BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Matahari Matahari adalah bintang yang terdapat di jagat raya ini dan berada paling dekat dengan bumi. Matahari menyadiakan energi yang dibutuhkan oleh kehidupan di bumi ini secara terus menerus dan berputar pada porosnya. Sumber energi berjumlah besar dan kontinyu terbesar yang tersedia bagi umat manusia adalah energi surya dan energi elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari. Energi surya sangat aktif karena tidak bersifat polutif dan tidak dapat habis. Akan tetapi arus energi yang rendah mengakibatkan digunakannya sistem kolektor yang permukaannya luas untuk mengumpulkan dan mengkonsentrasikan energi matahari ini ( Sitompul, Darwin dan Kusnul hadi.1994:83.Prinsip-prinsip Konversi Energi.Erlangga.Jakarta ).

2.1.1 Karakteristik Matahari Matahari

bintang

terdekat

yang

memberikan

energi

untuk

mempertahankan kehidupan di bumi. Jika kita memandang matahari ketika terbit dan terbenam atau melalui lapisan awan, maka matahari tampak seperti piringan yang pinggirnya jelas. Piringan matahari yang tampak ini disebut

Tugas Akhir Universitas Mercu Buana

7

Khairul Amin 41307010009

8

fotosfer. Dalam suatu kesempatan kita dapat melihat noda-noda (spots) hitam pada fotosfer. Diameter matahari sekitar 14 x 105 Km atau 109 kali diameter bumi. Massa matahari 333.400 kali massa bumi atau secara pendekatan 1,99 x 1030 Kg. Dengan mengetahui ukuran dan massa matahari maka diperoleh densitas matahari rata-rata 1,41 g/cm3 yang lebih rendah seperempat kali dibandingkan densitas bumi rata-rata.

2.1.2 Energi Matahari Setiap menit matahari meradiasikan energi sebesar 56 x 1026 kalori. Energi matahari persatuan luas pada jarak jauh dari permukaan bola dengan matahari sebagai pusat bulatan dan jari-jari bulatan 150 juta Km (jarak ratarata bumi dengan matahari) adalah: yang disebut konstanta matahari ( Bayong.2006:81.Ilmu Kebumian dan Antariksa.Rosda.Bandung ). Energi matahari yang diterima bumi dengan jari-jari 6370 km adalah: Eb =πa2S = 3,14 x (637 x 106cm)2 x 2 kal cm-2menit-1 = 2,55 x 1018 kal.menit-1 =

3,67

x

1021kal/hari

(

Bayong.2006:81.Ilmu

Kebumian

dan

Antariksa.Rosda.Bandung ).



9

2.2 Jenis – Jenis Perpindahan Kalor Perpindahan kalor dapat didefenisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah – daerah tersebut. Perpindahan kalor pada umumnya mengenal tiga cara perpindahan panas yang berbeda: radiasi, konduksi ( conduction ; juga dikenal dengan istilah hantaran ), dan konveksi. Kalor mengalir dengan sendirinya dari suatu benda yang temperaturnya lebih tinggi kebenda lain dengan temperatur yang lebih rendah. Bagaimanapun, fluida kalor tidak pernah dideteksi. Kemudian diabad ke 19 ditemukan bahwa berbagai fenomena yang berhubungan dengan kerja dan energi. Pertama kita lihat bahwa suatu satuan yang umum untuk kalor, yang masih digunakan sekarang dinamakan kalori. Satuan ini disebut kalori (kal) dan didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur 1 gram air sebesar 1 derajat celcius ( Giancoli.2001:489.Fisika Jilid 1.Erlangga.Jakarta ). Jika kalor diberikan pada suatu benda maka temperaturnya naik. Pada abad ke 18, orang - orang yang melakukan percobaan telah melihat bahwa besar kalor ( Q ) yang dibutuhkan untuk merubah temperatur zat tertentu sebanding dengan massa ( m ) zat tersebut dan dengan perubahan temperatur ∆T. Keserdehanaan alam yang menakjubkan ini dapat dinyatakan dalam persamaan :

Q = mc ∆T Dimana: Q

: kalor

M

: massa zat



10

∆T

: perubahan temperatur

c

: adalah kalor jenis ( Giancoli.2001:492.Fisika Jilid 1.Erlangga.Jakarta ).

