PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT …Halaman Motto dan Persemahan ORA ET LABORA “Biarlah...

PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR

BERWARNA HITAM DAN BIRU DENGAN ATAU TANPA LAPISAN

KACA PENUTUP DALAM MENGKONVERSI ENERGI RADIASI

MATAHARI MENJADI ENERGI TERMAL

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Program Studi Fisika

Oleh :

Joko Saputro

NIM : 993214007

NIRM : 990051122801120007

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2005

SKRIPSI





Oleh:

Joko Saputro

NIM: 993214007

NIRM: 990051122801120007

Telah Disetujui Oleh:

Pembimbing I Dr. Ign. Edi Santosa, M.Si Tanggal: 14 Maret 2005

SKRIPSI





Dipersiapkan dan ditulis oleh:

Joko Saputro

NIM: 993214007

NIRM: 990051122801120007

Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji

pada tanggal 22 Maret 2005

dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua : Ir. Ign. Aris Dwiatmoko, M. Sc. ____________

Sekretaris : Ir. Sri Agustini, M. Si. ____________

Anggota : Dr. Ign Edi Santosa, M. Si. ____________

Anggota : Drs. Drs. (Vet) Asan Damanik, M. Si. ____________

Anggota : Drs. Severinus Domi, M. Si. ____________

Yogyakarta, 22 Maret 2005

Fakultas MIPA

Universitas Sanata Dharma

Dekan

Ir. Ign. Aris Dwiatmoko, M. Sc.

Halaman Motto dan Persemahan

ORA ET LABORA

“Biarlah Kebijaksanaan-Mu Menaungi Dan Menuntun Karyaku,

Bunda”

”Sempurnakanlah karyaku ya Yesus agar menjadi rahmat untuk

sesama”

“SEGALA SUATU PEKERJAAN JIKA DIHAYATI DENGAN PENGABDIAN DAN

PENUH RASA SYUKUR AKAN MENJADI INDAH PADA WAKTUNYA”

Skripsi ini kupersembahkan untuk:

Tuhanku Yesus yang baik,

Keluargaku:

Bapak,ibu,kakak-kakakku,adikku,kekasihku

dan segenap keluarga besar di Lampung dan Palembang

“ Pelajarilah ilmu seni dan seni ilmu”. Leonardo Da Vinci

Pernyataan Keaslian Karya

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini

tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan

dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 22 Maret 2005 Penulis

Joko Saputro

ABSTRAK

PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DAN BIRU DENGAN ATAU TANPA LAPISAN

KACA PENUTUP DALAM MENGKONVERSI ENERGI RADIASI MATAHARI MENJADI ENERGI TERMAL

Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang dapat digunakan untuk memanaskan air. Kolektor tersebut menyerap energi radiasi dari matahari dan mengkonversikannya menjadi energi panas pada plat dan air. Parameter-parameter yang diteliti dalam penelitian ini adalah warna plat penyerap dan lapisan kaca penutup kolektor. Warna plat penyerap yang digunakan untuk penelitian adalah hitam dan biru dan pada bagian atas kolektor dibedakan dengan atau tanpa lapisan kaca penutup.

Dari hasil penelitian didapatkan perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal oleh empat jenis kolektor yaitu kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup, kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup, kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup, kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup. Secara berurutan perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor tersebut adalah: 1 : 0,7 : 0,6 : 0,5.

ABSTRACT

THE ABILITY COMPARISON OF THE BLACK AND BLUE FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR WITH GLAZED OR UNGLAZED TO CONVERT SOLAR RADIANT ENERGY INTO THERMAL ENERGY

The flat plate solar collector is an equipment that can be used for water heating. This collector absorbs the radiant energy from the sun and than converts it into thermal energy in the plate and water. In this research, the examined parameters are absorber plate colour and cover of the collector.

The comparison of the conversion solar radiant energy into thermal energy have been measured in four collectors i .e black glazed flat plate solar collector, black unglazed flat plate solar collector, blue glazed flat plate solar collector, blue unglazed flat plate solar collector. The comparison of the conversion solar radiant energy into thermal energy from these collectors are 1 : 0,7 : 0,6 : 0,5, respectively.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-

Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan dan penyusunan skripsi ini.

Skripsi ini ditulis untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh

gelar Sarjana Sains, Program Studi Fisika, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Dalam proses penulisan dan penyusunan skripsi ini, penulis menyadari

bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak yang telah memberikan sumbangan

pikiran, waktu, dan tenaga, skripsi ini tidak akan tersusun dengan baik. Oleh

karena itu pada kesempatan ini Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang

tak terhingga kepada :

1. Yesus, Bunda Maria, Santo Yosef, Para Santa/Santo, Roh Kudus,

dan Malaikat Tuhan yang selalu menjagaku dan melindungiku.

Terima kasih atas semua anugerah dan berkat yang telah kuterima.

2. Bapak Dr. Ign Edi Santosa, M. Si , selaku Dosen Pembimbing

yang telah membimbing dengan sabar, mengarahkan, menyediakan

waktu dan memberi masukan yang berharga dalam proses

penyusunan skripsi ini.

3. Ayahanda A. Wakiyo dan Ibunda Maria Goretti Katherina, Ibu

terkasih Rosalia Marsila, Kakak-kakakku (Mbak Yuni dan Kak

Helman, Mas Kadri, Mas Pur) dan adik Anton, terima kasih atas

segala doa dan usaha yang telah kita lalui dan yang akan terus kita

perjuangkan sekeluarga.

4. Ibu Ir. Sri Agustini Sulandri, M.Si., selaku Kaprodi fisika yang

telah banyak memberikan dukungan dan bantuan selama masa

kuliah.

5. Bapak Drs. Drs.(Vet) Asan Damanik, M.Si, Bapak A. Prasetyadi,

S.Si, Ibu Dwi Nugraeni Rositawati, S.Si, Bapak Prof Liek Wilarjo,

Ph.D, D.Sc, Bapak Dr. Agung B. S. Utomo, S.U, serta Bapak dan

Ibu Dosen yang telah mendidik dan membagi pengetahuan dan

pengalaman kepada penulis selama kuliah.

6. Bapak Gito, Mas Agus dan Mas Eswanto yang telah membantu

untuk menyiapkan alat-alat.

7. Ibu Suwarni dan Bapak Tukijan di Sekretariat FMIPA.

8. Para sahabatku angkatan ’99 (Berti, Wening, Heni, Indri, Sisi,

Agnes), teman-teman FMIPA (Purbadi, Restu, Lusi, Acak, Vivi,

Eros, Yudi, Yogi dan teman-teman lainnya), almamater FMIPA,

komunitas KMPKS (Tuti, Tanti, Para Frater dan Romo SCJ di

Papringan), My frends: Mas Ferry, Rico, Sam, WR, Anton,

Djohan, Wanto, Endah, Frans, Andi, Ferry, Daniel, Sigit, dan

alumnus IPA angkatan ’99 SMU. Xaverius Pringsewu, Lampung.

9. Bapak dan Ibu Karyawan UPT Perpustakaan Paingan.

10. Universitas Sanata Dharma atas segala fasilitas dan bantuan yang

diberikan selama masa kuliah kepada penulis.

11. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan di atas yang telah rela

membantu dengan doa dan usaha untuk penulis hingga selesainya

proses penyusunan skripsi ini.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kesalahan dalam

skripsi ini. Karena itu penulis sangat mengharapkan masukan dan saran dari

pembaca demi perbaikan skripsi ini. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi

yang tidak sempurna ini bermanfaat bagi setiap pembaca.

Yogyakarta, 22 Maret 2005

Penulis

Joko Saputro

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul............................................................................................. i Halaman Persetujuan Pembimbing ............................................................. ii Halaman Pengesahan .................................................................................. iii Halaman Motto dan Persembahan .............................................................. iv Pernyataan Keaslian Karya ......................................................................... v ABSTRAK .................................................................................................. vi ABSTRACT ............................................................................................... vii Kata Pengantar ............................................................................................ viii Daftar Isi ..................................................................................................... x Daftar Tabel ................................................................................................ xii Daftar Gambar............................................................................................. xiv BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah.................................................................. 1 B. Batasan Masalah ............................................................................. 2 C. Rumusan Masalah ........................................................................... 3 D. Tujuan Penulisan ............................................................................ 4 E. Manfaat Penulisan........................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI A. Energi Surya.................................................................................... 6 B. Energi Panas.................................................................................... 7 C. Perpindahan Panas .......................................................................... 8

1. Konduksi ................................................................................... 8 2. Konveksi .................................................................................. 10 3. Radiasi....................................................................................... 10

D. Benda Teradiasi dan Hukum Kirchoff ............................................ 12 E. Kolektor Surya Plat Datar ............................................................... 13

1. Kolektor surya plat datar dengan memakai kaca penutup (glazed) ............................................................... 13 2. Kolektor surya plat datar tanpa kaca penutup (unglazed) ........................................................... 14

F. Konversi Energi Radiasi menjadi Energi Termal ........................... 14

BAB III METODE ANALISIS PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................... 19 B. Obyek Penelitian ............................................................................. 19 C. Alat/Instrumen ................................................................................ 20 D. Langkah Penelitian.......................................................................... 20

1. Tahap pembuatan alat ............................................................... 20 2. Tahap pengambilan data ........................................................... 25

E. Metode Analisis Data...................................................................... 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian ............................................................................... 29 B. Pembahasan..................................................................................... 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan ..................................................................................... 46 B. Saran................................................................................................ 47

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Lampiran I : Hasil Pengukuran Perubahan Temperatur Air, dan Intensitas

Radiasi Matahari untuk Empat Jenis Kolektor. Lampiran II : Data Hubungan Intensitas Radiasi Matahari Terhadap Perubahan

Temperatur Air untuk Berbagai Laju Aliran Air Pada Empat Jenis Kolektor.

