BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.4. Perpindahan Panas/Kalor
2.4.3. Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas yang tidak melalui medium (ruang vakum), energi dilepaskan oleh benda sebagai gelombang elektromagnetik karena adanya tumpukan energi termal pada semua benda dengan suhu diatas nol mutlak. Radiasi termal muncul akibat perpindahan acak dari atom dan molekul benda. Karena atom dan molekul terdiri dari partikel bermuatan (proton dan elektron), pergerakan mereka menghasilkan pelepasan radiasi elektromagnetik yang membawa energi.
Untuk perpindahan panas radiasi pada material berlapis tiga, kalor radiasi dapat dihitung dengan persamaan[4] :
πππΈπΈπΎπΎππ = ππ(πππ π 14βπππ π 44)
Emisivitas termal dari beberapa material dapat dilihat pada tabel 2.2 dibawah ini :
Tabel 2.2 Emisivitas Termal Material[31]
Material Emisivitas termal Material Emisivitas termal
Aluminium Sheet 0,09 Kaca halus 0,92 β 0,94
Aluminium Foil 0,04 Kaca kuarsa 0,93
Aluminium dipolis 0,039 β 0,057 Karbon filamen 0,77
Aluminium 0,077 Karet 0,90
Baja dipolis 0,07 Kuningan dipolis 0,03
Baja stainless 0,075 Kuningan palt kusam 0,22
Baja teroksidasi 0,79 Nikel dipolis 0,072
Batubara 0,80 Nikel teroksidasi 0,59 β 0,86
Bata merah 0,93 Perak 430
Besi berkarat 0,61 Perak dipolis 0,02 β 0,03
Besi dipolis 0,14 β 0,38 Plastik 0,91
Besi tempa 0,94 Platinum dipolis 0,054 β 0,104
Besi tuang 0,44 Polystrene 0,6
Beton 0,85 Porcelain 0,92
Bismuth 0,34 Seng dipolis 0,045
Cadmium 0,02 Silikon hitam dicat 0,93
Emas 0,47 Tanah liat 0,91
Epoxy hitam dicat 0,89 Tembaga dipolis 0,023 β 0,052
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Objek Pengujian
Pengujian ini dilakukan dengan objek pengujian berupa : kotak pendingin yang menggunakan elemen pendingin termoelektrik (peltier) dengan sumber energi surya (fotovoltaik).
3.2.Parameter Pengujian
Parameter yang diperhatikan selama pengujian ini adalah waktu radiasi matahari, temperatur dan daya yang dibutuhkan selama pengujian.
3.3. Waktu dan Tempat
Pengujian kotak pendingin ini dilakukan pada tanggal 9Oktober 2017 β 25 Oktober 2017 yang berlokasi di lantai IV Gedung Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.4. Peralatan dan bahan yang digunakan
Dalam pengujian ini, dibutuhkan alat yang membantu baik dalam proses pemasangan maupun pendukung pengujian dan bahan-bahan yang digunakan.
3.4.1. Alat yang digunakan
Adapun alat yang diperlukan dalam pengujian kotak pendingin adalah sebagai berikut :
1. Kotak pendingin
Kotak pendingin merupakan objek dari pengujian yang dilakukan.
Kotak pendingin ini menggunakan alat pendingin berupa elemen pendingin termoelektrik (Peltier) dengan jenis TEC1-12706, Heat Sinkbagian luar, kipas, dan Cold Sink di bagian dalam dengan spesifikasi sebagai berikut :
Gambar 3.1 Kotak Pendingin
Gambar 3.2 Modul Termoelektrik TEC1-12706
Tabel 3.1 Spesifikasi modul termoelektrik yang digunakan[15]
No Spesifikasi Nilai
1 Maximum current (A) 6,1
2 Maximum Voltage (V) 17,2
3 Maximum Power (Watt) 66,7
4 Delta Tmax 79
5 Temperatur -50 -100oC
6 Dimension (L x W x H) in mm 40 x 40 x 3,8
7 Number of couples 127
2. Panel Surya
Panel surya digunakan untuk memberikan suplai daya ke aki dan ke alat-alat yang memerlukan energi listrik dengan sumber energi matahari. Panel surya yang digunakan berjumlah dua modul dengan spesifikasi berikut seperti pada gambar 3.3 dan 3.4
Gambar 3.3 Modul Fotovoltaik Model : SA100-72M
Gambar 3.4 Modul Fotovoltaik model : HQ100
3. Pengatur tegangan pada panel surya (Solar Charge Controller) Pengatur tegangan (Solar Charge Controller) digunakan untuk mengatur arus untuk pengisian dari panel surya ke baterai untuk menghindari kelebihan pengecasan (Overcharging) dan kelebihan tegangan (Overvoltage), dan me-monitoring temperatur baterai, SCC yang digunakan berjumlah satu buah dengan tegangan 12V, arus 10 A, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.5
Gambar 3.5 SSC ( Solar Charge Controller)
4. Baterai Aki
Baterai aki digunakan untuk menyimpan daya listrik dari solar panel dan memberikan daya listrik ke alat pengujian yaitu kotak pendingin, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Baterai Aki
5. Cole Parmer
Cole Parmer digunakan untuk mengetahui temperatur pada titik-titik yang ingin diketahui, pada pengujian ini khusunya temperatur benda uji dan temperatur dalam kotak pendingin. Alat ini bekerja secara otomatis dan hasilnya dapat dilihat melalui laptop dan mencatat hasil pengukuran bentuk file txt dan Ms. Excel setiap detiknya, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.7.
