perbandingan kemampuan kolektor surya plat …halaman motto dan persemahan ora et labora “biarlah...
TRANSCRIPT
-
PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR
BERWARNA HITAM DAN BIRU DENGAN ATAU TANPA LAPISAN
KACA PENUTUP DALAM MENGKONVERSI ENERGI RADIASI
MATAHARI MENJADI ENERGI TERMAL
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Program Studi Fisika
Oleh :
Joko Saputro
NIM : 993214007
NIRM : 990051122801120007
PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2005
-
SKRIPSI
PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR
BERWARNA HITAM DAN BIRU DENGAN ATAU TANPA LAPISAN
KACA PENUTUP DALAM MENGKONVERSI ENERGI RADIASI
MATAHARI MENJADI ENERGI TERMAL
Oleh:
Joko Saputro
NIM: 993214007
NIRM: 990051122801120007
Telah Disetujui Oleh:
Pembimbing I Dr. Ign. Edi Santosa, M.Si Tanggal: 14 Maret 2005
-
SKRIPSI
PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR
BERWARNA HITAM DAN BIRU DENGAN ATAU TANPA LAPISAN
KACA PENUTUP DALAM MENGKONVERSI ENERGI RADIASI
MATAHARI MENJADI ENERGI TERMAL
Dipersiapkan dan ditulis oleh:
Joko Saputro
NIM: 993214007
NIRM: 990051122801120007
Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji
pada tanggal 22 Maret 2005
dan dinyatakan memenuhi syarat
Susunan Panitia Penguji
Nama Lengkap Tanda Tangan
Ketua : Ir. Ign. Aris Dwiatmoko, M. Sc. ____________
Sekretaris : Ir. Sri Agustini, M. Si. ____________
Anggota : Dr. Ign Edi Santosa, M. Si. ____________
Anggota : Drs. Drs. (Vet) Asan Damanik, M. Si. ____________
Anggota : Drs. Severinus Domi, M. Si. ____________
Yogyakarta, 22 Maret 2005
Fakultas MIPA
Universitas Sanata Dharma
Dekan
Ir. Ign. Aris Dwiatmoko, M. Sc.
-
Halaman Motto dan Persemahan
ORA ET LABORA
“Biarlah Kebijaksanaan-Mu Menaungi Dan Menuntun Karyaku,
Bunda”
”Sempurnakanlah karyaku ya Yesus agar menjadi rahmat untuk
sesama”
“SEGALA SUATU PEKERJAAN JIKA DIHAYATI DENGAN PENGABDIAN DAN
PENUH RASA SYUKUR AKAN MENJADI INDAH PADA WAKTUNYA”
Skripsi ini kupersembahkan untuk:
Tuhanku Yesus yang baik,
Keluargaku:
Bapak,ibu,kakak-kakakku,adikku,kekasihku
dan segenap keluarga besar di Lampung dan Palembang
“ Pelajarilah ilmu seni dan seni ilmu”. Leonardo Da Vinci
-
Pernyataan Keaslian Karya
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini
tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan
dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 22 Maret 2005 Penulis
Joko Saputro
-
ABSTRAK
PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DAN BIRU DENGAN ATAU TANPA LAPISAN
KACA PENUTUP DALAM MENGKONVERSI ENERGI RADIASI MATAHARI MENJADI ENERGI TERMAL
Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang dapat digunakan untuk memanaskan air. Kolektor tersebut menyerap energi radiasi dari matahari dan mengkonversikannya menjadi energi panas pada plat dan air. Parameter-parameter yang diteliti dalam penelitian ini adalah warna plat penyerap dan lapisan kaca penutup kolektor. Warna plat penyerap yang digunakan untuk penelitian adalah hitam dan biru dan pada bagian atas kolektor dibedakan dengan atau tanpa lapisan kaca penutup.
Dari hasil penelitian didapatkan perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal oleh empat jenis kolektor yaitu kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup, kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup, kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup, kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup. Secara berurutan perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor tersebut adalah: 1 : 0,7 : 0,6 : 0,5.
-
ABSTRACT
THE ABILITY COMPARISON OF THE BLACK AND BLUE FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR WITH GLAZED OR UNGLAZED TO CONVERT SOLAR RADIANT ENERGY INTO THERMAL ENERGY
The flat plate solar collector is an equipment that can be used for water heating. This collector absorbs the radiant energy from the sun and than converts it into thermal energy in the plate and water. In this research, the examined parameters are absorber plate colour and cover of the collector.
The comparison of the conversion solar radiant energy into thermal energy have been measured in four collectors i .e black glazed flat plate solar collector, black unglazed flat plate solar collector, blue glazed flat plate solar collector, blue unglazed flat plate solar collector. The comparison of the conversion solar radiant energy into thermal energy from these collectors are 1 : 0,7 : 0,6 : 0,5, respectively.
-
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-
Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan dan penyusunan skripsi ini.
Skripsi ini ditulis untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh
gelar Sarjana Sains, Program Studi Fisika, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Dalam proses penulisan dan penyusunan skripsi ini, penulis menyadari
bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak yang telah memberikan sumbangan
pikiran, waktu, dan tenaga, skripsi ini tidak akan tersusun dengan baik. Oleh
karena itu pada kesempatan ini Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang
tak terhingga kepada :
1. Yesus, Bunda Maria, Santo Yosef, Para Santa/Santo, Roh Kudus,
dan Malaikat Tuhan yang selalu menjagaku dan melindungiku.
Terima kasih atas semua anugerah dan berkat yang telah kuterima.
2. Bapak Dr. Ign Edi Santosa, M. Si , selaku Dosen Pembimbing
yang telah membimbing dengan sabar, mengarahkan, menyediakan
waktu dan memberi masukan yang berharga dalam proses
penyusunan skripsi ini.
3. Ayahanda A. Wakiyo dan Ibunda Maria Goretti Katherina, Ibu
terkasih Rosalia Marsila, Kakak-kakakku (Mbak Yuni dan Kak
Helman, Mas Kadri, Mas Pur) dan adik Anton, terima kasih atas
segala doa dan usaha yang telah kita lalui dan yang akan terus kita
perjuangkan sekeluarga.
4. Ibu Ir. Sri Agustini Sulandri, M.Si., selaku Kaprodi fisika yang
telah banyak memberikan dukungan dan bantuan selama masa
kuliah.
5. Bapak Drs. Drs.(Vet) Asan Damanik, M.Si, Bapak A. Prasetyadi,
S.Si, Ibu Dwi Nugraeni Rositawati, S.Si, Bapak Prof Liek Wilarjo,
Ph.D, D.Sc, Bapak Dr. Agung B. S. Utomo, S.U, serta Bapak dan
-
Ibu Dosen yang telah mendidik dan membagi pengetahuan dan
pengalaman kepada penulis selama kuliah.
6. Bapak Gito, Mas Agus dan Mas Eswanto yang telah membantu
untuk menyiapkan alat-alat.
7. Ibu Suwarni dan Bapak Tukijan di Sekretariat FMIPA.
8. Para sahabatku angkatan ’99 (Berti, Wening, Heni, Indri, Sisi,
Agnes), teman-teman FMIPA (Purbadi, Restu, Lusi, Acak, Vivi,
Eros, Yudi, Yogi dan teman-teman lainnya), almamater FMIPA,
komunitas KMPKS (Tuti, Tanti, Para Frater dan Romo SCJ di
Papringan), My frends: Mas Ferry, Rico, Sam, WR, Anton,
Djohan, Wanto, Endah, Frans, Andi, Ferry, Daniel, Sigit, dan
alumnus IPA angkatan ’99 SMU. Xaverius Pringsewu, Lampung.
9. Bapak dan Ibu Karyawan UPT Perpustakaan Paingan.
10. Universitas Sanata Dharma atas segala fasilitas dan bantuan yang
diberikan selama masa kuliah kepada penulis.
11. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan di atas yang telah rela
membantu dengan doa dan usaha untuk penulis hingga selesainya
proses penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kesalahan dalam
skripsi ini. Karena itu penulis sangat mengharapkan masukan dan saran dari
pembaca demi perbaikan skripsi ini. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi
yang tidak sempurna ini bermanfaat bagi setiap pembaca.
