dan Temperatur plat absorber 73,14oC. Dapat juga kita lihat pada grafik bahwa perubahan atau naik turunnya temperature plat absorber berdasarkan dengan kondisi matahari cerah atau tertutup awan yang menyebabkan berkurangnya radiasi yang masuk sehingga menurunnya temperatur pada beberapa titik kolektor dan sebaliknya.
1. Energi Yang Sampai Ke Kolektor
Panas yang sampai ke kolektor dihitung berdasarkan data aktual yang diperoleh dari alat ukur Hobo. Untuk memperoleh total panas yang diterima pada kolektor digunakan persamaan 2.32 sebagai berikut.
Qin = A ∫ dt
Harga ∫ dt dapat dihitung dari luas dibawah kurva dengan menggunakan metode trapesium. Dimana setiap 1 menit (60 detik) kita menghitung luas dibawah kurva digunakan persamaan 2.33 sebagai berikut:
q1 = + ΔX Dimana:
q1 = Luas daerah dibawah kurva intensitas dalam 1 menit (60 detik)
= Intensitas saat awal penelitian
= Intensitas 1 menit kemudian ΔX = Waktu 1 menit ( 60 detik)
Penelitian dimulai pukul 08.00 WIB pada intensitas awal 128,1 W/m2 dan intensitas tertinggi 680.6 W/m2 pada pukul 12.21 WIB Dengan memperhatikan grafik intensitas matahari yang terjadi pada saat penelitian ini maka dapat kita hitung besarnya energi berguna kolektor Alat pemanas air tenaga surya dengan menggunakan persamaan 2.33 sebagai berikut.
q1 = 7725 J/m2
Sehingga luas dibawah kurva dalam 1 (satu) menit adalah 7914 Joule/m2 Karena pengujian dilakukan sampai pada pukul 16:00 WIB makabesarnya luas di bawah kurva hingga pukul tersebut adalah:
qin total q1 q2 ... q480
Dengan menggunakan rumus pada MS Exel, maka didapat:
qtotal = 10924461 J/m2
Sehingga untuk menghitung energi total yang diterima oleh kolektor dengan luas penampang 1,5 m2 menggunakan persamaan 2.32 sebagai berikut:
Qkolektor = A x qin
= 1.5 m2 x 10924461 J/m2 = 16386692 J
= 16386,692 kJ
2. Energi yang Diserap Air (Qu)
Energi ini dapat dihitung menggunakan persamaan 2.34 sebagai berikut:
Qu ma Cpa (T2 T1)
Qu 120 kg . 4,18 kJ/kg0C (49,84 – 27,78) oC = 11065,296 kJ
3. Efisiensi Alat Pemanas Air
Efisiensi alat pemanas air dihitung menggunakan persamaan 2.35 sebagai berikut:
4.4 Analisis Radiasi Pada Tanggal 23 Agustus 2019 4.4.1 Analisis Radiasi Hitungan Teoritis
Berdasarkan persamaan sebelumnya, maka dengan bantuan Ms. Excel didapat data seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.5 di bawah ini:
Tabel 4.5 Data Radiasi Teoritis Pada Tanggal 23 Agustus 2019
23
4.4.2 Analisa Radiasi Pengukuran
Data ini diperoleh dari hasil pengukuran di Gedung Pasca Sarjana Departemen Teknik Mesin FT-USU lantai 4. Pengukuran dilakukan dengan
menggunakan alat ukur station data logger HOBO Micro Station. Dengan pembacaan dengan interval 1 menit. Data yang diambil adalah radiasi total (W/m2). Gambar 4.7 menunjukkan grafik pengukuran vs waktu.
Gambar 4.7 Grafik Radiasi Pengukuran vs Waktu pada Tanggal 23 Agustus 2019 Radiasi rata-rata pada tanggal 23 Agustus 2019 dari jam 08.00 – 16.00 adalah 270.5727 W/m2.
