• Tidak ada hasil yang ditemukan

Rancang Bangun Prototipe Alat Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Pipa Panas

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2016

Membagikan "Rancang Bangun Prototipe Alat Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Pipa Panas"

Copied!
98
0
0

Teks penuh

(1)

RANCANG BANGUN PROTOTIPE ALAT PEMANAS AIR

TENAGA SURYA SISTEM PIPA PANAS

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ANDRE J D MANURUNG NIM. 110421054

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa sebab kasih dan anugrah yang melimpah sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi ini dengan judul Rancang Bangun Prototipe Alat Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Pipa Panas. Skripsi ini disusun dan diselesaikan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa, nasihat dan bantuan baik materil, maupun moril dari berbagai pihak akhirnya skripsi ini dapat diselesaikan.

Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banya terimakasih kepada:

1. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

2. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST., MT., selaku dosen pembimbimg yang telah meluangkan waktunya dalam memberikan arahan dan masukan dalam penyelesaian skripsi ini.

3. Bapak Ir. Tekad Sitepu, sebagai Dosen Pembanding I dan Bapak Ir. Syahrul Abda,Msc, sebagai Pembanding II yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.

4. Para staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.

5. Orang Tua penulis Jamuddin Manurung dan Liberta Manullang yang senantiasa mendukung penulis dalam daya, dana dan doa.

(10)

7. Seluruh rekan mahasiswa ekstensi angkatan 2011 yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

8. Dan yang terakhir sekali kepada seluruh rekan, teman dan sahabat yang tak dapat disebut satu per satu yang terus mendukung dan memberikan semangat dalam suka dan duka kepada penulis sehingga penulis dapat terus berjuang menyelesaikan skripsi ini.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk perbaikan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan banyak terima kasih.

Medan, November 2014 Penulis,

(11)

Abstrak

Energi surya yang sampai ke permukaan bumi, dapat dikumpulkan dan diubah menjadi energy panas yang berguna melalui bantuan suatu alat yang disebut kolektor surya. Kolektor termal surya merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menyerap energy surya, yang kemudian mengubah energy surya menjadi energy termal, dan mentransfer energy 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-rumah. Air panas dibutuhkan oleh masyarakat luas, misalnya untuk air mandi atau pun mencuci barang yang berlemak dimana lebih mudah melarutkannya dalam sabun dengan menggunakan air hangat dibandingkan dengan air dingin. Pada umumnya air panas diperoleh dengan cara memasak air dengan menggunakan bahan bakar. Perlu diketahui penggunaan bahan bakar, yang umumnya adalah bahan bakar fosil akan menimbulkan polusi udara, yaitu terbentuknya CO, CO2 dan lain-lain. Alat yang dirancang adalah kolektor surya dengan ukuran 1,16 m x 0,80 m x 0,21 m. Kolektor surya terdiri dari lapisan kayu (Triplek), sterofoam dan rockwoll sebagai isolator, plat alumunium sebagai penyerap panas dan kaca sebagai penutup. Selain kolektor, dirancang juga ruang penampungan sebagai tempat pemanas air dengan ukuran 0,80 m x 0,45 m x 0,23 m dengan volume tampungan 5 liter. Pengujian dilakukan selama 5 (lima) hari pada kondisi cuaca cerah.

(12)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GRAFIK ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1.Latar Belakang ... 1

1.2.Perumusan Masalah ... 3

1.3.Tujuan ... 3

1.4.Manfaat ... 3

1.5.Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1Energi . ... 5

1.Energi Mekanis ... 5

2.Energi Elektromagnetik ... 5

3.Energi Kimia ... 6

4.Energi Nuklir ... 6

5.Energi Surya... 7

2.1 Radiasi Energi Surya... 7

2.3 Perpindahan Panas ... 9

1.Konduksi ... 9

2.Konveksi ... 10

3.Radiasi... 13

2.4 Perkembangan Teknologi Pemanas Air ... 19

2.5 Alat Pemanas Air Tenaga Surya ... 22

2.6 Cara Kerja Alat Pemanas Air Tenaga Surya... 23

(13)

2.8 Energi Berguna yang Diberikan Kolektor ke Air ... 25

2.9Efisiensi dari Kolektor ... 26

2.10 Sifat Refrigeran R-718 ... 26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 27

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ... 27

3.2. Metode Desain ... 27

3.3. Perancangan Alat ... 27

3.4 Alat dan Bahan Pengujian yang Digunakan ... 29

3.5 Metode Pengumpulan Data ... 38

BAB IV RANCANG BANGUN DAN HASIL DATA ... 39

4.1. Desain Alat ... 39

1. Desain Rangka ... 39

2. Desain Kolektor ... 39

4.2. Analisa Intensitas Radiasi matahari ... 39

4.3. Analisa radiasi Hitungan Teoritis ... 50

4.4. Energi Hilang pada Kolektor ... 53

1. Energi Hilang Melalui Dinding dan Alas Kolektor ... 53

2. Energi Hilang Melalui Permukaan Kaca ... 60

3. Energi Hilang Radiasi Kolektor ... 61

4. Energi Berguna yang Diberikan Kolektor Ke air ... 62

5. Efisiensi Kolektor ... 62

6. Massa Refrigeran Perpipa Sirkulasi ... 64

4.5. Hasil Pengujian dan Grafik ... 65

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 77

5.1. Kesimpulan ... 77

5.2. Saran ... 77

(14)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Hubungan antara matahari dan bumi ... 8

Gambar 2.2 Alat Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Pipa-Panas ... 23

Gambar 2.3 Alat Pemanas Air Sistem Thermosiphon ... 23

Gambar 2.4 Ilustrasi Panas yang Diserap oleh Absorber Alat Pemanas Tenaga Surya ... 25

Gambar 3.1 Laptop ... 29

Gambar 3.2 Agilient 34972 A ... 30

Gambar 3.3 Hobo Microstation data logger ... 31

Gambar 3.4 Wind Velocity Sensor... 32

Gambar 3.5 Ambient Measurement Apparatus ... 33

Gambar 3.6 T and RH Smart Sensor ... 34

Gambar 3.7 Pressure Gauge ... 35

Gambar 3.8 Pompa Vacum ... 36

Gambar 3.9 Triplek ... 36

Gambar 3.10 Rockwool ... 37

Gambar 3.11 Kaca ... 37

Gambar 3.12 Pelat Aluminium ... 38

Gambar 4.1 Desain Rangka ... 39

(15)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Urutan Hari Berdasarkan Bulan ... 8

Tabel 2.2 Faktor koreksi iklim ... 17

Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer ... 31

Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor ... 32

Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus ... 33

Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor ... 34

Tabel 4.1 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 11 Juni 2014 .... 40

Tabel 4.2 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 12 Juni 2014... 42

Tabel 4.3 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 13 Juni 2014... 44

Tabel 4.4 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 14 Juni 2014... 46

Tabel 4.5 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 16 Juni 2014... 48

Tabel 4.6 Radiasi total tanggal 11 juni ... 53

Tabel 4.7 Data Hasil Pengujian Pada tanggal 11 Juni 2014 ... 65

Tabel 4.8 Data Hasil Pengujian Pada tanggal 12 Juni 2014 ... 68

Tabel 4.9 Data Hasil Pengujian Pada tanggal 13 Juni 2014 ... 69

Tabel 4.10 Data Hasil Pengujian Pada tanggal 14 Juni 2014 ... 70

(16)

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 11 Juni 2014 ... 41

Grafik 4.2 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 12 Juni 2014 ... 43

Grafik 4.3 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 13 Juni 2014 ... 45

Grafik 4.4 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 14 Juni 2014 ... 47

Grafik 4.5 Grafik Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 16 Juni 2014 ... 49

Grafik 4.6 Grafik temperatur vs waktu tanggal 11 juni 2014 ... 67

Grafik 4.7 Grafik temperatur vs waktu tanggal 12 juni 2014 ... 69

Grafik 4.8 Grafik temperatur vs waktu tanggal 13 juni 2014 ... 71

Grafik 4.9 Grafik temperatur vs waktu tanggal 14 juni 2014 ... 73

(17)

Abstrak

Energi surya yang sampai ke permukaan bumi, dapat dikumpulkan dan diubah menjadi energy panas yang berguna melalui bantuan suatu alat yang disebut kolektor surya. Kolektor termal surya merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menyerap energy surya, yang kemudian mengubah energy surya menjadi energy termal, dan mentransfer energy 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-rumah. Air panas dibutuhkan oleh masyarakat luas, misalnya untuk air mandi atau pun mencuci barang yang berlemak dimana lebih mudah melarutkannya dalam sabun dengan menggunakan air hangat dibandingkan dengan air dingin. Pada umumnya air panas diperoleh dengan cara memasak air dengan menggunakan bahan bakar. Perlu diketahui penggunaan bahan bakar, yang umumnya adalah bahan bakar fosil akan menimbulkan polusi udara, yaitu terbentuknya CO, CO2 dan lain-lain. Alat yang dirancang adalah kolektor surya dengan ukuran 1,16 m x 0,80 m x 0,21 m. Kolektor surya terdiri dari lapisan kayu (Triplek), sterofoam dan rockwoll sebagai isolator, plat alumunium sebagai penyerap panas dan kaca sebagai penutup. Selain kolektor, dirancang juga ruang penampungan sebagai tempat pemanas air dengan ukuran 0,80 m x 0,45 m x 0,23 m dengan volume tampungan 5 liter. Pengujian dilakukan selama 5 (lima) hari pada kondisi cuaca cerah.

