Laporan Praktikum Radiasi Risma

I. TUJUAN PRAKTIKUM

Setelah melakukan praktikum perpindahan panas (radiasi), mahasiswa diharapkan dapat : a. Mengetahui proses perpindahan panas pada Solar Water Heater.

b. Mengetahui laju perpindahan panas pada Solar Water Heater pelat hitam dan putih. c. Mengetahui karakterisitik Solar Water Heater pelat hitam dan putih.

d. Mengetahui efektivitas perpindahan panas radiasi pada Solar Water Heater pelat hitam dan putih.

II. DASAR TEORI

2.1. Pengertian Radiasi

Radiasi adalah perpindahan panas dari temperatur tinggi ke temperatur rendah akibat gerakan foton yang bergerak secara acak atau proses berpindahnya energi akibat beda temperatur karena adanya pancaran. Pada perpindahan secara radiasi, panas ditransfer melalui gelombang elektromagnetik, dimana kecepatan gelombang tersebut sama dengan kecepatan cahaya.

Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat, dapat merambat dalam ruang hampa. Gelombang elektromagnetik ini didasarkan pada hipotesis James Clark Maxwell. Contoh sederhana pada kita adalah pancaran sinar matahari yang beradiasi melewati angkasa dan atmosfer bumi, dimana terakhir bumi akan menyerap radiasi tersebut.

Udara hanya dapat menyerap sedikit radiasi dari sinar matahari tersebut, karena gelombang elektromagnetik tersebut dapat menembus udara, oleh karena itu tidak diserap. Berbeda halnya dengan pada gas-gas seperti CO2 dan H2O yang akan menyerap sebagian besar dari energi radiasi yang dipancarkan oleh sumber radiasi.

Gambar 1. Perpindahan panas radiasi

Benda-benda yang terkena radiasi, meradiasikan energi yang terdiri dari foton-foton yang bergerak dengan arah, fasa dan frekuensi yang acak. Foton-foton-foton tersebut dapat diserap, direfleksikan atau diteruskan melalui permukaan. Ada tiga sifat permukaan yang mengukur kuantitas-kuantitas yang dimaksud, diantaranya:

- Absortivitas (keterserapan), α adalah bagian dari radiasi yang diserap oleh bahan.

- Refleksivitas (keterpantulan), ρ adalah bagian radiasi yang direfleksikan oleh bahan.

- Transmisivitas, τ adalah bagian radiasi yang ditransmisikan oleh bahan.

Jumlah ketiga fraksi adalah satu, yaitu:

α+ ρ+τ=1

Persamaan Radiasi

q= Aσε T4

Dimana :

q = Laju aliran energi [Watt]

A = Luas permukaan bidang radiasi [m2_]

σ = Tetapan Boltzman [W/m2_K4_]

ε _{= Emisivitas}

T = Temperatur [K]

Di bawah ini adalah hal - hal yang mempengaruhi nilai emisivitas : 1. Panjang gelombang

Emisivitas benda yang permukaannya bersifat logam cenderung turun jika panjang gelombangnya semakin tinggi. Sedangkan emisivitas benda yang tidak bersifat logam cenderung naik seiring kenaikan panjang gelombangnya. Untuk benda - benda semi transparan memiliki variasi panjang gelombang sehingga butuh pertimbangan khusus untuk menentukan emisivitasnya.

2. Kondisi permukaan

Untuk benda - benda yang bersifat logam akan memiliki emisivitas yang cenderung naik jika permukaannya kasar atau tinggi tingkat oksidasinya dan sebaliknya jika dipoles atau diperhalus emisivitasnya akan semakin turun. Material yang memiliki permukaan logam yang teroksidasi tipis akan memiliki emisivitas yang tergantung ketebalan emisivitasnya. Pada panjang gelombang yang tinggi, permukaan yang teroksidasi menjadi bersifat transparan dan kamera inframerah akan mengukurnya sebagai permukaan yang tidak teroksidasi.

Emisivitas material tidak mengalami perubahan yang berarti asalkan sudut pandangnya maksimum 45 derajat.

4. Temperatur

Emisivitas material cenderung tidak terpengaruh oleh temperatur jika menggunakankamera inframerah yang beroperasi pada panjang gelombang yang sempit.

2.2. Radiasi Benda Hitam

Bumi sebagai contoh penyerap radiasi dari sinar matahari merupakan salah satu benda yang dapat menyerap pancaran sinar radiasi yang disebut dengan benda hitam. Dalam ilmu fisika benda hitam merupakan obyek yang dapat menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya serta tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkan.

Meskipun demikian, secara teori benda hitam juga dapat memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin ada padanya. Jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya bergantung pada suhu benda hitam tersebut. Bila seberkas sinar yang masuk kedalam lubang suatu benda, sinar akan dipantulkan berkali-kali sehingga intensitas sinar lama-kelamaan akan berkurang (karena sebagian sinar yang diserap, diserap oleh dinding), sampai pada suatu waktu energi radiasi akan menjadi nol. Hal inilah yang disebut dengan benda hitam.

