BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Perpindahan Panas - Pengujian Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Pipa Panas Menggunakan Fluida Kerja Refrigeran R-718 pada Tekanan Vakum 45 cmHg, 40 cmHg, dan 35 cmHg dengan Variasi Sudut Kolektor 200 dan 300

(1)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Perpindahan Panas

2.1.1. Perpindahan Panas Konduksi

Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas dari partikel yang

memiliki energi lebih besar ke substansi dengan energi yang lebih rendah dan

sebagai hasilnya terjadi interaksi antara partikel [9]

Rumus Umum :

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)

2.1.2. Teori Dasar Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah bentuk pindahan panas yang terjadi

disertai dengan berpindahnya zat perantara

Rumus Umum :

q = h.A.∆ ...(2.2)

Dimana :

q = Laju perpindahan panas konveksi (W)

h = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2K) A = Luas penampang (m2)

(2)

2.1.3. Perhitungan Panas Radiasi

Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi tanpa

melalui media perantara (padat dan fluida).

Persamaan untuk mencari perpindahan panas radiasi adalah sebagai berikut :

qrad= ε A σ ( Ts4-Tsur4) ... (2.3)

dimana :

qrad = laju perpindahan panas radiasi (W)

ε = emisivitas bahan

A = luas permukaan (m2)

σ = kontanta Stefan–Boltzmann (5,67 x 10-8W/m2K4) Ts = suhu permukaan (K)

Tsur = suhu lingkungan (K)

2.2 Radiasi Surya

2.2.1. Teori Dasar Radiasi Surya

Radiasi adalah proses perpindahan panas tanpa melalui media. Bila energi

radiasi 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 (Saharjo [13]).

Terdapat dua jenis pantulan radiasi yaitu spekular dan diffuse. Jika sudut

pantulan radiasi sama, maka pantulannya disebut spektular. Jika sudut

pantulannya beragam ke semua arah maka pantulannya adalah diffuse (Saharjo

[13]). Gambar 2.1 menjelaskan interaksi energi matahari terhadap bumi dimana

energy yang akan dipakai dalam pemanas air tenaga surya inilah yang akan

(3)

Gambar 2.1 Interaksi Energi Surya (Saharjo,B.H.1999)

2.2.2. Absorbtivitas, Reflectivitas dan Transimitas

Segala sesuatu yang terkena pancaran matahari, konstan menerima energi

radiasi. Secara tidak langsung ini berarti setiap benda yang terkena cahaya

matahari, akan menerima radiasi dari segala arah sepanjang masih terpanacar oleh

cahaya matahari. Jumlah energi radiasi yang diterima suatu permukaan dalam

interval waktu tertentu disebut dengan irradiation / incident radiation dan

dilambangkan dengan G.

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

sebagian lagi di transmisikan, dan sisanya di refleksikan [3]. Energi radiasi yang

di serap di sebut dengan absorbtivitas (α ), yang di transmisikan di sebut dengan

transimitas (τ) dan energi radiasi yang di pantulkan di sebut reflectivitas ( ).

absorbvitas=α=

0 α 1

transimitas= τ =

0 τ 1

reflectivitas= =

(4)

Gambar 2.2 Pola Absorpsi (Cengel, Yunus. A.2002)

Atmosfer bumi terdiri atas empat lapisan dari yang terdekat dari permukaan

bumi yaitu troposfer (0-10 km), stratosfer (10-30 km), mesosfer (30-50 km), dan

thermosfer (50-400 km) (Saharjo [13]).

Radiasi yang sampai di lapisan thermosfer dilambangkan (Gon). Radiasi

yang diteruskan ke permukaan bumi dilambangkan (Gbeam/GD). Radiasi akibat

pemantulan dan pembiasan dilambangkan (Gd).