Yogyakarta, 22 Maret 2005
Penulis
Joko Saputro
-
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman Judul............................................................................................. i Halaman Persetujuan Pembimbing ............................................................. ii Halaman Pengesahan .................................................................................. iii Halaman Motto dan Persembahan .............................................................. iv Pernyataan Keaslian Karya ......................................................................... v ABSTRAK .................................................................................................. vi ABSTRACT ............................................................................................... vii Kata Pengantar ............................................................................................ viii Daftar Isi ..................................................................................................... x Daftar Tabel ................................................................................................ xii Daftar Gambar............................................................................................. xiv BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah.................................................................. 1 B. Batasan Masalah ............................................................................. 2 C. Rumusan Masalah ........................................................................... 3 D. Tujuan Penulisan ............................................................................ 4 E. Manfaat Penulisan........................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI A. Energi Surya.................................................................................... 6 B. Energi Panas.................................................................................... 7 C. Perpindahan Panas .......................................................................... 8
1. Konduksi ................................................................................... 8 2. Konveksi .................................................................................. 10 3. Radiasi....................................................................................... 10
D. Benda Teradiasi dan Hukum Kirchoff ............................................ 12 E. Kolektor Surya Plat Datar ............................................................... 13
1. Kolektor surya plat datar dengan memakai kaca penutup (glazed) ............................................................... 13 2. Kolektor surya plat datar tanpa kaca penutup (unglazed) ........................................................... 14
F. Konversi Energi Radiasi menjadi Energi Termal ........................... 14
BAB III METODE ANALISIS PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................... 19 B. Obyek Penelitian ............................................................................. 19 C. Alat/Instrumen ................................................................................ 20 D. Langkah Penelitian.......................................................................... 20
1. Tahap pembuatan alat ............................................................... 20 2. Tahap pengambilan data ........................................................... 25
E. Metode Analisis Data...................................................................... 27
-
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian ............................................................................... 29 B. Pembahasan..................................................................................... 42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan ..................................................................................... 46 B. Saran................................................................................................ 47
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Lampiran I : Hasil Pengukuran Perubahan Temperatur Air, dan Intensitas
Radiasi Matahari untuk Empat Jenis Kolektor. Lampiran II : Data Hubungan Intensitas Radiasi Matahari Terhadap Perubahan
Temperatur Air untuk Berbagai Laju Aliran Air Pada Empat Jenis Kolektor.
Lampiran III : Gambar Kolektor yang Digunakan dalam Penelitian.
-
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 30 Tabel 4.2. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup(unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon. ........................................ 31 Tabel 4.3. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup(glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 31 Tabel 4.4. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 32 Tabel 4.5. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 33 Tabel 4.6. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 34 Tabel 4.7. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi Matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 35 Tabel 4.8. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... 36 Tabel 4.9. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( ) dari kolektor surya airV plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup(glazed) ............................................................... 38 Tabel 4.10. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( ) dari kolektor surya airV plat datar berwarna hitam tanpa lapisan
-
kaca penutup (unglazed) ......................................................... 39 Tabel 4.11. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( ) dari kolektor surya airV plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) .............................................................. . 40 Tabel 4.12. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( ) dari kolektor surya airV plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) ......................................................... 41
Tabel 4.13. Nilai gradien atau kcairairρ untuk empat
jenis kolektor surya plat datar.................................................. 42 Tabel 4.14. Nilai konstanta k dari empat jenis kolektor surya plat datar......................................................................... 44 Tabel 4.15. Perbandingan konstanta untuk empat relatifk jenis kolektor surya plat datar.................................................. 45
-
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1. Pancaran energi radiasi matahari ke segala arah ................ 6 Gambar 2.2. Proses konduksi pada suatu penampang ............................. 9 Gambar 3.1. Plat tembaga........................................................................ 22 Gambar 3.2. Pipa tembaga ....................................................................... 23 Gambar 3.3. Plat dan pipa tembaga yang sudah direkatkan .................... 23 Gambar 3.4. Kaca penutup kolektor yang telah bingkai dengan kayu .... 23 Gambar 3.5. Bingkai kolektor dan bagian bawah kotak kolektor yang telah diisolasi dengan bahan isolator berupa gabus ................................................ 24 Gambar 3.6. Kolektor surya plat datar dengan memakai kaca penutup (glazed) ............................. 24 Gambar 3.7. Kolektor surya plat datar tanpa kaca penutup (unglazed)........................................... 24 Gambar 3.8. Sketsa penentuan kemampuan mengkonversi energi matahari menjadi energi dari kolektor surya plat datar .............................................. 26 Gambar 4.1. Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... 34 Gambar 4.2. Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... 35 Gambar 4.3. Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... 36 Gambar 4.4. Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... 37 Gambar 4.5. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air ( )airV (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup(glazed).................................. 38 Gambar 4.6. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air ( )airV (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam
-
tanpa lapisan kaca penutup(unglazed) ................................ 39 Gambar 4.7. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air ( )airV (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup(glazed).................................. 40 Gambar 4.8. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air ( )airV (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) ............................... 41
-
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Masalah energi merupakan suatu masalah yang tidak akan pernah
berhenti dibicarakan, dikembangkan, dan diteliti orang. Hal tersebut
dikarenakan pemakaian energi cenderung meningkat terus dengan
meningkatnya peradaban manusia dan keterbatasan sumber energi khususnya
sumber energi konvensional (minyak bumi, gas alam, dan batu bara).
Peristiwa ini yang menyebabkan krisis energi. Satu di antara bentuk energi
yang dapat digunakkan selain sumber energi konvensional adalah energi
surya. Energi surya yang disediakan oleh alam untuk umat manusia khususnya
yang tinggal di daerah tropis sangatlah berlimpah. Selain berlimpah dan tidak
habis pakai, energi surya juga tidak menimbulkan polusi.
Pemanfaatan energi surya dapat secara langsung maupun tidak langsung.
Contoh pemanfaatan secara langsung misalnya untuk mengeringkan pakaian,
hasil pertanian dan lain sebagainya. Sedangkan contoh pemanfaatan secara
tidak langsung seperti digunakan untuk menyediakan air panas di rumah-
rumah sakit, untuk keperluan industri seperti pencucian botol, dan sistem air
panas untuk keperluan rumah tangga, yaitu dengan membuat alat-alat
pengumpul energi surya atau kolektor surya (solar collector).
Kolektor surya pada umumnya terdiri dari selembar bahan konduktif
yang disebut plat penyerap yang berhubungan langsung dengan pipa-pipa
-
pembawa cairan yaitu air. Plat penyerap akan meyerap energi radiasi surya
dan mengkonversikannya menjadi energi termal pada air. Parameter-
parameter yang berpengaruh pada kemampuan kolektor surya dalam
mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal di antaranya
adalah warna plat penyerap dan lapisan penutup kolektor.
Umumnya plat penyerap pada kolektor surya berwarna hitam untuk
memaksimalkan energi radiasi yang diserap. Untuk pengembangan dari segi
estetika pada warna plat penyerap, dalam penelitian ini selain warna hitam
akan diteliti juga warna yang lain yaitu warna biru.
Plat penyerap berwarna biru mempunyai nilai konversi yang lebih kecil
dibandingkan dengan plat penyerap berwarna hitam. Untuk melihat seberapa
perbedaan antara kedua plat penyerap maka dalam peneltian ini akan diukur
dan dibandingkan nilai konversi yang dihasilkan pada kedua plat penyerap
tersebut. Begitu juga halnya untuk bagian penutup kolektor, dalam penelitian
ini akan dibedakan dengan atau tanpa lapisan kaca penutup.
(Tripanagnostopoulost, et al., 2000)
Dari alasan tersebut maka peneliti mengkaji lebih jauh tentang
perbandingan kemampuan kolektor surya plat datar berwarna hitam dan biru
dengan atau tanpa kaca penutup (glazed or unglazed) dalam mengkonversi
energi radiasi matahari menjadi energi termal.
B. Batasan Masalah
Obyek yang digunakan dalam penelitian berupa 4 jenis kolektor yaitu:
-
1. Kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup
(glazed).
2. Kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup
(unglazed).
3. Kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup
(glazed).
4. Kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup
(unglazed).
Keempat kolektor memiliki bentuk, luas, bahan (isolator, plat, pipa)
yang sama, begitu juga untuk tipe kolektor dengan lapisan kaca penutup
mengunakan bahan kaca yang sama. Sampel cairan yang digunakan adalah air.
C. Rumusan Masalah
Secara singkat penelitian ini akan menjawab beberapa persoalan sebagai
berikut,yaitu :
1. Bagaimana membuat alat pemanas air dengan mengunakan energi radiasi
surya atau kolektor surya plat datar?
2. Berapa besar perubahan temperatur air yang dihasilkan untuk berbagai laju
aliran air dan intensitas radiasi matahari pada kolektor surya plat datar
berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan kaca penutup
(glazed or unglazed)?
-
3. Berapa besar perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi
matahari menjadi energi termal dari kolektor surya plat datar berwarna
hitam dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan kaca penutup (glazed
or unglazed)?
D. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini, yaitu:
1. Membuat kolektor surya plat datar.
2. Mengukur perubahan temperatur air untuk berbagai laju aliran air dan
intensitas radiasi matahari pada kolektor surya plat datar berwarna hitam
dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan kaca penutup (glazed or
unglazed).
3. Menghitung dan membandingkan kemampuan mengkonversi energi
radiasi matahari menjadi energi termal dari kolektor surya plat datar
dengan plat berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan
kaca penutup (glazed or unglazed).
E. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Bagi peneliti berkaitan dengan bidang yang dipelajari adalah untuk
melengkapi konsep tentang panas dan radiasi melalui eksperimen, tidak
hanya melalui teori saja.
-
2. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan masukan bagi ilmu
pengetahuan dan teknologi, maupun masyarakat khususnya dalam
pemanfaatan energi surya melalui pembuatan alat pemanas air seperti
kolektor surya (solar collector).