4.4.3 Perbandingan Radiasi Teoritis dan Radiasi Pengukuran
Berdasarkan pada data radiasi teoritis yang dihitung dan data radiasi pengukuran maka dapat dibuat perbandingannya yang ditampilkan pada gambar 4.8 berikut ini:
Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis vs Radiasi Pengukuran pada Tanggal 23 Agustus 2019
Dari gambar 4.8 diatas terdapat perbedaan antara data radiasi teoritis dengan radiasi pengukuran, dimana data radiasi teoritis lebih besar dibandingkan dengan data radiasi pengukuran hal itu dikarenakan kondisi cuaca dan posisi awan yang bergerak menutup matahari menyebabkan jautuhnya radiasi pada saat pengukuran.
Radiasi pengukuran akan mendekati radiasi teoritis jika kondisi langit cerah dan tidak ada yang menghalangi jatuhnya sinar matahari ke permukaan bumi. Dari grafik diatas dapat kita lihat bahwa secara teoritis radiasi mengalami peningkatan sampai pukul 11:00 s/d pukul 12:00 dan berangsur-angsur berkurang hingga sore hari, begitu juga dengan grafik radiasi pengukuran menunjukkan hal yang sama.
4.4.4 Analisa Suhu Plat Absorber dan Air
Penelitian ini dilakukan dengan menguji kolektor pada pukul 08:00 -16:00 Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 23 Agustus 2019 di lantai 4 gedung Magister Teknik Mesin. Adapun hasil penelitian ini dapat di lihat seperti gambar 4.9 di bawah ini:
Gambar 4.9 Grafik Temperatur Plat dan air vs Waktu
Gambar 4.9 di atas menunjukkan hubungan temperatur pelat absorber, temperatur air di dalam tangki dan plat absorber terhadap waktu. Dari grafik itu ditunjukkan bahwa temperature maksimum tertinggi masing-masing, yaitu Temperatur air 42,87oC dan Temperatur plat absorber 77,05 oC. Dapat juga kita lihat pada grafik bahwa perubahan atau naik turunnya temperature plat absorber
berdasarkan dengan kondisi matahari cerah atau tertutup awan yang menyebabkan berkurangnya radiasi yang masuk sehingga menurunnya temperatur pada beberapa titik kolektor dan sebaliknya.
1. Energi Yang Sampai Ke Kolektor
Panas yang sampai ke kolektor dihitung berdasarkan data aktual yang diperoleh dari alat ukur Hobo. Untuk memperoleh total panas yang diterima pada kolektor digunakan persamaan 2.32 sebagai berikut.
Qin = A ∫ dt
Harga ∫ dt dapat dihitung dari luas dibawah kurva dengan menggunakan metode trapesium. Dimana setiap 1 menit (60 detik) kita menghitung luas dibawah kurva dengan menggunakan persamaan 2.33 sebagai berikut:
q1 = + ΔX Dimana:
q1 = Luas daerah dibawah kurva intensitas dalam 1 menit (60 detik)
= Intensitas saat awal penelitian
= Intensitas 1 menit kemudian ΔX = Waktu 1 menit ( 60 detik)
Penelitian dimulai pukul 08.00 WIB pada intensitas awal 148,1 W/m2 dan intensitas tertinggi 571,9 W/m2 pada pukul 10.42 WIB Dengan memperhatikan grafik intensitas matahari yang terjadi pada saat penelitian ini maka dapat kita hitung besarnya energi berguna kolektor Alat pemanas air tenaga surya sebagai berikut
q1 = 8511 J/m2
Sehingga luas dibawah kurva dalam 1 (satu) menit adalah 6789 Joule/m2 Karena pengujian dilakukan sampai pada pukul 16:00 WIB makabesarnya luas di bawah kurva hingga pukul tersebut adalah:
