Analisa Komponen Kolektor pada Mesin Pendingin Siklus Adsoprsi Tenaga Surya dengan Variasi Sudut 0o dan 30o

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Surya

Energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas

surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk

lain. Sumber energi surya yang utama diperoleh dari matahari, matahari

memancarkan energi yang besar ke permukaan bumi. . Energi matahari dapat

dipresentasikan dalam parameter intensitas radiasi yaitu jumlah daya matahari

yang datang pada suatu permukaan persatuan luas area. Pada keadaan cuaca cerah,

permukaan bumi menyerap sekitar 1000 watt energi matahari permeter persegi.

Kurang dari 30% energi tersebut dipantulkan kembali ke angkasa, 47%

dikonversikan menjadi panas, 23% digunakan untuk seluruh sirkulasi kerja yang

terdapat di atas permukaan bumi, sebagian kecil 0,25% ditampung angin,

gelombang dan arus dan masih ada bagian yang sangat kecil 0,025% disimpan

melalui proses fotosintesis di dalam tumbuh-tumbuhan yang akhirnya digunakan

dalam proses pembentukan batu bara dan minyak bumi (bahan bakar fosil, proses

fotosintesis yang memakan jutaan tahun) yang saat ini digunakan secara ekstensif

dan eksploratif. Bukan hanya untuk bahan bakar tetapi juga untuk bahan pembuat

plastik, formika, bahan sintesis lainnya. Sehingga bisa dikatakan bahwa sumber

segala energi adalah energi matahari[1].

Suatu teori yang akhir-akhir ini dapat diterima para ahli mengatakan

bahwa radiasi gelombang elektromagnetik merupakan kombinasi dari gelombang

yang menumbuhkan partikel-partikel energi dalam bentuk foton. Gelombang

energi yang memancar melalui ruangan angkasa memberikan pancaran radiasi

dengan panjang gelombang yang berbeda-beda. Radiasi gelombang

elektromagnetik dikelompokkan pada panjang gelombang yang memberikan

rangsangan energi yang lebih besar dimana semakin pendek panjang

gelombangnya semakin besar energinya. Radiasi yang akan dipancarkan melalui

permukaan matahari mempunyai variasi panjang gelombang dari yang paling

panjang (gelombang radio) sampai yang paling pendek (gelombang sinar X dan

sinar gamma).

Jarak rata-rata antara bumi dengan matahari RBM = 1,49 x1011,sedangkan

besar rapat radiasi adalah:

2 kalori cm2/menit = 2 langleys/menit

= 2 x 104 kalori/m2 menit

= 1/3 x 103 kalori/m2 dt.

Matahari memancarkan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik.

Radiasi tersebut hanya sekitar 50% yang dapat diserap oleh bumi. Menurut

pengukuran yang dilakukan oleh badan luar angkasa Amerika Serikat NASA

(National Aeronautics and Space Administration) melalui misi ruang angkasanya

pada tahun 1971,diperoleh data tentang besaran konstanta matahari yang harganya

sama dengan 1353 Watt/m2. Dari besaran tersebut 7,85% atau 105,8 Watt/m2

dipancarkan melalui sinar ultraviolet, 47,33% atau 640.4 Watt/m2 dipancarkan

Watt/m2 dipancarkan oleh sinar infra merah.

Pada dasarnya energi radiasi yang dipancarkan oleh sinar matahari

mempunyai besaran yang tetap (konstan),tetapi karena lintasan bumi berbentuk

ellips maka jarak dari matahari ke bumi tidak konstan. Jarak terdekat 1,47 x 1011

m terjadi pada 3 januari dan jarak terjauh 1.52 x 1011 m pada 4 juli. Potensi energi

surya di Indonesia sangat besar yakni sekitar 4.8 KWh/m2atau setara dengan

112.000 GWp, namun yang sudah dimanfaatkan baru sekitar 10 MWp.Energi

matahari dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara salah satunya menjadi kolektor

surya yang dapat menyimpan panas sesuai dengan ukuran kolektor yang dibuat.

