Green House Mechanism, Glass Characteristics, & Evacuated Tube Solar Collector

TUGAS TAMBAHAN

MS5042 ENERGI SURYA TERMAL

KARAKTERISTIK KACA,

EFEK RUMAH KACA &

EVACUATED TUBE SOLAR COLLECTOR

Oleh:

CHANDRA SALIM (23114304)

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN

JULI 2015

MS5041 – Energi Surya Termal

Tugas Tambahan – Karakteristik Kaca, Efek Rumah Kaca & Evacuated Tube Solar Collector

Chandra Salim - 23114304

Hal. 1 dari 29

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ........................................................................................................................................... 1

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................................................. 2

DAFTAR TABEL ................................................................................................................................... 3

I. KARAKTERISTIK KACA ............................................................................................................ 4

Properti Fisik dari Kaca ..................................................................................................................... 4

Kekuatan ......................................................................................................................................... 4

Refleksivitas, Absorbsivitas dan Transmisivitas Cahaya ................................................................ 4

Refleksivitas .................................................................................................................................... 5

Transmisivitas ................................................................................................................................. 7

Emisivitas ........................................................................................................................................ 8

II. CAHAYA MATAHARI ............................................................................................................... 16

Panjang Gelombang Cahaya Tampak .............................................................................................. 16

III. MEKANISME EFEK RUMAH KACA ....................................................................................... 18

Tinjauan Paparan Langsung (Tanpa Kaca) ...................................................................................... 18

Tinjauan Tidak Terpapar Secara Langsung (Menggunakan Kaca) ................................................. 20

IV. EVACUATED TUBE SOLAR COLLECTOR ............................................................................ 22

Keunggulan ETSC ........................................................................................................................... 25

Efisiensi ETSC ................................................................................................................................. 26

V. KESIMPULAN ............................................................................................................................. 27

VI. REFERENSI ................................................................................................................................. 28




Hal. 2 dari 29

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Diagram skematik ilustrasi dari refleksivitas, absobsivitas dan transmisivitas [3] ............... 5

Gambar 2. (a) Pantulan Difus dan (b) pantulan Specular [3] .................................................................. 6

Gambar 3. Koefisien Refleksi Fresnel [5] .............................................................................................. 7

Gambar 4. Transmission Rate dari beberapa jenis bahan kaca. [7] ........................................................ 8

Gambar 5.Spektral energi emisi benda hitam (distribusi spektral Planck) [8] ........................................ 9

Gambar 6. Spektrum Cahaya Matahari yang sampai ke bumi [13] ...................................................... 16

Gambar 7. Perbandingan cahaya tampak terhadap total panjang gelombang [14] ............................... 17

Gambar 8. Radiasi matahari secara langsung [15] ................................................................................ 18

Gambar 9. Ilustrasi mekanisme efek rumah kaca [16] .......................................................................... 20

Gambar 10. Perbandingan karakteristik efisiensi dengan dan tanpa kaca ............................................ 21

Gambar 11. Skematik ETSC [17] ......................................................................................................... 22

Gambar 12. Skematik cara kerja Heat Pipe [18][20] ............................................................................ 23

Gambar 13. Cara kerja Heat Pipe [19] .................................................................................................. 23

Gambar 14. Komponen Utama ETSC [20] ........................................................................................... 24

Gambar 15. Aluminium Manifold [20] ................................................................................................. 24

Gambar 16. Evacuated Tube Solar Collector yang ada di pasaran [21] ............................................... 25

Gambar 17. Mat pool solar heater [22]. ................................................................................................ 25

Gambar 18. Kurva Efisiensi hasil percobaan ETSC [23] ..................................................................... 26




Hal. 3 dari 29

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Total Emissivity Power dari berbagai material logam [9] ...................................................... 10

Tabel 2. Total Emissivity Power dari material non logam [9] .............................................................. 13




Hal. 4 dari 29

I. KARAKTERISTIK KACA

Kaca merupakan material solid yang bersifat amorphous (non-crystalline) yang sering berupa

transparan dan penggunaannya sangat luas baik di bidang teknologi maupun dekorasi. Yang paling

banyak beredar adalah kaca dengan berbahan komposisi kimia silica (silicon dioxide), yakni kandungan

yang banyak ditemukan di dalam pasir. Dari sebagian besar kaca berbahan silica yang ada, kaca yang

biasa dipakai sebagai produk botol penyimpan (soda-lime glass), berkomposisi sekitar 75% silicon

dioxide (SiO2), sodium oxide (Na2O) dari sodium carbonate (Na2CO3), calcium oxide (CaO) dan

beberapa materi tambahan lain. Kaca yang sangat bening dan memiliki ketahanan tinggi quartz dibuat

dari silica murni. [1]

Banyak pengaplikasian dari kaca silica didasarkan pada sifatnya yang transparan secara optis.

Kaca akan memantulkan dan membiaskan cahaya; dimana kualitas karakteristik ini dapat ditingkatkan

dengan melakukan pemotongan bentuk dan pemolesan permukaan. Kaca dapat diberikan warna dengan

menambahkan garam-garam logam atau juga dengan cara dicat. Walaupun kaca mudah pecah, namun

kaca memiliki ketahanan yang tinggi. [1]

Properti Fisik dari Kaca

Kekuatan

Kaca merupakan material yang memiliki kapasitas untuk menahan tekanan yang lebih baik

dibandingkan dengan regangan atau benturan yang tiba-tiba. Kaca float (float glass) secara umum

memiliki sifat sebagai berikut: [2]

1. Compressive strength – 248 MPa untuk kubus 25mm.

2. Tensile strength – 20 MPa modulus rekah.

3. Impact strength – Tergantung pada bentuk, kekerasan dan kecepatan dari benturan benda.

4. Hardness scale – Sekitar 6.0 pada skala kekerasan Moh dan 575 kekerasan Knoop.

Dengan sifat kekuatan kaca ini, maka kaca merupakan material yang ideal untuk benda

transparan namun memiliki kekuatan yang cukup handal serta nilai ekonomi yang tergolong rendah

untuk pemanfaatan berbagai kebutuhan.

Refleksivitas, Absorbsivitas dan Transmisivitas Cahaya

Energi radiasi yang datang ke suatu permukaan akan mengalami fenomena refleksivitas,

absorbsivitas dan transmisivitas. Jumlah total dari ketiga faktor tersebut akan sama dengan 1, ini berarti

total energi ketiga fenomena tersebut akan memberikan nilai yang sama dengan besarnya energi radiasi

yang datang.

𝜌𝐺 + 𝛼𝐺 + 𝜏𝐺 = 𝐺




Hal. 5 dari 29

Atau dengan kata lain,

𝜌 + 𝛼 + 𝜏 = 1

𝐺 = Incident radiation (Irradiation)

𝜌 = Faktor refleksivitas

𝛼 = Faktor absorbsivitas

𝜏 = Faktor transmisivitas

Gambar 1. Diagram skematik ilustrasi dari refleksivitas, absobsivitas dan transmisivitas [3]

Kaca memiliki kemampuan untuk membiaskan (ketika cahaya diabsorb), memantulkan dan

mentransmisikan cahaya mengikuti bentuk geometri secara optis tanpa menyebarkan cahaya tersebut.

Sifat ini yang dimanfaatkan pada pembuatan lensa dan kaca jendela.