(5)

2.2.3. Rumusan Radiasi Surya

Matahari mempunyai diameter 1,39 x 109 m, bumi mengelilingi matahari dengan lintasan berbentuk ellips dengan matahari berada pada salah satu pusatnya,

jarak rata-rata matahari dari permukaan bumi adalah 1,495 x 1011m, waktu tempuh sinar matahari sampai ke permukaan bumi sekitar 8 menit 20 detik.

Gambar 2.3.menunjukkan pola masuknya energi panas matahari dengan cara

radiasi ke permukaan bumi. Matahari mencurahkan daya radiasi rata-rata yang

diterima bumi (diluar atmosfir) dari matahari pada arah tegak lurus permukaan per

meter persegi sebesar 1367W/m2atau yang sering disebut dengan nilai konstanta matahari( Gsc)

Gambar 2.4. Hubungan antara Matahari dan Bumi (Ambarita, Himsar.2011)

Karena lintasan bumi berbentuk ellips, 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

permukaan di luar atsmosfer akan berbeda setiap hari. Radiasi ini biasanya

disimbolkan dengan Gon, pada hari ke n yang dirumuskan oleh Beckman [4]

(6)

= 1367 W/m2

n _{= Nilai yang diperoleh berdasarkan urutan hari yang akan diprediksi}

radiasinya

Harganya dapat diperoleh dari urutan hari berdasarkan bulan yang tercantum

pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Urutan Hari Berdasarkan Bulan

Bulan Nilain_{pada hari yang ke}_–_i

Beberapa Istilah yang biasanya dijumpai pada perhitungan radiasi [ 12] adalah :

1. Air Mass(m)

Adalah perbandingan massa udara sampai ke permukaan bumi pada

posisi tertentu dengan massa udara yang dilalui sinar jika matahari

tepat pada posisi zenit. Artinya pada posisi tegak lurus (zenit =0) nilai

m=1 , pada sudut zenith 600, m=2. Pada sudut zenit dari 00-700.

(7)

2. Beam Radiation

Radiasi energi dari matahari yang tidak dibelokkan oleh atmosfer.

Istilah ini sering juga disebut radiasi langsung (direct solar

Adalah jumlahbeamdandiffuse radiation.

5. Irradiance(W/m2)

Adalah laju energi radiasi yang diterima suatu permukaan persatuan

luas permukaan tersebut Solar irradiance biasanya disimbolkan

dengan G. Dalam bahasa Indonesia besaran ini biasanya disebut

dengan Intensitas radiasi.

6. Irradiation atau Radian Exposure(J/m2)

Jumlah energi radiasi (bukan laju) yang diterima suatu permukaan

dalam interval waktu tertentu. Besaran ini didapat dengan

mengintegralkan G pada interval waktu yang diinginkan, misalnya

untuk 1 hari biasa disimbolkan H dan untuk 1 jam biasa disimbolkan

I.

7. SolarTime atau Jam Matahari

Adalah waktu berdasarkan pergerakan semu matahari di langit pada

tempat tertentu. Jam matahari (disimbolkan ST) berbeda dengan

Lst =standart meridianuntuk waktu lokal (o)

(8)

E = faktor persamaan waktu

Pada persamaan ini Lst standard meridian untuk waktu lokal. Lloc

adalah derajat bujur daerah yang sedang dihitung, jika daerah yang dihitung

ada pada bujur timur, maka gunakan tanda minus didepan angka 4 dan jika bujur

barat adalah tanda plus. E adalah equation of time, dalam satuan menit

dirumuskan oleh Spencer pada tahun 1971.[3]

E = 229,2(0,000075 + 0,001868cosB 0,032077sinB

-0,014615cos2B - 0,04089sin2B... (2.7)

dimana :

B = konstanta yang bergantung pada nilai n

E = faktor persamaan waktu

Dalam menentukan arah radiasi terdapat beberapa sudut yang harus

diketahui. Dapat dilihat pada gambar 2.5. Beberapa sudut untuk mendefenisikan

arah radiasi matahari.