(18)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi semakin meningkat dengan adanya kemajuan teknologi. Sumber energi yang sangat banyak dipakai sampai saat ini adalah sumber energi yang tidak dapat diperbaharui seperti minyak bumi, batu bara, dan gas bumi. Karena kebutuhan energi meningkat maka usaha manusia untuk mengeksploitasi sumber energi di atas turut meningkat. Mengingat terbatasnya persediaan sumber energi tersebut, manusia mulai memanfaatkan energi lain seperti energi surya, energi gelombang, energi angin, energi pasang surut, dll

Indonesia yang terletak di daerah tropis sebenarnya memiliki keuntungan cukup besar menerima sinar matahari yang berkesinambungan sepanjang tahun. Meskipun demikian, energi tersebut dibiarkan terbuang tercuma begitu saja.Tidak seperti halnya negara maju, yang giat meneliti pemanfaatan energi tersebut untuk kepentingan manusia, misalnya pemakaian sel fotovoltaik yang menghasilkan energi listrik yang dapat digunakan untuk penggerak mobil, satelit, hubungan komunikasi ataupun disimpan di dalam baterai.

Sekitar setengah energi matahari masuk mencapai permukaan bumi. Bumi menerima 174 peta watt (PW) radiasi matahari masuk di bagian atas atmosfer. Sekitar 30% tercermin kembali ke ruang sementara sisanya diserap oleh awan, samudra, dan tanah. Total energi matahari yang diserap oleh awan, samudra, dan tanah adalah sekitar 3,850,000 exa joules (EJ) per tahun. Jumlah energi surya mencapai permukaan bumi begitu luas. Bila dibandingkan, energi surya dua kali lebih banyak daripada semua sumber non-terbarukan seperti batu bara, minyak, gas alam, dll.

(19)

Energi surya yang sampai ke permukaan bumi, dapat dikumpulkan dan dahulu pada suatu unit penyimpanan panas. Dalam aplikasinya kolektor termal surya banyak digunakan sebagai alat pemanas air pada rumah-rumah.

Air panas dibutuhkan oleh masyarakat luas, misalnya untuk air mandi ataupun mencuci barang yang berlemak dimana lebih mudah melarutkannya dalam sabun dengan menggunakan air hangat dibandingkan dengan air dingin. Pada umumnya air panas diperoleh dengan cara memasak air dengan menggunakan bahan bakar. Perlu diketahui penggunaan bahan bakar, yang 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.

Sejauh ini, salah satu pemanfaatan energi surya terbesar yaitu untuk pemanas air. Pemanas air dengan menggunakan tenaga surya atau lebih dikenal dengan sebutan Solar Water Heater (SWH) efisiensinya terus dikembangkan. Pada tahun 2007, penggunaan air panas dunia mencapai 154 GW. Cina merupakan negara terbesar penggunaan air panas sebesar 70 GW pada tahun 2006 dan berencana mencapai 210 GW pada tahun 2020.

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 menggunaan peralatan penyerap energi matahari untuk memanaskan air.

Menurut Juni Handoko (2007) menyatakan berdasarkan protocol montreal (atas prakarsa perserikatan bangsa – bangsa) tahun 1987 dan telah diratifikasi oleh lebih dari 170 negara, disepakati bahwa refrigeran yang mengandung CFC

(20)

akan merusak ozon dan membahayakan kelangsungan hidup mahluk hidup. Salah satu Refrigeran yang tidak mengandung CFC adalah R718. Oleh karena alasan itu jugalah maka pada rancang bangun ini saya menggunakan R718.

1.2 Perumusan Masalah

Alat pemanas air tenaga surya ada beberapa jenisnya, yaitu ada yang menggunakan fluida sekunder sebagai pemanas seperti refrigeran dan ada tanpa menggunakan fluida sekunder dimana air yang akan dipanaskan langsung dipanaskan oleh kolektor.Pada rancang bangun ini penulis memilih salah satu dari jenis diatas yaitu pemanas air sistem yang menggunakan fluida sekunder sebagai media pemanas.

1.3 Tujuan

Tujuan dari rancang bangun ini adalah sebagai berikut.

1. Merancang sebuah kolektor alat pemanas air tenaga surya sistem pipa – panas.

2. Mengetahui intensitas radiasi yang diterima oleh kolektor surya plat datar.

1.4 Manfaat

Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari rancang bangun ini adalah:

1. Mengurangi penggunaan listrik dan bahan bakar minyak dan gas yang tidak dapat diperbarui kembali.

2. Mengetahui hasil terbaik unjuk kerja alat pemanas air tenaga surya sistem pipa-panas.

3. Memberikan sumbangan untuk pengaplikasian teknologi surya di Indonesia

(21)

1.5 Sistematika Penulisan

Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini di bagi dalam beberapa bagian yaitu:

Bab I : PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang dari judul skripsi yang telah ditetapkan, tujuan, manfaat, batasan masalah, sistematika penulisan, dan metodologi penulisan skripsi.

Bab II : TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini akan dibahas mengenai teori-teori yang berhubungan dengan penulisan skripsi. Dasar teori didapat dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari : buku-buku pedoman, jurnal, paper, tugas akhir, e-mail, e-book, dan e-news

Bab III : METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini dibahas mengenai langkah-langkah penelitian data dan analisa data yang akan digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dari topik yang diangkat, dan beberapa aspek yang menunjang metode penelitian

Bab IV : ANALISA DATA

Pada bab ini akan dianalisis dan dibahas mengenai data-data yang telah diperoleh dari hasil rancang bangun yang telah dilakukan

Bab V : KESIMPULAN dan SARAN

Pada bab ini berisi kesimpulan dari penulisan tugas akhir dan saran-saran. DAFTAR PUSTAKA

(22)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Energi

Energi adalah sesuatu yang bersifat abstrak yang sukar dibuktikan, tetapi dapat dirasakan. Energi tidak dapat pula diciptakan dan dimusnahkan. Namun, semua energi dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain [1] Oleh karena itu, hukum kekekalan energi menyatakan energi total sistem tetap konstan, meskipun energi dapat berubah menjadi bentuk lain.

Secara umum, energi dapat dikategorikan menjadi beberapa macam, yaitu energi mekanis, listrik, elektromagnetik, kimia, nuklir, dan surya [10].

1. Energi Mekanis

Bentuk transisi dari energi mekanis adalah kerja.Energi yang tersimpan adalah energi potensial atau energi kinetik. Energi potensial adalah energi yang dikandung oleh suatu benda/massa yang berada pada ketinggian tertentu terhadap bidang referensi. Energi potensial banyak dimanfaatkan untuk PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), dimana energi potensial berupa massa air yang ada di dalam waduk diubah menjadi energi kinetik dan digunakan untuk menggerakkan turbin. Energi kinetik adalah energi yang dikandung oleh suatu benda/massa yang sedang bergerak. Sebuah pesawat supersonik yang bergerak karena adanya kecepatan aliran udara yang mendorongnya merupakan salah satu konsep energi kinetik.

2. Energi Elektromagnetik

Energi elektromagnetik merupakan bentuk energi yang berkaitan dengan radiasi elektromagnetik.Energi radiasi dinyatakan dalam satuan energi yang sangat kecil, yakni elektro volt (eV) atau mega elektrovolt (MeV), yang juga digunakan dalam evaluasi energi nuklir.

(23)

merupakan jenis radiasi yang paling energetik dari radiasi elektromagnetik. Gelombang radio merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang paling tinggi.

3. Energi Kimia

Energi kimia merupakan energi yang keluar sebagai hasil interaksi elektron dimana dua atau lebih atom/molekul berkombinasi sehingga menghasilkan senyawa kia yang stabil. Energi kimia hanya dapat terjadi dalam bentuk energi tersimpan. Bila energi dilepas dalam suatu reaksi maka reaksinya disebut reaksi eksotermis.Yang dinyatakan dalam kj,Btu, atau kkal. Bila energi dalam reaksi kimia terserap maka disebut dengan

reaksi endotermis. Sumber energi bahan bakar yang sangat penting bagi manusia adalah reaksi kimia eksotermis yang pada umumnya disebut reaksi pembakaran.Reaksi pembakaran melibatkan oksidasi dari bahan bakar fosil.