Lampiran III : Gambar Kolektor yang Digunakan dalam Penelitian.

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 30 Tabel 4.2. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup(unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon. ........................................ 31 Tabel 4.3. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup(glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 31 Tabel 4.4. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 32 Tabel 4.5. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 33 Tabel 4.6. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 34 Tabel 4.7. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi Matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 35 Tabel 4.8. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 36 Tabel 4.9. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( ) dari kolektor surya airV plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup(glazed) ............................................................... 38 Tabel 4.10. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( ) dari kolektor surya airV plat datar berwarna hitam tanpa lapisan

kaca penutup (unglazed) ......................................................... 39 Tabel 4.11. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( ) dari kolektor surya airV plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) .............................................................. . 40 Tabel 4.12. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( ) dari kolektor surya airV plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) ......................................................... 41

Tabel 4.13. Nilai gradien atau kcairairρ untuk empat

jenis kolektor surya plat datar.................................................. 42 Tabel 4.14. Nilai konstanta k dari empat jenis kolektor surya plat datar......................................................................... 44 Tabel 4.15. Perbandingan konstanta untuk empat relatifk jenis kolektor surya plat datar.................................................. 45

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1. Pancaran energi radiasi matahari ke segala arah ................ 6 Gambar 2.2. Proses konduksi pada suatu penampang ............................. 9 Gambar 3.1. Plat tembaga........................................................................ 22 Gambar 3.2. Pipa tembaga ....................................................................... 23 Gambar 3.3. Plat dan pipa tembaga yang sudah direkatkan .................... 23 Gambar 3.4. Kaca penutup kolektor yang telah bingkai dengan kayu .... 23 Gambar 3.5. Bingkai kolektor dan bagian bawah kotak kolektor yang telah diisolasi dengan bahan isolator berupa gabus ................................................ 24 Gambar 3.6. Kolektor surya plat datar dengan memakai kaca penutup (glazed) ............................. 24 Gambar 3.7. Kolektor surya plat datar tanpa kaca penutup (unglazed)........................................... 24 Gambar 3.8. Sketsa penentuan kemampuan mengkonversi energi matahari menjadi energi dari kolektor surya plat datar .............................................. 26 Gambar 4.1. Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... 34 Gambar 4.2. Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... 35 Gambar 4.3. Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... 36 Gambar 4.4. Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... 37 Gambar 4.5. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air ( )airV (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup(glazed).................................. 38 Gambar 4.6. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air ( )airV (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam

tanpa lapisan kaca penutup(unglazed) ................................ 39 Gambar 4.7. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air ( )airV (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup(glazed).................................. 40 Gambar 4.8. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air ( )airV (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) ............................... 41

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Masalah energi merupakan suatu masalah yang tidak akan pernah

berhenti dibicarakan, dikembangkan, dan diteliti orang. Hal tersebut

dikarenakan pemakaian energi cenderung meningkat terus dengan

meningkatnya peradaban manusia dan keterbatasan sumber energi khususnya

sumber energi konvensional (minyak bumi, gas alam, dan batu bara).

Peristiwa ini yang menyebabkan krisis energi. Satu di antara bentuk energi

yang dapat digunakkan selain sumber energi konvensional adalah energi

surya. Energi surya yang disediakan oleh alam untuk umat manusia khususnya

yang tinggal di daerah tropis sangatlah berlimpah. Selain berlimpah dan tidak

habis pakai, energi surya juga tidak menimbulkan polusi.

Pemanfaatan energi surya dapat secara langsung maupun tidak langsung.

Contoh pemanfaatan secara langsung misalnya untuk mengeringkan pakaian,

hasil pertanian dan lain sebagainya. Sedangkan contoh pemanfaatan secara

tidak langsung seperti digunakan untuk menyediakan air panas di rumah-

rumah sakit, untuk keperluan industri seperti pencucian botol, dan sistem air

panas untuk keperluan rumah tangga, yaitu dengan membuat alat-alat

pengumpul energi surya atau kolektor surya (solar collector).

Kolektor surya pada umumnya terdiri dari selembar bahan konduktif

yang disebut plat penyerap yang berhubungan langsung dengan pipa-pipa

pembawa cairan yaitu air. Plat penyerap akan meyerap energi radiasi surya

dan mengkonversikannya menjadi energi termal pada air. Parameter-

parameter yang berpengaruh pada kemampuan kolektor surya dalam

mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal di antaranya

adalah warna plat penyerap dan lapisan penutup kolektor.

Umumnya plat penyerap pada kolektor surya berwarna hitam untuk

memaksimalkan energi radiasi yang diserap. Untuk pengembangan dari segi

estetika pada warna plat penyerap, dalam penelitian ini selain warna hitam

akan diteliti juga warna yang lain yaitu warna biru.

Plat penyerap berwarna biru mempunyai nilai konversi yang lebih kecil

dibandingkan dengan plat penyerap berwarna hitam. Untuk melihat seberapa

perbedaan antara kedua plat penyerap maka dalam peneltian ini akan diukur

dan dibandingkan nilai konversi yang dihasilkan pada kedua plat penyerap

tersebut. Begitu juga halnya untuk bagian penutup kolektor, dalam penelitian

ini akan dibedakan dengan atau tanpa lapisan kaca penutup.

(Tripanagnostopoulost, et al., 2000)

Dari alasan tersebut maka peneliti mengkaji lebih jauh tentang

perbandingan kemampuan kolektor surya plat datar berwarna hitam dan biru

dengan atau tanpa kaca penutup (glazed or unglazed) dalam mengkonversi

energi radiasi matahari menjadi energi termal.

B. Batasan Masalah

Obyek yang digunakan dalam penelitian berupa 4 jenis kolektor yaitu:

1. Kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup

(glazed).

2. Kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup

(unglazed).

3. Kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup

(glazed).

4. Kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup

(unglazed).

Keempat kolektor memiliki bentuk, luas, bahan (isolator, plat, pipa)

yang sama, begitu juga untuk tipe kolektor dengan lapisan kaca penutup

mengunakan bahan kaca yang sama. Sampel cairan yang digunakan adalah air.

C. Rumusan Masalah

Secara singkat penelitian ini akan menjawab beberapa persoalan sebagai

berikut,yaitu :

1. Bagaimana membuat alat pemanas air dengan mengunakan energi radiasi

surya atau kolektor surya plat datar?

2. Berapa besar perubahan temperatur air yang dihasilkan untuk berbagai laju

aliran air dan intensitas radiasi matahari pada kolektor surya plat datar

berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan kaca penutup

(glazed or unglazed)?

3. Berapa besar perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi

matahari menjadi energi termal dari kolektor surya plat datar berwarna

hitam dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan kaca penutup (glazed

or unglazed)?

D. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini, yaitu:

1. Membuat kolektor surya plat datar.

2. Mengukur perubahan temperatur air untuk berbagai laju aliran air dan

intensitas radiasi matahari pada kolektor surya plat datar berwarna hitam

dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan kaca penutup (glazed or

unglazed).

3. Menghitung dan membandingkan kemampuan mengkonversi energi

radiasi matahari menjadi energi termal dari kolektor surya plat datar

dengan plat berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan

kaca penutup (glazed or unglazed).

E. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Bagi peneliti berkaitan dengan bidang yang dipelajari adalah untuk

melengkapi konsep tentang panas dan radiasi melalui eksperimen, tidak

hanya melalui teori saja.

2. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan masukan bagi ilmu

pengetahuan dan teknologi, maupun masyarakat khususnya dalam

pemanfaatan energi surya melalui pembuatan alat pemanas air seperti

kolektor surya (solar collector).

BAB II

DASAR TEORI

A. Energi Surya

Pada dasarnya energi surya berasal dari reaksi nuklir yang ada di

matahari. Energi tersebut dipancarkan ke segala arah dalam bentuk radiasi

elektromanetik (Gambar 2.1).