2.2.1 Radiasi Radiasi

adalah

proses

perpindahan

panas

melalui

gelombang

elektromagnetik atau paket-paket energi (photon) yang dapat dibawa sampai pada jarak yang sangat jauh tanpa memerlukan interaksi dengan medium ( ini yang menyebabkan mengapa perpindahan panas radiasi sangat penting pada ruang vakum ), disamping itu jumlah energi yang dipancarkan sebanding dengan temperatur benda tersebut. Kedua hal tersebut yang membedakan antara peristiwa perpindahan panas konduksi dan konveksi dengan perpindahan panas radiasi ( Koestoer, Raldi Artono.2002:183.Perpindahan Kalor.Salemba teknik.Jakarta ). Jika suatu benda ditempatkan di dalam sebuah ruangan, dan suhu dinding – dinding ruangan lebih rendah dari pada suhu benda maka suhu benda tersebut akan turun sekalipun ruangan tersebut ruang hampa. Proses dengan perpindahan panas dari suatu benda terjadi berdasarkan suhunya tanpa bantuan dari suatu zat antara (medium) disebut radiasi termal. Defenisi lain dari radiasi termal ialah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu benda karena suhunya. Ada beberapa jenis radiasi elektromagnetik, radiasi termal hanyalah salah satu diantaranya. Apa pun jenis radiasi itu, ia akan selalu merambat dengan kecepatan cahaya (3x1010 cm/s). Kecepatan ini sama dengan hasil perkalian panjang gelombang dengan frekuensi radiasi,



11

c=λxV Dimana ; c adalah kecepatan cahaya ( cm/s ), λ adalah panjang gelombang ( µm ), v adalah frekuensi (Hz) ( Koestoer, Raldi Artono.2002:184.Perpindahan Kalor.Salemba teknik.Jakarta ). Frekuensi dari cahaya tidak akan berubah pada saat cahaya tersebut memasuki suatu medium ke medium lain selama energinya tetap. Laju energi yang dipindahkan tergantung kepada beberapa faktor yaitu: 1) Temperatur ( permukaan yang mengemisi dan yang menerima radiasi ). 2) Emisivitas ( permukaan yang teradiasi ). 3) Refleksi, Absorpsi, dan Transmisi Faktor pandang (views factor) antara permukaan yang mengemisi dan yang menerima radiasi (sudut pandang antara manusia terhadap sumber radiasi) ( Koestoer, Raldi Artono.2002:184.Perpindahan Kalor.Salemba teknik.Jakarta ).

•

Sifat – Sifat Radiasi Bila energi radiasi menimpa permukaan suatu bahan, maka sebagian

radiasi itu dipantulkan (refleksi), sebagian diserap (absorpsi), dan sebagian lagi diteruskan (transmisi).



12

Gambar 2.1 Bagan Menunjukkan Pengaruh Radiasi Datang. Sumber : Holman,J.P.1991:343.Perpindahan Kalor.Erlangga.Jakarta

Jika

disebut refleksifitas,

disebut absorptivitas,

disebut

transmitivitas, maka hubungan ketiganya adalah:

Karena

benda

padat

tidak

meneruskan

radiasi

termal,

maka

transmisivitas dianggap nol. Sehingga,

Gelombang elekromagnetik berjalan melalui suatu medium (vacum) dan mengenai suatu permukaan atau medium lain maka sebagian gelombang akan dipantulkan, sedangkan gelombang yang tidak dipantulkan akan menembus ke dalam medium atau permukaan yang dikenainya. Pada saat melalui medium, intensitas gelombang secara berkelanjutan akan mengalami pengurangan. Jika pengurangan tersebut berlangsung sampai tidak ada lagi gelombang yang akan menembus permukaan yang dikenainya maka permukaan ini disebut sebagai benda yang bertingkah laku seperti benda hitam ( Koestoer, Raldi Artono.2002:185.Perpindahan Kalor.Salemba teknik.Jakarta ). Tugas Akhir Universitas Mercu Buana