Gambar 2. Benda Hitam

Apabila benda hitam tersebut kita panaskan dengan temperatur tertentu, maka dinding atau permukaan dari benda hitam akan memancarkan radiasi secara merata pada saat suhunya merata pada bagian dinding atau semua bagian permukaan. Dimana radiasi dari benda hitam akan memancarkan radiasinya bila ada lubang pada benda hitam tersebut,maka radiasi itu disebut dengan radiasi benda hitam. Berdasarkan hal tersebut, dengan adanya kenaikan temperatur atau dengan temperatur yang tinggi, benda hitam akan dapat memancarkan radiasinya kelingkungan bila ada celah atau lubang pada suatu bagian dari benda hitam tersebut. Dan suatu benda dikatakan benda hitam apabila dapat menyerap pancaran radiasi dari sumber bila ada sebagian kecil celah atau lubang pada benda hitam.

Gambar 3. Radiasi Benda Hitam

Secara umum nilai emisivitas untuk benda - benda yang tidak bersifat logam misalnya bata cenderung tinggi sedangkan untuk benda - benda yang bersifat logam tetapi tidak teroksidasi cenderung memiliki nilai emisivitas yang rendah. Dengan kata lain, benda - benda yang memiliki permukaan yang tidak bersifat memantulkan, misalnya aspal, akan memiliki emisivitas yang tinggi sedangkan yang bersifat sangat memantulkan, misalnya gulungan alumunium, akan memiliki emisivitas yang rendah.

2.3. Solar Water Heater

Panas tenaga matahari menggunakan panas matahari secara langsung. Pengumpul panas matahari diatas atap kita dapat menyediakan air panas untuk rumah kita, dan membantu menghangatkan rumah kita. Sistem panas matahari berdasarkan prinsip sederhana yang telah dikenal selama berabad-abad: matahari memanaskan air yang mengisi bejana gelap. Teknologi tenaga panas matahari yang ada di pasar saat ini sangat efisien dan bisa diandalkan. Saat ini pasar menyediakan tenaga matahari untuk aplikasi dengan cakupan luas, dari pemanas air domestik dan pemanas ruangan di perumahan dan gedung - gedung komersial, sampai pemanas kolam renang, tenaga matahari-pendingin, proses pemanasan industri dan memproses air menjadi tawar.

Saat ini produksi pemanas air panas domestik merupakan aplikasi paling umum untuk tenaga panas matahari. Di beberapa negara hal ini telah menjadi sarana yang umum digunakan oleh gedung tempat tinggal. Tergantung pada kondisi dan konfigurasi sistem, kebutuhan air panas dapat disediakan oleh tenaga matahari hingga 100% . Sistem yang lebih besar dapat ditambahkan untuk menutupi bagian penting dari kebutuhan energi untuk pemanas ruangan.

Ada dua tipe teknologi: Tabung vakum - penyedot di dalam tabung vakum menyedot radiasi dari matahari dan memanaskan cairan di dalam, seperti di panel tenaga matahari datar. Tambahan radiasi diambil dari reflektor di belakang tabung. Bentuk bundar tabung vakum membuat cahaya matahari dari berbagai sudut dapat mencapai penyerap secara langsung. Bahkan di saat mendung, ketika cahaya datang dari banyak

Kolektor solar panel datar - pada dasarnya merupakan kotak yang ditutupi kaca yang ditaruh di atap seperti cahaya langit. Di dalam kotak terdapat serangkaian tabung pemotong dengan sirip pemotong terpasang.

Seluruh struktur dilapisi substansi hitam yang didesain untuk menangkap sinar matahari. Sinar ini memanaskan air dan campuran bahan anti beku, yang beredar dari kolektor turun ke pemanas air di bawah tanah.

Gambar 4. Contoh penggunaan Energi Matahari sebagai pemanas air/solar water heater.

Komponen utama solar water heater terdiri dari panel kolektor dan tangki yang dihubungkan dengan dua pipa aksesories. Panel kolektor pada solar water heater dilengkapi dengan penutup kaca berfungsi sebagai penangkap panas sinar matahari yang didalamnya tersusun rangkaian pipa tembaga sebagai jalur air yang dibalut sirip absorber. Sedangkan tangki solar water heater berfungsi sebagai "Thermos" (tempat penyimpanan air berinsulasi) yang mampu menahan penurunan panas secara minimal. Pada saat matahari bersinar, panel kolektor menangkap sinar matahari dan secara mekanis mengalirkan panas dari sirip absorber ke pipa-pipa tembaga yang berisi air, sehingga suhu air didalamnya perlahan meningkat.

