Energi Panas Yang Diserap Kolektor

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.8 Energi Panas Yang Diserap Kolektor

... 2.13

2.7. Energi Panas Radiasi Total yang Diterima Kolektor

Total energi panas radiasi yang diserap oleh suatu permukaan kolektor, Q_in, dapat ditentukan dengan persamaan berikut [18]:

...2.14 dimana:

Maka untuk mencari total energi panas radiasi yang diserap oleh suatu permukaan kolektor (Q_in), dapat juga ditentukan dengan persamaan berikut [18]:

...2.15

dimana:

= radiasi total matahari selama satu siklus (kJ/m²)

= energi panas radiasi total yang diterima kolektor (J)

A = luas permukaan area kolektor yang terpapar sinar matahari (m²) = adsorptivitas plat kolektor yang berwarna hitam sebesar 0,98 = adsorptivitas kaca

2.8. Energi Panas Yang Diserap Kolektor

Untuk menghitung energi panas radiasi yang dapat diserap kolektor surya dapat diketahui dengan menggunakan rumus berikut:

= . ………2.16 Dimana:

= Energi panas radiasi yang diterima kolektor

= transmisivitas dan absorptivitas rata-rata kaca dan plat kolektor Nilai tranmisivitas dan absorptivitas rata-rata kaca dan plat kolektor didapat dengan menggunakan rumus berikut:

= 0,96 x ………2.17 Dimana:

= 1,01 x x x

 = x

o Koefisien transmisivitas refleksi ( ) diperoleh dengan rumus: = (

)……….2.18

- r// =

...2.19 - 𝜃 = Sudut datang matahari terhadap bidang vertical

𝜃 =0⁰ setiap 1 jam tambah 15⁰ o Koefisien absorvitas refleksi diperoleh dengan rumus:

= exp(

)………...2.21

- K= koefiesien redam 2 lapis kaca = 16 [ ] - L = Tebal kaca = 5mm = 0,005 m

 = absorpsivitas benda hitam (aluminium) sebesar 0,98

 = 1- 1,5879 x 𝜃 + 2,7314 x 𝜃 – 2,3026 x 𝜃 + 9,0244 x 𝜃 – 1,8 x 𝜃 + 1,7734 x 𝜃 + 6,9937 x 𝜃

2.9. Energi Panas Radiasi yang Digunakan Kolektor

Energi panas radiasi yang digunakan kolektor (Q_b), merupakan energi yang digunakan kolektor atau yang diserap adsorben (karbon aktif) untuk menaikkan temperaturnya dan selanjutnya digunakan untuk melepaskan/mendesorpsi adsorbat (metanol). Energi panas aktual yang digunakan kolektor, dapat dihitung dengan persamaan berikut [18]:

...2.22

dimana:

F’ = faktor efesiensi kolektor diasumsikan 0,9

= kerugian panas total (J)

= energi panas total yang diterima kolektor (J)

= kerugian panas dinding kolektor (J)

= kerugian panas bawah kolektor (J)

= kerugian panas atas kolektor (J) 2.10. Efisiensi Termal Kolektor Surya

Efisiensi termal kolektor surya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut [18]:

...2.23

dimana:

= energi panas radiasi yang digunakan kolektor (J) = Intensitas radiasi matahari (W/m²)

= Luas permukaan kolektor (m²)

2.11. Kolektor Surya

Kolektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai sumber energi utama. Ketika cahaya matahari menimpa absorber pada kolektor surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan guna berbagai aplikasi. [ ]

Kolektor surya pada umumnya mempunyai komponen yang terdiri dari:

1. Cover

Berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi ke lingkungan.

2. Absorber

Berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari.

3. Kanal

Berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja.

4. Isolator

Berfungsi meminimalisir kehilangan panas secara konduksi dari absorber menuju lingkungan.

5. Frame

Berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor.

2.11.1 Jenis-Jenis Kolektor Surya

Terdapat tiga jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam Solar Thermal Collector System dan juga memiliki korelasi dengan pengklasifikasian kolektor surya berdasarkan dimensi dan geometri dari receiver yang dimilikinya.[ ]

1. Concentrating Collector ( Kolektor Tipe Parabolik)

Jenis ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada temperatur antara 100°C – 400°C. Jenis kolektor surya ini mampu memfokuskan

energi radiasi cahaya matahari pada suatu receiver, sehingga dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh absorber. Spesifikasi jenis ini dapat dikenali dari adanya komponen konsentrator yang terbuat dari material dengan transmisivitas tinggi. Berdasarkan komponen absorber-nya jenis ini dikelompokan menjadi dua jenis yaitu Line Focus dan Point Focus.