-
BAB II
DASAR TEORI
A. Energi Surya
Pada dasarnya energi surya berasal dari reaksi nuklir yang ada di
matahari. Energi tersebut dipancarkan ke segala arah dalam bentuk radiasi
elektromanetik (Gambar 2.1).
Matahari
sdR Bumi
Gambar 2.1. Pancaran energi radiasi matahari ke segala arah
Besarnya daya radiasi yang dipancarkan oleh matahari dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan Stefan-Boltzmann (Jansen, 1995):
42 sstotal TdP πσ=
Dengan σ adalah tetapan Stefan-Boltzmann = W/m81067.5 −× 2 K4,
adalah luas permukaan matahari, dengan adalah diameter matahari,
adalah temperatur permukaan matahari.
2sdπ sd
sT
Pada Gambar 2.1 pancaran energi radiasi matahari ke segala arah. Jika R
adalah jarak rata-rata antara matahari dan bumi, maka luas permukaan bola
-
adalah . Berarti intensitas radiasi yang diterima oleh permukaan bumi
adalah:
24 Rπ
242
4 RTd
I ssσ
=
Dengan konstanta-konstanta yang telah diketahui yaitu diameter
matahari m, temperatur permukaan matahari 5762 K, dan jarak rata-
rata antara matahari dan bumi m, maka besarnya intensitas radiasi
matahari sampai permukaan bumi dalam arah tegak lurus adalah:
91039.1 ×
11105.1 ×
( ) ( ) ( )( ) 2211
443229428
m101.54
K105.672m101.39KmW/105.67
××
×××××=
−
I
= 1353 W/m2.
Nilai I disebut sebagai konstanta surya.
Setelah mengalami proses penyerapan, pemantulan, dan sebaran di
dalam atmosfer, besarnya intensitas radiasi matahari yang sampai ke
permukaan bumi antara jam 8.00 - jam 16.00 WIB rata-rata sebesar 530 W/m2
untuk sebuah permukaan datar.
B. Energi Panas
Jika suatu zat bermassa m dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar
TΔ dan panas jenis zat adalah sebesar c, maka energi Q yang diserap oleh zat
tersebut adalah (DiLavore, 1984):
TcmQ Δ=
-
dengan:
Q adalah energi (kalori)
m adalah massa zat (kg)
c adalah panas jenis zat (kalori/kg oC)
TΔ adalah perubahan suhu pada zat (oC)
C. Perpindahan Panas
Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari
suatu benda ke benda yang lain akibat adanya perbedaan suhu antara benda-
benda tersebut (Kreith, 1973).
Ada tiga proses dalam perpindahan panas yaitu: konduksi, konveksi, dan
radiasi.
1. Konduksi
Konduksi kalor adalah proses di mana panas mengalir dari daerah
yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam
suatu medium atau antara medium-medium yang berlainan (padat, cair,
gas) yang bersinggungan secara langsung (Kreith, 1973).
Pada perpindahan panas secara konduksi, energi panas ditransfer
lewat interaksi antara atom-atom atau molekul-molekul, walaupun atom-
atomnya sendiri tidak berpindah. Sebagai contoh, jika salah suatu ujung
sebuah batang padat dipanaskan, maka atom-atom di ujung yang
dipanaskan bergetar dengan energi yang lebih besar dibandingkan atom-
-
atom di ujung lebih dingin. Karena interaksi atom-atom yang lebih
energetik dengan sekitarnya, energi dipindahkan sepanjang batang.
Jika padatan adalah logam, maka perpindahan energi panas dibantu
oleh elektron-elektron bebas yang bergerak di seluruh logam, sambil
menerima dan memberi energi panas ketika bertumbukan dengan atom-
atom logam.
Gambar 2.2 menunjukkan suatu penampang dengan luas permukaan
A yang mempunyai perbedaan suhu TΔ yaitu dan sepanjang 1T 2T xΔ .
Bila suhu di permukaan sebelah kiri dan sebelah kanan dengan >
maka panas akan dikonduksikan dari permukaan penampang yang
bersuhu lebih tinggi ke permukaan penampang yang bersuhu lebih rendah.
Besarnya gradien temperatur pada penampang tersebut adalah
1T 2T 1T
2T
xT ΔΔ / .
Jika QΔ adalah jumlah energi yang dikonduksikan lewat penampang
dalam selang waktu tΔ , maka laju konduksi energi adalah dan
sering disingkat dengan
tQ ΔΔ /
H .
Secara eksperimen, ditemukan bahwa laju konduksi energi termal
sebanding dengan gradien temperatur dan dengan luas
penampang (Tipler,1991): A
H
2T
A
1T
xΔGambar 2.2. Proses konduksi pada suatu penampang dinding
-
−=H k A xTΔΔ
dengan k adalah konduktivitas termal (Joule/s m K) yang menyatakan
laju perpindahan panas yang melewati satu satuan luasan
penampang sejauh satu satuan panjang penampang dan
mempunyai perbedaan suhu 1oC.
Nilai k ini mempunyai jangkauan antara 0,03 W/m o C (isolator yang
baik) sampai 400 W/m o C (logam-logam yang konduktif) (Prasetyo dan
Setiawan, 1991).
Tanda ( - ) menunjukkan arah aliran panas dari suhu tinggi ke suhu
rendah.
2. Konveksi
Berbeda dengan perpindahan panas secara konduksi, perpindahan
panas secara konveksi merupakan perpindahan panas yang disebabkan
karena adanya perpindahan massa. Proses perpindahan panas secara
konveksi berhubungan erat dengan aliran fluida. Jika air yang dipanaskan
dipaksa bergerak dengan alat peniup atau pompa kompresor maka proses
tersebut dinamakan konveksi paksa. Kalau air yang dipanaskan mengalir
akibat perbedaan massa jenis oleh karena perbedaan temperatur maka
proses tersebut merupakan konveksi bebas atau alami
(Sears dan Zemansky, 1969).
3. Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah proses perpindahan energi
akibat foton-foton dipancarkan dari suatu permukaan ke permukaan lain.
-
Pada saat mencapai permukaan tersebut, foton-foton akan diserap,
dipantulkan atau diteruskan (Stoecker dan Jones, 1982).
Pada tahun 1879, Joseph Stefan melakukan pengukuran daya total
yang dipancarkan oleh benda hitam sempurna. Dia menyatakan bahwa
daya total itu sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Lima
tahun kemudian Ludwing Boltzmann menurunkan hubungan yang sama.
Persamaan yang didapat dari hubungan tersebut dikenal sebagai Hukum
Stefan-Boltzmann yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan oleh
suatu permukaan benda dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu
sebanding dengan luas permukaan dan sebanding dengan pangkat empat
suhu mutlak permukaan itu. Secara matematis dapat ditulis (Tipler, 1991):
4TAetQ σ=ΔΔ
4TAeP σ=
dengan:
P adalah daya yang diradiasikan (watt)
e adalah koefisien emisivitas benda
A adalah luas permukaan benda (m)
4T adalah suhu mutlak permukaan benda (K)
σ adalah konstata Stefan-Boltzmaan W/m81067,5 −× 2 K4
-
D. Benda Teradiasi Panas dan Hukum Kirchoff
Sesuai yang diselidiki Scheele, benda yang dikenai radiasi panas,
permukaannya akan menyerap panas, memantulkannya, dan meneruskannya
ke dalam benda. Umumnya bagian panas yang langsung diteruskan ke dalam
benda tidak trasparan kecil sekali. Sebagian besar dari panas yang diteruskan
adalah melalui serapan dulu, sehingga bagian panas yang diteruskan dapat
diabaikan.
Jika suatu benda dengan koefisien serapan α dan koefisien emisi e untuk
α dan e tergantung pada panjang gelombang, maka koefisien serapan dan
emisi tersebut dapat dituliskan sebagai αλ dan . Jika benda tersebut
mempunyai daya emisi , maka daya emisi yang diserap oleh benda pada
panjang gelombang
λe
λP
λ hingga λλ Δ+ adalah:
λα λλ dPdPserapan =
Benda ini juga akan mengemisikan panas pada panjang gelombang yang
sama yaitu λ hingga λλ Δ+ , daya yang diemisikan sebesar:
λλλ dPedPemisi =
Sehingga daya emisi total yang diserap dan diemisikan oleh benda
tersebut adalah:
( ) λα λλλ dPedPdP emisiserap −=−
Untuk menentukan hubungan antara αλ dan eλ perlu dicari keadaan
kesetimbangan termal dari serapan dan emisi yang terjadi. Untuk seluruh
-
panjang gelombang setelah kesetimbangan termal terjadi, memenuhi:
( )∫∞
=−0
0λα λλλ dPe
sehingga:
λα = λe
Koefisien emisi dan koefisien serapan suatu benda pada keadaan yang
sama (temperatur sama) adalah sama. Hal ini dikenal sebagai hukum Kirchoff.
Benda hitam dapat menyerap seluruh panas yakni α = 1 dan pada keadaan
yang sama pula dapat memancarkan seluruh panas e = 1 (Naga, 1991).