Matahari

sdR Bumi

Gambar 2.1. Pancaran energi radiasi matahari ke segala arah

Besarnya daya radiasi yang dipancarkan oleh matahari dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan Stefan-Boltzmann (Jansen, 1995):

42 sstotal TdP πσ=

Dengan σ adalah tetapan Stefan-Boltzmann = W/m81067.5 −× 2 K4,

adalah luas permukaan matahari, dengan adalah diameter matahari,

adalah temperatur permukaan matahari.

2sdπ sd

sT

Pada Gambar 2.1 pancaran energi radiasi matahari ke segala arah. Jika R

adalah jarak rata-rata antara matahari dan bumi, maka luas permukaan bola

adalah . Berarti intensitas radiasi yang diterima oleh permukaan bumi

adalah:

24 Rπ

242

4 RTd

I ssσ

=

Dengan konstanta-konstanta yang telah diketahui yaitu diameter

matahari m, temperatur permukaan matahari 5762 K, dan jarak rata-

rata antara matahari dan bumi m, maka besarnya intensitas radiasi

matahari sampai permukaan bumi dalam arah tegak lurus adalah:

91039.1 ×

11105.1 ×

( ) ( ) ( )( ) 2211

443229428

m101.54

K105.672m101.39KmW/105.67

××

×××××=

−

I

= 1353 W/m2.

Nilai I disebut sebagai konstanta surya.

Setelah mengalami proses penyerapan, pemantulan, dan sebaran di

dalam atmosfer, besarnya intensitas radiasi matahari yang sampai ke

permukaan bumi antara jam 8.00 - jam 16.00 WIB rata-rata sebesar 530 W/m2

untuk sebuah permukaan datar.

B. Energi Panas

Jika suatu zat bermassa m dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar

TΔ dan panas jenis zat adalah sebesar c, maka energi Q yang diserap oleh zat

tersebut adalah (DiLavore, 1984):

TcmQ Δ=

dengan:

Q adalah energi (kalori)

m adalah massa zat (kg)

c adalah panas jenis zat (kalori/kg oC)

TΔ adalah perubahan suhu pada zat (oC)

C. Perpindahan Panas

Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari

suatu benda ke benda yang lain akibat adanya perbedaan suhu antara benda-

benda tersebut (Kreith, 1973).

Ada tiga proses dalam perpindahan panas yaitu: konduksi, konveksi, dan

radiasi.

1. Konduksi

Konduksi kalor adalah proses di mana panas mengalir dari daerah

yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam

suatu medium atau antara medium-medium yang berlainan (padat, cair,

gas) yang bersinggungan secara langsung (Kreith, 1973).

Pada perpindahan panas secara konduksi, energi panas ditransfer

lewat interaksi antara atom-atom atau molekul-molekul, walaupun atom-

atomnya sendiri tidak berpindah. Sebagai contoh, jika salah suatu ujung

sebuah batang padat dipanaskan, maka atom-atom di ujung yang

dipanaskan bergetar dengan energi yang lebih besar dibandingkan atom-

atom di ujung lebih dingin. Karena interaksi atom-atom yang lebih

energetik dengan sekitarnya, energi dipindahkan sepanjang batang.

Jika padatan adalah logam, maka perpindahan energi panas dibantu

oleh elektron-elektron bebas yang bergerak di seluruh logam, sambil

menerima dan memberi energi panas ketika bertumbukan dengan atom-

atom logam.

Gambar 2.2 menunjukkan suatu penampang dengan luas permukaan

A yang mempunyai perbedaan suhu TΔ yaitu dan sepanjang 1T 2T xΔ .

Bila suhu di permukaan sebelah kiri dan sebelah kanan dengan >

maka panas akan dikonduksikan dari permukaan penampang yang

bersuhu lebih tinggi ke permukaan penampang yang bersuhu lebih rendah.

Besarnya gradien temperatur pada penampang tersebut adalah

1T 2T 1T

2T

xT ΔΔ / .

Jika QΔ adalah jumlah energi yang dikonduksikan lewat penampang

dalam selang waktu tΔ , maka laju konduksi energi adalah dan

sering disingkat dengan

tQ ΔΔ /

H .

Secara eksperimen, ditemukan bahwa laju konduksi energi termal

sebanding dengan gradien temperatur dan dengan luas

penampang (Tipler,1991): A

H

2T

A

1T

xΔGambar 2.2. Proses konduksi pada suatu penampang dinding

−=H k A xTΔΔ

dengan k adalah konduktivitas termal (Joule/s m K) yang menyatakan

laju perpindahan panas yang melewati satu satuan luasan

penampang sejauh satu satuan panjang penampang dan

mempunyai perbedaan suhu 1oC.

Nilai k ini mempunyai jangkauan antara 0,03 W/m o C (isolator yang

baik) sampai 400 W/m o C (logam-logam yang konduktif) (Prasetyo dan

Setiawan, 1991).

Tanda ( - ) menunjukkan arah aliran panas dari suhu tinggi ke suhu

rendah.

2. Konveksi

Berbeda dengan perpindahan panas secara konduksi, perpindahan

panas secara konveksi merupakan perpindahan panas yang disebabkan

karena adanya perpindahan massa. Proses perpindahan panas secara

konveksi berhubungan erat dengan aliran fluida. Jika air yang dipanaskan

dipaksa bergerak dengan alat peniup atau pompa kompresor maka proses

tersebut dinamakan konveksi paksa. Kalau air yang dipanaskan mengalir

akibat perbedaan massa jenis oleh karena perbedaan temperatur maka

proses tersebut merupakan konveksi bebas atau alami

(Sears dan Zemansky, 1969).

3. Radiasi

Perpindahan panas secara radiasi adalah proses perpindahan energi

akibat foton-foton dipancarkan dari suatu permukaan ke permukaan lain.

Pada saat mencapai permukaan tersebut, foton-foton akan diserap,

dipantulkan atau diteruskan (Stoecker dan Jones, 1982).

Pada tahun 1879, Joseph Stefan melakukan pengukuran daya total

yang dipancarkan oleh benda hitam sempurna. Dia menyatakan bahwa

daya total itu sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Lima

tahun kemudian Ludwing Boltzmann menurunkan hubungan yang sama.

Persamaan yang didapat dari hubungan tersebut dikenal sebagai Hukum

Stefan-Boltzmann yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan oleh

suatu permukaan benda dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu

sebanding dengan luas permukaan dan sebanding dengan pangkat empat

suhu mutlak permukaan itu. Secara matematis dapat ditulis (Tipler, 1991):

4TAetQ σ=ΔΔ

4TAeP σ=

dengan:

P adalah daya yang diradiasikan (watt)

e adalah koefisien emisivitas benda

A adalah luas permukaan benda (m)

4T adalah suhu mutlak permukaan benda (K)

σ adalah konstata Stefan-Boltzmaan W/m81067,5 −× 2 K4

D. Benda Teradiasi Panas dan Hukum Kirchoff

Sesuai yang diselidiki Scheele, benda yang dikenai radiasi panas,

permukaannya akan menyerap panas, memantulkannya, dan meneruskannya

ke dalam benda. Umumnya bagian panas yang langsung diteruskan ke dalam

benda tidak trasparan kecil sekali. Sebagian besar dari panas yang diteruskan

adalah melalui serapan dulu, sehingga bagian panas yang diteruskan dapat

diabaikan.

Jika suatu benda dengan koefisien serapan α dan koefisien emisi e untuk

α dan e tergantung pada panjang gelombang, maka koefisien serapan dan

emisi tersebut dapat dituliskan sebagai αλ dan . Jika benda tersebut

mempunyai daya emisi , maka daya emisi yang diserap oleh benda pada

panjang gelombang

λe

λP

λ hingga λλ Δ+ adalah:

λα λλ dPdPserapan =

Benda ini juga akan mengemisikan panas pada panjang gelombang yang

sama yaitu λ hingga λλ Δ+ , daya yang diemisikan sebesar:

λλλ dPedPemisi =

Sehingga daya emisi total yang diserap dan diemisikan oleh benda

tersebut adalah:

( ) λα λλλ dPedPdP emisiserap −=−

Untuk menentukan hubungan antara αλ dan eλ perlu dicari keadaan

kesetimbangan termal dari serapan dan emisi yang terjadi. Untuk seluruh

panjang gelombang setelah kesetimbangan termal terjadi, memenuhi:

( )∫∞

=−0

0λα λλλ dPe

sehingga:

λα = λe

Koefisien emisi dan koefisien serapan suatu benda pada keadaan yang

sama (temperatur sama) adalah sama. Hal ini dikenal sebagai hukum Kirchoff.

Benda hitam dapat menyerap seluruh panas yakni α = 1 dan pada keadaan

yang sama pula dapat memancarkan seluruh panas e = 1 (Naga, 1991).