Agar cahaya matahari selalu dapat difokuskan terhadap tabung absorber, concentrator harus dirotasi. Pergerakan ini disebut dengan tracking. Temperatur fluida melebihi 400^oC dapat dicapai pada sistem kolektor ini.[ ]

Struktur dari concentrating collector dapat dilihat pada gambar 2.10:

1. Receiver

Berfungsi untuk menangkap panas dari radiasi cahaya matahari.

Kadang receiver juga diselimuti dengan kaca tabung transparan untuk mengurangi heat loss.

2. Concentrate reflective surface

Berfungsi untuk mengkonsentrasikan panas radiasi cahaya matahari ke insulated tube yang berisi refrijeran yang menghantarkan panas dari kolektor ke boiler.

3. Tracking mechanism

Berfungsi untuk merotasi tabung absorber agar fokus terhadap cahaya matahari.

Beberapa aplikasi termal dibutuhkan energi dalam bentuk temperatur tinggi.

Intensitas radiasi surya yang ditransfer menjadi panas dapat dinaikkan dengan cara mengurangi area dimana kerugian radiasi dan panas terjadi. Hal ini dapat dilakukan dengan cara menempatkan perangkat optik antara sumber radiasi dengan permukaan penyerap (absorber) energi.

pada concentrating collector energi surya dikonsentrasikan/difokuskan secara optikal sebelum ditransfer menjadi panas. Mekanisme konsentrasi ini dapat diperoleh dengan cara pemantulan (reflection) atau pembiasan (refraction) radiasi surya dengan menggunakan cermin atau lensa. Cahaya yang dipantulkan atau dibiaskan akan terkonsentrasi pada daerah fokus, selanjutnya akan menaikan flux energi pada target

penerima (receiver/absorber).

Untuk menghitung jumlah radiasi matahari yang masuk melalui konsentrator harus diketahui luasan bukaan/penangkapan (aperture area) dari konsentrator tersebut. Radiasi surya pada area ini dapat diperoleh dengan pengukuran langsung dan tidak termasuk pengurangan beberapa area akibat pengaruh sudut datang matahari atau efek bayangan. Intensitas radiasi matahari (insolation) yang melalui luasan konsentrator akan difokuskan dan diserap seperti pada kasus flat-plat collector.

Gambar 2.11 Concentrating Collector ^{[ ]}

Kemampuan kerja kolektor surya ini bergantung pada beberapa faktor, antara lain ketersediaan energi radiasi matahari, temperatur udara sekitar, karakteristik kebutuhan energi, dan karakterikstik kalor sistem kolektor surya.

2. Flat Plate Collectors (Kolektor Plat Datar)

Kolektor surya merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memanaskan fluida kerja yang mengalir kedalamnya dengan mengkonversikan energy radiasi matahari menjadi panas. Fluida yang dipanaskan berupa cairan minyak , oli, dan udara kolektor surya plat datar mempunyai temperatur keluaran dibawah 95°C. Dalam aplikasinya kolektor plat datar digunakan untuk memanaskan udara dan air.

Keuntungan utama dari sebuah kolektor surya plat datar adalah bahwa memanfaatkan kedua komponen radiasi matahari yaitu melalui sorotan langsung dan sebaran, tidak memerlukan tracking matahari dan juga karena desainnya yang

sederhana, hanya sedikit memerlukan perawatan dan biaya pembuatan yang murah. Pada umumnya kolektor jenis ini digunakan untuk memanaskan ruangan dalam rumah, pengkondisian udara, dan proses-proses pemanasan dalam industri.

[ ]

Struktur kolektor plat datar:

1. Glazing

Untuk melindungi komponen di dalam kolektor dari dampak Lingkungan. Penutup ini harus dibuat dari kaca yang dikeraskan dan memiliki co-efisien transmisi tinggi.

2. Absorber Plate

Pelat absorber menyerap energi matahari dan mengubahnya menjadi energi panas. Absorber terbuat dari bahan konduktivitas tinggi seperti tembaga dengan lapisan selektif di atasnya untuk penyerapan maksimum radiasi matahari dan emisi radiasi inframerah minimal.

