PENGUJIAN PEMANAS AIR TENAGA SURYA SISTEM PIPA PANAS
MENGGUNAKAN FLUIDA KERJA REFRIGERAN R-718 PADA
TEKANAN VAKUM 45 cmHg, 40 cmHg DAN 35 cmHg DENGAN
VARIASI KEMIRINGAN KOLEKTOR 40
0DAN 50
0Skripsi yang Diajukan untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh:
ARDIKO PARDEDE
(110401009)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena hanya atas
berkat dan karunia-Nya penulis dapat mengerjakan dan menyelesaikan skripsi ini dengan
baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk
mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Pengujian Pemanas Air
Tenaga Surya Sistem Pipa Panas Menggunakan Fluida Kerja Refrigeran R-718 pada Tekanan Vakum 45 cmHg, 40 cmHg dan 35 cmHg dengan Variasi Kemiringan Kolektor 400 dan 500.”
Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu penulis di
berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan
terima kasih kepada:
1. Orang tua penulis, Ayahanda M. Pardede dan Ibunda H. Siahaan almarhumah atas
segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan, menyekolahkan
saya hingga ke jenjang perguruan tinggi. Permohonan saya kepada Tuhan melalui doa
yang tulus kiranya kepada Ibunda tercinta diberikan tempat yang layak disisi-Nya dan
kepada Ayahanda tercinta kiranya diberikan kekuatan dan kesehatan serta ketabahan
di dalam membimbing kami anak-anak mu.
2. Bapak Ir.Tekad Sitepu, MT selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan
banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama
penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Dr.Eng. Himsar Ambarita,ST.MT. dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus,
ST.MT sebagai dosen pembanding yang telah bersedia memberikan saran dan kritik
yang sangat membangun.
4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin
6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin di
Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan
bimbingan selama perkuliahan.
7. Rekan satu tim skripsi yaitu Immanuel Richart Sembiring yang selalu menyemangati
penulis dengan sabar.
8. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara terkhusus
stambuk 2011 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai kekurangan.
Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak.
Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan pengetahuan bagi pembaca
dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih.
Medan, Juni 2015
Penulis
ABSTRAK
Penelitian ini adalah bagian dari suatu penelitian besar tentang pemanfaatan energi
surya sebagai energi terbarukan untuk pemanas air. Latar belakang penelitian ini adalah
adanya kebutuhan yang besar akan penggunaan air panas terutama di hotel, rumah sakit
dan restauran. Sebuah alat pemanas air tenaga surya yang diuji memakai sistem pipa
panas, dimana sistem pemanasan air berlangsung dengan prinsip termosifon. Alat pemanas
air tenaga surya ini berukuran 1,16 m x 0,80 m x 0,21 m, yang dibagi menjadi 3 bagian
kolektor dengan ukuran 1 m x 0,2 m per kolektor. Masing-masing kolektor dipasang 2 pipa
panas berukuran 3/4 inchi dan tangki penyimpan air yang berisi 4 liter. Penelitian
dilakukan di Kota Medan dengan ketinggian tempat penelitian 47 m dpl dan kemiringan
kolektor 2 variasi yaitu 400 dan 500terhadap garis horizontal menghadap timur. Penelitian
ini menggunakan refrigeran R-718 sebagai fluida kerja, pengujian dilakukan secara
bersamaan pada tiga kolektor yang berbeda tekanan vakum refrigerannya, refrigeran di
kolektor 1 divakum pada 45 cmHg, kolektor 2 pada 40 cmHg dan kolektor 3 pada 35
cmHg. Pengujian dilakukan sebanyak tiga tahap untuk masing-masing kemiringan
kolektor. Pengujian menunjukkan hasil berikut : Temperatur air maksimum dari seluruh
tahap penelitian adalah sebesar 62,750C, terjadi di tangki 1 pada tekanan vakum 45 cmHg
dengan kemiringan kolektor 500. Pada saat itu total energi radiasi yang diukur oleh
pyranometer adalah sebesar 15,13 MJ/m2/hari. Efisiensi maksimum dari seluruh tahap
penelitian adalah sebesar 48,63 % terjadi pada tangki 3 dengan kemiringan kolektor 500.
Kesimpulan adalah semakin tinggi kevakuman refrigeran maka temperatur air akan
semakin tinggi, energi surya di kota Medan dapat digunakan sebagai pemanas air sehingga
bisa mengurangi pengunaan bahan bakar untuk memanaskan air.
ABSTRACT
This research is part of a large research on solar energy utilization as renewable energy for heating water. The background of this research is the great needs that will use hot water especially in hotel, hospitals and restaurant. An instrument water heater solar tested wearing hot pipe system, where water heating system with the principle of lasting termosifon. A solar water heater this size 1,16 m x 0,80 m x 0,21 m divided into 3 of the collector with a measure of 1 m x 0,2 m one collector. Each mounted collector 2 pipe hot measuring 3/4 inches and tank the depositary of water that contains 4 liters. Research is done in the city of medan with the height of the research 47 m dpl and the slope of a collector 2 variation that is 400 and 500 a horizontal line facing east. This study using a refrigerant R-718 as a working fluid, testing be done simultaneously on three different collector vacuum pressure refrigerant, a refrigerant in collector 1 vacuum on 45 cmHg , collector 2 on 40 cmHg and collector 3 on 35 cmHg .Testing done in three phases for each the slope of a collector. Testing shows the results of the following: maximum water temperature of the whole research phase 62,750C is as much as, happened in the tank 1 to pressure vacuum 45 cmHg with a tilt collector 500. At the time the total radiation energy measured by pyranometer is as much as 15,13 MJ/m2/day. Maximum efficiency of the whole research phase is as much as 48,63 % happened on a tank 3 with a tilt collector 500. The conclusion is the higher vacuum pressure a refrigerant and water temperatures are significantly higher, solar energy in the city of Medan can be used as heating of water so that it can help reduce using of fuel for heating water.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR... i
ABSTRAK ... iii
ABSTRACT... iv
DAFTAR ISI... v
DAFTAR GAMBAR... ix
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR SIMBOL... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 3
1.3. Batasan Masalah ... 3
1.4. Manfaat Penelitian ... 3
1.5. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Perpindahan Panas ... 6
2.1.1. Perpindahan Panas Konduksi... 6
2.1.2. Perpindahan Panas Konveksi... 7
2.1.3. Perpindahan Panas Radiasi ... 8
2.2. Radiasi Surya ... 8
2.2.1. Teori Dasar Radiasi Surya ... 8
2.2.2. Absorbtivitas, Reflektivitas dan Transimitas... 9
2.2.3. Rumusan Radiasi Surya ... 11
2.2.4. Hipotesa Pengaruh Kemiringan Kolektor... 17
2.2.5. Analisa Pengaruh Kemiringan Kolektor Terhadap Kerja PATS ... 18
2.3. Pemanfaatan Energi Surya... 20
2.4. Kalor ... 28
2.4.1. Kalor Laten ... 28
Tenaga Surya ... 29
2.5. Alat Pemanas Air Tenaga Surya... 29
2.5.1. Cara Kerja Alat Pemanas Air Tenaga Surya ... 32
2.5.2. Energi yang Sampai pada Kolektor Pemanas Air Tenaga Surya ... 33
2.5.3. Energi yang Diserap oleh air ... 34
2.5.4. Efisiensi dari Kolektor ... 35
2.6. Refrigeran R-718 ... 35
BAB III METODE PENELITIAN ... 38
3.1. Tempat dan Waktu... 38
3.1.1. Tempat Penelitian ... 38
3.1.2. Waktu Pelaksanaan ... 38
3.2 Bahan dan Peralatan ... 38
3.2.1. Bahan ... 38
3.2.2. Peralatan... 39
3.3. Pelaksanaan Penelitian ... 47
3.3.1. Pemeriksaan Peralatan ... 47
3.3.2. Persiapan Pendahuluan ... 47
