SKRIPSI KARAKTERISTIK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR …... · kesalahan yang harus kita sikapi secara...

i

SKRIPSI

KARAKTERISTIK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR DENGAN VARIASI JARAK KACA PENUTUP

DAN SUDUT KEMIRINGAN KOLEKTOR

AULIYA BURHANUDDIN M0201023

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

2006

i

SKRIPSI




Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh derajad Sarjana Sains pada jurusan Fisika

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

2006

ii

SKRIPSI




Dinyatakan lulus ujian skripsi oleh tim penguji Pada hari jumat, 30 Mei 2006

TIM PENGUJI

Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D. _____________________ NIP. 131 570 296 Drs. Harjana, M.Si., Ph.D. _____________________ NIP. 131 570 309 Dra. Suparmi, M.A., Ph.D. _____________________ NIP. 130 529 713 Nuryani, S.Si., M.Si. _____________________ NIP. 132 258 048

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan Memperoleh gelar Sarjana Sains

Dekan Ketua Jurusan Fisika Drs.H. Marsusi,M.S Drs. Harjana, M.Si., Ph.D NIP. 130 906 776 NIP. 131 570 309

iii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi ini adalah hasil kerja saya

dan sepengetahuan saya. Hingga saat ini skripsi ini tidak berisi materi yang telah

dipublikasikan atau ditulis orang lain, atau materi yang telah diajukan untuk

mendapatkan gelar di Universitas Sebelas Maret Surakarta atau diperguruan tinggi

lainnya, kecuali telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini. Segala bentuk

bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terima kasih.

iv

MOTTO v Sesungguhnya Allah tidak mengubah keadaan suatu kaum

sehingga mereka mengubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri. (ar-Ra’du : 13)

v “Katakanlah: ‘Sesungguhnya karunia itu di tangan Allah.’

“(QS. Ali-‘Imran: 73) v Semua perjalanan hidup selalu ada maknanya, tinggal

bagaimana kita menghargai dan menyiapkan sebaik-baiknya untuk sisa waktu kita agar kehidupan kelak lebih berguna.

v Apa yang kita lakukan tidak lepas dari kebenaran dan

kesalahan yang harus kita sikapi secara positif dan mengambil hikmahnya sehingga bisa bermanfaat untuk pembelajaran kita yang akan datang.

v Setiap menit setiap detik berharga, gunakanlah untuk

membahagiakan orang-orang yang telah menyayangi kita.

v

PERSEMBAHAN

karya sederhana ini saya persembahkan kepada :

Ø Bapak dan Mama tercinta engkau hadirkan cinta yang berarti, kau berikan segalanya tanpa harap balas, slalu ada tempat tuk resahku, takkan pernah mampu kulukis putihmu. Maafkanlah aku Ø Annis and mahbub Yang selalu ada di hatiku Aku belum banyak berarti bagi kalian Ø Impian ”kecil”ku yang indah dan aku sayangi yang menjadi

semangat sisa perjalanan waktu, dengan usaha dan doa kan kubuat manjadi besar dan mempesona

vi

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT yang telah menciptakan jin dan manusia

untuk beribadah kepada-Nya. Dia memerintahkan untuk melaksanakan yang

diwajibkan dan meninggalkan yang dilarang. Shalawat dan salam semoga tetap

terlimpahkan kepada Nabi Muhammad SAW, beserta keluarga, para sahabat dan

pengikutnya yang baik hingga hari Kiamat.

Syukur Alhamdlillah kepada Allah SWT atas segala hidayah, inayah dan

nikmat yang telah Allah berikan yang atas izin-Nya saya dapat kesempatan dan

kekuatan untuk menyelesaikan skripsi ini. Saya menyadari bahwa dalam

penelitian ini semua tak akan lepas dari bantuan dari berbagai pihak, saya

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Drs. Marsusi, M.S., selaku Dekan Fakultas Matematika Dan Ilmu

Pengetahuan Alam.

2. Bapak Drs. Harjana, M.Si., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA

UNS dan pembimbing atas segala bantuan, bimbingan, motivasi, fasilitas

dan berbagai kajian Ilmu pengetahuan yang telah diberikan.

3. Bapak Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D. selaku sekretaris Jurusan

Fisika dan pembimbing atas semua fasilitas, semangat dan ilmunya

selama penelitian dan penyelesaian penelitian tugas akhir ini.

4. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D. sebagai pembimbing akademis atas

semua nasehat dan bimbingannya.

5. Bapak dan Ibu dosen jurusan Fisika yang telah memberikan ilmu yang

berharga semoga dapat bermanfaat.Amin.

6. Bapak dan Ibu tercinta, atas segala doa, kasih sayang dan pengorbanan

yang telah diberikan, semoga ananda menjadi anak yang berbakti.

7. Kedua adekku annis (aku selalu berdoa semoga kamu bahagia bersama

penghuni surga) dan mahbub (temukan impianmu dan jadikanlah

semangat untuk berusaha dan jangan menyerah sebelum impianmu

tercapai. Semoga kamu dapat lebih baik lagi).

8. Pak dhe makmuri sekeluarga atas segala doa dan dukungannya.

vii

9. Sahabatku Budi Riyanto (semoga kamu capat mendapatkan AL yang

baru dan semua cita-citamu tercapai).

10. Laboran Sub Lab. Fisika : Mas(Arie, Eko, Johan, Mul), mas David (Lab.

Instel), mbak Dwik, mbak Ning terima kasih atas segala bantuannya.

11. Temenq Fuad (trims printnya,hslnya bgs,cepet wujudkan pak!), 3ono

(Trims dipinjamin CPU&printnya, pinjam film lg kpn?),Ahmad(smg

makin gemuk aj),Arifin(thanks timunnya),achi(jgn sk ngmbk&mksa2

ya&smg bahagia sm masnya),miyem(aku gak lupa lho tulis kamu&

thanks bntu brsh2),didik,Erik,Ustad,pandoyo(kan renang lg),Wahyu

(thanks dibantu angkat2alatnya),Eko w,Hany&Heny(kalian tetep kompak

aja),Ari (sudah dpt yg ke-11blm?),Budi (trims smua bntuannya, dah

agstus cpt slse ya),Agus (gmbrny bgs kok, kjr des yo), eny, mami, widya.

12. jupri atas kebersamaanya (patner penelitian) dan temen- temen Fisika

2001 (kemanapun kalian akan melangkah aku akan mengenang

kebersamaan kita

13. Faris (smg bahagia bersama saynya), dedy (jangan sk mrh2ya sm ”dia”)

14. Temen- temen adik angkatan 2002Oo, narso, usman, dkk, 2003 (yuly,

bambang, farika, dkk), 2004 (sari (thanks semangatnya&jng tmbh ndut

ya), hesti, ubay, ningsih(ftnya mn?),dkk). terima kasih atas kebersamaan

dan persahabatannya .

15. AD 3189 PS yang membuat aku tidak tahu tarif bus rumah-kampus.

16. Semua pihak yang telah membantu terselesainya karya ini.

Saya menyadari bahwa hasil karya ini kurang dari sempurna, maka

penulis mengharapkan saran dan kritik dari pembaca yang sifatnya membangun.

Pada akhirnya penulis berharap semoga hasil karya memberikan manfaat dan

berguna khususnya bagi Jurusan Fisika FMIPA UNS dan pembaca pada

umumnya.

Surakarta, 14 Juni 2006

AULIYA BURHANUDDIN

viii

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul.......................................................................................................... i

Lembar Pengesahan ................................................................................................ ii

Lembar Pernyataan Keaslian Skripsi ..................................................................... iii

Motto...................................................................................................................... iv

Persembahan ........................................................................................................... v

Kata Pengantar ....................................................................................................... vi

Daftar Isi...............................................................................................................viii

Daftar Gambar........................................................................................................ xi

Daftar Tabel Lampiran.........................................................................................xiii

Daftar Simbol ....................................................................................................... xiv

Abstract ................................................................................................................ xvi

Abstrak ................................................................................................................ xvii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ............................................................................................... 1

1.2. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 4

1.3. Perumusan Masalah .................................................................................... 4

1.4. Pembatasan Masalah ...................................................................................... 5

1.5. Manfaat Penelitian .................................................................................... 5

1.6. Sistematika penulisan ................................................................................. 6

BAB II DASAR TEORI

2.1.Energi matahari dan pemanfaatannya ............................................................... 7

2.2.Tinjauan perpindahan panas.............................................................................. 8

A Konduksi ..................................................................................................... 9

B Konveksi ..................................................................................................... 9

C Radiasi....................................................................................................... 11

2.3.Tinjauan mekanika fluida................................................................................ 12

ix

2.4.Posisi Matahari................................................................................................ 13

2.4.1. Persamaan untuk sudut zenit............................................................... 13

2.4.2. Intensitas radiasi pada bidang miring.................................................. 16

2.5.Macam-Macam Kolektor Panas Surya ........................................................... 18

2.5.1. Kolektor surya plat datar..................................................................... 18

2.5.2. Kolektor terkonsentrasi ....................................................................... 19

2.5.3. Kolektor tabung terevakuasi ............................................................... 21

2.5.4. Kolektor pasif...................................................................................... 22

2.6.Cara kerja kolektor termal............................................................................... 22

2.6.1. Proses perpindahan panas pada kolektor termal ................................. 22

1. Konduksi pada kolektor termal .................................................... 22

2. Konveksi pada kolektor termal..................................................... 23

A Konveksi alami antara kaca penutup ke atmosfer................... 23

B Konveksi antara plat penyerap dengan kaca transparan ......... 24

3. Radiasi pada kolektor termal ........................................................ 24

A Radiasi antara kaca transparan dengan lingkungan ................ 24

B Radiasi antara plat penyerap dengan kaca transparan............. 25

2.6.2. Kesetimbangan laju energi panas kolektor termal .............................. 26

1. Laju energi panas yang masuk ..................................................... 26

2. Laju energi panas yang hilang...................................................... 26

a Kerugian laju energi panas bagian atas (top loss)................... 26

b Kerugian laju energi panas bagian bawah (bottom loss) ........ 27

3. Laju energi panas yang digunakan ............................................... 27

2.6.3. Efisiensi kolektor termal ..................................................................... 27

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Pengambilan Data............................................................ 32

1. Tempat....................................................................................................... 32

2. Waktu ........................................................................................................ 32

3.2 Perancangan kolektor panas surya tipe datar .................................................. 32

1 Bahan ....................................................................................................... 32

2 Alat – alat .................................................................................................. 33

x

3 Teknik perancangan kolektor panas surya tipe datar ................................ 34

3.3 Metode pengujian kolektor surya plat datar.................................................... 35

1 Teknik pengambilan data .......................................................................... 35

3.4. Prosedur penelitian.......................................................................................... 37

3.5. Teknik analisa data.......................................................................................... 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Intensitas Radiasi Surya ............................................................................... 39

4.2 Temperatur kolektor surya ........................................................................... 41

4.3 Efisiensi kolektor surya................................................................................ 48

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 53

5.2 Saran............................................................................................................. 53

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 55

LAMPIRAN......................................................................................................... 57

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Viskositas fluida................................................................................ 13

Gambar 2.2 Sudut Zenit θz dan sudut azimut θA yang ditetapkan ........................ 14

Gambar 2.3 Posisi Matahari.................................................................................. 15

Gambar 2.4 Deklinasi Matahari, posisi dalam musim panas ................................ 15

Gambar 2.5 Radiasi Sorotan setiap jam pada permukaan miring

dan pengukuran I .................................................................................................. 17

Gambar 2.6 Penentuan cos θT .............................................................................. 17

Gambar 2.7 Skema kolektor surya plat datar ........................................................ 19

Gambar 2.8 Skema kolektor terkonsentrasi .......................................................... 19

Gambar 2.9 Berkas-berkas cahaya yang pararel terhadap sumbu utama cermin

cekung ................................................................................................................... 20

Gambar 2.10 Skema kolektor tabung terevakuasi................................................. 21

Gambar 2.11 Proses transfer energi panas pada kolektor ..................................... 25

Gambar 2.12 Tabel Hubungan Kerapatan Udara dengan Temperatur.................. 30

Gambar 2.13 Tabel Hubungan Kapasitas Panas dengan Temperatur .................. 30

Gambar 2.14 Tabel Hubungan Viskositas dinamik dengan Temperatur .............. 31

Gambar 3.1 Jenis alat-alat ukur yang digunakan pada Penelitian......................... 33

Gambar 3.2 Skema dan ukuran kolektor surya plat datar ..................................... 35

Gambar 4.1 Grafik Intensitas Matahari terhadap waktu ....................................... 39

Gambar 4.2 Grafik Intensitas Matahari pada variasi

sudut kemiringan kolektor..................................................................................... 40

Gambar 4.3 Grafik temperatur input-output pada jarak 3 cm............................... 42

Gambar 4.4 Grafik temperatur input-output pada jarak 9 cm............................... 42

Gambar 4.5 Grafik perbedaan temperatur input-output

pada jarak 3 cm dan 6 cm...................................................................................... 43


pada jarak 3 cm dan 9 cm ..................................................................................... 44


pada jarak 6 cm dan 9 cm...................................................................................... 44

xii


pada sudut 100 dan 200 .......................................................................................... 46


pada sudut 200 dan 300 .......................................................................................... 46


pada sudut 200 dan 400 .......................................................................................... 47

Gambar 4.11 Grafik efisiensi termal dengan jarak kaca penutup

dengan plat penyerap 3 cm dan 6 cm.................................................................... 48





Gambar 4.14 Grafik efisiensi termal dengan sudut 100 dan 200 ........................... 50



xiii

DAFTAR TABEL LAMPIRAN

A : Data percobaan................................................................................................ 57

B : Intensitas Radiasi Matahari pada Bidang Miring ............................................ 63

C : Perhitungan Efisiensi Termal dari Kolek0 tor surya ....................................... 68

D : Sifat Udara ...................................................................................................... 74

E : Foto Penelitian Kolektor Surya ....................................................................... 75

F : Contoh Perhitungan ......................................................................................... 78

xiv

DAFTAR SIMBOL

A : Luas penampang yang tegak lurus pada aliran panas (m2) b : Tinggi kolektor panas surya (m) Cp : Panas jenis udara (J/kg. K) d : Jarak regangan (m) Dh : Diameter hidrolik di : Diameter pipa (m) E : Laju perpindahan panas radiasi benda hitam (W) F : Gaya tekanan (N) Gsc : Konstanta matahari 1367 W/m2 h : Koefisien konveksi (W/m2.K) hc : Koefisien perpindahan panas secara konveksi (W/m2.K) Hpk : Koefisien konveksi transfer panas plat-kaca (W/m2.K) hw : Koefisien konveksi angin I : Intensitas radiasi terukur pada permukaan horizontal Ibn : Intensitas radiasi pada sudut masuk normal IbT : Intensitas radiasi pada permukaan miring k : Konduktivitas termal (W/mK) L : Panjang (m) m : Massa udara (kg) n : Hari dari tahun yang bersangkutan Nu : Bilangan Nusselt q : Laju perpindahan panas (W) qbl : Laju energi panas bagian bawah (bottom loss) (J/s) qc : Laju perpindahan secara konveksi (W) qi : Energi yang masuk (J/s) qL : Energi yang hilang (J/s) qr : Laju perpindahan panas secara radiasi (W/m2) qtl : Laju energi panas bagian atas (top loss) (J/s) qu : Energi yang dipakai (J/s) Re : Bilangan Reynolds T : Temperatur mutlak (K) t : Tebal insulator (m) T0 : Temperatur luar (K) T1 : Temperatur mutlak benda pertama (K) T2 : Temperatur mutlak benda kedua (K) Ta : Temperatur lingkungan (K) Tf : Temperatur fluida (K) Ti : Temperatur dalam (K) Tk : Temperatur permukaan kaca (K) Tp : Temperatur permukaan plat penyerap (K) Ts : Temperatur langit (K) tu : Waktu pergerakan udara (s)

xv

Tw : Temperatur dinding (K) v : Kecepatan rata-rata dari fluida (m/s) V : Volume udara (m3) w : Lebar kolektor panas surya (m) x : Panjang lintasan bidang datar (m)

dxdT : Gradien temperatur dalam arah aliran panas (-K/m) •

m : Laju aliran massa udara (kg/s) ρ : Massa jenis (kg/m3) σ : Konstanta Stefan Boltzmann 5,67x10-8 W/m2K4 ε : Emisivitas φ : Sudut lintang ω : Sudut jam (sudut pada bidang ekuatorial)