E. Kolektor Surya Plat Datar

Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, untuk bagian

penutup kolektor surya plat datar dalam penelitian ini akan dibedakan yaitu

kolektor surya plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed) dan kolektor

surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed).

1. Kolektor plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed)

Matahari memancarkan energi hampir pada seluruh panjang

gelombang dan sampai ke bumi dalam bentuk radiasi gelombang

elektromagnet. Ketika sinar matahari mengenai lapisan kaca penutup pada

kolektor, energi dengan panjang gelombang paling pendek dapat

menembus kaca sedangkan energi dengan panjang gelombang terpanjang

dipantulkan kembali oleh kaca. Energi yang dapat menebus kaca tersebut

akan diserap oleh plat yang ada di dalam kolektor sehingga plat menjadi

hangat. Selain itu temperatur udara yang berada di dalam kolektor akan

naik sehingga menghalangi panas yang keluar sehingga panas terjebak di

dalam kolektor.

Suhu di dalam kolektor akan tetap tinggi dibanding dengan suhu di

luarnya begitu juga yang terjadi pada suhu plat. Kalor yang diserap plat

kemudian akan dikonduksikan ke pipa dan air yang selanjutnya air akan

mengalami proses konveksi sehingga temperatur air akan naik.

2. Kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed)

Pada kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed),

sinar radiasi matahari akan langsung diterima oleh plat, sebagian radiasi

diserap oleh plat dan sebagian lagi akan dipantulkan. Plat sebagai sumber

kalor yang lebih dingin dibandingkan matahari akan memancarkan

kembali kalor yang diterimanya dalam bentuk energi radiasi ke lingkungan

sekeliling. Tidak ada panas yang terjebak di dalam kolektor sehingga suhu

pada plat dan air akan mudah turun akibat faktor lingkungan seperti

keadaan angin atau perbedaan suhu antara plat dan lingkungan.

F. Konversi Energi Radiasi menjadi Energi Termal

Kolektor dikenai sinar dengan intensitas radiasi sebesar ( ). Sebagian

intensitas radiasi akan dipantulkan ( ) ke luar kolektor dan sebagian lagi

diserap ( ) oleh kolektor.

dI

pantulI

serapI

serapIairinputT

airoutputT

dIpantulI

kolektor

Besarnya intensitas radiasi yang diserap olek kolektor adalah:

aII dserap α= (2.1)

dengan:

serapI adalah intensitas radiasi yang diserap kolektor (W/m2)

dI adalah intensitas radiasi yang datang (lux)

α adalah fraksi dari intensitas radiasi yang datang yang

diserap oleh kolektor. Nilai α tidak besatuan dan nilainya

tergantung dari warna plat penyerap dan ada atau tidaknya

lapisan kaca penutup kolektor.

a adalah konversi satuan dari (lux) menjadi (W/m2)

Berarti daya yang diserap pada luasan (A) kolektor:

AIP serapserap =

AaIP dserap α= (2.2)

dengan:

serapP adalah daya yang diserap kolektor (W)

A adalah luas kolektor (m2)

Dan besarnya energi radiasi yang diserap oleh kolektor dalam

selang waktu adalah:

)( serapW

tΔ

tPW serapserap Δ= (Joule)

2,0tAaIW dserap 39Δ= α (kalori) (2.3)

Karena nilai Aa,,α konstan maka persmaan (2.3) dapat dituliskan:

tkIW dserap Δ= (2.4)

dengan: 239,0Aak α= adalah konstanta yang menentukan seberapa

besar kemampuan kolektor dalam mengkonversi energi radiasi menjadi

energi termal, dan tΔ adalah selang waktu kolektor menyerap energi

radiasi (s).

Di dalam kolektor energi radiasi berubah menjadi panas. Berdasarkan

hukum kekekalan energi sebagian panas akan hilang dan sebagian lagi panas

akan digunakan untuk menaikkan temperatur plat dan air sebesar TΔ .

Jumlah energi termal yang diterima oleh plat dan air adalah:

( )airairairplatplatplatairplat TcmTcmQ Δ+Δ=+ (kalori) (2.5)

Untuk maka persamaan (2.5) dapa dituliskan menjadi: airplat TT Δ=Δ

( ) airairairplatplatairplat TcmcmQ Δ+=+ (2.6)

dengan:

airm adalah massa air (kg) ( airairair volm ρ= )

airvol adalah volume air ( l )

airρ adalah massa jenis air (kg/l)

airc adalah panas jenis air (kal/kg oC)

platm adalah massa plat dan pipa (kg)

platc adalah panas jenis plat dan pipa (kal/kg oC)

airTΔ adalah perubahan temperatur air (oC)

dengan awalsuhuakhirsuhuair TTT −=Δ

Berdasarkan hukum kekekalan tenaga maka persamaan (2.4) dan (2.6)

menjadi: hilangserapairplat WWQ −=+ (2.7)

( ) hilangdairairairplatplat WtkITcmcm −Δ=Δ+ (2.8)

( )airairplatplathilang

dairairplatplat

air cmcmW

Icmcm

tkT+

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+Δ

=Δ (2.9)

Selama selang waktu tΔ massa air yang mengalir melalui kolektor

adalah:

airairair volm ρ=

( ) airairair tVm ρΔ= (2.10)

dengan:

airV adalah laju aliran air (ml/s)

Untuk satu satuan waktu, massa air menjadi:

airairair Vm ρ= (2.11)

Jika dituliskan ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+Δ

airairplatplat cmcmtk = η (2.12)

dengan nilai η konstan untuk satu laju aliran air untuk satu-satuan

waktu, substitusi persamaan (2.11) ke dalam persamaan (2.12) menghasilkan:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+ airairairplatplat cVcmk

ρ= η (2.13)

Substitusi (2.13) ke persamaan (2.9), menghasilkan:

( )airairairplatplathilang

dair cVcmW

ITρ

η+

−=Δ (2.14)

Dari persamaan (2.14), nilai η dapat diperoleh melalui grafik hubungan

terhadap . Selanjutnya nilai airTΔ dI η disebut sebagai konstanta yang

menyatakan besarnya nilai perubahan temperatur air TΔ (oC) yang dihasilkan

tiap satuan kuat cahaya (lux). dI

Dari persamaan (2.13) akan didapatkan:

k

cmVc platplatairairair +=ρ

η1

kcm

Vkc platplat

airairair +=

ρη1 (2.15)

Dari persamaan (2.15) melalui grafik hubungan η1 terhadap ,

diperoleh nilai gradien atau

airV

kcairairρ . Selanjutnya dari nilai gradien

didapatkan nilai konstanta k yang menentukan kemampuan kolektor dalam

mengkonversi energi radiasi menjadi energi termal. Selain dari nilai gradien,

nilai konstanta k dapat juga ditentukan dari nilai titik potong.

BAB III

METODE ANALISIS PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

Kegiatan penelitian dilaksanakan di laboratorium/halaman

Universitas Sanata Dharma. Metode yang dipakai adalah metode

eksplorasi eksperimental yaitu kajian teoritis akan dikembangkan dalam

eksperimen untuk mendapatkan perbandingan kemampuan mengkonversi

energi radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor

surya plat datar. Waktu pengambilan data antara jam 10.00 WIB sampai

13.00 WIB.

B. Obyek Penelitian

Obyek yang digunakan adalah empat jenis kolektor surya plat datar yaitu:

1. Kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup

(glazed).

2. Kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup

(unglazed).

3. Kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup

(glazed).

4. Kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup

(unglazed).

Keempat kolektor memiliki bentuk, luas, bahan (isolator, plat, pipa)

yang sama, begitu juga untuk tipe kolektor dengan lapisan kaca penutup

mengunakan bahan kaca yang sama. Sampel cairan yang digunakan adalah air.

C. Alat/Instrumen

Alat/Instrumen yang digunakan dalam penelitian adalah:

a. Empat buah kolektor surya plat datar.

b. Dua buah termometer suhu air.

c. Satu buah termometer lingkungan.

d. Satu buah Lightmeter untuk mengukur intensitas radiasi matahari.

e. Satu buah gelas ukur untuk mengukur volume air.

f. Satu buah Stopwatch untuk melihat waktu dalam pengukuran intensitas

radiasi matahari dan perubahan temperatu air tiap 10 menit.

g. Tiga buah tabung yang sudah diisolasi dengan bahan isolator berupa kertas

manila dan plastik. Pengunakan tabung tersebut dimaksudkan untuk

menjaga agar aliran air tetap kontinu sebelum masuk ke kolektor.

h. Selang atau pipa plastik sebagai penghubung aliran air dari kran ke

kolektor.

D. Langkah Penelitian

Langkah penelitian ini melalui dua tahap yaitu :

1. Tahap pembuatan alat (kolektor surya).

Alat sebagian besar dibuat di laboratorium Universitas Sanata

Dharma, dan sebagian lagi dikerjakan di luar kampus. Pipa dibentuk

sedemikian rupa agar luasan kontak antara pipa dan plat semakin lebar

sehingga panas yang dikonduksikan dari plat ke pipa pembawa cairan

semakin besar. Setelah itu plat dan pipa direkatkan dengan cara dipatri

dengan timah selanjutnya plat yang telah merekat dengan pipa diberi

warna.

