BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Kajian Experimental Kolektor Surya Prismatik Dengan Variasi Jarak Kaca Terhadap Plat Absorber Menggunakan Sistem Tertutup Untuk Pemanas Air

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Matahari

Matahari merupakan bintang yang dekat dengan bumi dan menyediakan energi

yang dibutuhkan oleh kehidupan di bumi secara terus–menerus (renewable energy).

Sumber energi berjumlah besar dan kontinu terbesar yang tersedia bagi umat manusia

adalah energi surya dan energi elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari.

Energi surya sangat aktif karena tidak bersifat polutif dan tidak dapat habis. Akan

tetapi arus energi yang rendah mengakibatkan digunakannya sistem dan kolektor yang

permukaannya luas untuk mengumpulkan dan mengkonsentrasikan energi matahari

ini.

Matahari adalah sebuah bulatan gas panas yang memiliki diameter 1,39 x 109

m dan berjarak sekitar 1,5 x 1011 m dari bumi. Matahari dianggap sebagai sebuah

benda hitam yang memiliki suhu 5762 K. Suhu di pusat adalah 8 x 106 sampai 40 x

106 K dan memiliki densitas 100 kali dari air. Matahari terjadi karena reaksi fusi yang

kontinu antara hidrogen dan helium.[2]

2.1.1. Konstanta Matahari

Radiasi matahari merupakan suatu bentuk radiasi termal. Radiasi

yangdipancarkan oleh permukaan matahari Es, adalah sama dengan hasil perkalian

konstanta Stefan Boltzmannσ, pangkat empat temperatur permukaan absolut Ts, dan

luas permukaan πds2.

[W] ………. 2.1

Dimana :

σ = 5,67 x 10-8 (W/m2K4), konstanta stefan-boltzmann

ds = Diameter matahari (m)

Radiasi flux pada unit area dari permukaan berbentuk bola dalam hal ini matahari

[W/m2] ………..………..…. 2.2

Dimana:

Ts = temperatur permukaan matahari (K)

G = 1353 W/m2, konstanta matahari

Harga G ini disebut konstanta surya Gsc. Pengukuran yang baru-baru ini membenarkan

harga Gsc yang kemudian telah diterima oleh NASA sebagai standar.[3]

Posisi Matahari

Untuk menghitung radiasi matahari langsung pada sebuah permukaan miring

dari data radiasi pada sebuah permukaan horizontal, maka posisi matahari harus

diketahui setiap saat. Posisi matahari juga digunakan untuk menentukan radiasi surya

yang diteruskan melalui kaca, yang transmisivitas absorbsivitasnya berubah-ubah

sesuai dengan sudut masuk matahari.

- Sudut lintang, Φ, adalah sudut lokasi bidang di permukaan bumi terhadap

ekuator bumi dimana untuk arah ke utara diberi tanda positip. Nilai untuk

sudut lintang ini : - 90 ≤Φ≤ 90.

- Sudut kemiringan, β, adalah sudut antara permukaan bidang yang dimaksud

terhadap horisontal ; 0 ≤ β≤ 180°.

- Sudut deklinasi matahari, δ, merupakan sudut kemiringan bumi terhadap

matahari akibat rotasi bumi pada arah sumbu axis bumi-matahari; -23,45°≤ δ ≤23,45°.

Sudut deklinasi matahari dinyatakan dengan persamaan :

... 2.3

dimana n menyatakan nomor urut hari dalam satu tahun yang diawali dengan

nomor urut 1 untuk tanggal 1 Januari.

N

S

δ

BUMI

MATAHARI

Gambar 2.1 Deklinasi matahari

- Sudut jam matahari, ω, adalah pergeseran sudut dari matahari ke arah

timur/barat dari garis bujur lokal akibat rotasi bumi pada sumbunya. Besar

pergeseran sudut tersebut 15° tiap jam .