Penyimpanan panas pada kolektor sangat bergantung pada kondisi matahari.

Semakin panas matahari maka semakin banyak panas yang terserap. Kolektor

surya beroperasi tanpa mengeluarkan suara (tidak seperti turbin angin besar)

sehingga tidak menyebabkan polusi suara. Kolektor surya biasanya memiliki

umur yang sangat lama, dan biaya pemeliharaannyasangat rendah karena tidak ada

bagian yang bergerak. Kolektor surya juga cukup mudah untuk diinstal.

2.2 Kolektor Surya

Kolektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang

menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai

sumber energi utama. Ketika cahaya matahari menimpa adsorber pada kolektor

surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan

sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas

tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya

Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen

utama, yaitu [2] :

1. Cover, berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju

lingkungan

2. Adsorber, berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari.

3. Kanal, berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja .

4. Isolator, berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari

adsorber menuju lingkungan

5. Frame, berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor

2.2.1 Klasifikasi Kolektor Surya

Terdapat tiga jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam Solar

Thermal Collector System dan juga memiliki korelasi dengan pengklasifikasian

kolektor surya berdasarkan dimensi dan geometri dari receiver yang dimilikinya.

A. Kolektor Plat Datar

Kolektor surya merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memanaskan

fluida kerja yang mengalir kedalamnya dengan mengkonversikan energi

radiasi matahari menjadi panas. Fluida yang dipanaskan berupa cairan minyak,

oli, dan udara. Kolektor surya plat datar mempunyai temperatur keluaran

dibawah 95°C dalam aplikasinya kolektor plat datar digunakan untuk

memanaskan udara dan air.

Keuntungan utama dari sebuah kolektor surya plat datar adalah bahwa

memanfaatkan kedua komponen radiasi matahari yaitu melalui sorotan

desainnya yang sederhana, hanya sedikit memerlukan perawatan dan biaya

pembuatan yang murah. Pada umumnya kolektor jenis ini digunakan untuk

memanaskan ruangan dalam rumah, pengkondisian udara, dan proses-proses

pemanasan dalam industri [2].

Tipe ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada

temperatur di bawah 100°C. Spesifikasi tipe ini dapat dilihat dari adsorber-nya

yang berupa plat datar yang terbuat dari material dengan konduktivitas termal

tinggi, dan dilapisi dengan cat berwarna hitam. Kolektor pelat datar

memanfaatkan radiasi matahari langsung dan terpencar ( beam dan diffuse ),

tidak membutuhkan pelacak matahari, dan hanya membutuhkan sedikit

perawatan. Aplikasi umum kolektor tipe ini antara lain digunakan untuk

pemanas air, pemanas gedung, pengkondisian udara, dan proses panas industri.

Komponen penunjang yang terdapat pada kolektor pelat datar antara lain;

transparent cover, adsorber, insulasi, dan kerangka.

Gambar 2.1 Kolektor surya pelat datar sederhana

Jenis ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada

temperatur antara 100° – 400°C. Kolektor surya jenis ini mampu memfokuskan energi radiasi cahaya matahari pada suatu receiver, sehingga

dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh adsorber.

Spesifikasi jenis ini dapat dikenali dari adanya komponen konsentrator yang

terbuat dari material dengan transmisivitas tinggi. Berdasarkan komponen

adsorber-nya jenis ini dikelompokan menjadi dua jenis yaitu Line Focus dan

Point Focus.

Gambar 2.2 Kolektor Konsentrator[12]

Agar cahaya matahari selalu dapat difokuskan terhadap tabung adsorber,

concentrator harus dirotasi. Pergerakan ini disebut dengan tracking.

Temperatur fluida melebihi 400 oC dapat dicapai pada sistem kolektor ini

seperti terlihat pada gambar diatas.

B. Kolektor Tabung Vakum

Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas yang lebih tinggi

dibandingkan dengan dua jenis kolektor surya sebelumnya. Keistimewaannya

terletak pada efisiensi transfer panasnya yang tinggi dan faktor kehilangan

diantara adsorber dan cover-nya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga

mampu meminimalisasi kehilangan panas yang terjadi secara konveksi dari

permukaan luar adsorber menuju lingkungan.