Gambar 2.5 Sudut Sinar dan Posisi Sinar Matahari (Ambarita, Himsar.2011)

Slope β adalah sudut antara permukaan yang dianalisis dengan

(9)

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

penyinaran θ (angle accident) adalah sudut yang dibentuk sinar dan garis

normal dari suatu permukaan. Sudut zenith θz adalah sudut yang dibentuk

garis sinar terhadap garis zenith. Sudut ketinggian matahari αs(solar altitude angel) adalah sudut antara sinar dengan permukaan. Sudut azimut matahari γs

adalah sudut antara proyeksi matahari terhadap selatan, ke timur adalah negatif

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

δ , yaitu kemiringan sumbu matahari terhadap garis normalnya. Kemudian

sudut jam ω adalah sudut pergeseran semu matahari dari dari garis siang.

Perhitungan berdasarkan jam matahari (ST), setiap berkurang 1 jam, ω

berkurang 150 dan setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 150. Artinya tepat

pukul 12.00 siang, ω=0 , pukul 11.00 pagi ω=-150dan pukul 14.00, ω = 300. Spencer (1971) mengajukan persamaan untuk menghitung sudut deklinasi

[12] :

δ= C1+ C2CosB + C3sinB + C4cos2B + C5sin2B + C6cos3B

+ C7sin3B ... (2.8)

dimana,

C1 = 0,006918 C5 = 0,000907

C2 = -0,399912 C6 = -0,002679

C3 = 0,070257 C7 = 0,00148

C4 = -0,006758

n = hari ke

δ = sudut deklinasi (rad)

B dihitung dengan menggunakan persamaan dan n adalah urutan hari pada

suatu tahun. Berdasarkan bulan yang diketahui ditampilkan pada Tabel 2.1.

Sudut zenith θz adalah sudut yang dibentuk garis sinar terhadap garis

zenith. Cosinus sudut zenith dapat dicari melalui persamaan berikut.

(10)

Sudut jam matahari (ω) dihitung berdasarkan jam matahari. Definisi sudut

jam matahari adalah sudut pergeseran semu matahari dari garis siangnya.

Perhitungan berdasarkan jam matahari (ST), setiap berkurang 1 jam , ω berkurang

15o, setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 15o.[3]

Dengan estimasi langit cerah, fraksi radiasi matahari yang diteruskan dari

atmosphere ke permukaan bumi [4] adalah

τb= ao+ a1exp

A = ketinggian dari permukaan laut (km)

ro,r1,rk = faktor koreksi akibat iklim

Tabel 2.2 Faktor Koreksi Iklim [3]

Iklim ro r1 rk

Radiasibeamadalah radiasi yang langsung di transmisikan dari atmosphere

ke permukaan bumi. Adapun persamaan yang digunakan untuk mencari radiasi

beam [4]:

(11)

dimana :

Gon = radiasi yang diterima atmosphere (W/m2)

τb = faksi radiasi yang diteruskan ke bumi

cos θz = cosinus sudut zenith

Gbeam = radiasi yang ditransmisikan dari atmosphere ke permukaan bumi

(W/m2)

Radiasi diffuse adalah radiasi yang di pantulkan ke segala arah, dan

kemudian dimanfaatan. Adapun persamaan yang digunakan untuk mencari radiasi

diffuse [4] adalah :

Gdifuse= Goncos θz(0,271– 0,294 τb)... (2.13)

dimana :

Gon = radiasi yang diterima atmosphere (W/m2)

τb = faksi radiasi yang diteruskan ke bumi

cos θz = cosinus sudut zenith

Gdifuse = Radiasi yang dipantulkan ke segala arah dan kemudian dapat

dimanfaatkan.