Gambar 3.7 Cole Parmer 18200-40[16]
6. Alat pendeteksi suhu dan cuaca (HOBO)
Alat ini berguna untuk mencatat data-data mengenai suhu dan cuaca seperti temperatur, kelembaban relatif (Relative Humadity/RH). Dew Point temperatur, dan radiasi matahari, seperti ditunjukkan pada gambar 3.7
Gambar 3.8 Pendeteksi suhu dan cuaca[17]
3.4.2. Bahan yang digunakan
Berikut ini merupakan bahan-bahan yang digunakan dalam pengujian kotak pendingin yaitu :
1. Buah dan sayur
Dalam pengujian ini, buah dan sayur digunakan sebagai beban pendingin. buah dan sayur yang digunakan adalah 1 buah pir (180 g), 4 buah jeruk (320 g), 1 sayur pahit (30 g).
2. Kabel listrik
Kabel digunakan sebagai mengalirnya arus listrik dari sumber arus ke perangkat yang membutuhkan listrik.
3.5. Model Objek Pengujian
Pada pengujian ini, objek pengujian berupa sebuah kotak pendingin dengan dasar Styrofoam yang bagian dalamnya dilapisi dengan plat aluminium dan pada bagian luarnya dilapisi dengan triplek. Objek pengujian ini menggunakan elemen pendingin berupa termoelektrik/peltier (Thermoelectric Cooler) dengan kode TEC1-12706 berjumlah 4 modul.
Peltier ini dilekatkan dengan heatsink yang telah digabung dengan kipas
berjumlah empat pada bagian luarnya. Desain/model kotak pendingin ini dapat dilihat pada gambar 3.9
Gambar 3.9 Model objek pengujian kotak pendingin 3.6.Skema Pengujian
Gambar 3.10 Skema pengujian kotak pendingin
3.7. Prosedur Pengujian
Pengujian dilakukan selama delapan jam perharinya yaitu mulai dari pukul 09:00 sampai 17:00, dimana suplai daya baterai aki akan mulai diaktifkan pada jam 09:00 dan dinon-aktifkan pada pukul 17:00.
Adapun prosedur pengujian yang akan dilakukan yaitu :
1. Disiapkan semua bahan β bahan dan alat β alat yang dibutuhkan selama pengujian dan dilakukan pemeriksaan terhadap alat.
2. Modul panel surya dipasang di tempat paling tinggi dari gedung ataupun tempat yang tidak terhalang oleh bayangan gedung ataupun benda lainnya. Pengatur tegangan panel surya (solar charge controller) dipasang sesuai dengan petunjuk yang ada, dimana tersedia tiga bagian untuk kabel positif dan negatif yaitu untuk panel surya, baterai, dan beban.
3. Buah dan sayur dimasukkan ke dalam kotak pendingin.
Gambar 3.11 Buah dan sayur pada kotak pendingin
4. Kabel termocouple yang berjumlah tujuh buah dipasang pada tujuh bagian pada kotak pendingin
Channel 0 : Buah Pir
Channel 1 : Bagian tengah kotak ( Dibuat menggantung) Channel 2 : Sisi bagian dalam tutup kotak
Channel 3 : Bagian luar kotak (diletakkan di bagian atas tutup kotak)
Channel 5 : Sisi bagian bawah kotak (di titik tengah kotak) Channel 6 : Sisi bagian kanan kotak
Channel 7 : Sayur Pahit
Gambar 3.12 Letak kabel termokopel
5. Setelah kabel terpasang pada titiknya, core-palmer dihidupkan dan dihubungkan dengan laptop.
6. Kemudian kotak pendingin ditutup sehingga temperatur udara dingin didalam kotak tidak bocor keluar dan temperatur panas tidak langsung masuk ke dalam kotak pendingin.
7. Baterai aki diaktifkan dengan cara menjepitkan kabel dari SCC ke baterai.
8. Alat / kotak pendingin dinonaktifkan pada pukul 17:00 WIB.
9. Setelah baterai aki dinonaktifkan, kotak pendingin tetap dalam keadaan tertutup dan terisolasi dan dibiarkan sampai pagi hari.
10. Baterai aki akan kembali diaktifkan pukul 09:00 WIB pada pagi berikutnya dan kembali diulang pada langkah ke- 6 dengan terlebih dahulu dilakukan pengecekan pada alat maupun bahan.
3.8. Diagram Alir Pengujian
Secara garis besar, pelaksanaan pengujian ini dilaksanakan secara berurutan dan sistematis berdasarkan diagram seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.13
Gambar 3.13. Diagram Alir Pengujian
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Pengujian dan Analisa Data
Dari pengujian yang dilakukan pada tanggal 9 Oktober β 25 Oktober 2017 diperoleh data β data sebagai berikut :
4.1.1 Data dari alat pendeteksi suhu dan cuaca
Dari alat pendeteksi suhu dan cuaca diperoleh data β data yaitu temperatur, kelembaban relatif (Relative Humidity / RH), DewPoint, dan radiasi matahari yang dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Tabel 4.1 Data yang diperoleh selama pengujian (9 Oktober -25 Oktober 2017)
Tanggal
Temperatur (oC) Kelembaban Relatif (%)
Dari tabel dilihat bahwa selama pengujian, radiasi matahari yang paling kecil yaitu 628,1 W/m2 , dimana terjadi pada tanggal 12 Oktober 2017, dan radiasi matahari yang paling besar yaitu 881,9 W/m2, dimana terjadi pada tanggal 11 Oktober 2017.