δ : Deklinasi (sudut antara bidang ekuator (khatulistiwa) dengan matahari)

β : Kemiringan kolektor τ : Transmisivitas kaca penutup α : Absorbsivitas plat penyerap η : Efisiensi ΥA : Sudut azimut µd : Viskositas dinamik (N/m2.s) µk : Viskositas kinematik (m2/s) εk : Emisivitas kaca εp : Emisivitas plat penyerap

ΥT : Sudut masuk (sudut antara arah sorotan pada sudut masuk normal)

∆T : Perbedaan temperatur Υz : Sudut zenit

xvi

ABSTRACT

FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR CHARACTERISTIC WITH SHUTTER GLASS DISTANCE VARIATION

AND COLLECTOR INCLINATION ANGLE

Oleh :


It has been done a research to determine the solar thermal collector efficiency of the flat plate collector. The testing of the collector was conducted on 30th November 2005, 1st, 3rd, 5th, 6th, 7th December 2005 with the variation of distance between one glass covers were varied from 3 cm, 6 cm, and 9 cm; and with inclination angle variation of collector from 100, 200, 300, and 400. Solar thermal collector absorb the radiant energy from the sun and convert it to heat between the bottom glass cover and absorbing plates in the collector. Parameters which influence on the collector performance include distance between plate collector with glass covers and the inclination angle. It was found that the difference between output - input temperature is the highest on a distance of 3 cm and inclination angle of 100. This is influenced that inclination angle 100 more close to zenith angle. The solar thermal collector efficiency is not a constant, The solar collector efficiency depends on solar radiation intensity, input-output temperatur difference and air flow. The smaller the inclination angle of solar collector, the higher the absorption radiation. If inclination angle of collector same with zenith angle, so the absorbtion radiation will maximum. Key word : flat plate solar collector, collector efficiency.

xvii

INTISARI

KARAKTERISTIK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR DENGAN VARIASI JARAK KACA PENUTUP DAN

SUDUT KEMIRINGAN KOLEKTOR

Oleh :


Telah dilakukan penelitian untuk menentukan efisiensi kolektor panas surya plat datar. Pengujian kolektor dilakukan pada tanggal 30 November 2005, 1, 3, 5, 6, 7 Desember 2005 dengan variasi jarak satu kaca penutup 3 cm, 6 cm, dan 9 cm; dan variasi sudut kemiringan kolektor 100, 200, 300, dan 400. Kolektor panas surya menyerap energi radiasi dari matahari dan mengkonversikan menjadi panas diantara kaca penutup bawah dan plat penyerap. Parameter yang berpengaruh pada unjuk kerja kolektor diantaranya jarak plat penyerap dengan kaca penutup dan sudut kemiringannya. Dari hasil penelitian ini menunjukkan bahwa perbedaan temperatur output - input lebih besar pada jarak 3 cm dan sudut 100, karena sudut 100 lebih mendekati sudut zenit dibanding sudut lainnya. Efisiensi kolektor panas surya bukanlah suatu konstanta. Efisiensi kolektor surya bergantung pada intensitas radiasi matahari, perbedaan temperatur input-output, dan aliran udara. Pada sudut kemiringan kolektor surya terkecil, menyerap radiasi terbesar. Jika sudut kemiringan kolektor sama dengan sudut zenit maka radiasi yang terserap akan maksimal. Kata kunci : Kolektor surya plat datar, Efisiensi kolektor.

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia beriklim tropis yang mempunyai temperatur lingkungan yang

relatif tinggi, kelembaban relatif, serta pada beberapa tempat mempunyai curah

hujan yang tinggi pula. Indonesia juga dikenal sebagai negara agraris yang

menghasilkan selain makanan pokok juga menghasilkan produk pertanian lainnya

seperti kakao, kopi, kopra, pala dan lain-lain. Komoditi tersebut kebanyakan harus

segera dikeringkan setelah dipanen, karena bila terlambat akan terjadi proses

pembusukan sehingga sangat merugikan.

Untuk mengeringkan dibutuhkan energi yang sangat besar. Petani

kebanyakan melakukan penjemuran di bawah teriknya sinar matahari. Cara ini

mengandung beberapa keuntungan dan kerugian. Temperatur lingkungan pada

waktu pengeringan secara langsung di bawah terik sinar matahari adalah sekitar

33° C, sedang temperatur untuk pengeringan untuk komoditi pertanian yang

optimal kebanyak-an berkisar 60-70°C. Jika digunakan udara pemanas

bertemperatur lingkungan atau lebih rendah dari temperatur pengeringan tersebut,

maka akan membutuhkan waktu yang lebih panjang. Untuk meningkatkan

temperatur lingkungan adalah dengan cara mengumpulkan udara dalam suatu

kolektor surya dan menghembuskannya ke komoditi (http://www.iptek.net.id).

Energi fosil khususnya minyak bumi merupakan sumber sumber energi

utama dan sumber devisa negara. Krisis BBM baru-baru ini menunjukkan bahwa

http://www.iptek.net.id

2

cadangan energi fosil yang dimiliki Indonesia terbatas jumlahnya. Fakta

menunjukkan konsumsi energi terus meningkat sejalan dengan laju pertumbuhan

ekonomi dan pertambahan penduduk. Terbatasnya sumber energi fosil

menyebabkan perlunya pengembangan energi terbarukan dan konservasi energi

yang disebut pengembangan energi hijau. Energi terbarukan adalah energi non-

fosil yang berasal dari alam dan dapat diperbaharui. Bila dikelola dengan baik,

sumber daya itu tidak akan habis (www.dw-world_de).

Pemanfaatan energi terbarukan sudah mulai banyak diketahui dan di

manfaatkan untuk berbagai keperluan, kususnya di tempat-tempat terpencil

dimana ketersedian sumber-sumber energi komersial (pada umumnya bahan bakar

minyak – BBM) masih langka dan “mahal”.

Indonesia, di satu pihak merupakan negara kepulauan sehingga

transportasi energi komersial akan tetap menjadi kendala bagi penyediaan energi

yang murah di tempat-tempat terpencil tersebut diatas. Di lain pihak, Indonesia

memiliki potensi sumber energi terbarukan yang cukup besar. Di masa

mendatang, potensi pengembangan sumber energi terbarukan mempunyai peluang

besar dan bersifat strategis mengingat sumber energi terbarukan merupakan

sumber energi bersih, ramah lingkungan, dan berkelanjutan.

Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di

Indonesia menunjukan bahwa radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan

berturut-turut untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi

penyinaran :

3

Kawasan Barat Indonesia (KBI) = 4.5 kWh/m2.hari, variasi bulanan sekitar 10%

Kawasan Timur Indonesia (KTI) = 5.1 kWh/m2.hari, variasi bulanan sekitar 9%

---------------------------------------------------------------------------------------------

Rata-rata Indonesia = 4.8 kWh/m2.hari, variasi bulanan sekitar 9%

Hal ini menunjukkan bahwa:

- radiasi surya tersedia hampir merata sepanjang tahun,

- kawasan timur Indonesia memiliki penyinaran yang lebih baik.

Energi surya dapat dimanfaatkan untuk penyediaan jasa energi melalui 2 macam

teknologi yaitu energi surya termal dan surya fotovoltaik.

Sistem pemanas udara dengan energi surya adalah merupakan

pemanfaatan energi radiasi matahari yang banyak digunakan orang. Salah satu

tahapan pengembangan sistem ini adalah untuk meningkatkan efisiensi kolektor.

Untuk itu diperlukan pengukuran parameter-parameter yang mempengaruhi

efisiensi termal kolektor, misalnya temperatur udara masuk dan temperatur udara

keluar dari kolektor, intensitas radiasi matahari, laju aliran udara melalui kolektor

dan temperatur udara sekitarnya (www.jbptitbpp-gdl-s2-1990-sibukginti-1745 -

Departemen Teknik Sipil ITB - GDL 4_0.htm).

Kolektor surya tersusun dari plat penyerap yang mempunyai konduktivitas

termal yang baik. Permukaannya bisa plat bergelombang atau datar. Selain plat

penyerap, kolektor surya juga tersusun atas isolator dan satu atau lebih penutup

tembus cahaya pada bagian atasnya biasanya yang digunakan adalah kaca. Dari

penelitian kolektor plat datar sebelumya bahwa Jenis kaca yang paling tepat

digunakan adalah kaca bening dengan tebal 3 mm (Ekadewi Anggraini Handoyo,

2002).

4

Pada penelitian kali ini akan menggunakan 2 buah kolektor dengan plat

penyerap datar dengan kaca bening 3 mm. Variasi yang dilakukan adalah

memvariasi jarak dan variasi sudut. Variasi jarak, yaitu 3 cm, 6 cm, dan 9 cm.

Variasi sudut, yaitu 100, 200, 300, dan 400. dengan menggunakan 2 buah kolektor

diharapkan dapat membandingkan setiap variasinya dalam satu waktu, sehingga

didapatkan jarak kaca dan sudut yang dapat menghasilkan perbedaan temperatur

masukan-keluaran dan efisiensi yang lebih tinggi.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk:

1. Merancang dan membuat kolektor surya dengan menggunakan plat datar

yang sederhana dan mengetahui pengaruh jarak kaca penutup terhadap

perbedaan temperatur input-output.

2. Mengetahui pengaruh sudut kemiringan kolektor terhadap perbedaan

temperatur input-output.

3. Mengetahui pengaruh jarak kaca penutup dan pengaruh sudut kemiringan

kolektor terhadap efisiensi kolektor.

1.3 Perumusan Masalah

Berdasarkan uraian diatas, rumusan masalah yang akan dipecahkan adalah:

1. Bagaimana perancangan dan pembuatan kolektor surya dengan

menggunakan plat datar yang sederhana dan bagaimana pengaruh jarak

kaca penutup terhadap perbedaan temperatur input-output?

5

2. Bagaimana pengaruh sudut kemiringan kolektor terhadap perbedaan

temperatur input-output?

3. Bagaimana pengaruh jarak kaca penutup dan pengaruh sudut kemiringan

kolektor terhadap efisiensi kolektor?

1.4 Pembatasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah perancangan dan pengujian

kolektor panas surya plat datar untuk pemanas udara, suhu keluaran yang

dihasilkan oleh kolektor, pada variasi jarak satu kaca penutup yaitu 3cm, 6cm, dan

9cm; dan menggunakan variasi sudut kemiringan kolektor surya sebesar 100, 200,

300, dan 400.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah:

1. Dapat menambah pengetahuan dalam perancangan dan pembuatan

kolektor surya plat datar.

2. Dapat digunakan untuk penelitian lebih lanjut dengan berbagai variasi

sehingga efisiensi yang paling baik akan didapatkan.

3. Dapat digunakan sebagai salah satu pemanfaatan sumber energi yang

ramah lingkungan dan tidak akan habis.

4. Dapat dikembangkan menjadi teknologi yang aplikatif bagi manusia.

6

1.6 Sistematika Penulisan

Sistem penulisan penelitian ini terdiri dari:

1. Bab Pertama, Pendahuluan, berisi tentang : latar belakang, tujuan

penelitian, rumusan masalah, pembatasan masalah, manfaat penelitian, dan

sistematika penulisan.

2. Bab Kedua, Tinjauan Pustaka, berisi tentang : energi dan pemanfaatanya,

tinjauan perpindahan panas, tinjauan mekanika fluida, posisi matahari,

macam-macam kolektor panas surya, dan cara kerja kolektor termal.

3. Bab ketiga, Metode Penelitian yang meliputi: tempat dan waktu

pengambilan data, perancangan kolektor surya plat datar, metode

pengujian kolektor surya plat datar, prosedur penelitian, dan teknik analisa

data.

4. Bab keempat, Hasil dan Pembahasan yang meliputi: intensitas radiasi

surya, temperatur kolektor surya, dan efisiensi kolektor surya.

5. Bab kelima, Penutup yang meliputi Kesimpulan dan Saran.

7

Bab II

DASAR TEORI

2.1. Energi matahari dan pemanfaatannya

Sebagai bintang yang paling dekat dari planet biru Bumi yang berjarak

sekitar 150 juta km, pancaran energi matahari mempengaruhi dinamika atmosfer

dan kehidupan di Bumi secara alami. Radiasi matahari yang terpancar dari

matahari dapat menembus ruang antar planet sehingga menyebabkan fluktuasi

kelimpahan dan komposisi kimia planet-planet dalam keluarga matahari. Energi

yang datang ke Bumi sebagian besar merupakan pancaran radiasi matahari. Energi

ini kemudian ditransformasikan menjadi bermacam-macam bentuk energi,

misalkan pemanasan permukaan Bumi, gerak dan pemanasan atmosfer,

fotosintesa tanaman dan reaksi fotokimia lainnya ( http://www.as.itb.ac.id).

Matahari yang setiap hari memancarkan sinarnya ke bumi dan juga ke

planet-planet lain yang ada pada tatasurya, adalah sumber kehidupan bagi semua

makhluk hidup yang ada di bumi ini. Pemancaran energi matahari yang sampai ke

bumi telah berlangsung terus menerus sejak kurang lebih 5.000.000.000 tahun

yang lalu (http://www.elektroindonesia.com)

Menggunakan energi pada dasarnya memanfaatkan efek perpindahan

energi. Ada dua jenis perpindahan energi, yakni kerja (work) dan perpindahan

panas (heat transfer). Kerja dipicu oleh perbedaan potensi mekanik atau elektrik,

dan perpindahan panas dipicu oleh perbedaan temperatur. Bila dicermati, maka

sumber-sumber energi yang umum digunakan manusia bisa digolongkan

http://www.as.itb.ac.id

http://www.elektroindonesia.com

8

berdasarkan bentuk energinya, misalnya bentuk energi angin adalah kinetik,

bentuk energi air adalah potensial, dan bentuk energi matahari adalah internal.

Energi angin dan air berpindah melalui kerja, sedangkan energi matahari

berpindah melalui perpindahan panas. Bahan bakar fosil (minyak, gas, dan

batubara) yang saat ini merupakan energi dominan di dunia juga tergolong dalam

bentuk energi internal.

Dalam pemilihan sumber energi, setidaknya terdapat empat parameter

penting yang patut diperhatikan, yakni: jumlah/cadangan energi, kerapatan energi

(energy density [energi per volume sumber energi]), kemudahan penyimpanan

energi, dan kemudahan perubahan/perpindahan energi. Bila kemudian faktor

lingkungan juga diperhitungkan, maka efek pencemaran lingkungan juga menjadi

parameter penting bagi sebuah sumber energi. Energi (sinar) matahari paling

unggul di sisi jumlah/cadangan energi dan faktor lingkungan, namun masih

bermasalah dalam hal kerapatan energi. Diperlukan riset yang lebih dalam untuk

menghasilkan alat konversi energi sinar matahari dengan efisiensi tinggi

(www.beritaiptek.com).

2.2. Tinjauan perpindahan panas

Sebagai suatu gambaran mengenai tiga cara perpindahan panas dalam

sebuah alat pemanas cairan surya, panas mengalir secara konduktif sepanjang

pelat penyerap dan melalui dinding saluran. Kemudian panas dipindahkan ke

fluida dalam saluran dengan cara konveksi, apabila sirkulasi dilakukan dengan

sebuah pompa, maka disebut konveksi paksa. Pelat penyerap yang panas itu

http://www.beritaiptek.com

9

melepaskan panas ke pelat penutup kaca (umumnya menutupi kolektor) dengan

cara konveksi alamiah dan dengan cara radiasi. Prinsip perpindahan panas terdiri

dari tiga cara:

A. Konduksi

Panas mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke

daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas konduksi dapat

dinyatakan dengan hukum Fourier sebagai berikut (Jasjfi,1995):

−=

dxdTkAq (2.1)

Dimana q adalah laju perpindahan panas, W; k adalah konduktivitas termal,

W/(m.K); A adalah luas penampang yang tegak lurus pada aliran panas m2 dan

dT/dx adalah gradien temperatur dalam arah aliran panas, -K/m.

B. Konveksi

Udara yang mengalir di atas suatu permukaan logam pada sebuah alat

pemanas udara surya, dipanasi secara konveksi. Apabila aliran udara disebabkan

oleh sebuah blower, kita menyebutnya sebagai konveksi paksa; dan apabila

disebabkan oleh gradien massa jenis, maka disebut konveksi alamiah.