- Sudut ketinggian matahari, α, adalah sudut antara radiasi langsung dari

matahari dengan bidang horisontal yang ditentukan berdasarkan persamaan :

[4]

... 2.4

- Sudut zenith, θz, adalah sudut antara radiasi langsung dari matahari dengan

garis normal bidang horisontal yang dinyatakan dengan persamaan :

... 2.5

Gambar 2.2 Posisi sudut matahari[5]

Radiasi Pada Bidang Miring

Pada dasarnya data radiasi surya pada bidang miring jarang diperoleh. Karakteristik

daripermukaan disekitarnya berbeda antara satu tempat dengan yang lainnya sehingga

standarisasipengukurannya sulit dibuat.

Karena itu, radiasi total pada suatu permukaan miring biasanya dihitung. Radiasi total

padapermukaan miring adalah jumlah dari radiasi komponen sorotan (IbT), komponen

sebaran (IdT), dankomponen pantulan (IrT).

[MJ/m2] ………..…………2.7

Radiasi Langsung/Sorotan

Intensitas radiasi langsung atau sorotan perjam pada sudut masuk normal Ibn adalah,

[MJ/m2] ………2.8

θz = sudut zenith

Dengan demikian, untuk suatu permukaan yang dimiringkan dengan sudut β terhadap

bidanghorisontal, intensitas dari komponen sorotan adalah,

[MJ/m2] ………..…………2.9

θr disebut sudut masuk dan didefinisikan sebagai sudut antara arah sorotan pada sudut masuknormal dan arah komponen tegak lurus (90o) pada permukaan bidang miring.

β

IbT

Ibn

Ibn

θz

θT Ib

Gambar 2.3Radiasi sorotan tiap jam pada permukaan miring

Radiasi Sebaran

Radiasi sebaran, yang disebut juga radiasi langit (sky radiation), adalah radiasi

yangdipancarkan ke permukaan penerima oleh atmosfer, karena itu berasal dari

seluruh bagian hemisfer.

Apabila dimisalkan, seperti yang sering terjadi, bahwa radiasi sebaran pada

permukaan miringdinyatakan dengan,

[MJ/m2] ………..2.10

Dimana β adalah sudut miring dari permukaan miring dan Id menunjukkan besarnya radiasisebaran perjam pada suatu permukaan horisontal.

Radiasi Pantulan

Selain komponen radiasi langsung dan sebaran, permukaan penerima juga

mendapatkanradiasi yang dipantulkan dari permukaan yang berdekatan dimana jumlah radiasi yang dipantulkantergantung dari refleksi α dari permukaan yang berdekatan itu, dan kemiringan permukaanyang menerima. Radiasi yang dipantulkan perjam, juga

disebut radiasi pantulan, yang dijabarkandalam persamaan.

[MJ/m2] ………2.11

Dimana reflektansi α dianggap 0,21-0,25 untuk permukaan tanpa salju dan 0,7 untuk lapisan saljuyang baru turun.[6]

Sebaran Sorotan

Pantulan

Permukaan tanah

2.2. Transmisivitas-Absorbsivitas

Transmisi, refleksi, dan absorbsi dari radiasi sinar matahari dari komponen

sebuah kolektor surya penting untuk menghitung performansi kolektor.

Transmisivitas, refleksivitas, dan absorbsivitas merupakan fungsi-fungsi dari radiasi,

ketebalan medium, indeks refraksi, dan koefisien pemadaman (extinction).

2.2.1. Refleksivitas dan Transmisivitas Radiasi

Refleksivitas radiasi pada permukaan halus melewati medium 1 dengan indeks

bias n1, ke medium 2 dengan indeks bias n2 dihitung dengan persamaan :

di mana r฀ adalah komponen radiasi tegak lurus arah matahari dan r∥komponen radiasi

searah arah matahari. Sedangkan 1 dan 2 masing-masing adalah sudut datang

matahari dan sudut bias.