3.3.3. Mengatur Tekanan Refrigeran ... 48
3.3.4. Mengatur Sudut Kolektor ... 48
3.3.5. Mengambil Data Hasil Penelitian ... 48
3.4. EksperimentalSet-Up... 49
3.5. Variabel Penelitian ... 49
3.5.1. Variabel Bebas ... 49
3.5.2. Variabel Terikat ... 50
3.6. Analisa Data ... 50
3.7. Kerangka Konsep Penelitian ... 51
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 52
4.1. Hasil Pengujian... 52
4.2.1. Pengujian Tahap I ... 53
4.2.2. Pengujian Tahap II ... 54
4.2.3. Pengujian Tahap III ... 56
4.3. Pengolahan Data Tahap I Sudut 40o... 58
4.3.1. Energi yang sampai ke Kolektor (Qincident)... 58
4.3.2. Energi yang Diserap Air (Qu) ... 62
4.3.3. Efisiensi Kolektor Saat Suhu Air Maksimum... 63
4.4. Pengolahan Data Tahap I Sudut 50o... 64
4.4.1. Energi yang sampai ke Kolektor (Qincident)... 64
4.4.2. Energi yang Diserap Air (Qu) ... 68
4.4.3. Efisiensi Kolektor Saat Suhu Air Maksimum... 69
4.5. Pengolahan Data Tahap II Sudut 40o... 70
4.5.1. Energi yang sampai ke Kolektor (Qincident)... 70
4.5.2. Energi yang Diserap Air (Qu) ... 73
4.5.3. Efisiensi Kolektor Saat Suhu Air Maksimum... 75
4.6. Pengolahan Data Tahap II Sudut 50o... 76
4.6.1. Energi yang sampai ke Kolektor (Qincident)... 76
4.6.2. Energi yang Diserap Air (Qu) ... 76
4.6.3. Efisiensi Kolektor Saat Suhu Air Maksimum... 79
4.7. Pengolahan Data Tahap III Sudut 40o... 81
4.7.1. Energi yang sampai ke Kolektor (Qincident)... 81
4.7.2. Energi yang Diserap Air (Qu) ... 84
4.7.3. Efisiensi Kolektor Saat Suhu Air Maksimum... 86
4.8. Pengolahan Data Tahap III Sudut 50o... 87
4.8.1. Energi yang sampai ke Kolektor (Qincident)... 87
4.8.2. Energi yang Diserap Air (Qu) ... 90
4.8.3. Efisiensi Kolektor Saat Suhu Air Maksimum... 91
4.9. Efisensi Kolektor Sudut Miring... 92
4.9.1. Efisensi Kolektor Sudut Miring Tahap I... 93
4.9.2. Efisiensi Kolektor Sudut Miring Tahap II ... 95
4.9.3. Efisiensi Kolektor Sudut Miring Tahap III... 96
4.10. Fluktuatif Tekanan Saat Pengujian ... 98
4.11.1. Uji Regresi dan Korelasi pada kemiringan Kolektor 400... 102
4.11.2. Uji Regresi dan Korelasi pada kemiringan Kolektor 500... 103
4.12. Pembahasan ... 103
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 106
5.1. Kesimpulan ... 106
5.2. Saran ... 106
DAFTAR PUSTAKA... xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Perpindahan panas konduksi melalui sebuah plat ... 6
Gambar 2.2 Perpindahan panas konveksi dari permukaan plat ... 7
Gambar 2.3 Interaksi energi surya ... 9
Gambar 2.4 Pola Absorbsi ... 10
Gambar 2.5 Radiasi Surya... 10
Gambar 2.6 Hubungan antara matahari dan bumi ... 11
Gambar 2.7 Sudut Sinar dan Posisi Sinar Matahari ... 14
Gambar 2.8 Pengaruh koefisien sudut pengubah terhadap kemiringan ... 19
Gambar 2.9 Solar Water Heater... 21
Gambar 2.10 Kompor surya ... 22
Gambar 2.11 Solar Driers... 24
Gambar 2.12 Solar Arsitektur ... 25
Gambar 2.13 Sistem Pendingin dengan Energi Surya ... 25
Gambar 2.14 Solar Chimney... 26
Gambar 2.15 SolarDestilasi ... 27
Gambar 2.16 Solar Power Plant... 28
Gambar 2.17 Alat Pemanas Air Tenaga Surya ... 32
Gambar 2.18 Ilustrasi panas yang diserap oleh absorber ... 33
Gambar 3.1 Tata Letak Lokasi Penelitian... 38
Gambar 3.2 Skema Pemanas Air Tenaga Surya dengan R-718 pada tekanan yang bervariasi ... 40
Gambar 3.3 Pompa Vakum ... 41
Gambar 3.4 Manifold Gauge... 41
Gambar 3.5 Agilient 34972 A... 42
Gambar 3.6 Laptop... 43
Gambar 3.7 Hobo Microstation data logger... 43
Gambar 3.8 Skema Pengambilan Data Pemanas Air Tenaga Surya ... 49
Gambar 4.1 Grafik Temperatur Pelat Absorber, Temperatur air Vs Waktu pada pengujian 40otahap 1... 53
Gambar 4.2 Grafik Temperatur Pelat Absorber, Temperatur air Vs Waktu pada pengujian 50otahap 1... 54
Gambar 4.3 Grafik Temperatur Pelat Absorber, Temperatur air Vs Waktu pada pengujian 40otahap 2... 55
Gambar 4.4 Grafik Temperatur Pelat Absorber, Temperatur air Vs Waktu pada pengujian 50otahap 2... 56
Gambar 4.5 Grafik Temperatur Pelat Absorber, Temperatur air Vs Waktu pada pengujian 40otahap 3... 57
Gambar 4.6 Grafik Temperatur Pelat Absorber, Temperatur air Vs Waktu pada pengujian 50otahap 3... 58
Gambar 4.8 Grafik jumlah energi yang diserap air (Qu) Vs waktu pada pengujian
400tahap 1 ... 63
Gambar 4.9 Grafik efisiensi kolektor Vs waktu pada pengujian 400tahap 1... 64
Gambar 4.10 Grafik Intensitas Matahari Vs Waktu pada pengujian 50otahap 1 ... 65
Gambar 4.11 Grafik jumlah energi yang diserap air (Qu) Vs waktu pada pengujian
500tahap 1 ... 69
Gambar 4.12 Grafik efisiensi kolektor Vs waktu pada pengujian 500tahap 1... 70
Gambar 4.13 Grafik Intensitas Matahari Vs Waktu pada pengujian 40otahap 2 ... 71
Gambar 4.14 Grafik jumlah energi yang diserap air (Qu) Vs waktu pada pengujian
400tahap 2 ... 74
Gambar 4.15 Grafik efisiensi kolektor Vs waktu pada pengujian 400tahap 2... 75
Gambar 4.16 Grafik Intensitas Matahari Vs Waktu pada pengujian 50otahap 2 ... 77
Gambar 4.17 Grafik jumlah energi yang diserap air (Qu) Vs waktu pada pengujian
500tahap 2 ... 80
Gambar 4.18 Grafik efisiensi kolektor Vs waktu pada pengujian 500tahap 2... 81
Gambar 4.19 Grafik Intensitas Matahari Vs Waktu pada pengujian 40otahap 3 ... 82
Gambar 4.20 Grafik jumlah energi yang diserap air (Qu) Vs waktu pada pengujian
400tahap 3 ... 85
Gambar 4.21 Grafik efisiensi kolektor Vs waktu pada pengujian 400tahap 3... 86
Gambar 4.22 Grafik Intensitas Matahari Vs Waktu pada pengujian 50otahap 3 ... 88
Gambar 4.23 Grafik jumlah energi yang diserap air (Qu) Vs waktu pada pengujian
Gambar 4.24 Grafik efisiensi kolektor Vs waktu pada pengujian 500tahap 3... 92
Gambar 4.25 Tekanan saat awal pengujian, 45 cmHg Vakum ... 98
Gambar 4.26 Tekanan pada pukul 09.00 berkisar 41 cmHg Vakum ... 98
Gambar 4.27 Tekanan pada pukul 10.00 berkisar 35 cmHg Vakum ... 99
Gambar 4.28 Tekanan pada pukul 11.00 berkisar 26 cmHg Vakum ... 99
Gambar 4.29 Tekanan pada pukul 12.00 berkisar 20 cmHg Vakum ... 99
Gambar 4.30 Tekanan pada pukul 13.00 berkisar 23 cmHg Vakum ... 100
Gambar 4.31 Tekanan pada pukul 14.00 berkisar 30 cmHg Vakum ... 100
Gambar 4.32 Tekanan pada pukul 15.00 berkisar 34 cmHg Vakum ... 100
Gambar 4.33 Tekanan pada pukul 16.00 berkisar 40 cmHg Vakum ... 101
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Urutan hari berdasarkan bulan ... 12
Tabel 2.2 Faktor Koreksi Iklim ... 16
Tabel 2.3 Sifat–Sifat dari R-718 yang digunakan ... 36
Tabel 2.4 Sifat R-718 pada tekanan vakum 45 cmHg (0,400 bar absolut) ... 36
Tabel 2.5 Sifat R-718 pada tekanan vakum 40 cmHg (0,466 bar absolut) ... 36
Tabel 2.6 Sifat R-718 pada tekanan vakum 35 cmHg (0,533 bar absolut) ... 37
Tabel 3.1 SpesifikasiMeasurement Apparatus... 44
Tabel 3.2 SpesifikasiPyranometer ... 45
Tabel 3.3 SpesifikasiWind Velocity Sensor... 45
Tabel 3.4 SpesifikasiTdanRH Smart Sensor ... 46
Tabel 4.1 Tabel hasil pengujian dari keseluruhan tahap ... 52
Tabel 4.2 Perbandingan efisiensi kolektor sudut datar dan sudut miring ... 97
Tabel 4.3 Uji Regresi dan Korelasi pada kemiringan Kolektor 400... 102
Tabel 4.4 Uji Regresi dan Korelasi pada kemiringan Kolektor 500... 103
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan
Qc Laju perpindahan panas konduksi W
Qh Laju perpindahan panas konveksi W
Qr Laju perpindahan panas radiasi W
h Koefisien konveksi W(m2K)
k Koefisien konduksi W/m.K
∆T Beda temperatur K
QL Kalor laten J
Qs Kalor sensibel J
Gon Radiasi atmosfer W/m2
Gsc Konstanta surya W/m2
Qincident Panas matahari J
A Luas penampang pelat absorber (m2)
I Intensitas radiasi matahari (W/m2)
Qabs Panas absorber J
Qref Panas yang dipantulkan J
α Difusifitas bahan