Pada umumnya, laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan

persamaan sebagai berikut (Jasjfi, 1995):

)( fw TThAq −= (2.2)

di mana q adalah laju perpindahan panas, W; h adalah koefisien konveksi,

W/(m2.K); A adalah luas permukaan, m2; wT adalah temperatur dinding; dan fT

adalah temperatur fluida, K. Umumnya koefisien konveksi h dinyatakan dengan

10

parameter tanpa dimensi yang disebut bilangan Nusselt (Arismunandar, 1985).

Koefisien konveksi pada bidang datar sepanjang x dapat dinyatakan

(Prijono, 1986 ) :

x

kNh uc = (2.3)

dimana ch adalah koefisien perpindahan panas secara konveksi (W/m2.K), k

adalah konduktivitas termal (W/m.K) dan x adalah panjang lintasan bidang datar,

uN adalah bilangan nusselt.

Untuk pemanas surya yang bekerja dalam daerah bilangan Reynolds antara

2000 sampai 10000, Shewen dan Holland telah menganjurkan nilai bilangan

Nusselt sebesar (Arismunandar, 1985):

uN = 0,00269. Re (2.4)

Bilangan Reynold di atas 2000 untuk aliran turbulen, dan di bawah 2000 untuk

aliran laminer. Bilangan Reynold dapat dirumuskan (Arismunandar, 1985):

µ

ρie

vdR = (2.5)

Dimana eR adalah bilangan Reynold, v adalah kecepatan rata - rata dari

fluida (m/s), id adalah diameter pipa (m), ρ adalah massa jenis (kg/m3), µ adalah

viskositas dinamik (kg/m.s).

Untuk saluran tidak berpenampang lingkaran, seperti pemanas udara surya

dengan penampang lintang yang lebar dan sempit, diameter pipa dapat diganti

dengan diameter hidrolik. Untuk saluran segi empat panjang dengan b kecil

dibanding dengan w (b<<w). Dengan w adalah lebar kolektor panas surya dan b

11

adalah tinggi kolektor surya atau jarak plat ke kaca penutup diatasnya

(Arismunandar, 1985).

bbw

bwDh 222

4≈

+= (2.6)

Jadi diameter hidrolik adalah dua kali jarak b antara plat-plat. Untuk bilangan

Reynolds di bawah 2000, aliran adalah laminer, dalam lapisan, dan

menggambarkan jenis aliran yang terdapat di dalam pipa pemanas cairan surya.

Untuk pemanas udara surya dengan aliran turbulen, bilangan Reynolds biasanya

berkisar antara 2000 dan 10000. Dimana aliran laminer adalah suatu aliran yang

terjadi atas lapisan – lapisan (lamina) yang bergerak terhadap satu sama lain,

seperti dalam aliran bergaris alir. Sedangkan aliran turbulen adalah aliran yang

kecepatan alirnya di titik–titik yang tetap letaknya berginjal (fluktuatif) dengan

waktu secara hampir acak, gerak alirannya pada dasarnya bergolak, dimana laju

perpindahan momentum dan massa cukup besar dibandingkan dengan laju

perpindahan momentum dan massa pada aliran laminer.

C. Radiasi

Perpindahan panas dari radiasi total benda hitam yang sempurna sebanding

dengan pangkat empat dari temperatur benda tersebut. Ini merupakan hukum

Stefan-Boltzman sehingga dapat dituliskan sebagai berikut (Beiser, 1981) :

4ATE σ= (2.7)

Dimana σ adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang besarnya

81067.5 −× W/m2.K4, A adalah luas penampang benda (m2), T adalah temperatur

mutlak benda (K).

12

Laju perpindahan panas radiasi termal antara dua bahan ideal (benda

hitam) dinyatakan (Arismunandar, 1985):

)( 42

41 TTAqr −= σ (2.8)

Dimana rq adalah laju perpindahan panas secara radiasi (Watt/m2), σ adalah

konstanta Stefan-Boltzman yang besarnya 81067.5 −× W/m2.K4, A adalah luas

penampang permukaan benda (m2), 1T adalah temperatur mutlak benda pertama

(K) dan 2T adalah temperatur mutlak benda benda kedua (K).

2.3. Tinjauan mekanika fluida

Viskositas

Viskositas merupakan sifat yang menentukan karakteristik fluida yaitu

ukuran tahanan fluida terhadap tegangan geser. Viskositas dinamik didefinisikan

sebagai perbandingan antara tegangan geser dan laju regangan geser. Untuk

distribusi kecepatan linear, seperti terlihat dalam Gambar 2.1, maka viskositas

dinamik dapat dirumuskan (Arismunandar, 1985):

d

VA

F=µ (2.9)

dan satuannya adalah [Newtons/m2]/[m/(s.m)] = N/m2.s = Pa.s atau pascal detik.

Untuk 1N = 1 kg.m/s2. Viskositas kinematik adalah

ρ

µµ d

k = (2.10)

satuan dari viskositas kinematik adalah [(N/m2.s)/(kg/m3 )].

13

Plat dengan luas A bergerak

F dengan kecepatan V

d

Gambar 2.1 Viskositas fluida

2.4. Posisi Matahari

Untuk menghitung komponen langsung dari pemasukan radiasi surya pada

sebuah permukaan miring dari data radiasi pada sebuah permukaan horisontal,

posisi matahari pada tiap saat harus diketahui.

2.4.1 Persamaan untuk sudut Zenit

Dari gambar 2.2 sudut zenit Өz diperlihatkan sebagai sudut antara zenit z,

atau garis lurus diatas kepala, dan garis pandang ke matahari. Pengamat P kini

ditempatkan dalam gambar 2.3, dengan sudut ZP (matahari) sebagai sudut zenit

Өz, dan garis lintang (latitude) dari P sama dengan φ .

V

14

Sudutzenit

W

P

N

S

E

Z

θZ

θA

Permukaan horisontal

Sudut azimut

Gambar 2.2 Sudut Zenit θz dan sudut azimut θA yang ditetapkan

Diketahui NP sama dengan φ−090 . Apabila sebuah garis ditarik dari pusat bumi,

O, ke matahari, maka garis ini memotong permukaan bumi di Q. sudut δ antara

bidang datar ekuator (khatulistiwa) dan OQ (matahari) disebut deklinasi (Gambar

2.4).

Dengan sudut POQ yang juga sama dengan Өz, maka busur PQ juga sama

dengan Өz. sudut PNQ sama dengan ω pada bidang ekuatorial, disebut sudut jam.

Karena bumi berputar mengelilingi sumbunya satu kali setiap 24 jam, maka sudut

jam ω sama dengan 150 per jam. Sudut ini dapat didefinisikan sebagai sebuah

sudut yang harus dikelilingi bumi untuk membawa pengamat P langsung di bawah

matahari. Persamaan untuk sudut zenit dapat dirumuskan (Arismunandar, 1985):

ωφδφδθ coscoscossinsincos +=z (2.11)

Desklinasi δ , yaitu sudut yang dibentuk oleh matahari dengan bidang

ekuator, ternyata berubah sebagai akibat kemiringan bumi, dari +23,450 musim

15

panas (21 Juni) ke-23,450 di musim dingin (21 Desember). Lihat gambar 2.3 dan

Gambar 2.4.

Gambar 2.3 Posisi Matahari

Gambar 2.4 Deklinasi Matahari, posisi dalam musim panas

Harga deklinasi pada tiap saat dapat diperkirakan dengan dari persamaan

berikut ini (Arismunandar, 1985):

−

×=365

284360sin45,23 nδ (2.12)

di mana n adalah hari dari tahun yang bersangkutan.

16

Sudut jam ω dari definisi di atas, adalah sama dengan nol pada tengah hari

surya (solar noon), negatif untuk pagi hari dan positif untuk sore hari.

2.4.2 Intensitas Radiasi pada bidang miring

Radiasi pada suatu permukaan miring biasanya dihitung. Dalam bagian ini

dipertimbangkan metode untuk menghitung komponen radiasi pada suatu

permukaan miring, yaitu komponen sorotan IbT.

Komponen sorotan IbT diperoleh dengan mengubah radiasi sorotan pada

permukaan horizontal menjadi masuk normal dengan mengunakan sudut zenit,

dan kemudian mendapatkan komponen pada permukaan miring dengan

menggunakan sudut masuk.

Intensitas radiasi langsung atau sorotan per jam pada sudut masuk normal

Ibn, dari Gambar 2.5 adalah (Arismunandar, 1985):

z

bnIIθcos

= (2.13)

di mana I adalah radiasi sorotan pada suatu permukaan horizontal dan cos θz

adalah sudut zenit yang ditentukan dari pers (2.11). Dengan demikian, untuk

semua permukaan yang dimiringkan dengan sudut β terhadap bidang horizontal

(Gambar 2.5), intensitas dari komponen sorotan adalah:

z

TTbnbT III

θθ

θcoscos

cos == (2.14)

di mana θT disebut sudut masuk, dan didefinisikan sebagai sudut antara arah

sorotan pada sudut masuk normal dan arah komponen tegak lurus (900) pada

permukaan bidang miring.

17

Apabila permukaan dimiringkan dengan suatu sudut β terhadap horizontal,

maka hal itu adalah sama dengan apabila bumi diputar dengan arah jarum jam

sebesar sudut β, dan permukaannya tetap berada pada kedudukan yang sama,

Gambar 2.6. Hubungan untuk θz untuk garis lintang φ - β kemudian dapat

digunakan untuk permukaan yang dimiringkan pada garis lintang φ. Karena garis

lintang ditentukan dari bidang ekuator, yaitu bahwa permukaan itu dimiringkan ke

selatan bagi hemisfer bagian utara.

Gambar 2.5 Radiasi Sorotan setiap jam pada permukaan miring dan pengukuran I

Gambar 2.6 Penentuan cos θT

18

Maka persamaan untuk sudut θT, yaitu sudut masuk, adalah

( ) ( ) ωβφδβφδθ coscoscossinsincos −+−=T (2.15)

Dari pers. (2.14), (2.11), dan (2.15), radiasi sorotan IbT pada permukaan miring

selanjutnya dapat dihitung dari radiasi sorotan (terukur) I pada sebuah permukaan

horizontal (Arismunandar, 1985).

( ) ( )ωφδφδ

ωβφδβφδcoscoscossinsin

coscoscossinsin+

−+−= IIbT (2.16)

2.5. Macam - macam kolektor panas surya

2.5.1 Kolektor surya plat datar

Kolektor surya plat datar merupakan jenis kolektor yang banyak dipakai

dan banyak digunakan untuk pemanas air surya dan pemanas udara surya.

Kolektor surya plat datar terdiri dari plat penyerap yang mempunyai konduktivitas

termal baik yang berhubungan dengan pipa – pipa (saluran) yang mengalirkan

cairan pada sistem pemanas air, penutup transparan dan insulasi. Energi radiasi

yang datang ditransmisikan melalui penutup transparan dan diubah menjadi panas

oleh plat penyerap dimana di bagian dasar plat penyerap diberi insulasi. Skema

kolektor surya plat datar dapat ditunjukkan pada gambar 2.7 :

19

Gambar 2.7 Skema kolektor surya plat datar

2.5.2 Kolektor terkonsentrasi

Kolektor ini mempunyai sistem pencerminan yang lebih besar untuk

memfokuskan berkas radiasi sinar matahari pada pipa – pipa yang mengalirkan

fluida. Cermin – cermin berfungsi sebagai reflektor dan dihubungkan dengan

sistem mekanik, sehingga dapat mengikuti pergerakan matahari sepanjang hari.

Kolektor ini mampu menghasilkan panas yang lebih besar daripada kolektor plat

datar tetapi kolektor ini sangat mahal dan sangat rumit untuk digunakan. Skema

kolektor terkonsentrasi dapat ditunjukkan pada gambar 2.8 :

Gambar 2.8 Skema kolektor terkonsentrasi

20

Pada kolektor terkonsentrasi tedapat cermin cekung. Untuk matahari yang

berjarak takhingga maka berkas cahaya yang mencapai cermin cekung akan tepat

pararel. Untuk membentuk bayangan yang tajam, berkas-berkas itu harus menuju

ke satu titik. Jika cermin tersebut kecil dibandingkan dengan radius

kelengkungannya, sehinga berkas yangterpantul hanya membentuk sudut kecil

pada saat terpantul, maka berkas tersebut akan saling menyilang pada titik yang

hampir sama atau fokus, seperti pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Berkas-berkas cahaya yang pararel terhadap sumbu utama cermin cekung

Berkas-berkas cahaya yang pararel terhadap sumbu utama cermin cekung

akan terfokus pada F, yang disebut titik fokus, selama cermin memiliki lebar yang

kecil dibandingkan dengan radius kelengkungannya (r). Jarak dari F ke pusat

cermin adalah panjang FA, disebut panjang fokus (f), dari cermin tersebut. Cara

lain untuk mendefinisikan titik fokus adalah dengan mengatakan bahwa titik ini

merupakan titik bayangan dari suatu benda yang jauh tak terhingga sepanjang

sumbu utama. Radiasi sinar matahari yang datang ke cermin cekung akan

dipantulkan ke titik fokus F (Giancoli, 1998).

21

Pada kolektor ini jika medium dalam pipa yang dipanaskan adalah air,

maka air dingin setelah melewati kolektor ini akan menjadi panas. Air panas yang

didapatkan disimpan dalam suatu sistem penyimpanan panas yang cukup dengan

dindingnya dibuat dari bahan isolator, sehingga dapat digunakan pada malam hari

atau pada hari-hari mendung. Karena dengan menggunakan kolektor

terkonsentrasi maka air di dalam pipa dapat melebihi suhu didih air, maka uap air

dapat dipakai untuk memutar turbin (Culp, 1991).

2.5.3 Kolektor tabung terevakuasi

Kolektor ini tersusun dari tabung – tabung kaca yang terevakuasi. Setiap

tabung terdiri dari plat penyerap tipis yang melekat pada pipa didalam tabung

kaca. Keadaan vakum didalam tabung kaca mencegah kehilangan panas dan

temperatur air yang dapat dihasilkan oleh kolektor ini diatas 100 0 C. Air panas

yang dihasilkan dapat digunakan untuk proses industri. Skema kolektor tabung

terevakuasi dapat ditunjukan pada gambar 2.10 :

Gambar 2.10 Skema kolektor tabung terevakuasi

22

2.5.4 Kolektor pasif

Kolektor pasif menyerap radiasi matahari dan mengubahnya menjadi

energi panas secara alamiah. Energi yang dipindahkan secara konduksi, konveksi,

radiasi, dan perpindahan panas secara transport alami tanpa mengunakan kipas.

Kolektor pasif ini digunakan untuk pemanas ruangan. Contohnya adalah

penyimpan panas berupa dinding kaca atau bahan lain yang dapat menyerap dan

menyimpan panas. Permukaan luar dinding ini dipanas oleh matahari, kemudian

panas tersebut secara perlahan dipindahkan melalui dinding kepermukaan dalam,

dan dikonveksikan juga diradiasikan ke ruangan dalam yang akan dipanaskan

(Arismunandar, 1985).

2.6. Cara kerja kolektor termal

2.6.1 Proses perpindahan panas pada kolektor termal

Perpindahan panas kolektor termal energi surya terdiri dari tiga proses

yaitu: konduksi, konveksi, dan radiasi.

1 Konduksi pada kolektor termal

Proses konduksi panas kolektor termal energi surya terjadi pada kaca

transparan dan plat penyerap. Karena nilai konduktivitas bahan plat penyerap

lebih tinggi dibanding konduktivitas bahan kaca transparan maka temperatur plat

penyerap selalu lebih tinggi daripada temperatur kaca penyerap.

Konduksi pada plat penyerap akan dilanjutkan menuju isolator yang

terletak di lapisan bawah plat penyerap. Laju perpindahan panas melalui proses

konduksi pada saluran pemanas udara surya dengan lebar w (m), tinggi b (m),

23

tebal insulator t (m), panjang L (m), temperatur luar 0T (K), dan temperatur dalam

iT (K). Laju perpindahan panas dari kolektor panas surya plat datar akan

sebanding dengan besarnya konduktivitas bahan penyerap, luasan plat penyerap

dan arah dari laju perpindahan panas akan menuju ke insulator dibawahnya.

Pemberian bahan insulator untuk memperkecil laju perpindahan panas. Sehingga

pemilihan bahan insulator harus bahan yang mempunyai konduktivitas yang

sangat kecil.

2 Konveksi pada kolektor termal

Proses perpindahan panas secara konveksi pada kolektor surya plat datar

dengan satu kaca penutup terjadi pada dua tempat, yaitu antara kaca transparan

dengan atmosfer dan antara plat penyerap dengan kaca transparan.