Refleksivitas radiasi dapat diperoleh dengan persamaan :

[

//

]

Sedangkan transmisivitas radiasi diperoleh dengan persamaan :



Sinar Pantul, Ir

Gambar 2.5 Sudut datang dan sudut bias pada dua medium

Dengan menggunakan hukum pembiasan Snell diperoleh 2 dengan

1

2.2.2 Absorbsi Radiasi [7]



K = koefisien extinction/pemadaman (m-1)

L = ketebalan kaca (m)

2.2.3 Radiasi yang Diserap Absorber

Radiasi yang diserap absorber dapat diperoleh dengan persamaan : [8]

T aveI

S=(τα) ... 2.17 di mana :

S = radiasi yang diserap absorber (MJ/m2)

ave

)

(τα = transmisivitas-absorbsivitas rata-rata

IT = Radiasi pada bidang miring (MJ/m2)

2.3 Perpindahan Kalor

2.3.1. Konduksi

Panas mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke

daerah yang bertemperatur rendah. Kalor dipindahkan melalui benda perantara,

namun bendaperantaranya tidak ikut berpindah.Proses konduksi terjadi karena

elektron-elektron bebasatau foton(paket gelombang akustik) yang berpindah. Jadi,

tidak tampak perpindahannyasecara makroskopik. Jika atom atau molekul suatu zat

pada suatu tempat bersuhu lebihtinggi daripada molekul di tempat lain, maka atom

atau molekul tersebut akan bergerakdengan energi lebih besar daripada bagian

lainnya. Melalui proses tumbukan, energi dapatdipindahkan kepada molekul-molekul

Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum

Fourrier.[9]

…………...……….. 2.18

Dimana : q = Laju perpindahan panas (Watt)

k = Konduktivitas Termal (W/m.K)

A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)

dT/dx = Gradien temperatur dalam aliran panas

2.3.2. Konveksi

Konveksi merupakan perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan

massamedianya, dan media konveksi adalah fluida. Konveksi terjadi karena adanya

perbedaankecepatan fluida bila suhunya berbeda, yang tentunya akan berakibat pada

perbedaan beratjenis (berat tiap satuan volume). Fluida yang bersuhu tinggi akan

mempunyai berat jenisyang lebih kecil bila dibandingkan dengan fluida sejenisnya

yang bersuhu lebih rendah.Karena itu, maka fluida yang bersuhu tinggi akan naik

sambil membawa energi. Hal inilahyang berakibat pada terjadinya perpindahan kalor

konveksi. Udara yang mengalir di atas suatu permukaan logam pada sebuah alat

pemanas udara surya, dipanasi secara konveksi yaitu konveksi paksa dan konveksi

alamiah, apabila aliran udara disebabkan oleh blower maka ini disebut konveksi paksa

dan apabila disebabkan oleh gradien massa jenis maka disebut konveksi alamiah.

Pada umumnya laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan hukum

persamaan pendinginan Newton sebagai berikut.[10]

……….. 2.19

Dimana : h = Koefisien konveksi (W/m2.K)

A = Luas permukaan kolektor surya (m2)

Tw = Temperatur dinding (K)

T = Temperatur fluida (K)

2.3.3. Radiasi

Radiasi adalah proses perpindahan panas melalui gelombang elektromagnetik

atau paket-paket energi (photon) yang dapat dibawa sampai pada jarak yang sangat

jauh tanpa memerlukan interaksi dengan medium. Di samping itu jumlah energi yang

dipancarkan sebanding dengan temperatur benda tersebut. Kedua hal tersebut yang

membedakan antara peristiwa perpindahan panas konduksi dan konveksi dengan

perpindahan panas radiasi.

Banyaknya kalor yang dipindahkantiap satuan waktu melalui proses radiasi

dinyatakan oleh hukum Stefan Boltzmannsebagai :

P = e σ A T4 ……… 2.20

Tidak seluruh energi yang disebutkan dalam konstanta surya mencapai

permukaan bumi, karena terdapat absorpsi yang kuat dari karbondioksida dan uap air

di atmosfer.

Radiasi surya yang menimpa permukaan bumi juga bergantung dari kadar

debu dan zat pencemar lainnya dalam atmosfer. Energi surya yang maksimal akan

mencapai permukaan bumi bila berkas sinar itu langsung menimpa permukaan bumi

karena:

a) Terdapat bidang pandang yang lebih luas terhadap fluks surya yang datang

b) Berkas sinar surya menempuh jarak yang lebih pendek di atmosfer,

sehinggamengalami absorpsi lebih sedikit dari pada jika sudut timpanya miring

terhadapnormal.