-Qu Energi berguna dari kolektor ke air kJ
P Tekanan Vakum cmHg
mw Massa air kg
Cp,w Panas jenis dari air kJ/kg.0C
Tw1 Temperatur awal air sebelum dipanaskan
kolektor 0C
Tw2 Temperatur aktual setelah dipanaskan
oleh kolektor 0C
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data pengujian tahap I sudut 400tanggal 16 Maret 2015 ... xix
Lampiran 2 Data pengujian tahap I sudut 500tanggal 20 Maret 2015 ... xxi
Lampiran 3 Data pengujian tahap II sudut 400tanggal 23 Maret 2015 ... xxiii
Lampiran 4 Data pengujian tahap II sudut 500tanggal 26 Maret 2015 ... xxv
Lampiran 5 Data pengujian tahap III sudut 400tanggal 10 April 2015... xxvii
Lampiran 6 Data pengujian tahap III sudut 500tanggal 27 Maret 2015... xxix
Lampiran 7 Energi yang diserap air dan efisiensi pengujian tahap I sudut 400 tanggal 16 Maret 2015... xxxi
Lampiran 8 Energi yang diserap air dan efisiensi pengujian tahap I sudut 500 tanggal 20 Maret 2015... xxxiii
Lampiran 9 Energi yang diserap air dan efisiensi pengujian tahap II sudut 400 tanggal 23 Maret 2015... xxxv
Lampiran 10 Energi yang diserap air dan efisiensi pengujian tahap II sudut 500 tanggal 26 Maret 2015... xxxvii
Lampiran 11 Energi yang diserap air dan efisiensi pengujian tahap III sudut 400 tanggal 10 April 2015... xxxix
Lampiran 12 Energi yang diserap air dan efisiensi pengujian tahap III sudut 500
tanggal 27 Maret 2015... xli
Lampiran 13. Korelasi dan Regresi Kemiringan Kolektor Sudut 400... xliii
ABSTRAK
Penelitian ini adalah bagian dari suatu penelitian besar tentang pemanfaatan energi
surya sebagai energi terbarukan untuk pemanas air. Latar belakang penelitian ini adalah
adanya kebutuhan yang besar akan penggunaan air panas terutama di hotel, rumah sakit
dan restauran. Sebuah alat pemanas air tenaga surya yang diuji memakai sistem pipa
panas, dimana sistem pemanasan air berlangsung dengan prinsip termosifon. Alat pemanas
air tenaga surya ini berukuran 1,16 m x 0,80 m x 0,21 m, yang dibagi menjadi 3 bagian
kolektor dengan ukuran 1 m x 0,2 m per kolektor. Masing-masing kolektor dipasang 2 pipa
panas berukuran 3/4 inchi dan tangki penyimpan air yang berisi 4 liter. Penelitian
dilakukan di Kota Medan dengan ketinggian tempat penelitian 47 m dpl dan kemiringan
kolektor 2 variasi yaitu 400 dan 500terhadap garis horizontal menghadap timur. Penelitian
ini menggunakan refrigeran R-718 sebagai fluida kerja, pengujian dilakukan secara
bersamaan pada tiga kolektor yang berbeda tekanan vakum refrigerannya, refrigeran di
kolektor 1 divakum pada 45 cmHg, kolektor 2 pada 40 cmHg dan kolektor 3 pada 35
cmHg. Pengujian dilakukan sebanyak tiga tahap untuk masing-masing kemiringan
kolektor. Pengujian menunjukkan hasil berikut : Temperatur air maksimum dari seluruh
tahap penelitian adalah sebesar 62,750C, terjadi di tangki 1 pada tekanan vakum 45 cmHg
dengan kemiringan kolektor 500. Pada saat itu total energi radiasi yang diukur oleh
pyranometer adalah sebesar 15,13 MJ/m2/hari. Efisiensi maksimum dari seluruh tahap
penelitian adalah sebesar 48,63 % terjadi pada tangki 3 dengan kemiringan kolektor 500.
Kesimpulan adalah semakin tinggi kevakuman refrigeran maka temperatur air akan
semakin tinggi, energi surya di kota Medan dapat digunakan sebagai pemanas air sehingga
bisa mengurangi pengunaan bahan bakar untuk memanaskan air.
ABSTRACT
This research is part of a large research on solar energy utilization as renewable energy for heating water. The background of this research is the great needs that will use hot water especially in hotel, hospitals and restaurant. An instrument water heater solar tested wearing hot pipe system, where water heating system with the principle of lasting termosifon. A solar water heater this size 1,16 m x 0,80 m x 0,21 m divided into 3 of the collector with a measure of 1 m x 0,2 m one collector. Each mounted collector 2 pipe hot measuring 3/4 inches and tank the depositary of water that contains 4 liters. Research is done in the city of medan with the height of the research 47 m dpl and the slope of a collector 2 variation that is 400 and 500 a horizontal line facing east. This study using a refrigerant R-718 as a working fluid, testing be done simultaneously on three different collector vacuum pressure refrigerant, a refrigerant in collector 1 vacuum on 45 cmHg , collector 2 on 40 cmHg and collector 3 on 35 cmHg .Testing done in three phases for each the slope of a collector. Testing shows the results of the following: maximum water temperature of the whole research phase 62,750C is as much as, happened in the tank 1 to pressure vacuum 45 cmHg with a tilt collector 500. At the time the total radiation energy measured by pyranometer is as much as 15,13 MJ/m2/day. Maximum efficiency of the whole research phase is as much as 48,63 % happened on a tank 3 with a tilt collector 500. The conclusion is the higher vacuum pressure a refrigerant and water temperatures are significantly higher, solar energy in the city of Medan can be used as heating of water so that it can help reduce using of fuel for heating water.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi surya merupakan sumber energi terbarukan yang mempunyai
potensi paling besar. Energi ini berasal dari matahari yang jaraknya sekitar 150
km dari bumi. Laju energi yang dipancarkan matahari adalah sebesar 20
10 8 , 3
MW dan yang sampai di permukaan bumi adalah sekitar 10,81010MW.
Seandainya energi ini dipanen sebesar 0,1% saja dengan efisiensi 10% maka akan
diperoleh daya listrik sebesar 10,8106MW. Nilai ini lebih dari empat kali daya
listrik yang saat ini dibangkitkan dunia, sekitar 3000 GW. Energi yang sampai ke
permukaan bumi dalam satu tahun adalah sekitar 3.400.000 Exajoule (EJ).
Sebagai catatan konsumsi energi dunia pada tahun 2008 adalah sebesar 474 EJ.
Berdasarkan data ini, maka untuk memenuhi konsumsi energi dunia dalam satu
tahun hanya dibutuhkan energi surya dengan lama paparan radiasi 1 jam 12 menit
[1].
Potensi energi surya di Indonesia sebagai pemanas air sangatlah besar
karena Indonesia terletak di garis khatulistiwa. Energi surya sangat luar biasa
karena tidak bersifat polutif, bersifat kontinyu, dan tak dapat habis. Pada pemanas
air tenaga surya, energi surya yang berupa gelombang elektromagnetik dapat
dikumpulkan dan diubah menjadi energi panas yang berguna melalui bantuan
suatu alat yang disebut kolektor surya.
Kolektor termal surya merupakan suatu peralatan yang digunakan
untuk menyerap energi surya, yang kemudian mengubah energi surya menjadi
energi termal, dan mentransfer energi tersebut ke fluida kerja untuk
kemudian digunakan secara langsung atau disimpan terlebih dahulu pada suatu
unit penyimpanan panas. Dalam aplikasinya kolektor termal surya banyak
digunakan sebagai alat pemanas air pada rumah.
Air panas menjadi kebutuhan utama di hotel, rumah sakit, dan restauran.
Pada umumnya air panas diperoleh dengan cara memasak air dengan
umumnya adalah bahan bakar fosil akan menimbulkan polusi udara, yaitu
terbentuknya CO, CO2, dan lain-lain. Selain itu bahan bakar jenis ini merupakan
sumber energi yang tak dapat diperbarui sehingga suatu saat akan habis dan perlu
dicari sumber energi alternatif [2].
Untuk menghindari terbentuknya lebih banyak polutan, sejalan dengan
penerapan ISO 9000 yang sejak tahun 1994 muncul dengan standarisasi di bidang
lingkungan hidup, EMAS (Eco-Management and Audit Scheme) di Uni Eropa
serta padanannya ISO 14000, maka salah satu solusinya adalah menggunakan
peralatan penyerap energi matahari untuk memanaskan air.
