Jenis Jenis Alat Pemanas Air Tenaga Surya

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.3. Pemanas Air Tenaga Surya (Solar Water Heater)

2.3.1. Jenis Jenis Alat Pemanas Air Tenaga Surya

Alat pemanas air tenaga surya (solar water heater) secara umum dapat diklasifikasikan menjadi alat pemanas air sistem natural dan alat pemanas air sistem paksa (pompa) menurut cara fluida yang bersirkulasi. Sementara itu jika menurut cara fluida menyerap panas dapat dibedakan menjadi alat pemanas surya sistem pemanasan langsung dan alat pemanas surya sistem pemanasan tidak langsung (Ceylan, 2011).

Berdasarkan cara sirkulasi fluidanya, pemanas air tenaga surya dibedakan menjadi dua jenis yaitu: pemanas air tenaga surya sistem thermosypon dan pemanas air tenaga surya sistem aktif.

1. Pemanas air tenaga surya sistem thermosypon (sistem pasif)

Menurut Jansen (1995), pemanas air surya paling sederhana tetapi paling efektif adalah pemanas air surya system thermosypon. Sistem ini hanya terdiri atas sebuah tangki penyimpanan yang ditempatkan pada bagian atas dari deretan kolektor. Fluida pada kolektor akan dipanasi oleh radiasi matahari, kemudian karena perbedaan massa jenis maka fluida panas akan bergerak kearah tangki dan fluida dingin dari tangki akan bergerak turun untuk menggantikan fluida yang dipanaskan. Gambar 2.20 menunjukkan pemanas surya sistem thermosypon[16].

Gambar 2.16 Pemanas air tenaga surya sistem thermosypon Sirkulasi pemanasan seperti ini akan terus berlanjut sampai seluruh sistem kira-kira mencapai temperatur yang seragam. Gerakan sirkulasi ini tidak lagi

membutuhkan sensor temperatur, alat-alat kontrol, dan pompa sirkulasi serta motor[15].

2. Pemanas air tenaga surya sistem aktif

Sistem aktif didefinisikan sebagai sistem pemanas air yang memerlukan energi tambahan (seperti menggunakan pompa) untuk memindahkan air menuju kolektor supaya air menjadi hangat. Energi yang digunakan untuk menggerakkan pompa dapat diperoleh dari energi listrik maupun dari energi matahari yang diubah menggunakan sel photovoltaic. Perbedaan utama ke dua sistem ini hanya terletak pada tenaga yang digunakan untuk menggerakkan fluida yang akan dipanaskan. Gambar 2.17 menunjukkan Pemanas air tenaga surya sistem aktif.

Gambar 2.17 Pemanas air tenaga surya sistem aktif 2.4 Analisis Sirip

Besarnya laju perpindahan panas benda tidak bersirip dengan benda bersirip berbeda. Pada umumnya, sirip dipasang berfungsi untuk memperluas permukaan dari benda, sehingga laju perpindahan panas konveksinya menjadi besar. Tetapi seberapa besar pengaruh sirip itu di pasang terhadap laju perpindahan panasnya di bandingkan jika tidak di pasang sirip. Yang didinginkan tentunya pengaruh sirip sangat besar terhadap laju perpindahan panas nya agar tidak dirugikan dengan biaya untuk membuat sirip[17].

Apabila sirip dipasang di pipa saluran air yang akan dipanaskan, maka sirip akan dapat membantu pipa saluran air didalam menangkap panas yang diberikan oleh matahari. Semakin luas sirip atau semakin banyak sirip yang akan

dipasang di pipa saluran air, maka akan semakin besar juga panas yang akan dipindahkan ke air. Dengan demikian pemasangan sirip pada pipa saluran air akan sangat berpengaruh terhadap suhu air keluar pemanas air. Pemilihan bahan sirip juga sangat berpengaruh terhadap besarnya panas yang dapat diterima.

Penggunaan sirip menggunakan bahan tembaga di pilih karena nilai konduktifitas bahan tembaga sangat bagus untuk menghantarkan laju perpindahan panas.

2.4.1 Efisiensi Sirip

Efisiensi sirip dapat dihitung melalui perbandingan antara banyaknya panas yang dilepas dengan banyaknya panas yang dipindahkan jika seluruh sirip suhunya sama dengan suhu dasar sirip dan dapat dinyatakan dengan persamaan[17].