13

Permukaan yang bersifat seperti benda hitam tidak akan memantulkan cahaya radiasi yang diterimanya, oleh karena itu kita sebut sebagai penyerap paling baik atau permukaan hitam. Jadi permukaan yang tidak memantulkan radiasi akan terlihat hitam ( Koestoer, Raldi Artono.2002:185.Perpindahan Kalor.Salemba teknik.Jakarta ). Permukaan dari benda hitam adalah permukaan yang paling ideal yang mempunyai sifat-sifat: 1) Benda hitam menyerap semua radiasi yang disengaja (irradiasi) tanpa melihat panjang gelombang dan arah datangnya sinar (diffuse). 2) Pada semua temperatur dan panjang gelombang yang diizinkan, tidak ada permukaan yang dapat menghasilakan energi lebih banyak daripada benda hitam. 3) Walaupun emisi radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam adalah fungsi dari panjang gelombang dan temperatur, dan tidak bergantung pada arah datangnya

sinar

(

Koestoer,

Raldi

Artono.2002:190.Perpindahan

Kalor.Salemba teknik.Jakarta ).

•

Karakteristik Radiasi dari Benda Permukaan yang Berwarna Hitam a. Emisi Permukaan Sifat dari permukaan radiasi (emisivitas) didefinisikan sebagai perbandingan radiasi yang dihasilkan oleh permukaan benda hitam pada temperatur yang sama. Emisivitas mempunyai nilai yang berbeda



14

tergantung kepada panjang gelombang dan arahnya. Nilai emisivitas bervariasi dari 0-1, di mana benda hitam mempunyai nilai emisivitas 1.

b. Absorpsivitas ( Penyerapan ) Tidak seperti halnya emisivitas, absorpsivitas atau refleksivitas dan transmisivitas bukanlah bagian dari sifat-sifat permukaan karena ketiga hal ini bergantung kepada radiasi yang datang ke kepermukaan. Absorpsi adalah proses pada saat suatu permukaan menerima radiasi dimana tidak semua energi diserap oleh permukaan tersebut, melainkan ada sebagian yang dipantulkan atau ditransmisikan. Akibat langsung dari proses penyerapan ini adalah terjadinya peningkatan energi dari dalam medium yang terkena panas tersebut ( Koestoer, Raldi Artono.2002:203204.Perpindahan Kalor.Salemba teknik.Jakarta ).

c. Transmisivitas Transmisivitas adalah fraksi dari jumlah energi radiasi yang ditransmisikan perjumlah total energi radiasi yang diterima suatu permukaan ( Koestoer, Raldi Artono.2002:208.Perpindahan Kalor.Salemba teknik.Jakarta ).

2.2.2

Konduksi Pada proses konduksi, kalor dipindahkan melalui benda perantara,

namun benda perantaranya tidak ikut berpindah. Pada prosesnya panas mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi kedaerah yang bersuhu lebih



15

rendah didakam suatu medium ( padat, cair atau gas ) atau antara medium – medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Dalam aliran panas konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar. Energi yang dimiliki oleh suatu elemen zat yang disebabkan oleh kecepatan dan posisi relatif molekul – molekulnya disebut energi dalam. Jadi, semakin cepat molekul – molekul bergerak, semakin tinggi suhu maupun energi dalam elemen zat. Bila molekul – molekul di satu daerah memperoleh energi kinetik rata – rata yang lebih besar dari pada yang dimiliki oleh molekul – molekul di suatu daerah yang berdekatan, sebagaimana diujudkan oleh adanya beda suhu, maka molekul –molekul yang memiliki energi yang lebih besar itu akan memindahkan sebagian energinya kepada molekul – molekul di daerah yang bersuhu lebih rendah. Konduksi adalah satu – satunya mekanisme dimana panas dapat mengalir dalam zat padat yang tidak dapat tembus cahaya. Konduksi penting dalam fluida, tetapi di dalam medium yang bukan padat biasanya tergabung dengan konveksi, dan radiasi. Energi berpindah secara konduksi (conduction ) atau hantaran dan bahwa laju perpindahan kalor itu berbanding dengan gradien suhu normal:

Jika

dimasukkan

konstanta

proporsionaliltis

atau

tetapan

kesebandingan, maka:



16

( Holman,J.P.1991:2.Perpindahan Kalor.Erlangga.Jakarta ) Dimana: Q

= Laju perpindahan kalor ( W ).