Radiasi total adalah jumlah dari radiasibeamdan radiasidiffuseseperti pada

persamaan berikut [4] :

Gtotal= Gbeam+ Gdifuse...(2.14)

Radiasi yang dapat ditangkap oleh luasan kolektor, intensitas radiasi

diperoleh dari alat ukur, dan dihitung permenit, sehingga energi radiasi dapat di

hitung mengunakan rumus [4] :

Q = I AΔ t ∈... (2.15)

Dimana: Q = Energi Radiasi (J)

I = Intensitas radiasi (W/m2)

(12)

Δ t= Selang waktu perhitungan (s)

∈= Efisiensi Kaca (%)

2.2.4. Hipotesis Pengaruh Sudut

Radiasi dalam permukaaan bersudut akan mempengaruhi besarnya

intensitas yang diterima dari suatu permukaan. Radiasi yang diterima dalam

permukaan yang dimiringkan merupakan gabungan dari radiasi beam, isotropic,

diffuse, radiasi yang diterima permukaan datar yang di pengaruhi tingkat

reflaktansi pelindung absorber. Dalam Beckman [4], dijelaskan bahwa total energi

radiasi yang diterima suatu permukaan yang dimiringkan dapat dijelaskan dengan

persamaan:

= + + ( )………..….. (2.16)

Nilai Rbdapat dihitung dengan persamaan berikut:

= (∅ ) ∅ ( )

∅ ∅ ( ) = ………(2.17)

Dan nilai Intensitas Difuse dan beam dari permukaan miring dapat dihitung

menggunakan persamaan berikut [4]:

= 1.0 − 0.249 Untuk kT< 0

= 1.557 − 1.84 Untuk 0.35 < kT< 0.75 .………..(2.18)

= 0.177 Untuk kT > 0.75

Nilai KT (Index langit cerah) didapat dengan membandingankan total radiasi

surya pada plat datar dengan radiasi yang diserap oleh suatu permukaan sampai

waktu tertentu [4].

Dengan dimiringkannya permukaan absorber, akan berpengaruh terhadap

durasai penyinaran. Suatu Pemanas Air Tenaga Surya dengan kolektor datar, akan

menerima radiasi surya saat matahari terbit dan akan berhenti menerima radiasi

surya saat terbenamnya matahari. Namun dengan memberi perlakukan variasi

sudut , atau memiringkannya terhadap bidang datar, akan mempengaruhi

(13)

dimiringkan 300 kearah timur akan memiliki perbedaan dengan PATS yang kolektornya tidak dimiringkan terhadap permukaan datar. Perbedaannya adalah

pada rentang waktu penerimaan radiasi dari kolektor dalam PATS.

Kolektor yang dimiringkan 300ke arah timur akan menerima radiasi surya saat matahari terbit sama dengan kolektor yang sejajar bidang datar. Namun

radiasi surya yang diterima kolektor dengan kemiringan 300 akan berlangsung dalam rentang waktu yang lebih pendek dibanding kolektor sejajar bidang datar.

Hal ini karena pada kolektor bidang datar, saat matahari sesaat akan terbenam,

kolektor tersebut masih menerima radiasi surya. Berbeda bila kolektor

dimiringkan 300 kearah timur yang membuat saat matahari berada disisi barat namun belum terbenam, kolektor tidak akan lagi menerima radiasi karena telah

tertutup sisi luar kolektor itu sendiri. Dengan kata lain, kolektor sejajar horizontal

menerima radiasi lebih lama dibanding dengan kolektor yang dimiringkan. Rasio

radiasi matahari yang diterima kolektor yang dimiringkan dengan kolektor yang

sejajar bidang datar dapat di lihat dalam persamaan berikut [4]:

= = ... (2.19)

2.2.5. Analisa Pengaruh Kemiringan Kolektor Terhadap Kerja PATS

Pemilihan pengaplikasian besar sudut kolektor sangat berpengaruh terhadap

performansi PATS. Pemilihan sudut yang salah akan berakibat langsung terhadap

kemampuan optimum pemanasan air di tangki penampungan. Kolektor yang

terlalu dimiringkan akan berpengaruh terhadap durasi kolektor dalam menerima

radiasi matahari. Namun apabila kolektor tidak dimiringkan atau dengan kata lain

sejajar bidang datar, walaupun kondisi ini baik terhadap durasi dan kemampuan

penyerapan radiasi surya, namun akan kesulitan dalam siklus perputaran fluida

kerja di pipa panas dalam menghantarkan panas ke air di dalam tangki. Semakin

besar kemiringan kolektor terhadap bidang datar akan mempengaruhi kerja siklus

perpindahan panas dalam memanaskan air didalam tangki air.

