Pada bab ini berisi kesimpulan dari penulisan tugas akhir dan saran-saran.
DAFTAR PUSTAKA
Pada bagian ini berisi sumber-sumber literatur yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir.
LAMPIRAN
Pada bagian ini berisi hasil perolehan data dari pengujian yang telah dilakukan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Energi Surya
Salah satu energi terbarukan yang melimpah ketersediaannya yaitu energi surya. Sekitar setengah energi matahari masuk mencapai permukaan bumi.
Jumlah energi surya yang mencapai permukaan bumi sangat besar. Bila dibandingkan, energi surya dua kali lebih banyak daripada semua sumber non-terbarukan seperti batu bara, minyak, gas alam, dll.
Indonesia adalah salah satu negara yang memiliki potensi energy radiasi surya yang sangat besar. Indonesia terletak di daerah khatulistiwa yang menyebabkan Indonesia beriklim tropis dan menerima radiasi surya yang hampir sama sepanjang tahunnya. Potensi energy surya rata-rata nasional adalah 16 MJ/hari. Potensi energi ini dapat digunakan untuk sebagai sumber energi termal maupun sebagai sumber energi listrik dengan menggunakan sel photofoltaik.
Matahari mempunyai diameter 1,39×109 m. Bumi mengelilingi matahari dengan lintasan berbentuk ellipse dan matahari berada pada salah satu pusatnya.
Jarak rata-rata matahari dari permukaan bumi adalah 1,49×1011 m. Lintasan bumi terhadap matahari berbentuk ellipse, maka jarak antara bumi dan matahari adalah tidak konstan. Karena adanya perbedaan jarak ini, menyebabkan radiasi yang diterima atmosfer bumi juga akan berbeda.Gambar 2.1 menunjukkan jarak antara matahari dan bumi.
Gambar 2.1 Jarak antara matahari dan bumi[5]
Jarak terdekat adalah 1,47x1011 m yang terjadi pada tanggal 3 Januari 2011, sedangkan jarak terjauh pada tanggal 3 juli dengan jarak 1,52x1011 m.
Perbedaan jarak ini, menyebabkan radiasi harian yang diterima atmosfer bumi juga akan berbeda. Beberapa istilah yang biasanya dijumpai pada perhitungan radiasi surya adalah:
1. Massa udara (m)
Massa udara adalah perbandingan massa udara sampai ke permukaan bumi pada posisi tertentu dengan massa udara yang dilalui sinar jika matahari tepat pada posisi zenit. Artinya pada posisi tegak lurus (zenit =0) nilai m = 1, pada sudut zenit 600, m = 2.
2. Radiasi beam
Radiasi beam adalah radiasi energi dari matahari yang tidak dibelokkan oleh atmosfer. Istilah ini sering juga disebut radiasi langsung.
3. Radiasi difusi
Radiasi difusi adalah radiasi energi surya dari matahari yang telah dibelokkan atmosfer.
4. Radiasi total
Radiasi total adalah jumlah beam dan radiasi difusi.
5. Laju radiasi [ m2]
Laju radiasi adalah energi radiasi yang diterima suatu permukaan persatuan luas permukaan tersebut. Laju radiasi biasanya disimbolkan dengan G. Dalam bahasa Indonesia besaran ini biasanya disebut dengan intensitas radiasi.
6. Jam matahari
Jam matahari (solar time) adalah waktu berdasarkan pergerakan semu matahari di langit pada tempat tertentu. Jam matahari (disimbolkan ST) berbeda
dengan penunjukkan jam biasa (standard time, disimbolkan STD). Untuk mencari nilai STD digunakan persamaan yang diajukan oleh Duffie dan Beckman [5].
ST= STD ± 4(Lst–Lloc) + E………...2.1
Sementara E adalah persaman waktu yang dihitung dengan persamaan :
E = 229,2(0,000075 + 0,001868cosB – 0,032077 sinB − 0,014615cos2B
−0,04089sin2B)…...…....……….……...………...…..2.2
Lst adalah standar meridian untuk waktu lokal, sementara Lloc adalah derajat bujur daerah yang diukur.
Dalam menghitung energi radiasi surya yang sampai ke suatu permukaan perlu dipertimbangkan beberapa sudut, karena garis edar sumbu matahari yang cukup kompleks. Gambar 2.2 menunjukkan beberapa istilah sudut yang sering digunakan dalam analisis energi surya[5].