Frekuensi dari cahaya tidak akan berubah pada saat cahaya tersebut memasuki

suatu medium ke medium lain selama energinya tetap. Laju energi yang dipindahkan

tergantung kepada beberapa faktor, yaitu :

1) Temperatur (permukaan yang mengemisi dan yang menerima radiasi)

2) Emisivitas (permukaan yang terradiasi)

3) Refleksi, Absorpsi, dan Transmisi

4) Faktor pandang (views factor) antara permukaan yang mengemisi dan yang

menerima radiasi (sudut pandang antara manusia terhadap sumber

Gelombang elekromagnetik berjalan melalui suatu medium dan mengenai

suatu permukaan atau medium lain maka sebagian gelombang akan dipantulkan

sedangkan, gelombang yang tidak dipantulkan akan menembus ke dalam medium atau

permukaan yang dikenainya. Pada saat melalui medium, intensitas gelombang secara

berkelanjutan akan mengalami pengurangan. Jika pengurangan tersebut berlangsung

sampai tidak ada lagi gelombang yang akan menembus permukaan yang dikenainya

maka permukaan ini disebut sebagai benda yang bertingkah laku seperti benda hitam.

Karakteristik lain dari benda hitam adalah bahwa semua radiasi yang jatuh

padanya akan diserap dan bahwa emisi maksimal mungkin terjadi dalam semua

panjang gelombang dan semua arah. Jika gelombang melalui suatu medium tanpa

mengalami pengurangan hal ini disebut sebagai benda (permukaan) transparan dan

jika hanya sebagian dari gelombang yang mengalami pengurangan hal ini disebut

sebagai permukaan semi transparan. Apakah suatu medium adalah benda yang

bertingkahlaku seperti benda hitam, transparan atau semi transparan tergantung

kepada ketebalan lapisan materialnya.

Benda logam biasanya bersifat seperti benda hitam. Benda nonlogam

umumnya memerlukan ketebalan yang lebih besar sebelum benda ini bersifat seperti

benda hitam. Permukaan yang bersifat seperti benda hitam tidak akan memantulkan

cahaya radiasi yang diterimanya, oleh karena itu kita sebut sebagai penyerap paling

baik atau permukaan hitam. Jadi permukaan yang tidak memantulkan radiasi akan

terlihat hitam. Permukaan dari benda hitam adalah permukaan yang paling ideal yang

mempunyai sifat-sifat :

1. Benda hitam menyerap semua radiasi yang disengaja (irradiasi) tanpa melihat

panjang gelombang dan arah datangnya sinar (diffuse).

2. Pada semua temperatur dan panjang gelombang yang diizinkan, tidak ada

permukaan yang dapat menghasilkan energi lebih banyak daripada benda

hitam.

3. Walaupun emisi radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam adalah fungsi dari

panjang gelombang dan temperatur, dan tidak bergantung pada arah

Karakteristik radiasi dari permukaan yang bertingkahlaku seperti benda hitam :

1. Emisivisitas

Emisivitas adalah rasio energi yang diradiasikan oleh material tertentu dengan

yang diradiasikan oleh benda hitam pada temperatur yang sama. Emisivitas

merupakan ukuran kemampuan suatu benda untuk meradiasikan energi yang diserapnya. Benda hitam sempurna memiliki emisivitas sama dengan satu (ε=1) tetapi objek sesungguhnya memiliki emisivitas kurang dari satu. Umumnya, semakin kasar

dan hitam benda tersebut, emisivitas meningkat mendekati 1. Semaki

benda, maka benda tersebut memiliki emisivitas mendekati 0. Emisivitas adalah

2. Absorpsivitas (Penyerapan)

Tidak seperti halnya emisivitas, absorpsivitas atau refleksivitas dan transmisivitas

bukanlah bagian dari sifat-sifat permukaan karena ketiga hal ini bergantung kepada

radiasi yang datang ke permukaan. Absorpsi adalah proses pada saat suatu permukaan

menerima radiasi dimana tidak semua energi diserap oleh permukaan tersebut,

melainkan ada sebagian yang dipantulkan atau ditransmisikan. Akibat langsung dari

proses penyerapan ini adalah terjadinya peningkatan energi dari dalam medium yang

terkena panas tersebut.