Menurut Beckman [4] kemiringan terbaik untuk kolektor adalah berkisar

antara 300, 450 dan 600. Hal ini dihitung berdasar pengaruh incidence angle

(14)

1 1 ………..(2.20)

………..(2.21)

Dimana: = Besar energi radiasi yang diserap kolektor

= panas yang hilang

Nilai koefisien pengubah dimasukkan dalam persamaan 2.21 untuk mendapatkan

besar energi radiasi surya yang di serap oleh kolektor.

Berikut grafik koefisien sudut pengubah terhadap dan (1/ 1

Gambar 2.6.Pengaruh koefisien sudut pengubah terhadap kemiringan bidang datar untuk kolektor dengan pelindung (a) kaca satu lapis, (b) kaca dua lapis dan (c) kaca satu lapis denganhoneycomb.Sumber: Beckman, 2006

2.3. Panas, Panas Laten dan Panas Sensible

Panas berbeda dengan suhu. Panas adalah salah satu bentuk energi. Panas

dapat dirubah bentuknya menjadi bentuk energi lain atau sebaliknya energi lain

dapat dirubah menjadi energi panas[7]. Menurut konsep thermodinamika heat

panas) adalah perpindahan energi dari satu benda ke benda lain karena perbedaan

(15)

2.3.1. Pengaruhheat(panas) terhadap wujud benda

Semua benda dalam kondisi yang tepat yaitu pada tekanan dan suhu yang

sesuai akan berbentuk padat, cair dan gas. Eksistensi energi pada molekul suatu

benda dapat ditunjukan dengan suhu benda tersebut tetapi juga dapat ditunjukan

dengan wujud benda tersebut. Dengan kata lain penambahan atau pengurangan

panas dapat merubah bentuk benda serta suhu benda tersebut. Sebagai contoh

logam akan mencair jika diberi panas yang cukup untuk mencairkannya.

Fenomena yang umum kita kenal adalah mencairnya es dan mendidihnya air.

Kedua kondisi tersebut adalah salah satu contoh penambahan dan pengenyahan

panas terhadap suatu benda.

2.3.2. Jenis panas

2.3.2.1. Panas Sensibel

Panas sensible adalah panas yang menyebabkan terjadinya

kenaikan/penurunan temperatur, tetapi phasa (wujud) tidak berubah.

2.3.2.2. Panas Laten

Panas laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah phasa (wujud)

benda, tetapi temperaturnya tetap.

Panas laten penguapan (latent heat of vaporization) adalah jumlah panas

yang harus ditambahkan kepada zat (cair) pada titik didihnya sampai wujudnya

berubah menjadi uap seluruhnya pada suhu yang sama. Panas laten pengembunan

(latent heat of condensation) adalah jumlah panas yang harus dibuang/dikeluarkan

oleh zat (gas/uap) pada titik embunnya, untuk mengubah wujud zat dari gas

menjadi cair pada suhu yang sama.