Adapun data dari alat pendeteksi suhu dan cuaca yang memiliki radiasi matahari terendah yaitu pada tanggal 12 Oktober 2017, dapat dilihat pada grafik β grafik berikut :
a. Grafik Temperatur
Gambar 4.1 Grafik temperatur
Dari gambar diatas, temperatur selama pengujian yaitu dari pukul 09:00 sampai 17:00 merupakan temperatur panas dimana rata β rata temperatur udara berada pada diatas 31,970oC dan puncaknya pada 35,743oC kondisi ini mempengaruhi pendinginan di dalam kotak pendingin karena jika temperatur udara di luar kotak meningkat, maka temperatur di dalam kotak juga akan meningkat.
b. Grafik Kelembaban Relatif
Kelembaban relatif digunakan untuk menggambarkan jumlah uap air yang terkandung di dalam campuran air β udara dalam fase gas.
Gambar 4.2 Grafik kelembaban relatif
Pada gambar, kelembaban relatif udara turun selama pengujian yaitu mulai dari pukul 08:00 dan mencapai titik terendahnya pada 61,8 %.
c. Grafik Dew point temperature
Dew point temperature adalah titik embun udara artinya suhu di mana udara
Gambar 4.3 Grafik DewPoint temperature
Dew Pointpada gambar 4.3 diatas memiliki titik terendah yaitu pada temperatur 22,1 oC. DewPt memiliki hubungan dengan kelembaban relatif yaitu jika DewPt mendekati temperatur udara, kelembaban relatif tinggi dan jika DewPt menjauhi temperatur udara, kelembaban relatif lebih rendah.
d. Grafik Radiasi Matahari
Radiasi matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di matahari. Energi radiasi matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik.
Gambar 4.4 Grafik radiasi matahari
Dari gambar 4.4 dapat dilihat bahwa radiasi matahari meningkat mulai pukul 07:00 dan menurun pada pukul 18:00. Radiasi mencapai puncaknya pada pukul 13:38 yaitu 628,1 W/m2.
Adapun data dari alat pendeteksi suhu dan cuaca keseluruhan pada tanggal 11 Oktober 2017 yang memiliki radiasi matahari tertinggi, dapat dilihat pada gambar berikut :
e. Grafik Temperatur
Gambar 4.5 Grafik temperatur
Dari gambar 4.5 diatas, temperatur yang paling tinggi terjadi pada pukul 12:24 yaitu 37,015oC.
f. Grafik Kelembaban Relatif
Gambar 4.6 Grafik Kelembaban relatif udara
Pada gambar 4.6 , kelembaban relatif turun mulai pukul 08:00 hingga pukul 14:00 dan kemudian naik karena turun hujan di lokasi pengujian.
g. Grafik DewPoint temperatur
Dew Point pada gambar 4.7 diatas memiliki titik terendah yaitu pada 23,6oC.
Dew Point rata β rata selama pengujian adalah 26,374 oC h. Grafik Radiasi Matahari
Gambar 4.8 Grafik radiasi matahari
Dari gambar 4.8 dapat dilihat bahwa radiasi matahari meningkat mulai pukul 06:30 dan menurun pukul 16:00.
4.1.2. Data pengujian dari Cole- Parmer
Dari alat Cole Parmer, yaitu alat yang digunakan untuk menghitung temperatur di titik- titik yang diinginkan. Dari alat tersebut diperoleh data β data temperatur yang ada pada kotak pendingin mulai pukul 09:00 sampai 17:00 yang diuji mulai dari tanggal 9 Oktober hingga 25 Oktober 2017 adalah sebagai berikut :
Tabel 4.2 Data temperatur yang diperoleh selama pengujian (9 Oktober β 25 Oktober 2017)
Tanggal
Ch 0 Ch 1 Ch 2 Ch 3
Buah Dalam Kotak Tutup Kotak Luar Kotak
Min(oC) Max(oC) Min(oC) Max(oC) Min(oC) Max(oC) Min(oC) Max(oC) 9 Oktober 2017 22,1873 32,3631 22,1633 30,0718 24,7117 27,8138 26,9718 33,0494 10 Oktober 2017 23,2555 26,2642 21,7681 25,9156 25,1183 28,5605 28,9252 34,566 11 Oktober 2017 20,9609 26,4222 19,8824 25,117 23,3246 27,1193 27,2005 33,7908 12 Oktober 2017 21,4612 26,9271 20,1079 26,2252 23,1618 27,1193 26,3735 31,9853 24 Oktober 2017 22,2762 28,0334 23,0174 29,4148 24,5651 30,6608 25,4714 35,0289 25 Oktober 2017 21,4002 26,9192 20,9543 25,4328 23,8547 26,5249 27,505 30,6984
Data pada tabel menunjukkan bahwa ketika pengujian dilakukan, temperatur terendah pada beban pendingin yaitu buah adalah 20,9609oC pada tanggal 11 Oktober 2017, dan pada sayur adalah 18,7549 oC.