4. Energi Nuklir

Energi nuklir adalah energi dalam bentuk dalam bentuk tersimpan yang dapat dilepas akibat interaksi partikel dengan atau di dalam inti atom. Energi ini dilepas sebagai akibat hasil usaha partikel-partikel untuk memperoleh kondisi yang lebih stabil. Pada reaksi nuklir dapat terjadi peluruhan radoaktif, yaitu fisi dan fusi[1]. Fisi merupakan reaksi terpisahnya inti senyawa terbelah menjadi dua atau lebih inti massa yang lebih rendah, yang disebut produk bersih. Fusi merupakan reaksi kebalikan dari reaksi fisi dimana inti bermassa lebih ringan bergabung menjadi satu inti. Kedua reaksi ini sama-sama menghasilkan energi yang cukup besar.

(24)

nuklir terletak pada masalah pengamanan operasional serta kualitas reaktor nuklir.

5. Energi Surya

Energi surya merupakan energi yang bersumber dari matahari dan merupakan energi terbesar yang diterima bumi. Energi matahari mempengaruhi pola cuaca, arah angin, gelombang laut, dan iklim. Energi surya sampai ke bumi dalam bentuk radiasi matahari. Energi matahari juga mempengaruhi terbentuknya energi lain seperti energi angin dan energi gelombang laut.

Fotovoltaik merupakan salah satu pemanfaatan energi matahari untuk menghasilkan tenaga listrik dengan menggunakan sel surya untuk mengubahnya menjadi aliran electron (Fanchi JR 1995). Efek fotovoltaik mengacu pada foton elektron yang menarik cahaya ke dalam keadaan energi yang lebih tinggi. Sel surya ini terdiri atas silikon digabungkan menjadi modul yang disebut array, dan jumlah array yang digunakan menentukan jumlah listrik yang dihasilkan.

Selain fotovoltaik, pemanfaatan energi surya digunakan untuk memanaskan air. Air yang dipanaskan ini biasanya digunakan untuk keperluan rumah tangga. Bahkan, saat ini air yang dipanaskan digunakan untuk membangkitkan energi listrik. Air yang dipanaskan tersebut diubah menjadi uap. Uap tersebut yang menggerakkan turbin sehingga dihasilkan listrik.

2.2 Radiasi Energi Surya

(25)

Gambar 2.1. Hubungan antara matahari dan bumi

Karena lintasan bumi berbentuk elips, maka jarak matahari dan bumi tidak tetap. Jarak terdekat 1,47 x 1011m dan jarak terjauh 1,52 x 1011m. Perbedaan jarak ini hanya 3,3% dari jarak rata – rata. Akibat perbedaan jarak ini, maka radiasi di permukaan di luar atmosfer akan berbeda setiap hari. Radiasi ini biasanya disimbolkan dengan Gon, pada hari ke n dirumuskan oleh Duffie dan Beckmann (1991) [5]

⁄ ...(2.1)

Dimana :

Gsc = Konstanta surya = 1367 W/m2

N = Nilai yang diperoleh berdasarkan urutan hari yang akan diprediksi radiasinya.

Harganya dapat diperoleh dari tabel berikut: Tabel.2.1 Urutan Hari Berdasarkan Bulan

Bulan Nilai n pada hari yang ke – i

Januari I

Februari 31 + i

Maret 59 + i

April 90 + i

Mei 120 + i

(26)

Juli 181 + i kebenda lain. Panas dapat berpindah dari suatu zat yang lebih panas ke zat yang lebih dingin. Dengan kata lain, panas hanya akan berpindah dari suatu benda ke benda lainnya bila terdapat perbedaan temperatur di antara dua benda tersebut[11]. Atau panas akan berpindah dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang temperatur lebih rendah. Karena itu dapat disimpulkan

bahwa perbedaan temperatur (∆t) adalah merupakan potensial pendorong bagi proses perpindahan panas. Dalam proses perpindahan, dikenal 3 macam metode perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

1. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan panas suatu benda yang partikel-partikel dalam benda tersebut mentransfer energi melalui tumbukan. Konduksi panas hanya terjadi apabila terdapat perbedaan temperatur.

Panas yang mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum fourrier

[4].

…………...…………(β.2) Dimana, Q = Laju perpindahan panas

k = Konduktivitas termal (W / (m.K))

A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m²) T2 = Temperatur akhir (ºC)

(27)

Dari Persamaan (2.1) dapat disederhanakan menjadi persamaan yang dikenal dengan konsep resistansi thermal yang dianalogikan dengan resistansi listrik. Hal ini karena laju aliran kalor dianggap sebagai sebuah aliran listrik yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah (perbedaan temperatur). Konsep resistansi thermal juga berlaku untuk kedua jenis perpindahan panas yang lain. Dengan demikian, persamaan (2.3) menjadi [4]:

………

....

(2.3)

……...………...(β.4)

Dimana, Q = laju perpindahan panas (W)

k = konduktivitas termal (W/ (m.K))

A = luas penampang yang terletak pada aliran panas (m²) T2 = temperature akhir (ºC)

T1 = temperature awal (ºC) L = tebal plat (m)

R = resitansi thermal (ºC/m) 2. Konveksi

Perpindahan panas konveksi terjadi di antara permukaan benda dan suatu fluida. Dengan kata lain, perpindahan panas konveksi adalah perpaduan perpindahan panas konduksi dengan suatu aliran fluida. Perpindahan panas konveksi terdiri dari tiga jenis, yaitu konveksi paksa aliran dalam, aliran luar, dan alamiah. Apabila aliran fluida disebabkan oleh blower/fan maka disebut konveksi paksa dan apabila disebabkan oleh gradient massa jenis maka disebut konveksi alamiah. Pada umumnya laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan hukum persamaan pendinginan Newton, yaitu sebagai berikut [3]

̇= hA (Ts – Tf)...(2.5)

Dimana,Q = Laju perpindahan panas

(28)

A = Luas permukaan kolektor surya (m²) Ts = Temperatur plat (ºC)

Tf = Temperatur fluida (ºC)

Nilai koefisien konveksi dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut[3] molekul-molekul fluidanya masih tersusun rapi atau tidak acak, sedangkan aliran turbulen adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya acak atau radial. Aliran transisi merupakan pola aliran yang berada diantara aliran laminar dan turbulen. Persamaan yang digunakan untuk menghitung bilangan Reynold adalah sebagai berikut [3].

Bilangan Nusselt sebuah plat dapat ditentukan dengan melihat kasusnya. Berikut ini adalah beberapa kasus dalam menentukan bilangan Nusselt.

1. Pada kasus plat dengan temperature konstan.

(29)

maka panas akan mengalir dari plat ke fluida. Bilangan Nusselt ( ) dapat dihitung berdasarkan kasus ini adalah[3]

N = 0,332 x R -1/2 untuk < 5x105

...(2.8)

N = 0,0296 x untuk 5x105 107...(2.9) Dimana, N = bilangan Nusselt sepanjang x

R = bilangan Reynold sepanjang x

Pr = bilangan prandlt

2. Konveksi natural permukaan luar bidang horizontal.

Misalnya permukaan kaca yang terpapar oleh sinar matahari, maka panas dari kaca ini akan hilang ke udara linkungan.

(30)

Arti dari operator []+ adalah yang diambil hanya nilai positif. Jika nilai yang di dalam kurung negatif maka hasilnya sama dengan nol. Perhatikan operasi berikut [1]+ = 1 tetapi [-1]+ = 0 Untuk bilangan Rayleigh sendiri dapat dihitung dari persamaan berikut [5]

Radiasi adalah proses perpindahan panas melalui gelombang elektromagnetik atau paket-paket energi (photom) yang dapat dibawa sampai pada jarak yang sangat jauh tanpa memerlukan interaksi dengan medium (ini yang menyebabkan mengapa perpindahan panas radiasi sangat penting pada ruang vakum). Disamping itu jumlah energi yang dipancarkan sebanding dengan temperature benda tersebut. Kedua hal tersebut yang membedakan antara peristiwa perpindahan panas konduksi dan konveksi dengan perpindahan panas radiasi.

Energi matahari merupakan energi terbesar yang diterima bumi. Matahari mempunyai diameter 1,39x 109 m. Bumi mengelilingi matahari dengan lintasan berbentuk elips dan matahari berada pada salah satu pusatnya. Jarak rata-rata matahari dari permukaan bumi adalah 1,49 x 1011 m.