Menurut Juni Handoko [3] berdasarkan protocol montreal (atas prakarsa
Perserikatan Bangsa - Bangsa) tahun 1987 dan telah diratifikasi oleh lebih dari
170 negara, disepakati bahwa refrigeran yang mengandung Clorofluarocarbon
(CFC)tidak boleh digunakan dan diproduksi lagi. Clorofluarocarbon inilah yang akan merusak ozon dan membahayakan kelangsungan hidup makhluk hidup.
Salah satu refrigeran yang tidak mengandung Clorofluarocarbon adalah R-718,
refrigeran ini sangat mudah diperoleh dan aman untuk kesehatahan lingkungan
serta tidak merusak lingkungan. Oleh karena itulah refrigeran R-718 dipilih
sebagai fluida sekunder untuk penelitian ini.
Berdasarkan hasil penelitian pemanas air tenaga surya yang dilakukan
sebelumnya oleh Tekad Sitepu [4] melakukan kajian performansi pemanas air
tenaga surya sistem pipa panas dengan menggunakan fluida kerja 718 dan
R-141b, penelitian tersebut menggunakan kemiringan kolektor 300 dan hasilnya
menunjukkan bahwa refrigeran R-718 mempunyai efisiensi maksium 26% pada
tekanan 30 cmHg.
Berdasarkan hasil penelitian tersebut maka peneliti akan
menyempurnakannya dengan meneliti penggunaan refrigeran sekunder R-718
(air) pada variasi tekanan vakum 45 cmHg, 40 cmHg dan 35 cmHg dengan
kemiringan kolektor 40o dan 50o. Hal ini dilakukan mengingat semakin besar
tingkat kevacuman refrigeran maka titik didihnya semain rendah, sehingga proses
pemanasan air berlangsung cepat. Selain itu peneliti juga akan melihat pengaruh
kemiringan kolektor terhadap efisiensi kolektor dan temperatur maksimum yang
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui suhu kolektor dan temperatur air pada pemanas air
tenaga surya sistem pipa panas menggunakan fluida kerja refrigeran
R-718.
2. Untuk mengetahui efisiensi kolektor pemanas air tenaga surya sistem
pipa panas menggunakan fluida kerja refrigeran R-718 pada tekanan
vakum 45 cmHg, 40 cmHg dan 35 cmHg.
3. Untuk mengetahui perbandingan temperatur maksimum air yang
di-panaskan dan efisiensi kolektor pada kemiringan kolektor 40odan 50o.
1.3. Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah pada:
1. Fluida kerja yang digunakan adalah refrigeran R-718 pada tekanan
vakum 45 cmHg, 40 cmHg dan 35 cmHg.
2. Kemiringan kolektor 400dan 500terhadap garis horizontal menghadap
timur.
3. Tempat penelitian dilakukan di Lantai 4 gedung Magister Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara Medan dengan ketinggian tempat
penelitian adalah 47 m di atas permukaan laut.
1.4. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Mengurangi ketergantungan terhadap pemakaian bahan bakar fosil.
2. Memberi masukan untuk peningkatan efisiensi energi di Indonesia.
3. Memberikan masukan untuk menghasilkan alat pemanas air dengan
1.5. Sistematika Penulisan
Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan
mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini disusun atas
beberapa bab dengan garis besar tiap bab sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan
masalah yang berisi antara lain : Latar belakang, tujuan penelitian, batasan
masalah, manfaat penelitian , dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai
landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan yang
berkaitan dengan perpindahan panas, pemanfaatan energi surya dan jenis pemanas
air tenaga surya.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi metode perancangan serta langkah yang dilakukan untuk
mengidentifikasi permasalahan, beserta variabel-variabel yang akan diukur dan
perlengkapan pengujian meliputi waktu dan tempat penelitian, peralatan
pengujian, bahan pengujian, eksperimentalset-up, dan prosedur pengujian.
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang data yang diperoleh dari pengujian, yaitu temperatur
kolektor, temperatur air tiap tangki dan intensitas radiasi pada saat pengujian
berlangsung, kemudian perhitungan intensitas radiasi secara teoritis, perhitungan
energi yang sampai pada kolektor, perhitungan energi yang diserap oleh air dan
perhitungan efisiensi dari kolektor pemanas air tenaga surya. Hasil analisis data
akan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari analisa yang dilakukan terhadap
permasalahan dan saran mengenai penyempurnaan hasil penelitian untuk generasi
DAFTAR PUSTAKA
Daftar pustaka berisikan literatur-literatur yang digunakan dalam
penyusunan laporan ini.
LAMPIRAN
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Perpindahan Panas
Panas hanya akan berpindah jika ada perbedaan temperatur, yaitu dari
sistem yang bertemperatur tinggi ke sistem bertemperatur rendah. Perbedaan
temperatur ini mutlak diperlukan sebagai syarat terjadinya perpindahan panas.
Selama ada perbedaan temperatur antara dua sistem maka akan terjadi
perpindahan panas. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi dapat
dikategorikan atas 3 jenis yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi.
2.1.1. Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas dari partikel yang lebih panas ke partikel yang lebih
dingin sebagai hasil dari interaksi antara partikel tersebut. Karena partikelnya
tidak berpindah, umumnya konduksi terjadi pada medium padat, tetapi bisa juga
cair dan gas. Perpindahan panas di sini terjadi akibat interaksi antara partikel
tanpa diikuti perpindahan partikelnya. Perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 2.1. Perpindahan panas konduksi melalui sebuah plat
Secara matematik, untuk plat datar seperti gambar di atas ini, laju
perpindahan panas konduksi dirumuskan dengan persamaan berikut. [5]
...(2.1)
Atau sering dirumuskan dengan persamaan berikut ini.
...(2.2)
= Laju perpindahan panas konduksi (W)
A = Luas penampang (m2)
∆T = Beda temperatur (K)
∆x = Panjang (m)
k = Daya hantar (konduktivitas) (W/m.K)
2.1.2. Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas antara permukaan
padat yang berbatasan dengan fluida mengalir. Fluida di sini bisa dalam fasa cair
atau fasa gas. Syarat utama mekanisme perpindahan panas konveksi adalah
adanya aliran fluida. Perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 2.2. Perpindahan panas konveksi dari permukaan plat
Secara matematik perpindahan panas konveksi pada permukaan plat rata
dapat dirumuskan dengan persamaan berikut ini.[6]
Qh= hA(T2-T3) ...(2.3)
Dimana:
Qh =Laju perpindahan panas konveksi (W)
h = Koefisien konveksi (W/m2K)
A = Luas penampang perpindahan panas (m2)
T2 = Temperatur permukaan
2.1.3. Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas radiasi adalah panas yang dipindahkan dengan cara
memancarkan gelombang elektromagnetik. Berbeda dengan mekanisme konduksi
dan konveksi, radiasi tidak membutuhkan medium perpindahan panas. Sampainya
sinar matahari ke permukaan bumi adalah contoh yang jelas dari perpindahan
panas radiasi.
Persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung laju perpindahan
panas radiasi adalah: [5]
Qr=εσA( T24-T34)...(2.4) dimana :
Qr =Laju perpindahan panas radiasi (W)
σ = Konstanta Boltzman: 5,67 x 10-8W/m2K4
ε = Emisivitas (0≤ e ≤ 1)
A = Luas penampang (m2)
T2 = suhu permukaan plat (K)
T3 = suhu lingkungan (K)
2.2. Radiasi Surya
2.2.1. Teori Dasar Radiasi Surya
Radiasi adalah proses perpindahan panas tanpa melalui media. Bila energi
radiasi menimpa permukaan suatu bahan, maka sebagian akan dipantulkan
(refleksi) , sebagian lagi akan diserap (absorbsi) dan sebagian lagi akan diteruskan
(transmisi). Kebanyakan benda padat tidak bisa mentransmisikan radiasi thermal
sehingga penerapan transmisivitas dianggap nol. [7]
Terdapat dua jenis pantulan radiasi yaitu spektular dan diffuse. Jika sudut
pantulan radiasi sama, maka pantulannya disebut spektular. Jika sudut
pantulannya beragam ke semua arah maka pantulannya adalah diffuse. [7] Gambar
2.3 menjelaskan interaksi energi matahari terhadap bumi dimana energi yang akan
dipakai dalam pemanas air tenaga surya inilah yang akan dikelola untuk dapat
Gambar 2.3. Interaksi Energi Surya (Saharjo,B.H.1999)
2.2.2. Absorbtivitas, Reflektivitas, dan Transimitas
Segala sesuatu yang terkena pancaran matahari, konstan menerima energi
radiasi. Secara tidak langsung ini berarti setiap benda yang terkena cahaya
matahari, akan menerima radiasi dari segala arah sepanjang masih terpanacar oleh
cahaya matahari. Jumlah energi radiasi yang diterima suatu permukaan dalam
interval waktu tertentu disebut dengan irradiation dan dilambangkan dengan G.