Panel solar water heater berpedoman pada prinsip alamiah air "Thermosiphon". Thermosiphon ialah prinsip pasif perpindahan panas dengan memanfaatkan proses alamiah konveksi air. Pada prakteknya, prinsip ini dimulai dari air yang berada pada panel kolektor mengalami pemanasan dan akan bergerak ke sisi atas dan masuk ke dalam tangki.

Pada saat bersamaan, air di dalam tangki yang bersuhu rendah terdorong turun ke dalam panel kolektor. Pergerakan perputaran air ini bergerak berkesinambungan sehingga terjadi sirkulasi secara mekanis yang mengakumulasi peningkatan suhu didalam tangki. Pergerakan perpindahan antara air bersuhu tinggi digantikan air bersuhu rendah dapat bergerak mekanis tanpa bantuan tambahan pompa.

1. Solar water heater

2. Alat pengukur besarnya Q iradiasi matahari 3. Thermometer (1 buah)

4. Stopwatch (1 buah) 5. Solar Cell

6. Air secukupnya (untuk dipanaskan)

7. Benda berwarna hitam dengan bahan yang berbeda (plastik, kayu, karet dan logam)

IV. PROSEDUR PRAKTIKUM

4.1. Percobaan ke-1 (mengetahui iradiasi matahari )

1. Menyiapkan peralatan praktikum seperti alat pengukur besarnya Q iradiasi matahari dan stopwatch.

2. Ambil 4 titik tempat sebagai sample pengukuran iradiasi matahari. 3. Ukur iradiasi matahari pada ke-empat titik dalam waktu 5 menit. 4. Ulangi percobaan

6. dalam waktu 60 menit.

4.2. Percobaan ke-2 (radiasi benda hitam)

1. Siapkan benda berwarna hitam dari bahan yang berbeda (plastik, kayu, karet, dan logam) dan thermometer.

2. Simpan benda tersebut ditempat yang terkena sinar matahari. 3. Ukur t

4. emperatur benda setiap 5 menit dalam waktu 60 menit.

5. Catat besar temperatur yang terukur dan bandingkan temperature setiap benda.

4.3. Percobaan ke-3 ( perpindahan panas pada solar water heater)

1. Menyiapkan peralatan praktikum seperti Solar water heater, alat pengukur besarnya Q iradiasi, thermometer, stopwatch dan solar cell.

2. Memasang alat pengukur Q iradiasi matahari pada tempat yang sesuai.

3. Memasang panel solar water heater yang berwarna hitam pada posisi di atas matahari. 4. Menyalakan solar water heater.

5. Fan dalam posisi OFF.

6. Ukur temperatur air masuk, air keluar, temperatur kaca dan pelat pada masing-masing panel.

8. Ukur Q iradiasi.

9. Ulangi percobaan hingga 10 kali data percobaan.

V. DATA PENGAMATAN

5.1. Besar iradiasi matahari yang sampai ke Bumi

No Waktu Besar iradiasi [W/m2]

A B C D 1. 11.45 792 2. 11.50 804 3. 11.55 805 4. 12.00 805 5. 12.05 822 6. 12.10 832 7. 12.15 829 8. 12.20 798 9. 12.25 808 10. 12.30 840 11. 12.35 836 12. 12.40 790 13. 12.45 254 14. 12.50 257 15. 12.55 742 16. 12.60 670 17. 13.00 793 18. 13.05 852 19. 13.10 842 20. 13.15 795 21. 13.20 250 22. 13.25 235 23. 13.30 212 24. 13.35 192 Rata-rata 619,83 636,67 711 675

5.2. Radiasi benda hitam

No Waktu Temperatur benda hitam [0C]

Plastik Karet Logam Kayu

1. 11.45 50,0 2. 11.50 63,1 3. 11.55 52,3 4. 12.00 38,7 5. 12.05 56,5 6. 12.10 56,7

7. 12.15 47,0 8. 12.20 35,3 9. 12.25 55,2 10. 12.30 56,2 11. 12.35 56,5 12. 12.40 39,6 13. 12.45 42,7 14. 12.50 48,1 15. 12.55 36,2 16. 12.60 32,0 17. 13.00 53,1 18. 13.05 55,2 19. 13.10 47,5 20. 13.15 37,2 21. 13.20 43,04 22. 13.25 51,2 23. 13.30 51,5 24. 13.35 35,0 Rata-rata 50,09 55,083 48,5 36,3