E. Kolektor Surya Plat Datar
Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, untuk bagian
penutup kolektor surya plat datar dalam penelitian ini akan dibedakan yaitu
kolektor surya plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed) dan kolektor
surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed).
1. Kolektor plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed)
Matahari memancarkan energi hampir pada seluruh panjang
gelombang dan sampai ke bumi dalam bentuk radiasi gelombang
elektromagnet. Ketika sinar matahari mengenai lapisan kaca penutup pada
kolektor, energi dengan panjang gelombang paling pendek dapat
menembus kaca sedangkan energi dengan panjang gelombang terpanjang
dipantulkan kembali oleh kaca. Energi yang dapat menebus kaca tersebut
akan diserap oleh plat yang ada di dalam kolektor sehingga plat menjadi
hangat. Selain itu temperatur udara yang berada di dalam kolektor akan
-
naik sehingga menghalangi panas yang keluar sehingga panas terjebak di
dalam kolektor.
Suhu di dalam kolektor akan tetap tinggi dibanding dengan suhu di
luarnya begitu juga yang terjadi pada suhu plat. Kalor yang diserap plat
kemudian akan dikonduksikan ke pipa dan air yang selanjutnya air akan
mengalami proses konveksi sehingga temperatur air akan naik.
2. Kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed)
Pada kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed),
sinar radiasi matahari akan langsung diterima oleh plat, sebagian radiasi
diserap oleh plat dan sebagian lagi akan dipantulkan. Plat sebagai sumber
kalor yang lebih dingin dibandingkan matahari akan memancarkan
kembali kalor yang diterimanya dalam bentuk energi radiasi ke lingkungan
sekeliling. Tidak ada panas yang terjebak di dalam kolektor sehingga suhu
pada plat dan air akan mudah turun akibat faktor lingkungan seperti
keadaan angin atau perbedaan suhu antara plat dan lingkungan.
F. Konversi Energi Radiasi menjadi Energi Termal
Kolektor dikenai sinar dengan intensitas radiasi sebesar ( ). Sebagian
intensitas radiasi akan dipantulkan ( ) ke luar kolektor dan sebagian lagi
diserap ( ) oleh kolektor.
dI
pantulI
serapI
serapIairinputT
airoutputT
dIpantulI
kolektor
-
Besarnya intensitas radiasi yang diserap olek kolektor adalah:
aII dserap α= (2.1)
dengan:
serapI adalah intensitas radiasi yang diserap kolektor (W/m2)
dI adalah intensitas radiasi yang datang (lux)
α adalah fraksi dari intensitas radiasi yang datang yang
diserap oleh kolektor. Nilai α tidak besatuan dan nilainya
tergantung dari warna plat penyerap dan ada atau tidaknya
lapisan kaca penutup kolektor.
a adalah konversi satuan dari (lux) menjadi (W/m2)
Berarti daya yang diserap pada luasan (A) kolektor:
AIP serapserap =
AaIP dserap α= (2.2)
dengan:
serapP adalah daya yang diserap kolektor (W)
A adalah luas kolektor (m2)
Dan besarnya energi radiasi yang diserap oleh kolektor dalam
selang waktu adalah:
)( serapW
tΔ
tPW serapserap Δ= (Joule)
2,0tAaIW dserap 39Δ= α (kalori) (2.3)
Karena nilai Aa,,α konstan maka persmaan (2.3) dapat dituliskan:
-
tkIW dserap Δ= (2.4)
dengan: 239,0Aak α= adalah konstanta yang menentukan seberapa
besar kemampuan kolektor dalam mengkonversi energi radiasi menjadi
energi termal, dan tΔ adalah selang waktu kolektor menyerap energi
radiasi (s).
Di dalam kolektor energi radiasi berubah menjadi panas. Berdasarkan
hukum kekekalan energi sebagian panas akan hilang dan sebagian lagi panas
akan digunakan untuk menaikkan temperatur plat dan air sebesar TΔ .
Jumlah energi termal yang diterima oleh plat dan air adalah:
( )airairairplatplatplatairplat TcmTcmQ Δ+Δ=+ (kalori) (2.5)
Untuk maka persamaan (2.5) dapa dituliskan menjadi: airplat TT Δ=Δ
( ) airairairplatplatairplat TcmcmQ Δ+=+ (2.6)
dengan:
airm adalah massa air (kg) ( airairair volm ρ= )
airvol adalah volume air ( l )
airρ adalah massa jenis air (kg/l)
airc adalah panas jenis air (kal/kg oC)
platm adalah massa plat dan pipa (kg)
platc adalah panas jenis plat dan pipa (kal/kg oC)
airTΔ adalah perubahan temperatur air (oC)
dengan awalsuhuakhirsuhuair TTT −=Δ
-
Berdasarkan hukum kekekalan tenaga maka persamaan (2.4) dan (2.6)
menjadi: hilangserapairplat WWQ −=+ (2.7)
( ) hilangdairairairplatplat WtkITcmcm −Δ=Δ+ (2.8)
( )airairplatplathilang
dairairplatplat
air cmcmW
Icmcm
tkT+
−⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
+Δ
=Δ (2.9)
Selama selang waktu tΔ massa air yang mengalir melalui kolektor
adalah:
airairair volm ρ=
( ) airairair tVm ρΔ= (2.10)
dengan:
airV adalah laju aliran air (ml/s)
Untuk satu satuan waktu, massa air menjadi:
airairair Vm ρ= (2.11)
Jika dituliskan ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
+Δ
airairplatplat cmcmtk = η (2.12)
dengan nilai η konstan untuk satu laju aliran air untuk satu-satuan
waktu, substitusi persamaan (2.11) ke dalam persamaan (2.12) menghasilkan:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
+ airairairplatplat cVcmk
ρ= η (2.13)
Substitusi (2.13) ke persamaan (2.9), menghasilkan:
( )airairairplatplathilang
dair cVcmW
ITρ
η+
−=Δ (2.14)
-
Dari persamaan (2.14), nilai η dapat diperoleh melalui grafik hubungan
terhadap . Selanjutnya nilai airTΔ dI η disebut sebagai konstanta yang
menyatakan besarnya nilai perubahan temperatur air TΔ (oC) yang dihasilkan
tiap satuan kuat cahaya (lux). dI
Dari persamaan (2.13) akan didapatkan:
k
cmVc platplatairairair +=ρ
η1
kcm
Vkc platplat
airairair +=
ρη1 (2.15)
Dari persamaan (2.15) melalui grafik hubungan η1 terhadap ,
diperoleh nilai gradien atau
airV
kcairairρ . Selanjutnya dari nilai gradien
didapatkan nilai konstanta k yang menentukan kemampuan kolektor dalam
mengkonversi energi radiasi menjadi energi termal. Selain dari nilai gradien,
nilai konstanta k dapat juga ditentukan dari nilai titik potong.
-
BAB III
METODE ANALISIS PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
Kegiatan penelitian dilaksanakan di laboratorium/halaman
Universitas Sanata Dharma. Metode yang dipakai adalah metode
eksplorasi eksperimental yaitu kajian teoritis akan dikembangkan dalam
eksperimen untuk mendapatkan perbandingan kemampuan mengkonversi
energi radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor
surya plat datar. Waktu pengambilan data antara jam 10.00 WIB sampai
13.00 WIB.
B. Obyek Penelitian
Obyek yang digunakan adalah empat jenis kolektor surya plat datar yaitu:
1. Kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup
(glazed).
2. Kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup
(unglazed).
3. Kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup
(glazed).
4. Kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup
(unglazed).
-
Keempat kolektor memiliki bentuk, luas, bahan (isolator, plat, pipa)
yang sama, begitu juga untuk tipe kolektor dengan lapisan kaca penutup
mengunakan bahan kaca yang sama. Sampel cairan yang digunakan adalah air.
C. Alat/Instrumen
Alat/Instrumen yang digunakan dalam penelitian adalah:
a. Empat buah kolektor surya plat datar.
b. Dua buah termometer suhu air.
c. Satu buah termometer lingkungan.
d. Satu buah Lightmeter untuk mengukur intensitas radiasi matahari.
e. Satu buah gelas ukur untuk mengukur volume air.
f. Satu buah Stopwatch untuk melihat waktu dalam pengukuran intensitas
radiasi matahari dan perubahan temperatu air tiap 10 menit.
g. Tiga buah tabung yang sudah diisolasi dengan bahan isolator berupa kertas
manila dan plastik. Pengunakan tabung tersebut dimaksudkan untuk
menjaga agar aliran air tetap kontinu sebelum masuk ke kolektor.
h. Selang atau pipa plastik sebagai penghubung aliran air dari kran ke
kolektor.
D. Langkah Penelitian
Langkah penelitian ini melalui dua tahap yaitu :
1. Tahap pembuatan alat (kolektor surya).
-
Alat sebagian besar dibuat di laboratorium Universitas Sanata
Dharma, dan sebagian lagi dikerjakan di luar kampus. Pipa dibentuk
sedemikian rupa agar luasan kontak antara pipa dan plat semakin lebar
sehingga panas yang dikonduksikan dari plat ke pipa pembawa cairan
semakin besar. Setelah itu plat dan pipa direkatkan dengan cara dipatri
dengan timah selanjutnya plat yang telah merekat dengan pipa diberi
warna.