=

^{( )}

_{( )}

...2.31 Keterangan:

η : Efisiensi Sirip

h : Koefisien perpindahan panas konveksi, W/m².˚C

Asi : Luas permukaan sirip yang bersentuhan dengan fluida, m²

Asf : Luas permukaan seluruh sirip yang bersentuhan dengan fluida, m² T_i : Suhu permukaan sirip, ˚C

T : Suhu fluida di sekitar, ˚C Tb : Suhu dasar sirip, ˚C

2.5 Analisis Energi Pada Kolektor Surya Plat datar

Dalam sebuah sistem pemanas air tenaga surya, terdapat komponen utama yaitu kolektor surya. Kolektor surya adalah alat yang digunakan untuk menyerap energi radiasi, mengubahnya menjadi panas, dan mentransfernya ke fluida yang mengalir melalui kolektor[27]. Gambar 2.18 menunjukkan kolektor surya pelat datar dan bagian-bagian utamanya.

Gambar 2.18 Kolektor surya pelat datar dan bagian-bagian utamanya Kolektor surya memiliki bentuk yang bermacam-macam, tetapi yang paling umum digunakan adalah kolektor surya tipe pelat datar. Analisis energi pada kolektor pelat datar meliputi energi yang diterima kolektor pelat datar, energi yang terbuang dan energi berguna yang digunakan untuk memanaskan air.

2.5.1 Analisis Energi yang diterima 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 rumus berikut.

Qin = A ∫ dt...2.32 Harga ∫ dt dapat dihitung dari luas dibawah kurva dengan menggunakan metode trapesium. Dimana setiap 1 menit (60 detik) kita menghitung luas dibawah kurva sebagai berikut:

q1 = + ΔX...2.33 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)

2.5.2 Energi berguna yang diberikan Kolektor ke air

Energi panas yang sudah diterima oleh kolektor akan diberikan terhadap air. Besarnya energi tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan rumus[27]:

Qu = ma Cpa (T2 – T1)...2.34 Dimana :

ma : massa air (kg)

Cpa : Panas jenis dari air (kJ/kg.⁰C)

T1 : Temperatur awal air sebelum dipanaskan kolektor (⁰C) T₂ : Temperatur actual setelah dipanaskan oleh kolektor (⁰C)

2.5.3 Analisis Termal Efisiensi Kolektor

Efisiensi termal kolektor ialah nilai perbandingan antara energi yang digunakan untuk memanaskan air (q_use) dengan energi yang diterima oleh kolektor (q_in). Untuk memperoleh nilai efisiensi kolektor maka digunakan persamaan 2.35 (Duffie and Beckman)[5].

η =

... 2.35 Keterangan:

η = efisiensi kolektor

2.5.4 Analisis Kehilangan Energi pada Kolektor

Kehilangan panas pada kolektor dapat diperoleh dengan menjumlahkan total panas yang terbuang pada sisi kolektor. Pada sisi depan, belakang, samping dan bawah kolektor analisis dapat digunakan dengan menggunakan analisis perpindahan panas secara konveksi dan konduksi, sementara pada sisi atas terdapat analisis yang berbeda sebagai akibat dari jumlah cover yang digunakan.

Gambar 2.19 menunjukkan Skema kehilangan panas kolektor pada sisi bagian atas.

Gambar 2.19 Skema kehilangan panas kolektor pada sisi bagian atas

Analisis kehilangan panas pada kolektor meliputi panas yang terbuang dari seluruh dinding kolektor (bagian sisi samping dan bagian sisi bawah) dan cover kolektor. Duffie dan Beckman memberikan persamaan berikut ini untuk menghitung koefisien perpindahan panas sisi atas dari sebuah kolektor yang memiliki cover lebih dari 1[5].

Ut={ C

Tpm[^(Tpm–Ta)_{( + f)} ] e _h¹

-1

^{ζ (T}^pm^T^a^)(T^pm ^T^a ⁾

(ε_p 0,00591 h_w)^-1+ 2 + f – 1 + 0,133εp

εg -

... 2.36

Keterangan:

N = jumlah penutup bagian atas

C = 520 (1-0,000051 β²) untuk 0⁰< β< 70⁰. e = 0,430 (1-100/Tpm)

β = kemiringan kolektor εg = emisivitas kaca εp = emisivitas pelat

Ta = Temperatur lingkungan di sekitar kaca Tpm = Temperatur pelat rata-rata (K)

hu = koefisien konveksi angin (W/m²C)

Sementara nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada permukaan kolektor yang dilalui angin (hu), diberikan oleh Jansen:

hu = 5.7+(3.8 x v) ... ...2.37 dimana, v = kecepatan angin (m/s)