3. Transmisivitas

Transmisivitas adalah fraksi dari jumlah energi radiasi yang ditransmisikan

perjumlah total energi radiasi yang diterima suatu permukaan.Radiasi surya adalah

radiasi gelombang pendek yang diserap oleh plat penyerap sebuah kolektor surya dan diubah menjadi panas. Oleh karena itu, plat penyerap harus memiliki harga α yang setinggi–tingginya dalam batas yang masih praktis. Plat penyerap yang menjadi panas

memancarkan radiasi termal dalam daerah panjang gelombang yang panjang (infra

merah) kerugian radiasi dapat dikurangi sehingga sangat kecil dengan cara

menggunakan permukaan khusus yang memiliki harga absorbsivitas yang tinggi (α,

2.4. Tinjauan Mekanika Fluida

2.4.1. Viskositas

Viskositas merupakan sifat yang menentukan karakteristik fluida, yaitu ukuran

tahanan fluida terhadap tegangan geser. Viskositas dinamik didefinisikan sebagai

perbandingan tegangan geser terhadap laju regangan geser. Untuk distribusi kecepatan

linier viskositas dinamik adalah :

d

Sedang viskositas kinematik merupakan viskositas dinamik dibagi massa jenis ρ.[13]

ρ µ =

v [m2/s ] ……….. 2.22

2.4.2. Bilangan Reynold

µ

Merupakan hubungan antara massa jenis , viskositas dinamik , dan kecepatan

rata-rata suatu fluida dalam sebuah pipa dengan diameter dalam di. Bilangan ini tidak

memiliki dimensi dan sering dinyatakan dalam laju aliran massa fluida .

Dari persamaan kontinuitas, kecepatan v dapat dituliskan sebagai berikut :

i

dengan mensubstitusikan v dalam persamaan di atas dapat diperoleh :[14]

µ πd_i

m

4

Re= ……….. 2.25

2.4.3. Persamaan Kontinuitas

Fluida yang mengalir melalui suatu penampang akan selalu memenuhi hukum

kontinuitas, yaitu laju massa fluida yang masuk masuk akan selalu sama dengan laju

massa fluida yang keluar. Persamaan kontinuitas dirumuskan :

tan

Untuk aliran tak mampu mampat, ρ1 = ρ2 maka persamaan kontinuitas menjadi,[15]

2 V2

A2

V1

A1

1

Gambar 2.6 Penampang saluran pipa

2.4.4. Perpindahan Kalor pada Air

Sebagian besar zat memuai secara beraturan terhadap penambahan temperatur.

Akan tetapi (sepanjang tidak ada perubahan fase yang terjadi), air tidak mengikuti

pola yang biasa. Jika air pada 0oC dipanaskan volumenya menurun sampai mencapai

4oC. Di atas 4oC air berperilaku normal dan volumenya memuai terhadap

bertambahnya temperatur. Air dengan demikian memiliki massa jenis yang paling

tinggi pada 4oC.

Sebuah fenomena yang menarik adalah ketika temperatur air di danau yang

temperaturnya di atas 4oC dan mulai mendingin karena kontak langsung dengan udara

yang dingin. Air yang berada di atas permukaan danau akan tenggelam karena massa

jenisnya yang lebih besar dan digantikan oleh air yang lebih hangat. Keadaan ini

berlanjut hingga air mencapai temperatur tetap (konstan).