Sedangkan untuk kotak atau bingkai terbuat dari kayu yang dibentuk
empat persegi panjang yang pada bagian dasar dan sisi-sisinya terisolasi
dengan bahan isolator berupa gabus. Bagian atas atau penutup kolektor
dalam penelitian dibedakan menjadi dua yaitu dengan lapisan kaca
penutup (glazed) dan tanpa lapisn kaca penutup (unglazed).
Susunan dan dimensi peralatan untuk penbuatan kolektor:
a. Plat penyerap
- Bahan: Tembaga
- Tebal : 1 mm
- Panjang : 1 m
- Lebar : 0.45 m
- Jarak plat ke kaca: 0.05 m
b. Pipa cairan
- Bahan: Tembaga
- Panjang : 4.5 m
- Diameter dalam pipa: 0.0025 m
-
c. Kaca penutup
- Bahan: Kaca bening
- Tebal: 3 mm
d. Isolator
- Bahan: Gabus
- Tebal: 0.1 m
e. Kerangka
- Bahan: Kayu
- Panjang : 1.04 m
- Lebar : 0.47 m
- Tinggi : 0.15 m
f. Pelapis plat penyerap
- Cat pylox hitam 103 dan biru 109 aerosol spray paint
Gambar 3.1. Plat tembaga
-
Gambar 3.2. Pipa tembaga
Gambar 3.3. Plat dan pipa tembaga yang sudah direkatkan
Gambar 3.4 . Lapisan kaca penutup kolektor yang telah bingkai dengan kayu
-
Lubang untuk pipa input
Gabus Lubang untuk pipa output
Gambar 3.5. Bingkai kolektor dan bagian bawah kotak kolektor yang telah diisolasi dengan bahan isolator berupa gabus
Gambar 3.6. Kolektor surya plat datar dengan memakai lapisan kaca penutup (glazed)
Kaca penutup Pipa pembawa cairan
Plat penyerap Gabus Kotak kolektor
Bingkai kaca
Gambar 3.7. Kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed)
Gabus Kotak kolektor
Pipa pembawa cairan
Plat penyerap
-
2. Tahap pengambilan data
Untuk setiap kolektor dari keempat kolektor, data yang diambil
sebanyak 5 kali percobaan dengan laju aliran yang berbeda. Adapun
prosedur pengambilan data adalah sebagai berikut:
a. Mengeset alat
- Kolektor dipanaskan di bawah sinar matahari langsung selama 3
jam antara jam 10.00 WIB sampai 13.00 WIB.
- Luxmeter dipasang sama tinggi dengan kolektor hal ini
dimaksudkan agar intensitas matahari yang diukur oleh Luxmeter
merupakan intensitas yang mengenai kolektor .
- Tabung input dan output dipasang pada statip, begitu juga untuk
termometer lingkungan.
- Dua termometer air yang dipasang harus mengenai air dan dalam
keadaan tetap.
-
b. Kran air diset setiap melakukan percobaan untuk mendapatkan
berbagai laju aliran air yang diinginkan.
c. Setelah kolektor dan alat-alat dirangkai seperti pada Gambar 3.8, kran
air dibuka dan air akan menggalir melalui kolektor. Suhu input air,
suhu output air, intensitas radiasi matahari, dan suhu lingkungan
diukur setiap selang waktu 10 menit.
d. Mengamati keadaan sekitar lingkungan (keadaan awan dan angin).
Kran air
Termometer lingkungan
Tabung output
Matahari
Lightmeter
Kolektor surya plat datar
Tabung input
Stat
ip
Stat
ip
Gambar 3.8. Sketsa penentuan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari kolektor surya plat datar.
Termometer digital suhu input air
Termometer digital suhu output air
Selang plastik
-
E. Metode Analisis Data
1. Menghitung laju aliran air atau debit air
tv
V airair =
dengan:
adalah volume air (ml) airv
t adalah lama waktu air mengalir (sekon)
adalah laju aliran air (ml/sekon) airV
2. Mengukur suhu input dan suhu output air, suhu lingkungan, intensitas
radiasi matahari untuk tiap 10 menit, selama tiga jam dari jam 10.00 WIB
– 13.00 WIB.
3. Menghitung perbedaan suhu air airTΔ (oC).
(airTΔoC) = (oT
oC) - (iToC)
dengan:
adalah suhu output air (oToC)
adalah suhu input air (iToC)
4. Dari data yang diperoleh untuk setiap laju aliran air, dibuat grafik
hubungan perubahan temperatur air ( airTΔ ) terhadap intensitas radiasi
matahari ( ). Dari grafik tersebut didapatkan nilai gradien atau konstanta dI
η , yang menyatakan besarnya perubahan temperatur air yang dihasilkan
untuk tiap satuan intensitas radiasi matahari.
-
5. Membuat grafik hubungan antara konstanta 1/η terhadap berbagai laju
aliran air ( ), dari grafik hubungan tersebut diperoleh nilai gradient
yaitu
airV
kcairairρ dari keempat kolektor.
6. Dari setiap nilai gradient kemudian diperoleh nilai konstanta k yang
menentukan kemampuan kolektor dalam mengkonversi energi radiasi
matahari menjadi energi termal .
7. Dari nilai konstanta kemudian didapatkan nilai konstanta yang
menunjukkan nilai perbadingan kemampuan mengkonversi energi radiasi
matahari menjadi energi termal dari keempat kolektor.
k relativek
-
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
Dalam penelitian ini telah dilakukan pengumpulan energi radiasi
matahari dalam bentuk intensitas radiasi dengan memakai kolektor surya plat
datar berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa lapisan kaca penutup (glazed
or unglazed). Kolektor dibentuk empat persegipanjang. Sesuai dengan tujuan,
sampel cairan yang digunakan untuk melihat perubahan temperatur adalah air.
Kolektor dipanaskan secara langsung di bawah matahari selama 3 jam dari
jam 10.00 s/d 13.00 WIB.
Untuk mengetahui besarnya nilai konstanta k yang menentukan
kemampuan kolektor surya plat datar dalam mengkonversi energi radiasi
matahari menjadi energi termal, pada setiap kolektor dilakukan 3 tahap
penelitian yaitu:
a. Menghitung laju aliran air setiap kali percobaan dengan mengukur volume
air yang mengalir melewati kolektor untuk tiap satu-satuan waktu.
Mengukur perubahan suhu air, intensitas radiasi matahari, suhu
lingkungan serta mencatat keadaan lingkungan atau cuaca. Pengukuran
dilakukan setiap selang waktu 10 menit, akan tetapi ada sebagian data
pada waktu tertentu tidak dapat diukur oleh karena faktor lingkungan yaitu
keadaan awan yang menutupi matahari.
-
Contoh hasil pengukuran untuk empat jenis kolektor dengan laju aliran air
4,0 ml/s dapat dilihat pada Tabel 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4. Hasil pengukuran
untuk laju aliran air yang berbeda dari keempat kolektor seluruhnya dapat
dilihat pada lampiran I.
Tabel 4.1. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapiasan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Waktu (s) Tinput ( °C) Toutput ( °C) Intensitas radiasi (lux)
10.40 29 33 202 10.50 30 35 220
11.00 30 35 231 11.10 29 32 200
11.20 30 34 240 11.40 32 39 266
11.50 32 41 393 12.00 33 47 650
12.20 32 46 603
12.30 35 48 580 12.40 36 42 214
-
Tabel 4.2. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Waktu (s) Tinput( °C)
Toutput(°C) Intensitas radiasi (lux)
10.00 25
31 437 10.10 26 30 376 10.40 28
34 397
11.20 29 34 484 11.50 28 32 320 12.00 30 39 530 12.10 30 35 425
12.40 30 37 510
Tabel 4.3. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Waktu (s)
Tinput ( °C) Toutput ( °C) Intensitas radiasi (lux)
10.10
28 29 201 10.20 29 31 300 10.30 29 33 485 10.40 31 35 506 10.50 31 36 545 11.30 31 36 521 11.40 32 36 414 11.50 32 38 555 12.00 33 38 525 12.30 32 37 494 12.50 32 37 497 13.00
32 37 485
-
Tabel 4.4. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Waktu (s) Tinput ( °C) Toutput ( °C) Intensitas radiasi(lux)
10.30 29 34 450 10.40 30 36 408 11.10 31 37 436 11.20 32 39 489 11.30 32 36 322 11.40 34 40 507 11.50 35 42 475
12.40 32 38 338 13.00 32 37 395
b . Dari Tabel 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4 pada tahap (a) yang telah diperoleh,
selanjutnya dicari hubungan nilai intensitas radiasi matahari terhadap
perubahan temperatur air. Dari hubungan tersebut nantinya akan
didapatkan satu konstanta η untuk satu laju aliran air.