Gambar 2.2 Beberapa sudut dalam perhitungan energi radiasi surya[5]
Beberapa sudut dalam perhitungan energi radiasi surya antara lain:
1. Slope β adalah sudut antara permukaan yang dianalisis dengan horizontal.
2. Sudut ϕ adalah sudut lintang dimana posisi permukaan berada
3. Sudut deklinasi δ yaitu kemiringan sumbu matahari terhadap garis normalnya.
Nilai sudut ini diperoleh dengan menggunakan persamaan yang diajukan oleh Cooper (Duffie, 2013) :
δ = 23,45 sin (
)………. ... 2.3 atau dapat juga menggunakan persamaan yang lebih teliti, yang diajukan Spencer (Duffie, 2013)
δ = 6,918x10-3 – 3,99912cosB + 0,070251sinB – 0,006758cos2B + 9,07x10-4 sin2B – 0,002679cos3B + 0,00148sin3B ... 2.4
Dimana nilai n merupakan nilai urutan hari dalam satu tahu yang dapat yang diperoleh dari tabel 2.1
Tabel 2.1 Urutan hari dalam tahun[5]
No Bulan Nilai n pada hari ke-i
1 January I
2 February 31 + i
3 Maret 59 + i
4 April 90 + i
5 Mei 120 + i
6 Juni 151 + i
7 Juli 181 + i
8 Agustus 212 + i
9 September 243 + i
10 Oktober 273 + i
11 November 304 + i
12 Desember 334 + i
4. Sudut jam ω adalah sudut pergeseran semu matahari dari dari garis siang.
Perhitungan berdasarkan jam matahari (ST), setiap berkurang 1 jam, ω berkurang 150 dan setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 150. Nilai dari ω dihitung dengan persaaman berikut :
ω = 15(STD − 12) + (ST − STD) ×
... 2.5 Radiasi surya yang sampai ke permukaan bumi dapat dihitung secara analitis[6]. Radiasi harian yang sampai ke bumi berbeda setiap harinya, karena lintasan bumi yang berbentuk elips.
Radiasi pada hari ke-n dirumuskan oleh Duffie dan Beckman[5]:
Gon = Gsc (1,00011 + 0,034221 cos B + 0,00128 sin B +
0,000719 cos 2B + 0, 000077 sin 2B) ... ...2.6
Dimana, B diperoleh dengan menggunakan rumus:
B =(n-1) x360
365 ...2.7 cos θz= cosθ cos δ cos ω + sinθ sin δ ... 2.8
Parameter lain yang digunakan untuk perhitungan radiasi secara teoritis yaitu, estimasi bahwa langit dalam kondisi cerah. Maka dalam hal ini perlu diketahui ηb diperoleh dengan persamaan[5]:
ηb = ao + a1 exp
(
θ
)
... 2.9 Dimana, nilai masing-masing parameter:ao = ro (0,4237 - 0,0082 (6 – A)2) ... 2.10 a1 = r1 (0,5055 + 0,00595 (6.5 – A)2) ... 2.11 k = rk (0.2711 + 0.01858 (2.5 – A)2) ... 2.12
Dimana, A adalah ketinggian (km) dan r0, r1, dan rk adalah koreksi akibat iklim.
Nilai faktor koreksi akibat iklim ditampilkan pada tabel 2.2 berikut ini:
Tabel 2.2 Faktor koreksi akibat iklim
Radiasia beam adalah radiasi matahari yang jatuh langsung ke permukaan bumi.
Nilai radiasi beam diperoleh dengan persamaan[5]:
Gbeam = Gon
η
b cos θz ... 2.13 Radiasi difusi adalah radiasi hasil pantulan atmosfer. Nilai radiasi difusi dihitung dengan persamaan[5]:Gdifusi = Gon cosθz (0,271 – 0,294
η
b) ... 2.14 Maka total radiasi teoritis dihitung dengan persamaan[5] :Gtotal = Gbeam + Gdifusi ... 2.15
2.1.1 Pemanfaatan Energi Surya
Semakin berkembangnya zaman dan meningkatnya populasi manusia ini mengakibatkan penggunaan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui seperti bahan bakar fosil yang semakin meningkat. Sehingga para ilmuwan telah mencoba mengembangkan potensi sumber daya alam yang dapat diperbaharui contohnya air, angin dan energi surya. Pada pembahasan di bawah ini adalah tentang pemanfaatan energi surya, terdapat dua macam pemanfaatan energi surya yaitu:
1. Pemanfaatan photovoltaic
Panel surya (photovoltaic) ini dapat dimanfaatkan sebagai penangkap panas radiasi matahari yang akan diubah menjadi energi listrik dan dapat digunakan pada rumah-rumah atau perkantoran. Panel surya yang mengubah energi surya menjadi energi listrik hanya memiliki efisiensi sekitar 10%[7].