Kaca yang umum memiliki indeks bias sekitar 1.5. Karakteristik ini dapat dimodifikasi dengan

menambahkan material dengan densitas rendah seperti boron (B) untuk menurunkan indeks bias,

ataupun menambahkan material dengan densitas tinggi seperti lead oxide (PbO) untuk menaikkan

indeks biasnya menjadi sekitar 1.8. Kaca dengan indeks bias tinggi akan menghasilkan dispersi cahaya

kromatik yang lebih banyak, contohnya adalah kaca kristal. Kaca dengan indeks bias tinggi memiliki

nilai jual yang cukup tinggi karena sifatnya yang mirip dengan permata. [2] Sementara permata sendiri

memiliki indeks bias di sekitar 2.42.

Refleksivitas

Ketika sebuah permukaan tidak menyerap (absorb) semua radiasi yang datang, radiasi yang

tidak terserap tersebut akan tertransmisikan atau terpantulkan. Sebagian besar benda padat bersifat




Hal. 6 dari 29

opaque dan tidak mentransmisikan cahaya sama sekali. Sehingga jumlah energi radiasi yang tidak

terabsorb akan sepenuhnya direfleksikan:

𝜌𝜆 = 1 − 𝛼𝜆

Walaupun kaca merupakan benda padat, namun kaca memiliki sifat yang transparan, sehingga

persamaan umum yang berlaku pada kaca adalah 𝜌𝜆 + 𝛼𝜆 + 𝜏𝜆 = 1. Kaca hanya bersifat opaque pada

panjang gelombang yang tinggi atau sangat rendah.

Secara sederhana, terdapat dua macam pantulan cahaya yakni Specular dan Difus. Ketika sudut

cahaya yang dipantulkan sama dengan sudut datang, maka pantulan tersebut disebut Specular. Ketika

sudut cahaya yang dipantulkan merata ke semua arah, maka pantulan tersebut disebut Difus. Kaca yang

memiliki permukaan relatif datar licin akan memiliki karakteristik pantulan Specular. [3]

Gambar 2. (a) Pantulan Difus dan (b) pantulan Specular [3]

Berdasarkan persamaan Fresnel, nilai refleksivitas dari selembar kaca adalah sekitar 4% pada

masing-masing permukaan (pada sudut normal di udara), dan transmisivitas sekitar 90%. Kaca dengan

kandungan germanium oxide yang tinggi diaplikasikan pada penggunaan prinsip optoelektronik

misalnya transmisi cahaya pada fiber optic.[2]

Gambar 3 menjelaskan sifat karakteristik reflektansi suatu benda di udara terhadap variable

benda tersebut dalam kaitan karakteristik indeks bias kompleksnya dan dengan sudut datang cahaya

serta kaitannya dengan Complex Relative Index (k). Ketika cahaya melewati sebuah medium, beberapa

bagian cahaya pasti ada yang teratenuasi (hilang). Fenomena ini dapat didefinisikan dengan persamaan

𝑛 = 𝑛 + 𝑖𝑘. [4] Pada bahasan kali ini, asumsi atenuasi yang terjadi keseluruhannya telah bersatu dengan

gejala absorbsi.

Dapat dilihat dari Gambar 3 bahwa untuk kaca dengan indeks bias sekitar 1.5 dan nilai k rendah

memiliki tingkat refleksivitas yang menjadi tinggi pada sudut datang cahaya lebih dari 60º (sudut kritis).

Dengan sifatnya ini, maka kaca memiliki karakteristik refleksivitas yang sesuai dengan yang

dibutuhkan untuk rumah kaca, yakni memiliki rentang sudut yang cukup luas untuk tidak memantulkan

cahaya supaya sebagian besar cahaya ditransmisikan dan diabsorbsi.




Hal. 7 dari 29

Gambar 3. Koefisien Refleksi Fresnel [5]

Transmisivitas

Kaca bening tidaklah transaparan sempurna, kaca float dengan ketebalan 6 mm mengabsorb

sekitar 13% cahaya pada spektrum cahaya tampak, dan melanjutkan 87% cahaya tampak. Semakin

cahaya memiliki panjang gelombang yang menjauhi cahaya tampak, sifat transmisinya berubah dan

untuk rentang panjang gelombang tertentu kaca bersifat opaque (tidak tembus cahaya). Kaca jendela

biasa merupakan transmitter yang sangat selektif terhadap radiasi matahari. Kaca mendekati transparan

sempurna pada panjang gelombang kurang dari 2.7µm, melewatkan (transmission rate) lebih dari 90%

energi matahari. Pada panjang gelombang yang lebih panjang, infra merah, kaca akan bersifat opaque

terhadap radiasi. Sebagai konsekuensi dari sifatnya tersebut, maka benda di dalam rumah kaca yang

telah terpanaskan kemudian mengemisikan energi yang panjang gelombangnya terkonsentrasi di

rentang yang panjang sehingga energi panasnya terperangkap tidak bisa keluar dari dalam rumah kaca.

Sifat inilah yang menjadi alasan kita membuat greenhouse menggunakan kaca. [6]




Hal. 8 dari 29

Gambar 4. Transmission Rate dari beberapa jenis bahan kaca. [7]

Berdasarkan Gambar 4, terlihat bahwa transmission rate untuk kaca, memiliki transmission rate

di sekitar 90% untuk panjang gelombang rendah dan bersifat opaque (transmission rate bernilai nol)

pada panjang gelombang tinggi.

Faktor transmisivitas menunjukkan besaran radiasi yang ditransmisikan melalui benda

semitransparan. Transmisi spektral didefinisikan sebagai fraksi dari iradiasi spektral yang

ditransmisikan melalui medium: [8]

𝜏𝜆 =𝐺𝜆,𝑡𝑟(𝜆)

𝐺𝜆(𝜆)

Sehingga transmisivitas total menjadi 𝜏 =𝐺𝑡𝑟

𝐺

Emisivitas

Benda dengan temperatur di atas suhu mutlak nol derajat Kelvin (0K) akan mengemisikan

energi dengan rentang emisivitas tertentu terhadap panjang gelombang yang diemisikan. Gambar 5

merupakan hasil percobaan emissive power yang dilakukan oleh Max Planck untuk benda yang

memiliki temperatur di atas suhu mutlak. Garis merah solid menunjukkan benda hitam bertemperatur




Hal. 9 dari 29

tertentu dengan rentang emissive power untuk panjang gelombang dari energi yang diemisikan. Terlihat

bahwa semakin rendah temperatur yang dimiliki, maka gelombang energi yang diemisikan benda hitam

tersebut berada pada rentang panjang gelombang yang besar.

Gambar 5.Spektral energi emisi benda hitam (distribusi spektral Planck) [8]

Percobaan oleh Max Planck kemudian disempurnakan oleh Stefan Boltzmann melalui

persamaan untuk Energi Emisi Total sebagai berikut:

𝐸𝑏 = 𝜎𝑇4

𝐸𝑏 = Energi Emisi Total benda hitam

𝜎 = Konstanta Stefan Boltzmann = 5.670 x 10-8 W/m2.K4

𝑇 = Tempteratur benda hitam

Berdasarkan Gambar 5, untuk benda bertemperatur ruang (298K) akan mengemisikan energi

total dengan panjang gelombang sekitar di atas 2µm dengan puncak emisi energi di panjang gelombang

sekitar 10µm. Untuk benda yang menerima radiasi dari sinar matahari secara langsung dengan

temperatur sekitar 100ºC (373K) akan mengemisikan energi total dengan panjang gelombang sekitar di

atas 1.5µm dengan puncak emisi energi di panjang gelombang sekitar 7µm. Dengan kata lain, benda




Hal. 10 dari 29

yang terpapar radiasi secara langsung oleh sinar matahari sekalipun tetap akan hanya mengemisikan

energi di panjang gelombang yang tinggi.