Sedangkan untuk kotak atau bingkai terbuat dari kayu yang dibentuk

empat persegi panjang yang pada bagian dasar dan sisi-sisinya terisolasi

dengan bahan isolator berupa gabus. Bagian atas atau penutup kolektor

dalam penelitian dibedakan menjadi dua yaitu dengan lapisan kaca

penutup (glazed) dan tanpa lapisn kaca penutup (unglazed).

Susunan dan dimensi peralatan untuk penbuatan kolektor:

a. Plat penyerap

- Bahan: Tembaga

- Tebal : 1 mm

- Panjang : 1 m

- Lebar : 0.45 m

- Jarak plat ke kaca: 0.05 m

b. Pipa cairan

- Bahan: Tembaga

- Panjang : 4.5 m

- Diameter dalam pipa: 0.0025 m

c. Kaca penutup

- Bahan: Kaca bening

- Tebal: 3 mm

d. Isolator

- Bahan: Gabus

- Tebal: 0.1 m

e. Kerangka

- Bahan: Kayu

- Panjang : 1.04 m

- Lebar : 0.47 m

- Tinggi : 0.15 m

f. Pelapis plat penyerap

- Cat pylox hitam 103 dan biru 109 aerosol spray paint

Gambar 3.1. Plat tembaga

Gambar 3.2. Pipa tembaga

Gambar 3.3. Plat dan pipa tembaga yang sudah direkatkan

Gambar 3.4 . Lapisan kaca penutup kolektor yang telah bingkai dengan kayu

Lubang untuk pipa input

Gabus Lubang untuk pipa output

Gambar 3.5. Bingkai kolektor dan bagian bawah kotak kolektor yang telah diisolasi dengan bahan isolator berupa gabus

Gambar 3.6. Kolektor surya plat datar dengan memakai lapisan kaca penutup (glazed)

Kaca penutup Pipa pembawa cairan

Plat penyerap Gabus Kotak kolektor

Bingkai kaca

Gambar 3.7. Kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed)

Gabus Kotak kolektor

Pipa pembawa cairan

Plat penyerap

2. Tahap pengambilan data

Untuk setiap kolektor dari keempat kolektor, data yang diambil

sebanyak 5 kali percobaan dengan laju aliran yang berbeda. Adapun

prosedur pengambilan data adalah sebagai berikut:

a. Mengeset alat

- Kolektor dipanaskan di bawah sinar matahari langsung selama 3

jam antara jam 10.00 WIB sampai 13.00 WIB.

- Luxmeter dipasang sama tinggi dengan kolektor hal ini

dimaksudkan agar intensitas matahari yang diukur oleh Luxmeter

merupakan intensitas yang mengenai kolektor .

- Tabung input dan output dipasang pada statip, begitu juga untuk

termometer lingkungan.

- Dua termometer air yang dipasang harus mengenai air dan dalam

keadaan tetap.

b. Kran air diset setiap melakukan percobaan untuk mendapatkan

berbagai laju aliran air yang diinginkan.

c. Setelah kolektor dan alat-alat dirangkai seperti pada Gambar 3.8, kran

air dibuka dan air akan menggalir melalui kolektor. Suhu input air,

suhu output air, intensitas radiasi matahari, dan suhu lingkungan

diukur setiap selang waktu 10 menit.

d. Mengamati keadaan sekitar lingkungan (keadaan awan dan angin).

Kran air

Termometer lingkungan

Tabung output

Matahari

Lightmeter

Kolektor surya plat datar

Tabung input

Stat

ip

Stat

ip

Gambar 3.8. Sketsa penentuan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari kolektor surya plat datar.

Termometer digital suhu input air

Termometer digital suhu output air

Selang plastik

E. Metode Analisis Data

1. Menghitung laju aliran air atau debit air

tv

V airair =

dengan:

adalah volume air (ml) airv

t adalah lama waktu air mengalir (sekon)

adalah laju aliran air (ml/sekon) airV

2. Mengukur suhu input dan suhu output air, suhu lingkungan, intensitas

radiasi matahari untuk tiap 10 menit, selama tiga jam dari jam 10.00 WIB

– 13.00 WIB.

3. Menghitung perbedaan suhu air airTΔ (oC).

(airTΔoC) = (oT

oC) - (iToC)

dengan:

adalah suhu output air (oToC)

adalah suhu input air (iToC)

4. Dari data yang diperoleh untuk setiap laju aliran air, dibuat grafik

hubungan perubahan temperatur air ( airTΔ ) terhadap intensitas radiasi

matahari ( ). Dari grafik tersebut didapatkan nilai gradien atau konstanta dI

η , yang menyatakan besarnya perubahan temperatur air yang dihasilkan

untuk tiap satuan intensitas radiasi matahari.

5. Membuat grafik hubungan antara konstanta 1/η terhadap berbagai laju

aliran air ( ), dari grafik hubungan tersebut diperoleh nilai gradient

yaitu

airV

kcairairρ dari keempat kolektor.

6. Dari setiap nilai gradient kemudian diperoleh nilai konstanta k yang

menentukan kemampuan kolektor dalam mengkonversi energi radiasi

matahari menjadi energi termal .

7. Dari nilai konstanta kemudian didapatkan nilai konstanta yang

menunjukkan nilai perbadingan kemampuan mengkonversi energi radiasi

matahari menjadi energi termal dari keempat kolektor.

k relativek

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian

Dalam penelitian ini telah dilakukan pengumpulan energi radiasi

matahari dalam bentuk intensitas radiasi dengan memakai kolektor surya plat

datar berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa lapisan kaca penutup (glazed

or unglazed). Kolektor dibentuk empat persegipanjang. Sesuai dengan tujuan,

sampel cairan yang digunakan untuk melihat perubahan temperatur adalah air.

Kolektor dipanaskan secara langsung di bawah matahari selama 3 jam dari

jam 10.00 s/d 13.00 WIB.

Untuk mengetahui besarnya nilai konstanta k yang menentukan

kemampuan kolektor surya plat datar dalam mengkonversi energi radiasi

matahari menjadi energi termal, pada setiap kolektor dilakukan 3 tahap

penelitian yaitu:

a. Menghitung laju aliran air setiap kali percobaan dengan mengukur volume

air yang mengalir melewati kolektor untuk tiap satu-satuan waktu.

Mengukur perubahan suhu air, intensitas radiasi matahari, suhu

lingkungan serta mencatat keadaan lingkungan atau cuaca. Pengukuran

dilakukan setiap selang waktu 10 menit, akan tetapi ada sebagian data

pada waktu tertentu tidak dapat diukur oleh karena faktor lingkungan yaitu

keadaan awan yang menutupi matahari.

Contoh hasil pengukuran untuk empat jenis kolektor dengan laju aliran air

4,0 ml/s dapat dilihat pada Tabel 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4. Hasil pengukuran

untuk laju aliran air yang berbeda dari keempat kolektor seluruhnya dapat

dilihat pada lampiran I.

Tabel 4.1. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapiasan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Waktu (s) Tinput ( °C) Toutput ( °C) Intensitas radiasi (lux)

10.40 29 33 202 10.50 30 35 220

11.00 30 35 231 11.10 29 32 200

11.20 30 34 240 11.40 32 39 266

11.50 32 41 393 12.00 33 47 650

12.20 32 46 603

12.30 35 48 580 12.40 36 42 214

Tabel 4.2. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Waktu (s) Tinput( °C)

Toutput(°C) Intensitas radiasi (lux)

10.00 25

31 437 10.10 26 30 376 10.40 28

34 397

11.20 29 34 484 11.50 28 32 320 12.00 30 39 530 12.10 30 35 425

12.40 30 37 510

Tabel 4.3. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Waktu (s)

Tinput ( °C) Toutput ( °C) Intensitas radiasi (lux)

10.10

28 29 201 10.20 29 31 300 10.30 29 33 485 10.40 31 35 506 10.50 31 36 545 11.30 31 36 521 11.40 32 36 414 11.50 32 38 555 12.00 33 38 525 12.30 32 37 494 12.50 32 37 497 13.00

32 37 485

Tabel 4.4. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Waktu (s) Tinput ( °C) Toutput ( °C) Intensitas radiasi(lux)

10.30 29 34 450 10.40 30 36 408 11.10 31 37 436 11.20 32 39 489 11.30 32 36 322 11.40 34 40 507 11.50 35 42 475

12.40 32 38 338 13.00 32 37 395

b . Dari Tabel 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4 pada tahap (a) yang telah diperoleh,

selanjutnya dicari hubungan nilai intensitas radiasi matahari terhadap

perubahan temperatur air. Dari hubungan tersebut nantinya akan

didapatkan satu konstanta η untuk satu laju aliran air.