3. Flow Tubes

Cairan yang mengalir melalui kolektor mengumpulkan panas dari plat absorber. Perpindahan panas akan terjadi terutama melalui proses konduksi dan konveksi. Oleh karena itu, tabung harus terbuat dari bahan konduktivitas tinggi seperti tembaga.

4. Insulation

Isolasi termal mengurangi hilangnya panas yang tidak diinginkan dari bagian belakang dan samping kolektor. Isolasi juga harus mampu menahan suhu maksimum plat absorber.

Gambar 2.10 Flat Plate Collectors (Kolektor Plat Datar) [ ]

3. Evacuated Tube Collector

Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas yang lebih tinggi dibandingkan dengan dua jenis kolektor surya sebelumnya. Keistimewaannya terletak pada efisiensi transfer panasnya yang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal ini dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan covernya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi kehilangan panas yang terjadi secara konveksi dari permukaan luar absorber menuju lingkungan. [ ]

Kolektor evacuated tube memiliki sub kategori yang berbeda berdasarkan bahan yang digunakan dan kebutuhan aplikasi. Masa pakai evacuated tube bervariasi dari 5 hingga 15 tahun. Karakteristik utama dari kolektor evacuated tube harus:

1. Mampu bertahan dalam berbagai kondisi lingkungan, seperti hujan debu dan lain – lain.

2. Mampu mempertahankan variasi suhu yang lebar.

3. Resistensi terhadap kebocoran pada setiap bagian dari sistem.

4. Stabil dan tahan lama.

5. Mudah diinstal.

6. Efisiensi dalam konversi energi.

Gambar 2.12 Evacuated Tube Collector[ ]

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Metode Rancang Bangun

Dalam pelaksanaan penelitian ini dilakukan kegiatan-kegiatan yang meliputi tahapan yaitu:

Gambar 3.1. Diagram Alir Perancangan Studi Literatur

Desain parameter kolektor tipe parabolik

Tahapan Persiapan, Survei dan Pembelian Alat dan Bahan

Assembling kolektor

Bocor Mulai

Selesai Pembuatan

kolektor

3.2. Tempat Dan Waktu

Perancangan kolektor tipe konsentrator ini dilakukan dilantai 4 gedung Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang dimulai pada tanggal 01 Agustus 2019.

3.3. Alat Dan Bahan 3.3.1. Alat

Adapun alat-alat yang digunakan selama perancangan kolektor ini berlangsung adalah sebagai berikut ini :

1. Las TIG

Las TIG digunakan untuk menyambung plat aluminium dan juga pipa aluminium pada pembuatan kolektor.

Gambar 3.2 Mesin las TIG

2. Gerinda

Gerinda digunakan untuk memotong plat aluminium, Pipa aluminium, kayu dan juga besi untuk pembuatan kolektor dan kotak kolektor.

Gambar 3.3 Gerinda

3. Mesin Bor

Alat ini digunakan untuk membuat lubang untuk saluran pipa pada bagian bawah kolektor dan juga untuk membuat lubang saluran pipa pada kotak kolektor.

Gambar 3.4 Mesin Bor

4. Mesin roll

Mesin roll digunakan untuk melengkungkan plat aluminium yang sudah dipotong terlebih dahulu.

Gambar 3.5 Mesin Roll

5. Meter

Digunakan untuk mengukur plat aluminium,pipa dan juga kayu .

Gambar 3.6 Meter

6. Tang

Tang digunakan untuk menahan beban pada saat pengelasan dan juga pemotongan material.

Gambar 3.7 Tang

3.3.2. Bahan

Adapun bahan-bahan yang digunakan selama proses perancangan ini adalah sebagai berikut:

1. Plat aluminium dengan tebal 3 mm (panjang 75 cm , lebar 67 cm ) dan tebal 2 mm (panjang = 75 cm, lebar = 30 cm) untuk membuat kolektor tipe konsentrator pada mesin pendingin adsorpsi

2. Pipa aluminium dengan tebal ¾ inch sepanjang 30 cm 3. Karbon aktif serbuk sebanyak 10 kg

4. Engsel pintu 3 buah

5. Isolasi secukupnya seperti busa hitam, busa biasa (kft), rockwool dan styrofoam

6. Lem red silicon

7. Lem silicon hitam untuk kaca 8. Papan dengan tebal 2 cm

9. Kaca transparan tebal 5 mm 2 lembar dengan bingkai kusen 10. Plat besi siku tebal 2 mm

11. Cat hitam doff

12. Kawat kasa stainless 1×1 dengan ukuran mesh 400 13. Aluminium foil secukupnya

14. Paku ukuran 1-2 inch

3.4 Desain Parameter Kolektor

Permukaan pada kolektor didesain dengan permukaan yang hitam (black body) dengan tujuan agar penyerapan panas lebih besar dari radiasi energi surya, sehingga terjadinya perpindahan panas secara konveksi ke adsorben.