Tekanan pada fluida dapat dituliskan dalam persamaan :

[kg/m2]... 2.27

Dimana :

P = Tekanan (kg/m2)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m3 )

g = percepatan gravitasi(m/s2)

h = kedalaman permukaan air danau(m)

ρ3 Permukaan danau P3 h3 ρ2 Tengah danau P2 h2 ρ1 Dasar Danau P1 h1

Dari keterangan di atas dapat kita simpulkan bahwa air panas akan selalu

berada pada bagian pemukaan air. Hal ini dikarenakan massa jenis air panas lebih

kecil daripada massa jenis air dingin, dengan sendirinya air panas akan berada pada

permukaan.[16]

2.5. Penukar Kalor (Heat Exchanger)

Alat penukar kalor (heat exchanger) merupakan suatu alat yang sangat penting

dalam proses pertukaran panas. Alat tersebut berfungsi untuk memindahkan panas

antara dua fluida yang berbeda temperatur dan dipisahkan oleh suatu sekat pemisah.

Penukar kalor yang digunakan di industri lebih diutamakan untuk menukarkan energi

dua fluida (boleh sama zatnya) yang berbeda temperaturnya. Pertukaran energi dapat

berlangsung melalui bidang atau permukaan perpindahan panas yang memisahkan

kedua kedua fluida atau secara kontak langsung (fluidanya bercampur).

Energi yang dipertukarkan akan menyebabkan perubahan temperatur fluida

(panas sensibel) atau kadang dipergunakan untuk berubah fasa (panas laten). Laju

perpindahan energi dalam penukar kalor dipengaruhi oleh banyak faktor seperti

kecepatan aliran fluida , sifat-sifat fisik yang dimiliki oleh kedua fluida yang saling

dipertukarkan energinya (viskositas, konduktivitas termal, kapasitas panas spesifik),

beda temperatur antara kedua kedua fluida, dan sifat permukaan bidang perpindahan

panas yang memisahkan kedua fluida.

Jenis-Jenis Penukar Kalor

Pada umumnya penukar kalor bekerja pada temperatur dan tekanan yang tinggi

serta kadang-kadang menggunakan fluida yang bersifat kurang ramah terhadap

kehidupan kita. Sehingga diperlukan beberapa proses perpindahan panas yang tepat

untuk mencegah adanya kerusakan dan kegagalan operasi.

Berdasarkan proses perpindahan panas yang terjadi, penukar kalor dapat dibedakan

menjadi dua golongan, yaitu :

a. Tipe kontak langsung, di mana antara dua zat yang dipertukarkan energinya

dicampur atau dikontakkan secara langsung.

b. Tipe tidak kontak langsung, maksudnya antara kedua zat yang dipertukarkan

energinya dipisahkan oleh permukaan bidang padatan seperti dinding pipa,

Berdasarkan berapa kali fluida melalui penukar kalor dibedakan jenis satu kali laluan

dengan multi atau banyak laluan.

Pada jenis satu laluan masih terbagi dalam tiga tipe berdasarkan arah aliran dari fluida,

yaitu :

a. Penukar kalor tipe berlawanan, yaitu bila kedua fluida mengalir dengan arah

yang saling berlawanan. Pada tipe ini mungkin terjadi bahwa temperatur fluida

yang menerima panas saat keluar penukar kalor lebih tinggi dibanding

temperatur fluida yang memberikan kalor saat meninggalkan penukar kalor.

b. Penukar kalor tipe aliran sejajar, yaitu bila arah aliran dari kedua fluida di

dalam penukar adalah sejajar. Artinya kedua fluida masuk pada sisi yang satu

dan keluar dari sisi yang lain.

c. Penukar kalor dengan aliran silang, artinya arah aliran kedua fluida saling

bersilangan. Contoh yang sering kita lihat adalah radiator mobil dimana aliran

air pendingan mesin yang memberikan energinya ke udara saling

bersilangan.[17]

2.6. Kaca

Kaca adalah

pandang), dan biasanya rapuh. Jenis yang paling banyak digunakan selama

berabad-abad adalah jendela dan gelas minum. Kaca dibuat dari campuran 75%

2

Sifat Kaca

Sifat kaca yang penting adalah sifat pada saat kaca berbentuk fasa cair dan fasa

padatnya. Sifat fasa cair dari kaca digunakan dalam proses pengambangan (floating)

dan pembentukan kaca, sedangkan untuk sifat fasa padat dari kaca digunakan di dalam

pemakaiannya (kegunaannya). Beberapa sifat fisik dan kimia yang penting dari kaca

antara lain :