5.3. Perpindahan Panas pada Solar Water Heater No Waktu Plat Putih QR (W/m2₎ FAN Ket. TKaca (o_C) TPlat (o_C) Tin (o_C) TOut (o_C) Volume (GPH) 1 12.00 35.2 35.1 33.1 33.3 10 822 OFF C E R A H 2 12.10 38.3 53.3 35.5 39.9 10 786 3 12.20 42.5 49.5 36.0 37.5 10 754 4 12.30 44.1 51.5 34.0 37.6 10 744 5 12.40 43.2 46.5 37.0 41.5 10 724 6 12.50 42.5 53.4 37.1 38.5 10 692 7 13.00 37.5 48.4 35 36 10 689 8 13.10 37.9 49.7 38.1 37.9 10 652 9

KONDISI MENDUNG SEHINGGA SOLAR CELL OFF 10

No Waktu Plat Hitam QR (W/m2₎ FAN Ket. TKaca (o_C) TPlat (o_C) Tin (o_C) TOut (o_C) Volume (GPH) 1 12.00 35.1 69.8 33.5 39.5 10 822 OFF C E R A H 2 12.10 36.3 71.5 35.9 36.7 10 786 3 12.20 38.7 70.1 34.1 35.9 10 754 4 12.30 37.2 60 33.7 38.8 10 744 5 12.40 38.5 63 38 37 10 724 6 12.50 41.2 64.1 39.7 37.4 10 692 7 13.00 36.6 65.3 35.5 34.4 10 689 8 13.10 37.2 66.2 36.7 35.1 10 652 9

KONDISI MENDUNG SEHINGGA SOLAR CELL OFF 10

VI. PENGOLAHAN DATA 6.1. Perhitungan Plat Putih

1. Percobaan 1 N o Waktu TKaca [o_{C] [}TPlato_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qiradiasi [W/m2_] 1 _12.00 35.2 35.1 33.1 33.3 10 ₈₂₂ Diketahui : Tplat = 35,1 [o_{C]= 308,1 [K]}

ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng)

σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2_{] = 0,30525 [m}2_]

Qradiasi = 822 [W/m2_]

Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih?

Jawab

Menghitung qputih

qputih=εSeng putihx σ x Akaca plat putihx Tplat

4

¿(0,23) x

(

5,67 x 10−8

)

[W /m2. K4]x (0,30525 )[m2]x (308,1[K ])4

q_putih=35,87[Watt ]

Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat putih}

¿(822)[W /m2 ]x (0,30525)[m2 ] Q_r=250,92[Watt ] Menghitung ɳputih η_putih= qputih Qradiasi x 100 ¿ 35,87 [W ] 250,92[W ]x 100 η_putih=14,29

2. Percobaan 2 N o Waktu TKaca [o_{C] [}TPlato_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 2 12.10 38.3 53.3 35.5 39.9 10 786 Diketahui : Tplat = 53,3 [o_{C]= 326,3 [K]}

ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng)

σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2_{] = 0,30525 [m}2_]

Qradiasi = 786 [W/m2_]

Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih?

Jawab

Menghitung qputih

qputih=εSeng putihx σ x Akaca plat putihx Tplat4

¿(0,23) x

(

5,67 x 10−8

)

[W /m2. K4]x (0,30525 )[m2]x (326,3[ K ])4

q_putih=45,13[Watt ]

Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat putih}

¿(786)[W /m2 ]x (0,30525)[m2 ] Q_r=239,93[Watt ] Menghitung ɳputih η_putih= qputih Qradiasi x 100 ¿ 45,13[W ] 239,93 [W ]x 100 η_putih=18,81 3. Percobaan 3

N o Waktu TKaca [o_{C] [}TPlato_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 3 12.20 42.5 49.5 36.0 37.5 10 754 Diketahui : Tplat = 49,5 [o_{C]= 322,5 [K]}

ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng)

σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2_{] = 0,30525 [m}2_]

Qradiasi = 754 [W/m2_]

Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih?

Jawab

Menghitung qputih

qputih=εSeng putihx σ x Akaca plat putihx Tplat

4

¿(0,23) x

(

5,67 x 10−8

)

[W /m2. K4]x (0,30525 )[m2]x (322,5[ K ])4

q_putih=43,06 [Watt ]

Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat putih}

¿(754)[W /m2]x (0,30525)[m2] Q_r=230,16[Watt] Menghitung ɳputih η_putih= qputih Qradiasi x 100 ¿ 43,06[W ] 230,16 [W ]x 100 η_putih=18,71 4. Percobaan 4 N o Waktu TKaca [o_{C] [}TPlato_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 4 12.30 44.1 51.5 34.0 37.6 10 744

Diketahui :

Tplat = 51,5 [o_{C]= 324,5 [K]}

ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng)

σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2_{] = 0,30525 [m}2_]

Qradiasi = 744 [W/m2_]

Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih?