Ketika radiasi sampai ke permukaan, sebagian dari energi itu akan diserap,
sebagian lagi di transmisikan, dan sisanya di refleksikan [8]. Energi radiasi yang
di serap di sebut dengan absorbtivitas (α ), yang di transmisikan di sebut dengan
transimitas (τ) dan energi radiasi yang di pantulkan di sebut reflectivitas ( ).
Absorbvitas= α =
0 α 1
Transimitas=τ =
0 1
Reflektivitas= =
Gambar 2.4. Pola Absorbsi (Yunus A.Cengel.(2002)
Atmosfer bumi terdiri atas empat lapisan dari yang terdekat dari permukaan
bumi yaitu troposfer (0-10 km), stratosfer (10-30 km), mesosfer (30-50 km), dan
thermosfer (50-400 km) [7].
Radiasi yang sampai di lapisan thermosfer dilambangkan (Gon). Radiasi
yang diteruskan ke permukaan bumi dilambangkan (Gbeam/GD). Radiasi akibat
pemantulan dan pembiasan dilambangkan (Gd).
2.2.3. Rumusan Radiasi Surya
Matahari mempunyai diameter 1,39×109m. Bumi mengelilingi matahari
dengan lintasan berbentuk elips dan matahari berada pada salah satu
pusatnya. Jarak rata-rata matahari dari permukaan bumi adalah 1,49×1011m.
Karena lintasan bumi terhadap matahari berbentuk elips, maka jarak antara
bumi dan matahari adalah tidak konstan. Jarak terdekat adalah 1,47x1011m yang
terjadi pada tanggal 3 Januari, dan jarak terjauh pada tanggal 3 Juli dengan jarak
1,52x1011m. Perbedaan jarak ini hanya sekitar 3,3% dari jarak rata-rata.
Gambar 2.6. Hubungan antara Matahari Dan Bumi
(Ambarita,Himsar.2011)
Karena adanya perbedaan jarak ini, menyebabkan radiasi yang diterima
atmosfer bumi juga akan berbeda setiap hari.Radiasi ini biasanya disimbolkan
dengan Gon, pada hari ke- n yang dirumuskan oleh Jhon dan Beckmann [9]
2365 360 cos 033 , 0 1
m W n G
Gon sc
...(2.5)
Dimana:
sc
G =Konstanta surya (1367 W/m2)
n =Nilai yang diperoleh berdasarkan urutan hari yang akan diprediksi
Tabel 2.1. Urutan Hari Berdasarkan Bulan
Beberapa istilah yang biasanya dijumpai pada perhitungan radiasi adalah :
1. Air Mass(m)
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 zenith 600, m=2. Pada sudut zenit dari 00-700.
m =
θ ... (2.6)
2. Beam Radiation
Radiasi energi dari matahari yang tidak dibelokkan oleh atmosfer.
Istilah ini sering juga disebut radiasi langsung (direct solar
radiation).
3. Diffuse Radiation
Radiasi energi surya dari matahari yang telah dibelokkan oleh
atmosfer.
Bulan Nilai n pada hari yang ke - i
Januari I
Februari 31+i
Maret 59+i
April 90+i
Mei 120+i
Juni 151+i
Juli 181+i
Agustus 212+i
September 243+i
Oktober 273+i
November 304+i
4. Total Radiation
Adalah jumlahbeamdandiffuse radiation.
5. Irradiance(W/m2)
adalah laju energi radiasi yang diterima suatu permukaan persatuan
luas permukaan tersebut Solar irradiance biasanya disimbolkan
dengan G. Dalam bahasa Indonesia besaran ini biasanya disebut
dengan Intensitas radiasi.
6. Irradiation atau Radian Exposure(J/m2)
Jumlah energi radiasi (bukan laju) yang diterima suatu permukaan
dalam interval waktu tertentu. Besaran ini didapat dengan
mengintegralkan G pada interval waktu yang diinginkan, misalnya
untuk 1 hari biasa disimbolkan H dan untuk 1 jam biasa disimbolkan
I.
7. SolarTime atau Jam Matahari
Adalah waktu berdasarkan pergerakan semu matahari di langit pada
tempat tertentu. Jam matahari (disimbolkan ST) berbeda dengan
penunjukkan jam biasa (standard time, disimbolkan STD ).
Hubungannya adalah:
ST =STD ±4(Lst-Lloc)+E ... (2.7)
dimana :
STD = waktu lokal
Lst =standart meridianuntuk waktu lokal (o)
Lloc = derajat bujur untuk daerah yang dihitung (o) ; untuk bujur
timur, digunakan -4, untuk bujur barat digunakan +4
E = faktor persamaan waktu
Pada persamaan ini Lst standard meridian untuk waktu lokal. Lloc
adalah derajat bujur daerah yang sedang dihitung, jika daerah yang dihitung
ada pada bujur timur, maka gunakan tanda minus didepan angka 4 dan jika
bujur barat adalah tanda plus. E adalah equation of time, dalam satuan menit
dirumuskan oleh Spencer pada tahun 1971.[10]
E = 229,2(0,000075 + 0,001868cosB 0,032077sinB
dimana :
B = konstanta yang bergantung pada nilai n
E = faktor persamaan waktu
Dalam menentukan arah radiasi terdapat beberapa sudut yang harus
diketahui. Dapat dilihat pada gambar 2.8 beberapa sudut untuk mendefenisikan
[image:32.595.178.456.233.476.2]arah radiasi matahari.
Gambar 2.7. Sudut Sinar dan Posisi Sinar Matahari
(Ambarita,Himsar.2011)
Slope β adalah sudut antara permukaan yang dianalisis dengan
horizontal. Nilai 0 ≤ β ≤ 900. permukaan γ adalah sudut penyimpangan sinar
pada bidang proyeksi dimana 0o pada selatan dan positif ke barat. Sudut
penyinaran θ (angle accident) adalah sudut yang dibentuk sinar dan garis
normal dari suatu permukaan. Sudut zenith θz adalah sudut yang dibentuk
garis sinar terhadap garis zenith. Sudut ketinggian matahari αs(solar altitude
angel) adalah sudut antara sinar dengan permukaan. Sudut azimut matahari γs adalah sudut antara proyeksi matahari terhadap selatan, ke timur adalah negatif
Sudut lain yang sering digunakan dalam menentukan jumlah radiasi
yang dapat diterima oleh sebuah permukaan di bumi antara lain sudut deklinasi
δ , yaitu kemiringan sumbu matahari terhadap garis normalnya. Kemudian
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. Artinya tepat
pukul 12.00 siang, ω=0 , pukul 11.00 pagi ω=-150dan pukul 14.00, ω = 300.
Spencer (1971) mengajukan persamaan untuk menghitung sudut deklinasi
[10] :
δ= C1+ C2CosB + C3sinB + C4cos2B + C5sin2B + C6cos3B
+ C7sin3B ... (2.9)
dimana,
C1 = 0,006918 C5 = 0,000907
C2 = -0,399912 C6 = -0,002679
C3 = 0,070257 C7 = 0,00148
C4 = -0,006758
n = hari ke
δ = sudut deklinasi (rad)
B dihitung dengan menggunakan persamaan dan n adalah urutan hari pada
suatu tahun. Berdasarkan bulan yang diketahui ditampilkan pada Tabel 2.1.
Sudut zenith θz adalah sudut yang dibentuk garis sinar terhadap garis
zenith. Cosinus sudut zenith dapat dicari melalui persamaan berikut.
cosθz= cos φ cos δ cos ω + sin φ sin δ... (2.10)
Sudut jam matahari (ω) dihitung berdasarkan jam matahari. Definisi sudut
jam matahari adalah sudut pergeseran semu matahari dari garis siangnya.
Perhitungan berdasarkan jammatahari (ST), setiap berkurang 1 jam , ω berkurang
15o, setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 15o.[10]
ω = 15(STD –12) + (ST-STD) x ... (2.11)
dimana :
STD = waktu lokal
= sudut jam matahari (o)
Dengan estimasi langit cerah, fraksi radiasi matahari yang diteruskan dari
atmosfir ke permukaan bumi [10] adalah
τb= ao+ a1exp
θ ... (2.12)
dimana
ao = ro(0,4237 - 0,0082 (6–A)2)
a1 = r1(0,5055–0,00595 (6.5–A)2)
k = rk(0.2711–0.01858 (2.5–A)2)
A = ketinggian dari permukaan laut (km)
ro,r1,rk = faktor koreksi akibat iklim
Tabel 2.2. Faktor Koreksi Iklim
Iklim ro r1 rk
Tropical 0,95 0,98 1,02
Midatude summer 0,97 0,99 1,02
Subarctic Summer 0.99 0,99 1,01
Midatude Winter 1,03 1,01 1,00
Sumber: Duffie,J.A. and Beckman,W.A., 2006
Radiasibeamadalah radiasi yang langsung di transmisikan dari atmosphere
ke permukaan bumi. Adapun persamaan yang digunakan untuk mencari radiasi
beam [10]:
Gbeam= Gonτbcos θz...(2.13)
dimana :
Gon = radiasi yang diterima atmosfer (W/m2)
τb = faksi radiasi yang diteruskan ke bumi
cos θz = cosinus sudut zenith
Gbeam = radiasi yang ditransmisikan dari atmosphere ke permukaan bumi
(W/m2)
Radiasi diffuse adalah radiasi yang di pantulkan ke segala arah, dan
kemudian dimanfaatkan. Adapun persamaan yang digunakan untuk mencari
radiasidiffuse[10] adalah :
dimana :
Gon = radiasi yang diterima atmosfer (W/m2)
τb = faksi radiasi yang diteruskan ke bumi
cos θz = cosinus sudut zenith
Gdifuse = Radiasi yang dipantulkan ke segala arah dan kemudian dapat
dimanfaatkan.