Adapun data tabel, grafik, dan pembahasan mengenai temperatur pada kotak pendingin pada tanggal 12 Oktober 2017 adalah sebagai berikut :
Tabel 4.3 Data temperatur pada kotak pendingin (12 Oktober 2017)
Kiri Kotak Bawah Kotak Kanan Kotak Sayur
Min(oC) Max(oC) Min(oC) Max(oC) Min(oC) Max(oC) Min(oC) Max(oC)
9 Oktober 2017 22,3841 27,7499 22,6582 27,629 22,2502 27,6918 - -
10 Oktober 2017 22,7974 27,3974 22,5393 25,9753 22,1391 26,8491 - -
11 Oktober 2017 20,5144 26,5402 20,5161 24,7768 19,9853 26,2068 18,7549 25,249 12 Oktober 2017 20,7109 26,65 20,7851 26,836 20,182 26,2068 18,95372 26,9492 24 Oktober 2017 22,058 29,8306 23,3916 28,8019 22,7932 29,8922 21,8717 28,9565 25 Oktober 2017 20,8363 25,2061 21,5209 26,6752 21,5157 26,3032 20,3528 27,4467
16:00 23,3449 24,7344 26,8525 29,5738 25,6891 24,863 25,3848 24,274 16:30 22,114 22,2823 25,9362 31,1362 23,7061 23,0031 22,9716 21,1653 17:00 22,7484 24,9166 27,0389 30,1674 26,4071 24,5557 26,08 23,1197
Dari tabel diatas, dapat dilihat bahwa temperatur di luar kotak (Ch3) memiliki temperatur yang paling tinggi diantara keenam Channel lainnya, hal ini disebabkan oleh adanya pengaruh dari temperatur lingkungan yang panas selama pengujian. Naiknya temperatur lingkungan dapat menyebabkan naiknya temperatur yang signifikan di dalam kotak pendingin.
Temperatur di dalam kotak pendingin bersifat fluktuatif yang artinya dapat meningkat ataupun menurun setiap menitnya. Hal ini yang menyebabkan peningkatan ataupun penurunan tenperatur yang stabil ataupun berubah (tiba-tiba) seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.9 berikut:
Gambar 4.9 Grafik temperatur pada kotak pendingin (12 Oktober 2017)
Naiknya temperatur kotak pendingin diakibatkan oleh beberapa faktor yaitu:
a. Naiknya temperatur udara di luar kotak pendingin yang berpengaruh besar terhadap temperatur di dalam kotak pendingin.
b. Kurangnya daya listrik yang masuk ke peltier, sehingga peltier tidak bekerja optimal.
Adapun data tabel, grafik dan pembahasan mengenai temperatur pada kotak pendingin pada tanggal 11 Oktober 2017 adalah sebagai berikut :
Tabel 4.4 data temperatur pada kotak pendingin (11 Oktober 2017)
Waktu
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa temperatur terendah yang terdapat pada kotak pendingin adalah pada Ch. 7 atau pada sayur. Dimana Temperatur sayur dapat dipertahankan dibawah 20oC adalah selama 3 jam mulai dari pukul 10:00 hingga pukul 13:00.
Pada buah penurunan temperatur yang terjadi adalah mulai pukul 9:30, dan penurunan temperaturya terus berlangsung hingga pukul 14:30, dan mulai pukul 15:00 temperaturnya mulai naik.
Hal diatas disebabkan karena pada tanggal 11 Oktober 2017, Radiasi matahari yang terjadi adalah yang paling tinggi sehingga radiasi matahari yang dapat
diubah oleh fotovoltaik menjadi energi listrik menjadi lebih baik sehingga suplai energi listrik ke peltier dan kipas menjadi optimal.
Adapun penurunan dan peningkatan temperatur di dalam kotak pendingin adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.10 berikut :
Gambar 4.10 Grafik Temperatur pada kotak pendingin (11 Oktober 2017) 4.2. Perhitungan pada modul fotovoltaik
Pengujian yang telah dilakukan pada kotak pendingin, sumber energi yang digunakan adalah energi matahari yang kemudian diserap oleh modul fotovoltaik dan mengubah energi tersebut menjadi energi listrik. Untuk menghitung estimasi jumlah dan juga daya modul fotovoltaik yang diperlukan, kita harus terlebih dahulu menentukan rata-rata daya yang dibutuhkan oleh kotak pendingin per harinya.
Peralatan-peralatan elektronik yang digunakan di dalam kotak pendingin adalah 1. Kipas angin dengan daya yang dibutuhkan adalah 1,8 Watt
2. Peltier /termoelektrik kode TEC1-12706 dengan daya maksimal adalah 6 A x 12 V = 72 Watt
Maka penggunaan daya listrik rata-rata per harinya adalah :
=[(jumlah kipas x daya kipas ) + (jumlah peltier x daya peltier)] x 6 jam
=[(4 x 1,8 Watt) + (4 x 72 Watt)] x 6 jam
=( 7,2 + 288 ) Watt x 6 jam
=1771,2 Wh
Karena penggunaan daya listrik dari fotovoltaik adalah 100%, maka output dari fotovoltaik yang diperlukan per harinya adalah 1771,2 Wh.
Dalam perhitungan estimasi jumlah dan daya ini, diasumsikan cuaca cerah sehingga rata β rata penyinaran matahari adalah 8 jam per hari. Dengan efisiensi sistem yang digunakan dan merupakan faktor penyesuaian adalah 96%.