Gambar 2.3 Kolektor Tabung Vakum[13]

2.2.2 Manfaat kolektor surya

Kolektor surya dewasa ini mulai diterapkan diberbagai bidang seperti

bidang pertanian, Industri, dan teknologi. Dibidang pertanian manfaat kolektor

surya sama sama kita ketahui yaitu sebagai media pengeringan untuk hasil

pertanian, penggunaannya sangat efektif dan efesien walaupun memerlukan waktu

yang lama, tetapi sangat hemat baik dari segi tenaga maupun biaya, untuk

kedepan tidak mustahil permasalahan waktu akan ditemukan solusinya.

Dibidang Industri Koektor surya pun sudah mulai dikembangkan seperti

negara Jerman yang memanfaatkan tenaga matahari sebagai bahan bakar untuk

kendaraan atau yang biasa disebut mobil dengan tenaga surya prinsipnya ialah

mengubah tenaga matahari menjadi energi listrik, hal ini sungguh merupakan

penemuan yang mutakhir dibidang industri. Kita mengetahui bahwa bahan bakar

sebagai bahan bakar mungkin untuk masa yang akan datang dapat menyelesaikan

permasalahn ini.

Dibidang teknologi tenaga listrik dapat dihasilkan dari kolektor surya

listrik merupakan kebutuhan masyarakat, penggunaan tenaga matahari sebagai

bahan yang menggubah sinar menjadi energi listrik patut dikembangkan, seperti

yang pernah diterapkan oleh pemerintah pada tahun 2002 di daerah Bireun, Aceh

Utara, pemerintah mencoba memberikan listrik tenaga surya bagi masyarakat

setempat, tetapi karena peralatan yang tidak mencukupi dan tidak memadai maka

proyek ini hanya berjalan ditempat, Output dari tenaga matahari tersebut hanya

menghasilkan tenaga sebesar 10 – 20 volt dalam semalam. Padahal kalau jika

dikembangkan dan diadakan penelitian lebih lanjut kemungkinan besar akan

berhasil, tetapi mungkin mengingat dana yang juga sangat besar mungkin

pemerintah menunda dulu proyek tersebut. Tetapi pada intinya tenaga surya bisa

bermanfaat dan dapat menghasilkan listrik[9].

2.3. Mesin Pendingin Adsorpsi

2.3.1. Siklus Ideal Mesin Pendingin Adsorpsi

Adsorpsi dan desorpsi merupakan suatu proses yang dapat berlangsung

secara reversibel. Adsorpsi merupakan proses exothermic dimana adsorben

(padatan) dan adsorbat (fluida) melepaskan panas sehingga menyebabkan

penurunan pergerakan molekul adsorbat yang mengakibatkan adsorbat tersebut

menempel pada permukaan adsorben dan membentuk suatu lapisan tipis[3].

Ketika panas diberikan kepada sistem tersebut maka pergerakan molekul

energi kinetik molekul adsorbat yang cukup untuk merusak gaya van der Waals

antara adsorben dan adsorbat. Proses pelepasan adsorbat dari adsorben disebut

sebagai proses desorpsi, dimana proses ini membutuhkan energi panas sehingga

disebut proses endothermic. Jumlah adsorbat yang terkandung didalam adsorban

dapat digambarkan oleh garis isosters pada diagram tekanan vs temperatur (Ln P

vs -1/T) seperti pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Diagram Tekanan vs Temperatur sebagai Penunjuk Garis Isoster [3]

Mesin pendingin ini membutuhkan energi panas yaitu energi radiasi

matahari yang digunakan sebagi energi untuk berlangsungnya proses pendinginan.

Siklus pendingin adsorpsi dapat dilihat pada gambar 2.5. Sistem pendingin

adsorpsi ini terdiri atas empat proses yang dapat dijelaskan sebagai berikut.