Untuk menghasilkan unjuk kerja yang lebih optimal dari kolektor surya membutuhkan parameter-parameter desain. Salah satu dari parameter-parameter desain yang berkaitan dengan optimasi unjuk kerja kolektor yang dirancang ini adalah letak dan bentuk plat penyerap (tipe parabolik) ,konduktivitas termal plat penyerap (plat aluminium), dan juga adsorben yang digunakan ( karbon aktif serbuk). Pada desain kolektor ini dibuat bersirip sebagai pembatas agar adsorben terbagi rata keseluruh ruang kolektor.

Konfigurasi kolektor seperti ini memberikan efek penyerapan panas radiasi matahari dan efisiensi lebih maksimal.

Table 3.1 Parameter Dimensi

Parameter Desain Aktual

Tebal plat 3 mm 3 mm

Jumlah sirip 9 9

Tebal isolator 2 cm 3 cm

Tebal pipa 1 inch 1 inch

Diameter pipa 19 mm 19 mm

Jarak antar sirip 65 mm 70 mm

Tebal penyangga kawat kasa 2 cm 2 cm

Hasil desain rancangan dengan hasil fabrikasi memiliki sedikit perbedaan dimensi, seperti tebal isolator yang dibuat menjadi lebih tebal karena apabila mengikuti tebal hasil perancangan maka panas lebih banyak keluar atau terbuang . pengaruh dimensi tersebut memiliki pengaruh yang signifikan terhadap efisiensi kolektor surya.

3.5 Langkah Pembuatan Kolektor Pada Mesin Pendingin Adsorpsi 3.5.1. Pembuatan Kolektor

Adapun langkah-langkah pembuatan kolektor adalah sebagai berikut : 1. Plat aluminium dipotong sesuai dengan desain yang telah dibuat.

2. Plat dibentuk menjadi berbentuk parabolik atau setengah lingkaran tanpa tutup atas terlebih dahulu.

Gambar 3.8 Model kolektor

3. Sirip kolektor dilas didalam kotak.

4. Masukkan karbon aktif sebanyak 10 kg secara merata kemudian tutup dengan kawat kasa dengan nomor mesh 400 agar karbon aktif tidak jatuh dari kolektor dan tidak terhisap oleh pompa vakum kemudian beri penyangga mesh agar tidak jatuh.

Gambar 3.9 Kolektor Berisi Karbon Aktif

5. Tutup kotak dengan plat aluminium yang dilengkapi dengan 2 pipa alumunium sebagai saluran adsorpsi dan desorpsi.

6. Seluruh sambungan kotak harus dilas dengan baik agar tidak terjadi kebocoran.

7. Tes kebocoran dengan menggunakan pompa vakum dengan cara memompa kolektor sampai tekanan tertentu lalu matikan pompa dan tutup saluran, bila tekanan vakum tidak menurun maka kolektor sudah tidak bocor.

8. Cat kolektor dengan menggunakan cat warna hitam.

Gambar 3.10 Kolektor Setelah Di Cat Hitam

3.5.2. Pembuatan Kotak Insulasi Dan Penutup Kolektor

Adapun langkah-langkah untuk membuat kotak insulasi dan penutup kolektor adalah sebagai berikut:

1. Siapkan kayu, styrofoam, rockwool,busa kft, busa hitam dan aluminium foil.

2. Bentuk kotak insulasi dengan kayu sesuai dengan desain yang dibuat.

Gambar 3.11 Kotak Insulasi kolektor

3. Masukkan material insulasi kedalam kotak sesuai dengan ukuran yang telah direncanakan.

4. Bungkus material insulasi dengan aluminium foil.

5. Buat lubang untuk dua pipa kolektor.

6. Pasang penutup kolektor yang telah dibuat lalu hubungkan dengan engsel.

Gambar 3.12 Kotak Insulasi berisi isolasi

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Perancangan Kolektor Tipe Parabolik Pada Mesin Pendingin Adsorpsi

Kolektor surya merupakan alat yang dirancang untuk mengumpulkan panas dengan menyerap sinar matahari. Perancangan mesin pendingin adsorpsi telah banyak dilakukan dengan berbagai macam tipe kolektor untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimal. Maka perancangan kolektor surya ini didasari oleh hasil dari berbagai rancang bangun sebelumnya.