Hal ini menunjukkan bahwa benda hitam yang menerima panas dari matahari secara langsung

sekalipun, akan mengemisikan energi dengan panjang gelombang di luar rentang visible light. Ini

berarti energi emisi yang dihasilkan oleh benda hitam tersebut tidak dapat menembus kaca yang bersifat

opaque terhadap panjang gelombang yang tinggi.

Tabel 1 dan Tabel 2 memberikan informasi hasil besarnya nilai faktor emisivitas total yang

dihasilkan oleh berbagai macam material ketika dipaparkan pada temperatur tertentu.

Tabel 1. Total Emissivity Power dari berbagai material logam [9]

METALS

Material Temp °F (°C) ε Material Temp °F (°C) ε

Alloys Oxidized 100 (38) 0.43

20-Ni, 24-CR, 55-FE, Oxid. 392 (200) 0.9 Oxidized at 1100°F 100 (38) 0.63

20-Ni, 24-CR, 55-FE, Oxid. 932 (500) 0.97 Gray Oxidized 100 (38) 0.28

60-Ni , 12-CR, 28-FE,

Oxid. 518 (270) 0.89 Magnesium 100-500 (38-260) .07-.13

60-Ni , 12-CR, 28-FE,

Oxid. 1040 (560) 0.82 Magnesium Oxide 1880-3140 (1027-1727) .16-.20

80-Ni, 20-CR, Oxidized 212 (100) 0.87 Mercury 32 (0) 0.09



Aluminum 212 (100) 0.12

Unoxidized 77 (25) 0.02 Molybdenum 100 (38) 0.06



Oxidized 390 (199) 0.11 Molybdenum 2000 (1093) 0.18

Oxidized 1110 (599) 0.19 “ Oxidized at 1000°F 600 (316) 0.8

Oxidized at 599°C (1110°F) 390 (199) 0.11 “ Oxidized at 1000°F 700 (371) 0.84

Oxidized at 599°C (1110°F) 1110 (599) 0.19 " Oxidized at 1000°F 800 (427) 0.84

Heavily Oxidized 200 (93) 0.2 " Oxidized at 1000°F 900 (482) 0.83

Heavily Oxidized 940 (504) 0.31 " Oxidized at 1000°F 1000 (538) 0.82

Highly Polished 212 (100) 0.09 Monel, Ni-Cu 392 (200) 0.41

Roughly Polished 212 (100) 0.18 Monel, Ni-Cu 752 (400) 0.44

Commercial Sheet 212 (100) 0.09 Monel, Ni-Cu 1112 (600) 0.46

Highly Polished Plate 440 (227) 0.04 Monel, Ni-Cu Oxidized 68 (20) 0.43

Highly Polished Plate 1070 (577) 0.06 Monel, Ni-Cu Oxid. at

1110°F 1110 (599) 0.46

Bright Rolled Plate 338 (170) 0.04 Monel, Ni-Cu Oxid. at

1110°F 1110 (599) 0.46

Bright Rolled Plate 932 (500) 0.05 Nickel

Alloy A3003, Oxidized 600 (316) 0.4 Polished 100 (38) 0.05

Alloy A3003, Oxidized 900 (482) 0.4 Oxidized 100-500 (38-260) .31-.46

Alloy 1100-0 200-800 (93-427) 0.05 Unoxidized 77 (25) 0.05

Alloy 24ST 75 (24) 0.09 Unoxidized 212 (100) 0.06




Hal. 11 dari 29

METALS


Alloy 24ST, Polished 75 (24) 0.09 Unoxidized 932 (500) 0.12

Alloy 75ST 75 (24) 0.11 Unoxidized 1832 (1000) 0.19

Alloy 75ST, Polished 75 (24) 0.08 Electrolytic 100 (38) 0.04

Bismuth, Bright 176 (80) 0.34 Electrolytic 500 (260) 0.06

Bismuth, Unoxidized 77 (25) 0.05 Electrolytic 1000 (538) 0.1

Bismuth, Unoxidized 212 (100) 0.06 Electrolytic 2000 (1093) 0.16

Brass Nickel Oxide 1000-2000 (538-1093) .59-.86

73% Cu, 27% Zn, Polished 476 (247) 0.03 Palladium Plate (.00005

73% Cu, 27% Zn, Polished 674 (357) 0.03 on .0005 silver) 200-750 (93-399) .16-.17