qin total q1 q2 ... q480
Dengan menggunakan rumus pada MS Exel, maka didapat:
qtotal = 7804287 J/m2
Sehingga untuk menghitung energi total yang diterima oleh kolektor dengan luas penampang 1,5 m2 menggunakan persamanaan 2.32yaitu:
Qkolektor = A x qin
= 1.5 m2 x 7804287 J/m2 = 11706431 J
= 11706,431 kJ
2. Energi yang Diserap Air (Qu)
Energi ini dapat dihitung dengan persamaan 2.34 sebagai berikut:
Qu ma Cpa (T2 T1)
3. Efisiensi Alat Pemanas Air
Efisiensi alat pemanas air dapat dihitung dengan persamaan 2.35 sebagai berikut:
4.5 Analisis Radiasi Pada Tanggal 26 Agustus 2019 4.5.1 Analisis Radiasi Hitungan Teoritis
Berdasarkan persamaan sebelumnya, maka dengan bantuan Ms. Excel didapat data seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.6 di bawah ini:
Tabel 4.6 Data Radiasi Teoritis Pada 26 Agustus 2019
26 Agustus
2019
WAKTU
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
ω -67.56 -52.559 -37.5592 -22.559 -7.5592 7.4408 22.44 37.44 52.44 67.44 cos ϴz 0.3855 0.6074 0.78867 0.91693 0.98346 0.9837 0.918 0.79 0.609 0.387 τb 0.3929 0.5131 0.57505 0.60739 0.62152 0.6216 0.608 0.575 0.514 0.394 Gb 202.67 417 606.764 745.113 817.765 818.05 746 608.1 418.6 204.3 Gd 80.195 97.632 107.556 113.384 116.146 116.16 113.4 107.6 97.73 80.38 Gtot 282.86 514.63 714.32 858.497 933.91 934.21 859.4 715.7 516.4 284.7
Radiasi rata-rata teorotis pada tanggal 26 Agustus 2019 dari pukul 08:00-16:00 adalah 703.3197 W/m2.
4.5.2 Analisa Radiasi Pengukuran
Data ini diperoleh dari hasil pengukuran di Gedung Pasca Sarjana Departemen Teknik Mesin FT-USU lantai 4. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat ukur station data logger HOBO Micro Station. Dengan pembacaan dengan interval 1 menit. Data yang diambil adalah radiasi total (W/m2).Gambar 4.10 menunjukkan grafik radiasi pengukuran vs waktu.
Gambar 4.10 Grafik Radiasi Pengukuran vs Waktu Pada Tanggal 26 Agustus 2019
Radiasi rata-rata pada tanggal 26 Agustus 2019 dari jam 08.00 – 16.00 adalah 346.7494 W/m2.
4.5.3 Perbandingan Radiasi Teoritis dan Radiasi Pengukuran
Berdasarkan pada data radiasi teoritis yang dihitung dan data radiasi pengukuran maka dapat dibuat perbandingannya yang ditampilkan pada gambar 4.11 berikut ini:
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis vs Radiasi Pengukuran Pada Tanggal 26 Agustus 2019
Dari gambar 4.11 diatas terdapat perbedaan antara data radiasi teoritis dengan radiasi pengukuran, dimana data radiasi teoritis lebih besar dibandingkan dengan data radiasi pengukuran hal itu dikarenakan kondisi cuaca dan posisi awan yang bergerak menutup matahari menyebabkan jauhnya radiasi pada saat pengukuran. Radiasi pengukuran akan mendekati radiasi teoritis jika kondisi langit cerah dan tidak ada yang menghalangi jatuhnya sinar matahari ke permukaan bumi. Dari grafik diatas dapat kita lihat bahwa secara teoritis radiasi mengalami peningkatan pada pukul 10:00 s/d pukul 12:00 ,sedangkan dalam pengukuran radiasi mengalami peningkatan pada pukul 09:00 dan berangsur-angsur berkurang hingga sore hari, begitu juga dengan grafik radiasi pengukuran menunjukkan hal yang sama.