1. Sifat mekanik

Tension strength atau daya tarik adalah sifat mekanik utama dari kaca.Tensile strength

merupakan tegangan maksimum yang dialami oleh kaca sebelum terpisahnya kaca

mempunyai cacat di permukaan, sehingga tegangan akan terkonsentrasi pada cacat

tersebut. Kekuatan dari kaca akan bertambah jika cacat di permukaan dapat

dihilangkan.

2. Densitas dan Viskositas

Densitas adalah perbandingan antara massa suatu bahan dibagi dengan volumenya.

Nilai densitas dari kaca adalah sekitar 2,49 g/cm3. Densitas dari kaca akan menurun

seiring dengan kenaikan temperatur. Sedangkan, viskositas merupakansifat kekentalan

dari suatu cairan yang diukur pada rentang temperatur tertentu. Harga viskositas dari

kaca merupakan fungsi dari suhu dengan kurva eksponensial.

3. Sifat termal

Konduktivitas panas dan panas ekspansi merupakan sifat thermal yang penting dari

kaca. Kedua sifat ini digunakan untuk menghitung besarnya perpindahan panas yang

diterima oleh cairan kaca tersebut. Nilai dari tahanan kaca sekitar 1020 – 1Ω cm13.

4. Optical properties

• Refractive properties

Kaca mempunyai sifatmemantulkan cahaya yang jatuh pada permukaan kaca

tersebut. Sebagian sinar dari kaca yang jatuh itu akan diserap dan sisanya akan

diteruskan. Apabila cahaya dari udara melewati medium padat seperti kaca, maka

kecepatan cahaya saat melewati kaca menurun. Perbandingan antara kecepatan cahaya

di udara dengan kecepatan cahaya yang lewat gelas ini disebut dengan indeks bias.

Nilai indeks bias untuk kaca adalah ± 1,52.

• Absorptive properties

Intensitas cahaya yang masuk ke dalam akan berkurang karena adanya

penyerapan sepanjang tebal kaca tersebut. Jika kaca semakin tebal, maka energi

cahaya yang diserap akan semakin banyak sedangkan intensitas cahaya yang masuk

melalui kaca akan semakin rendah.

5. Stabilitas kimia

Stabilitas kimia adalah ketahanan suatu bahan terhadap pengaruh zat kimia. Stabilitas

2.7. Garam

Secara fisik, garam adalah benda padatan berwarna putih berbentuk kristal yang

merupakan kumpulan senyawa dengan bagian terbesar Natrium Chlorida (NaCl)

(>80%) serta senyawa lainnya seperti Magnesium Chlorida (MgCl), Magnesium

Sulfat (MgSO4), Calsium Chlorida (CaCl), dan lain-lain. Garam mempunyai

sifat/karakteristik higroskopis yang berarti mudah menyerap air, bulk density (tingkat

kepadatan) sebesar 0,8-0,9 dan titik lebur pada tingkat suhu 801 oC.

Natrium klorida, juga dikenal denga

mempengaruhi

termal yang tinggi, tidak mudah terbakar, rentang cair yang tinggi, dan

kemampuannya sebagai pelarut berbagai senyawa.[19]

2.8. 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 absorber 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 untuk kemudian

dimanfaatkan guna berbagai aplikasi. Kolektor surya yang pada umumnya memiliki

komponen-komponen utama, yaitu [20]:

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

lingkungan

2) Absorber, 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

absorber menuju lingkungan

2.8.1. 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.

1. Flat-Plate Collector

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 dengan

memanfaatkan kedua komponen radiasi matahari yaitu melalui sorotan langsung dan

sebaran, tidak memerlukan tracking matahari dan juga karena 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.