A Konveksi alami antara kaca penutup ke atmosfer

Harga wh koefisien konveksi angin (Wiranto Arismunandar, 1985)

dinyatakan dengan :

8,37,5 +=wh v (2.17)

Dimana wh adalah koefisien konveksi angin (W/(m2.K))

v adalah kecepatan angin (m/s).

Laju perpindahan panas secara konveksi antara kaca transparan dengan

atmosfer dinyatakan :

)( skwc TTAhq −= (2.18)

24

Di mana cq adalah laju perpindahan secara konveksi (Watt), A adalah luas

permukaan (m2), kT temperatur permukaan kaca (K) dan sT temperatur langit

(K).

B .Konveksi antara plat penyerap dengan kaca transparan

Laju perpindahan panas melalui proses konveksi antara plat penyerap

dengan kaca transparan dinyatakan dengan persamaan :

)( kppkc TTAhq −= (2.19)

dimana pkh adalah koefisien konveksi transfer panas plat-kaca (W/m2.K), A

adalah luas permukaan (m2), pT temperatur permukaan plat penyerap (K) dan kT

temperatur permukaan kaca (K).

3 Radiasi pada kolektor termal

Proses radiasi pada kolektor termal energi surya juga terjadi di dua tempat,

yaitu antara kaca transparan dengan lingkungan dan antara plat penyerap dengan

kaca transparan.

A. Radiasi antara kaca transparan dengan lingkungan

Laju perpindahan panas melalui proses radiasi antara kaca transparan

dengan lingkungan dapat dinyatakan dalam persamaan :

)(.. 44akkr TTAq −= εσ (2.20)

dimana rq adalah laju perpindahan panas secara radiasi (Watt), A luas permukaan

kaca (m2), εk emisivitas kaca, kT temperatur mutlak permukaan kaca (K) dan aT

adalah temperatur mutlak lingkungan (K).

25

B. Radiasi antara plat penyerap dengan kaca transparan

Laju perpindahan panas secara radiasi antara plat penyerap dengan kaca

transparan dapat dinyatakan dengan persamaan:

1

).(.11

44

−+

−=

kp

kpr

TTAq

εε

σ (2.21)

Dimana rq adalah laju perpindahan panas secara radiasi (Watt), A adalah luas

penampang permukaan plat (m2), σ adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang

besarnya 81067.5 −× W/m2.K4, pT adalah temperatur mutlak plat (K), kT adalah

temperatur permukaan kaca (K), kp danεε adalah emisivitas plat penyerap dan

emisivitas kaca. Dimana emisivitas sendiri adalah kemampuan suatu benda untuk

memancarkan suatu bentuk energi.

Pada proses transfer panas kolektor panas surya dapat dilihat pada gambar 2.10.

Radiasi matahari

Konveksi dan RadiasiDari kaca ke lingkungan

Insulator Plat PenyerapKonveksi dan radiasiAntara kaca pertama dan plat penyerap

Konveksi dan radiasiAntara kaca pertama dan kaca kedua

Konduksi melalui insulator

Kaca penutup

Refleksi

Tarnsmisi

Gambar 2.11 Proses transfer energi panas pada kolektor

26

2.6.2 Kesetimbangan laju energi panas kolektor termal

Kesetimbangan laju energi panas pada kolektor termal dapat dinyatakan

dengan persamaan :

liu qqq −= (2.22)

Dimana uq adalah energi yang dipakai (J/s), iq adalah energi yang masuk (J/s)

dan Lq adalah energi yang hilang (J/s). 1 Laju energi panas yang masuk, qi

Laju energi panas yang masuk pada kolektor termal energi surya (J/s)

dipengaruhi oleh IbT jumlah intensitas radiasi matahari pada permukaan miring

(watt/m2), Ap luas plat penyerap kolektor termal (m2), dan hasil kali transmivisitas

kaca penutup-absorbsivitas plat penyerap (τ.α). dinyatakan dengan persamaan :

)..(. ατbTpi IAq = (2.23)

2 Laju energi panas yang hilang, ql

Tidak semua energi panas yang masuk dapat dipakai seluruhnya sebab ada

faktor kerugian panas pada kolektor termal. Kerugian panas ini terjadi pada

bagian atas kolektor panas surya yang disebut kerugian panas bagian atas dan

pada bagian bawah kolektor panas surya disebut kerugian panas bagian bawah.

Dimana jumlah dari kedua kerugian panas merupakan kerugian panas total.

a. Kerugian laju energi panas bagian atas (top loss) qtl

Panas yang hilang dari bagian atas plat penyerap disebabkan oleh konveksi

alam dan radiasi dari permukaan plat penyerap ke permukaan bagian dalam kaca

transparan. Panas tersebut lalu dikonduksi oleh kaca transparan menuju

27

permukaan bagian luarnya, yang selanjutnya dipindahkan ke atmosfer secara

konveksi dan radiasi.

b. Kerugian laju energi panas bagian bawah (bottom loss) qbl

Proses kehilangan panas pada bagian bawah dari plat penyerap yang

menuju ke lingkungan sebanding dengan konduksi yang melewati insulator dan

juga dipengaruhi oleh konveksi, radiasi dari insulator ke lingkungan. Pada

keadaan setimbang, panas yang hilang dari plat penyerap menuju insulator akan

sebanding dengan panas yang hilang dari insulator menuju ke lingkungan.

3. Laju energi panas yang digunakan

Laju energi panas yang keluar dari kolektor termal energi surya dapat

dinyatakan dalam persamaan (Duffie dan Beckman, 1991):

qu = •

m .Cp.(T0 – T1) (2.24)

Dimana qu adalah laju energi panas yang keluar (J/s), •

m adalah laju aliran massa

udara dalam saluran kolektor termal (kg/s), Cp adalah panas jenis udara (J/kg.K),

T0 adalah temperatur udara yang keluar dari kolektor termal (K), dan Tl adalah

temperatur udara yang masuk kolektor termal (K).

2.6.3 Efisiensi kolektor termal, η

Definisi dari efisiensi kolektor panas surya yaitu perbandingan antara

energi yang digunakan dengan jumlah energi surya yang diterima pada waktu

tertentu. Parameter-parameter yang menentukan efisiensi termal adalah IbT

intensitas radiasi yang datang ke permukaan kolektor panas surya (W/m2), pA

28

luas permukaan kolektor panas surya (m2), faktor hasil kali transmisivitas dan

absobsivitas (τα ), laju aliran massa udara •

m , temperatur masuk menuju kedalam

kolektor iT , dan besarnya temperatur yang keluar meninggalkan kolektor panas

surya 0T , GT adalah besarnya intensitas radiasi yang masuk dan diserap oleh plat

penyerap pada kolektor panas surya (W/m2), uq adalah laju perpindahan panas

kolektor panas surya (joule/s) .

Energi radiasi yang mengenai bahan mengalami beberapa proses dimana

sebagian energinya dipantulkan, sebagian lagi diserap, dan sebagian lagi

diteruskan. Dimana fraksi yang dipantulkan disebut fraksi refleksivitas ( )ρ , fraksi

yang diserap disebut fraksi absorbsivitas ( )α , dan fraksi yang diteruskan disebut

fraksi transmisivitas ( )τ . Perbandingan antara fluks yang diserap oleh plat

penyerap dengan fluks yang mengenai kaca penutup merupakan hasil kali

transmisivitas dengan absorbsivitas. Berkas radiasi matahari yang mengenai

permukaan kolektor panas surya ditunjukan oleh faktor ( )τα . Faktor ini

merupakan hasil kali transmisivitas dan absorbsivitas. Kita dapat mengasumsikan

bahwa kaca penutup tidak menyerap radiasi matahari sehingga semua radiasi

matahari dapat diteruskan ke plat penyerap. Tapi bila untuk menghitung reduksi

laju panas yang hilang karena penyerapan radiasi oleh kaca penutup sangat kecil

dibandingkan yang diserap plat penyerap. maka efisiensi kolektor panas surya

dapat dinyatakan (Duffie dan Beckman, 1991):

Tp

u

GAq

=η (2.25)

29

bTp

ip

IATTCm

)()( 0

ταη

−=

•

(2.26)

Laju aliran massa udara merupakan jumlah massa udara yang mengalir tiap satuan

waktu dan dapat dinyatakan sebagai berikut :

uu t

Vtmm ρ

==•

(2.27)

Dengan m adalah massa udara (kg), ut adalah waktu pergerakan udara dari ujung

satu ke ujung yang lain dari kolektor panas surya (s), V adalah volume udara yang

mengalir dari ujung satu ke ujung lain dari kolektor panas surya (m3) dan ρ

kerapatan udara (Kg/m3).

Massa udara yang bergerak dipengaruhi oleh kerapatan udara pada saat itu.

Harga kerapatan udara berbanding terbalik dengan temperatur. Dimana harga

temperatur input pada suatu penelitian tentu tidak semuanya akan sama dengan

harga temperatur input pada grafik sehingga harga kerapatan udara dapat dicari

dengan persamaan garis sebagai berikut :

y = -0,0022 x + 1,2009 (2.28)

dimana y adalah harga kerapatan udara yang dicari (kg/m3) dan x adalah

temperatur udara yang diukur ( 0C).

30

y = -0,0022x + 1,2009

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

0 50 100 150 200 250 300 350

Temperatur (oC)

Ker

apat

an u

dara

(kg/

m3 )

Gambar 2.12 Tabel Hubungan Kerapatan Udara dengan Temperatur

(Jensen dalam Wiranto Arismunandar, 1985).

Kapasitas panas dinyatakan dengan C merupakan jumlah panas yang

diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar C01 , dan mempunyai kesebandingan

dengan temperatur maka persamaan garis lurus dapat ditulis berdasarkan grafik :

y = 0,1309x + 1000,7

980

1000

1020

1040

1060

0 50 100 150 200 250 300 350

Temperatur(oC)

Kapa

sita

s Pa

nas

Udar

a

(J/(k

g.o C)

Gambar 2.13 Tabel Hubungan Kapasitas Panas dengan Temperatur


y = 0,1309 x + 1000,7 (2.29)

dimana y adalah harga kapasitas panas (J/kg0C) dan x adalah nilai temperatur (0C).

31

y = 0,004x + 1,7545

1,7

1,9

2,1

2,3

2,5

2,7

2,9

3,1

0 50 100 150 200 250 300 350

Temperatur (0C)

Vis

kosi

ta D

inam

ik(P

a.s)

1X10

-5

Gambar 2.14 Tabel Hubungan Viskositas dinamik dengan Temperatur


7545,1004.0 += xy (2.30)

dimana y adalah harga Viskositas dinamik (Pa.s) dan x adalah temperatur (0C)

32

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Pengambilan Data

1 Tempat

Pengujian daya kerja (performance) dilakukan di halaman Belakang

Laboratorium Pusat UNS Surakarta yang berada pada geografis 110 45’ 15’’- 110

45’ 35’’ BT dan 7 36’- 7 56’ LS (www.surakarta.go.id).

2 Waktu

Sedangkan waktu pengujian kolektor dari pukul 10:00 sampai dengan pukul

14:00 selama 8 hari dari tanggal 30 Novembar 2005 sampai 7 Desember 2005.

3.2 Perancangan Kolektor Surya Plat Datar

1 Bahan

a Triplek dengan ukuran 90 cm x 120 cm dan tebal 5 mm.

b Kaca bening dengan ukuran 90 cm x 120 cm dan tebal 3 mm.

c Glasswoll dan sabut kelapa sesuai luasan dari plat penyerap dan kaca

penutup.

d Plat penyerap dengan ukuran 90 cm x 120 cm dari bahan seng.

e Lis kayu dengan berbagai ukuran.

f Paku dan bahan perekat.

g Dudukan tempat untuk sudut β.

h Pilok atau cat warna hitam.

http://www.surakarta.go.id

33

2 Alat-alat

a Termokopel dengan :

• Tipe K (range -200 C0 sampai 1370 C0 )

• Tipe J (range -200 C0 sampai 980 C0 )

• Tipe T (range -250 C0 sampai 400 C0 )

b Anemometer testo

c Digital Thermometer

d Light Meter Model Li- 250 No Sri LMA - 2706

e Sensor pyranometer No seri PY – 46415

1 2 3 4 5 6 7

Gambar 3.1 Jenis alat-alat ukur yang digunakan pada Penelitian

34

Keterangan Gambar :

1. Rotari switch

2. Stop watch

3. Digital Thermometer

4. Light Meter Model Li- 250 No Sri LMA - 2706

5. Anemometer

6. Kabel penghubung termokopel

7. Sensor pyranometer N0 seri PY-46415

3 Teknik Pembuatan Kolektor Surya Plat Datar

a Pembuatan kotak kolektor dari bahan triplek dengan ukuran 90 cm x 120

cm dengan dudukan kaca pada bagian dalam kolektor dengan 2 dudukan

kaca yang sejajar .

b Meletakkan glasswoll pada dasar atau bagian bawah dari kolektor.

c Memotong plat penyerap dengan ukuran 90 cm x 120 cm dan meletakkan

di atas insulator (glasswoll dan sabut kelapa).

d Pemotongan kaca dengan ukuran 90 cm x 120 cm sebanyak dua buah dan

meletakkan pada dudukan di dalam kolektor .

e Mengulang langkah di atas (a sampai d) sehingga menghasilkan 2 buah

kolektor surya plat datar.

f Secara skema gambar dan ukuran kolektor terlihat pada gambar 3.2.

35

90 cm

120 cm

9 cm

10 cm

3 cm

Isolator Plat Seng Penyerap

3 cm

Kaca

Gambar 3.2 Skema dan ukuran kolektor surya plat datar

3.3 Metode Pengujian Kolektor Surya Plat Datar

1 Teknik Pengambilan Data

a Pengambilan data dilakukan dengan menempatkan kolektor di bawah sinar

matahari.

b Kolektor dimiringkan dengan sudut tetap 200.

c Memasang rangkaian untuk mengukur temperatur udara masuk ke

kolektor, temperatur udara keluar dari kolektor, temperatur plat penyerap,

dan temperatur kaca penutup.

36

d Intensitas radiasi diukur dengan sensor pyranometer yang dihubungkan ke

Light-Meter.

e Mencatat hasil pengukuran pada tiap interval waktu setiap 15 menit.

f Memvariasikan jarak kaca dengan plat kolektor dengan jarak 3 cm, 6 cm,

dan 9 cm.

g Mengisi titik-titik data yang ada pada tabel 3.1 dan tabel 3.2.

h Menganalisa grafik antara efisiensi dengan perbedaan temperatur.

i Mengulangi langkah di atas (langkah a, c-e, dan h-i), dengan

memvariasikan sudut kemiringan kolektor dengan sudut 100, 200, 300, dan

400 yang dilakukan pada jarak kaca penutup dengan plat penyerap tetap

sebesar 3 cm.

Tabel 3.1. Tabel Pengambilan Data

Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

Tabel 3.2. Tabel perhitungan efisiensi kolektor surya plat datar dengan ∆t = 15 menit. T1

( 0c) ρ

(kg/m3)

0m

(kg/s)

Cp (J/kg

0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

1

2

3

dst

37

3.4 Prosedur Penelitian

Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian Kolektor Termal Tipe

Datar Plat Datar ini adalah :

Perancangan Kolektor Termal

Pembuatan Kolektor Termal

Analisa Grafik

Variasi β Variasi jarak kaca penutup

Plot Grafik Ir, Tp, Tk, Ti, To

Plot Grafik η - ∆T

Perhitungan Efisiensi Termal

Pengujian Kolektor Termal

Kesimpulan

38

3.5 Teknik Analisa Data

Pada proses analisa data kita akan menguji efisiensi dari kolektor panas

surya plat datar dan plat gelombang dengan memanfaatkan radiasi matahari.

Mengetahui hubungan Intensitas radiasi terhadap temperatur. Dengan

memvariasikan jarak kaca penutup dengan plat dan memvariasikan sudut β, maka

akan diketahui jarak paling optimum dari ketiga variasi jarak kaca dan sudut β

paling optimum dari keempat variasi β yang dilakukan. Pengujian kolektor panas

surya dilakukan mulai jam 10.00 – 14.00 WIB.

39

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Intensitas Radiasi Surya

a. Intensitas matahari pada bidang datar

Pengukuran intensitas radiasi matahari dapat dilihat pada Gambar 4.1.