Berikut adalah perhitungan dimensi kolektor pada perancangan:

Luas penampang kolektor

 :

2 ( p.l + p.t + l.t ) = 2(1000 mm × 500 mm + 1000 mm × 70 mm + 500 mm × 70 mm)

= 1,21 m²

Volume kolektor

 : p.l.t = 1000 mm × 500 mm × 70 mm

= 0,025 m³

 V = p.l.t = 500 mm × 50 mm × 50 mm

= 0,00125 m³

Jadi total karbon aktif yang dapat di tampung didalam kolektor :

 V = 10 × 0,00125 m³ = 0,0125 m³= 12,5 kg

4.1.1 Adsorber

Adsorber yaitu tempat atau wadah dari adsorben karbon aktif.adsorber digunakan untuk menangkap panas dari radiasi matahari. Adsorber terbuat dari bahan plat aluminium dengan ketebalan 3 mm.

Gambar 4.1 Desain Kolektor

Gambar 4.2 Ruang Bagian Dalam Kolektor Keterangan gambar:

a. Material : Aluminium

b. Dimensi luar : 780 mm × 650 mm × 70 mm

c. Tebal plat : 3 mm

d. Dimensi sirip kolektor : 774 mm × 50 mm × 2 mm

e. Tebal sirip : 2 mm

f. Jarak antar sirip : 70 mm

g. Jumlah sirip : 9 Buah

h. Diameter pipa kolektor : 19 mm i. Lebar kawat kasa : 0,037 mm j. Tebal penyangga kawat kasa : 3 mm

Pada perancangan 9 buah sirip berisi 10 wadah karbon aktif tiap wadah berisi 1 kg karbon aktif agar tidak terjadi penumpukan dan pembagiannya lebih merata.

4.1.2 Kotak Insulasi Kolektor

Kotak insulasi kolektor adalah lapisan yang tersusun secara seri dari beberapa bahan isolator seperti busa hitam, busa biasa, rockwool, Styrofoam dan juga kayu yang membentuk sesuai dengan bentuk kolektor sehingga panas yang diserap kolektor tidak banyak terbuang.

Plat Aluminium

Penyangga Mesh Sirip

Gambar 4.3 Kotak Insulasi Kolektor

Gambar 4.4 Ruang bagian dalam kotak insulasi Tabel 4.1. Konduktivitas Termal Bahan [ ]

Bahan k (W/m.K)

Aluminium 237

Rockwool 0,045

Styrofoam 0,040

kolektor

kayu

rockwool

styrofoam

Busa kft

Busa Hitam 0,033

Kayu 0,14

Kaca 0,761

4.1.3 Kaca penutup kolektor

Kaca (cover) penutup kolektor memiliki fungsi untuk meneruskan radiasi matahari dan memberikan efek rumah kaca pada kolektor supaya radiasi matahari terperangkap lebih lama dalam kolektor. Kaca penutup kolektor dirancang bisa buka tutupdengan tujuan saat dibuka dapat mempermudah penurunan suhu atau melepaskan kalor ke lingkungan untuk penurunan tekanan kolektor.

Gambar 4.5 Kaca penutup kolektor

4.2. Kekuatan Material

Kekuatan material atau mekanika bahan merupakan perilaku benda akibat tegangan dan regangan. Kekuatan material memprediksi respon struktur akibat beban dan kerentanannya terhadap berbagai mode kegagalan memperhitungkan sifat bahan seperti yield strength, kekuatan maksimum dan modulus young.

Tabel 4.2 Kekuatan Bahan Beberapa Material

Modulus young menjelaskan elastisitas tarik atau kecenderungan suatu benda untuk berubah bentuk sepanjang sumbu ketika stress berlawanan yang diaplikasikan sepanjang sumbu itu. Modulus geser menjelaskan kecenderungan suatu objek untuk bergeser (deformasi bentuk pada volume konstan) ketika diberi kekuatan yang berlawanan.

Beban maksimum pada kolektor sebesar:

3,146 GPa

Diasumsikan faktor keamanan pada kolektor sebesar 0,9.