Radiasi total adalah jumlah dari radiasibeamdan radiasidiffuseseperti pada
persamaan berikut [10] :
Gtotal= Gbeam+ Gdifuse... (2.15)
2.2.4. Hipotesis Pengaruh Kemiringan Kolektor
Radiasi pada permukaaan yang dimiringkan akan mempengaruhi besarnya
intensitas radiasi yang diterima oleh suatu permukaan. Radiasi yang diterima pada
permukaan yang dimiringkan merupakan gabungan dari radiasi beam, isotropic
diffuse dan radiasi yang didapat dari permukaan. Dalam Beckman [9], dijelaskan bahwa total energi radiasi yang diterima suatu permukaan yang dimiringkan dapat
dihitung dengan persamaan berikut:
I = I R + I + I ... (2.16)
Nilai Rbdapat dihitung dengan persamaan berikut:
= ( ) ( )
( ) = ... (2.17)
Untuk menghitung nilai Ib dan nilai Id, nilai Id/I harus diketahui dulu dengan
persamaan berikut:
Id/I = 1-0,249kT jika 0≤ kT0,35
Id/I = 1,557 - 1,84 kT jika 0,35 kT< 0,75
Id/I = 0,177 jika kT>0,75... (2.18)
Dengan dimiringkannya permukaan absorber, akan berpengaruh terhadap
durasi penyinaran. Suatu Pemanas Air Tenaga Surya dengan kolektor plat datar,
akan menerima radiasi surya saat matahari terbit dan akan berhenti menerima
radiasi surya saat terbenamnya matahari. Namun dengan memberi perlakuan
rentang waktu penerimaan radiasi matahari. Suatu PATS yang kolektornya
dimiringkan 400 kearah timur akan memiliki perbedaan dengan PATS yang
kolektornya tidak dimiringkan terhadap permukaan datar. Perbedaannya adalah
pada rentang waktu penerimaan radiasi dari kolektor dalam PATS. Kolektor yang
dimiringkan 400 ke arah timur akan menerima radiasi surya saat matahari terbit
sama dengan kolektor yang sejajar bidang datar. Namun radiasi surya yang
diterima kolektor dengan kemiringan 400 akan berlangsung dalam rentang waktu
yang lebih pendek dibanding kolektor sejajar bidang datar. Hal ini disebabkan
oleh, pada kolektor bidang datar saat matahari sesaat akan terbenam, kolektor
tersebut masih menerima radiasi surya. Berbeda bila kolektor dimiringkan 400
kearah timur yang membuat saat matahari berada disisi barat namun belum
terbenam, kolektor tidak akan menerima radiasi surya lagi karena telah tertutup
sisi luar kolektor itu sendiri. Dengan kata lain, kolektor sejajar horizontal
menerima radiasi lebih lama dibanding dengan kolektor yang dimiringkan. Rasio
radiasi matahari yang diterima kolektor yang dimiringkan dengan kolektor yang
sejajar bidang datar dapat di lihat dalam persamaan berikut:
= = + + ... (2.19)
2.2.5. Analisa Pengaruh Kemiringan Kolektor Terhadap Kerja PATS
Pemilihan pengaplikasian besar sudut kolektor sangat berpengaruh
terhadap performansi PATS. Pemilihan sudut yang salah akan berakibat langsung
terhadap kemampuan optimum pemanasan air di tangki penampungan. Kolektor
yang terlalu dimiringkan akan berpengaruh terhadap durasi kolektor dalam
menerima radiasi matahari. Namun apabila kolektor tidak dimiringkan atau
dengan kata lain sejajar bidang datar, walaupun kondisi ini baik terhadap durasi
dan kemampuan penyerapan radiasi surya, namun akan kesulitan dalam siklus
sirkulasi fluida kerja di pipa panas dalam menghantarkan panas ke air di dalam
tangki. Semakin besar kemiringan kolektor terhadap bidang datar akan
mempengaruhi kerja siklus perpindahan panas dalam memanaskan air didalam
Menurut Beckman [9] kemiringan terbaik untuk kolektor adalah berkisar
antara 300, 450 dan 600. Hal ini dihitung berdasar pengaruh incidence angle
modifier (Kτα)yang dapat dihitung dengan persamaan berikut [9]:
1 1 ... (2.20)
... (2.21)
Dimana: = koefisien sudut pengubah
= panas yang hilang
Nilai koefisien pengubah dimasukkan dalam persamaan 2.20 untuk mendapatkan
besar energi radiasi surya yang di serap oleh kolektor.
Berikut grafik koefisien sudut pengubah terhadap dan (1/ 1
Gambar 2.8. Pengaruh koefisien sudut pengubah terhadap kemiringan bidang datar
untuk kolektor dengan pelindung (a) kaca satu lapis, (b) kaca dua lapis dan
[image:37.595.161.461.377.676.2]2.3. Pemanfaatan Energi Surya
Dalam era ini, penggunaan sumber daya alam yang tidak dapat
diperbaharui semakin meningkat seiring dengan meningkatnya populasi manusia,
kemajuan teknologi dan lain-lain. Namun hal ini berbanding terbalik dengan
ketersediaan sumber daya alam tersebut. Sehingga para ilmuwan telah mencoba
mengembangkan potensi sumber daya alam yang dapat diperbarui contohnya air,
angin dan energi surya. Pada dasarnya terdapat 2 macam pemanfaatan energi
surya yaitu :
1. Pemanfaatan Fotovoltaic
Fotovoltaik (PV) adalah sektor teknologi dan penelitian yang berhubungan
dengan aplikasi panel surya untuk energi dengan mengubah sinar matahari
menjadi listrik. Karena permintaan yang terus meningkat terhadap sumber
energi bersih, pembuatan panel surya dan kumpulan fotovoltaik telah
meluas secara dramatis dalam beberapa tahun belakangan ini. Produksi
fotovoltaik telah berlipat setiap dua tahun, meningkat rata-rata 48 persen
tiap tahun sejak 2002, menjadikannya teknologi energi dengan
pertumbuhan tercepat di dunia. Pada akhir 2007, menurut data awal,
produksi global mencapai 12.400 megawatt. Secara kasar, 90% dari
kapasitas generator ini meliputi sistem listrik terikat. Pemasangan seperti
ini dilakukan di atas tanah (dan kadang-kadang digabungkan dengan
pertanian dan penggarapan) atau dibangun di atap atau dinding bangunan,
dikenal sebagaiBuilding Integrated Photovoltaicatau BIPV [11].
2. Pemanfaatan Termal
Terdapat 9 pemanfaatan termal terbesar yang sudah dilakukan dan
diterapkan di beberapa negara yaitu:
Solar Water Heater(Pemanas air dengan Energi Surya)
Alat yang digunakan untuk memanaskan air dengan menggunakan
energi surya. Prinsip kerjanya adalah dengan menangkap panas
matahari melalui plat absorber dan selanjutnya panas matahari
Gambar 2.9.Solar Water Heater
(www://pacemen.com/2011/11/09/solar-water-heater-till-today/)
Keterangan gambar 2.9:
1. Absorber
Fungsinya sebagai pengumpul panas yang diteruskan ke tabung air.
2. Tabung air
Fungsinya untuk menampung air yang akan dipanasi oleh absorber
dengan perpindahan panas secara konduksi.
JenisSolar Water Heaterdibedakan menjadi 2 bagian, yaitu:
1. 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.
Sistem aktif ini juga dibagi menjadi dua jenis yaitu:
a) Direct Circulation System(Sistem Sirkulasi Langsung)
b) Indirect Circulation System(Sistem Sirkulasi Tidak Langsung) 2. Sistem Pasif
Sistem pasif tidak menggunakan energi tambahan dari pompa
mel-ainkan bergantung pada proses alam untuk mengedarkan air yaitu
tahan lama dan tergolong lebih murah, sistem pasif ini cukup baik
dalam proses menyediakan air panas dengan sinar matahari.