Kapasitas minimum modul dapat dihitung dengan persamaan (4) yaitu : πΎπΎπΎπΎπΎπΎπΎπΎπ π πΎπΎπππΎπΎπ π ππππππππππ = πΈπΈπΈπΈπΈπΈπΈπΈπΈπΈπΎπΎ π¦π¦πΎπΎπΈπΈπΈπΈ βπΎπΎπΈπΈπππ π πππΎπΎπΎπΎπΎπΎπ π ππππ
πππππ½π½πππΎπΎβ πππΎπΎπ½π½ πππΈπΈπΈπΈπππΎπΎ π½π½πΎπΎπππΎπΎβπΎπΎπΈπΈπΎπΎ Γ πππΎπΎπππππππΈπΈ πΎπΎπΈπΈπΈπΈπ¦π¦πΈπΈπ π πππΎπΎπΎπΎπΎπΎπΈπΈ
= 1771,2 ππβ 8 β Γ 96%
= 230,6 πππΎπΎππππ
Jumlah modul yang diperlukan dalam membuat kolektor fotovoltaik bergantung pada jenis, daya dan ukuran dari modul yang digunakan. Pada pengujian ini, digunakan modul yang dapat menghasilkan daya 100 Watt.
Banyaknya modul yang digunakan dalam pengujian ini dapat dihitung dengan persamaan (5) yaitu :
Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan, maka dibeli modul sel surya dengan masing β masing spesifikasinya sebagai berikut:
Model : HQ100
Daya Maksimum (Pmax) ; 100 W Tegangan Maksimum (V ) : 18,4 V
Tegangan tanpa beban (Voc) : 22,4 V Arus hubungan singkat (Isc) : 5,80 A Berat : 7,0 kg
Ukuran : 1032 x 700 x 25 mm Bahan bingkai : Aluminium
Tegangan maksimal sistem : 1000 VOC STS : 100 W/m2,M2,1,5,25oC
Untuk menghitung efisiensi dari panel surya yang pertama dapat dihitung terlebih dahulu lu as penampang dari panel surya dengan persamaan dari luas penampang persegi panjang yaitu :
A = Panjang x Lebar = 1032 x 700 mm
= 722.400 mm2 = 0,7224 m2
Perhitungan nilai fill factor menggunakan persamaan (3) dan Pout menggunakan persamaan (2) yaitu :
Efisiensi energi dari panel surya pertama dapat dihitung dengan persamaan (1) yaitu :
Jika digunakan Pout = Pmax = 100 W, maka akan diperoleh efisiensi dari panel surya adalah 13,84%. Maka dapat dihitung penyimpangannya / galat yaitu : πΊπΊπΎπΎπππΎπΎππ = οΏ½πππΎπΎπππππππΎπΎππ β πππππΈπΈπππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπ π
πππππΈπΈπππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπ π οΏ½ Γ 100%
= οΏ½13,84 β 14,8
14,8 οΏ½ Γ 100%
= 6,48 %
Untuk menghitung efisiensi untuk panel surya yang kedua, menggunakan rumus yang sama dengan yang pertama, adapun spesifikasi dari panel surya kedua adalah sebagai berikut :
Tegangan maksimal sistem : 715 V STC : 100 W/m2,AMI,5,25oC A = Panjang x Lebar
= 1032 x 676 mm
= 697.632 mm2 = 0,697632 m2
Perhitungan nilai fill factor menggunakan persamaan (3) dan Pout dari panel surya menggunakan persamaan (2) yaitu :
πΉπΉπΉπΉ = ππππππ β ln( ππππππ + 0,72) ππππππ + 1
=
22,7 ππππππππ β ln(22,7 + 0,72)
Efisiensi energi dari panel surya kedua dapat dihitung dengan persamaan (1) yaitu :
Jika digunakan Pout = Pmax = 100 W, maka akan diperoleh efisiensi dari panel surya adalah 14,33%. Maka dapat dihitung penyimpangannya / galat yaitu :
πΊπΊπΎπΎπππΎπΎππ = οΏ½πππΎπΎπππππππΎπΎππ β πππππΈπΈπππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπ π
πππππΈπΈπππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπ π οΏ½ Γ 100%
= οΏ½14,33 β 15,57
15,57 οΏ½ Γ 100%
= 7,96 %
4.3. Perhitungan beban pendingin pada kotak pendingin
Beban pendingin adalah jumlah panas / kalor yang dapat dipindahkan oleh suatu sistem mesin pendingin. Beban pendingin dibagi menjadi dua bagian yaitu internal dan eksternal. Beban pendingin internal adalah panas yang berasal dari dalam sistem. Beban pendingin eksternal adalah panas yang berasal dari luar atau lingkungan yang masuk ke dalam sistem.
Dalam pengujian kotak pendingin ini, beban pendingin berasal dari : 1. Sumber panas internal yaitu :
a. Buah dan sayuran 2. Sumber panas eksternal yaitu :
β’ Konduksi pada dinding β dinding kotak pendingin akibat perbedaan temperatur yaitu pada lapisan triplek, stirofoam, dan juga aluminium.
β’ Radiasi panas lingkungan pada dinding β dinding kotak pendingin yang dikonduksikan melalui ruangan.
β’ Infiltrasi oleh udara lingkungan akibat kebocoran pada penutupan kotak maupun celah β celah kecil pada peltier.
4.3.1. Perhitungan panas eksternal
Bahan dasar yang digunakan untuk kotak pendingin ini adalah styrofoam, dan pada bagian dalamnya dilapisi dengan plat aluminium dan pada bagian luarnya dilapisi dengan kayu triplek untuk menghambat panas dari luar masuk ke dalam sistem. Semua sisi kotak dilapisi dengan bahan β bahan tersebut.