Dari persamaan (2.14)

( )airairairplatplathilang

dair cVcmW

ITρ

η+

−=Δ

dengan:

airTΔ adalah perubahan suhu air (oC)

airawalsuhuairakhirsuhuair TTT −=Δ

dI adalah intensitas radiasi matahari (lux)

η adalah nilai konstanta (oC/lux)

Contoh data hubungan antara intensitas radiasi matahari dengan perubahan

temperatur air untuk empat jenis kolektor dengan laju aliran air 4,0 ml/s

dapat dilihat pada tabel 4.5, 4.6, 4.7, dan 4.8. Nilai konstanta η yang

dihasilkan dari hubungan pada tabel tersebut dapat dilihat pada gambar

4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4. Data hubungan terhadap Δ dan nilai

konstanta

dI Tair

η yang dihasilkan untuk laju aliran air yang berbeda seluruhnya

dapat dilihat pada lampiran II.

Tabel 4.5. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

dI (lux) TΔ (oC) 202 4 214 6 220 5 231 5 240 4 266 7 393 9 580 13 603 14 650 14

2

4

6

8

10

12

14

150 250 350 450 550 650

Intensitas radiasi matahari (lux)

Gambar 4.1. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca

penutup (glazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Del

ta T

(°C

)

Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( )601,0096,0.002,0022,0 ±+±=Δ dIairT

dengan nilai gradien atau konstanta η yang dihasilkan sebesar: 0 002,0022, ±

Tabel 4.6. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

(lux)dI C)(oTΔ

320 4 376 4 397 6 425 5 437 6 484

5 510 7

530 7

1

2

3

4

5

6

7

8

300 350 400 450 500 550


Gambar 4.2. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca

penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Del

ta T

(°C

)

Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 301,2241,2.005,0018,0 ±−+ )±=Δ dIairT


Tabel 4.7. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari

kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

(lux)dI C)(oTΔ

201 1 300 2 414 4 485 4 485 4 494 5 497 5 406 4 521 5 525

5 545 5 555 6

0

1

2

3

4

5

6

7

8

150 250 350 450 550 650


Gambar 4.3. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca


Del

ta T

(°C

)

Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 025.1177.1.002.0011.0 ±−+ )±=Δ dIairT


Tabel 4.8. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

(lux)dI C)(oTΔ

322 4 338 6 395 5 408 6 436 6 450 5 475

7 489 7 507

6

2

3

4

5

6

7

8

300 350 400 450 500 550


Gambar 4.4. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca

penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Del

ta T

(°C

)

Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 023,2665,1.005,0010,0 ±+ )±=Δ dIairT


c. Selanjutnya dari nilai konstanta η yang dihasilkan untuk setiap laju aliran

air dalam 5 kali percobaan pada tahap (b), dicari hubungan nilai konstanta

1/η terhadap berbagai laju aliran air (V ). Dari grafik hubungan tersebut

diperoleh satu nilai gradien yaitu

air

kairair cρ dari keempat jenis kolektor.

Dari persamaan (2.15)

kcm

Vkc platplat

airairair +=

ρη1

Hasil hubungan nilai konstanta 1/η terhadap berbagai laju aliran air ( )

dapat dilihat pada Tabel 4.9. 4.10, 4.11, 4.12, dan Gambar 4.5, 4.6, 4.7,

dan 4.8.

airV

Tabel 4.9. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( ) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed).

airV

30

40

50

60

70

80

90

3,8 4,3 4,8 5,3 5,8

Vair (ml/sekon)

Gambar 4.5. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam

dengan lapisan kaca penutup (glazed )

1/ η

(1/ (

°C /

lux)

)

(V )ml/sair ( )C/luxcη

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

C/lux1/1 oη

4,0 0,022 40,0 4,8 0,015 66,6 5,0 0,014 71,4 5,5 0,013 76,9 5,6 0,012 83,3

Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 4,148,568.29,241 ±−±= airVη )

dengan nilai gradien atau nilai k

airair cρ yang dihasilkan sebesar: 8,29,24 ±

Tabel 4.10. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air (V ) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed).

air

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

C/lux1/1 oη ( )ml/sairV ( )C/luxcη

4,0 0,014 71.4 4,6 0,011 90,9

5,1 0,009 111,1

5,5 0,008 125,0 6,0 0,007 142,8

45

65

85

105

125

145

165

3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3

Vair (ml/sekon)

Gambar 4.6. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux )) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa

lapisan kaca penutup (unglazed )

1/ η

(1/ (

°C /

lux)

)

Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 1,79,753,13,361 ±−±= airVη ) dengan

nilai gradien atau nilai k

airair cρ yang dihasilkan sebesar: 3,13,36 ±

Tabel 4.11. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air (V ) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed).

air

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛


4,0 0,011 90,9 5,3 0,009 111,1 5,8 0,007 142,8 6,0 0,006 166,6 6,5 0,005 200,0

60

80

100

120

140

160

180

200

220

3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3 6,8

Vair (ml/sekon)

Gambar 4.7. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan

lapisan kaca penutup (glazed )

1/ η

(1/ (

°C /

lux)

)

Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 4,577,892,109,411 ±−±= airVη )

dengan nilai gradien atau nilai k

airair cρ yang dihasilkan

sebesar: 41 2,109, ±

Tabel 4.12. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air (V ) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed).

air

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛


4,0 0,010 100,0 5,1 0,009 111,1

5,2 0,008 125,0 5,5 0,006 166,6 6,0 0,005 200,0

60

80

100

120

140

160

180

200

220

3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3

Vair (ml/sekon)

Gambar 4.8. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa


1/ η

(1/ (

°C /

lux)

)

Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( )7,902,108.3,179,471 ±−±= airVη

dengan nilai gradien atau nilai kcairairρ yang dihasilkan sebesar: 3,179,47 ±

Secara ringkas nilai kcairairρ yang diperoleh untuk keempat jenis

kolektor surya plat datar dapat dilihat pada Tabel 4.13.

Tabel 4.13. Nilai gradien atau kcairairρ untuk empat jenis kolektor surya

plat datar.

Memakai lapisan kaca penutup

(glazed)

Tanpa lapisan kaca penutup

(unglazed)

Warna

kcairairρ

C)/(ml/s)(lux/o kcairairρ

C)/(ml/s)(lux/o

Hitam

8,29,24 ±

3,13,36 ±

Biru

2,109,41 ±

3,179,47 ±

B. Pembahasan

Dari Gambar 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4 dapat dilihat bahwa perubahan

temperatur air merupakan fungsi intensitas radiasi matahari .

Intensitas radiasi matahari yang berubah-ubah mengakibatkan nilai perubahan

temperatur air yang berbeda-beda. Menaiknya intensitas radiasi yang diserap

oleh kolektor mengakibatkan juga kenaikan pada temperatur air sehingga

hubungan tersebut membentuk grafik garis linear.

airTΔ I d

Kemiringan atau gradien yang dihasilkan pada Gambar 4.5, 4.6, 4.7, dan

4.8 menunjukan besarnya nilai k

airair cρ . Lebih jelasnya lihat pada Tabel 4.13

yang menunjukkan nilai k

airair cρ yang dihasilkan dari empat jenis kolektor

surya plat datar.

kcairairρTabel 4.13, menunjukkan bahwa nilai yang dihasilkan dari

kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam lebih kecil

dibandingkan pada kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna

biru. Ini berarti nilai konstanta k yang dihasilkan oleh kolektor dengan plat

penyerap berwarna hitam lebih besar dibandingkan kolektor dengan plat

penyerap berwarna biru. Hal tersebut disebabkan karena kolektor surya plat

datar dengan plat penyerap berwarna hitam mempunyai kemampuan

menyerap (absorsivitas) energi radiasi matahari lebih besar dibandingkan

dengan warna biru.

kcairairρDemikian juga sama halnya untuk nilai dan konstanta k yang

dihasilkan dari kolektor surya plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed)

dibandingkan tanpa lapisan kaca penutup (unglazed). Hal ini dikarenakan pada

kolektor surya plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed) dalam proses

mengkonversi energi telah mengalami proses efek rumah kaca (green house).

Peristiwa ini menyebabkan kalor yang ada di dalam kolektor terjebak oleh

adanya lapisan kaca penutup.

Sedangkan kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup

(unglazed) cukup sensitif dengan faktor lingkungan seperti udara luar. Hal ini

yang menyebabkan panas yang diserap oleh plat sebagian akan hilang ke

lingkungan atau dengan kata lain karena perbedaan temperatur antara plat

penyerap dan lingkungan maka kalor yang diserap oleh plat penyerap sebagian

akan ditransfer ke lingkungan.