Panas laten pencairan/peleburan (latent heat of fusion) adalah jumlah

panas yang harus ditambahkan kepada zat (padat) pada titik leburnya sampai

wujudnya berubah menjadi cair semuanya pada suhu yang sama. Panas laten

pembekuan (latent heat of solidification) adalah jumlah panas yang harus

dibuang/dikeluarkan oleh zat (cair) pada titik bekunya untuk mengubah wujudnya

(16)

2.3.3. Pemanfaatan Panas Laten Pada Alat Pemanas Air Tenaga Surya

Panas yang di absorbsi kolektor pada suatu keadaan tertentu akan

mengubah phasa dari refrigeran yang dipanaskan. Dengan di vakumnya

refrigeran, maka tingkat titik didih akan menurun, dan dengan memafaatkan panas

yang ada, refrigeran akan berubah fasa. Hal ini membuat jumlah kalor yang dapat

di transfer dari refrigeran ke air dalam tangki reservoir akan semakin besar. Hal

ini dapat di lihat pada besaran koefesien latent heat pada kondisi vakum, jumlah

energi kalor yang dihasilkan menjadi lebih besar. Kalor ini lah yang akan di

transfer ke dalam air di tangki reservoir. Berbeda dengan halnya bila kita

menggunakan kolektor biasa, maka kalor yang akan diserap tidak akan sebesar

dengan sistem pipa panas.

2.4. Alat Pemanas Air Tenaga Surya

Pemanas air tenaga surya (PATS) merupakan produk teknologi yang

memanfaatkan energi thermal surya yang cukup popular dan banyak digunakan,

terutama di hotel, villa peristirahatan hingga perumahan. Seiring dengan itu, mulai

beredar beberapa merek PATS domestik maupun impor yang banyak dipasarkan

di masyarakat. Untuk perlindungan terhadap konsumen, telah dikeluarkan Standar

Nasional Indonesia (SNI) untuk produk ini, berupa uji mutu sistem PATS yang

diharapkan memberikan gambaran pada masyarakat akan mutu PATS yang

dipasarkan. Dalam masalah ini bagaimana membuat PATS dengan efesiensi yang

tinggi menjadi persoalan tertentu. Untuk itu dilakukan berbagai tinjauan pustaka

agar di dapat efsiensi yang baik. Salah satunya adalah dengan melakuakn

pengujian pada penelitian dan penyempurnaan dari alat yang telah ada.

Kualitas unit PATS bergantung pada keandalan fisik dan kemampuan

thermal system seperti kemampuan menyerap panas, kemampuan menyimpan

panas, komponen kolektor thermal surya, komponen tangki air, rendahnya

rugi-rugi panas kedua komponen tersebut dan kemampuan responsif pemanas

tambahan. Pemanas Air Tenaga Surya harus mampu mengelola panas yang masuk

(17)

pada absorber ke air yang dipanaskan. Gambar 2.7. menunjukkan alat pemanas air

tenaga surya yang digunakan dalam penelitian ini.

Gambar 2.7. Alat Pemanas Air Tenaga Surya (PATS)

2.4.1. Cara Kerja Alat Pemanas Air Tenaga Surya

Gambar 2.6.menunjukkan sebuah alat pemanas air tenaga surya dengan

media pemanas refirgeran. Dengan didasari oleh teori efek rumah kaca, maka

efektifitas pengumpulan panas bisa ditingkatkan.Sehingga energi panas yang

dipancarkan oleh matahari diserap dan dikumpulkan untuk ditingkatkan

temperaturnya oleh kolektor.Panas tersebut dialirkan terhadap pipa tembaga (1-2)

yang berisi refrigeran, kemudian refrigeran akan menjadi panas. Akibatnya

referigran berubah wujud dari cair menjadi gas dan massa jenis di titik 2 lebih

kecil dari massa jenis di titik 1, sehingga referigran cenderung bergerak dari titik 1

ke titik 2. Referigran di titik 2 akan terdorong menuju titik 3 sambil melepaskan

panas ke air yang ada pada tangki air. Pelepasan panas ini membuat referigran

berubah wujud dari gas menjadi cair, dan suhunya akan turun. Pergerakan

(18)

termosipon dimana referegran yang suhunya lebih tinggi massa jenisnya lebih

rendah dan cenderung bergerak kesebelah atas. Posisinya akan digantikan

referigran lain yang lebih dingin. Alat Pemanas Tenaga Surya ini memanfaatkan

panas latent yang merubah fasa dari cair menjadi gas pada tempertaur tertentu lalu

gas bersirkulasi didalam pipa panas menuju ke tangki air dan melepas kalor.