(31)

dengan jarak 1,52 x 1011m. Karena adanya perbedaan ini, menyebabkan radiasi yang diterima atmosfer bumi juga berbeda [5]

Persamaan radiasi pada atmosfer ( ) yang diajukan oleh Spencer tahun 1971 [2] adalah :

Gon = Gsc(1,00011 + 0,034221 cos B + 0,00128 sin B + 0,00071 cos 2B+0,000077sinβB) ………...……(2.14) Dimana, =daya radiasi rata-rata yang diterima atmosfer bumi(W/m2) dengan nilai B (konstanta hari) sebagai berikut [2]

B =

Beberapa istilah yang biasanya dijumpai pada perhitungan radiasi adalah : 1. Air Mass ( )

Adalah perbandingan massa udara sampai ke permukaan bumi pada posisi tertentu dengan massa udara yang dilalui sinar jika matahari tepat pada posisi zenith. Artinya pada posisi tegak lurus (zenith = 0) nilai ma = 1, pada sudut zenith 60º, m= 2. Pada sudut zenith dari 0º-70º [2]

=

...(2.16) 2. Beam Radiation

Radiasi energi dari matahari yang tidak dibelokkan oleh atmosfer. Intilah ini sering juga disebut radiasi langsung (direct solar

Adalah jumlah beam dan diffuse radiation

(32)

Adalah laju energi radiasi yang diterima suatu permukaan persatuan luas 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 biasanya disimbolkan I.

7. Solar Time atau Jam Matahari

Adalah waktu berdasarkan pergerakan semua matahari di langit pada tempat tertentu. Jam matahari (disimbolkan ST) berbeda dengan penunjukan jam biasa (standard time, disimbolkan STD). hubungannya adalah [2] :

ST =STD ± 4(Lst –δ loc) + E ………..(2.17) Dimana, STD = waktu local

Lst = standart meridian untuk waktu local (º)

Lloc = derajat bujur untuk daerah yang dihitung (º) ; untuk bujur timur , digunakan -4, untuk bujur barat digunakan +4

E = factor persamaan waktu

Pada persamaan ini Lst standard meridian untuk waktu local. 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 dalah tanda plus. E adalah equation of time, dalam satuan menit dirumuskan oleh Spencer pada tahun 1971 [2].

E=229,2(0,000075+0,001868cosB–0,032077sinB– ,014615cos2B– 0,04089sin2B………...(2.18) Dimana, B = konstanta yang bergantung pada nilai n

(33)

Dalam menentukan arah radiasi terdapat beberapa sudut yang harus diketahui. Beberapa sudut untuk mendefenisikan arah radiasi matahari.

Slope adalah sudut antara permukaan yang dianalisis dengan horizontal. ζilai 0 ≤ ≤ 90º. θermukaan adalah sudut penyimpangan sinar pada

bidang proyeksi dimana 0º pada selatan dan positif ke barat.Sudut

penyinaran (angle accident) adalah sudut yang dibentuk sinar dan garis normal dari suatu permukaan. Sudut zenith z adalah sudut yang dibentuk garis sinar terhadap garis zenith.Sudut ketinggian matahari αs (solar

altitude angle) adalah sudut antara sinar dengan permukaan.Sudut azimuth

matahari s adalah sudut antara proyeksi matahari terhadap selatan, ketimur adalah negatif dan ke barat adalah positif.

Sudut lain yang sering digunakan dalam menentukan jumlah radiasi yang dapat diterima oleh sebuah permukaan di bumi antara lain sudut

deklinasi , yaitu kemiringan sumbu matahari terhadap garis normalnya. Kemudian sudut jam ω adalah sudut pergeseran semu matahari dari garis

siang. Perhitungan berdasarkan jam matahari (ST), setiap berkurang 1 jam,

ω berkurang 1ηº dan setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 1ηº. Artinya tepat pukul 1β.00 siang, ω=0, pukul 11.00 pagi ω = -15º dan pukul 14.00,

ω = γ0º.

(34)

B = konstanta hari

Sudut zenith z adalah sudut yang dibentuk garis sinar terhadap garis zenith. Cosinus sudut zenith dapat dicari melalui persamaan berikut [2]

Cos z = cos cos cos ω + sin sin ………(2.20)

Sudut jam matahari (ω) dihitung berdasarkan jam matahari. Defenisi

sudut jam matahari adalah sudut pergeseran semu matahari dri garis siangnya. Perhitungan berdasarkan jam matahari (ST), setiap berkurang 1

jam, ω berkurang 1ηº, setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 1ηº [β]

ω = 1η(STD – 12) + (ST-STD) x

...(2.21)

Dimana : STD = waktu local ST = solar time

ω = sudut jam matahari (º)

Dengan estimasi langit cerah, fraksi radiasi matahari yang diteruskan dari atmosfer ke permukaan bumi adalah [2]

= ao + a1exp

Tabel 2.2 Faktor koreksi iklim

Iklim Ro r1 Rk

(35)

Gbeam = Gon bcos z……...………..(2.23) Dimana :

Gon = radiasi yang diterima atmosfer (W/m²) b = fraksi radiasi yang diteruskan ke bumi z = sudut zenith

Gbeam = radiasi yang ditransmisikan dari atmosfer ke permukaan bumi (W/m²)

Radiasi diffuse adalah radiasi yang dipantulkan ke segala arah, dan kemudian dimanfaatkan. Adapun persamaan yang digunakan untuk mencari radiasi diffuse adalah [2]:

Gdifuse = Goncos z (0,271 –0,β94 b)………...(2.24) Dimana :

Gon = radiasi yang diterima atmosfer

b = fraksi radiasi yang diteruskan ke bumi z = sudut zenith

Gdifuse = radiasi yang dipantulkan ke segala arah dan kemudian dapat dimanfaatkan

Radiasi total adalah jumlah dari radiasi beam dan radiasi diffuse adalah sebagai berikut [2]

Gtotal = Gbeam + Gdiffuse………..(2.25)

Radiasi total yang diterima oleh suatu permukaan, tidak semuanya mampu diserap oleh kolektor. Hal ini disebabkan adanya absorbsivitas, reflektansi, dan transmisivitas suatu medium. Untuk kolektor dengan kaca penutup, panas hilang radiasi kolektor dapat ditentukan dengan mengetahui nilai temperatur absorber, temperatur kaca penutup, emisivitas absorber, dan emisivitas kaca penutup. Berikut ini adalah persamaan yang digunakan untuk menghitung panas hilang radiasi yang terjadi [5]

̇ =

...(2.26) Dimana, Q = laju perpindahan panas (W)

A = luas permukaan plat (m²)

(36)

Ts = temperature plat

Tcl = temperature kaca terluar s = emisivitas plat

cl = emisivitas kaca terluar 2.4 Perkembangan Teknologi Pemanas Air 1. Akhir Tahun 1800an

Solar Water Heater (Pemanas Air Tenaga Surya atau Matahari) mulai tumbuh dan berkembang di akhir tahun 1800 an di California, Amerika Serikat. Adalah seorang Clarence M Kemp yang mematenkan pemanas air tenaga surya/matahari komersial pertama di dunia pada tahun 1891 [9].

Konsep sistem pemanas yang dibuat oleh Kemp, menempatkan tangki air bercat hitam (terdiri dari tiga tangki) di dalam sebuah kotak kaca yang tertutup kemudian dibagian bawah kotak dipanaskan, air dingin dalam tangki menyerap panas dan air tersebut menjadi cukup panas untuk mandi atau keperluan lainnnya. Tetapi Pemanas air komersial pertama ini memiliki kekurangan yaitu air yang dipanaskan akan terus disimpan didalam tangki, yang pada malam hari air tersebut terkena suhu malam sehingga pada saat pagi hari air menjadi tidak terlalu panas untuk dipergunakan. Pada tahun 1895, Kemp menjual hak eksklusif manufaktur sistem pemanas air nya kepada dua pengusaha dari Pasadena, California.

2. Awal Tahun 1900an

Pada tahun 1909 seorang insinyur California bernama William J. Bailey menemukan solusi dari permasalahan yang dihadapi pada pemanas air tenaga matahari komersial pertama.Bailey memisahkan antara tangki penyimpanan dan kolektor pemanas air. Kolektor surya yang Ia gunakan terdiri dari pipa air yang melekat pada pelat logam bercat hitam di dalam sebuah kotak kaca yang tertutup dan dihubungkan ke tangki penyimpanan terisolasi yang terletak di atas kolektor.

Sekarang, kolektor pemanas air buatan Bailey tersebut dikenal dengan “kolektor flat” [9].

(37)

Air tersebut akan disimpan di dalam tangki dan akan tetap hangat selama malam hari serta keesokan paginya.

3. Tahun 1920 – 1930

Antara tahun 1920 dan 1930, cadangan besar gas alam ditemukan di daerah Los Angeles. Untuk memanfaatkan sumber daya alam tersebut, Bailey mulai memproduksi pemanas air berbahan bakar gas. Penjualan pemanas air gas ini langsung meroket dan penjualan pemanas air surya turun dengan sangat drastis. Kemudian perusahaan gas menawarkan kerjasama kepada Bailey untuk hookup pemanas gas baru mereka. Bailey membuat batch terakhir tentang pemanas air surya pada tahun 1941 [9].