K

= Konduktifitas Termal yang searah dengan perpindahan kalor ( W / m.oC).

A

= Luas Penampang yang terletak pada aliran panas ( m2 ).

dT/dx

= Gradien temperatur dalam arah aliran panas ( oC/m ). Tanda

minus

diselipkan

untuk

memenuhi

hukum

kedua

termodinamika, yaitu bahwa kalor mengalir ketempat yang lebih rendah dalam skala suhu. Persamaan diatas disebut hukum Fourier tentang konduksi kalor, yang merupakan persamaan dasar tentang konduktivitas termal. Berdasarkan rumusan itu maka dapat dilaksanakan pengukuran dalam percobaan untuk menentukan konduktivitas berbagai bahan. Nilai konduktivitas berbagai bahan dapat dilihat pada tabel dan grafik dibawah ini

Gambar 2.2 Konduktivitas Termal Berbagai Bahan pada 0oC Sumber : Holman,J.P.1991:7.Perpindahan Kalor.Erlangga.Jakarta



17

2.2.3

Konveksi Konveksi merupakan perpindahan kalor yang disertai dengan

perpindahan massa medianya, dan media konveksi adalah fluida. Konveksi terjadi karena adanya perbedaan kecepatan fluida bila suhunya berbeda, yang tentunya akan berakibat pada perbedaan berat jenis (berat tiap satuan volume). Fluida yang bersuhu tinggi akan mempunyai berat jenis yang lebih kecil bila dibandingkan dengan fluida sejenisnya yang bersuhu lebih rendah. Karena itu, maka fluida yang bersuhu tinggi akan naik sambil membawa energi. Hal inilah yang berakibat pada terjadinya perpindahan kalor konveksi. Perpindahan energi dengan cara konveksi dari suatu permukaan yang suhunya diatas suhu fluida sekitarnya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, panas akan mengalir dengan cara konduksi dari permukaan ke partikel – partikel fluida yang berbatasan. Energi yang berpindah dengan cara demikian akan menaikkan suhu dan energi dalam partikel fluida ini. Kemudian partikel fluida tersebut akan bergerak ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam fluida dimana partikel tersebut akan bercamp\ur dan memindahkan sebaian energinya pada partikel fluida lainnya. Dalam hal ini alirannya adalah aliran fluida maupun energi. Energi disimpan didalam partikel – partikel fluida dan diangkut sebagai akibat gerakan massa partikel tersebut. Perpindahan panas konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas ( free convection ) dan konveksi paksa (forced convection) menurut cara menggerakkan cara alirannya. Bila gerakan mencampur berlangsung sematamata sebagai akibat dari perbedaaan kerapatan yang disebabkan oleh gradient



18

suhu, maka proses ini yang disebut dengan konveksi bebas atau alamiah (natural). Bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa atau kipas, maka prosesnya disebut konveksi paksa.

Gambar 2.3 Perpindahan kalor konveksi dari suatu plat Sumber : Holman,J.P.1991:11.Perpindahan Kalor.Erlangga.Jakarta

Pada Gambar diatas suhu plat ialah Tw dan suhu fluida T∞. Kecepatan aliran yaitu nol pada permukaan plat sebagai akibat aksi kental viskos ( viscous action ). Oleh karena kecepatan lapisan fluida pada dinding fluida adalah nol maka disini kalor hanya dapat berpindah dengan cara konduksi saja. Jadi, dapat dihitung perpindahan kalornya dengan menggunakan rumus konduksi, dengan menggunakan konduktivitas termal fluida dan gradien suhu pada dinding, gradien suhu bergantung pada laju fluida membawa kalor dari permukaan-dalam plat tersebut. Kecepatan yang tinggi akan menyebabkan gradien suhu yang besar, demikian juga sebaliknya. Gradien suhu pada dinding bergantung dari medan aliran.