Kehilangan panas pada sisi samping kolektor (bagian sisi samping dan bagian sisi bawah) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

qout,s = U. A. (Tp – Tu)...2.38

T_u,s = temperatur udara di sisi samping kolektor (◦ C) t_p = tebal pelat (m)

t_pu = tebal polyurethane (m) t_al = tebal aluminium profil C (m) k_p = konduktivitas termal pelat (W/m.K)

kpu = konduktivitas termal polyurethane (W/m.K) kal = konduktivitas aluminium profil (W/m.K) hu = koefisien konveksi udara (W/m.K)

hp = koefisien konveksi natural udara di kolektor (W/m.k)

Sehingga didapat Total kehilangan panas pada kolektor dapat diperoleh sebagai total energi yang terbuang dari sebuah kolektor.

Σ Qout = Σ Qout,a + Σ Qout,s+ Σ Qout,db+ Σ Qout,b ... ...2.40

Keterangan:

Σ Qout,a = Total energi yang terbuang dari sisi atap (Joule)

Σ Qout,s = Total energi yang terbuang dari seluruh sisi samping (Joule)

Σ Q_out,db= Total energi yang terbuang dari seluruh sisi depan belakang (Joule) Σ Q_out,b = Total energi yang terbuang dari seluruh sisi bawah(Joule)

2.5.5 Analisis Energi yang Diterima untuk Memanaskan Air

Duffie dan Beckmanmerumuskan energi yang diterima oleh air diperoleh dengan cara mengalikan energi yang terdapat di dalam kolektor dengan faktor perolehan panas (FR,ave) sebagai berikut[5] :

quse = FR,ave x (Σqin - Σqout) ... ...2.41

Keterangan:

quse = energi yang digunakan untuk memanaskan air (Joule) F_R,ave = faktor perolehan panas rata-rata

Nilai F_R,ave diperoleh dengan menjumlahkan keseluruhan nilai faktor dan dibagi dengan jumlah faktor (n).

FR,ave = ... ...2.42 n = waktu yang digunakan untuk memanaskan air

Untuk menghitung nilai faktor perolehan panas air (F_R) maka harus dicari terlebih dahulu faktor efisiensi sirip kolektor dan faktor aliran fluida kolektor.

Duffie dan Beckman merumuskan nilai faktor perpindahan panas kolektor (FR) diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut[5] :

FR = F’ x F” ...2.43 Keterangan:

F’ = faktor efisiensi sirip kolektor F”= faktor aliran kolektor

Nilai faktor efisiensi sirip kolektor (F^’) diperoleh dengan menggunakan persamaan yang ditawarkan oleh Duffie and Beckman. Berikut adalah persamaan guna mendapatkan nilai efisiensi sirip kolektor [5]:

F = [ ]

... ..2.44 m =

...2.45 Untuk menggunakan persamaan ini perlu diperoleh terlebih dahulu beberapa parameter berikut ini yaitu:

UL = koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m²K) D = Diameter pipa (m)

W = Jarak antar pipa kolektor (m)

k = konduktivitas termal pelat penyerap (W/mK) δl = tebal pelat penyerap (m)

Untuk menghitung nilai faktor aliran kolektor (F”) digunakan persamaan yang ditawarkan oleh Duffie and Beckman (1991)[5].

F” =

[

] ... 2.46 Keterangan:

F” = faktor aliran kolektor

ṁ = laju aliran massa fluida yang dipanaskan (kg/s) Ac = luas penampang pelat penyerap (m²)

Cp = panas spesifik fluida pada temperatur (Joule/kgK)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan pada bulan Mei - Agustus 2019. Lokasi penelitian bertempat lantai 4 (empat) di Gedung Magister Pascasarjana Teknik Mesin, Fakultas Teknik. Universitas Sumatera Utara.

3.2 Peralatan Pengujian

Adapun beberapa alat pengujian yang digunakan adalah : 1. Laptop

Digunakan untuk menyimpan dan mengolah data yang telah didapatkan dari Hobo Microstation data logger dan Agilient 34972 A.

Gambar 3.1 Laptop Dengan spesifikasi:

 Display 14^’’ inchi HD Graphic

 Processor AMD A9-9420, 3.00GHz

 HDD 1 TB

 RAM 4 GB DDR4

 VGA 2 GB 2. Agilient

Alat ini dihubungkan dengan termocouple yang dipasang pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya, setelah itu akan disimpan ke dalam flashdisk, setelah itu dipindahkan ke komputer untuk dapat diolah datanya.