1. Proses Pemanasan (Pemberian Tekanan)

Pada gambar 2.5 menjelaskan bahwa proses pemanasan dimulai dari titik A

dimana adsorbent berada pada temperatur rendah TA dan pada tekanan rendah Pe (tekanan evaporator). Proses ini berlangsung pada siang hari,proses A ke B: Adsorber menerima panas sehingga temperatur adsorber meningkat dan diikuti

oleh peningkatan tekanan Selama proses ini tidak ada aliran metanol yang

masuk maupun keluar dari adsorber.

2. Proses Desorpsi

Pada gambar 2.5 menjelaskan proses desorpsi berlangsung pada waktu panas

diberikan dari titik B ke D sehingga adsorber mengalami peningkatan

temperatur yang menyebabkan timbulnya uap desorpsi. Sehingga, sehingga

adsorbat yang berada pada adsorben dalam bentuk gas mengalir ke kondensor

untuk mengalami proses kondensasi menjadi cair dan mengalir ke kondensor.

3. Proses Pendinginan (Penurunan Tekanan)

Pada gambar 2.5 menjelaskan proses pendinginan berlangsung dari titik D ke F

yang berlangsung pada malam hari, adsorber melepaskan panas dengan cara

didinginkan sehingga suhu di adsorber turun dan diikuti oleh penurunan tekanan

dari tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi.

4. Proses Adsorpsi

Pada gambar 2.5 menjelaskan proses adsorpsi berlangsung dari titik F ke A,

Adsorber terus melepaskan panas sehingga adsorber mengalami penurunan

temperatur dan tekanan yang menyebabkan timbulnya uap adsorpsi. Adsorbat

dalam bentuk uap dihasilkan dari proses penyerapan kalor oleh adsorbat dari air

2.3.2. Perkembangan Mesin Pendingin Adsorpsi

Perkembangan mutkahir di bidang refrigeran utamanya didorong oleh dua

masalah besar dalam lingkungan, yakni penipisan lapisan ozon dan pemanasan

global. Sifat merusak ozon dimiliki oleh refrigeran utama yang digunakan yaitu

CFCs (ChloroFluoro Carbons). (Molina dan Rowland 1974, diacu dalam

Indartono 2006). Setelah keadaan penipisan ozon dilapisan atmosfer diverisifikasi

secara saintifik, perjanjian internasional untuk mengatur dan melarang

penggunaan zat-zat perusak disepakati pada tahun 1987 yang terkenal dengan

sebutan Protokol Montreal.

Penggunaan CFCs dan HCFCs (Hydro Chloro Fluoro Carbons)

merupakan dua refrigeran utama yang dijadwalkan untuk dihapuskan

masing-masing pada tahun 1996 dan 2030 untuk negara – negara maju. Sedangkan untuk negara – Negara berkembang dijadwalkan untuk dihapus (phase- out) pada tahun

2010 (CFCs) dan 2040 (HCFCs) (Powell dalam Indartono, 2006). Pada tahun

1997, Protokol Kyoto mengatur pembatasan dan pengurangan gas-gas penyebab

rumah kaca, termasuk HCFCs.

Munculnya beberapa permasalahan pada refrigerasi siklus kompresi uap

dalam dekade belakangan ini membuat para peneliti berusaha memunculkan

sistem refrigerasi alternatif yang tidak mengandung permasalahan serupa.

Teknologi alternatif tersebut diantaranya adalah refrigerasi sistem adsorpsi

padatan (solid adsorption). Sistem adsorpsi padatan ini tidak menggunakan

refrigeran yang merusak ozon, serta bisa memanfaatkan matahari dan panas

buangan .

pendinginan yang dapat digunakan jika sumber listrik tidak ada dan sebagai

pengganti refrigeran yang tidak ramah lingkungan. Metode pendinginan ini

memerlukan sumber energi panas sebagai penghasil siklus pendinginan. Sumber

energi tersebut dapat diperoleh dari biomassa, energi radiasi surya, maupun panas

buangan.