Dari persamaan (2.14)
( )airairairplatplathilang
dair cVcmW
ITρ
η+
−=Δ
dengan:
airTΔ adalah perubahan suhu air (oC)
airawalsuhuairakhirsuhuair TTT −=Δ
dI adalah intensitas radiasi matahari (lux)
η adalah nilai konstanta (oC/lux)
-
Contoh data hubungan antara intensitas radiasi matahari dengan perubahan
temperatur air untuk empat jenis kolektor dengan laju aliran air 4,0 ml/s
dapat dilihat pada tabel 4.5, 4.6, 4.7, dan 4.8. Nilai konstanta η yang
dihasilkan dari hubungan pada tabel tersebut dapat dilihat pada gambar
4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4. Data hubungan terhadap Δ dan nilai
konstanta
dI Tair
η yang dihasilkan untuk laju aliran air yang berbeda seluruhnya
dapat dilihat pada lampiran II.
Tabel 4.5. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
dI (lux) TΔ (oC) 202 4 214 6 220 5 231 5 240 4 266 7 393 9 580 13 603 14 650 14
-
2
4
6
8
10
12
14
150 250 350 450 550 650
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 4.1. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( )601,0096,0.002,0022,0 ±+±=Δ dIairT
dengan nilai gradien atau konstanta η yang dihasilkan sebesar: 0 002,0022, ±
Tabel 4.6. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
(lux)dI C)(oTΔ
320 4 376 4 397 6 425 5 437 6 484
5 510 7
530 7
-
1
2
3
4
5
6
7
8
300 350 400 450 500 550
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 4.2. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca
penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 301,2241,2.005,0018,0 ±−+ )±=Δ dIairT
dengan nilai gradien atau konstanta η yang dihasilkan sebesar: 0 005,0018, ±
Tabel 4.7. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari
kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
(lux)dI C)(oTΔ
201 1 300 2 414 4 485 4 485 4 494 5 497 5 406 4 521 5 525
5 545 5 555 6
-
0
1
2
3
4
5
6
7
8
150 250 350 450 550 650
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 4.3. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 025.1177.1.002.0011.0 ±−+ )±=Δ dIairT
dengan nilai gradien atau konstanta η yang dihasilkan sebesar: 0 002,0011, ±
Tabel 4.8. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
(lux)dI C)(oTΔ
322 4 338 6 395 5 408 6 436 6 450 5 475
7 489 7 507
6
-
2
3
4
5
6
7
8
300 350 400 450 500 550
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 4.4. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca
penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 023,2665,1.005,0010,0 ±+ )±=Δ dIairT
dengan nilai gradien atau konstanta η yang dihasilkan sebesar: 0 005,0010, ±
c. Selanjutnya dari nilai konstanta η yang dihasilkan untuk setiap laju aliran
air dalam 5 kali percobaan pada tahap (b), dicari hubungan nilai konstanta
1/η terhadap berbagai laju aliran air (V ). Dari grafik hubungan tersebut
diperoleh satu nilai gradien yaitu
air
kairair cρ dari keempat jenis kolektor.
Dari persamaan (2.15)
kcm
Vkc platplat
airairair +=
ρη1
-
Hasil hubungan nilai konstanta 1/η terhadap berbagai laju aliran air ( )
dapat dilihat pada Tabel 4.9. 4.10, 4.11, 4.12, dan Gambar 4.5, 4.6, 4.7,
dan 4.8.
airV
Tabel 4.9. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( ) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed).
airV
30
40
50
60
70
80
90
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8
Vair (ml/sekon)
Gambar 4.5. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam
dengan lapisan kaca penutup (glazed )
1/ η
(1/ (
°C /
lux)
)
(V )ml/sair ( )C/luxcη
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
C/lux1/1 oη
4,0 0,022 40,0 4,8 0,015 66,6 5,0 0,014 71,4 5,5 0,013 76,9 5,6 0,012 83,3
-
Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 4,148,568.29,241 ±−±= airVη )
dengan nilai gradien atau nilai k
airair cρ yang dihasilkan sebesar: 8,29,24 ±
Tabel 4.10. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air (V ) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed).
air
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
C/lux1/1 oη ( )ml/sairV ( )C/luxcη
4,0 0,014 71.4 4,6 0,011 90,9
5,1 0,009 111,1
5,5 0,008 125,0 6,0 0,007 142,8
45
65
85
105
125
145
165
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3
Vair (ml/sekon)
Gambar 4.6. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux )) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa
lapisan kaca penutup (unglazed )
1/ η
(1/ (
°C /
lux)
)
-
Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 1,79,753,13,361 ±−±= airVη ) dengan
nilai gradien atau nilai k
airair cρ yang dihasilkan sebesar: 3,13,36 ±
Tabel 4.11. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air (V ) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed).
air
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
C/lux1/1 oη ( )ml/sairV ( )C/luxcη
4,0 0,011 90,9 5,3 0,009 111,1 5,8 0,007 142,8 6,0 0,006 166,6 6,5 0,005 200,0
60
80
100
120
140
160
180
200
220
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3 6,8
Vair (ml/sekon)
Gambar 4.7. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan
lapisan kaca penutup (glazed )
1/ η
(1/ (
°C /
lux)
)
-
Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( 4,577,892,109,411 ±−±= airVη )
dengan nilai gradien atau nilai k
airair cρ yang dihasilkan
sebesar: 41 2,109, ±
Tabel 4.12. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air (V ) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed).
air
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
C/lux1/1 oη ( )ml/sairV ( )C/luxcη
4,0 0,010 100,0 5,1 0,009 111,1
5,2 0,008 125,0 5,5 0,006 166,6 6,0 0,005 200,0
60
80
100
120
140
160
180
200
220
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3
Vair (ml/sekon)
Gambar 4.8. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa
lapisan kaca penutup (unglazed )
1/ η
(1/ (
°C /
lux)
)
-
Dari grafik didapatkan persamaan ( ) ( )7,902,108.3,179,471 ±−±= airVη
dengan nilai gradien atau nilai kcairairρ yang dihasilkan sebesar: 3,179,47 ±
Secara ringkas nilai kcairairρ yang diperoleh untuk keempat jenis
kolektor surya plat datar dapat dilihat pada Tabel 4.13.
Tabel 4.13. Nilai gradien atau kcairairρ untuk empat jenis kolektor surya
plat datar.
Memakai lapisan kaca penutup
(glazed)
Tanpa lapisan kaca penutup
(unglazed)
Warna
kcairairρ
C)/(ml/s)(lux/o kcairairρ
C)/(ml/s)(lux/o
Hitam
8,29,24 ±
3,13,36 ±
Biru
2,109,41 ±
3,179,47 ±
B. Pembahasan
Dari Gambar 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4 dapat dilihat bahwa perubahan
temperatur air merupakan fungsi intensitas radiasi matahari .
Intensitas radiasi matahari yang berubah-ubah mengakibatkan nilai perubahan
temperatur air yang berbeda-beda. Menaiknya intensitas radiasi yang diserap
oleh kolektor mengakibatkan juga kenaikan pada temperatur air sehingga
hubungan tersebut membentuk grafik garis linear.
airTΔ I d
-
Kemiringan atau gradien yang dihasilkan pada Gambar 4.5, 4.6, 4.7, dan
4.8 menunjukan besarnya nilai k
airair cρ . Lebih jelasnya lihat pada Tabel 4.13
yang menunjukkan nilai k
airair cρ yang dihasilkan dari empat jenis kolektor
surya plat datar.
kcairairρTabel 4.13, menunjukkan bahwa nilai yang dihasilkan dari
kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam lebih kecil
dibandingkan pada kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna
biru. Ini berarti nilai konstanta k yang dihasilkan oleh kolektor dengan plat
penyerap berwarna hitam lebih besar dibandingkan kolektor dengan plat
penyerap berwarna biru. Hal tersebut disebabkan karena kolektor surya plat
datar dengan plat penyerap berwarna hitam mempunyai kemampuan
menyerap (absorsivitas) energi radiasi matahari lebih besar dibandingkan
dengan warna biru.
kcairairρDemikian juga sama halnya untuk nilai dan konstanta k yang
dihasilkan dari kolektor surya plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed)
dibandingkan tanpa lapisan kaca penutup (unglazed). Hal ini dikarenakan pada
kolektor surya plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed) dalam proses
mengkonversi energi telah mengalami proses efek rumah kaca (green house).
Peristiwa ini menyebabkan kalor yang ada di dalam kolektor terjebak oleh
adanya lapisan kaca penutup.
-
Sedangkan kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup
(unglazed) cukup sensitif dengan faktor lingkungan seperti udara luar. Hal ini
yang menyebabkan panas yang diserap oleh plat sebagian akan hilang ke
lingkungan atau dengan kata lain karena perbedaan temperatur antara plat
penyerap dan lingkungan maka kalor yang diserap oleh plat penyerap sebagian
akan ditransfer ke lingkungan.
Ckgkalori1 o=aircl
kg1=airρ dan Dengan nilai , maka dari Tabel 4.13,
dapat dicari nilai konstanta k yang menentukan kemampuan mengkonversi
energi radiasi matahari menjadi energi termal untuk empat jenis kolektor surya
plat datar. Nilai konstanta k yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 4.14.