Jawab

Menghitung qputih

qputih=εSeng putihx σ x Akaca plat putihx Tplat

4

¿(0,23) x

(

5,67 x 10−8

)

[W /m2. K4]x (0,30525 )[m2]x (324,5[ K ])4

q_putih=44,14 [Watt ]

Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat putih}

¿(744)[W /m2 ]x (0,30525)[m2 ] Q_r=227,106[Watt] Menghitung ɳputih η_putih= qputih Qradiasi x 100 ¿ 44,14 [W ] 227,106 [W ]x 100 η_putih=19,44 5. Percobaan 5 N o Waktu TKaca [o_C] TPlat [o_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 5 12.40 43.2 46.5 37.0 41.5 10 724 Diketahui : Tplat = 46,5 [o_{C]= 319,5 [K]}

ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng)

σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Qradiasi = 724 [W/m2_] Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih?

Jawab

Menghitung qputih

qputih=εSeng putihx σ x Akaca plat putihx Tplat4

¿(0,23) x

(

5,67 x 10−8

₎

[W /m2_{. K}4 ]x (0,30525 )[m2 ]x (319,5[ K ])4 q_putih=41,48[Watt ] Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat putih}

¿(724)[W /m2]x (0,30525)[m2] Q_r=221,001[Watt ] Menghitung ɳputih η_putih= qputih Qradiasi x 100 ¿ 41,48 [W ] 221,001[W ]x 100 ηputih=18,77 6. Percobaan 6 N o Waktu TKaca [o_{C] [}TPlato_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 6 12.50 42.5 53.4 37.1 38.5 10 692 Diketahui : Tplat = 53,4 [o_{C]= 326,4 [K]}

ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng)

σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2_{] = 0,30525 [m}2_]

Qradiasi = 692 [W/m2_]

Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih?

Jawab

Menghitung qputih

¿(0,23) x

(

5,67 x 10−8

₎

[W /m2_{. K}4 ]x (0,30525 )[m2 ]x (326,4[ K ])4 q_putih=45,18[Watt ] Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat putih}

¿(692)[W /m2 ]x (0,30525)[m2 ] Q_r=211,233[Watt ] Menghitung ɳputih η_putih= qputih Qradiasi x 100 ¿ 45,18 [W ] 211,233 [W ]x 100 η_putih=21,38 7. Percobaan 7 N o Waktu TKaca [o_C] TPlat [o_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 7 13.00 37.5 48.4 35 36 10 689 Diketahui : Tplat = 48,4 [o_{C]= 321,4 [K]}

ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng)

σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2_{] = 0,30525 [m}2_]

Qradiasi = 689 [W/m2_]

Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih?

Jawab

Menghitung qputih

qputih=εSeng putihx σ x Akaca plat putihx Tplat4

¿(0,23) x

(

5,67 x 10−8

₎

[W /m2_{. K}4

]x (0,30525 )[m2

]x (321,4[ K ])4

Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat putih}

¿(689)[W /m2]x (0,30525)[m2] Q_r=210,317[Watt] Menghitung ɳputih η_putih= qputih Qradiasi x 100 ¿ 42,48[W ] 210,317 [W ]x 100 η_putih=20,19 8. Percobaan 8 N o Waktu TKaca [o_{C] [}TPlato_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 8 13.10 37.9 49.7 38.1 37.9 10 652 Diketahui : Tplat = 49,7 [o_{C]= 322,7 [K]}

ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng)

σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2_{] = 0,30525 [m}2_]

Qradiasi = 652 [W/m2_]

Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih?

Jawab

Menghitung qputih

qputih=εSeng putihx σ x Akaca plat putihx Tplat4

¿(0,23) x

(

5,67 x 10−8

)

[W /m2. K4]x (0,30525 )[m2]x (322,7[ K ])4

q_putih=43,17 [Watt ]

Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat putih}

¿(652)[W /m2

]x (0,30525)[m2 ]

Q_r=199,023[Watt ] Menghitung ɳputih η_putih= qputih Qradiasi x 100 ¿ 43,17 [W ] 199,023 [W ]x 100 ηputih=21,69

6.2. Perhitungan Plat Hitam 1. Percobaan 1 N o Waktu TKaca [o_{C] [}TPlato_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 1 _12.00 35.1 69.8 33.5 39.5 10 822 Diketahui : Tplat = 69,8 [o_{C]= 342,8 [K]} Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2_{] = 0,3025 [m}2_] Qirradiasi = 822 [W/m2_]

Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam?

Jawab

Menghitung qhitam

qhitam=εplat hitamx σ x Akaca plat hitamx Tplat4

¿(0,57) x

(

5,67 x 10−8

)

[W /m2. K4]x (0,3025)[m2]x (342,8[ K ])4

q_hitam=135,004 [Watt ]

Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat hitam}

¿(822)[W /m2

]x (0,3025)[m2 ]

Q_r=248,655[Watt ]

η_hitam= qhitam Qradiasi x 100 ¿135,004 [W ] 248,655[W ]x 100 η_hitam=54,29 2. Percobaan 2 N o Waktu TKaca [o_C] TPlat [o_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 2 _12.10 36.3 71.5 35.9 36.7 10 786 Diketahui : Tplat = 71,5 [o_{C]= 344,5 [K]} Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2_{] = 0,3025 [m}2_] Qirradiasi = 786 [W/m2_]

Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam?