Perkembangan mesin ini telah dikenal pada tahun 1980 sampai sekarang,

dimana M. Pons dan J.J. Guilleminot (1981) membuat alat mesin pendingin

dengan menggunakan pasangan Zeolit – air dan pasanganan karbon aktif –

metanol. Sokoda dan Suzuki (1984) dan Critoph et al (1988) melakukan studi

kinerja siklus adsorpsi untuk pendingin surya. Vichan Tangkengsirin et al (1997)

menggunakan pasangan silicagel – air dan sumber panas dari energi surya.

Siegfried Kreussler dan Detlef Bolz melakukan penelitian mesin pendingin

solar adsorpsi menggunakan zeolit dan air, diperoleh energi pendingin sebesar

350 kJ/kg zeolit dan COP 8 %. K Sumanthy (1999) melakukan percobaan alat

pendingin solar energi dengan pasangan karbon aktif -methanol, dan berhasil

membuat es sebanyak 4 kg/hari dengan luas kolektor 0,92 m2.

Hildrand C, Dind P., Pons M., Butchter F.(2001), melakukan penelitian

pada mesin pendingin menggunakan silica gel – water dengan sumber panas

kolektor surya dengan luas 2 m2 mendapatkan harga COP antara 0.10 sampai

0.25. Sedangkan Wang D.C, Xia Z.Z, Zhai H, Wang R.Z dan Dou W.D.(2005),

melakukan penelitian mesin pendingin adsorpsi menggunakan silica gel dan air,

diperoleh Kapasitas pendinginan dan COP sebesar 7,15 kW dan 0,38.

Beberapa penelitian pada sistem pendingin adsorpsi telah dilakukan di

melakukan penelitian mesin pendingin adsorpsi dengan menggunakan silicagel –

metanol dengan pembangkitan panas dari listrik, dari hasil penelitian dengan 3

kali pengujian dengan tekanan awal sebesar 5,4 kPa diperoleh temperature

evaporator 10 °C dengan pemanasan pada generator sebesar 72°C. Pada saat

proses desorpsi yang berlangsung selama 7 jam, temperatur evaporator meningkat

menjadi 26 °C dengan lama proses selama 2 jam. Sedangkan pendinginan dengan

menggunakan beban pendinginan dan tekanan awal 0.11 kPa (0.88 mmHg) dan

suhu evaporator sebesar 24°C menurun menjadi 10°C dan terus meningkat karena

adanya beban pendinginan air pada chiller dan berlangsung selama 7 jam yang

mencapai 26°C. Pendinginan menghasilkan selisih 1.5 - 2°C perbedaan suhu yang

masuk dan keluar dari evaporator.

Selain itu penelitian untuk melihat kinerja alat pendingin adsorpsi juga

dilakukan oleh Setiono B, (2005) dimana hasil yang didapatkan menunjukkan

besaran temperatur di evaporator 9.7°C pada tekanan 26.1 torr (3.48 kPa) tanpa

menggunakan beban pendinginan, sedangkan dengan menggunakan beban

pendinginan didapatkan suhu evaporator sebesar 13.5°C pada tekanan 38.7 torr

(5.16 kPa) dan 13.4°C pada tekanan 45.1 torr (6.01 kPa). Pada percobaan yang

dilakukan ini berhasil menurunkan temperatur rata-rata 5°C. Tetapi pada

penelitian ini proses awal yang dilakukan adalah proses evaporasi-adsorpsi,

kemudian dilanjutkan dengan proses generasi-desorpsi[5].

2.4 Tinjauan Perpindahan Panas

Dalam perencanaan suatu alat dengan pemanfaatan tenaga surya perlu

Seperti ketika kolektor menerima panas dari matahari maka hal itu terjadi dengan

cara radiasi, kemudian panas dari pelat dan sisi kolektor berpindah secara

konveksi dan konduksi ke udara. Untuk lebih jelasnya dapat kita perhatikan

semua jenis perpindahan panas yang terjadi.