Ckgkalori1 o=aircl

kg1=airρ dan Dengan nilai , maka dari Tabel 4.13,

dapat dicari nilai konstanta k yang menentukan kemampuan mengkonversi

energi radiasi matahari menjadi energi termal untuk empat jenis kolektor surya

plat datar. Nilai konstanta k yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 4.14.

Tabel 4.14. Nilai konstanta k dari empat jenis kolektor surya plat datar.

Jenis kolektor ⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

sml

Clux

o

kcairairρ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −

slux10kalori 3k

Kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup. 8,29,24 ± 0004,0040,0 ±

Kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup. 3,13,36 ± 0001,0028,0 ±

Kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup. 2,109,41 ± 0005,0024,0 ±

Kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup. 3,179,47 ± 0007,0020,0 ±

Jika dengan menganggap nilai konstanta terbesar yang dihasilkan

sama dengan 1 maka dapat diperoleh nilai perbandingan konstanta dari

keempat jenis kolektor yang dapat dilihat pada Tabel 4.15.

k

relatifk

Tabel 4.15. Perbandingan konstanta untuk empat jenis kolektor surya plat datar.

relatifk

Dengan lapisan kaca penutup Dengan lapisan kaca penutup

(unglazed) Warna (glazed)

Hitam 1 0,7 Biru 0,6 0,5

Dari perbandingan nilai konstanta untuk keempat jenis kolektor

dapat juga dikatakan perbedaan kemampuan kolektor dalam mengkonversi

energi radiasi matahari menjadi energi termal, sebagai berikut:

relativek

1. Untuk kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam

tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) 30% lebih kecil daripada kolektor

surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca

penutup (glazed) .

2. Untuk kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna biru

dengan lapisan kaca penutup (unglazed) 40% lebih kecil daripada kolektor

surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca

penutup (glazed).

3. Untuk kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna biru tanpa

lapisan kaca penutup (unglazed) 50% lebih kecil daripada kolektor surya

plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca

penutup (glazed).

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang digunakan

untuk menyediakan air panas seperti di rumah-rumah sakit, untuk keperluan

industri seperti pencucian botol, dan sistem air panas untuk keperluan rumah

tangga. Berdasarkan hasil pembuatan alat, eksperimen, analisa data dan

perhitungan konstanta k yang menentukan kemampuan mengkonversi energi

radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor maka dapat

disimpulkan bahwa:

1. Besarnya perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi

matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor yaitu kolektor

surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed),

kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup

(unglazed), kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca

penutup (glazed), kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan

kaca penutup (unglazed) secara berurutan adalah: 1 : 0.7 : 0.6 : 0.5.

2. Perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari

menjadi energi termal dari empat jenis kolektor menunjukkan bahwa

kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup

lebih besar daripada kolektor surya plat datar lainya.

B. Saran

Saran-saran yang dapat penulis berikan untuk penelitian lebih lanjut yaitu:

1. Untuk warna plat penyerap dapat digunakan warna yang lain.

2. Lapisan kaca penutup pada kolektor dapat memakai lebih dari satu.

3. Pengisolasian energi termal yang diserap kolektor dapat mengunakan

bahan isolator yang lain.

DAFTAR PUSTAKA

DiLavore, P., 1984, Energy, Insights from Physics, New York: John Wiley

dan Sons.

Prasetyo, L. dan Setiawan, 1991, Mengerti Fisika, Yogyakarta: Andi Offsite.

Jansen, Ted.J., 1995, Teknologi Rekayasa Surya, Jakarta: Pradnya Paramita.

Kreith, F., 1986, Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas (Ed. 3), Jakarta: Erlangga.

Naga, D.S., 1991, Ilmu Panas, Jakarta: Gunadarma.

Nousia, TH., Souliotis, M., dan Tripanagnostopoulost, Y., 2000, Solar Collectors

With Colored Absorbers, Solar Energy. 68 : 334-356.

Sears .M.F.W dan Zemansky .H.D., 1987, Fisika Universitas (Ed 6, Jil 1), Jakarta:

Erlangga.

Stoecker, W.F. dan Jones, J.W., 1987, Refrigenerasi dan Pengkondisian Udara

(Ed 2), Jakarta: Erlangga.

Tippler, P.A., 1998, Fisika untuk sains dan teknik (Ed 3, Jil 1), Jakarta: Erlangga.

LAMPIRAN

LAMPIRAN I : HASIL PENGUKURAN PERUBAHAN TEMPERATUR AIR, DAN INTENSITAS RADIASI MATAHARI UNTUK EMPAT JENIS KOLEKTOR

PERCOBAAN 1: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM

DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)

Laju aliran air : 4,0 ml/sekon

Waktu (s)

Tinput (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)

10.40 29 33 202 10.50 30 35 220 11.00 30 35 231 11.20 30 34 240 11.40 32 39 266 11.50 32 41 393 12.00 33 47 650 12.20 32 46 603 12.30 35 48 580 12.40 36 42 214


Waktu (s) Tinput (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)

10.10 28 30 181 10.20 28 31 192 10.30 29 37 630 10.40 30 39 606 10.50 29 38 576 11.00 30 40 617 11.10 31 39 630 11.20 31 39 657 11.30 32 41 665 11.40 32 41 675 11.50 32 42 676 12.00 32 43 682 12.10 33 43 681 12.20 34 44 714 12.40 34 45 661 12.50 33 44 704 13.00 35 45 699



10.20 28 30 362 10.30 28 32 469 10.50 29 34 522 11.00 30 34 428 11.10 31 37 602 11.30 30 35 501 12.10 30 34 526 12.20 31 36 462 12.50 30 36 499



10.10 28 29 210 10.20 28 30 330 10.30 28 33 630 10.40 28 35 687 10.50 29 37 702 11.00 29 36 655 11.40 29 36 717


Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)

10.30 28 31 240 10.40 29 33 344 11.50 29 36 599 12.10 30 39 725 12.30 32 42 786 12.40 32 43 898

PERCOBAAN 2: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)



10.00 25 31 437 10.10 26 30 376 10.40 28 34 397 11.20 29 34 484 11.50 28 32 320 12.00 30 39 530 12.10 30 35 425 12.40 31 39 510

Laju aliran air : 4,6 ml/ 10 menit


10.00 24 30 410 10.10 25 32 420 10.20 26 33 437 10.30 27 36 450 11.00 30 38 506 11.20 32 41 463 11.30 32 40 527 11.40 32 41 547 12.00 36 45 531 12.10 37 45 568



10.00 24 28 330 10.10 25 29 353 10.20 26 31 408 10.30 27 33 450 10.40 26 29 245 11.10 28 33 507 11.20 29 35 530 11.40 30 36 554 12.30 33 38 495



10.10 25 30 447 10.20 26 30 424 11.20 27 32 487 11.30 28 32 416 11.40 30 36 567 12.20 29 35 630 12.30 30 35 433 12.40 31 36 438


Waktu (s) T input (°C) T output (°C) Intensitas radiasi (lux)

10.10 22 25 203 10.20 23 28 370 10.50 24 28 221 11.10 25 29 353 11.20 25 30 418 11.30 26 30 285 11.40 27 31 327

PERCOBAAN 3: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)



10.20 28 29 198 10.30 28 30 248 10.40 29 30 280 10.50 29 32 318 11.00 29 33 480 11.30 29 34 636 11.40 29 35 655 12.00 29 36 661 12.10 30 36 679 12.30 29 32 413 12.40 30 35 641 12.50 30 35 596 13.00 30 37 686



10.10 29 32 325 10.20 30 34 400 11.10 34 39 498 11.20 35 41 678 11.40 33 38 531 12.30 31 37 603 12.40 32 38 623



10.50 30 34 566 11.10 31 36 595 11.20 31 37 654 11.30 31 36 620 11.50 31 35 464 12.00 29 32 610 12.40 31 36 625



10.50 29 35 574 11.10 30 34 294 11.30 31 37 625 11.40 31 36 428 12.30 30 35 487 12.50 32 38 615 13.00 32 37 501



10.10 28 30 220 10.20 29 32 434 10.30 28 31 340 10.40 29 33 401 10.50 29 32 237 11.00 29 32 216 11.10 28 30 187

PERCOBAAN 4: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)



10.30 29 34 450 10.40 30 36 408 11.10 31 37 436 11.20 32 39 489 11.30 32 36 322 11.40 34 40 507 11.50 35 42 475 12.40 32 38 338 13.00 32 37 395



10.10 29 35 500 10.20 30 34 650 10.40 29 34 574 10.50 30 37 650 11.10 29 32 761 11.50 28 32 519 12.00 30 37 306 12.50 28 34 296



10.50 25 30 500 11.00 26 32 650 11.10 26 32 574 11.40 26 29 296 11.50 27 31 306 12.00 28 35 761 12.10 31 37 650 12.20 30 35 519



10.30 30 35 325 11.10 31 36 380 11.20 30 35 453 11.30 30 36 542 12.30 33 39 504 12.40 33 40 589 12.50 33 39 400