Jawab

Menghitung qhitam

qhitam=εplat hitamx σ x Akaca plat hitamx Tplat

4

¿(0,57) x

(

5,67 x 10−8

)

[W /m2. K4]x (0,3025)[m2]x (344,5[ K ])4

q_hitam=137,702[Watt]

Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat hitam}

¿(786)[W /m2]x (0,3025)[m2] Q_r=237,765[Watt ] Menghitung ɳhitam η_hitam= qhitam Qradiasi x 100 ¿137,702 [W ] 237,765 [W ]x 100

η_hitam=57,92 3. Percobaan 3 N o Waktu TKaca [o_{C] [}TPlato_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 3 _12.20 38.7 70.1 34.1 35.9 10 754 Diketahui : Tplat = 70,1 [o_{C]= 343,1 [K]} Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2_{] = 0,3025 [m}2_] Qirradiasi = 754 [W/m2_]

Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam?

Jawab

Menghitung qhitam

qhitam=εplat hitamx σ x Akaca plat hitamx Tplat4

¿(0,57) x

(

5,67 x 10−8

₎

[W /m2_{. K}4 ]x (0,3025)[m2 ]x (343,1[ K ])4 q_hitam=135,48[Watt ] Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat hitam}

¿(754)[W /m2]x (0,3025)[m2] Q_r=228,085[Watt ] Menghitung ɳhitam η_hitam= qhitam Qradiasi x 100 ¿ 135,48 [W ] 228,085 [W ]x 100 η_hitam=59,39

4. Percobaan 4 N o Waktu TKaca [o_{C] [}TPlato_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 4 _12.30 37.2 60 33.7 38.8 10 744 Diketahui : Tplat = 60 [o_{C]= 333 [K]} Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2_{] = 0,3025 [m}2_] Qirradiasi = 744 [W/m2_]

Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam?

Jawab

Menghitung qhitam

qhitam=εplat hitamx σ x Akaca plat hitamx Tplat4

¿(0,57) x

(

5,67 x 10−8

₎

[W /m2_{. K}4 ]x (0,3025)[m2 ]x (333[ K ])4 q_hitam=120,215[Watt ] Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat hitam}

¿(744)[W /m2]x (0,3025)[m2] Q_r=225,06[Watt] Menghitung ɳhitam η_hitam= qhitam Qradiasi x 100 ¿120,215 [W ] 225,06 [W ] x 100 η_hitam=53,41 5. Percobaan 5 N o Waktu TKaca [o_C] TPlat [o_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_]

Diketahui :

Tplat = 63 [o_{C]= 336 [K]} Ɛplat hitam = 0,57

σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2_{] = 0,3025 [m}2_] Qirradiasi = 724 [W/m2_]

Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam?

Jawab

Menghitung qhitam

qhitam=εplat hitamx σ x Akaca plat hitamx Tplat4

¿(0,57) x

(

5,67 x 10−8

)

[W /m2. K4]x (0,3025)[m2]x (336[ K ])4

q_hitam=124,61[Watt]

Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat hitam}

¿(724)[W /m2 ]x (0,3025)[m2 ] Q_r=219,01[Watt ] Menghitung ɳhitam η_hitam= qhitam Qradiasi x 100 ¿124,61[W ] 219,01[W ]x 100 η_hitam=56,89 6. Percobaan 6 N o Waktu TKaca [o_{C] [}TPlato_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 6 _12.50 41.2 64.1 39.7 37.4 10 692 Diketahui : Tplat = 64,1 [o_{C]= 337,1 [K]} Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Qirradiasi = 692 [W/m2_] Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam?

Jawab

Menghitung qhitam

qhitam=εplat hitamx σ x Akaca plat hitamx Tplat4

¿(0,57) x

(

5,67 x 10−8

₎

[W /m2_{. K}4 ]x (0,3025)[m2 ]x (337,1[ K ])4 q_hitam=126,25[Watt ] Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat hitam}

¿(692)[W /m2]x (0,3025)[m2] Q_r=209,33[Watt ] Menghitung ɳhitam η_hitam= qhitam Qradiasi x 100 ¿126,25 [W ] 209,33 [W ]x 100 ηhitam=60,31 7. Percobaan 7 N o Waktu TKaca [o_C] TPlat [o_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 7 _13.00 36.6 65.3 35.5 34.4 10 689 Diketahui : Tplat = 65,3 [o_{C]= 338,3 [K]} Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2_{] = 0,3025 [m}2_] Qirradiasi = 689 [W/m2_]

Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam?