Gambar 3.2 Agilent Dengan Spesifikasi :

a. Daya 35 Watt

b. Jumlah saluran termokopel 20 buah c. Tegangan 250 Volt

d. Mempunyai 3 saluran utama

e. Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik f. Mempunyai 8 tombol panel dan sistem control

g. Fungsional antara lain pembacaan suhu termokopel, Resistance Temperature Detector (RTD) dan termistor,arus listrik AC

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 :

Gambar 3.3 Hobo Microstation Data Logger 1. Pyranometer

Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi matahari pada suatu lokasi.

2. Wind Velocity Sensor

Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan angin

Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur lingkungan sekitar 4. T and RH Smart Sensor

Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban.

Spesifikasi Hobo Microstation Data Logger:

a. Skala pengoperasian : 20ôC -50 ôC dengan baterai alkalin 40ôC -70 ôC dengan baterai lithium

b. Input Processor : 3 buah sensor pintar multi channel monitoring c. Dimensi : 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm

d. Berat : 0,36 Kg

e. Memori : 512 Kb Penyimpanan data nonvolati flash f. Interval Pengukuran : 1 detik – 18 jam (tergantung pengguna) g. Akurasi Waktu : 0 – 2 detik

4. Pemanas Air Tenaga Surya

Pemanas air tenaga surya (PATS) ini menggunakan kolektor plat datar yang berfungsi untuk menyerap radiasi surya dan mengkonversikannya menjadi energi panas. Kemudian panas tersebut akan diserap oleh air di dalam tangki melalui pipa sirkulasi. Pemanas air ini menggunakan sel surya sebagai sumber daya untuk menggerakkan pompa.

Gambar 3.4 Pemanas air tenaga surya

yaitu:

1. Spesifikasi Kolektor

a. Dimensi : p x l x t (1,6 x 1,1 x 0,08) m b. Frame : Profil U Aluminium

c. Isolator : Polyurethane d. Pipa Sirkulasi : Tembaga (1/2 inch) e. Absorber : Aluminium 0,6 mm

f. Cover : Kaca 5 mm dan Akrilik 4 mm 2. Spesifikasi Tangki

a. Dimensi : D x t (63 x 89) cm b. Volume : 120 Liter

c. Frame : Aluminium

d. Isolator : Polyurethane dan Glass Woll 3. Spesifikasi Solar Panel

a. Daya (Pmax) : 80 WP b. Voltage (V) : 18 V c. Arus : 5,56 A

5. Pompa

Pompa yang digunakan untuk memompakan air ke dalam pipa sirkulasi berbahan tembaga adalah pompa DC yang memiliki daya cukup rendah. Energi yang digunakan untuk meggerakkan pompa berasal dari solar panel.

Gambar 3.5 Pompa

Tabel 3.1 Spesifikasi pompa

Daya DC 12 W

Kuat arus 5,4 A Putaran Continuous Daya motor 45 W/ 5400 Rpm Diameter luar 25 mm

Max Head 4 m

Max Rate 70 L/ m

Suhu air 0-60⁰C

Ukuran 135 mm x 110 mm x 85 mm

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 (T_W).

2. Temperatur Plat ( T_p) 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 :3,43^oLU (φ=3,43) dan 98,44^oBT (L_loc=98,44)

ketinggian dari permukaan laut : 37,5 m (Altitude A = 0,0375)

waktu meridian (7x(7+GMT)) : 7 x 15 = 105^o (Lst = 105^o) [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 :

G_on = 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 (L_st – L_loc) + 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 = 7,04^o

Dengan menggunakan persamaan 2.8 diperoleh cosinus sudut zenith pada jam 13.00 WIB

cos θ_z = cos φ cos δ cos ω + sin φ sin δ

cos θ_z = cos 3,43ô cos 12,7ô cos 7,04ô + sin 3.43ô sin 12,7ô cos θ_z = 0,97

Dengan menggunakan persamaan 2.9 diperoleh fraksi radiasi yang diteruskan untuk masuk ke atmosfer bumi pada jam 13.00 WIB

τb = a_o + a₁ exp

.

/

 ao = ro (0,4237 - 0,0082 (6 – A)²) ; untuk daerah tropis, nilai ro = 0,95 a_o = 0,95 (0,4237 – 0,0082 (6 – 0,0375)²)

a_o = 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

G_diffuse = G_on cosθ_z(0.271 – 0.294

τ

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.

Q_in = 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.

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

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

Dalam dokumen STUDY EXPERIMENTAL OPTIMASI KOLEKTOR PLAT DATAR DENGAN MENGGUNAKAN PIPA BERSIRIP UNTUK MEMANASKAN AIR 120 LITER (Halaman 42-0)