62% Cu, 37% Zn, Polished 494 (257) 0.03 Platinum 100 (38) 0.05



Matte 68 (20) 0.07 Platinum, Black 100 (38) 0.93

Burnished to Brown Color 68 (20) 0.4 Platinum, Black 500 (260) 0.96

Cu-Zn, Brass Oxidized 392 (200) 0.61 Platinum, Black 2000 (1093) 0.97

Cu-Zn, Brass Oxidized 752 (400) 0.6 " Oxidized at 1100°F 500 (260) 0.07

Cu-Zn, Brass Oxidized 1112 (600) 0.61 " 1000 (538) 0.11

Unoxidized 77 (25) 0.04 Rhodium Flash (0.0002

Unoxidized 212 (100) 0.04 on 0.0005 Ni) 200-700 (93-371) .10-.18

Cadmium 77 (25) 0.02 Silver

Carbon Plate (0.0005 on Ni) 200-700 (93-371) .06-.07

Lampblack 77 (25) 0.95 Polished 100 (38) 0.01

Unoxidized 77 (25) 0.81 Polished 500 (260) 0.02



Candle Soot 250 (121) 0.95 Steel

Filament 500 (260) 0.95 Cold Rolled 200 (93) .75-.85

Graphitized 212 (100) 0.76 Ground Sheet 1720-2010 (938-1099) .55-.61

Graphitized 572 (300) 0.75 Polished Sheet 100 (38) 0.07

Graphitized 932 (500) 0.71 Polished Sheet 500 (260) 0.1

Chromium 100 (38) 0.08 Polished Sheet 1000 (538) 0.14

Chromium 1000 (538) 0.26 Mild Steel, Polished 75 (24) 0.1

Chromium, Polished 302 (150) 0.06 Mild Steel, Smooth 75 (24) 0.12

Cobalt, Unoxidized 932 (500) 0.13 Mild Steel, Liquid 2910-3270 (1599-1793) 0.28

Cobalt, Unoxidized 1832 (1000) 0.23 Steel, Unoxidized 212 (100) 0.08

Columbium, Unoxidized 1500 (816) 0.19 Steel, Oxidized 77 (25) 0.8

Columbium, Unoxidized 2000 (1093) 0.24 Steel Alloys

Copper Type 301, Polished 75 (24) 0.27

Cuprous Oxide 100 (38) 0.87 Type 301, Polished 450 (232) 0.57

Cuprous Oxide 500 (260) 0.83 Type 301, Polished 1740 (949) 0.55

Cuprous Oxide 1000 (538) 0.77 Type 303, Oxidized 600-2000 (316-1093) .74-.87

Black, Oxidized 100 (38) 0.78 Type 310, Rolled 1500-2100 (816-1149) .56-.81

Etched 100 (38) 0.09 Type 316, Polished 75 (24) 0.28




Hal. 12 dari 29

METALS


Matte 100 (38) 0.22 Type 316, Polished 450 (232) 0.57

Roughly Polished 100 (38) 0.07 Type 316, Polished 1740 (949) 0.66

Polished 100 (38) 0.03 Type 321 200-800 (93-427) .27-.32

Highly Polished 100 (38) 0.02 Type 321 Polished 300-1500 (149-815) .18-.49

Rolled 100 (38) 0.64 Type 321 w/BK Oxide 200-800 (93-427) .66-.76

Rough 100 (38) 0.74 Type 347, Oxidized 600-2000 (316-1093) .87-.91

Molten 1000 (538) 0.15 Type 350 200-800 (93-427) .18-.27

Molten 1970 (1077) 0.16 Type 350 Polished 300-1800 (149-982) .11-.35

Molten 2230 (1221) 0.13 Type 446, Polished 300-1500 (149-815) .15-.37

Nickel Plated 100-500 (38-260) 0.37 Type 17-7 PH 200-600 (93-316) .44-.51

Dow Metal 0.4-600 (–18-

316) 0.15 Type 17-7 PH

Gold Polished 300-1500 (149-815) .09-.16

Enamel 212 (100) 0.37 Type C1020, Oxidized 600-2000 (316-1093) .87-.91

Plate (.0001) Type PH-15-7 MO 300-1200 (149-649) .07-.19

Plate on .0005 Silver 200-750 (93-399) .11-.14 Stellite, Polished 68 (20) 0.18

Plate on .0005 Nickel 200-750 (93-399) .07-.09 Tantalum, Unoxidized 1340 (727) 0.14

Polished 100-500 (38-260) 0.02 " 2000 (1093) 0.19

Polished 1000-2000 (538-

1093) 0.03 " 3600 (1982) 0.26

Haynes Alloy C, " 5306 (2930) 0.3

Oxidized 600-2000 (316-

1093) .90-.96 Tin, Unoxidized 77 (25) 0.04

Haynes Alloy 25, " 212 (100) 0.05

Oxidized 600-2000 (316-

1093) .86-.89 Tinned Iron, Bright 76 (24) 0.05

Haynes Alloy X, 212 (100) 0.08

Oxidized 600-2000 (316-

1093) .85-.88 Titanium

Inconel Sheet 1000 (538) 0.28 Alloy C110M, Polished 300-1200 (149-649) .08-.19

Inconel Sheet 1200 (649) 0.42 " Oxidized at

Inconel Sheet 1400 (760) 0.58 538°C (1000°F) 200-800 (93-427) .51-.61

Inconel X, Polished 75 (24) 0.19 Alloy Ti-95A,

Inconel B, Polished 75 (24) 0.21 Oxid. at

Iron 538°C (1000°F) 200-800 (93-427) .35-.48

Oxidized 212 (100) 0.74 Anodized onto SS 200-600 (93-316) .96-.82

Oxidized 930 (499) 0.84 Tungsten

Oxidized 2190 (1199) 0.89 Unoxidized 77 (25) 0.02

Unoxidized 212 (100) 0.05 Unoxidized 212 (100) 0.03

Red Rust 77 (25) 0.7 Unoxidized 932 (500) 0.07

Rusted 77 (25) 0.65 Unoxidized 1832 (1000) 0.15

Liquid 2760-3220

(1516-1771) .42-.45 Unoxidized 2732 (1500) 0.23

Cast Iron Unoxidized 3632 (2000) 0.28

Oxidized 390 (199) 0.64 Filament (Aged) 100 (38) 0.03

Oxidized 1110 (599) 0.78 Filament (Aged) 1000 (538) 0.11




Hal. 13 dari 29

METALS


Unoxidized 212 (100) 0.21 Filament (Aged) 5000 (2760) 0.35

Strong Oxidation 40 (104) 0.95 Uranium Oxide 1880 (1027) 0.79

Strong Oxidation 482 (250) 0.95 Zinc

Liquid 2795 (1535) 0.29 Bright, Galvanized 100 (38) 0.23

Wrought Iron Commercial 99.1% 500 (260) 0.05

Dull 77 (25) 0.94 Galvanized 100 (38) 0.28

Dull 660 (349) 0.94 Oxidized 500-1000 (260-538) 0.11

Smooth 100 (38) 0.35 Polished 100 (38) 0.02

Polished 100 (38) 0.28 Polished 500 (260) 0.03

Lead Polished 1000 (538) 0.04

Polished 100-500 (38-260) .06-.08 Polished 2000 (1093) 0.06

Rough 100 (38) 0.43

Tabel 2. Total Emissivity Power dari material non logam [9]

NON

METALS


Adobe 68 (20) 0.9 Oil, Linseed

Asbestos On Al Foil, uncoated 250 (121) 0.09

Board 100 (38) 0.96 On Al Foil, 1 coat 250 (121) 0.56

Cement 32-392 (0-200) 0.96 On Al Foil, 2 coats 250 (121) 0.51

Cement, Red 2500 (1371) 0.67 On Polished Iron, .001 Film 100 (38) 0.22

Cement, White 2500 (1371) 0.65 On Polished Iron, .002 Film 100 (38) 0.45

Cloth 199 (93) 0.9 On Polished Iron, .004 Film 100 (38) 0.65

Paper 100-700 (38-371) 0.93 On Polished Iron, Thick Film 100 (38) 0.83

Slate 68 (20) 0.97 Paints

Asphalt, pavement 100 (38) 0.93 Blue, Cu2O3 75 (24) 0.94

Asphalt, tar paper 68 (20) 0.93 Black, CuO 75 (24) 0.96

Basalt 68 (20) 0.72 Green, Cu2O3 75 (24) 0.92

Brick Red, Fe2O3 75 (24) 0.91

Red, rough 70 (21) 0.93 White, Al2O3 75 (24) 0.94

Gault Cream 2500-5000 (1371-2760) .26-.30 White, Y2O3 75 (24) 0.9

Fire Clay 2500 (1371) 0.75 White, ZnO 75 (24) 0.95

Light Buff 1000 (538) 0.8 White, MgCO3 75 (24) 0.91

Lime Clay 2500 (1371) 0.43 White, ZrO2 75 (24) 0.95

Fire Brick 1832 (1000) .75-.80 White, ThO2 75 (24) 0.9

Magnesite, Refractory 1832 (1000) 0.38 White, MgO 75 (24) 0.91

Gray Brick 2012 (1100) 0.75 White, PbCO3 75 (24) 0.93

Silica, Glazed 2000 (1093) 0.88 Yellow, PbO 75 (24) 0.9

Silica, Unglazed 2000 (1093) 0.8 Yellow, PbCrO4 75 (24) 0.93

Sandlime 2500-5000 (1371-2760) .59-.63 Paints, Aluminium 100 (38) .27-.67

Carborundum 1850 (1010) 0.92 10% Al 100 (38) 0.52




Hal. 14 dari 29

NON

METALS


Ceramic 26% Al 100 (38) 0.3

Alumina on Inconel 800-2000 (427-1093) .69-.45 Dow XP-310 200 (93) 0.22

Earthenware, Glazed 70 (21) 0.9 Paints, Bronze Low .34-.80

Earthenware, Matte 70 (21) 0.93 Gum Varnish (2 coats) 70 (21) 0.53

Greens No. 5210-2C 200-750 (93-399) .89-.82 Gum Varnish (3 coats) 70 (21) 0.5

Coating No. C20A 200-750 (93-399) .73-.67 Cellulose Binder (2 coats) 70 (21) 0.34