10.10 27 33 452 10.20 29 36 661 12.00 30 37 580 12.10 33 39 533 12.20 33 39 500 12.30 33 40 655

LAMPIRAN II: DATA HUBUNGAN INTENSITAS RADIASI MATAHARI TERHADAP PERUBAHAN TEMPERATUR AIR UNTUK BERBAGAI LAJU ALIRAN AIR PADA EMPAT JENIS KOLEKTOR

PERCOBAAN 1: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM

DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)


(lux)dI C)(oTΔ202 4 214 6 220 5 231 5 240 4 266 7 393 9 580 13 603 14 650 14

2

4

6

8

10

12

14

150 250 350 450 550 650


Gambar 1. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca


Del

ta T

(°C

)

( ) ( )601,0096,0.002,0022,0 ±+±=Δ dIairT


(lux)dI C)(oTΔ 181 2 192 3 576 9 606 9 617 10 630 8 630 10 657 8 661 11 665 9 675 9 676 10 681 10 682 11 699 10 704 11 714 10

1

3

5

7

9

11

13

150 250 350 450 550 650 750




Del

ta T

(°C

)

( ) ( )838,0219,0.001,0015,0 ±−+±=Δd

Iair

T


(lux)dI C)(oTΔ362 2 428 4 462 5 469 4 499 6 501 5 522 5 526 4 602 6

1

2

3

4

5

6

7

340 390 440 490 540 590




Del

ta T

(°C

)

( ) ( )266,2588,2.005,0014,0 ±−+±=Δ dIairT


(lux)dI C)(oTΔ210 1 330 2 630 5 655 7 687 7 702 8 717 7

0123456789

150 250 350 450 550 650 750


Gambar 4. Graf ik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca


Del

ta T

(°C

)

( ) ( )869,0054,2.001,0013,0 ±−+±=Δ dIairT


(lux)dI C)(oTΔ240 3 344 4 599 7 752 9 786 10 898 11

2

4

6

8

10

12

200 300 400 500 600 700 800 900




Del

ta T

(°C

)

( ) ( 51,0181,0.001,0012,0 ±−+±=Δd

IairT

HUBUNGAN NILAI KONSTANTA 1/η TERHADAP LAJU ALIRAN AIR ( ) UNTUK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DENGAN

LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)

airV

(ml/sairV )

( )C/luxcη

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

C/lux1/1 oη

4,0 0,025 40,0 4,8 0,015 66,6 5,0 0,014 71,4 5,5 0,013 76,9 5,6 0,012 83,3

30

40

50

60

70

80

90

3,8 4,3 4,8 5,3 5,8

Vair (ml/sekon)

Gambar 6. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan


1/ η

(1/ (

°C /

lux)

)

( ) ( )4,148,568,29,241 ±−+±=air

Vη

PERCOBAAN 2: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)


(lux)dI C)(oTΔ 320 4 376 4 397 6 425 5 437 6 484 5 510 7 530 7

1

2

3

4

5

6

7

8

300 350 400 450 500 550


Gambar 7. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca


Del

ta T

(°C

)

( ) ( )301,2394,0.005,0014,0 ±−+±=Δd

IairT


(lux)dI C)(oTΔ 410 6 420 7 437 7 450 9 463 9 506 8 527 8 531 9 547 9 568 8

5

6

7

8

9

10

11

400 450 500 550




Del

ta T

(°C

)

( ) ( )565,2435,2.005,0011,0 ±+±=Δd

IairT


(lux)dI C)(oTΔ 245 3 330 4 353 4 408 5 450 6 495 5 507 5 530 6 554 6

22,5

33,5

44,5

55,5

66,5

200 250 300 350 400 450 500 550 600




Del

ta T

(°C

)

( ) ( )738,0956,0.002,0009,0 ±+±=Δd

IairT


(lux)dI C)(oTΔ 416 4 424 4 433 5 438 5 447 5 487 5 567 6 630 6

3

4

5

6

7

400 450 500 550 600 650


Gambar 10. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan

kaca penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 5,5 ml/sekon.

Del

ta T

(°C

)

( ) ( )109,1957,0.002,0008,0 ±+±=Δd

IairT


(lux)dI C)(oTΔ 203 3 221 4 285 4 327 4 353 4 370 5 418 5

2

3

4

5

6

175 225 275 325 375 425


Gambar 11. Grafik hubungan delta T ( °C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca


Del

ta T

(°C

)

( ) ( )711,0863,1.002,0007,0 ±+±=Δd

IairT

HUBUNGAN NILAI KONSTANTA 1/η TERHADAP LAJU ALIRAN AIR ( ) UNTUK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM TANPA

LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED).

airV

( )ml/sairV ( )C/luxcη ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

C/lux1/1 oη

4,0 0,014 71.4 4,6 0,011 90,9 5,1 0,009 111,1 5,5 0,008 125,0 6,0 0,007 142,8

45

65

85

105

125

145

165

3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3

Vair (ml/sekon)

Gambar 12.. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux )) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa


1/ η

(1/ (

°C /

lux)

)

( ) ( )1,79,753.13,361 ±−+±= airVη

PERCOBAAN 3: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)


(lux)dI C)(oTΔ198 1 248 2 280 1 318 3 413 3 480 4 596 5 636 5 641 5 655 6 661 7 679 6 686 7

0

1

2

3

4

5

6

7

8

150 250 350 450 550 650


Gambar 13. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca


Del

ta T

(°C

)

( ) ( )657,0177,1.001,0011,0 ±−+±=Δd

IairT


(lux)dI C)(oTΔ

325 3 400 4 498 5 531 5 603 6 623 6 678 6

2

3

4

5

6

7

300 350 400 450 500 550 600 650 700


Gambar 14. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapiisan kaca


Del

ta T

(°C

)

( ) ( )141,1324,0.002,0009,0 ±+±=Δd

IairT


(lux)dI C)(oTΔ 464 4 566 4 595 5 610 3 620 5 625 5 654 6

2

3

4

5

6

7

300 350 400 450 500 550 600 650


Gambar 15. Grafik hunbungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca


Del

ta T

(°C

)

( ) ( )855,0680,0.001,0007,0 ±−+±=Δd

IairT


(lux)dI C)(oTΔ294 4 428 5 487 5 501 5 574 6 615 6 625 6

3

4

5

6

7

260 310 360 410 460 510 560 610 660




Del

ta T

(°C

)

( ) ( )469,0136,2.001,0006,0 ±+±=Δd

IairT


(lux)dI C)(oTΔ 187 2 216 3 220 2 237 3 340 3 401 4 434 3

1

2

3

4

5

170 220 270 320 370 420 470




Del

taT

(°C

)

( ) ( )864,0463,1.003,0005,0 ±+±=Δd

IairT

HUBUNGAN NILAI KONSTANTA 1/η TERHADAP LAJU ALIRAN AIR ( ) UNTUK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU DENGAN

LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED).

airV

( )ml/sairV ( )C/luxcη ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

C/lux1/1 oη

4,0 0,011 90,9 5,3 0,009 111,1 5,8 0,007 142,8 6,0 0,006 166,6 6,5 0,005 200,0

60

80

100

120

140

160

180

200

220

3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3 6,8

Vair (ml/sekon)

Gambar 18. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan


1/ η

(1/ (

°C /

lux)

)

( ) ( )9,577,892,109,411 ±−+±= airVη

PERCOBAAN 4: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)


(lux)dI C)(oTΔ 322 4 338 6 395 5 408 6 436 6 450 5 475 7 489 7 507 6

2

3

4

5

6

7

8

300 350 400 450 500 550


Gambar 19. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca

penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Del

ta T

(°C

)

( ) ( )023,3665,1005,0010,0 ±+±=Δ dIairT


(lux)dI C)(oTΔ 296 6 306 7 500 6 519 4 574 5 650 4 650 7 761 3

2

3

4

5

6

7

8

150 250 350 450 550


Gambar 20. Grafik hubungan delta T ( °C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca


Del

ta T

( °C

)

( ) ( )753,0459,1002,0009,0 ±+±=Δ dIairT


(lux)dI C)(oTΔ 296 3 306 4 500 5 519 5 574 6 650 6 650 6 761 7

2

3

4

5

6

7

8

250 350 450 550 650


Gambar 21. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca


Del

ta T

(°C

)

( ) ( )796,0203,1.001,0008,0 ±+±=Δd

Iair

T


(lux)dI C)(oTΔ 325 5 380 5 400 6 453 5 504 6 542 6 589 7

4

5

6

7

8

300 350 400 450 500 550 600


Gambar 22. Grafik hubngan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna bir

PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT …Halaman Motto dan Persemahan ORA ET LABORA “Biarlah...

Documents

Transcript of PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT …Halaman Motto dan Persemahan ORA ET LABORA “Biarlah...