Jawab

¿(0,57) x

(

5,67 x 10−8

₎

[W /m2_{. K}4 ]x (0,3025)[m2 ]x (338,3[ K ])4 q_hitam=128,053[Watt ] Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat hitam}

¿(689)[W /m2 ]x (0,3025)[m2 ] Q_r=208,42[Watt ] Menghitung ɳhitam η_hitam= qhitam Qradiasi x 100 ¿128,053 [W ] 208,42[W ] x 100 η_hitam=61,44 8. Percobaan 8 N o Waktu TKaca [o_C] TPlat [o_C] Tin [o_C] Tout [o_C] Volume [GPH] Qirradiasi [W/m2_] 8 _13.10 37.2 66.2 36.7 35.1 10 652 Diketahui : Tplat = 66,2 [o_{C]= 339,2 [K]} Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 _[W/m2_.K4_]

Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2_{] = 0,3025 [m}2_] Qirradiasi = 652 [W/m2_]

Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam?

Jawab

Menghitung qhitam

qhitam=εplat hitamx σ x Akaca plat hitamx Tplat4

¿(0,57) x

(

5,67 x 10−8

₎

[W /m2_{. K}4

]x (0,3025)[m2

]x (339,2[ K ])4

Menghitung Qr

Q_r=Q_irradiasix A_{kaca plat hitam}

¿(652)[W /m2]x (0,3025)[m2] Q_r=197,23[Watt ] Menghitung ɳhitam η_hitam= qhitam Qradiasi x 100 ¿129,42[W ] 197,23 [W ]x 100 η_hitam=65,62

VII. DATA KOMPILASI

No qr [Watt] Qr [Watt] Effisiensi [%]

qhitam qputih Qr hitam Qr putih ɳhitam ɳputih

1 135,004 35,87 248,655 250,920 54,29 14,29 2 137,702 45,13 237,765 239,930 57,92 18,81 3 135,480 43,06 228,085 230,160 59,39 18,71 4 120,215 44,14 225,060 227,106 53,41 19,44 5 124,610 41,48 219,010 221,001 56,89 18,77 6 126,250 45,18 209,330 211,233 60,31 21,38 7 128,053 42,48 208,420 210,317 61,44 20,19 8 129,420 43,17 197,230 199,023 65,62 21,69 VIII. GRAFIK

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 20 40 60 80 100 120 140 160

Grafik hubungan qr terhadap waktu

q hitam q putih t(s) qr (Watt) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 50 100 150 200 250 300

Grafik hubungan Qr terhadap waktu

Qr hitam Qr putih t(s) Qr (Watt)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 10 20 30 40 50 60 70

Grafik hubungan Efisiensi terhadap waktu

ɳ hitam ɳ putih t(s) ɳ (%) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 28 30 32 34 36 38 40 42

Grafik hubungan Tin terhadap waktu

Tin hitam Tin putih t (s)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Grafik hubungan Tout terhadap Waktu

Tout hitam Tout putih t(s)

Tout(0C)

Pada praktikum ini digunakan sebuah alat yang bernama Solar Water Heater, yaitu sebuah alat yang berfungsi untuk memanaskan air yang dialirkan melalui suatu pipa (tube) kecil dengan memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber energi untuk memanaskan air tersebut. Semakin lama kita memanaskan plat yang ada dipanel Solar Water Heater di siang hari, maka semakin besar pula radiasi yang di terima dari matahari. Tanpa radiasi matahari yang baik, solar water heater tidak dapat digunakan dengan efisien karena energi matahari adalah komponen paling utamannya.

Proses perpindahan panas yang terjadi pada solar water heater ada 3 proses yaitu radiasi (sinar matahari yang mengenai kaca plat yang nantinya akan diserap untuk proses pemanasan), konduksi (perpindahan panas dari permukaan luar plat ke permukaan dalam plat) dan konveksi (perpindahan panas dari permukaan dalam plat ke aliran air yang mengalir di dalam plat).

Pada percobaan pertama digunakan fan dalam posisi ON dengan mengukur Q pada plat hitam dan Q pada plat putih. Didapatkan untuk plat hitam dan plat putih, Qirradiasi

terbesar adalah 724 [W/m2_{]. Nilainya besar dikarenakan cuaca sangat cerah (supply}

sinar matahasri sangat banyak). Sedangkan Qirradiasi terkecil adalah 153 [W/m2_]. Nilainya kecil dikarenakan cuaca mendung (supply sinar matahasri sangat sedikit).

Pada percobaan ini juga, kita menghitung Q plat hitam, Q plat putih dan Q radiasi (QR). Didapatkan Q plat hitam terbesar adalah 170,25 [Watt] dan Q plat putih terbesar adalah 74,97 [Watt]. Sedangkan, Q radiasi untuk plat hitam dan plat putih nilainya sama, dimana yang terbesar adalah 354,76 [Watt].