Porcelain 72 (22) 0.92 Paints, Oil

White Al2O3 200 (93) 0.9 All colors 200 (93) .92-.96

Zirconia on Inconel 800-2000 (427-1093) .62-.45 Black 200 (93) 0.92

Clay 68 (20) 0.39 Black Gloss 70 (21) 0.9

" Fired 158 (70) 0.91 Camouflage Green 125 (52) 0.85

" Shale 68 (20) 0.69 Flat Black 80 (27) 0.88

" Tiles, Light Red 2500-5000 (1371-2760) .32-.34 Flat White 80 (27) 0.91

" Tiles, Red 2500-5000 (1371-2760) .40-.51 Gray-Green 70 (21) 0.95

" Tiles, Dark Purple 2500-5000 (1371-2760) 0.78 Green 200 (93) 0.95

Concrete Lamp Black 209 (98) 0.96

Rough 32-2000 (0-1093) 0.94 Red 200 (93) 0.95

Tiles, Natural 2500-5000 (1371-2760) .63-.62 White 200 (93) 0.94

" Brown 2500-5000 (1371-2760) .87-.83 Quartz, Rough, Fused 70 (21) 0.93

" Black 2500-5000 (1371-2760) .94-.91 Glass, 1.98 mm 540 (282) 0.9

Cotton Cloth 68 (20) 0.77 Glass, 1.98 mm 1540 (838) 0.41

Dolomite Lime 68 (20) 0.41 Glass, 6.88 mm 540 (282) 0.93

Emery Corundum 176 (80) 0.86 Glass, 6.88 mm 1540 (838) 0.47

Glass Opaque 570 (299) 0.92

Convex D 212 (100) 0.8 Opaque 1540 (838) 0.68

Convex D 600 (316) 0.8 Red Lead 212 (100) 0.93

Convex D 932 (500) 0.76 Rubber, Hard 74 (23) 0.94

Nonex 212 (100) 0.82 Rubber, Soft, Gray 76 (24) 0.86

Nonex 600 (316) 0.82 Sand 68 (20) 0.76

Nonex 932 (500) 0.78 Sandstone 100 (38) 0.67

Smooth 32-200 (0-93) .92-.94 Sandstone, Red 100 (38) .60-.83

Granite 70 (21) 0.45 Sawdust 68 (20) 0.75

Gravel 100 (38) 0.28 Shale 68 (20) 0.69

Ice, Smooth 32 (0) 0.97 Silica,Glazed 1832 (1000) 0.85

Ice, Rough 32 (0) 0.98 Silica, Unglazed 2012 (1100) 0.75

Lacquer Silicon Carbide 300-1200 (149-649) .83-.96

Black 200 (93) 0.96 Silk Cloth 68 (20) 0.78

Blue, on Al Foil 100 (38) 0.78 Slate 100 (38) .67-.80

Clear, on Al Foil (2

coats) 200 (93)

.08

(.09) Snow, Fine Particles 20 (–7) 0.82

Clear, on Bright Cu 200 (93) 0.66 Snow, Granular 18 (–8) 0.89

Clear, on Tarnished Cu 200 (93) 0.64 Soil

Red, on Al Foil (2

coats) 100 (38)

.61

(.74) Surface 100 (38) 0.38




Hal. 15 dari 29

NON

METALS


White 200 (93) 0.95 Black Loam 68 (20) 0.66

White, on Al Foil (2

coats) 100 (38)

.69

(.88) Plowed Field 68 (20) 0.38

Yellow, on Al Foil (2

coats) 100 (38)

.57

(.79) Soot

Lime Mortar 100-500 (38-260) .90-.92 Acetylene 75 (24) 0.97

Limestone 100 (38) 0.95 Camphor 75 (24) 0.94

Marble, White 100 (38) 0.95 Candle 250 (121) 0.95

" Smooth, White 100 (38) 0.56 Coal 68 (20) 0.95

" Polished Gray 100 (38) 0.75 Stonework 100 (38) 0.93

Mica 100 (38) 0.75 Water 100 (38) 0.67

Oil on Nickel Waterglass 68 (20) 0.96

0.001 Film 72 (22) 0.27 Wood Low .80-.90

0.002 " 72 (22) 0.46 Beech P!aned 158 (70) 0.94

0.005 " 72 (22) 0.72 Oak, Planed 100 (38) 0.91

Thick " 72 (22) 0.82 Spruce, Sanded 100 (38) 0.89




Hal. 16 dari 29

II. CAHAYA MATAHARI

Cahaya matahari merupakan radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari, yakni

inframerah, cahaya tampak dan ultraviolet. Ketika radiasi matahari langsung tidak terhalangi oleh awan,

maka yang diterima bumi adalah kombinasi cahaya langsung dan panas radiant. Ketika ridiasi matahari

terhalangi oleh awan atau hanya terpantul dari benda lain, maka yang diterima adalah cahaya difuse.

Organisasi World Meteorological Organization mengartikan durasi sinar matahari (sunshine duration)

sebagai waktu akumulasi di mana suatu area menerima iradiasi secara langsung dari matahari

sekurangnya 120W/m2. [10]

Spektrum dari radiasi matahari memiliki karakter yang mirip dengan benda hitam dengan

temperatur 5,800K. [11] Matahari memancarkan radiasi elektromagnetik di hamper semua spektrum

elektromagnetik. Walaupun matahari menghasilkan sinar Gamma sebagai hasil dari proses fusi nuklir,

energi photon super tinggi ini telah terkonversikan oleh absorpsi internal dan proses termalisasi menjadi

energi photon rendah sebelum energi tersebut sampai ke permukaan matahari dan diemisikan ke ruang

angkasa. Sehingga, matahari tidak menghasilkan sinar gamma dari prosesnya tersebut, tetapi pancaran

sinar gamma datang dari lidah matahari. [12] Matahari juga mengemisikan sinar X, ultraviolet, cahaya

tampak, infra merah, dan bahkan gelombang radio, gelombang-gelombang inilah yang merupakan emisi

dari neutrino.[13]

Gambar 6. Spektrum Cahaya Matahari yang sampai ke bumi [13]

Panjang Gelombang Cahaya Tampak

Mata kita bersifat sensitive terhadap cahaya yang terletak pada daerah spektrum

electromagnetic yang sangat kecil bernama cahaya tampak. Cahaya tampak ini berada pada rentang 400




Hal. 17 dari 29

– 700 nanometer (nm) atau dengan kata lain pada rentang warna violet sampai dengan merah. Mata

manusia tidak dapat melihat radiasi dengan panjang gelombang di luar spektrum cahaya tampak.