0

200

400

600

800

1000

1200

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam pengamatan

Inte

nsita

s m

atah

ari (

W/m

2)

I Radiasi

Gambar 4.1 Grafik Intensitas Matahari terhadap waktu

Dari Gambar 4.1, dapat kita lihat bahwa pengambilan data dilakukan dari

pukul 10.00 sampai dengan 14.00. intensitas sebaran yang terlihat tidak teratur.

Intensitas matahari yang seharusnya pada pukul 10.00 sampai dengan 12.00 akan

naik dan pada pukul 12.00 sampai dengan 14.00 akan turun tidak semuanya

terjadi, sehingga terlihat bahwa intensitas yang terjadi sangat fluktuatif. Hal ini

dapat terlihat dari kenaikan dan penurunan intensitas yang cukup tajam. Fluktuatif

40

yang terjadi tersebut disebabkan karena kondisi cuaca yang berubah yang

disebabkan adanya gumpalan awan dan mendung tebal yang menghalangi radiasi

matahari sampai ke bumi.

b. Intensitas matahari pada variasi sudut

Hasil pengukuran intensitas radiasi matahari pada bidang miring dengan

variasi sudut kemiringan kolektor pada Gambar 4.2.

5 Desember 2005

0

200

400

600

800

1000

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam Pengamatan

Inte

nsita

s m

atah

ari

(W/m

2 )

sudut 10sudut 20

6 Desember 2005

0

200

400

600

800

1000

1200

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam pengamatan

Inte

nsita

s M

atah

ari (

W/m

2)

sudut 20sudut 30

7 Desember 2005

0

200

400

600

800

1000

1200

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam pengamatan

Inte

nsita

s m

atah

ari

(W/m

2) sudut 20sudut 40

Gambar 4.2 Grafik Intensitas Matahari pada variasi sudut kemiringan kolektor

Dari Gambar 4.2, pengambilan data dilakukan dari pukul 10.00 sampai

dengan 14.00 juga memperlihatkan intensitas matahari yang fluktuatif. Hal ini

disebabkan kondisi cuaca yang tidak menentu yang disebabkan adanya gumpalan

awan dan mendung tebal yang menghalangi radiasi matahari sampai ke bumi.

Dari grafik dapat kita lihat bahwa besar intensitas yang masuk ke kolektor dengan

41

variasi sudut per hari besarnya berbeda. Jika kita bandingkan variasi sudutnya

perhari, maka kita dapatkan data tanggal 5 desember 2005 intensitas yang masuk

ke kolektor dengan sudut 100 besarnya agak lebih tinggi sedikit dibandingkan

sudut 200. Hal ini karena kemiringan kolektor pada sudut 100 mendekati sudut

zenit dibandingkan dengan sudut 200. Pada tanggal 6 desembar 2005 intensitas

dengan sudut 200 besarnya lebih tinggi dibandingkan sudut 300. Hal ini karena

kemiringan kolektor pada sudut 200 mendekati sudut zenit dibandingkan dengan

sudut 300. Sedangkan pada tanggal 7 desember 2005 intensitas dengan sudut 200

besarnya lebih tinggi dibandingkan sudut 400. Hal ini karena kemiringan kolektor

pada sudut 200 mendekati sudut zenit dibandingkan sudut 400. Karena sudut zenit

permukaan kolektor adalah 14,80. Sehingga dapat kita ketahui bahwa intensitas

matahari yang masuk ke kolektor akan maksimum jika permukaan kolektor tegak

lurus dengan posisi matahari. Dari grafik dapat dilihat bahwa variasi sudut akan

mempengaruhi besar intensitas yang masuk ke kolektor dan besar intensitas

matahari setiap hari tidak sama karena perubahan posisi matahari.

4.2 Temperatur Kolektor Surya

a. Temperatur kolektor pada variasi jarak kaca penutup

Hasil pengukuran temperatur masukan dan temperatur keluaran pada

penelitian yang dilakukan pada tanggal 1 Desember 2005 dengan jarak 3 cm dan 9

cm dapat dilihat pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4.

42

Data 1 Desember 2005Jarak 3 cm

010203040506070

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam Pengamatan

Tem

pera

tur (

0 C)

T inT out

Gambar 4.3 Grafik temperatur dengan jam pengamatan pada jarak 3 cm

Data 1 Desember 2005Jarak 9 cm

0102030405060

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam Pengamatan

Tem

pera

tur (

0 C)

T inT out

Gambar 4.4 Grafik temperatur dengan jam pengamatan pada jarak 9 cm

Pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 dapat kita lihat bahwa besar temperatur

keluarannya lebih besar dari temperatur masukannya. Pada jarak plat 3 cm

perbedaan nilai temperatur masukan dan keluaran terbesar mencapai 23,1 0C dan

perbedaan terkecil 9,9 0C. Temperatur keluaran tertinggi mencapai 63,8 0C pada

pukul 11.45 dan temperatur masukan mencapai 41,7 0C pada pukul 12.45. Pada

43

jarak plat 9 cm perbedaan nilai masukan dan keluaran terbesar mencapai 13 0C

dan perbedaan terkecil 0,4 0C. Temperatur keluaran tertinggi mencapai 51,2 0C

pada pukul 11.45 dan temperatur masukan mencapai 42,6 0C pada pukul 11.45.

b. Perbedaan Temperatur kolektor pada variasi jarak kaca penutup

Hasil temperatur pada kolektor surya dapat dilihat pada grafik perbedaan

temperatur masuknya (Tin) dan temperatur keluarnya (Tout) terhadap jam

pengamatan. Grafik perbedaan temperatur input-output dengan jam pengamatan

pada variasi jarak kaca penutup dapat dilihat pada Gambar 4.5, Gambar 4.6, dan

Gambar 4.7.

30 November 2005

0

5

10

15

20

25

30

10.00 10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 14.00

Jam pengamatan

Perb

edaa

n te

mpe

ratu

rin

put-

outp

ut (0 C

)

3 cm6 cm

Gambar 4.5 Grafik perbedaan temperatur input-output pada jarak 3 cm dan 6 cm

44

1 Desember 2005

0

5

10

15

20

25

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam Pengamatan

Perb

edaa

n te

mpe

ratu

r

inpu

t-out

put (

0 C)

3 cm9 cm


3 Desember 2005

02468

1012141618

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam pengamatan

Perb

edaa

n te

mpe

ratu

r inp

ut-

outp

ut (0 C

)

6 cm9 cm


Pada Gambar 4.5, Gambar 4.6, dan Gambar 4.7 dapat kita lihat bahwa

pada tanggal 30 November 2005, perbedaan temperatur pada jarak kaca 3 cm

hasilnya lebih tinggi dari jarak kaca 6 cm. Tetapi ada 2 data yang hasilnya

kebalikannya, hal ini karena adanya perubahan aliran yang bergerak di sekitar

kolektor. Pada tanggal 1 Desember 2005, perbedaan temperatur pada jarak kaca 3

cm hasilnya lebih tinggi dari jarak kaca 9 cm. Hal ini karena pada jarak kaca 9 cm

panas yang hilang ke lingkungan semakin besar. Sehingga penyerapan panas pada

45

plat berkurang. sedangkan pada tanggal 3 Desember 2005, perbedaan temperatur

pada jarak kaca 6 cm hasilnya sebagian besar lebih tinggi dari jarak kaca 9 cm.

Pada jarak kaca 9 cm banyak panas yang hilang ke lingkungan. Tetapi ada

beberapa keadaan dimana besarnya berkebalikan, hal ini dikarenakan adanya

perbedaan aliran udara yang bergerak di sekitar kolektor.

Pada Gambar 4.3 terlihat bahwa pada pukul 10.30 dan pukul 11.30

perbedaan temperatur pada jarak 3 cm naik tetapi pada jarak 6 cm turun.Pada

Gambar 4.5 terlihat bahwa pada pukul 11.30 perbedaan temperatur pada jarak 6

cm naik tetapi pada jarak 9 cm turun. Hal ini karena penelitian ini menggunakan 2

buah kolektor dengan 1 buah sensor pyranometer dan 6 buah termokopel.

Sedangkan pada penelitian yang akan kita ambil 5 buah titik intensitas radiasi

matahari (Intensitas matahari pada bidang datar dan untuk menghitung

absorbsivitas kaca) dan 8 buah titik temperatur (temperatur input, temperatur

output, temperatur kaca, dan temperatur plat). Untuk mengambil data intensitas

matahari, temperatur, dan aliran udara tidak bisa dilakukan secara bersamaan

karena kekurangan alat penelitian. Sehingga ketika kita mengambil intensitas

yang lain terjadi penurunan intensitas yang cepat tetapi penurunan temperatur

tidak secepat penurunan intensitas matahari. Pada gambar 4.5 terlihat bahwa

pukul 11.15 pada jarak 6 cm didapatkan data penelitian, sedangkan pada jarak 9

cm data yang didapatkan tidak valid.

Dari hasil pengukuran dapat disimpulkan bahwa variasi jarak kaca

berpengaruh terhadap perbedaan temperatur kolektor. Dimana perbedaan

temperatur akan maksimum pada jarak kaca kecil. Hal ini dikarenakan sedikit

46

energi panas yang hilang ke lingkungan dan sedikit volume udara yang

dipanaskan.

c. Temperatur kolektor pada variasi sudut kemiringan kolektor surya

Hasil temperatur pada kolektor surya dapat dilihat pada grafik perbedaan

temperatur masuknya (Tin) dan temperatur keluarnya (Tout) terhadap jam

pengamatan. Grafik perbedaan temperatur dengan jam pengamatan pada variasi

sudut kemiringan kolektor dapat dilihat pada Gambar 4.8, Gambar 4.9, dan

Gambar 4.10.

5 Desember 2005

-5

0

5

10

15

20

25

30

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam pengamatan

Perb

edaa

n te

mpe

ratu

r

inpu

t-out

put (

0 C)

sudut 10sudut 20

Gambar 4.8 Grafik perbedaan temperatur input-output pada sudut 100 dan 200

6 Desember 2005

0

5

10

15

20

25

30

35

40

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam pengamatan

Perb

edaa

n te

mpe

ratu

r

inpu

t-out

put (

0 C)

sudut 20sudut 30

Gambar 4.9 Grafik perbedaan temperatur input-output pada sudut 200 dan 300

47

7 Desember 2005

0

5

10

15

20

25

30

35

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Jam pengamatan

Perb

edaa

n te

mpe

ratu

r

inpu

t-out

put (

0 C)

sudut 20sudut 40

Gambar 4.10 Grafik perbedaan temperatur input-output pada sudut 20 0 dan 400


pada tanggal 5 Desember 2005, besar perbedaan temperaturnya pada sudut 100

ada yang lebih besar dari perbedaan temperatur pada sudut 200, tetapi ada yang

kebalikannya. Hal ini karena perbedaan temperatur akan maksimal jika

kemiringan kolektor sesuai dengan sudut zenit. Pada penelitian ini sudut zenit dari

permukaan kolektor sebesar 14,80. Pada 6 Desember 2005, besar perbedaan

temperatur pada sudut 200 lebih besar dari pada sudut 300. Hal ini karena sudut

200 mendekati sudut zenit dibandingkan sudut 300. Pada 7 Desember 2005, besar

perbedaan temperatur pada sudut 200 sebagian besar hasilnya lebih tinggi

dibandingkan perbedaan temperatur pada sudut 400. hal ini karena sudut 200 lebih

mendekati sudut zenit dibandingkan sudut 400. Tetapi pada grafik terlihat adanya

beberapa nilai pada sudut 200 yang hasilnya lebih kecil dibandingkan sudut 400,

hal ini disebabkan adanya aliran udara balik. Hal ini juga yang dapat

mengakibatkan basar temperatur masukan menjadi lebih besar dari temperatur

keluarannya.

48

Pada gambar 4.6 pada pukul 11.15 dengan variasi sudut 200 terlihat bahwa

hasilnya negatif, hal ini karena adanya aliran udara balik yang bergerak ke dalam

kolektor.

Dari hasil di atas dapat disimpulkan bahwa variasi sudut berpengaruh

terhadap perbedaan temperatur kolektor. Dimana perbedaan temperatur akan

maksimum jika permukaan kolektor tegak lurus dengan posisi matahari.

4.3 Efisiensi Kolektor Surya

a. Efisiensi kolektor surya pada variasi jarak kaca

Hasil efisiensi pada kolektor surya dapat dilihat pada grafik efisiensi

kolektor surya terhadap perbedaan temperatur masuknya (Tin) dan temperatur

keluarnya (Tout). Grafik efisiensi kolektor surya dengan perbedaan temperatur

pada variasi jarak kaca penutup kolektor dapat dilihat pada Gambar 4.11, Gambar

4.12, dan Gambar 4.13.

30 November 2005

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

perbedaan temperatur input-output ( 0C)

efis

iens

i ter

mal

(%)

3 cm6 cm

Gambar 4.11 Grafik efisiensi termal dengan jarak kaca penutup dengan plat penyerap 3 cm

dan 6 cm

49

1 Desember 2005

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26perbedaan temperatur input-output ( 0C)

efis

iens

i ter

mal

(%)

3 cm9 cm


dan 9 cm

3 Desember 2005

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18


efis

iens

i ter

mal

(%)

6 cm9 cm


dan 9 cm


pada tanggal 30 November 2005, efisiensi termal tertinggi pada jarak kaca 3 cm

mencapai 72,82 % dan terendah 33,05 %. Sedangkan pada jarak kaca 6 cm

efisiensi termal tertinggi mencapai 97,59 % dan terendah 23,65 %.

Pada tanggal 1 Desember 2005, efisiensi termal tertinggi pada jarak kaca 3

cm mencapai 81,58 % dan terendah 29,22 %. Sedangkan pada jarak kaca 9 cm


50

Pada tanggal 3 Desember 2005, efisiensi termal tertinggi pada jarak kaca 6

cm mencapai 82,48 % dan terendah 28,47 %. Sedangkan pada jarak kaca 9 cm


Sehingga dapat dikatakan bahwa hasil perhitungan efisiensi termal dari

kolektor surya dalam penelitian ini bukanlah suatu konstanta melainkan sebuah

karakteristik dengan variabel yang tergantung dari intensitas matahari, temperatur

masukan, temperatur keluaran, dan aliran udara. Dimana intensitas matahari yang

diterima kolektor tidak fluktuatif, aliran udara yang laminer, dan perbedaan

temperatur masukan dan keluaran maksimum. Perbedaan temperatur akan

maksimum pada jarak kaca kecil.

b. Efisiensi kolektor surya pada variasi sudut kemiringan

Hasil efisiensi pada kolektor surya dapat dilihat pada grafik efisiensi

kolektor surya terhadap perbedaan temperatur masuknya (Tin) dan temperatur

keluarnya (Tout). Grafik efisiensi kolektor surya dengan perbedaan temperatur

pada variasi sudut kemiringan kolektor dapat dilihat pada Gambar 4.14, Gambar

4.15, dan Gambar 4.16.

5 Desember 2005

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30


efis

iens

i ter

mal

(%) sudut 10

sudut 20

Gambar 4.14 Grafik efisiensi termal dengan sudut 10 0 dan 200

51

6 Desember 2005

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38


efis

iens

i ter

mal

(%)

sudut 20sudut 30


7 Desember 2005

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 4 8 12 16 20 24 28 32

Perbedaan temperatur input-output ( 0C)

efis

iens

i ter

mal

(%)

sudut 20sudut 40


Pada Gambar 4.14, Gambar 4.15, dan Gambar 4.16 dapat dilihat bahwa

pada tanggal 5 desember 2005, efisiensi termal tertinggi pada sudut 100 mencapai

94,46 % dan terendah 31,26 %. Sedangkan pada sudut 200 efisiensi termal

tertinggi mencapai 93,04 % dan terendah 35,23 %.

Pada tanggal 6 desember 2005, efisiensi termal tertinggi pada sudut 200

mencapai 99,23 % dan terendah 20,92 %. Sedangkan pada sudut 300 efisiensi

termal tertinggi mencapai 97,53 % dan terendah 22,64 %.

52

Pada tanggal 7 desember 2005, efisiensi termal tertinggi pada sudut 200

mencapai 96,29 % dan terendah 18,10 %. Sedangkan pada sudut 400 efisiensi

termal tertinggi mencapai 96,43 % dan terendah 28,5 %.