4.3.1 Intensitas Radiasi Matahari

Grafik intensitas radiasi matahari selama waktu pengujian yang dilakukan ditunjukkan pada gambar 4.6.

Gambar 4.6 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Selama Pengujian

Gambar 4.6 menunjukkan intensitas radiasi matahari dari pukul 08:00 WIB sampai pukul 17:00 WIB, dapat dilihat bahwa intensitas radiasi matahari sangat bervariasi, intensitas radiasi matahari yang diperoleh sangat bergantung kepada kondisi cuaca, ketebalan awan, topografi dan musim. Pada saat pengujian ini dilaksanakan kondisi langit cenderung berawan sehingga intensitas radiasi matahari yang diterima tidak maksimal. Pada proses pemanasan awal didapatkan nilai dari intensitas radiasi surya maksimal sebesar 518,1 W/m²K pada pukul 10:00 WIB, pada desorpsi pertama sebesar 488,1 W/m²K pada pukul 11:30 WIB, pada pengujian desorpsi kedua sebesar 680,6 W/m²K dan pada desorpsi ketiga sebesar 399,4 W/m²K. Intensitas radiasi matahari maksimum yang diterima adalah sebesar 680,6 W/m²K pada tanggal 4 November 2019 dan intensitas radiasi matahari maksimum yang paling rendah yaitu sebesar 399,4 W/m²K pada tanggal 5 November 2019.

Berikut ini merupakan grafik perbandingan intensitas radiasi matahari aktual dengan intensitas radiasi teoritis hari pertama pada tanggal 29 Oktober 2019.

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Intensitas Radiasi Matahari Aktual dengan Teoritis pada Tanggal 29 Oktober 2019

Gambar 4.7 menunjukkan grafik perbandingan intensitas radiasi matahari aktual dengan teoritis pada tanggal 29 Oktober 2019, perbandingan intensitas radiasi matahari aktual dengan teoritis dimana intensitas radiasi akutual maksimal adalah sebesar 518,1 W/m²K dan teoritis sebesar 900 W/m²K.

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Intensitas Radiasi Matahari Aktual dengan Teoritis pada Tanggal 3 November 2019

Gambar 4.8 menunjukkan grafik perbandingan intensitas radiasi matahari aktual dengan teoritis pada tanggal 3 November 2019, perbandingan intensitas radiasi matahari aktual dengan teoritis dimana intensitas radiasi akutual maksimal adalah sebesar 488,1 W/m²K pada puku 11:30 WIB dan teoritis sebesar 900

W/m²K. Kondisi cuaca pada hari ini cerah namun cukup berawan sehingga ketika awan menghalangi sinar matahari maka intensitas radiasi matahari akan menurun.

Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Intensitas Radiasi Matahari Aktual dengan Teoritis pada Tanggal 4 November 2019

Gambar 4.9 menunjukkan grafik perbandingan intensitas radiasi matahari aktual dengan teoritis pada tanggal 4 November 2019, perbandingan intensitas radiasi matahari aktual dengan teoritis dimana intensitas radiasi aktual maksimal adalah sebesar 680,6 W/m²K dan teoritis sebesar 900W/m²K. Kondisi cuaca pada hari ini cukup cerah namun berawan, sehingga ketika awan menutupi sinar matahari radiasi yang diperoleh akan menurun.

Gambar 4.10 Grafik Perbandingan Intensitas Radiasi Matahari Aktual dengan Teoritis pada Tanggal 5 November 2019

Gambar 4.10 menunjukkan grafik perbandingan intensitas radiasi matahari aktual dengan teoritis pada tanggal 5 November 2019, perbandingan intensitas radiasi matahari aktual dengan teoritis dimana intensitas radiasi akutual maksimal adalah sebesar 399,4 W/m²K dan teoritis sebesar 900 W/m²K. Kondisi cuaca pada hari ini medung mulai pukul menyebabkan intensitas radiasi yang didapatkan juga rendah.

4.3.2 Temperatur Kolektor

Dari tiga hari pengujian dilakukan diperoleh temperatur kolektor seperti ditunjukkan pada gambar 4.11.

Gambar 4.11 Grafik Temperatur Kolektor Selama Pengujian

Gambar 4.11 menunjukkan temperatur dari komponen kolektor mesin pendingin selama proses pengujian. Temperatur maksimum dari kolektor surya pada proses pemanasan awal adalah sebesar 126,56 ôC, desorpsi pertama sebesar 97,79 ôC, desorpsi kedua sebesar 112,89 ôC, desorpsi ketiga sebesar 93,12 ôC.