Cahaya tampak dari terpendek sampai dengan terpanjang adalah: violet, biru, hijau, kuning, oranye, dan

merah.Radiasi ultraviolet memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dibandingkan dengan cahaya

tampak violet. Radiasi infra merah memiliki panjang gelombang lebih panjang dari pada cahaya tampak

merah. Cahaya putih merupakan campuran dari semua warna di spektrum cahaya tampak, sementara

hitam adalah ketiadaan total dari cahaya itu sendiri. [14]

Gambar 7. Perbandingan cahaya tampak terhadap total panjang gelombang [14]

Sumber energi terpenting yang dimiliki oleh bumi adalah matahari. Cahaya matahari

mengandung semua spektrum gelombang elektromagnetik.




Hal. 18 dari 29

III. MEKANISME EFEK RUMAH KACA

Dari pembahasan Bab I dan Bab II, untuk dapat memahami gejala rumah kaca maka terdapat

beberapa poin penting dari sifat kaca dan karakteristik cahaya matahari yang harus digarisbawahi,

antara lain:

1. Kaca memiliki tingkat refleksivitas yang rendah sekitar 4% terhadap gelombang cahaya tampak,

dan sudut pantul kritisnya yang cukup besar di sekitar 60º. Serta memiliki tingkat absorptivitas

yang rendah, sekitar 6%.

2. Kaca memiliki tingkat transmisivitas yang tinggi yakni sekitar 90% pada rentang panjang

gelombang sekitar 0.3µm - 2.7µm, dan bersifat opaque (transmisivitas nol) di luar rentang panjang

gelombang tersebut.

3. Kaca memiliki kekuatan struktur dan ketahanan yang cukup baik terhadap regangan (tensile).

4. Cahaya matahari memberikan spektrum energi dari panjang gelombang nol sampai dengan tak

terhingga, dengan energi maksimalnya berada di sekitar 0.5µm.

5. Semakin rendah temperatur suatu benda, energi yang diemisikan benda tersebut akan memiliki

panjang gelombang yang semakin panjang. Sebagai pembandingnya, berdasarakan Gambar 5,

benda dengan temperatur 100ºC (373K) akan mengemisikan energi pada rentang panjang

gelombang di atas sekitar 1.5µm dengan puncak emisi energi di panjang gelombang sekitar 7µm.

Tinjauan Paparan Langsung (Tanpa Kaca)

Gambar 8. Radiasi matahari secara langsung [15]




Hal. 19 dari 29

Dengan meninjau kesetimbangan energi pada tanah yang terpapar secara langsung oleh

matahari, maka pemodelan energi masuk dan keluar yang diterima oleh tanah adalah sebagai berikut:

∆𝐸 = 𝑄 − 𝑊

𝐸𝑒𝑚𝑖𝑠𝑖 + 𝐸𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑘𝑠𝑖 + 𝐸𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 + ∆𝑈 = 𝑄𝑖𝑛 − 0

𝜀𝐴𝜎𝑇𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟4 + ℎ𝐴(𝑇∞ − 𝑇𝑝𝑒𝑟𝑚𝑢𝑘𝑎𝑎𝑛) + 𝑘𝐿(𝑇𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟 − 𝑇𝑎𝑤𝑎𝑙) +

𝑚𝐶𝑣(𝑇𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟 − 𝑇𝑎𝑤𝑎𝑙)

1𝑑𝑎𝑦= 𝛼𝐴𝐺

Dengan mengasumsikan data-data sebagai berikut:

ε = 0.38

A = 1 m2

σ = 5.67x10-8 W/m2.K4

h = 20 W/m2.K

k = 0.52 W/m.K

L = 1 m

m = 2 kg

Cv = Cp = 1840 J/kg.K [incompressible]

1 day = 8 hours = 28,800 s

α = 0.5

Tperm = Tawal = 23ºC = 296K

T∞ = 26ºC = 299K

G = 1000W/m2

Dengan memasukkan semua asumsi nilai parameter-parameter tersebut, maka akan didapatkan

nilai Takhir sebesar 367.841 K (94.841ºC), dengan demikian besarnya energi yang diemisikan oleh tanah

adalah senilai Eemisi = 394.4638 W/m2. Ini berarti dengan menerima energi matahari sebesar 500W/m2

tanah mengemisikan kembali energi sebesar 394.4638 W/m2 atau efisiensi hanya sebesar η = (500-

394.4638)/500 = 0.21107.




Hal. 20 dari 29

Tinjauan Tidak Terpapar Secara Langsung (Menggunakan Kaca)

Gambar 9. Ilustrasi mekanisme efek rumah kaca [16]

Ketika kita meninjau paparan menggunakan rumah kaca dengan kondisi ruang yang tertutup,

maka gejala konveksi udara yang terjadi di permukaan tanah dapat diabaikan karena udara lingkungan

luar rumah kaca tidak dapat masuk ke dalam rumah kaca. Namun gejala yang ditimbulkan ketika

menggunakan kaca adalah adanya nilai transmisivitas ketika radiasi matahari datang.

Rentang panjang gelombang energi yang diemisikan oleh tanah yang semakin panas ketika

terus terpapar matahari akan lama kelamaan bergeser ke rentang yang lebih pendek. Namun dengan

asumsi tanah tidak terpanaskan melebihi 80ºC (353K), maka rentang panjang gelombang yang

diemisikan adalah di sekitar atas 1.6µm dengan puncak energi emisi di panjang gelombang sekitar

7.2µm. Dengan demikian, besar energi emisi yang terbuang ke lingkungan pun menjadi lebih sedikit

karena sifat kaca yang hanya opaque terhadap panjang gelombang di atas 2.7µm. Ambil asumsi energi

emisi yang dihasilkan oleh tanah terbuang maksimum sebesar 10% (asumsi nilainya tetap sepanjang

perubahan temperatur tanah)

Sehingga persamaan efisiensi untuk rumah kaca adalah sebagai berikut:

𝜂 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑓𝑎𝑎𝑡𝑘𝑎𝑛

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑖𝑏𝑎 𝑑𝑖 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑟

𝜂 = [(𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 𝑡𝑖𝑏𝑎 − 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑝𝑎𝑛𝑡𝑢𝑙) × 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑖𝑣𝑖𝑡𝑎𝑠] − [𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑒𝑚𝑖𝑠𝑖]

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 𝑡𝑖𝑏𝑎

𝜂 = [(1 − 𝜌) × 𝜏] − 0.1 𝑄ε

𝐺




Hal. 21 dari 29

𝜂 = 𝛼𝜏 − 0.1 𝑄ε

𝐺

Dengan demikian, efisiensi yang didapatkan oleh absorber (tanah) dengan kondisi

mendapatkan paparan radiasi setelah melewati kaca adalah sebesar 𝜂 = (0.5 × 0.9) − (0.1 ×𝑄ε

𝐺) ,

sehingga pada akhirnya efisiensi yang didapatkan adalah 𝜂 = 0.45 − 0.1𝑄ε

𝐺.

Perlu diperhatikan bahwa efisiensi total dengan menggunakan rumah kaca memiliki nilai yang

lebih baik dikarenakan oleh:

1. Energi emisi yang dihasilkan tanah ketika tidak menggunakan rumah kaca akan dengan begitu

saja kembali ke lingkungan.

2. Ketika kondisinya adalah lingkungan terbuka, maka aka nada faktor konveksi oleh pergerakan

udara sekitar tanah.