Sehingga dapat dikatakan bahwa hasil perhitungan efisiensi termal dari

kolektor surya dalam penelitian ini bukanlah suatu konstanta melainkan sebuah

karakteristik dengan variabel yang tergantung dari intensitas matahari, temperatur

masukan, temperatur keluaran, dan aliran udara. Dimana intensitas matahari yang

diterima kolektor tidak fluktuatif dan permukaan kolektor tegak lurus dengan

posisi matahari, aliran udara yang laminer, dan perbedaan temperatur masukan

dan keluaran maksimum. Perbedaan temperatur akan maksimum jika permukaan

kolektor tegak lurus dengan posisi matahari.

53

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian, didapatkan kesimpulan sebagai berikut :

1. Pada ketiga variasi jarak plat penyerap dengan kaca transparan,

didapatkan nilai perbedaan temperatur input-output tertinggi pada jarak 3

cm dan terendah pada jarak 9 cm, dan plat penyerap akan menyerap

radiasi matahari secara maksimal jika posisi plat tersebut tegak lurus

dengan arah datang radiasi matahari.

2. Kemiringan kolektor surya semakin mendekati sudut zenit maka

perbedaan temperatur input-output semakin besar.

3. Efisiensi kolektor termal bergantung dari intensitas matahari, temperatur

masukan, temperatur keluaran, dan aliran udara.

5.2. Saran

1. Menggunakan sensor temperatur yang mencukupi pada setiap titik

temperatur yang dapat di hitung secara bersamaan.

2. Perlu dilakukan uji-coba kolektor thermal di ruang tertutup untuk

mengetahui pengaruh aliran udara yang terkontrol.

3. Mengganti plat datar dengan plat gelombang dan menggunakan plat

dengan nilai absorbsivitas tinggi.

4. Mengganti insulator dengan menggunakan serbuk gergaji.

54

5. Menggunakan batu-batuan dan tempat penyimpanan air yang dilapisi

insulator sebagai medium untuk penyimpanan panas.

6. Pengukuran kecepatan aliran udara dengan menggunakan alat standar

internasional.

55

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2005: web site: www.surakarta.go.id, tanggal 21 November 2005.

Anonim, 2006: Hubungan Matahari dan Bumi, Web site: http://www.as.itb.ac.id/

~dhani/Ole_AnginMatahari.htm, tanggal 10 Februari 2006.

Anonim, 2006: Sumber Energi Terbarukan Untuk Antisipasi Krisis BBM ?, web

site: WWW.DW-WORLD_DE - Sumber Energi Terbarukan Untuk

Antisipasi Krisis BBM.htm, 5 Februari 2006.

Arko Prijono, 1986: Prinsip- prinsip perpindahan panas, PT Saksama, Jakarta.

Beiser, A. , 1995: Concept of Modern Physics, 5th edition, Mc Grow Hill, New

York.

Culp Jr, A. W, 1991, Prinsip-prinsip Konversi Energi, Penerbit Erlangga,

Jakarta.

Duffie, J.A. dan Beckman, W.A. , 1991: Solar Engineering of Thermal Processes,

John Willey and Sons Inc, Wisconsin

E. Jasjfi, 1995: Perpindahan kalor, Erlangga,Jakarta.

Ekadewi Anggraini Handoyo, 2002: Jurnal Teknik Mesin Universitas PETRA,

Surabaya.

Giancoli, D.C., 1998, Fisika edisi kelima (Terjemahan Yuhilza Hanum), Erlangga,

Jakarta.

Mawardi Silaban, 2005: PENGUJIAN ALAT PENGERING ENERGI MATAHARI

UNTUK KOMODITAS PERTANIAN SKALA PILOT PLANT, web site:

http://www.iptek.net.id/ind/terapan/cocoa_idx.php?doc=a15, tanggal 23

Novembar 2005.

http://www.surakarta.go.id

http://www.as.itb.ac.id/

http://www.iptek.net.id/ind/terapan/cocoa_idx.php?doc=a15

56

Sibuk Ginting, 2006: KAJI EKSPERIMENTAL BERBAGAI KOLEKTOR UDARA

SURYA DENGAN BANTUAN DATA AKUSISI, Web site:

www.jbptitbpp-gdl-s2-1990-sibukginti-1745 - Departemen Teknik Sipil

ITB - GDL 4_0.htm, tanggal 5 Februari 2006.

Wiranto Arismunandar, 1985: Teknologi Rekayasa Surya, edisi pertama, PT

Pradnya Paramita, Jakarta.

Wisnu Arya Wardhana, 2006: Reaksi Termonuklir sebagai Sumber Energi

Matahari, web site: (http://www.elektroindonesia.com/elektro/ener31.

html) , tanggal 10 Februari 2006.

Yuli Setyo Indartono, 2006: PERSPEKTIF, web site: www.BERITA IPTEK

ONLINE - PERSPEKTIF Sumber Energi.htm, tanggal 10 Februari

2006.

http://www.elektroindonesia.com/elektro/ener31

57

LAMPIRAN

A. Data Penelitian

Lampiran 1 Data penelitian pada tanggal 30 November 2005 dengan lebar saluran udara 3

cm.

Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 787.9 40.8 61.3 61.8 56.1 0.51 0.876 10.15 818.8 44.5 64.9 62.4 58.3 0.48 0.804 10.30 1105.3 48.5 76.1 75.4 57.2 0.39 0.856 10.45 1210.7 49.5 71.8 60.9 61.5 0.36 0.821 11.00 1192.9 57.8 75.4 89.7 88.3 0.80 0.819 11.15 1292.3 40.8 61.6 66.4 70.3 0.31 0.829 11.30 1220.7 43.5 64.5 58.5 56.6 0.70 0.835 11.45 1247.5 53.3 77.6 79.1 81.4 0.80 0.816 12.00 1085.7 53.1 72.9 45.7 47.6 0.52 0.843 12.15 1321.4 45.1 61.2 37.3 44.2 0.57 0.798 12.30 878.5 43.4 59.2 40.5 43.5 0.50 0.803 12.45 480.73 38.3 48.0 37.2 38.5 0.26 0.761 13.00 268.84 35.9 40.3 33.9 32.5 0.19 0.755

σ rata - rata = 0.817.

Lampiran 2 Data penelitian pada tanggal 30 November 2005 dengan lebar saluran udara 6

cm.

Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.15 818.8 39.8 53.8 75.9 41.1 0.53 0.835 10.30 1105.3 49.8 57.7 88.4 71.8 0.36 0.835 10.45 1210.7 43.9 59.3 52.7 54.5 0.38 0.828 11.00 1192.9 54.7 69.0 56.4 51.8 0.70 0.824 11.30 1220.7 56.4 61.7 53.6 53.3 0.80 0.816 11.45 1247.5 50.9 68.1 51.7 46.5 0.41 0.866 12.00 1085.7 45.2 63.3 55.2 46.1 0.57 0.790 12.15 1321.4 39.3 53.2 47.1 44.6 0.51 0.753 12.45 480.73 37.5 43.1 38.2 38.1 0.25 0.760 13.00 268.84 35.5 37.9 34.8 32.7 0.20 0.575


58

Lampiran 3 Data penelitian pada tanggal 1 Desember 2005 dengan lebar saluran udara 3

cm.

Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 981.1 32.1 42.6 47.6 36.6 0.74 0.813 10.15 1073.6 34.9 48.8 72.3 41.7 0.66 0.801 10.30 1087.2 38.5 54.4 90.6 48.1 0.43 0.836 10.45 1040.4 35.5 51.8 76.1 46.2 0.47 0.734 11.00 1221.6 34.7 47.3 64.6 43.9 0.52 0.781 11.15 593.2 34.5 44.4 62.7 41.4 0.24 0.759 11.30 565.0 36.9 53.3 75.0 45.6 0.48 0.815 11.45 1022.9 40.7 63.8 92.4 51.6 0.34 0.843 12.15 1261.9 32.6 48.3 48.5 35.1 0.25 0.870 12.30 1149.4 37.7 59.5 79.7 42.6 0.51 0.976 12.45 1020.4 41.7 62.6 82.5 46.5 0.53 0.640 13.00 656.8 35.2 47.6 65.0 38.2 0.51 0.790



cm.

Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 981.1 32.2 34.8 46.4 35.5 0.50 0.841 10.15 1073.6 36.5 41.1 69.3 39.8 0.85 0.793 10.30 1087.2 38.1 45.7 86.3 45.8 0.58 0.810 10.45 1040.4 35.0 40.7 73.3 44.3 0.43 0.725 11.00 1221.6 35.9 40.5 60.7 41.8 0.28 0.772 11.15 593.2 36.3 37.5 61.1 39.9 0.26 0.828 11.30 565.0 39.0 42.1 68.9 43.1 0.45 0.782 11.45 1022.9 42.6 51.2 86.2 48.8 0.47 0.631 12.00 311.6 36.7 37.1 55.9 41.9 0.88 0.724 12.15 1261.9 33.6 37.6 47.5 34.6 0.45 0.724 12.30 1149.4 38.1 51.1 73.1 40.5 0.59 0.807 12.45 1020.4 40.3 49.7 76.1 42.8 0.45 0.799 13.00 656.8 34.4 38.6 59.3 37.3 0.92 0.825


59


cm.

Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 843.2 31.8 37.5 49.2 35.7 0.34 0.840 10.15 555.7 35.9 42.6 64.5 44.2 0.33 0.778 10.45 921.2 36.1 45.2 51.6 45.3 0.33 0.749 11.00 823.5 38.7 45.9 69.9 46.9 0.82 0.804 11.15 1166.1 41.4 56.7 85.6 54.3 0.59 0.842 11.30 995.7 39.7 52.3 88.8 56.6 0.30 0.855 11.45 950.6 35.5 45.5 65.3 47.2 0.28 0.760 12.00 879.6 36.6 43.1 55.0 41.2 0.30 0.772 12.15 833.3 36.8 43.5 56.8 41.5 0.29 0.782 12.30 835.3 34.5 41.9 53.2 39.9 0.71 0.818 12.45 975.5 35.5 41.0 51.5 40.1 0.82 0.749 13.00 808.8 36.5 45.6 55.8 43.7 0.69 0.881 13.15 579.1 36.4 44.7 67.6 45.7 0.53 0.797 13.30 986.9 36.9 48.9 64.2 45.1 0.25 0.815 13.45 1255.2 39.8 55.6 92.6 53.4 0.53 0.696 14.00 761.1 35.1 42.8 63.9 45.4 0.58 0.782



cm.

Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 843.2 33.0 36.3 48.1 35.1 0.47 0.789 10.30 543.6 37.1 41.8 55.4 41.1 0.66 0.759 10.45 921.2 36.4 43.1 51.1 43.3 0.45 0.729 11.00 823.5 37.7 44.2 67.3 44.8 0.88 0.685 11.30 995.7 44.5 47.1 84.4 53.4 0.52 0.725 11.45 950.6 36.1 43.9 62.1 44.4 0.30 0.763 12.00 879.6 37.9 42.3 58.0 42.8 0.38 0.770 12.15 833.3 37.1 42.6 55.1 40.1 0.41 0.690 12.30 835.3 34.8 42.2 51.4 39.1 0.40 0.732 12.45 975.5 35.2 40.6 50.1 39.4 0.60 0.716

σ rata - rata = 0,739.

60

Lampiran 7 Data penelitian pada tanggal 5 Desember 2005 dengan sudut 100

Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 678.8 15.8 23.0 15.0 11.0 0.51 0.756 10.15 804.9 19.7 37.0 26.7 12.5 0.49 0.650 10.45 464.23 35.8 41.3 41.3 35.4 0.35 0.641 11.00 433.2 33.9 44.9 41.9 35.3 0.43 0.753 11.15 226.6 35.1 41.1 41.6 35.8 0.34 0.754 11.45 243.3 35.5 43.6 41.3 34.5 0.24 0.776 12.00 286.6 35.4 44.4 44.1 34.8 0.17 0.778 12.15 342.2 33.9 44.3 48.0 35.5 0.28 0.758 12.30 705.7 38.2 47.1 50.0 38.9 0.30 0.716 12.45 1005.7 46.7 69.2 68.6 49.2 0.45 0.764 13.00 810.8 44.5 72.1 64.3 50.2 0.34 0.737 13.15 760.2 44.0 56.4 60.5 47.0 0.31 0.745 13.30 619.1 40.1 57.9 58.2 44.5 0.26 0.778 14.00 440.29 35.8 44.4 43.1 36.4 0.31 0.698



Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 678.8 17.3 25.0 23.1 19.8 0.50 0.807 10.15 804.9 17.4 33.2 35.3 23.0 0.21 0.630 10.45 464.23 34.2 44.1 42.7 36.3 0.42 0.736 11.00 433.2 33.0 43.5 46.4 44.1 0.19 0.753 11.15 226.6 32.6 30.9 41.3 36.5 0.23 0.806 11.45 243.3 34.8 42.5 41.2 34.8 0.35 0.763 12.15 342.2 33.2 43.6 48.9 36.0 0.36 0.782 12.30 705.7 36.1 47.1 49.6 39.1 0.44 0.773 12.45 1005.7 42.7 70.1 69.7 50.9 0.55 0.801 13.15 760.2 39.6 62.7 60.8 49.6 0.35 0.777 14.00 440.29 34.7 45.7 44.7 38.2 0.20 0.822


61


Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 856.3 26.6 32.6 38.8 30.2 0.26 0.755 10.15 1025.4 33.5 57.7 50.9 38.3 0.49 0.803 11.00 984.3 39.2 70.2 69.0 50.5 0.61 0.802 11.15 1026.7 41.4 76.1 85.1 39.2 0.62 0.804 11.30 1015.6 41.7 76.9 73.3 54.9 0.62 0.809 11.45 1249.9 36.4 67.1 60.9 50.4 0.46 0.713 12.15 529.6 32.1 50.3 45.5 37.7 0.36 0.708 13.30 441.8 32.9 46.5 48.3 38.7 0.40 0.755 13.45 812.8 34.4 54.5 71.9 44.8 0.37 0.768 14.00 1011.8 36.7 63.8 91.7 54.9 0.59 0.792

σ rata - rata = 0.790 .


Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 856.3 27.1 32.7 38.3 29.6 0.44 0.775 10.15 1025.4 33.5 51.1 51.8 37.3 0.60 0.828 10.45 836.4 36.8 61.2 59.4 43.4 0.59 0.806 11.00 984.3 38.2 62.2 67.3 46.8 0.67 0.828 11.15 1026.7 38.5 69.1 83.3 39.2 0.82 1.058 11.30 1015.6 38.9 67.5 70.2 52.2 0.89 0.816 11.45 1249.9 34.9 57.6 48.7 43.1 0.64 0.778 12.00 493.6 35.1 44.9 45.1 37.1 0.27 0.774 12.15 529.6 34.1 42.9 43.9 35.3 0.26 0.672 12.30 368.8 34.4 42.5 45.6 36.3 0.35 0.807 12.45 336.1 35.0 43.9 44.2 36.5 0.36 0.831 13.00 348.6 34.6 42.6 46.3 36.0 0.35 0.684 13.15 310.1 34.1 41.2 45.1 35.5 0.33 0.742 13.30 441.8 35.5 44.0 44.6 37.0 0.40 0.738 13.45 812.8 35.9 51.8 70.2 43.8 0.34 0.896 14.00 1011.8 40.5 59.7 83.2 50.3 0.50 0.793


62


Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 1107.1 30.1 36.9 36.3 29.7 0.36 0.807 10.15 1077.5 36.6 57.6 51.3 41.8 0.45 0.808 10.30 1181.5 40.6 67.8 65.0 51.7 0.35 0.977 10.45 1133.1 41.6 68.6 66.6 51.7 0.40 0.816 11.00 1144.9 38.9 64.5 66.3 46.4 0.82 0.738 11.15 1136.5 40.9 64.7 85.2 47.8 0.37 0.822 11.30 1112.7 43.7 73.1 77.7 54.8 0.40 0.799 11.45 870.9 40.7 66.0 66.4 49.7 0.53 0.908 12.00 462.37 33.1 41.0 41.0 36.1 0.55 0.782 12.15 476.24 32.1 39.8 42.5 34.4 0.24 0.664 12.30 246.9 32.8 40.9 40.6 34.9 0.31 0.774 12.45 265.5 32.6 41.5 41.3 35.2 0.26 0.771 13.00 897.9 35.3 55.0 48.5 37.9 0.64 0.830 13.30 810.2 37.6 55.3 56.1 44.5 0.37 0.788 13.45 828.5 40.2 62.3 72.8 48.0 0.36 0.769 14.00 625.2 36.7 57.2 54.6 45.0 0.44 0.770



Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 1107.1 29.1 36.2 36.5 30.3 0.60 0.822 10.15 1077.5 39.0 76.4 51.2 41.1 1.13 0.819 11.15 1136.5 41.8 63.5 77.8 45.1 0.50 0.799 11.45 870.9 45.3 59.1 55.1 41.2 0.83 0.797 12.00 462.37 33.3 39.4 40.3 34.8 0.47 0.775 12.15 476.24 32.8 38.2 40.2 33.3 0.40 0.779 12.30 246.9 33.2 38.7 39.6 34.2 0.38 0.775 12.45 265.5 33.4 39.5 40.6 34.3 0.38 0.723 13.00 897.9 34.9 46.8 50.3 38.7 0.42 0.822 13.30 810.2 38.2 52.6 54.9 43.1 0.57 0.742 13.45 828.5 39.9 56.8 67.3 45.3 0.57 0.825 14.00 625.2 38.4 52.2 54.1 46.2 0.45 0.712


63

B. Intensitas Radiasi Matahari pada Bidang Miring

Lampiran 13 Tabel intensitas radiasi matahari pada penelitian tanggal 30 November

2005.