Tabel 4.5 Data β data dari kotak pendingin
Data Simbol Nilai Satuan
Konduktivitas termal Triplek k1 0,1300 W/m.K Emisivitas termal Triplek Ξ΅1 0,8200 -
Panjang Triplek Pl 0,4350 m
Lebar Triplek l1 0,3580 m
Tinggi Triplek t1 0,3300 m
Tebal Triplek L1 0,0100 m
Konduktivitas termal Styrofoam k2 0,0330 W/m.K Emisivitas termal Styrofoam Ξ΅2 0,6000 -
Panjang Styrofoam p2 0,4050 m
Panjang Aluminium foil p3 0,3650 m
Lebar Aluminium foil l3 0,2750 m
Tinggi Aluminium foil t3 0,2760 m
Tebal Aluminium foil L3 0,0010 m
4.3.1.1 Perhitungan panas eksternal melalui konduksi
Perhitungan panas secara konduksi dalam kasus tiga lapisan dapat menngunakan persamaan. Dalam perhitungan ini konduksi panas diasumsikan tidak terjadi pada sisi bawah.
Untuk perhitungan panas pada pengujian tanggal 9 Oktober 2017 pada pukul 10.00 berdasarkan tabel yaitu
1. Sisi atas bagian atas dalam kotak diukur dengan Ch.2(tutupkotak) dan sisi luar bagian atas luar menggunakan Ch.3(luar kotak) , diketahui Ts1=TCh.3(luar kotak)=29,4375oC
Ts4=TCh.2(tutupkotak) = 25,1638oC
Panas yang berpindah secara konduksi dapat dihitung dengan persamaan (7) yaitu :
(0,13)(0,435Γ0,358)+(0,033)(0,405Γ0,328)0,0195 +(177)(0,365Γ0,275)0,001
= 0,874712 πππΎπΎππππ
Dengan persamaan yang sama diperoleh T3 = 25,166Β°πΆπΆ
2. Sisi depan bagian dalam diukur dengan Ch.1(dalam kotak) dan sisi luar menggunakan Ch.3(luar kotak) diketahui
Ts1= TCh.3 (luar kotak) = 29,4375 oC Ts4=TCh.1 (dalam kotak) = 22,6024 oC
Panas yang berpindah secara konduksi pada sisi depan diasumsikan sama dengan sisi belakang yang dihitung dengan persamaan (7) yaitu:
(0,13)(0,435Γ0,33)+(0,033)(0,405Γ0,309)0,0365 +(177)(0,365Γ0,276)0,001
= 0,729143 Watt
Dengan menggunakan persamaan (8) diperoleh temperatur T2yaitu πππππππΈπΈπππππππ π πΎπΎ = (πππ π 1β ππ2)
3. Sisi kiri dengan Ch.4(kiri kotak) dan sisi luar dengan Ch.3(luar kotak)
diketahui :
Ts1= TCh.3 (luar kotak) = 29,4375 oC Ts4 = TCh.4 (kiri kotak) = 23,6404 oC Dihitung dengan persamaan (7) yaitu :
πππππππΈπΈππ ,πΎπΎπππΎπΎπ π = (πππ π 1β πππ π 4)
πΏπΏ1
ππ π΄π΄ +πππΏπΏ2π΄π΄ +πππΏπΏπ΄π΄3
= (29,4375 β 23,6404)
0,01
(0,13)(0,358Γ0,330)+(0,033)(0,328Γ0,309)0,0365 +(177)(0,275Γ0,276)0,001
= 0,511813 Watt
Dengan menggunakan persamaan (8) diperoleh temperatur T2
yaitu:
Dengan persamaan yang sama diperoleh T3 =26,745 oC
4. Sisi kanan dengan Ch.6(kanan kotak) dan sisi luar dengan Ch.3(luar
(0,13)(0,358Γ0,330)+(0,033)(0,328Γ0,309)0,0365 +(177)(0,275Γ0,276)0,001
= 0,610863Watt
Dengan menggunakan persamaan (8) diperoleh temperatur T2 yaitu:
πππππππΈπΈπππππππ π πΎπΎ = (πππ π 1 β ππ2)
Dengan persamaan yang sama diperoleh T3 =28,423 oC
Maka kalor yang masuk ke dalam kotak pendingin secara konduksi pada tanggal 9 Oktober 2017 pukul 10:00 adalah :
πππππππΈπΈπππππππ π πΎπΎ πππππππΎπΎππ = πππππππΈπΈππ .πΎπΎπππΎπΎπ π + 2 Γ πππππππΈπΈππ .πππΈπΈπΎπΎπΎπΎπΈπΈ + πππππππΈπΈππ .πππΎπΎπΈπΈπΎπΎ + πππππππΈπΈππ .πππΎπΎπΈπΈπΎπΎπΈπΈ
= 0874712 + 2(0,738476) + 0,511813 + 0,610863
= 3,474341 πππΎπΎππππ
Laju perpindahan kalor konduksi rata β rata yang masuk selama pengujian tanggal 9 Oktober adalah 3,380817 Watt yang berarti laju perpindahan kalor rata β rata dari luar ke dalam kotak pendingin adalah sebesar 3,38087 Watt dengan laju perpindahan kalor maksimal adalah 5,241044 Watt Maka banyak kalor yang masuk ke dalam kotak selama pengujian tanggal 9 Oktober 2017 adalah :
πππππππΈπΈπππππππ π πΎπΎ = πποΏ½πππππΈπΈπππππππ π πΎπΎ Γ πππΎπΎππππππ
= 3,380817 πππΎπΎππππ Γ 8 Γ 3600π π
= 97367,5296 πππππππππΈπΈ = 97,367 ππππ
Untuk laju perpindahan kalor konduksi selama pengujian dari tanggal 9 Oktober sampai 25 Oktober 2017 dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 4.6 Laju perpindahan panas konduksi selama pengujian Tanggal πποΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½ (Watππππππππππππππππ
t)
ππππππππππππππππππ ππππππ(Watt) ππππππππππππππππππ ππππππ(Watt)
9 Oktober 2017 3,380817 -0,11994 5,476456 10 Oktober 2017 3,882392 1,531362 5,909183 11 Oktober 2017 2,84455 1,097489 3,975436 12 Oktober 2017 3,794991 -0,03496 5,546472 24 Oktober 2017 2,574957 -1,52939 5,743437 25 Oktober 2017 3,72864 1,451327 4,983373 Rata rata 3,3677245
4.3.1.2 Perhitungan panas eksternal melalui konveksi Konveksi bebas
Perhitungan panas secar konveksi bebas dalam kasus tiga lapisan hanya mempengaruhi bagian permukaan luar kotak yaitu triplek.