3. Efisiensi dengan menggunakan rumah kaca sebesar 𝜂 = 0.412 adalah masih merupakan nilai

efisiensi minimum, ini dikarenakan oleh faktor pengali 0.1 yang dipakai adalah asumsi

maksimum yang diberlakukan dari detik pertama tanah tersebut menerima paparan radiasi

matahari. Faktor ini merupakan penyederhanaan dari faktor pengali perubahan rentang panjang

gelombang energi emisivitas yang seharusnya berubah terhadap waktu.

Pada detik pertama, kedua kondisi akan menunjukkan nilai efisiensi yang sebaliknya ketika

tanah masih belum menghasilkan energi emisi dan belum terjadi konveksi pada tanah yang terpapar

langsung. Ketika terpapar langsung efisiensinya akan lebih besar yakni 𝜂𝑙𝑎𝑛𝑔𝑠𝑢𝑛𝑔 = 𝛼 = 0.5 ,

sementara ketika menggunakan rumah kaca akan lebih kecil yakni 𝜂𝑟.𝑘𝑎𝑐𝑎 = 𝛼𝜏 = 0.45.

Dengan demikian, perbandingan efisiensi dari kondisi tanpa rumah kaca dan dengan kaca akan

menunjukkan karakteristik seperti pada Gambar 10. Karakteristik efisiensi dengan menggunakan kaca

akan memberikan kurva yang lebih landau (performa efisiensi yang lebih baik) jika jumlah lapisan kaca

diberikan menjadi 2 lapis. Karena secara keseluruhan akan lebih meminimalisir kehilangan energi yang

terpantulkan keluar lingkungan udara terbuka.

Gambar 10. Perbandingan karakteristik efisiensi dengan dan tanpa kaca




Hal. 22 dari 29

IV. EVACUATED TUBE SOLAR COLLECTOR

Evacuated tube solar collector (ETSC) adalah pemanas air dengan memanfaatkan konsep

tabung kaca yang diberikan bagian hampa udara di antara lapisan tabungnya. Gambar skematik dari

ETSC ditunjukkan oleh Gambar 11.

Gambar 11. Skematik ETSC [17]

Pada prinsipnya, ETSC memanfaatkan fenomena yang terjadi di rumah kaca. Jika pada

pembahasan efek rumah kaca pada Paper ini adalah dengan mengasumsikan gejala konveksi yang

diabaikan, pada ETSC ini dikarenakan antar tabungnya dikondisikan untuk hampa udara maka gejala

konveksi pada ruang dalam tabung kaca menjadi tidak ada sama sekali.

Untuk lebih memperjelas apa saja komponen - komponen utama yang dipakai pada ETSC dan

juga fungsinya, maka berikut ini adalah penjelasan terhadap komponennya:

1. Heat Pipe, merupakan tabung tembaga peng-evaporasi-kondensasi yang berfungsi sebagai super

konduktor kalor. Konduktivitas termal dari heat pipe tergantung dari panjangnya, namun dapat

mencapai 100kW/m.K untuk heat pipe yang panjang, sebagai perbandingannya, konduktivitas

termal dari tembaga adalah 0.4kW/m.K. Heat pipe berupa tabung dengan ruang vacuum udara di

dalamnya dan berisi sejumlah fluida kerja khusus. Fluida kerja khusus ini dipilih berdasarkan

kebutuhan pemakaian dari heat pipe itu sendiri. Fluida dipilih berdasarkan sifatnya yang mudah




Hal. 23 dari 29

terevaporasi jika berada di kondisi di atas operating temperatur, dan mudah terkondensasi jika

berada di rentang operating temperatur.[18]

Gambar 12. Skematik cara kerja Heat Pipe [18][20]

Gambar 13. Cara kerja Heat Pipe [19]

2. Double-Walled Vacuum Insulation Tube, merupakan tabung kaca yang dindingnya dibuat dua

lapis di mana ruang antar kacanya berupa ruang vakum. Tujuan ruang antar kacanya dibuat vakum

adalah untuk menghilangkan gejala konveksi menuju ke lingkungan luar oleh udara di dalam ruang

kaca tersebut. Kaca tabung sisi dalam dibuat berwarna hitam untuk memperbesar penyerapan

cahaya matahari yang datang.




Hal. 24 dari 29

3. Rubber Seal / Sealing Plug / Centering Tube Stopper, merupakan tutup karet yang berfungsi

menjaga ruang udara di tengah tabung kaca supaya panas yang dihasilkan tidak bocor melalui

pangkal tabung. Alasan pemilihan bahan karet adalah untuk fleksibilitas pemasangan /

pembongkaran tabung kaca vakum.

4. Aluminium Fin, merupakan plat yang berfungsi untuk menangkap panas yang terjadi di dalam

tabung kaca. Dengan menangkap panas melalui konveksi udara di dalam tabung kaca ke

permukaan aluminium fin, maka panas dalam ruang tabung kaca akan lebih efektif dikonduksikan

ke heat pipe.

Gambar 14. Komponen Utama ETSC [20]

5. Header Pipe, merupakan pipa utama untuk mengalirkan fluida yang diinginkan untuk dipanaskan.

Fluida yang dialirkan di dalam Header Pipe akan melewati ujung gas reservoir dari Heat Pipe,

sehingga panas yang telah terkonsentrasi di Heat Pipe diserap oleh fluida di dalam Header Pipe.

Dengan demikian proses kondensasi fluida kerja di dalam Heat Pipe akan terus terjadi selama

fluida di dalam Header Pipe masih lebih dingin.

6. Insulation Layer, merupakan bagian insulasi yang berfungsi untuk mencegah panas yang

didapatkan di dalam Header Pipe terbuang ke lingkungan. Material yang biasa dipakai adalah rock

wool.

7. Aluminium Manifold, merupakan bagian terluar yang menyelubungi Header Pipe. Berfungsi untuk

menjaga supaya Insulation Layer tetap terjaga dari kondisi lingkungan yang berubah-ubah.

Gambar 15. Aluminium Manifold [20]




Hal. 25 dari 29

Keunggulan ETSC

ETSC memberikan efisiensi thermal yang jauh lebih tinggi serta durabilitas dalam

pengoperasiannya. Dengan design yang ada, maka aliran udara tetap dapat melalui permukaan atap

yang ditempati oleh ETSC sehingga atap bangunan tersebut tetap bertemperatur rendah dan tidak ada

endapan air. Untuk perbaikan jika terjadi kerusakan pada solar collector, ETSC dapat diperbaiki per

satu tabung kaca sehingga biaya perbaikan menjadi lebih murah. [22]

Gambar 16. Evacuated Tube Solar Collector yang ada di pasaran [21]

ETSC akan mengumpulkan energi lebih dari 2,500 Btu/jam per meter persegi per harinya,

sebanding energi yang dikumpulkan oleh mat pool solar heater seluas 90 m2 per hari. [22]

Gambar 17. Mat pool solar heater [22].




Hal. 26 dari 29

Efisiensi ETSC

Hasil penelitian yang dilakukan oleh Teknikum Rapperswill of Switzerland (Test Report No.