19

Pengaruh konduksi secara menyeluruh pada fluida disebut dengan perpindahan kalor secara konveksi. Rumus empiris perpindahan kalor konveksi digunakan hukum Newton tentang pendinginan: q konveksi = h A ( TW - T∞ ) ( Koestoer, Raldi Artono.2002.Perpindahan Kalor.Salemba teknik.Jakarta ). Dimana: h

= Koefisien perpindahan kalor konveksi ( W / m2 oC )

A

= Luas permukaan ( m2 )

Tw

= Temperatur dinding ( oC )

T∞

= Temperatur fluida ( oC )

Q

= Laju perpindahan panas konveksi ( Watt ) Disebut pendinginan karena fluida yang dialirkan melalui plat tersebut

digunakan untuk mendinginkan plat itu juga. Laju perpindahan kalor dihubungkan dengan beda suhu menyeluruh antara dinding dan fluida, dan luas permukaan A. Perpindahan kalor konveksi bergantung pada viskositas fluida disamping ketergantungannya pada sifat – sifat termal fluida ( konduktivitas termal, kalor spesifik, densitas). Hal ini dapat dimengerti karena viskositas mempengaruhi profil kecepatan, dan karena itu mempengaruhi laju perpindahan energi didaerah dinding.

2.3 Sistem Kolektor Surya Dalam kasus plat kolektor surya, perangkap terbaik untuk menangkap radiasi matahari adalah permukaan hitam. Pada permukaan ini radiasi diserap dan konversi dari energi cahaya menjadi energi panas.



20

Desain penting yang perlu dipertimbangkan pada kolektor surya adalah meminimalkan kehilangan (kerugian) panas pada kolektor. Untuk keperluan ini biasanya digunakan penutup transparan yang dapat dilalui oleh radiasi matahari dan

meminimalkan

kehilangan

konduksi

dan

konveksi

panas

dengan

mempertahankan lapisan udara panas diatas plat kolektor dan meminimalkan kehilangan panas radiasi kembali dari plat kolektor kelingkungan. Berkurangnya panas yang hilang dari sebuah plat kolektor surya berarti pula peningkatan efisiensi. Peningkatan efisiensi dari kolektor surya ditentukan oleh penutup transparan. Penutup transparan ideal mempunyai permukaan yang transparan terhadap radiasi matahari yang menimpanya, dan memantulkan radiasi panjang gelombang besar kembali ke kepermukaan kolektor dimana akan diserap kembali. Efisien atau randemen penangkap ( η ) dari sebuah plat kolektor surya didefinisikan sebagai rasio jumlah penggunaan energi yang dikumpulkan dengan radiasi yang diterima ( Ashrae, 2001 )

η= η= →

–

=

Dimana: = Efisiensi ( % ). = Performa Panel Kolektor ( W ). = Luas Apertur Panel Kolektor ( m ). = Data Irradiasi Total ( W / m2 ). Tugas Akhir Universitas Mercu Buana


21

= Laju Aliran Air ( kg / s ). = Kapasitas Panas Air / Panas Spesifik ( KJ / kg-K ) = Temperatur Keluar ( o C ) = Temperatur Masuk ( o C ) = Densitas Air ( kg/m3 )

Untuk menghitung nilai efisiensi dari rangkaian pada pengujian, maka diperlukan data – data awal sebagai berikut : •

Nilai densitas air pada temperature rata – rata air

•

Nilai panas spesifik air

•

Nilai debit air selama pengujian.

•

Data temperatur masuk dan keluar dari air.

•

Data temperature ambient ( temperature lingkungan ).

•

Data nilai irradiasi matahari.

•

Data luas dari plat absorber.


.

.


22

2.3.1 Jenis – Jenis Kolektor Kolektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai sumber energi utama ( Duffie & Beckam, 1982 ). Menurut ASHRAE definisi kolektor surya adalah alat yang didesain untuk menyerap radiasi matahari dan mentransfer energy tersebut ke fluida yang melaluinya ( Ashrae, 2001 ). Ketika cahaya matahari menimpa absorber pada kolektor surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan guna berbagai aplikasi. Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen utama, yaitu: a. Cover berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju lingkungan. b. Absorber berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari. c. Kanal berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja. d. Isolator berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari absorber menuju lingkungan. e. Frame berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor. [ Duffie John A., dan William A. Beckman, 1991 ]



23

2.3.2 Klasifikasi Kolektor Surya Terdapat tiga jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam Solar Thermal

Collector

System

dan

juga

memiliki

korelasi

dengan

pengklasifikasian kolektor surya berdasarkan dimensi dan geometri dari receiver yang dimilikinya.