Gambar 2.6 Perpindahan Panas pada Kolektor Plat Datar[6]

Perpindahan panas merupakan perpindahan energi dari suatu daerah ke

daerah lain yang terjadi karena perbedaan suhu. Panas ini akan mengalir dari

tempat yang mempunyai temperatur tinggi ke tempat yang mempunyai temperatur

rendah hingga tercapai temperatur yang sama. Perpindahan panas secara garis

besar dapat dibagi menjadi 3 bagian :

a. Konduksi

b. Konveksi

2.4.1 Konduksi

Konduksi adalah proses perpindahan panas yang mengalir melalui suatu

bahan padat dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih

rendah di dalam suatu medium (padat, cair atau gas). Peristiwa ini menyangkut

pertukaran energi pada tingat molekuler. Pegamatan gejala fisika dan serentetan

pemikiran telah menghasilkan laju aliran kalor untuk konduksi. Kepadatan aliran

(flux) energi perpindahan kalor secara konduksi disebuah batangan padat,

sebanding dengan beda suhu dan luas penampang serta berbanding terbalik

dengan panjangnya[7].

Pengamatan dibuktikan dengan serentetan percobaan sederhana. Fourter telah

memberikan sebuah model matematika untuk proses ini. Dalam hal satu dimensi,

model matematikanya yaitu :

q

= -

k .A . ... (2.1)

dimana :

q = Laju perpindahan panas (W)

A = Luas penampang dimana panas mengalir (m2)

dT/dx = Gradien suhu pada penampang, atau laju perubahan suhu T

terhadap jarak dalam arah aliran panas x (K)

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

Daya hantar termal merupakan suatu karakteristik dari bahan dan

perbandingan K/l disebut hantaran (konduktivitas) yang ditentukan oleh struktur

molekul bahan. Semakin rapat dan tersusun rapinya molekul-molekul yang

dibandingkan dengan susunan yang acak dan jarang yang pada umumnya terdapat

terdapat pada bahan bukan logam.

Persamaan untuk laju perpindahan kalor konduksi secara umum

dinyatakan dengan bentuk persamaan diferensial di bawah ini :

dx dT kA

q  ... (2.2)

Bahan yang mempunyai konduktifitas termal yang tinggi dinamakan

konduktor, sedangkan bahan yang konduktifitas termal rendah disebut isolator.

Nilai angka konduktifitas termal menunjukan beberapa cepat kalor mengalir

dalam bahan tertentu.

Gambar 2.7 perpindahan panas pada isolasi kolektor surya

Peristiwa perpindahan konduksi pada mesin pendingin tenaga surya terjadi

pada sisi-sisi kolektor yang diisolasi oleh rockwool, sterofoam,busa hitam dan

kayu. Energi panas hilang (Qloss) dan berpindah dari ruang dalam kolektor

menuju temperatur yang lebih dingin (temperatur lingkungan).

2.4.2 Konveksi

Perpindahan kalor konveksi bergantung pada konduksi antara permukaan

benda padat dengan fluida terdekat yang bergerak. Persamaan laju perpindahan

panas secara konveksi secara umum:

) ( T hA

q  ... (2.3)

dengan : q = Laju perpindahan panas konveksi (W)

h= koefisien pindahan panas konveksi (W/m2K)

A = luas penampang (m2)

ΔT = perubahan suhu (K)

2.4.3 Radiasi

Radiasi adalah proses perpindahan panas tanpa melalui media. Bila energi

radiasi mengenai 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 [8].

Energi yang diradiasikan dari suatu permukaan ditentukan dalam bentuk daya

pancar (emissive power) yang secara termodinamika dapat dibuktikan bahwa daya

pancar tersebut sebanding dengan pangkat empat dari temperatur absolutnya.

Untuk radiator ideal, biasanya berupa benda hitam (black body).