Waktu Ι (W/m2)

cos θz

cos θT

IbT (W/m2)

10.00 787.29 0.847 0.706 656.730 10.15 818.8 0.875 0.734 687.061 10.30 1105.3 0.900 0.759 931.964 10.45 1210.7 0.921 0.780 1024.831 11.00 1192.9 0.938 0.797 1012.875 11.15 1292.3 0.952 0.810 1099.825 11.30 1220.7 0.962 0.820 1040.575 11.45 1247.5 0.968 0.826 1064.441 12.00 1085.7 0.970 0.828 926.678 12.15 1321.4 0.968 0.826 1127.497 12.30 878.5 0.962 0.820 748.870 12.45 480.73 0.952 0.810 409.130 13.00 268.84 0.938 0.797 228.268

Dimana : φ = 7,83 ; δ = 21,97 ; β = 200 ; n = 334 ; Gsc = 1367 W/m2.

Lampiran 14 Tabel intensitas radiasi matahari pada penelitian tanggal 1 Desember 2005.

Waktu Ι (W/m2)

cos θz

cos θT

IbT (W/m2)

10.00 981.1 0.846 0.705 817.423 10.15 1073.6 0.874 0.733 899.829 10.30 1087.2 0.899 0.757 915.681 10.45 1040.4 0.920 0.778 879.719 11.00 1221.6 0.938 0.795 1036.141 11.15 593.2 0.951 0.809 504.320 11.30 565.0 0.961 0.819 481.131 11.45 1022.9 0.967 0.824 871.901 12.00 311.6 0.969 0.826 265.687 12.15 1261.9 0.967 0.824 1075.621 12.30 1149.4 0.961 0.819 978.782 12.45 1020.4 0.951 0.809 867.513 13.00 656.8 0.938 0.795 557.087

Dimana : φ = 7,83 ; δ = 22.108 ; β = 200 ; n = 335 ; Gsc = 1367 W/m2.

64

Lampiran 15 Tabel intensitas matahari pada penelitian tanggal 3 Desember 2005.

Waktu Ι (W/m2)

cos θz

cos θT

IbT (W/m2)

10.00 843.2 0.845 0.703 700.968 10.15 555.7 0.874 0.731 464.758 10.30 543.6 0.898 0.755 456.890 10.45 921.2 0.919 0.776 777.353 11.00 823.5 0.937 0.793 697.095 11.15 1166.1 0.950 0.806 989.449 11.30 995.7 0.960 0.816 846.262 11.45 950.6 0.966 0.822 808.722 12.00 879.6 0.968 0.824 748.561 12.15 833.3 0.966 0.822 708.929 12.30 835.3 0.960 0.816 709.936 12.45 975.5 0.950 0.806 827.723 13.00 808.8 0.937 0.793 684.651 13.15 579.1 0.919 0.776 488.673 13.30 986.9 0.898 0.755 829.479 13.45 1255.2 0.874 0.731 1049.783 14.00 761.1 0.845 0.703 632.717


Lampiran 16 Tabel intensitas matahari pada penelitian tanggal 5 Desember 2005 dengan

kemringan sudut kolektor 100.

Waktu Ι (W/m2)

cos θz

cos θT

IbT (W/m2)

10.00 678.8 0.844 0.784 630.565 10.15 804.9 0.873 0.813 749.780 10.45 464.23 0.918 0.859 434.225 11.00 433.2 0.936 0.877 405.790 11.15 226.6 0.949 0.890 212.496 11.45 243.3 0.965 0.906 228.436 12.00 286.6 0.967 0.908 269.131 12.15 342.2 0.965 0.906 321.293 12.30 705.7 0.959 0.900 662.284 12.45 1005.7 0.949 0.890 943.103 13.00 810.8 0.936 0.877 759.499 13.15 760.2 0.918 0.859 711.065 13.30 619.1 0.897 0.838 578.019 14.00 440.29 0.844 0.784 409.003


65



Waktu Ι (W/m2)

cos θz

cos θT

IbT (W/m2)

10.00 678.8 0.844 0.701 563.171 10.15 804.9 0.873 0.728 671.878 10.45 464.23 0.918 0.774 391.026 11.00 433.2 0.936 0.791 366.051 11.15 226.6 0.949 0.804 191.935 11.45 243.3 0.965 0.820 206.630 12.15 342.2 0.965 0.820 290.624 12.30 705.7 0.959 0.814 598.745 12.45 1005.7 0.949 0.804 851.850 13.15 760.2 0.918 0.774 640.325 14.00 440.29 0.844 0.701 365.289




Waktu Ι (W/m2)

cos θz

cos θT

IbT (W/m2)

10.00 856.3 0.844 0.700 709.784 10.15 1025.4 0.872 0.727 855.182 11.00 984.3 0.935 0.790 831.047 11.15 1026.7 0.949 0.803 868.938 11.30 1015.6 0.959 0.813 860.993 11.45 1249.9 0.965 0.819 1060.680 12.15 529.6 0.965 0.819 449.425 13.30 441.8 0.897 0.752 370.317 13.45 812.8 0.872 0.727 677.874 14.00 1011.8 0.844 0.700 838.678


66

Lampiran 19 Tabel intensitas matahari pada penelitian tanggal 6 Desember 2005 dengan kemringan sudut kolektor 300.

Waktu Ι (W/m2)

cos θz

cos θT

IbT (W/m2)

10.00 856.3 0.844 0.594 602.880 10.15 1025.4 0.872 0.621 729.583 10.45 836.4 0.918 0.663 604.414 11.00 984.3 0.935 0.680 715.167 11.15 1026.7 0.949 0.692 749.034 11.30 1015.6 0.959 0.701 743.054 11.45 1249.9 0.965 0.707 916.020 12.00 493.6 0.967 0.709 361.949 12.15 529.6 0.965 0.707 388.130 12.30 368.8 0.959 0.701 269.829 12.45 336.1 0.949 0.692 245.203 13.00 348.6 0.935 0.680 253.284 13.15 310.1 0.918 0.663 224.090 13.30 441.8 0.897 0.644 317.060 13.45 812.8 0.872 0.621 578.315 14.00 1011.8 0.844 0.594 712.360


Lampiran 20 Tabel intensitas matahari pada penelitian tanggal 7 Desember 2005 dengan kemringan sudut kolektor 200.

Waktu Ι (W/m2)

cos θz

cos θT

IbT (W/m2)

10.00 1107.1 0.844 0.699 916.884 10.15 1077.5 0.872 0.727 897.889 10.30 1181.5 0.897 0.751 989.540 10.45 1133.1 0.918 0.772 952.882 11.00 1144.9 0.935 0.789 965.902 11.15 1136.5 0.949 0.802 961.142 11.30 1112.7 0.958 0.812 942.608 11.45 870.9 0.964 0.818 738.509 12.00 462.37 0.966 0.819 392.212 12.15 476.24 0.964 0.818 403.844 12.30 246.9 0.958 0.812 209.158 12.45 265.5 0.949 0.802 224.534 13.00 897.9 0.935 0.547 525.770 13.30 810.2 0.897 0.751 678.566 13.45 828.5 0.872 0.727 690.396 14.00 625.2 0.844 0.699 517.781 13.00 897.9 0.935 0.789 757.519


67



Waktu Ι (W/m2)

cos θz

cos θT

IbT (W/m2)

10.00 1107.1 0.844 0.470 616.078 10.15 1077.5 0.872 0.494 609.980 11.15 1136.5 0.949 0.559 669.856 11.45 870.9 0.964 0.572 517.044 12.00 462.37 0.966 0.574 274.748 12.15 476.24 0.964 0.572 282.738 12.30 246.9 0.958 0.567 146.188 12.45 265.5 0.949 0.559 156.486 13.00 897.9 0.935 0.789 757.519 13.30 810.2 0.897 0.515 465.086 13.45 828.5 0.872 0.494 469.019 14.00 625.2 0.844 0.470 347.911


68

C Perhitungan Efisiensi Termal dalam tabel

Lampiran 22 Tabel penelitian tanggal 30 November 2005 dengan lebar saluran udara 3

cm

T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

35.9 1.122 0.01136 1005.40 4.4 228.27 110.74 50.25 45.38 0.19 673.1258 38.3 1.117 0.01131 1005.71 9.7 409.13 198.49 110.29 55.57 0.26 911.8461 43.4 1.105 0.01119 1006.38 15.8 748.87 363.31 177.97 48.98 0.50 1719.1976 45.1 1.102 0.01115 1006.60 16.1 1127.50 547.00 180.77 33.05 0.57 1932.8289 57.8 1.074 0.01087 1008.27 17.6 1012.88 491.40 192.92 39.26 0.80 2594.0370 53.1 1.084 0.01098 1007.65 19.8 926.68 449.58 218.99 48.71 0.52 1716.9883 44.5 1.103 0.01117 1006.53 20.4 687.06 333.33 229.31 68.79 0.48 1643.0500 40.8 1.111 0.01125 1006.04 20.5 656.73 318.61 232.02 72.82 0.51 1759.5020 40.8 1.111 0.01125 1006.04 20.8 1099.83 533.58 235.42 44.12 0.31 1074.7474 43.5 1.105 0.01119 1006.39 21.0 1040.58 504.83 236.50 46.85 0.70 2405.8963 49.5 1.092 0.01106 1007.18 22.3 1024.83 497.20 248.33 49.95 0.36 1212.2944 53.3 1.084 0.01097 1007.68 24.3 1064.44 516.41 268.66 52.02 0.80 2642.0095 48.5 1.094 0.01108 1007.05 27.6 931.96 452.14 307.93 68.10 0.39 1320.6674

Dimana : β = 200 •

m rata-rata = 0,011 kg/s α = 0,55 σ = 0,817

Lampiran 23 Tabel penelitian tanggal 30 November 2005 dengan lebar saluran udara 6

cm

T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

35.5 1.123 0.02274 1005.35 2.4 228.27 108.09 54.86 50.76 0.20 1251.780356.4 1.077 0.02181 1008.08 5.3 1040.58 492.72 116.50 23.65 0.80 4644.802337.5 1.118 0.02265 1005.61 5.6 409.13 193.73 127.54 65.83 0.25 1557.313749.8 1.091 0.02210 1007.22 7.9 931.96 441.29 175.85 39.85 0.36 2158.886739.3 1.114 0.02257 1005.84 13.9 1127.50 533.88 315.52 59.10 0.51 3179.163939.8 1.113 0.02255 1005.91 14.0 687.06 325.33 317.50 97.59 0.38 2368.903754.7 1.081 0.02188 1007.86 14.3 1012.88 479.60 315.36 65.76 0.70 4090.816743.9 1.104 0.02236 1006.45 15.4 1024.83 485.26 346.60 71.43 0.38 2320.426550.9 1.089 0.02205 1007.36 17.2 1064.44 504.02 382.06 75.80 0.41 2420.351145.2 1.101 0.02230 1006.62 18.1 926.68 438.79 406.38 92.62 0.57 3463.3477

Dimana : β = 200 •

m rata-rata = 0,022 α = 0,55 σ = 0,797

69

Lampiran 24 Tabel penelitian tanggal 1 Desember 2005 dengan lebar saluran udara 3 cm

T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

34.5 1.125 0.01139 1005.22 9.9 504.32 240.21 113.36 47.19 0.24 867.8530 32.1 1.130 0.01144 1004.90 10.5 817.42 389.35 120.75 31.01 0.74 2650.6838 35.2 1.123 0.01138 1005.31 12.4 557.09 265.35 141.80 53.44 0.51 1800.1339 34.7 1.125 0.01139 1005.24 12.6 1036.14 493.53 144.22 29.22 0.52 1850.6609 34.9 1.124 0.01138 1005.27 13.9 899.83 428.60 159.04 37.11 0.66 2359.9672 32.6 1.129 0.01143 1004.97 15.7 1075.62 512.33 180.39 35.21 0.25 896.4259 38.5 1.116 0.01130 1005.74 15.9 915.68 436.15 180.73 41.44 0.43 1492.6581 35.5 1.123 0.01137 1005.35 16.3 879.72 419.02 186.29 44.46 0.47 1664.4924 36.9 1.120 0.01134 1005.53 16.4 481.13 229.17 186.96 81.58 0.48 1694.7373 41.7 1.109 0.01123 1006.16 20.9 867.51 413.21 236.16 57.15 0.53 1822.2604 37.7 1.118 0.01132 1005.63 21.8 978.78 466.21 248.15 53.23 0.51 1781.8761 40.7 1.111 0.01125 1006.03 23.1 871.90 415.30 261.50 62.97 0.34 1181.7902

Dimana : β = 200 •

m rata-rata = 0,011 kg/s α = 0,55 σ = 0,802


T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

36.7 1.120 0.03402 1005.50 0.4 265.69 122.14 13.68 11.20 0.88 8226.624236.3 1.121 0.03405 1005.45 1.2 504.32 231.84 41.08 17.72 0.26 2491.775332.2 1.130 0.03433 1004.91 2.6 817.42 375.78 89.69 23.87 0.50 4777.593039.0 1.115 0.03387 1005.81 3.1 481.13 221.18 105.61 47.75 0.45 4168.540433.6 1.127 0.03423 1005.10 4.0 1075.62 494.48 137.63 27.83 0.45 4239.765834.4 1.125 0.03418 1005.20 4.2 557.09 256.10 144.30 56.34 0.92 8746.240235.9 1.122 0.03408 1005.40 4.6 1036.14 476.33 157.61 33.09 0.28 2678.918136.5 1.121 0.03404 1005.48 4.6 899.83 413.66 157.43 38.06 0.85 7999.365535.0 1.124 0.03414 1005.28 5.7 879.72 404.42 195.62 48.37 0.43 4037.024038.1 1.117 0.03393 1005.69 7.6 915.68 420.95 259.34 61.61 0.58 5441.865842.6 1.107 0.03363 1006.28 8.6 871.90 400.83 291.04 72.61 0.47 4355.235940.3 1.112 0.03378 1005.98 9.4 867.51 398.81 319.47 80.11 0.45 4147.844938.1 1.117 0.03393 1005.69 13.0 978.78 449.96 443.62 98.59 0.59 5495.2174

Dimana : β = 200 •

m rata-rata = 0,034 kg/s α = 0,55 σ = 0,774

70


T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

35.5 1.123 0.02274 1005.35 5.5 827.72 388.97 125.72 32.32 0.28 1763.6064 31.8 1.131 0.02290 1004.86 5.7 700.97 329.41 131.17 39.82 0.34 2168.7976 36.6 1.120 0.03403 1005.49 6.5 748.56 328.64 222.42 67.68 0.30 2818.6974 35.9 1.122 0.02272 1005.40 6.7 464.76 218.41 153.04 70.07 0.33 2048.0135 36.8 1.120 0.02268 1005.52 6.7 708.93 333.15 152.79 45.86 0.29 1823.0036 38.7 1.116 0.02259 1005.77 7.2 697.09 327.59 163.62 49.95 0.82 5072.3473 34.5 1.125 0.02278 1005.22 7.4 709.94 333.62 169.46 50.79 0.71 4483.5355 35.1 1.124 0.02275 1005.29 7.7 632.72 297.33 176.14 59.24 0.58 3652.0764 36.4 1.121 0.02270 1005.46 8.3 488.67 229.64 189.41 82.48 0.53 3299.2464 36.1 1.121 0.02271 1005.43 9.1 777.35 365.30 207.78 56.88 0.33 2057.6293 36.5 1.121 0.02269 1005.48 9.1 684.65 321.74 207.63 64.53 0.69 4296.8020 35.5 1.123 0.02274 1005.35 10.0 808.72 380.05 228.58 60.15 0.82 5170.0242 36.9 1.120 0.02267 1005.53 12.0 829.48 389.80 273.60 70.19 0.25 1541.6634 39.7 1.114 0.02255 1005.90 12.6 846.26 397.69 285.80 71.87 0.30 1885.2436 41.4 1.110 0.02247 1006.12 15.3 989.45 464.98 345.95 74.40 0.59 3635.3042 39.8 1.113 0.02255 1005.91 15.8 1049.78 493.33 358.32 72.63 0.53 3300.0074