4.5.4 Analisa Suhu Plat Absorber dan Air Pada Tanggal 26 Agustus 2019 Penelitian ini dilakukan dengan menguji kolektor pada pukul 08:00 -16:00 Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 26 Agustus 2019 di lantai 4 gedung Magister Teknik Mesin. Adapun hasil penelitian ini dapat di lihat seperti gambar 4.12 di bawah ini:
Gambar 4.12 Grafik Temperatur Plat dan air vs Waktu
Gambar 4.12 di atas menunjukkan hubungan temperatur pelat absorber, temperatur air di dalam tangki dan plat absorber terhadap waktu. Dari grafik itu ditunjukkan bahwa temperature maksimum tertinggi masing-masing, yaitu Temperatur air 38.48oC dan Temperatur plat absorber 99.08oC. Dapat juga kita lihat pada grafik bahwa perubahan atau naik turunnya temperature plat absorber berdasarkan dengan kondisi matahari cerah atau tertutup awan yang menyebabkan berkurangnya radiasi yang masuk sehingga menurunnya temperatur pada beberapa titik kolektor dan sebaliknya.
1. Energi Yang Sampai Ke Kolektor
Panas yang sampai ke kolektor dihitung berdasarkan data aktual yang diperoleh dari alat ukur Hobo. Untuk memperoleh total panas yang diterima pada kolektor digunakan persamaan 2.32 sebagai berikut.
Qin = A ∫ dt
Harga ∫ dt dapat dihitung dari luas dibawah kurva dengan menggunakan metode trapesium. Dimana setiap 1 menit (60 detik) kita menghitung luas dibawah kurva menggunakan persamaan 2.33 sebagai berikut:
q1 = + ΔX Dimana:
q1 = Luas daerah dibawah kurva intensitas dalam 1 menit (60 detik)
= Intensitas saat awal penelitian
= Intensitas 1 menit kemudian ΔX = Waktu 1 menit ( 60 detik)
Penelitian dimulai pukul 08.00 WIB pada intensitas awal 140,6 W/m2 dan intensitas tertinggi 606,9 W/m2 pada pukul 14:15 WIB Dengan memperhatikan grafik intensitas matahari yang terjadi pada saat penelitian ini maka dapat kita hitung besarnya energi berguna kolektor Alat pemanas air tenaga surya sebagai berikut.
q1 = 8550 J/m2
Sehingga luas dibawah kurva dalam 1 (satu) menit adalah 6375 Joule/m2 Karena pengujian dilakukan sampai pada pukul 16:00 WIB makabesarnya luas di bawah kurva hingga pukul tersebut adalah:
qin total q1 q2 ... q480
Dengan menggunakan rumus pada MS Exel, maka didapat:
qtotal 10002972 J/m2
Sehingga untuk menghitung energi total yang diterima oleh kolektor dengan luas penampang 1,5 m2 digunakan persamaan 2.32 sebagai berikut:
Qkolektor = A x qin
= 1.5 m2 x 10002972 J/m2 = 15004458 J
= 15004,458 kJ
2. Energi yang Diserap Air (Qu)
Energi ini dapat dihitung dengan persamaan 2.34 sebagai berikut:
Qu ma Cpa (T2 T1)
3. Efisiensi Alat Pemanas Air
Efisiensi alat pemanas air dapat dihitung dengan persamaan 2.35 sebagai berikut:
3 Tahap III 180O 30,57 40,92 08.00 – 16.00 40,92 %
Diperoleh perbandingan antara efisiensi kolektor G1 dan G2 masing-masing sebesar 54,91% dan 67,52% pada tahap pengujian kedua. Gambar 4.13 menunjukkan Grafik perbandingan Efisiensi Water Heater GI dan Water Heater GII dengan Tahap pengujian.
Gambar 4.13 Grafik perbandingan Efisiensi Water Heater GI dan Water Heater GII dengan Tahap pengujian
4.6 Analisis Kehilangan Panas Pada Kolektor
Pada bagian ini akan dilakukan perhitungan panas total yang terbuang,
Pada bagian ini akan dilakukan perhitungan panas total yang terbuang,