Kompor Surya (Memasak dengan Energi Surya)
Kompor Surya adalah alat yang hanya menggunakan energi surya
untuk memasak. Perkembangan penggunaan Kompor Surya ini telah
meluas terutama di negara India yang memiliki radiasi matahari
rata-rata 600 W/m2(Buddhi S.Dharma : 2010). Kompor Surya dapat
digunakan memasak secara langsung maupun tidak langsung. Untuk
memasak secara tidak langsung, diperlukan thermal storage yang
menyimpan panas selama siang hari untuk dipakai memasak pada
malam hari. Kompor Surya juga memiliki berbagai bentuk tipe, yaitu:
1) Kompor surya tipe kotak
2) Kompor surya tipe Panel
3) Kompor surya tipe ketel
4) Kompor surya tipe parabola
5) Kompor surya tipeScheffler
6) Kompor surya tipe indirect
Gambar 2.10. Kompor surya
(http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cooker)
Keterangan gambar 2.10 :
Fungsinya untuk memancarkan sinar matahari ke pusat vessel yang
bertujuan untuk memanaskan vessel.
2.Vessel
Fungsinya sebagai wadah untuk menampung makanan.
Berdasarkan studi literatur yang dilakukan, telah banyak peneliti yang
melakukan penelitian tentang pemasak surya. Pemasak surya yang diteliti dapat
dibagi atas pemasak dengan penyimpan panas dan tanpa penyimpan panas [1].
Yang dimaksud penyimpan panas (thermal storage) adalah material yang
berfungsi menyimpan energi surya dan akan digunakan pada saat diperlukan.
Material yang biasa digunakan adalah jenis phase change material (PCM). PCM
termasuk material penyimpan panas latent. PCM ini menggunakan ikatan kimia
untuk menyimpan dan melepas panas. Perpindahan panas ini terjadi ketika terjadi
perubahan fasa pada PCM. Cara kerja PCM ini adalah temperatur dari PCM akan
meningkat ketika PCM menyerap panas. Ketika PCM mencapai temperatur
dimana PCM akan berubah fasa (titik leleh), PCM akan menyerap panas yang
cukup besar tanpa bertambah temperaturnya. Temperatur akan konstan sampai
proses pelelehan berakhir. Panas yang diserap selama perubahan fasa inilah yang
disebut dengan panas laten. Banyak jenis PCM yang tersedia sesuai yang
diinginkan. Range temperatur yang tersedia berkisar antara 0-150 OC biasanya
digunakan untuk aplikasi energi solar. Banyak jenis PCM yang tersedia sesuai
yang diinginkan. Range temperatur yang tersedia berkisar antara 0-150 OC
biasanya digunakan untuk aplikasi energisolar.Berikut ini jenis PCM yang sering
digunakan yaitu:
1. PCM Organik
Lebih jauh, material organik diklasifikasikan menjadi 2 yaitu material
paraffin dan non paraffin.
2. PCM non-Organik
Lebih jauh, material non-organik diklasifikasikan menjadi 2 yaitu material
Solar Driers( Pengering dengan Energi Surya)
Pada negara-negara berkembang, produk-produk pertanian dan
perkebunan sering dikeringkan mengunakan tenaga matahari. Konsep
inilah yang digunakan sebagai acuan untuk menciptakan solar driers.
Cara kerjanya adalah udara yang masuk ke dalam kolektor akan
dipanaskan oleh energi surya, udara yang telah panas kemudian masuk
ke dalam kotak pengering, kotak pengering inilah yang diisi
produk-produk pertanian yang akan dikeringkan. Gambar 2.11 menunjukkan
[image:42.595.206.419.278.544.2]bagian-bagian utamasolar driers.
Gambar 2.11.Solar Driers
(Sumber: www.climatetechwiki.org)
Solar Arsitektur
Solar arsitektur adalah desain arsitektur yang memanfaatkan energi
surya untuk mensirkulasi udara pada ruangan sehingga menghasilkan
temperatur ruangan yang nyaman. Dalam bidang arsitektur,
pemanfaatan energi surya telah dikembangkan. Pemanfaatan dalam
Gambar 2.12. Solar Arsitektur
(www.inhabitat.com/solar-wind-Pavilion/)
Solar Air-Conditioning
Solar Air-Conditioning merupakan alat yang memanfaatkan energi surya untuk mendinginkan ruangan. Prinsip kerjanya adalah dengan
menggunakan kolektor surya untuk menyerap panas. Panas yang
diserap kemudian diubah menjadi temperatur dingin dengan bantuan
Auxiliary Heat yang memanfaatkan refrigeran. Pemanfaatan energi
solar untuk air conditioning sudah diterapkan. Karena tercatat kebutuhan listrik gedung-gedung komersial yang paling tinggi ada
pada sistem pendinginan. Oleh karena itu, solar air conditioning
menjadi alternatif untuk mengurangi pemakaian bahan bakar minyak
dalam memproduksi listrik.
Gambar 2.13. Sistem Pendingin dengan Energi Surya
Solar Chimney
Solar Chimney digunakan untuk ventilasi pada gedung-gedung besar. Sirkulasi udara menjadi baik dan ruangan menjadi tidak terlalu panas.
Biasanya juga digunakan untuk menghasilkan listrik. Cara kerjanya
adalah udara dipanaskan oleh energi surya. Udara yang panas akan
cenderung bergerak ke atas dan keluar melalui cerobong. Pada
cerobong biasanya dipasang turbin. Udara yang bergerak ke atas akan
mengerakkan turbin, sehingga menghasilkan listrik. Gambar 2.14
menunjukkan bagian-bagian utamasolar chimney.
Gambar 2.14.Solar Chimney
(www://freenewsupdate.blogspot.com/2010/04/solar-updraft-dan
concentracing-solar.html)
Keterangan gambar:
1. Turbin
2. Kolektor
3. Tower/Cerobong
Solar Destilasi
Digunakan untuk memurnikan air garam atau memisahkan air dengan
garam. Prinsip kerjanya adalah dengan menguapkan air garam yang
dibawah laut dengan panas matahari yang dikumpulkan melalui
kolektor selanjutnya air garam melalui penguapan akan terpisah
dengan garam sehingga dihasilkan air murni.
Berikut cara kerja dari Solar Destilasi:
Radiasi surya menembus kaca penutup dan mengenai permukaan dari
plat penyerap akan memanasi air laut yang ada didalam kolam (basin).
Air akan menguap dan berkumpul dibawah permukaan kaca penutup.
Oleh karena temperatur udara di dalam basin lebih tinggi dari pada
temperatur lingkungan, maka terjadi kondensasi yaitu uap berubah
menjadi cair dan melekat pada kaca penutup bagian dalam. Cairan (air
bersih) akan mengalir mengikuti kemiringan kaca penutup dan masuk
kedalam kanal, terus mengalir ke tempat penampungan air bersih.
Sedangkan garam akan tinggal diatas plat penyerap karena adanya
perbedaan massa jenis.
Gambar 2.15.SolarDestilasi
(benjimester.hubpages.com)
Solar Powerplant
Solar Powerplant adalah alat yang memanfaatkan energi surya untuk menghasilkan listrik. Aplikasi ini merupakan salah satu Pembangkit
tenaga energi surya.Prinsip kerjanya adalah memanfaatkan luasan dari
reflektor untuk memancarkan panas yang selanjutnya diteruskan ke
kolektor , panas dari kolektor diubah menjadi tenaga listrik melalui
pembangkit. Pembangkit tenaga listrik energi surya ini biasanya
Gambar 2.16.Solar Power Plant
(Sumber : www.solar-panels-cost.net)
2.4. Kalor (Q)
Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat mengakibatkan
perubahan suhu. Pada abad ke 19 berkembang teori bahwa kalor merupakan fluida
ringan yang dapat mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah, jika suatu benda
mengandung banyak kalor, maka suhu benda itu tinggi (panas). Sebaliknya, jika
benda itu mengandung sedikit kalor, maka dikatakan benda itu bersuhu rendah
(dingin). Kuantitas energi kalor (Q) dihitung dalam satuan joules (J). Laju aliran
kalor dihitung dalam satuan joule per detik (J/s) atau watt (W). Laju aliran energi
ini juga disebut daya, yaitu laju dalam melakukan usaha.
2.4.1. Kalor Laten
Suatu bahan biasanya mengalami perubahan temperatur bila terjadi
perpindahan kalor antara bahan dengan lingkungannya. Pada suatu situasi
tertentu, aliran kalor ini tidak merubah temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan
mengalami perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair, cair menjadi uap dan
perubahan struktur kristal (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor
transformasi. Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m
adalah
QL=Lem... (2.22)
Dimana :
Le = Kapasitas kalor spesifik laten (J/kg)
M = Massa zat (kg)
2.4.2. Kalor Sensibel
Tingkat panas atau intensitas panas dapat diukur ketika panas tersebut
merubah temperatur dari suatu substansi. Perubahan intensitas panas dapat diukur
dengan termometer. Ketika perubahan temperatur didapatkan, maka dapat
diketahui bahwa intensitas panas telah berubah dan disebut sebagai kalor sensibel.