Tipe ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada

temperatur di bawah 100°C. Spesifikasi tipe ini dapat dilihat dari absorbernya 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, 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; transparant cover, absorber, insulasi, dan kerangka.[21]

2. Concentrating Collector

Jenis kolektor 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 absorber. Spesifikasi jenis ini dapat dikenali

dari adanya komponen konsentrator yang terbuat dari material dengan transmisivitas

tinggi. Berdasarkan komponen absorbernya jenis ini dikelompokkan menjadi dua jenis

yaitu, Line Focus dan Point Focus.[23]

Gambar 2.8 Konsentrator [23]

Agar cahaya matahari selalu dapat difokuskan terhadap tabung absorber,

konsentrator harus dirotasi. Pergerakan ini disebut dengan tracking. Temperatur fluida

melebihi 400oC dapat dicapai pada sistem kolektor ini seperti terlihat pada gambar

diatas.

3. Evacuated Tube Collector

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 tetapi faktor kehilangan panasnya yang

relatif rendah. Hal ini dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan

penutupnya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi

kehilangan panas yang terjadi secara konveksi dari permukaan luar absorber menuju

Gambar 2.9 Evacuated Receiver[25]

2.8.2. Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Langsung dan Tidak Langsung

1. Sistem Langsung

Sistem langsung atau sistem loop terbuka mensirkulasikan air yang dipanaskan

langsung melalui kolektor. Sistem ini lebih murah daripada sistem tidak langsung dan

menawarkan perpindahan panas yang baik dari kolektor ke tangki penyimpanan,

namun memiliki banyak kekurangan seperti :

• Memberikan perlindungan panas yang kecil atau tidak ada.

• Pada daerah dingin tidak memberikan perlindungan terhadap pembekuan.

Sistem ini sering tidak dianggap cocok untuk cuaca dingin karena kolektor yang

rusak akibat pembekuan air.

Gambar 2.10Pemanas air sistem langsung :[26]

(A) sistem pasif dengan tangki di atas kolektor.

(B) sistem aktif dengan pompa dan kontroler didukung oleh sebuah panel

2. Sistem Tidak Langsung

Sistem tidak langsung atau sistem loop tertutup menggunakan alat penukar

panas yang memisahkan air dari fluida penghantar panas (Heat Transfer Fluid) yang

bersirkulasi melalui kolektor. Dua jenis fluida penghantar panas yang paling umum

adalah air dan antibeku yaitu campuran air yang biasanya menggunakan glikol

propilen yang tidak beracun. Meskipun sedikit lebih mahal, sistem tidak langsung

memberikan perlindungan terhadap pembekuan dan biasanya memberikan

perlindungan terhadap kehilangan panas.

Gambar 2.11Pemanas air sistem aktif tidak langsung :[26]

(C) sistem tidak langsung dengan penukar panas dalam tangki

(D) sistem tidak langsung dengan reservoir drainback. Dalam skema

kontroller dan pompa didorong oleh listrik.

2.8.3. Sistem Pasif dan Sistem Aktif

Sistem pasif mengandalkan sistem berbasis konveksi panas untuk

mensirkulasikan air atau fluida penukar pemanas dalam sistem. Sistem pemanas air

tenaga surya pasif memerlukan biaya yang kecil dan pemeliharaan yang sangat

rendah, namun efisiensi sistem pasif secara signifikan lebih rendah daripada sistem

aktif.

Sistem aktif menggunakan satu atau lebih pompa untuk mensirkulasikan air

atau fluida penghantar panas dalam sistem.

• Tangki penyimpanan dapat diletakkan lebih rendah dari kolektor,

memungkinkan kebebasan dalam desain sistem dan memungkinkan tangki

penyimpanan yang sudah ada untuk digunakan.

• Tangki penyimpanan dapat disembunyikan dari pandangan.

• Tangki penyimpanan dapat ditempatkan di ruang AC atau semi AC,

mengurangi kehilangan panas.

• Efisien yang tinggi.

• Meningkatnya kontrol atas sistem.

Sistem aktif yang sudah modern memiliki pengendali elektronik yang

menawarkan berbagai macam fungsi seperti modifikasi pengaturan yang mengontrol

sistem, interaksi dengan listrik, fungsi keamanan, akses remote, dan menampilkan