Gambar 2.3 menunjukkan pemanfaatan energi surya dengan memanfaatkan teknologi photovoltaic.
Gambar 2.3 Teknologi photovoltaic.
2. Pemanfaatan termal
Terdapat beberapa pemanfaatan termal terbesar yang sudah dilakukan dan diterapkan dibeberapa negara yaitu:
a. Pemanas air tenaga surya (Solar water heater)
Pemanas air tenaga surya (Solar water heater) adalah memanfaatkan panas dari radiasi matahari untuk memanaskan air dengan menggunakan kotak kolektor sebagai penangkap panas radiasi matahari tersebut. Air yang telah dipanaskan akan disimpan pada tabung atau tanki air dan kemudian akan digunakkan untuk keperluan seperti mandi, mencuci pakaian dan lain sebagainya. Gambar 2.4 menunjukkan pemanas air tenaga surya.
Gambar 2.4 Pemanas air tenaga surya
b. Pemasak tenaga surya (Solar cooker)
Pemasak tenaga surya (Solar cooker) adalah salah satu pemanfaatan panas radiasi matahari yang digunakan untuk memasak makanan seperti memasak nasi.
Berikut gambar 2.4 menunjukkan Solar cooker.
Gambar 2.5 Solar cooker
c. Pengering tenaga surya (Solar drier)
Pengering tenaga surya (Solar drier) ini adalah suatu pemanfaatan panas radiasi matahari yang digunakan untuk memanaskan udara yang berada pada kotak kolektor lalu dialirkan ke dalam rumah pengering untuk mengeringkan produk-produk pertanian. Alat pengering tenaga surya ini dapat digunakkan untuk mengeringkan produk-produk pertanian seperti kopi, cabe, dan lain sebagainya.
Gambar 2.6 menunjukkan solar drier.
Gambar 2.6 Solar drier
d. Solar air-conditioning
Solar air-conditioning ini adalah pemanfaatan panas radiasi matahari yang akan memanaskan suatu kolektor tabung hampa udara yang akan memanaskan air untuk menggerakkan sebuah chiller dan menghasilkan udara yang digunakan
sebagai pendingin ruangan. Gambar 2.7 menunjukkan bagian-bagian solar air-conditioning.
Gambar 2.7 Solar air-conditioning
e. Solar chimney
Solar chimney ini adalah sebuah alat sirkulasi udara dengan menggunakan cerobong sebagai aliran udara, udara yang dipanaskan oleh energi surya akan bergerak keluar cerobong dan biasanya akan dipasang turbin, yang mana turbin tersebut akan digerakkan oleh panas udara yang keluar dari cerobong dan dapat menghasilkan energi listrik. Gambar 2.8 menunjukkan bagian-bagian utama solar chimney.
Gambar 2.8 Solar chimney
f. Solar distilation water
Solar distillation water atau purification ini adalah pemanfaatan panas radiasi yang mana panas radiasi ini berfungsi untuk melakukan proses penguapan
pada air laut untuk memisahkan air dengan garam setelah itu uap akan dikondensasikan menjadi air tawar. Gambar 2.9 menunjukkan bagian-bagian solar distillation water.
Gambar 2.9 Solar distilation water
g. Solar powerplant
Solar powerplant merupakan pemanfaatan panas radiasi surya dalam skala yang sangat besar, solar powerplant ini dapat dilakukan di daerah gurun sehingga pemanfaatan nya maksimal. Solar powerplant ini menggunakkan sistem reflektor yang mana paparan sinar dari matahari direfleksikan ke tower yang akan menghasilkan listrik dalam jumlah yang sangat besar. Gambar 2.10 menunjukkan solar power plant di Noor Complex, Morocco.