Dengan kata lain, kalor sensibel adalah kalor yang diberikan atau yang dilepaskan
oleh suatu jenis fluida sehingga temperaturnya naik atau turun tanpa
menyebabkan perubahan fasa fluida tersebut.
Qs= m Cp∆T...(2.23)
Dimana:
Qs =Kalor sensibel (J)
Cp = Kapasitas kalor spesifik sensibel (J/kg.K)
∆T = Beda temperatur (K)
2.4.3. Pemanfaatan Panas Laten Pada Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Panas yang di absorbsi kolektor pada suatu keadaan tertentu akan
mengubah fasa dari refrigeran yang dipanaskan. Dengan di vakumnya refrigeran,
maka tingkat titik didih akan menurun, dan dengan memanfaatkan panas yang
ada, refrigeran akan berubah fasa. Hal ini membuat jumlah kalor yang dapat di
transfer dari refrigeran ke air dalam tangki reservoir akan semakin besar. Hal ini
dapat di lihat pada besaran koefesien latent heat pada kondisi vakum, jumlah
energi kalor yang dihasilkan menjadi lebih besar. Kalor ini lah yang akan di
transfer ke dalam air di tangki reservoir.
2.5. Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Pemanas air tenaga surya (PATS) merupakan produk teknologi yang
memanfaatkan energi thermal surya yang cukup popular dan banyak digunakan,
terutama di hotel, villa peristirahatan hingga perumahan. Seiring dengan itu, mulai
di masyarakat. Untuk perlindungan terhadap konsumen, telah dikeluarkan Standar
Nasional Indonesia (SNI) untuk produk ini, berupa uji mutu sistem PATS yang
diharapkan memberikan gambaran pada masyarakat akan mutu PATS yang
dipasarkan.
Kualitas unit PATS bergantung pada keandalan fisik dan kemampuan
thermal system seperti kemampuan menyerap panas, kemampuan menyimpan
panas, komponen kolektor thermal surya, komponen tangki air, rendahnya
rugi-rugi panas kedua komponen tersebut dan kemampuan responsif pemanas
tambahan. Sifat-sifat yang dimiliki bahan yang dipakai sebagai komponen PATS
sangat mempengaruhi kinerja dari PATS, oleh karena itu material yang dipilih
haruslah tepat agar dapat menangkap panas dan mencegah panas keluar ke
lingkungan, menyerap panas secara maksimal, menjaga suhu air agar tetap
panas, dan meningkatkan efisiensi dari PATS.
Kaca penutup berfungsi untuk meneruskan radiasi surya dan mencegah
panas yang keluar dari kolektor ke lingkungan pada bagian atas. Berdasarkan
fungsi tersebut maka kaca penutup harus mempunyai sifat berikut ini:
Transmisivitas tinggi( )
Absorsivitas rendah( )
Refleksivitas rendah( )
Tahan panas
Plat absorber berfungsi untuk menyerap radiasi surya dan
mengkonversikannya menjadi panas. Kemudian energi matahari yang dapat
diserap dan dipindahkan ke pipa nantinya akan semakin besar. Kemudian energi
dialirkan melalui fluida kerja air yang terdapat didalam pipa secara konveksi.
Kemudian air yang berada dalam pipa mengalirkan energike air yang berada pada
tangki air. Dengan mengacu fungsinya sebagai absorber, maka dipilih sifat bahan
antara lain:
Absorsivitas tinggi( )
Emisifitas panas rendah( )
Kapasitas panas kecil (Cp)
Refleksi rendah ( )
Tahan panas dan tahan korosi
Bahan-bahan yang biasa dipakai untuk plat penyerap panas yaitu:
aluminium, tembaga, kuningan, dan baja. Sesuai dengan pertimbangan diatas pada
alat pemanas tenaga surya ini bahan yang digunakan sebagai plat absorber adalah
tembaga dan permukaannya dilakukan pelapisan dengan cat hitam kusam (dof),
agar jangan terjadi korosi dan mempunyai absorbsivitas maksimum.
Isolator berfungsi untuk memperkeil panas yang hilang dari kolektor ke
lingkungan pada bagian belakang dan samping kolektor. Jika isolasi pada kolektor
bagus,maka air yang terdapat di dalam tangki suhunya akan terjaga dengan baik,
artinya dengan adanya isolasi ini laju pindahan panas dari tangki ke lingkungan
dapat diminimalisir. Pada isolasi terjadi pindahan panas secara konduksi sehingga
kehilangan panas dipengaruhi oleh sifat-sifat bahan, sehingga isolasi yang
digunakan harus memiliki sifat-sifat berikut:
Konduktifitas termal bahan (k) kecil
Mudah dibentuk dan praktis
Mudah diperoleh
Tahan panas dan tahan lama
Dalam hal ini Rockwool mempunyai tingkat isolasi yang sangat baik.
Berikut di jelaskan beberapa keunggulan rockwool menurut Kamstrup [12].
Tidak tergolong benda berbahaya
Mempunyai tingkat insulasi yang sangat baik
Mampu menahan pemanasan sampai suhu 820oC
Mempunyai densitas yang besar
Tidak Korosif, tidak bersifat karsinogen, mutagenic dan toxic
Tidak mudah rusak selama pemasangan
Memiliki tingkat durabilitas yang baik
Tingkatheat lossyang rendah ( sekitar 5%)
Dengan sifat insulasi yang baik, dapat dihindari kebocoran panas, sehingga
PATS ini di insulasi di daerah sekitar pelat absorber, dinding reservoir air dan
[image:50.595.143.492.177.443.2]seluruh daerah yang memungkinkan terjadinya kehilangan panas.
Gambar 2.17 menunjukkan alat pemanas air tenaga surya yang digunakan
dalam penelitian ini.
Gambar 2.17. Alat Pemanas Air Tenaga Surya
2.5.1. Cara Kerja Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Gambar 2.17 menunjukkan sebuah alat pemanas air tenaga surya dengan
media pemanas air. Dengan didasari oleh teori efek rumah kaca, maka efektifitas
pengumpulan panas bisa ditingkatkan. Sehingga energi panas yang dipancarkan
oleh matahari diserap dan dikumpulkan untuk ditingkatkan temperaturnya oleh
kolektor. Panas tersebut dialirkan terhadap pipa tembaga (1-2) yang berisi air,
kemudian air akan menjadi panas. Akibatnya air berubah wujud dari cair menjadi
gas dan massa jenis di titik 2 lebih kecil dari massa jenis di titik 1, sehingga air
cenderung bergerak dari titik 1 ke titik 2. Air di titik 2 akan terdorong menuju
titik 3 sambil melepaskan panas ke air yang ada pada tangki air. Pelepasan panas
ini membuat air berubah wujud dari gas menjadi cair, dan suhunya akan turun.
Pergerakan air ini meyebabkan terjadinya sirkulasi alamiah yang disebabkan efek
termosipon dimana air yang suhunya lebih tinggi massa jenisnya lebih rendah dan
cenderung bergerak kesebelah atas. Posisinya akan digantikan air lain yang lebih
dingin.
2.5.2. Energi yang sampai pada Kolektor Pemanas Air Tenaga Surya
Untuk menghitung energi yang sampai pada kolektor atau energi yang
berguna untuk kolektor alat pemanas air tenaga surya terlebih dahulu perlu
diketahui bagaimana proses distribusi energi matahari yang dialami oleh kolektor
itu sendiri. Ilustrasi panas yang diserap oleh absorber alat pemanas air tenaga
surya menurut Soteris [13] dapat di lihat pada Gambar 2.18.
Gambar 2.18. Ilustrasi panas yang diserap oleh absorber
Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Pada Gambar 2.18 dapat dilihat bahwa panas matahari (Q incident) sebagian
dipantulkan ke atmosfir dan sebagian lagi diserap oleh kolektor. Panas yang
diserap oleh kolektor (Qabs) inilah yang akan digunakan untuk memanaskan
refrigeran.
Gambar 2.19. Ilustrasi pengaruh arah sudut sumber energi terhadap besaran energi yang diterima
Qincident
Qref
Q Pelat
absorber
Menurut Incropera [14] besaran energi radiasi yang diterima alat pemanas
air tenaga surya di pengaruhi oleh sudut datangnya energi panas matahari seperti
gambar 2.19. Energi radiasi yang sampai ke permukaan bumi akan diserap oleh
kolektor yang digunakan untuk memanaskan air pada alat pemanas air tenaga
surya. Jumlah energi radiasi per satuan luas yang diterima kolektor selama proses
penelitian disebut Qincident.
Menurut Mehmet Esent [15], besarnya Qincident dapat dihitung dengan
menggunakan rumus di bawah ini:
2
1
Idt A
Qincident ... (2.24)
Dimana:
A = luas penampang dari pelat absorber (m2)
I = intensitas cahaya matahari (W/m2)
Sedangkan panas yang diserap oleh absorber dapat ditentukan dengan
menggunakan rumus sebagai berikut:
incident