4. Tahun 1939 – 1945

Semua instalasi yang berkenaan dengan pemanas air surya dihentikan saat Perang Dunia II. Hal itu terjadi karena tembaga merupakan komponen utama dari pemanas air tenaga surya dan penggunaan tembaga dibekukan untuk semua penggunaan non-militer pada waktu itu. Ketika perang usai, perusahaan surya kembali, tetapi pemanas air surya kurang diminati seperti sebelumnya. Hal tersebut slah satu faktornya terjadi karena turunnya harga listrik sehingga pemanas air listrik lebih digemari pada saat itu [9].

5. Tahun 1950an

Pada tahun 1950 terjadi krisis bahan bakar di Israel sehingga pemerintah mengeluarkan larangan memanaskan air dari antara jam 22.00-06.00 (jam 10 malam – 6 pagi). Demi menghadapi larangan ini, Levi Yissar membuat prototipe pemanas air pertama di Israel. Namun hanya 20% penduduk yang menggunakan alat ini hingga tahun 1967. Ketika terjadi krisis energi, Israel Knesset mengeluarkan peraturan yang mengharuskan setiap rumah baru untuk menggunakan Solar Water Heater. Peraturan ini pun membuat Israel bisa menghemat setidaknya 2 juta barel minyak per tahunnya [9].

6. Tahun 1960an

(38)

Solar Water Heater. Ini dikarenakan adanya tabung khusus yang memungkinkan pemanas air tetap berfungsi walaupun langit gelap dan suhu berada di bawah titik beku [9].

Di Indonesia sendiri pemanas air tenaga surya hadir pada tahun 1960an yang dipelopori oleh PT. Inti Sarana Adi Sejahtera dengan menggunakan kolektor flat. Teknologi ini bertahan cukup lama dan terus berevolusi sampai tahun 1990an. Baru pada tahun 1993 INTI SOLAR merubah teknologi kolektor surya yang digunakan dari koletor flat menjadi kolektor tabung vacum.

7. Tahun 1993

Pada Tahun 1993 dimulailah era baru teknologi pemanas air tenaga surya yaitu dengan ditemukannya inovasi tabung vacum. Teknologi tabung vacum ini merupakan terobosan yang sangat mutakhir dan merupakan penyempurnaan dari sistem kolektor flat yang masih memiliki banyak kekurangan. Salah satu kelebihan yang sangat menonjol dari sistem tabung vacuum ini dibandingkan sistem flat adalah proses penyerapan energi yang begitu efisien dengan heat loss yang dihasilkan begitu kecil sehingga air panas dalam unit dapat terjaga kestabilan suhunya [9].

8. Tahun 2005

Tidak mau terlena dengan adanya teknologi tabung vacum, perusahaan Inti Solar terus bereksperimen untuk memberikan pelayanan yang lebih maksimal kepada para konsumennya. θada tahun β00η, diperkenalkanlah teknologi “Heat Exchanger Indirect System”. Sistem ini menambahkan kumparan tembaga di dalam tangki penyimpanan air yang berfungsi sebagai penukar panas antara air panas yang berada dalam tangki penyimpanan dan air dingin yang numpang lewat pada pipa spiral tembaga [9].

9. Tahun 2008

(39)

kebutuhan dengan tetap menggunakan prinsip dan konsep teknologi tabung vacuum [9].

10. Tahun 2012

Inovasi terbaru yang dihadirkan oleh Inti Solar pada akhir tahun 2012 ini adalah Double Tank Indirect Heating System. Sistem ini dilengkapi dengan 2 tangki, dimana lapisan pertama tangki berisi air panas yang berfungsi sebagai media untuk memanaskan lapisan tangki yang kedua. Tangki kedua inilah yang berfungsi sebagai tangki persediaan air panas yang nantinya akan digunakan oleh pemakai. Sistem ini juga dihadirkan dengan kemampuan menerima air bertekanan, yang menjadikan temperatur dan debit air panas lebih konstan, sehingga lebih aman dan nyaman digunakan [9].

2.5 Alat Pemanas Air Tenaga Surya

Pemanas air tenaga surya (PATS) merupakan produk teknologi yang memanfaatkan energi termal surya yang cukup popular dan banyak digunakan, terutama di hotel, villa peristirahatan hingga perumahan. Seiring dengan itu, mulai beredar beberapa merek PATS domestik maupun impor yang banyak dipasarkan di masyarakat. Untuk perlindungan terhadap konsumen, telah dikeluarkan Standar Nasional Indonesia (SNI) yaitu SNI 04-3020-1992, berupa uji mutu sistem PATS yang diharapkan memberikan gambaran pada masyarakat akan mutu PATS yang dipasarkan.

(40)

Gambar 2.2 Alat Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Pipa-Panas

Gambar 2.3 Alat Pemanas Air Sistem Thermosiphon Keterangan : 1. Pipa Saluran Air Dingin

2. Tangki Penampungan Air 3. Kolektor

4. Pipa Saluran Air Panas

2.6 Cara Kerja Alat Pemanas Air Tenaga Surya

(41)

ditingkatkan temperaturnya oleh kolektor. Panas tersebut dialirkan terhadap pipa tembaga yang berisi refrigeran, kemudian refrigeran akan menjadi panas.

Dengan memanfaatkan efek termosiphon dari refrigeran, maka refrigeran yang panas akan mengalami penurunan berat jenis atau perubahan fasa dari cair menjadi gas. Akibat perubahan berat jenis dan perubahan wujud maka refrigeran tersebut akan naik ke bagian atas dan akan memanasi air yang ada pada tangki penyimpan air.

Refrigeran pada tangki akan mengalami pendinginan oleh air dengan kata lain panas diserap oleh air. Oleh karena itu, air akan mengalami peningkatan berat jenis dan perubahan wujud dari gas menjadi cair. Hal itu akan mengakibatkan refrigeran akan turun kembali menuju kolektor. Kemudian dipanaskan oleh matahari kembali. Hal itu akan terjadi secara terus – menurus hingga air menjadi panas.

Pada Gambar 2.3 menunjukkan sebuah alat pemanas air tenaga surya sistem thermosiphon. Pada saat matahari bersinar, kolektor menangkap sinar matahari dan secara mekanis mengalirkan panas ke pipa-pipa tembaga yang berisi refrigeran, sehingga suhu air di dalamnya perlahan meningkat. Air yang lebih panas akan bergerak ke atas memasuki tangki penyimpanan dan air yang lebih dingin akan turun memasuki rangkaian pipa tembaga untuk dipanaskan. Begitu seterusnya air bergerak sendiri sampai seluruh air dalam tangki penyimpanan mencapai suhu yang diinginkan. Ketika suhu air panas di tangki penyimpanan sama dengan suhu air panas di panel kolektor, dengan sendirinya air berhenti mengalir.

Hal yang menjadi perbedaan dari pemanas sistem pipa-panas dengan sistem thermosiphon adalah pada sistem pipa-panas air

2.7 Energi Berguna Kolektor Alat Pemanas Air Tenaga Surya

(42)

Gambar 2.4. Ilustrasi Panas yang Diserap oleh Absorber Alat Pemanas Tenaga Surya

Pada gambar di atas dapat kita lihat 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. Besarnya Qincident dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini:

= A∫ ...(2.27)

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:

Qabs = α Q incident...(2.28) Dan panas yang dipantulkan kembali ke atmosfir adalah

Qref = (1 –α) Qincident...(2.29) Dimana α = difusifitas bahan

2.8 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:

Qu = mw Cp,w (Tw2– Tw1)...(2.30) Dimana :

mw : massa air (kg)

Cp,w: Panas jenis dari air (kJ/kg.0C)

Tw1 : Temperatur awal air sebelum dipanaskan kolektor (0C) Tw2 : Temperatur actual setelah dipanaskan oleh kolektor (0C)

(43)

2.9 Efisiensi dari kolektor

Efisiensi dari kolektor dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara energy berguna yang diberikan Kolektor ke air dengan panas incident. Hal itu dapat dirumuskan sebagai berikut:

Ƞ = mw Cp,w (Tw2– Tw1) / Qincident...(2.31)

2.8 Sifat Refrigeran R-718

Tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar, yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan temperatur 273,15 K (0 °C).