Gambar 2.10 Solar powerplant
2.2 Perpindahan Panas
Pemanas air tenaga surya atau populer disebut sebagai solar water heater merupakan produk teknologi yang memanfaatkan energi termal dan banyak digunakan, terutama di hotel, villa peristirahatan hingga perumahan.
Pemanas ini bekerja dengan memanfaatkan radiasi matahari yang akan di serap oleh plat absorber dan ditransfer ke fluida yang bersirkulasi melalui pipa tembaga dalam kolektor. Dalam proses ini juga digunakan prinsip perpindahan panas radiasi, konduksi, dan konveksi
2.2.1 Perpindahan Panas Konduksi
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 2.11 menunjukkan Skema perpindahan panas secara konduksi.
Gambar 2.11 Perpindahan Panas Konduksi
Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum Fourrier[12] : Qc = -k, A (
) ... 2.16 dimana :
Qc = Laju perpindahan panas (Watt) k = Konduktivitas Termal (W/m.K)
A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2) (
) = Gradien temperatur dalam aliran panas (oK/m)
2.2.2 Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas secara konveksi merupakan perpindahan panas yang melalui dua media yaitu media padat dan media fluida, dimana perpindahan panas ini mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah.
Perpindahan panas konveksi pada saluran kolektor sangat dipengaruhi oleh bilangan Reynold, apakah laminar ataupun turbulent. Gambar 2.12 menunjukkan perpindahan panas secara konveksi[13].
Gambar 2.12 Perpindahan Panas Konveksi Plat Datar Bilangan Reynold pada plat datar dirumuskan sebagai berikut[13] :
Re=
..
...2.17 dimana :Re = bilangan Reynold
V = kecepatan rata-rata dari fluida (m/s) L = panjang kolektor (m)
p = massa jenis (kg/m3)
= viskositas dinamik (kg/m.s)
Dengan pembagian jenis aliran berdasarkan bilangan Reynold sebagai berikut : Re ≤ 5x105 untuk aliran Laminar
Re ≥ 5x105 untuk aliran Turbulen
Untuk laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut Qh = h.A.(▲Tº)...2.18 dimana :
h = koefisien konveksi (W/m2.K) A = luas permukaan kolektor surya (m2)
▲T = perbedaan temperatur (K) Qh = laju perpindahan panas (Watt)
Kolerasi yang sering digunakan dalam menentukan koefisien perpindahan panas konveksi
1. Konveksi Paksa
Konveksi paksa adalah perpindahan panas pada fluida yang dialirkan secara paksa. Konveksi terdiri atas dua jenis yaitu internal forced convection dan external forced convection. Internal forced convectionadalah konveksi paksa yang terjadi didalam suatu bidang yang memiliki batas aliran, sedangkan external forced convection adalah konveksi paksa dimana fluida yang mengalir tidak memiliki batas aliran. Gambar 2.13 menunjukkan Internal forced convection.
Gambar 2.13 Internal forced convection.
Dalam kajian internal forced convection terdapat beberapa parameter yang berkaitan dengan laju aliran fluida yang perlu diperhatikan, antara lain:
a. Bilangan Reynold
Bilangan Reynold adalah bilangan tanpa dimensi yang menunjukkan jenis aliran fluida. Bilangan Reynold dapat diperoleh dengan persamaan[13]:
Re = ...2.19 Keterangan:
V = kecepatan rata-rata fluida (m/s) di = diameter dalam tabung (m) ρ = massa jenis (kg m3)
µ = viskositas dinamik
Bila bilangan Reynold berkisar < 2.000 maka alirannya laminar, sedangkan bila berkisar antara > 10.000 maka alirannya turbulen. Bila bilangan Reynold berada diantara 2000 -10000, maka alirannya adalah transisi.
b. Bilangan Nuselt
Bilangan Nuselt adalah rasio pindah panas konveksi dan konduksi normal terhadap batas dalam kasus pindah panas pada permukaan fluida. Bila aliran laminar maka digunakan persamaan[13]:
Nu = 3,66 + [ ( ) ] *( ) + ...2.20 Bila alirannya turbulen maka:
Nu =0,023.Re0,8.Pr1/3...2.21 Persamaan di atas berlaku apabila:
(0,7 ≤ Pr ≤ 160) dan (Re > 10.000)
Bila alirannya aliran transisi maka digunakan persamaan yang diajukan oleh Gnielinski (Cengel, 2002):
Nu =
...2.22
Persamaan ini berlaku, apabila:
(0,5 ≤ Pr ≤ 2000) dan (3 x 103< Re < 5 x 106)
Nilai f diperoleh dengan persamaan Petukhov (Cengel. 2002)
f= (0,790 ln Re – 1,64)-2...2.23 Koefisien perpindahan panas konveksi diperoleh dengan menggunakan rumus[13]:
h = Nu
…...2.24
2. Konveksi Natural
Konveksi natural perpindahan panas yang terjadisecara alami yang mengakibatkan terjadinya aliran fluida. Gambar 2.14 memperlihatkan terjadinya konveksi alami pada suatu permukaan.