Persamaan untuk mencari perpindahan panas radiasi adalah sebagai berikut :

qrad= A ( Ts4-Tsur4)... (2.4)

dimana :

qrad = laju perpindahan panas radiasi (W)

A = luas permukaan (m2)

= kontanta Stefan – Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2 K4) Ts = suhu permukaan (K)

Tsur = suhu lingkungan (K)

Penggunaan energi surya meliputi pengaturan kedudukan permukaan

pengumpul (kolektor) pada berbagai sudut dengan bidang horizontal. Sementara

pengukuran radiasi pada permukaan horizontal di banyak tempat sudah

dilaksanakan,pemanasan pada permukaan miring harus dihitung. Lapisan luar

matahari yang disebut fotosfer memancarkan suatu spektrum radiasi yang

kontiniu.

Perpindahan panas secara radiasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:

1. Luas permukaan benda yang bertemperatur, yang akan menentukan besar

kecil jumlah pancaran yang akan dapat dilepaskan.

2. Sifat permukaan yang berhubungan dengan kemudahan memancarkan atau

menyerap panas.

3. Kedudukan masing-masing permukaan satu terhadap yang lain akan

menentukan besar fraksi pancaran yang dapat diterima oleh permukaan

lain.

Ketika radiasi sampai ke permukaan, sebagian dari energi itu akan diserap,

sebagian lagi ditransmisikan, dan sisanya direfleksikan [9]. Energi radiasi yang

diserap disebut dengan absorbtivitas (α ), yang ditransmisikan disebut dengan transimitas ( ) dan energi radiasi yang dipantulkan disebut reflektivitas ( �).

absorbvitas= α =

0 α 1 transimitas= =

reflectivitas = � =

0 � 1

2.5. Intensitas Radiasi Matahari

Perbandingann intensitas radiasi matahari pada bidang horizontal dan

bidang miring dapat dinyatakan dengan persamaan berikut[2]:

Rb =

Gb,T = intensitas radiasi pada bidang miring (W/m2)

Gb = intensitas radiasi matahari dengan sudut masuk normal pada bidang

horizontal (W/m2)

θ = sudut datang radiasi; θ_z = sudut zenith

Berikut ini adalah sudut datang intensitas matahari terhadap bidang kolektor

horizontal dan bidang yang dimiringkan ditunjukkan gambar 2.8.

2.6 Posisi Matahari

Untuk menghitung intensitas radiasi matahari langsung pada sebuah

permukaan miring dari data intensitas radiasi matahari pada sebuah permukaan

horizontal dapat dihitung jika posisi matahari diketahui setiap saat. Posisi

matahari juga digunakan untuk menentukan radiasi matahari yang diteruskan

melalui kaca, dimana transmisivitas-absorpsivitasnya juga berubah-ubah sesuai

dengan sudut matahari.[2]

Sudut datang radiasi matahari yang dapat ditentukan dengan menggunakan

persamaan berikut:

cosθ= cos ϕ −β cos . cosω+ sin ϕ −β sin ………....(2.6)

Untuk permukaan yang dimiringkan, cos θ = cos θT (tilt). Beberapa parameter

pada persamaan di atas dijelaskan sebagai berikut:

a. Posisi lintang (�)

Yaitu posisi suatu tempat dari bidang khatulistiwa, utara bernilai positif;

-90o � 90o.

b. Deklinasi ( )

Yaitu sudut posisi matahari pada siang hari sehubungan dengan bidang

khatulistiwa.

Utara bernilai positif; -23,45 δ 23,45. Nilai dapat ditentukan

dengan persamaan berikut:

δ = 23,45 sin(360 284+n

365 )………...…....(2.7)

c. Kemiringan (β)

Yaitu sudut antara bidang permukaan tertentu dengan bidang horizontal;

0o β 90o (β > 90o berarti permukaan bidang menghadap ke bawah). d. Sudut Jam Matahari (ω)

Yaitu pergeseran sudut dari matahari ke arah timur/barat dari garis bujur

lokal akibat rotasi bumi pada porosnya sebesar 15o per jam; pagi negatif,

sore positif. Nilai ω dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

ω = ( −12) 360

24………...(2.8)

2.7. Perhitungan Perpindahan Panas pada Kolektor Plat Datar 2.7.1. Perhitungan Panas yang diserap Kolektor

Perhitungan panas yang diserap pada kolektor dapat dihitung

menggunakan rumus [2]:

= (� ) ………...…...…...(2.9)

dimana :

 Qit = intensitas radiasi matahari (J/m2)

 Ac = luas penampang kolektor (m2)

 � = transmisivitas absorsivitas rata -rata kaca dan absorber dihitung

dengan rumus : � = 0,96 (� ) ...(2.10)

dimana :

 (� ) = 1,01 � ...(2.11)

— Koefisien transmisivitas refleksi (� ) diperoleh dengan

— Koefisien transmisivitas refleksi (� ) diperoleh dengan

2.7.2. Perhitungan Kerugian Panas pada Kolektor

Koefisien kerugian panas yang hilang pada kolektor dapat dihitung

menggunakan rumus yaitu :

= + + _�………...(2.17)

dimana :

 = total kerugian panas yang hilang pada sisi bagian atas kolektor (J)

 = total kerugian panas yang hilang pada sisi bagian bawah kolektor (J)

 �= total kerugian panas yang hilang pada sisi bagian samping kolektor (J)

 = total kerugian panas yang hilang pada setiap sisi kolektor (J)

Kerugian panas pada sisi atas (QT) diperoleh dengan rumus :

 = temperatur rata-rata plat atas(K)

 = koefisien perpindahan panas oleh angin ≈ 10 W/m2

K

 � = Tetapan Stefan-Boltzman = 5.67 x 10-8

 = koefisien kerugian panas pada sisi atas kolektor (W/m2 K)

— Ac = luas penampang kolektor (m2)

— Tpm sisi atas = temperatur rata - rata plat atas (oC)

— ∞= temperatur lingkungan (oC)

Kerugian panas pada sisi samping (QE) diperoleh dengan rumus :

Q

_�

=

∆

1+ 2 + 3 + 4+ 5 ………...…...(2.20)

dimana :

— =

 K = konduktivitas bahan (W/m K)

 t = tebal isolasi (m)

 A = luas penampang isolasi (m2)

— ∆ = − _∞

 Tpm sisi samping = temperatur rata - rata plat samping (oC)

 ∞ = temperatur lingkungan (oC)

Kerugian panas pada sisi bawah (QB) diperoleh dengan rumus :

Q =

∆

1+ 2 + 3 + 4+ 5 ...…...(2.21)

=

 K = konduktivitas bahan (W/m K)

 t = tebal isolasi (m)

 A = luas penampang isolasi (m2)

— ∆ = − _∞

 Tpm sisi bawah = temperatur rata - rata plat bawah (oC)

 ∞ = temperatur lingkungan (oC)

2.8. Energi Panas Aktual yang Digunakan Kolektor untuk Proses Desorpsi

Energi panas yang digunakan kolektor untuk mendesorpsi metanol dari

karbon aktif dievaluasi melalui persamaan sebagai berikut:

= . + ∆ + ………...(2.22)

dimana:

Qic = energi panas aktual yang digunakan kolektor untuk proses desorpsi (J)

mac = massa karbon aktif dalam kolektor (kg)

mr = massa refrigeran (metanol) dalam kolektor yang teradsorpsi (kg)

Cpac = panas spesifik karbon aktif (J/kg K)

Cpr = panas spesifik metanol (J/kg K)

∆ = temperatur pemanasan dievaluasi pada temperatur rata-rata kolektor

maksimal selama waktu pemanasan optimum (oK)

hsg = entalpi perubahan fasa metanol selama proses desorpsi (KJ/Kg)

2.9. Efisiensi Kolektor ( )

Efisiensi aktual kolektor surya selama pengujian dapat dihitung dalam

keadaan kosong dan berisi karbon aktif. Efisiensi kolektor kosong dapat dihitung

dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

=

...…...(2.23)

dimana :

— S = panas yang diserap kolektor (J)

— Qrad = panas yang diterima kolektor (J)

Efisiensi kolektor berisi karbon aktif dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan berikut ini[10]:

=

………...………....…...(2.24)

dimana :

— = energi panas aktual yang digunakan kolektor untuk proses desorpsi(J)