Temperatur tertinggi diperoleh pada saat proses pemanasan awal sebesar 126,56

oC dan terendah pada desorpsi ketiga sebesar 93,12 ^oC. Dari hasil yang diperoleh terlihat bahwa kolektor yang digunakan sudah baik karena temperatur yang

diperoleh pada kondisi cuaca normal (tidak mendung) dapat mencapai temperatur diatas 100 ^oC yang mana termperatur tersebut sudah bisa menyebabkan metanol yang berada pada kolektor untuk menguap.

4.4. Panas Radiasi Total Yang Diterima Kolektor

Untuk mengetahui besarnya panas radiasi yang diterima oleh kolektor dapat diketahui dengan menggunakan rumus berikut ini:

= Dimana:

= Intensitas radiasi matahari yang diterima kolektor (J/

A = Luas Permukaan kolektor ( )

Karena luas penampang kolektor yang dirancang 0,5 dan intensitas radiasi matahari diasumsikan sebesar 720 J/ maka diperoleh:

= 720 J/ 0,5

= 360 J

4.5. Energi Panas Radiasi Yang Dapat Diserap Kolektor

Untuk menghitung energi panas radiasi yang dapat diserap kolektor surya dapat diketahui dengan menggunakan rumus berikut:

= . Dimana:

= Energi panas radiasi yang diterima kolektor

= transmisivitas dan absorptivitas rata-rata kaca dan plat kolektor

Nilai tranmisivitas dan absorptivitas rata-rata kaca dan plat kolektor didapat dengan menggunakan rumus berikut:

= 0,96 x

Untuk mencari digunakan rumus berikut ini:

= 1,01 x x x Untuk mencari nilai digunakan rumus berikut ini:

= x

Koefisien transmisivitas refleksi ( ) diperoleh dengan rumus:

= (

Koefisien absorvitas refleksi diperoleh dengan rumus:

= exp(

) Dimana:

K= koefiesien redam 2 lapis kaca = 16 L = Tebal kaca = 5mm = 0,005 m

= absorpsivitas benda hitam (aluminium) sebesar 0,98 Untuk mencari nilai digunakan rumus berikut ini:

= 1- 1,5879 x 𝜃 + 2,7314 x 𝜃 – 2,3026 x 𝜃 + 9,0244 x 𝜃 – 1,8 x 𝜃 + 1,7734 x 𝜃 + 6,9937 x 𝜃

= 1- 1,5879 x ) + 2,7314 x )² – 2,3026 x + 9,0244 x – 1,8 x ( + 1,7734 x + 6,9937 x

= 0,9962

Maka, = 0,86716

Selanjutnya, = 0,96 x 0,86716 = 0,83247

Jadi dari perhitungan diatas diperoleh:

= 360 x 0.86716 = 312,1776 J

4.6. Kerugian Panas Pada kolektor

Untuk menghitung kerugian panas total dari kolektor digunakan rumus berikut ini:

total = atas + bawah + sisi kiri kanan + depan belakang

Dimana:

atas = kerugian panas pada sisi atas kolektor

bawah = kerugian panas pada sisi bawah kolektor

sisi kiri kanan = kerugian panas pada sisi kiri kanan kolektor

sisi depan belakang = kerugian panas pada sisi depan belakang kolektor

4.6.1 Perhitungan kerugian panas pada sisi atas kolektor

Untuk menghitung kerugian panas pada sisi atas kolektor digunakan rumus berikut:

atas =

Dimana:

= koefisien kerugian panas pada sisi atas kolektor (W/ K) A = Luas permukaan kolektor = 0.5

= Temperatur rata-rata lingkungan (K)

= temperatur rata-rata kaca atas (K)

Untuk menghitung koefisien kerugian panas pada sisi atas kolektor digunakan rumus berikut:

= emisivitas plat aluminium = 0,82

= koefisien perpindahan panas oleh angin = 10 W/

Nilai temperatur kaca diasumsikan 54°dan temperatur lingkungan rata-rata diasumsikan 30⁰, maka:

= 54+273 = 327 K dan = 30+273 = 303 K

 Perhitungan nilai e

4.6.2 Perhitungan kerugian panas pada sisi bawah kolektor

Dalam dokumen DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2020 (Halaman 42-0)