(44)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan TempatPenelitian

Penelitian dilakukan pada bulan Januari 2014 sampai dengan Juni 2014.Lokasi penelitian bertempat di Gedung Magister Pascasarjana Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3.2. Metode Desain

Perancangan merupakan kegiatan awal dari usaha merealisasikan suatu produkyang dibutuhkan oleh masyarakat. Setelah perancangan selesai

makakegiatan yang menyusul adalah pembuatan produk.Langkah

perancanganterdiri dari 4 tahap atau fase, yang masing-masing terdiri dari beberapalangkah (Pahl danBeitz). Ke-4 fase tersebut adalah :

1. Fase Perumusan . (Formulation Phase)

2. Fase Fungsi (Functional Phase)

3. Fase Perancangan (Design Phase)

4. Hasil (Result)

Perancangan alat pemanas air meliputi kolektor.Kolektor yang dipilih dalam perancangan ini adalah kolektor pelat datar. Tujuannya untuk

meningkatkan efisiensi alat dengan memperluas bidang serap radiasi surya tanpa mengubah dimensi kolektor tersebut atau menambah dimensi dari

kolektor.Perancangan kolektor yang akan dibahas meliputi pelat absorber, penutup transparan (kaca) dan isolasi pada kolektor.

Perancangan alat pemanas air bertujuan

untukmengurangipenggunaanbahanbakaruntukmemanaskan air. Oleh karena itu pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam perancangan pemanas air, yaitu ekonomis, kuat, produktifitas tinggi, mudah pembuatan dan mudah dioperasikan. 3.3. Perancangan Alat

3.3.1. Perancangan Rangka Alat Pemanas

(45)

mempertimbangkan beban yang akan dipikul oleh rangka tersebut dengan kemiringan kolektor 600.

3.3.2. Perancangan Kolektor Surya 3.3.2.1.Perancangan Pelat Absorber

Pelat absorber berfungsi untuk menyerap radiasisurya

danmengkonversikannya menjadi panas. Kemudian energi matahari yang diserap dan dialirkan ke pipanantinya akan semakin besar. Kemudian energidialirkan melalui fluida kerja yaitu air yang terdapatdidalampipa secara konveksi.Kemudian air yang beradadalampipamengalirkanenergi keair yang beradapadatanki

air.Dengan mengacu fungsinya sebagai absorber, maka dipilih sifatbahan antara lain:

 Absorbsivitas tinggi (α)

 Emisifitas panas rendah ( )

 Kapasitas panas kecil (Cp).

 Konduktifitas besar (k)

 Refleksi rendah (ρ)

 Tahan panas dan tahan korosi

 Kaku dan mudah dibentuk

(46)

Bahan-bahan yang biasa dipakai untuk pelatpengumpul yaitu: aluminium, tembaga, kuningan dan baja. Sesuai dengan pertimbangan di atas dalam

perancangan ini digunakanplat alumunium dan permukaannya dilakukan pelapisan dengan cat hitam kusam (dof), agar jangan terjadi korosi dan mempunyai absorbsivitas maksimum.

3.3.2.2.Perancangan Kaca Penutup

Kaca penutup berfungsi untuk meneruskan radiasisurya dan mencegah panasyang keluar dari kolektor ke lingkungan pada bagianatas. Berdasarkan fungsi ini maka kaca penutup harusmempunyai sifat:

 Transmisivitas tinggi (�)

 Absorsivitas rendah (α)

 Refleksivitas rendah (ρ)

 Tahan panas

(47)

3.3.2.3.Perancangan Isolasi

Isolasi berfungsi untuk memperkecil panas yanghilang dari kolektor ke lingkungan pada bagianbelakang dan samping kolektor. Pada isolasi

terjadiperpindahan panas secara konduksi sehinggakehilangan panas dipengaruhi oleh sifat-sifat bahan.Isolasi yang digunakan adalah:

 Konduktifitas termal bahan (k) kecil.

 Mudah dibentuk dan praktis

 harga murah dan ada dipasaran

 Tahan lama.

3.4. Alat dan Bahan Pengujianyang Digunakan 3.4.1. Peralatan Pengujian

Adapun beberapa alat pengujian yang digunakan adalah: 1. AlatPemanas air, terdiri dari:

Kolektor

Tankipenampungan air 2. Laptop

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

Gambar 3.1Laptop

(48)

Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya. Pencatatan data pengukuran disimpan pada

flashdisk yang dihubungkan pada bagian belakang alat ini.

Gambar 3.2 Agilient 34972 A

Spesifikasi Alat: a. Daya 35 Watt

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

d. Mempunyai 3 saluran utama e. Ketelitian termokopel 0,03o C

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

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

4. Hobo Microstation Data Logger

Alat ini di hubungkan ke data logger untuk kemudian dihubungkan ke komputer untuk diolah datanya.

Spesifikasi Alat :

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

(49)

d. Berat: 0,36 Kg

e. Memori: 512 Kb Penyimpanan data nonvolatile flash

f. Interval Pengukuran: 1 detik - 18 jam (tergantung pengguna) g. Akurasi Waktu: 0 deti - 2 detik

Terdapat beberapa alat ukur pada Hobo Micro station data logger yaitu :

Gambar 3.3Hobo Microstation data logger

Keterangan :

1) Pyranometer

Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi matahari pada suatu lokasi. Satuan alat ukur ini adalah W/m2.

Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer

Parameter pengukuran Intensitas radiasi dengan interval 1 detik Rentang Pengukuran 0 sampai 1280 W/m2

Temperatur kerja Temperature: -40° C to 75 °C (-40° F to 167 °F)

Akurasi ± 10,0 W/m

2

or ± 5%. Tambahan temperatur error 0,38 W/m2/°C from 25 °C (0,21 W/m2/°F from 77 °F)

Resolusi 1,5 W/m2

3 2

1

(50)

Penyimpangan < ± 2% per Year Panjang kabel 3 Meters (9,8 ft)

Berat 120 grams (4,0 oz)

Dimensi 41 mm Height x 32 mm Diameter (1 5/8" x 1 1/4")

2) Wind Velocity Sensor

Gambar 3.4 Wind Velocity Sensor

Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan angin. Satuan alat ukur ini adalah m/s. Berikut adalah spesifikasi wind velocity sensor.

Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor

(51)

Rentang pengukuran 0 to 45 m/s (0 to 100 mph)

Operasi kerja Temperatur: -40oC to 75oC (-40 oF to 167 oF)

Akurasi ±1.1 m/s (2.4 mph) atau 4%

Resolusi 0,38 m/s (0,85 mph)

Ambang batas awal 1 m/s (2,2 mph) Kecepatan angin maksimum 54 m/s (120 mph) Radius pengukuran 3 Meter

Housing 3 buah Anemometer dengan bantalan Teflon Bearings dan poros Hardened Beryllium

Panjang kabel 3,0 Meters (10 ft)

Dimensi 190 cm x 51 cm (7,5" x 3,2")

Berat 300 gram (10 oz)

3) Ambient Measurement apparatus

Gambar 3.5 Ambient Measurement Apparatus

Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur lingkungan sekitar. Satuan alat ukur ini adalah °C. Dengan spesifikasi:

Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus

Rentang pengukuran -40 °C to 125 °C (-40 °F to 257 °F)

(52)

Penyimpangan 0,05 °C/yr + 0,1 °C/1000 hrs above 100 °C Waktu Respon Water: 3,5 minutes to 90%

Air: 10 minutes to 90% ( Moving at 1 m/sec) Akurasi Waktu ±2 Minutes per Month at 25 °C (77 °F) Sampling Rate 1 Second to 18 Hours

Kapasitas penyimpanan data

43,000 12-bit Samples/Readings

Konstruksi housing 316L Stainless Steel with O-ring seal Tekanan/kedalaman kerja 2200 psi (1500 m/4900 ft) maximum Lingkungan kerja Air, Water, Steam (0 to 100% RH)

Berat 72 g (2,5 oz)

Dimensi 10,1 cm long x 1,75 cm diameter

4) T and RH Smart Sensor

Gambar 3.6 T and RH Smart Sensor

(53)

Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor

Channel 1 Channel kelembapan

Rentang pengukuran -40 °C - 100 °C (-40 °F - 212 °F)

Akurasi < ±0.2 °C - 0 °C sampai 50 °C (< ±0.36 °F @ 32 °C - 122 °F)

Resolusi < ±0,03 °C dari 0 °C - 50 °C (< ±0,054°F dari 32°F - 122°F) Penyimpangan < ±0,1 °C (0,18 °F)/tahun

Waktu Respon kurang 2,5 Menit sampai RH 90% dalam 1 m/det gerakan udara

Housing Stainless Steel Sensor Tip

Pilihan operasi pengukuran Tersedia

Kondisi Lingkungan Kabel dan Sensor Tahan air selama 1 tahun dengan Temperatur sampai 50 °C

Berat w/ 17 Meter Cable: 880 grams (12,0 oz)

Dimensi 7 mm x 38 mm (0,28" x 1,50") - (Sensor saja)

5. Pressure Gauge

Digunakanuntukmengukurtekanan air yang berada di dalampipapanas. Spesifikasidarialatpengukurtekananpipa:

Sambungan: 1/8NPT

(54)

Gambar 3.7 Pressure Gauge 6. PompaVacum

Pompavacuumdigunakanuntuk :

1. Memeriksaapakahadakebocoranpadapipasirkulasirefrigeran

2. Untukmembuatvacuumbagiandalamsirkulasipiparefrigerantsupayatidakada udara yang tinggaldisana

Spesifikasi:

Merk : Robinair Model No. : 15601

Kapasitas : 142 Liter/menit Motor : ½ HP

(55)

Gambar3.8 PompaVacum 3.4.2 Bahan Pengujian

1. Triplek

Bahan ini digunakan sebagai kerangka luar dari pada solar collector yang akan dibuat. Juga digunakan sebagai isolator, sehingga dapat meminimalkan panas yang hilang. Konduktivitas termal triplek adalah 0,19 W/mK. Ketebalan triplek yang digunakan pada rancang bangun ini adalah 7 mm.