Akbibat terjadi pelepasan kalor suhu refrigeran menurun yang memicu terjadinya

sirkulasi secara alamiah.

2.4.2. Plat Absorber Pada Alat Pemanas Air Tenaga Surya

Pemilihan plat absorber harus dilihat dari sifat material baik itu fisik

maupun kimianya. Menurut Eka [16] umumnya bahan yang di pakai menjadi

sebuah plat adalah material alumunium, baja tipis, plat besi tipis atau seng.

Pemilihan ini harus memperhatikan tingkat emisivitas dari bahan itu sendiri.

Emisivitas adalah rasio energi yang diradiasikan oleh material tertentu

dengan energi yang diradiasikan oleh benda hitam (black body) pada temperatur

yang sama. Ini adalah ukuran dari kemampuan suatu benda untuk meradiasikan

energy yag diserapnya. Benda hitam memiliki emisivitas sama dengan 1 (ε=1)

sementara objek sesunggunya mempunyai emisivitas kurang dari satu. Semakin

kasar dan hitam suatu benda, akan memiliki nilai emisivitas yang lebih baik,

semakin reflektif suatu benda, maka nilai emisivitas benda tersebut akan semakin

kecil [19]. Berikut beberapa nilai emisivitas material yang sering digunakan

dalam membuat kolektor surya seperti yang tertuang dalam tabel 2.3

Tabel 2.3 Emisivitas Material [19]

Permukaan Material Koefisien Emisivitas(ε)

Aluminium sheet Komersial 0,09

Baja Dipoles 0,07

Zink dipoles 0,045

Hitam Silicone Cat 0,93

(19)

2.4.3. Isolator Pada Alat Pemanas Air Tenaga Surya

Untuk menghindari kebocoran energi panas yang terbuang sia sia ke

lingkungan, dalam pemanfaatannya diperlukan suatu isolator untuk menahan

panas dalam alat pemanas air tenaga surya. Dalam hal ini Rockwool mempunyai

tingkat isolasi yang sangat baik. Berikut di jelaskan beberapa keunggulan

rockwool menurut Kamstrup [11]:

a. Tidak tergolong benda berbahaya

b. Mempunyai tingkat insulasi yang sangat baik

c. Mampu menahan pemanasan sampai suhu 820oC d. Mempunyai densitas yang besar

e. Tidak Korosif, tidak bersifat karsinogen, mutagenic dan toxic

f. Tidak mudah rusak selama pemasangan

g. Memiliki tingkat durabilitas yang baik

h. Tingkatheat lossyang rendah ( sekitar 5%)

Dengan sifat insulasi yang baik, dapat dihindari kebocoran panas, sehingga

energi panas yang di serap oleh APATS dapat dimanfaatkan sebaik baiknya.

Dalam APATS ini di insulasi di daerah sekitar pelat absorber, dinding reservoir

air dan seluruh daerah yang memungkinkan terjadinya kehilangan panas.

2.4.4. Energi yang Sampai pada Kolektor Pemanas Air Tenaga Surya

Untuk menghitung energi yang sampai pada kolektor atau energi yang

berguna untuk kolektor alat pemanas air tenaga surya terlebih dahulu perlu

diketahui bagaimana proses distribusi energi matahari yang dialami oleh kolektor

itu sendiri. Ilustrasi panas yang diserap oleh absorber alat pemanas air tenaga

(20)

Gambar 2.8. Ilustrasi Panas yang Diserap oleh Absorber Alat Pemanas Air Tenaga Surya

Pada Gambar 2.8.dapat dilihat bahwa panas matahari (Q incident) sebagian

dipantulkan ke atmosfir dan sebagian lagi diserap oleh kolektor. Panas yang

diserap oleh kolektor (Qabs) inilah yang akan digunakan untuk memanaskan

refrigeran.