Dalam perhitungan ini konveksi bebas diasumsikan tidak terjadi pada sisi bawah kotak.
Untuk perhitungan panas konveksi bebas pada pengujian 9 Oktober 2017 pada pukul 10:00 berdasarkan data yaitu :
Diketahui T lingkungan = 31,484 Ts1 = 29,4375 Temperatur rata β rata ruangan :
ππππ = ππβ,1+ πππ π 1
Properti Udara pada T=30,460 oC
Ο 1,1631 kg/m3
- Bilangan Rayeigh untuk sisi depan, belakang, kiri dan kanan dihitung dengan persamaan (11) yaitu :
π π πΎπΎπΏπΏ =πΈπΈ π½π½ (πππΌπΌ πππ π βππβ)πΏπΏ3 L=Tinggi triplek=0,33
= (9,81)(0,0032937)(29,4375 β 31,484)(0,33)3 0,000022531 Γ 0,000016079
= 6.559.371,959 β₯ πΎπΎπππΎπΎπΈπΈπΎπΎπΈπΈ πππΎπΎπ½π½πΎπΎπΈπΈπΎπΎπΈπΈ
- Bilangan Rayleigh untuk sisi atas dihitung dengan persamaan (12) dan persamaan (11) yaitu:
πΏπΏ = πΎπΎπππΈπΈπΎπΎπΎπΎπππΈπΈππ Γ πππππΈπΈπΎπΎπΎπΎπππΈπΈππ
- Nilai NuL untuk sisi depan, belakang, kiri dan kanan dihitung dengan persamaan (13) yaitu:
- Nilai NuL untuk sisi atas dihitung dengan persamaan (13) yaitu πππππΏπΏ
- Koefisien konveksi (h) untuk sisi depan, belakang, kiri dan kanan dihitung dengan persamaan (10):
β =πππποΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½πΏπΏππ πΏπΏ
= 26,039 Γ 0,026375 0,33
- Koefisien konveksi (h) sisi atas dihitung dengan persamaan (10):
- Konveksi Bebas pada sisi depan (qkonveksi) dihitung degan persamaan (9) yaitu :
πππππππΈπΈπππΈπΈπππ π πΎπΎ = β π΄π΄ (πππ π β ππβ)
= 2,081 . (0,435 Γ 0,33)(29,4375 β 31,484)
= 0,61 πππΎπΎππππ - Konveksi bebas pada sisi kiri
πππππππΈπΈπππΈπΈπππ π πΎπΎ = β π΄π΄ (πππ π β ππβ) Panas konveksi bebas total adalah :
πππππππΈπΈπππΈπΈπππ π πΎπΎ πππππππΎπΎππ = 2 Γ πππππππΈπΈπππΈπΈπππ π πΎπΎ πππΈπΈπΎπΎπΎπΎπΈπΈ + 2 Γ πππππππΈπΈπππΈπΈπππ π πΎπΎ πππΎπΎπΈπΈπΎπΎ + πππππππΈπΈπππΈπΈπππ π πΎπΎ πΎπΎπππΎπΎπ π
= 2 Γ 0,61 + 2 Γ 0,503 + 0,89 = 3,116 πππΎπΎππππ
Maka total laju perpindahan panas konveksi pada tanggal 9 Oktober 2017 pada pukul 10:00 adalah 3,116 Watt
Untuk laju perpindahan panas konveksi bebas selama pengujian dari 9 Oktober sampai 25 Oktober 2017 dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 4.8 Laju perpindahan panas konveksi bebas selama pengujian Tanggal πποΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½ (Watt) ππππππππππππππππππ ππππππππππππππππ ππππππ(Watt) ππππππππππππππππππ ππππππ(Watt)
9 Oktober 2017 1,514665 0,089869 4,115182
10 Oktober 2017 1,154604 -0,01836 3,253697
11 Oktober 2017 8,22632 2,408786 12,98073
12 Oktober 2017 1,300376 0,00341 2,987893
24 Oktober 2017 2,552422 -0,06996 36,38059 25 Oktober 2017 0,921639 0,202878 1,933767 Rata - rata 2,6116804
4.3.1.3 Perhitungan panas eksternal melalui radiasi
Perhitungan panas secara radiasi dalam kasus tiga lapisan dapat menggunakan persamaan. Dalam perhitungan ini radiasi panas diasumsikan tidak terjadi pada sisi bawah.