Gambar 3.9 Triplek, sebagaikerangkaluar

2. Rockwool

Bahan ini digunakan sebagai lapisan isolator,digunakan untuk mencegah panas dari solar collector hilang keluar. Jenis Rockwool yang dipakai adalah jenis

(56)

Gambar 3.10 Rockwool, sebagailapisan isolator

3. Kaca

Bahan ini digunakan sebagai jalur masuknya radiasi matahari danuntuk meningkatkan performance dari solar collector.Kaca yang digunakan

memilikiketebalan 5mm, konduktivitas termal 0,81 W/m.K,transmisivitas(�)= 0,85, refleksi(ρ) = 0,09, absorsivitas(α)=0,0θ dan emisivitas ( ) = 0,88

Gambar 3.11 Kaca, sebagaipenangkappanasmatahari

4. Pelat Alumunium

Bahan ini digunakan sebagai absorber.Pelat alumunium ini memiliki

konduktivitas yang bagus yaitu sebesar βγ7 W/m.K, emisivitas ( ) = 0,97, diberi

(57)

Gambar 3.8 Plat Alumunium, sebagai absorber 5. Air murni

Air yang akandipakaidalampenelitianiniadalah air murnidanbersih yang biasadipakaiuntukmandi. Sumber air tersebutdiambildarikran air PAM.

6. Refrigeran R-718

Refrigeran yang digunakandalampenelitianiniadalah R-718jumlahrefrigerantdigunakan adalah 3 liter

3.5 MetodePengumpulan Data

Prosedurpengujiandapatdiuraikansebagaiberikutini:

1. Proses assembling/penyambungansemuakomponenalatpemanas air tenagasurya. Dipastikansemuakomponenterpasangdenganbaik, terutamapadakaca. Agar panastidakhilangdarikolektor.

2. Kemudiandipasangtermokopelagilent. Padakolektor 3 titik, yaitupadatekanan 0 CmHg, 20 CmHg, dan 30 CmHg. Padatangki air 3 titik, yaitupadatangkipenampungan air.

3. Setiaptangki air diisi air sebanyak 5 liter. Kemudian Agilent dihidupkan, kemudianflashdiscdihubungankeagilent.

4. Pengujiandilakukanmulaipukul 8:00 hingga 17:00.

(58)

BAB IV

RANCANG BANGUN DAN HASIL DATA

4.1. Desain Alat 4.1.1. Desain Rangka

Seperti yang sudah dijelaskan pada bab sebelumnya, rangka alat pemanas ini memiliki fungsi sebagai tumpuan kolektor. Oleh karena itu haruslah kuat dan kokoh, maka bahan yang dipilih yaitu besi berdimensi 40 x 30 mm dan besi siku 30 mm. Pada rancang bangun ini, rangka alat pemanas air ini memiliki dimensi dengan panjang 1,20 m, lebar 0,91 m dan dengan mempertimbangkan kemiringan kolektor 60° dan panjang kolektor 1,16 m, maka tinggi dari rangka adalah ± 1,30m.

4.1.2. Desain Kolektor Surya

(59)

4.2. Data Hasil Pengujian Intensitas Radiasi Matahari (Solar Radiation) Intensitas radiasi matahari dapat diukur dengan menggunakan alat ukur sensor radiasi.Alat ukur sensor radiasi yang digunakan pada penelitian ini adalah

Hobo Microstation Data Logger.Alat ukur ini dapat menghitung dan menyimpan data intensitas radiasi matahari, kecepatan angin, temperatur udara dan Relative Humidity (RH).Alat ini mencatat data dalam interval waktu 1 menit dan data-data tersebut dapat dibuka dalam bentuk Ms. Excel.Alat ukur ini berada di Laboratorium Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Univesitas Sumatera Utara.

Pada penelitian ini, pengujian alat dilakukan sebanyak 5 kali yaitu pada tanggal 11 Juni sampai 16 Juni 2014 pada saat kondisi matahari cerah.

(60)

Tabel 4.1 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 11 Juni 2014 Waktu Radiasi Matahari

(W/m2)

Waktu Radiasi Matahari (W/m2)

8:00 293,1 12:45 749,4

8:15 330,6 13:00 704,4

8:30 371,9 13:15 774,4

8:45 406,9 13:30 779,4

9:00 394,4 13:45 496,9

9:15 474,4 14:00 334,4

9:30 516,9 14:15 301,9

9:45 573,1 14:30 366,9

10:00 606,9 14:45 231,9

10:15 633,1 15:00 203,1

10:30 669,4 15:15 316,9

10:45 690,6 15:30 203,1

11:00 701,9 15:45 76,9

11:15 706,9 16:00 428,1

11:30 738,1 16:15 206,9

11:45 755,6 16:30 79,4

12:00 741,9 16:45 61,9

12:15 779,9 17:00 1,9

12:30 771,9

(61)
(62)

Dari Tabel 4.1 dan Gafik 4.1 dapat dilihat, intensitas radiasi matahari maksimum adalah 890,6 W/m2 pada pukul 13:44, Intensitas radiasi minimun adalah 1,9 W/m2 pada pukul 17:00, total radiasi matahari adalah 261787,1 W/m2. Tabel 4.2 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 12 Juni 2014

Waktu Radiasi Matahari, W/m2 Waktu Radiasi Matahari, W/m2

8:00 144.4 12:45 545.6

8:15 131.9 13:00 499.4

8:30 229.4 13:15 561.9

8:45 188.1 13:30 561.9

9:00 489.4 13:45 503.1

9:15 430.6 14:00 494.4

9:30 504.4 14:15 489.4

9:45 536.9 14:30 370.6

10:00 551.9 14:45 321.9

10:15 544.4 15:00 315.6

10:30 534.4 15:15 339.4

10:45 294.4 15:30 329.4

11:00 436.9 15:45 274.4

11:15 709.4 16:00 270.6

11:30 449.4 16:15 218.1

11:45 426.9 16:30 108.1

12:00 511.9 16:45 126.9

12:15 728.1 17:00 110.6

12:30 556.9

(63)
(64)

Dari Tabel 4.2 dan Gafik 4.2 dapat dilihat, intensitas radiasi matahari maksimum adalah 829,4 W/m2 pada pukul 12:11, dan Intensitas radiasi minimun adalah 105,6 W/m2 pada pukul 16:29, total radiasi matahari adalah 225638,2 W/m2.

Tabel 4.3 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 13 Juni 2014

Waktu Radiasi Matahari, W/m2 Waktu Radiasi Matahari, W/m2

8:00 283.1 12:45 739.4

8:15 321.9 13:00 759.4

8:30 311.9 13:15 764.4

8:45 425.6 13:30 738.1

9:00 464.4 13:45 591.9

9:15 490.6 14:00 541.9

9:30 540.6 14:15 454.4

9:45 600.6 14:30 588.1

10:00 654.4 14:45 365.6

10:15 425.6 15:00 203.1

10:30 593.1 15:15 119.4

10:45 628.1 15:30 484.4

11:00 675.6 15:45 246.9

11:15 635.6 16:00 413.1

11:30 749.4 16:15 223.1

11:45 780.6 16:30 109.4

12:00 785.6 16:45 103.1

12:15 718.9 17:00 140.6

12:30 771.9

(65)
(66)

Dari Tabel 4.3 dan Gafik 4.3 dapat dilihat, intensitas radiasi matahari maksimum adalah 788,1 W/m2 pada pukul 11:55, dan Intensitas radiasi minimun adalah 84,4 W/m2 pada pukul 16:53, total radiasi matahari adalah 275814,8 W/m2. Tabel 4.4 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 14 Juni 2014