Gambar 2.9. Ilustrasi Pengaruh arah sudut sumber energi terhadap besaran energi yang diterima

Menurut Incropera [9] besaran energi radiasi yang akan diterima alat

pemanas air tenaga surya akan di pengaruhi oleh sudut datangnya energi panas

matahari seperti gambar 2.9. Energi radiasi yang sampai ke permukaan bumi akan

di serap oleh kolektor yang digunakan untuk memanaskan air dalam alat pemanas Qincident

Qref

Qabs Pelat absorber

(21)

air tenaga surya. Jumlah energi radiasi per satuan luas yang diterima kolektor

selama proses penelitian di sebut Qincident.

Menurut Mehmet Esent [1], besarnya Qincident dapat dihitung dengan

menggunakan rumus di bawah ini:

A _{= luas penampang dari pelat absorber (m}2₎

I _{= intensitas cahaya matahari (W/m}2₎

Sedangkan panas yang diserap oleh absorber dapat ditentukan dengan

menggunakan rumus sebagai berikut:

incident

abs Q

Q α ...(2.17)

Dan panas yang dipantulkan kembali ke atmosfir adalah:





incident

ref Q

Q  1α ………..………...……….(2.18)

Dimana:

α ₌ _{difusitas bahan}

2.4.5. Energi yang Diserap oleh air

Energi panas yang sudah diterima oleh kolektor akan diberikan terhadap

air. Besarnya energi tersebut menurut Mehmet Esent [1] dapat ditentukan dengan

menggunakan rumus:

(22)

2.4.6. Efisiensi dari Kolektor

Efisiensi dari kolektor dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara

energi berguna yang diberikan kolektor ke air dengan panas incident. Hal itu

menurut Mehmet Esent [1] dapat dirumuskan sebagai berikut:



w w



incident pw

wC T T Q

m 2  1 /



η ...(2.20)

Definisi efisiensi disini adalah kemampuan dari kolektor untuk memanasi

air sampai suhu maksimum dalam rentang waktu tercepat. Semakin cepat didapat

pemanasan suhu maksimum, maka akan semakin besar pula tingkat efisiensi yang

diperoleh dan semakin lama rentang waktu pencapaian suhu maksimum, semakin

kecil pula tingkat efisiensi yang didapat oleh kolektor.

2.5. Refrigeran R-718

Zat kimia ini merupakan suatu pelarut yang memiliki kemampuan untuk

melarutkan banyak zat, seperti garam-garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan

zat organik lainnya.Pada tekanan atmosfir R-718 (air) mendidih pada suhu 1000C dan membeku pada suhu 0oC Apabila tekanannya dinaikkan maka titik didihnya semakin besar, sebaliknya bila tekanannya diturunkan titik didihnya lebih rendah.

Pada tekanan vakum titik didih R-718 dibawah 100oC seperti pada tekanan vakum 45 cmHg (0,4001 bar absolut) R-718 akan mendidih pada suhu 75,800C. Refrigeran R-718 akan berubah menjadi gas jika temperaturnya dinaikkan dari

75,800C pada tekanan vakum 45 cmHg dan akan berubah menjadi cair jika suhunya diturunkan. Berikut akan ditampilkan sifat refrigeran R-718 pada

(23)

Tabel 2.4. Sifat R-718 pada tekanan vakum 45 cmHg (0,4001 bar absolut)

Properties R-718

Komposisi Hidrogen 11,19%

Komposisi Oksigen 88,81%

Massa jenis 1000 kg/m3

Pada tekanan 1 bar dan 0°C Tidak berasa dan tidak berbau

Jenis warna Tidak berwarna

Titik didih

Titik didih pada 45 cmHg

Specific heat liquid pada 45 cm Hg