264, August 1997) menunjukkan bahwa efisiensi yang dihasilkan oleh ETSC dapat dimodelkan dengan

pendekatan rumus berikut: [23]

𝜂 = 0.84 −2.02(𝑇𝑚 − 𝑇𝑎)

𝐺− 0.0046 [

𝑇𝑚 − 𝑇𝑎

𝐺]

2

Sementara hasil penelitian yang dilakukan oleh Florida Solar Energy Center of USA (FSEC

Solar Collector Test Report No. 97005, May 1998) menunjukkan hasil yang konsisten dengan

percobaan oleh Teknikum Rapperswill, yakni: [23]

Linear:

𝜂 = 0.82 −2.19(𝑇𝑚 − 𝑇𝑎)

𝐺

Second Order:

𝜂 = 0.81 −1.23(𝑇𝑚 − 𝑇𝑎)

𝐺− 0.0122𝐺 [

𝑇𝑚 − 𝑇𝑎

𝐺]

2

Di mana:

Tm = Temperatur rata-rata dari collector; 𝑇𝑜𝑢𝑡𝑙𝑒𝑡+𝑇𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡

2 [ºC]

Ta = Temperatur ambient dari udara; [ºC]

G = Iradiasi matahari

Hasil penelitian dari kedua lembaga tersebut jika diilustrasikan di dalam bentuk kurva efisiensi,

maka hasilnya adalah seperti pada Gambar 18.

Gambar 18. Kurva Efisiensi hasil percobaan ETSC [23]




Hal. 27 dari 29

V. KESIMPULAN

Dengan pembahasan yang dipaparkan di dalam paper ini, maka kesimpulan yang didapatkan

adalah:

1. Kaca memiliki tingkat refleksivitas yang rendah sekitar 4% terhadap gelombang cahaya tampak,

dan sudut pantul kritisnya yang cukup besar di sekitar 60º. Serta memiliki tingkat absorptivitas yang

rendah, sekitar 6%.

2. Kaca memiliki tingkat transmisivitas yang tinggi yakni sekitar 90% pada rentang panjang

gelombang sekitar 0.3µm - 2.7µm, dan bersifat opaque (transmisivitas nol) di luar rentang panjang

gelombang tersebut.

3. Kaca memiliki kekuatan struktur dan ketahanan yang cukup baik terhadap regangan (tensile).

4. Cahaya matahari memberikan spektrum energi dari panjang gelombang nol sampai dengan tak

terhingga, dengan energi maksimalnya berada di sekitar 0.5µm.

5. Semakin rendah temperatur suatu benda, energi yang diemisikan benda tersebut akan memiliki

panjang gelombang yang semakin panjang. Sebagai pembandingnya, berdasarakan Gambar 5,

benda dengan temperatur 100ºC (373K) akan mengemisikan energi pada rentang panjang

gelombang di atas sekitar 1.5µm dengan puncak emisi energi di panjang gelombang sekitar 7µm.

6. Pemanfaatan energi matahari akan memberikan efisiensi yang lebih baik jika dapat memaksimalkan

karakter dari kaca. Rumah kaca memberikan efisiensi yang lebih baik dibandingkan dengan

pemanfaatan radiasi secara langsung, dan ETSC memberikan efisiensi yang lebih baik lagi karena

dapat memaksimalkan penghilangan gejala konveksi.

7. ETSC tidak hanya memberikan efisiensi yang tinggi tetapi juga menyediakan kemudahan dalam

perawatan dan perbaikannya. Karena jika terjadi kerusakan pada collector, dapat diperbaiki per

tabung collector saja tidak perlu secara keseluruhan.




Hal. 28 dari 29

VI. REFERENSI

[1] B. H. W. S. de Jong, "Glass"; in "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry"; 5th edition,

vol. A12, VCH Publishers, Weinheim, Germany, 1989, ISBN 978-3-527-20112-9, pp. 365–

432

[2] http://glasstalks.com/2011/03/16/physicalproperties/

[3] Kreith, Frank, and friends, “Principles of Heat Transfer”; 7th ddition, Global

Engineering Publisher, Stamford, U.S.A., 2003, ISBN-13: 978-0-495-66770-4

[4] Dresselhaus, M. S. (1999). "Solid State Physics Part II Optical Properties of Solids"

(PDF). Course 6.732 Solid State Physics. MIT. Retrieved 2015-01-05.

[5] Hecht, Eugene, “Optics”; 4th edition, Addison Wesley Publisher, San Fransisco, U.S.A., 2002,

ISBN 0-321-18878-0

[6] Leynhard, John H., “A Heat Transfer Book”; 3rd Edition, Phlogiston Press Publisher,

Massachusetts, U.S.A., 2006, pp. 579.

[7] http://www.rayotek.com/techincal_info_glass_sapphire.htm

[8] Moran, Michael J., and friends, “Introduction to Thermal Systems Engineering:

Thermodynamics, Fluid Mechanics, and Heat Transfer”; U.S.A., 2003, ISBN 0-471-

20490-0, pp. 475.

[9] http://www.omega.com/docs/106497062/table-of-Total-Emissivity

[10] "Chapter 8 – Measurement of sunshine duration". CIMO Guide. World Meteorological

Organization. Retrieved 2008-12-01.

[11] http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Display=Facts&Object=Sun

[12] http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/highest-energi.html

[13] "The Multispektral Sun, from the National Earth Science Teachers Association".

Windows2universe.org. 2007-04-18. Retrieved 2012-02-12.

[14] http://science-edu.larc.nasa.gov/EDDOCS/Wavelengths_for_Colors.html

[15] http://lils-earthsheatbudget.blogspot.com/2009/02/earths-heat-budget.html

[16] http://www.indiana.edu/~geol105b/1425chap7.htm

[17] http://www.sltenergy.com/heat-pipe-manifold/

[18] http://www.1-act.com/vchps-for-passively-controlling-temperature/

[19] http://www.shuttle.eu/_archive/old/en/www.shuttle.eu/index-3002.html

[20] http://www.solarpanelsplus.com/evacuated-tube-collectors/

[21] http://www.solarpanelsplus.com/products/evacuated-tube-collectors/

[22] http://www.obelink.nl/images/detailed/61/Interline_Solar_Pool_Heating_b.jpg

http://glasstalks.com/2011/03/16/physicalproperties/

http://www.rayotek.com/techincal_info_glass_sapphire.htm

http://www.omega.com/docs/106497062/table-of-Total-Emissivity

http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Display=Facts&Object=Sun

http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/highest-energy.html

http://science-edu.larc.nasa.gov/EDDOCS/Wavelengths_for_Colors.html

http://lils-earthsheatbudget.blogspot.com/2009/02/earths-heat-budget.html

http://www.indiana.edu/~geol105b/1425chap7.htm

http://www.sltenergy.com/heat-pipe-manifold/

http://www.1-act.com/vchps-for-passively-controlling-temperature/

http://www.shuttle.eu/_archive/old/en/www.shuttle.eu/index-3002.html

http://www.solarpanelsplus.com/evacuated-tube-collectors/

http://www.solarpanelsplus.com/products/evacuated-tube-collectors/

http://www.obelink.nl/images/detailed/61/Interline_Solar_Pool_Heating_b.jpg




Hal. 29 dari 29

[23] Mahjouri, Dr. F., “Vacuum Tube Liquid-Vapor (Heat-Pipe) Collectors”, Columbia.

Green House Mechanism, Glass Characteristics, & Evacuated Tube Solar Collector

Documents

Transcript of Green House Mechanism, Glass Characteristics, & Evacuated Tube Solar Collector