Tabel 4.14. Nilai konstanta k dari empat jenis kolektor surya plat datar.
Jenis kolektor ⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
sml
Clux
o
kcairairρ
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −
slux10kalori 3k
Kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup. 8,29,24 ± 0004,0040,0 ±
Kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup. 3,13,36 ± 0001,0028,0 ±
Kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup. 2,109,41 ± 0005,0024,0 ±
Kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup. 3,179,47 ± 0007,0020,0 ±
Jika dengan menganggap nilai konstanta terbesar yang dihasilkan
sama dengan 1 maka dapat diperoleh nilai perbandingan konstanta dari
keempat jenis kolektor yang dapat dilihat pada Tabel 4.15.
k
relatifk
-
Tabel 4.15. Perbandingan konstanta untuk empat jenis kolektor surya plat datar.
relatifk
Dengan lapisan kaca penutup Dengan lapisan kaca penutup
(unglazed) Warna (glazed)
Hitam 1 0,7 Biru 0,6 0,5
Dari perbandingan nilai konstanta untuk keempat jenis kolektor
dapat juga dikatakan perbedaan kemampuan kolektor dalam mengkonversi
energi radiasi matahari menjadi energi termal, sebagai berikut:
relativek
1. Untuk kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam
tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) 30% lebih kecil daripada kolektor
surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca
penutup (glazed) .
2. Untuk kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna biru
dengan lapisan kaca penutup (unglazed) 40% lebih kecil daripada kolektor
surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca
penutup (glazed).
3. Untuk kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna biru tanpa
lapisan kaca penutup (unglazed) 50% lebih kecil daripada kolektor surya
plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca
penutup (glazed).
-
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang digunakan
untuk menyediakan air panas seperti di rumah-rumah sakit, untuk keperluan
industri seperti pencucian botol, dan sistem air panas untuk keperluan rumah
tangga. Berdasarkan hasil pembuatan alat, eksperimen, analisa data dan
perhitungan konstanta k yang menentukan kemampuan mengkonversi energi
radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor maka dapat
disimpulkan bahwa:
1. Besarnya perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi
matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor yaitu kolektor
surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed),
kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup
(unglazed), kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca
penutup (glazed), kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan
kaca penutup (unglazed) secara berurutan adalah: 1 : 0.7 : 0.6 : 0.5.
2. Perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari
menjadi energi termal dari empat jenis kolektor menunjukkan bahwa
kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup
lebih besar daripada kolektor surya plat datar lainya.
-
B. Saran
Saran-saran yang dapat penulis berikan untuk penelitian lebih lanjut yaitu:
1. Untuk warna plat penyerap dapat digunakan warna yang lain.
2. Lapisan kaca penutup pada kolektor dapat memakai lebih dari satu.
3. Pengisolasian energi termal yang diserap kolektor dapat mengunakan
bahan isolator yang lain.
-
DAFTAR PUSTAKA
DiLavore, P., 1984, Energy, Insights from Physics, New York: John Wiley
dan Sons.
Prasetyo, L. dan Setiawan, 1991, Mengerti Fisika, Yogyakarta: Andi Offsite.
Jansen, Ted.J., 1995, Teknologi Rekayasa Surya, Jakarta: Pradnya Paramita.
Kreith, F., 1986, Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas (Ed. 3), Jakarta: Erlangga.
Naga, D.S., 1991, Ilmu Panas, Jakarta: Gunadarma.
Nousia, TH., Souliotis, M., dan Tripanagnostopoulost, Y., 2000, Solar Collectors
With Colored Absorbers, Solar Energy. 68 : 334-356.
Sears .M.F.W dan Zemansky .H.D., 1987, Fisika Universitas (Ed 6, Jil 1), Jakarta:
Erlangga.
Stoecker, W.F. dan Jones, J.W., 1987, Refrigenerasi dan Pengkondisian Udara
(Ed 2), Jakarta: Erlangga.
Tippler, P.A., 1998, Fisika untuk sains dan teknik (Ed 3, Jil 1), Jakarta: Erlangga.
-
LAMPIRAN
-
LAMPIRAN I : HASIL PENGUKURAN PERUBAHAN TEMPERATUR AIR, DAN INTENSITAS RADIASI MATAHARI UNTUK EMPAT JENIS KOLEKTOR
PERCOBAAN 1: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM
DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)
Laju aliran air : 4,0 ml/sekon
Waktu (s)
Tinput (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.40 29 33 202 10.50 30 35 220 11.00 30 35 231 11.20 30 34 240 11.40 32 39 266 11.50 32 41 393 12.00 33 47 650 12.20 32 46 603 12.30 35 48 580 12.40 36 42 214
Laju aliran air : 4,8 ml/sekon
Waktu (s) Tinput (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.10 28 30 181 10.20 28 31 192 10.30 29 37 630 10.40 30 39 606 10.50 29 38 576 11.00 30 40 617 11.10 31 39 630 11.20 31 39 657 11.30 32 41 665 11.40 32 41 675 11.50 32 42 676 12.00 32 43 682 12.10 33 43 681 12.20 34 44 714 12.40 34 45 661 12.50 33 44 704 13.00 35 45 699
-
Laju aliran air : 5,0 ml/sekon
Waktu (s) Tinput (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.20 28 30 362 10.30 28 32 469 10.50 29 34 522 11.00 30 34 428 11.10 31 37 602 11.30 30 35 501 12.10 30 34 526 12.20 31 36 462 12.50 30 36 499
Laju aliran air : 5,5 ml/sekon
Waktu (s) Tinput (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.10 28 29 210 10.20 28 30 330 10.30 28 33 630 10.40 28 35 687 10.50 29 37 702 11.00 29 36 655 11.40 29 36 717
Laju aliran air : 5,6 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.30 28 31 240 10.40 29 33 344 11.50 29 36 599 12.10 30 39 725 12.30 32 42 786 12.40 32 43 898
-
PERCOBAAN 2: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)
Laju aliran air : 4,0 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.00 25 31 437 10.10 26 30 376 10.40 28 34 397 11.20 29 34 484 11.50 28 32 320 12.00 30 39 530 12.10 30 35 425 12.40 31 39 510
Laju aliran air : 4,6 ml/ 10 menit
Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.00 24 30 410 10.10 25 32 420 10.20 26 33 437 10.30 27 36 450 11.00 30 38 506 11.20 32 41 463 11.30 32 40 527 11.40 32 41 547 12.00 36 45 531 12.10 37 45 568
-
Laju aliran air : 5,1 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.00 24 28 330 10.10 25 29 353 10.20 26 31 408 10.30 27 33 450 10.40 26 29 245 11.10 28 33 507 11.20 29 35 530 11.40 30 36 554 12.30 33 38 495
Laju aliran air : 5,5 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.10 25 30 447 10.20 26 30 424 11.20 27 32 487 11.30 28 32 416 11.40 30 36 567 12.20 29 35 630 12.30 30 35 433 12.40 31 36 438
Laju aliran air : 6,0 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) T output (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.10 22 25 203 10.20 23 28 370 10.50 24 28 221 11.10 25 29 353 11.20 25 30 418 11.30 26 30 285 11.40 27 31 327
-
PERCOBAAN 3: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)
Laju aliran air : 4,0 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.20 28 29 198 10.30 28 30 248 10.40 29 30 280 10.50 29 32 318 11.00 29 33 480 11.30 29 34 636 11.40 29 35 655 12.00 29 36 661 12.10 30 36 679 12.30 29 32 413 12.40 30 35 641 12.50 30 35 596 13.00 30 37 686
Laju aliran air : 5,3 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.10 29 32 325 10.20 30 34 400 11.10 34 39 498 11.20 35 41 678 11.40 33 38 531 12.30 31 37 603 12.40 32 38 623
Laju aliran air : 5,8 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.50 30 34 566 11.10 31 36 595 11.20 31 37 654 11.30 31 36 620 11.50 31 35 464 12.00 29 32 610 12.40 31 36 625
-
Laju aliran air : 6,0 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) T output (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.50 29 35 574 11.10 30 34 294 11.30 31 37 625 11.40 31 36 428 12.30 30 35 487 12.50 32 38 615 13.00 32 37 501
Laju aliran air : 6,5 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) T output (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.10 28 30 220 10.20 29 32 434 10.30 28 31 340 10.40 29 33 401 10.50 29 32 237 11.00 29 32 216 11.10 28 30 187
-
PERCOBAAN 4: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)
Laju aliran air : 4,0 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.30 29 34 450 10.40 30 36 408 11.10 31 37 436 11.20 32 39 489 11.30 32 36 322 11.40 34 40 507 11.50 35 42 475 12.40 32 38 338 13.00 32 37 395
Laju aliran air : 5,1 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) Toutput (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.10 29 35 500 10.20 30 34 650 10.40 29 34 574 10.50 30 37 650 11.10 29 32 761 11.50 28 32 519 12.00 30 37 306 12.50 28 34 296
Laju aliran air : 5,2 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) T output (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.50 25 30 500 11.00 26 32 650 11.10 26 32 574 11.40 26 29 296 11.50 27 31 306 12.00 28 35 761 12.10 31 37 650 12.20 30 35 519
-
Laju aliran air : 5,5 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) T output (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.30 30 35 325 11.10 31 36 380 11.20 30 35 453 11.30 30 36 542 12.30 33 39 504 12.40 33 40 589 12.50 33 39 400
Laju aliran air : 6,0 ml/sekon
Waktu (s) T input (°C) T output (°C) Intensitas radiasi (lux)
10.10 27 33 452 10.20 29 36 661 12.00 30 37 580 12.10 33 39 533 12.20 33 39 500 12.30 33 40 655
-
LAMPIRAN II: DATA HUBUNGAN INTENSITAS RADIASI MATAHARI TERHADAP PERUBAHAN TEMPERATUR AIR UNTUK BERBAGAI LAJU ALIRAN AIR PADA EMPAT JENIS KOLEKTOR