Perbandingan antara Q plat hitam/Q plat putih dengan Q radiasi akan menghasilkan sebuah efisien si dari plat hitam atau plat putih. Diperoleh nilai efisiensi terbesar untuk plat hitam adalah 215% dan nilai efisiensi terbesar untuk plat putih adalah 75,13%. Nilai efisiensi yang besar karena penyerapan pada kaca besar yang mengakibatkan nilai Q plat hitam besar dan Qradiasi yang memancar kecil.

Pada percobaan kedua digunakan fan dalam posisi OFF dengan mengukur Q pada plat hitam dan Q pada plat putih. Didapatkan untuk plat hitam dan plat putih, Qirradiasi

terbesar adalah 744 [W/m2_{]. Nilainya besar dikarenakan cuaca sangat cerah (supply}

sinar matahasri sangat banyak). Sedangkan Qirradiasi terkecil adalah 342 [W/m2_]. Nilainya kecil dikarenakan cuaca mendung (supply sinar matahasri sangat sedikit).

Pada percobaan ini juga, kita menghitung Q plat hitam, Q plat putih dan Q radiasi (QR). Didapatkan Q plat hitam terbesar adalah 199,45 [Watt] dan Q plat putih terbesar adalah 69,03 [Watt]. Sedangkan, Q radiasi untuk plat hitam dan plat putih nilainya sama, dimana yang terbesar adalah 364,56 [Watt].

Perbandingan antara Q plat hitam/Q plat putih dengan Q radiasi akan menghasilkan sebuah efisiensi dari plat hitam atau plat putih. Diperoleh nilai efisiensi terbesar untuk plat hitam adalah 119% dan nilai efisiensi terbesar untuk plat putih adalah 41,2%. Nilai efisiensi yang besar karena penyerapan pada kaca besar yang mengakibatkan nilai Q plat hitam besar dan Qradiasi yang memancar kecil.

Berdasarkan grafik antara Tinput – t untuk fan dalam posisi ON maupun OFF, diperoleh bahwa Tinput plat hitam lebih besar dari pada Tinput plat putih, dikarenakan plat hitam memiliki daya serap sinar matahari yang lebih baik. Hal ini juga, terjadi pada grafik antara Toutput – t, diperoleh bahwa Toutput plat hitam lebih besar dari pada Toutput plat putih, dikarenakan Tinput yang besar mengakibatkan Toutput juga akan besar.

Berdasarkan grafik antara Efisiensi – t untuk fan dalam posisi ON maupun OFF, diperoleh bahwa efisiensi plat hitam lebih besar dari pada efisiensi plat putih. Hal ini dikarenakan plat hitam memiliki daya serap sinar matahari yang lebih baik dibandingkan dengan plat putih.

VI. KESIMPULAN

Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :

1. Proses perpindahan panas pada solar water heater ada 3 proses yaitu radiasi (sinar matahari yang mengenai kaca plat yang nantinya akan diserap untuk proses pemanasan), konduksi (perpindahan panas dari permukaan luar plat ke permukaan dalam plat) dan konveksi (perpindahan panas dari permukaan dalam plat ke aliran air yang mengalir di dalam plat).

2. Temperatur pada permukaan kaca, plat maupun aliran air akan naik konstan seiring dengan lamanya waktu pemanasan dan radiasi matahari yang diterima. Hal ini dikarenakan semakin lama pemanasan pada plat, semakin besar pula radiasi yang di terima dari matahari.

3. Tinput dan Toutput plat hitam lebih besar dari pada Tinput dan Toutput plat putih.

4. Laju aliran perpindahan panas (Q) plat hitam lebih besar dibandingkan laju aliran perpindahan panas (Q) plat putih.

5. Nilai efisiensi plat hitam lebih besar dibandingkan nilai efisiensi plat putih.

6. Plat hitam memiliki daya serap sinar matahari yang lebih baik dibandingkan dengan plat putih.

VII. DAFTAR PUSTAKA

Wuryanti, Ir. Sri. 2010. “Buku Bahan Ajar Perpindahan Panas dan Penerapannya”. Bandung : Politeknik Negeri Bandung.

Perpustakaan Cyber, Blog. 2013. “Radiasi Benda Hitam”. Online : http://perpustakaan cyber.blogspot.com/2013/04/pengertian-radiasi-benda-hitam-radiasi-panas-rumus-con toh-soal-jawaban-intensitas-fisika-praktikum.html

(Diakses pada tanggal 17 Januari 2015)

Energi Terbarukan, Blog. 2013. “Solar Water Heater”. Online : http://energiterbarukan online.blogspot.com/2013/04/prinsip-kerja-solar-water-heater.html

(Diakses pada tanggal 17 Januari 2015)

Kelompok 1 Kelas 2A. 2014. Data Pengamatan Praktikum Perpindahan Panas pada Solar Water Heater (doc).