Dimana : β = 200 •

m rata-rata = 0,022 α = 0,55 σ = 0,791


T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

44.5 1.103 0.03350 1006.53 2.6 846.26 371.54 87.68 23.60 0.52 4756.0187 33.0 1.128 0.03427 1005.02 3.3 700.97 307.75 113.67 36.93 0.47 4518.2538 37.9 1.118 0.02263 1005.66 4.4 748.56 351.77 100.13 28.47 0.38 2397.1856 37.1 1.119 0.03400 1005.56 4.7 456.89 200.59 160.68 80.10 0.66 6217.2564 35.2 1.123 0.03413 1005.31 5.4 827.72 363.40 185.25 50.98 0.60 5667.6794 37.1 1.119 0.03400 1005.56 5.5 708.93 311.24 188.03 60.41 0.41 3827.6306 37.7 1.118 0.03396 1005.63 6.5 697.09 306.05 221.97 72.53 0.88 8195.1974 36.4 1.121 0.03404 1005.46 6.7 777.35 341.28 229.35 67.20 0.45 4241.8883 34.8 1.124 0.03415 1005.26 7.4 709.94 311.69 254.05 81.51 0.40 3746.7731 36.1 1.121 0.03406 1005.43 7.8 808.72 355.06 267.15 75.24 0.30 2845.4370

Dimana : β = 200 , α = 0,55 , σ = 0,739 , •

m rata-rata = 0,034 kg/s

71


dan sudut 100

T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

35.8 1.122 0.01136 1005.39 5.5 434.23 187.77 62.83 33.46 0.35 1251.7325 35.1 1.124 0.01138 1005.29 6.0 212.50 91.89 68.62 74.68 0.34 1219.4451 15.8 1.166 0.01181 1002.77 7.2 630.57 272.68 85.25 31.26 0.51 1965.2600 35.5 1.123 0.01137 1005.35 8.1 228.44 98.78 92.58 93.72 0.24 866.0774 35.8 1.122 0.01136 1005.39 8.6 409.00 176.87 98.24 55.54 0.31 1094.0592 38.2 1.117 0.01131 1005.70 8.9 662.28 286.40 101.22 35.34 0.30 1043.1799 35.4 1.123 0.01137 1005.33 9.0 269.13 116.38 102.88 88.40 0.17 620.5005 33.9 1.126 0.01140 1005.14 10.4 321.29 138.94 119.21 85.80 0.43 1526.3345 33.9 1.126 0.01140 1005.14 11.0 405.79 175.48 126.09 71.85 0.28 1011.5566 44.0 1.104 0.01118 1006.46 12.4 711.07 307.49 139.52 45.37 0.31 1077.4871 19.7 1.158 0.01172 1003.28 17.3 749.78 324.23 203.43 62.74 0.49 1840.1556 40.1 1.113 0.01127 1005.95 17.8 578.02 249.96 201.73 80.70 0.26 893.5755 46.7 1.098 0.01112 1006.81 22.5 943.10 407.83 251.88 61.76 0.45 1536.2183 44.5 1.103 0.01117 1006.53 27.6 759.50 328.44 310.24 94.46 0.34 1176.9699 Dimana : β = 100 α = 0,55 σ = 0,728


dan sudut 200

T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

32.6 1.129 0.01143 1004.97 -1.7 191.94 87.97 -19.53 -22.20 0.23 812.0167 17.3 1.163 0.01177 1002.96 7.7 563.17 258.13 90.93 35.23 0.50 1912.5280 34.8 1.124 0.01138 1005.26 7.7 206.63 94.71 88.12 93.04 0.35 1235.0530 34.2 1.126 0.01140 1005.18 9.9 391.03 179.22 113.42 63.28 0.42 1497.8162 33.2 1.128 0.01142 1005.05 10.4 290.62 133.21 119.36 89.61 0.36 1272.5639 33.0 1.128 0.01142 1005.02 10.5 366.05 167.78 120.55 71.85 0.19 680.0596 34.7 1.125 0.01139 1005.24 11.0 365.29 167.43 125.90 75.20 0.20 728.2839 36.1 1.121 0.01135 1005.43 11.0 598.75 274.43 125.58 45.76 0.44 1545.7044 17.4 1.163 0.01177 1002.98 15.8 671.88 307.95 186.54 60.58 0.21 792.4331 39.6 1.114 0.01128 1005.88 23.1 640.33 293.49 262.03 89.28 0.35 1211.1168 42.7 1.107 0.01121 1006.29 27.4 851.85 390.44 309.03 79.15 0.55 1906.8474 Dimana : β = 100 α = 0,55 σ = 0,772

72


dan sudut 200

T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

26.6 1.142 0.01157 1004.18 6.0 709.78 333.13 69.69 20.92 0.26 956.4368 32.9 1.129 0.01143 1005.01 13.6 370.32 173.80 156.18 89.86 0.40 1450.0114 32.1 1.130 0.01144 1004.90 18.2 449.42 210.93 209.30 99.23 0.36 1293.5972 34.4 1.125 0.01139 1005.20 20.1 677.87 318.15 230.19 72.35 0.37 1304.9576 33.5 1.127 0.01141 1005.09 24.2 855.18 401.37 277.60 69.16 0.49 1739.2731 36.7 1.120 0.01134 1005.50 27.1 838.68 393.62 309.05 78.51 0.59 2088.8176 36.4 1.121 0.01135 1005.46 30.7 1060.68 497.81 350.30 70.37 0.46 1639.1854 39.2 1.115 0.01129 1005.83 31.0 831.05 390.04 351.90 90.22 0.61 2130.6101 41.4 1.110 0.01124 1006.12 34.7 868.94 407.82 392.31 96.20 0.62 2144.2454 41.7 1.109 0.01123 1006.16 35.2 860.99 404.09 397.74 98.43 0.62 2141.6257 Dimana : β = 200 α = 0,55 σ = 0,79


dan sudut 300

T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

27.1 1.141 0.01156 1004.25 5.6 602.88 287.03 64.99 22.64 0.44 1621.2211 34.1 1.126 0.01140 1005.16 7.1 224.09 106.69 81.35 76.25 0.26 925.5944 34.6 1.125 0.01139 1005.23 8.0 253.28 120.59 91.58 75.95 0.35 1243.2473 34.4 1.125 0.01139 1005.20 8.1 269.83 128.47 92.76 72.21 0.35 1233.5046 35.5 1.123 0.01137 1005.35 8.5 317.06 150.95 97.15 64.36 0.40 1406.3038 34.1 1.126 0.01140 1005.16 8.8 388.13 184.79 100.83 54.57 0.33 1164.5386 35.0 1.124 0.01138 1005.28 8.9 245.20 116.74 101.81 87.21 0.36 1289.9694 35.1 1.124 0.01138 1005.29 9.8 361.95 172.32 112.09 65.04 0.27 976.6722 35.9 1.122 0.01136 1005.40 15.9 578.32 275.34 181.59 65.95 0.34 1205.1431 33.5 1.127 0.01141 1005.09 17.6 729.58 347.35 201.89 58.12 0.60 2148.0023 40.5 1.112 0.01126 1006.00 19.2 712.36 339.15 217.43 64.11 0.50 1754.2526 34.9 1.124 0.01138 1005.27 22.7 916.02 436.12 259.73 59.55 0.64 2284.2463 38.2 1.117 0.01131 1005.70 24.0 715.17 340.49 272.94 80.16 0.67 2367.6667 36.8 1.120 0.01134 1005.52 24.4 604.41 287.76 278.21 96.68 0.59 2087.9661 38.9 1.115 0.01129 1005.79 28.6 743.05 353.77 324.84 91.82 0.89 3112.9169 38.5 1.116 0.01130 1005.74 30.6 749.03 356.61 347.81 97.53 0.82 2863.4665 Dimana : β = 300 α = 0,55 σ = 0,802

73


dan sudut 200

T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

30.1 1.135 0.01149 1004.64 6.8 916.88 433.67 78.49 18.10 0.36 1288.7657 32.1 1.130 0.01144 1004.90 7.7 403.84 191.01 88.55 46.36 0.24 858.9691 33.1 1.128 0.01142 1005.03 7.9 392.21 185.51 90.69 48.88 0.55 1964.8498 32.8 1.129 0.01143 1004.99 8.1 209.16 98.93 93.03 94.04 0.31 1130.7851 32.6 1.129 0.01143 1004.97 8.9 224.53 106.20 102.26 96.29 0.26 943.5030 37.6 1.118 0.01132 1005.62 17.7 678.57 320.95 201.52 62.79 0.37 1299.9287 35.3 1.123 0.01137 1005.32 19.7 525.77 245.86 225.24 91.61 0.64 2280.5228 36.7 1.120 0.01134 1005.50 20.5 517.78 244.90 233.78 95.46 0.44 1541.9272 36.6 1.120 0.01134 1005.49 21.0 897.89 424.69 239.53 56.40 0.45 1600.7657 40.2 1.112 0.01126 1005.96 22.1 690.40 326.55 250.41 76.68 0.36 1262.9091 40.9 1.111 0.01125 1006.05 23.8 961.14 454.60 269.32 59.24 0.37 1270.8295 40.7 1.111 0.01125 1006.03 25.3 738.51 349.30 286.40 81.99 0.53 1854.0976 38.9 1.115 0.01129 1005.79 25.6 965.90 456.86 290.77 63.64 0.82 2858.8013 41.6 1.109 0.01123 1006.15 27.0 952.88 450.70 305.14 67.70 0.40 1385.4824 40.6 1.112 0.01125 1006.01 27.2 989.54 468.04 307.97 65.80 0.35 1206.1908 43.7 1.105 0.01119 1006.42 29.4 942.61 445.84 330.97 74.24 0.40 1360.0773 Dimana : β = 200 α = 0,55 σ = 0,796


dan sudut 400

T1 ( 0c)

ρ (kg/m3)

•

m (kg/s)

Cp (J/kg 0C) ∆T

IbT (W/m2)

qi (J/s)

qu (J/s)

η (%)

v udara (m/s)

Re

32.8 1.129 0.01143 1004.99 5.4 282.74 132.21 62.02 46.91 0.40 1421.8783 33.2 1.128 0.01142 1005.05 5.5 146.19 68.36 63.12 92.34 0.38 1365.4812 33.3 1.128 0.01142 1005.06 6.1 274.75 128.47 70.00 54.48 0.47 1699.4116 33.4 1.127 0.01142 1005.07 6.1 156.49 73.17 69.99 95.64 0.38 1377.4864 29.1 1.137 0.01151 1004.51 7.1 616.08 288.08 82.10 28.50 0.60 2186.9245 34.9 1.124 0.01138 1005.27 11.9 757.52 358.29 136.16 38.00 0.42 1498.7862 38.4 1.116 0.01130 1005.73 13.8 347.91 162.69 156.89 96.43 0.45 1583.0872 45.3 1.101 0.01115 1006.63 13.8 517.04 241.77 154.89 64.06 0.83 2843.2363 38.2 1.117 0.01131 1005.70 14.4 465.09 217.48 163.77 75.30 0.57 2016.4817 39.9 1.113 0.01127 1005.92 16.9 469.02 219.32 191.60 87.36 0.57 2002.5567 41.8 1.109 0.01123 1006.17 21.7 669.86 313.23 245.15 78.27 0.50 1730.4421 Dimana : β = 400 α = 0,55 σ = 0,787

74

D Sifat Udara

Lampiran 32 Sifat udara pada tekanan atmosfer (dari Teknologi Rekayasa Surya, Wiranto

Arismunandar, hal 215):

T (0C) ρ (kg/m3) Cp (J(kg. 0 C) µ (Pa.s)

0 1.292 1006 1,72 x 10-5 20 1.204 1006 1,81 x 10-5 40 1.127 1007 1,90 x 10-5 60 1.059 1008 1,99 x 10-5 80 0.999 1010 2,09 x 10-5 100 0.946 1012 2,18 x 10-5 120 0.898 1014 2,27 x 10-5 140 0.854 1016 2,34 x 10-5 160 0.815 1019 2,42 x 10-5 180 0.779 1022 2,50 x 10-5 200 0.746 1025 2,57 x 10-5 220 0.715 1028 2,64 x 10-5 240 0.688 1032 2,72 x 10-5 260 0.662 1036 2,79 x 10-5 280 0.638 1040 2,86 x 10-5 300 0.616 1045 2,93 x 10-5

75

E Foto penelitian kolektor surya

Foto 1 : Posisi kolektor saat lebar saluran udara 3 cm dan 6 cm.


76


Foto 4 : Posisi kolektor saat dimiringkan dengan sudut 100 dan 200.

77



78

F Contoh perhitungan

Dari penelitian di dapat data :

Waktu I (W/m2)

T1 ( 0c)

T0 ( 0c)

Tplat ( 0c)

Tk ( 0c)

v udara (m/s)

σ Kaca Penutup

10.00 787.9 40.8 61.3 61.8 56.1 0.51 0.876

Untuk mendapatkan besar intensitas yang masuk ke kolektor pada kemiringan

tertentu digunakan rumus :

z

TbT II

θθ

coscos

=

dimana ωφδφδθ coscoscossinsincos +=z

( ) ( ) ωβφδβφδθ coscoscossinsincos −+−=T

sehingga

( ) ( )ωφδφδ

ωβφδβφδcoscoscossinsin

coscoscossinsin+

−+−= IIbT

dengan I : besar intensitas pada bidang datar (dari data penelitian)

δ : deklinasi (dicari dengan rumus)

φ : garis lintang ( posisi lintang tempat penelitian sekitar 70 50’)

β : kemiringan kolektor

ω : sudut jam (pada tengah hari = 0, negatif untuk pagi hari,

positif untuk siang hari). Dimana 1 jam = 150.

Dimana

−

×=365

284360sin45,23 nδ

Dengan n = hari ke berapa dari tahun yang bersangkutan

Dari contoh diatas maka didapatkan besar intensitas pada bidang miring:

Waktu Ι (W/m2) cos θz cos θT IbT

(W/m2) 10.00 787.29 0.847 0.706 656.730

Dimana : φ = 7,83 ; δ = 21,97 ; β = 200 ; n = 334 ; Gsc = 1367 W/m2, ω = -300.

Mencari efisiensi.

)..(. ατrpi IAq =

79

qu =•

m .Cp.(T0 – T1)

rp

ip

IATTCm

)()( 0

ταη

−=

•

Rumus efisiensi :

bTp

ip

IATTCm

)()( 0

ταη

−=

•

dimana

qu =•

m .Cp.(T0 – T1)

•

m adalah laju aliran massa udara dalam saluran kolektor termal

Cp adalah panas jenis udara

(T0 – T1) = ∆T adalah perbedaan temperatur

)..(. ατbTpi IAq =

IbT : intensitas pada bidang miring.

A : luas permukaan plat (120 cm x 90 cm = 10800 cm2 = 108 m2)

σ : konduktivitas kaca penutup

α : absorbsivitas plat penyerap ( seng = 0,55)

sehingga pada contoh di atas didapatkan hasil:

Waktu T1

( 0c)

ρ

(kg/m3)

m (kg)

•

m

(kg/s)

Cp

(J/kg0K) ∆T

IbT

(W/m2)

qi

(W) qu

(W) η

(%)

10.00 40.8 1.111 0.0360 0.01125 1006.04 20.5 656.73 318.61 232.02 72.82

Dimana ρ , C didapat dari persamaan pada sifat udara.

ρ = (-0.0022 x T in) + 1.2009

C = (0.1309 x T in ) + 1000.7

Reynold

Re = (v udara * (2 * lebar jarak kaca) * ρ) / ((0.0000000402*T1) +

0.0000175449)

SKRIPSI KARAKTERISTIK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR …... · kesalahan yang harus kita sikapi secara...

Documents

Transcript of SKRIPSI KARAKTERISTIK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR …... · kesalahan yang harus kita sikapi secara...