Gambar 2.14 Konveksi alami pada suatu permukaan
Bilangan-bilangan tanpa dimensi yang sering digunakan untuk menghitung konveksi alamiah adalah[13]:
GrL = ...2.25 RaL =
= GrL Pr...2.26 Keterangan:
GrL = Grasholf number RaL = Rayleigh number g = gravitasi bumi Ts = suhu permukaan
Tr = suhu ruangan L = panjang
v = viskositas kinematik ( μ ρ ) α = diffusitas termal ( k ρ.cp)
Persamaan mencari bilangan Nusselt untuk konveksi alamiah pada pelat luar telah diturunkan secara analitik, dengan asumsi bawah aliran adalah laminar.
Namun faktanya, aliran tidak selalu laminar melainkan turbulent. Bilangan Nusselt pada pelat vertikal dengan Ts konstan dapat dirumuskan sebagai berikut :
Jika bilangan 10-1<Ra<101, maka bilangan Nusselt yang dipakai diitung dengan persamaan[13]:
Nu = 0.68
[ ] ...2.27 Jika bilangan Ra< 109, maka bilangan Nusselt yang dipakai dihitung dengan persamaan[13]:
Nu = 0.68
[ ] ...2.28 2.2.3 Pepindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi ketika matahari memberikan radiasi panas ke bumi tanpa melalui media perantara.
Gambar 2.15 menunjukkan skema perpindahan panas radiasi[14].
Gambar 2.15 Skema perpindahan panas radiasi
Tidak seluruh energi yang disebutkan dalam konstanta surya mencapai permukaan bumi, karena terdapat absorpsi yang kuat dari karbondioksida dan uap air di atmosfer.
Penukaran panas netto secara radiasi termal diantara dua badan ideal (hitam) penyerap yang sempurna dari radiasi termal. Permukaan “kelabu” semacam ini ditandai oleh fraksi-fraksi dari jumlah ideal yang dipancarkan dan diserap.
Perpindahan panas radiasi antara pelat penyerap dengan kaca dirumuskan oleh (Jansen, 1995)[15].
q =
... ...2.30 Keterangan:
q= laju perpindahan panas radiasi (W) ε= emisivitas bahan
A= luas permukaan (m2)
ζ = kontanta Stefan – Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2 K4) T1= temperatur permukaan bidang satu (K)
T2= temperatur permukaan bidang dua (K)
2.3 Pemanas Air Tenaga Surya (Solar Water Heater)
Pemanas air tenaga surya (solar water heater) ini merupakan suatu produk teknologi yang memanfaatkan panas radiasi matahari untuk memanaskan air, yang cukup banyak digunakan terutama di hotel, villa peristirahatan hingga perumahan. Alat pemanas ini pada terbagi atas dua komponen utama yaitu:
1. Kolektor surya; klektor surya ini berfungsi sebagai penangkap panas radiasi matahari yang akan diserap oleh pelat absorber dan ditransfer panasnya ke pipa yang dialirkan air dingin dan akan menghasilkan air panas dengan pemanfaatan energi termal yang diberi dari radiasi matahari ke dalam kolektor.
2. Tangki penyimpanan; tangki penyimpanan ini berfungsi sebagai penyimpanan air panas yang sudah dipanaskan didalam kolektor. Tangki air ini dapat menjaga suhu air yang sudah dipanaskan sebelum nantinya akan digunakan.
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].
η
=
( )( )
...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 Ti : 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 (quse) dengan energi yang diterima oleh kolektor (qin). 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
w}
-1
ζ (Tpm Ta)(Tpm Ta )
(εp 0,00591 hw)-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)
Ta = Temperatur lingkungan di sekitar kaca Tpm = Temperatur pelat rata-rata (K)