PERCOBAAN 1: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM
DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)
Laju aliran air : 4,0 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ202 4 214 6 220 5 231 5 240 4 266 7 393 9 580 13 603 14 650 14
2
4
6
8
10
12
14
150 250 350 450 550 650
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 1. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )601,0096,0.002,0022,0 ±+±=Δ dIairT
-
Laju aliran air : 4,8 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 181 2 192 3 576 9 606 9 617 10 630 8 630 10 657 8 661 11 665 9 675 9 676 10 681 10 682 11 699 10 704 11 714 10
1
3
5
7
9
11
13
150 250 350 450 550 650 750
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 2. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 4,8 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )838,0219,0.001,0015,0 ±−+±=Δd
Iair
T
-
Laju aliran air : 5,0 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ362 2 428 4 462 5 469 4 499 6 501 5 522 5 526 4 602 6
1
2
3
4
5
6
7
340 390 440 490 540 590
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 3. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 5,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )266,2588,2.005,0014,0 ±−+±=Δ dIairT
-
Laju aliran air : 5,5 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ210 1 330 2 630 5 655 7 687 7 702 8 717 7
0123456789
150 250 350 450 550 650 750
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 4. Graf ik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 5,5 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )869,0054,2.001,0013,0 ±−+±=Δ dIairT
-
Laju aliran air : 5,6 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ240 3 344 4 599 7 752 9 786 10 898 11
2
4
6
8
10
12
200 300 400 500 600 700 800 900
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 5. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 5,6 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( 51,0181,0.001,0012,0 ±−+±=Δd
IairT
-
HUBUNGAN NILAI KONSTANTA 1/η TERHADAP LAJU ALIRAN AIR ( ) UNTUK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DENGAN
LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)
airV
(ml/sairV )
( )C/luxcη
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
C/lux1/1 oη
4,0 0,025 40,0 4,8 0,015 66,6 5,0 0,014 71,4 5,5 0,013 76,9 5,6 0,012 83,3
30
40
50
60
70
80
90
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8
Vair (ml/sekon)
Gambar 6. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan
lapisan kaca penutup (glazed )
1/ η
(1/ (
°C /
lux)
)
( ) ( )4,148,568,29,241 ±−+±=air
Vη
-
PERCOBAAN 2: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)
Laju aliran air : 4,0 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 320 4 376 4 397 6 425 5 437 6 484 5 510 7 530 7
1
2
3
4
5
6
7
8
300 350 400 450 500 550
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 7. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca
penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )301,2394,0.005,0014,0 ±−+±=Δd
IairT
-
Laju aliran air : 4,6 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 410 6 420 7 437 7 450 9 463 9 506 8 527 8 531 9 547 9 568 8
5
6
7
8
9
10
11
400 450 500 550
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 8. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca
penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 4,6 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )565,2435,2.005,0011,0 ±+±=Δd
IairT
-
Laju aliran air : 5,1 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 245 3 330 4 353 4 408 5 450 6 495 5 507 5 530 6 554 6
22,5
33,5
44,5
55,5
66,5
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 9. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca
penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 5,1 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )738,0956,0.002,0009,0 ±+±=Δd
IairT
-
Laju aliran air : 5,5 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 416 4 424 4 433 5 438 5 447 5 487 5 567 6 630 6
3
4
5
6
7
400 450 500 550 600 650
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 10. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan
kaca penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 5,5 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )109,1957,0.002,0008,0 ±+±=Δd
IairT
-
Laju aliran air : 6,0 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 203 3 221 4 285 4 327 4 353 4 370 5 418 5
2
3
4
5
6
175 225 275 325 375 425
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 11. Grafik hubungan delta T ( °C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca
penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 6,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )711,0863,1.002,0007,0 ±+±=Δd
IairT
-
HUBUNGAN NILAI KONSTANTA 1/η TERHADAP LAJU ALIRAN AIR ( ) UNTUK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM TANPA
LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED).
airV
( )ml/sairV ( )C/luxcη ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
C/lux1/1 oη
4,0 0,014 71.4 4,6 0,011 90,9 5,1 0,009 111,1 5,5 0,008 125,0 6,0 0,007 142,8
45
65
85
105
125
145
165
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3
Vair (ml/sekon)
Gambar 12.. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux )) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa
lapisan kaca penutup (unglazed )
1/ η
(1/ (
°C /
lux)
)
( ) ( )1,79,753.13,361 ±−+±= airVη
-
PERCOBAAN 3: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)
Laju aliran air : 4,0 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ198 1 248 2 280 1 318 3 413 3 480 4 596 5 636 5 641 5 655 6 661 7 679 6 686 7
0
1
2
3
4
5
6
7
8
150 250 350 450 550 650
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 13. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )657,0177,1.001,0011,0 ±−+±=Δd
IairT
-
Laju aliran air : 5,3 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ
325 3 400 4 498 5 531 5 603 6 623 6 678 6
2
3
4
5
6
7
300 350 400 450 500 550 600 650 700
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 14. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapiisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 5,3 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )141,1324,0.002,0009,0 ±+±=Δd
IairT
-
Laju aliran air : 5,8 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 464 4 566 4 595 5 610 3 620 5 625 5 654 6
2
3
4
5
6
7
300 350 400 450 500 550 600 650
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 15. Grafik hunbungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 5,8 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )855,0680,0.001,0007,0 ±−+±=Δd
IairT
-
Laju aliran air : 6,0 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ294 4 428 5 487 5 501 5 574 6 615 6 625 6
3
4
5
6
7
260 310 360 410 460 510 560 610 660
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 16. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 6,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )469,0136,2.001,0006,0 ±+±=Δd
IairT
-
Laju aliran air : 6,5 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 187 2 216 3 220 2 237 3 340 3 401 4 434 3
1
2
3
4
5
170 220 270 320 370 420 470
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 17. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca
penutup (glazed ) dengan laju aliran air 6,5 ml/sekon.
Del
taT
(°C
)
( ) ( )864,0463,1.003,0005,0 ±+±=Δd
IairT
-
HUBUNGAN NILAI KONSTANTA 1/η TERHADAP LAJU ALIRAN AIR ( ) UNTUK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU DENGAN
LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED).
airV
( )ml/sairV ( )C/luxcη ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
C/lux1/1 oη
4,0 0,011 90,9 5,3 0,009 111,1 5,8 0,007 142,8 6,0 0,006 166,6 6,5 0,005 200,0
60
80
100
120
140
160
180
200
220
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3 6,8
Vair (ml/sekon)
Gambar 18. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan
lapisan kaca penutup (glazed )
1/ η
(1/ (
°C /
lux)
)
( ) ( )9,577,892,109,411 ±−+±= airVη
-
PERCOBAAN 4: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)
Laju aliran air : 4,0 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 322 4 338 6 395 5 408 6 436 6 450 5 475 7 489 7 507 6
2
3
4
5
6
7
8
300 350 400 450 500 550
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 19. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca
penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )023,3665,1005,0010,0 ±+±=Δ dIairT
-
Laju aliran air : 5,1 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 296 6 306 7 500 6 519 4 574 5 650 4 650 7 761 3
2
3
4
5
6
7
8
150 250 350 450 550
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 20. Grafik hubungan delta T ( °C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca
penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 5,1 ml/sekon.
Del
ta T
( °C
)
( ) ( )753,0459,1002,0009,0 ±+±=Δ dIairT
-
Laju aliran air : 5,2 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 296 3 306 4 500 5 519 5 574 6 650 6 650 6 761 7
2
3
4
5
6
7
8
250 350 450 550 650
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 21. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca
penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 5,2 ml/sekon.
Del
ta T
(°C
)
( ) ( )796,0203,1.001,0008,0 ±+±=Δd
Iair
T
-
Laju aliran air : 5,5 ml/sekon
(lux)dI C)(oTΔ 325 5 380 5 400 6 453 5 504 6 542 6 589 7
4
5
6
7
8
300 350 400 450 500 550 600
Intensitas radiasi matahari (lux)
Gambar 22. Grafik hubngan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna bir