Waktu Radiasi Matahari, W/m2 Waktu Radiasi Matahari, W/m2

8:00 360.6 12:45 813.1

8:15 344.4 13:00 684.4

8:30 391.9 13:15 660.6

8:45 431.9 13:30 691.9

9:00 470.6 13:45 569.4

9:15 505.6 14:00 661.9

9:30 519.4 14:15 199.4

9:45 533.1 14:30 549.4

10:00 644.4 14:45 199.4

10:15 674.4 15:00 215.6

10:30 666.9 15:15 194.4

10:45 705.6 15:30 253.1

11:00 741.9 15:45 216.9

11:15 758.1 16:00 226.9

11:30 671.9 16:15 150.6

11:45 493.1 16:30 101.9

12:00 795.6 16:45 86.9

12:15 586.9 17:00 84.4

12:30 814.4

(67)
(68)

Dari Tabel 4.4 dan Gafik 4.4 dapat dilihat, intensitas radiasi matahari maksimum adalah 919,4 W/m2 pada pukul 12:36, dan Intensitas radiasi minimun adalah 84,4 W/m2 pada pukul 16:47, total radiasi matahari adalah 277014,4 W/m2. Tabel 4.5 Data Intensitas Radiasi Matahari pada Tanggal 16 Juni 2014

Waktu Radiasi Matahari, W/m2 Waktu Radiasi Matahari, W/m2

8:00 303.1 12:45 714.4

8:15 346.9 13:00 683.1

8:30 400.6 13:15 790.6

8:45 469.4 13:30 675,6

9:00 508.1 13:45 714.4

9:15 536.9 14:00 683.1

9:30 300.6 14:15 633.1

9:45 353.1 14:30 469.4

10:00 376.9 14:45 120.6

10:15 648.1 15:00 85.6

10:30 493.1 15:15 186.9

10:45 509.4 15:30 459.4

11:00 538.1 15:45 480.6

11:15 849.4 16:00 200.6

11:30 779.4 16:15 148.1

11:45 765.6 16:30 94.4

12:00 796.9 16:45 180.6

12:15 788.1 17:00 93.1

12:30 801.9

(69)
(70)

Dari Tabel 4.5 dan Gafik 4.5 dapat dilihat, intensitas radiasi matahari maksimum adalah 849,4 W/m2 pada pukul 11:15, dan Intensitas radiasi minimun adalah 84,4 W/m2 pada pukul 15:01, total radiasi matahari adalah 266933,2 W/m2. 4.3. Analisis Radiasi Hitungan Teoritis

Data radiasi dapat dihitung dengan menggunakan pendekatan analitik. Perhitungan radiasi untuk tanggal 11 Juni 2014 dengan asumsi langit cerah di kota Medan, Sumatera Utara adalah sebagai:

Koordinat :γ,4γ°δU( =γ,4γ)dan 98,44°BT( =98,44) Ketinggian dari permukaan laut : 37,5 m (A = 0,0375)

Waktu meridian (7+GMT) : 7 x 15 = 105°( =105) [standart meridian]

Urutan hari : n

Urutan hari n tanggal 11 Juni 2014 dapat ditentukan dari tabel 2.1 untuk bulan Juni, yaitu:

n = 151+ i = 151 + 11 = 162

Dengan menggunakan persamaan (2.14),nilai konstanta hari B adalah: B = (n-1) x 360/365

= (162-1) x 360/365 =158,79

Dengan mengunakan persamaan (2.13),radiasi matahari sebelum masuk ke atmosfer bumi adalah:

= 1367(1,00011+0,03422cos B+0,00128sin B+0,000719cos 2B+0,000077sin

2B)

=1367(1,00011+0,03422cos(158,79)+0,00128sin(158,79)+0,000719cos 2(158,79)+0,000077sin 2(158,79)

= 1361,19

(71)

E =229,2(0,000075+0,001868cos 158,79–0,032077sin 158,79– 0,014615cos2(158,79)– 0,04089sin 2(158.79)

=7,92 menit

Dengan menggunakan persamaan(2.16),selisih antara jam matahari (ST-STD) dengan jam lokal adalah:

ST –STD = -4(Lst – L loc) + E = -4 x (105-98) + 7,79 = -20,08 menit

Dengan menggunakan persamaan(2.18),sudut deklinasi :

=6,918x10-3–0,399912cosB+0,070251sinB–0,006758cos2B+9,07x10-4sin2B– 0,002679cos3B +0,00148sin3B

= 6,918x10-3 - 0,399912cos158,79 + 0,070251sin158,79 – 0,006758cos(2x158,79) + 9,07x10-4sin(2x 158,79) – 0,002679cos(3x158,79) + 0,00148sin(3x158,79)

=0,138 rad =7.88°

Dengan menggunakan persamaan(2.20),sudut pergeseran semu matahari diukur pada siang hari pukul 13.00 WIB (STD).

= 15 (STD – 12) + (ST-STD) x

= 15 (13 – 12) + (-20,21) x

= 9,95°

Dengan menggunakan persamaan (2.19),kosinus sudut zenith pada pukul 13.00 WIB adalah:

Cos z =cos cos cos ω + sin sin

(72)

Dengan menggunakan persamaan(2.21) dan data dari tabel 2.2,fraksi radiasi yang diteruskan untuk masuk ke atmosfer bumi pada pukul 13.00 WIB adalah:

= ao + exp

Dimana,

= (0,4237 – 0,0082(6 – A)2);untuk daerah tropis,nilai =0,95

= 0,95 (0,4237 – 0,0082 ((6 – 0,0375)2) = 0,125569545

= (0,5055 + 0,00595 (6,5 – A)2);untuk daerah tropis = 0,98 = 0,98 ( 0,5055 + 0,00595 (6,5 – 0,0375)2)

= 0,738915337

k = (0,2711 + 0,01858 (2,5 – A)2); untuk daerah tropis = 1,02 = 1,02 (0,2711 + 0,01858 (2,5 – 0,0375)2)

= 0,389189378 Maka,

= 0,125569545 + 0,738915337 exp

= 0,62

Radiasi beam ( adalah radiasi matahari yang jatuh langsung ke permukaan bumi. Radiasi beam pada pukul 13.00 WIB dengan menggunakan persamaan(2.22) adalah

Gbeam = Gon bcos z

= 1361,40 W/m2 x 0,62 x (0,31) =259,58 W/m2

Dengan menggunakan persamaan(2.23)diperoleh radiasi difusi. Radiasi diffuse adalah radiasi hasil pantulan atmosfer pada pukul 13.00 WIB adalah:

Gdifuse = Goncos z (0,271 –0,β94 b)

(73)

Total radiasi teoritis ( ) pada tanggal 11 Juni 2014 pukul 13.00 WIB dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan(2.24),yaitu:

Gtotal = Gbeam + Gdiffuse

=259,58 W/m2 + 37,14 W/m2 =296,72 W/m2

Dengan menggunakan cara yang sama, radiasi total pada tanggal 11 juni 2014 untuk masing-masing waktu dapat dilihat pada tabel 4.7 di bawah ini.

Tabel 4.6 radiasi total tanggal 11 juni Waktu

Radiasi rata-rata pada tanggal 11 Juni 2014 adalah 272,349 W/m2 4.4 Energi Hilang pada Kolektor

4.4.1 Energi hilang melalui dinding dan alas kolektor

Gambar

Tabel 2.2 Faktor koreksi iklim
Gambar 2.2 Alat Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Pipa-Panas
Gambar 2.4. Ilustrasi Panas yang Diserap oleh Absorber Alat Pemanas Tenaga
Gambar 3.1Laptop
+7

Referensi

Dokumen terkait

Energi panas matahari dimanfaatkan untuk memanaskan air. Sebuah kolektor surya plat datar digunakan untuk menyerap energi panas matahari lalu diteruskan ke pipa-pipa yang berisi air

Untuk itu diperlukan suatu proses dan alat yang bisa menaikkan suhu air normal ke suhu yang lebih tinggi yaitu dengan pemanas air tenaga surya.. Alat ini terdiri dari 4 komponen

Prinsip kerja dari sistem pemanas air dengan menggunakan plat datar dapat menunjukkan bahwa air yang masuk ke dalam kolektor melalui pipa distribusi akan

Tugas Akhir ini berjudul : ” RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA VARIASI DEBIT ” , telah disetujui oleh pembimbing untuk dipertahankan di

Prinsip kerja dari sistem pemanas air dengan menggunakan plat datar dapat menunjukkan bahwa air yang masuk ke dalam kolektor melalui pipa distribusi akan

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh intensitas radiasi matahari terhadap energi berguna dan kerugian energi yang dihasilkan kolektor pemanas air tenaga

Energi radiasi yang sampai ke permukaan bumi akan diserap oleh kolektor yang digunakan untuk memanaskan air pada alat pemanas air tenaga surya. Energi yang

Prinsip kerja dari sistem pemanas air dengan menggunakan plat datar dapat menunjukkan bahwa air yang masuk ke dalam kolektor melalui pipa distribusi akan