Untuk perhitungan panas radiasi pada pengujian tanggal 9 Januari 2015 pada pukul 10:00 berdasarkan data adalah :
1. Sisi atas bagian atas dalam kotak diukur dengan Ch.2(tutup kotak)
dan sisi luar bagian atas luar menggunakan Ch.3(luar kotak) , diketahui
Ts1=TCh.2(tutup kotak) =29,4375oC Ts4=TCh.3(luar kotak) = 25,1638oC
Panas yang berpindah secara Radiasi dapat dihitung dengan persamaan (15) yaitu :
οΏ½(0,435Γ0,358)(0,82)1 +(0,365Γ0,275)(0,77)1 β(0,365Γ0,275)1 οΏ½ + οΏ½(0,405Γ0,328)(0,6)1 +(0,405Γ0,328)(0,6)1 β(0,405Γ0,328)1 οΏ½
= 4,199521πππΎπΎππππ
2. Sisi depan yang dalam diukur dengan Ch.1(dalam kotak) dan sisi luar menggunakan Ch.3(luar kotak) diketahui
Ts1= TCh.3(luar kotak)= 29,4375 oC Ts4=TCh.1(dalam kotak) = 22,6024 oC
Panas yang berpindah secara Radiasi pada sisi depan diasumsikan sama dengan sisi belakang yang dihitung dengan persamaan (15) yaitu :
οΏ½(0,435Γ0,33)(0,82)1 +(0,365Γ0,276)(0,77)1 β(0,365Γ0,276)1 οΏ½ + οΏ½(0,405Γ0,309)(0,6)1 +(0,405Γ0,309)(0,6)1 β(0,405Γ0,309)1 οΏ½
=7,086499 Watt
3. Sisi kiri dengan Ch.4(kiri kotak) dan sisi luar dengan Ch.3(luar kotak)
diketahui :
Ts1= TCh.3(luar kotak) = 29,4375 oC Ts4 = TCh.4(kiri kotak) = 23,6404 oC Dihitung dengan persamaan (15) yaitu :
πππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπΎπΎπ π πΎπΎ πππΎπΎπΈπΈπΎπΎ = ππ(πππ π 14 β πππ π 44)
οΏ½(0,358Γ0,33)(0,82)1 +(0,275Γ0,276)(0,77)1 β(0,275Γ0,276)1 οΏ½ + οΏ½(0,328Γ0,309)(0,6)1 +(0,328Γ0,309)(0,6)1 β(0,328Γ0,309)1 οΏ½
= 5,925559 Watt
4. Sisi kanan dengan Ch.6(kanan kotak) dan sisi luar dengan Ch.3(luar kotak) diketahui
Ts1= TCh.3(luar kotak)= 29,4375 oC Ts4=TCh.6(kanan kotak) =22,5185 oC
Dihitung dengan persamaan (15) yaitu :
πππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπΎπΎπ π πΎπΎ πππΎπΎπΈπΈπΎπΎπΈπΈ = (ππ(πππ π 14 β πππ π 44)
οΏ½(0,358Γ0,33)(0,82)1 +(0,275Γ0,276)(0,77)1 β(0,275Γ0,276)1 οΏ½ + οΏ½(0,328Γ0,309)(0,6)1 +(0,328Γ0,309)(0,6)1 β(0,328Γ0,309)1 οΏ½
= 7,179803 Watt
Laju perpindahan panas radiasi tanggal 9 Oktober 2017 pukul 10:00 adalah
πππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπΎπΎπ π πΎπΎ = πππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπΎπΎπ π πΎπΎ πΎπΎπππΎπΎπ π + 2 Γ πππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπΎπΎπ π πΎπΎ πππΈπΈπΎπΎπΎπΎπΈπΈ + πππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπΎπΎπ π πΎπΎ πππΎπΎπΈπΈπΎπΎ + πππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπΎπΎπ π πΎπΎ πππΎπΎπΈπΈπΎπΎπΈπΈ
= 4,199521 + (2 x 7,086499)+5,925559 + 7,179803
=31,47788 Watt
Untuk laju perpindahan kalor radiasi rata β rata pada pengujian tanggal 9 Oktober 2017 adalah 31,47788 Watt.
Maka energi panas secara radiasi yang mengenai kotak pendingin selama pengujian tanggal 9 Oktober 2017 adalah :
πππΈπΈπΎπΎπππΎπΎπΎπΎπ π πΎπΎ = πποΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½οΏ½ Γ π€π€πΎπΎππππππ πΈπΈπΎπΎπππΎπΎπΎπΎπ π πΎπΎ
= 24,8998 Γ 8 Γ 3600π π
= 83514,24 ππ = 83 πππ½π½
Untuk laju perpindahan kalor radiasi selama pengujian dari 9 Oktober sampai 25 Oktober dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Untuk laju perpindahan kalor radiasi selama pengujian dari 9 Oktober sampai 25 Oktober dapat dilihat pada tabel dibawah ini :