 Kolektor Surya Prismatik Kolektor surya tipe prismatik adalah kolektor surya yang dapat menerima energi radiasi dari segala posisi matahari kolektor jenis ini juga dapat digolongkan dalam kolektor plat datar dengan permukaan kolektor berbentuk prisma yang tersusun dari empat bidang yang berbentuk prisma, dua bidang berbentuk segitiga sama kaki dan dua bidang berbentuk segi empat siku – siku.sehingga dapat lebih optimal proses penyerapan tipe kolektor jenis prismatik ini dapat dilihat seperti Gambar ( 2.4 ) berikut.

Gambar 2.4 Skema sistim kolektor surya prismatic Sumber : http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/20743/3/Chapter%20II.pdf



24

 Kolektor Surya Plat datar ( Flat-Plate Collectors ) Kolektor surya merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memanaskan

fluida

kerja

yang

mengalir

kedalamnya

dengan

mengkonversikan energy radiasi matahari menjadi panas. Fluida yang dipanaskan berupa cairan minyak , oli, air, dan udara kolektor surya plat datar mempunyai temperatur keluaran dibawah 95°C, dalam aplikasinya kolektor plat datar digunakan untuk memanaskan udara dan air ( Goswami, 1999 ). Komponen-komponen sebuah kolektor surya plat datar terdiri dari permukaan “hitam” sebagai penyerap energi radiasi matahari yang kemudian dipindahkan ke fluida. Penutup tembus cahaya (kaca) berfungsi mengurangi efek radiasi dan konveksi yang hilang ke atmosfir. Pipa-pipa aliran fluida berfungsi mengalirkan fluida yang akan dipanaskan serta isolasi untuk mengurangi kerugian konduksi ke lingkungan.

Gambar 2.5 Skema Kolektor Surya Plat Datar Sumber : http://ismantoalpha.blogspot.com/2009/12/macam-macam-kolektor-surya.html



25

Kolektor surya plat datar adalah kolektor surya yang dapat menyerap energi matahari dari sudut kemiringan tertentu sehingga pada proses penggunaannya dapat lebih mudah dan lebih sederhana. Dengan bentuk persegi panjang seperti pada Gambar ( 2.6 ) dibawah ini.

Gambar 2.6 Penampang melintang kolektor surya pelat datar sederhana Sumber : http://ismantoalpha.blogspot.com/2009/12/macam-macam-kolektor-surya.html

Keuntungan utama dari sebuah kolektor surya plat datar adalah bahwa memanfaatkan kedua komponen radiasi matahari yaitu melalui sorotan langsung dan sebaran, tidak memerlukan tracking matahari dan juga karena desainnya yang sederhana, hanya sedikit memerlukan perawatan dan biaya pembuatan yang murah. Pada umumnya kolektor jenis ini digunakan untuk memanaskan ruangan dalam rumah, pengkondisian udara, dan proses-proses pemanasan dalam industry ( Duffie, 1991 ). Tipe ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada temperatur di bawah 100°C. Spesifikasi tipe ini dapat dilihat dari absorber-nya yang berupa plat datar yang terbuat dari material dengan konduktivitas termal tinggi, dan dilapisi dengan cat berwarna hitam. Tugas Akhir Universitas Mercu Buana


26

Kolektor pelat datar memanfaatkan radiasi matahari langsung dan terpencar ( beam dan diffuse ), tidak membutuhkan pelacak matahari, dan hanya membutuhkan sedikit perawatan. Aplikasi umum kolektor tipe ini antara lain digunakan untuk pemanas air, pemanas gedung, pengkondisian udara, dan proses panas industri. Komponen penunjang yang terdapat pada kolektor pelat datar antara lain; transparent cover, absorber, insulasi, dan kerangka.

 Concentrating Collectors Jenis ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada temperature antara 100° – 400°C. Kolektor surya jenis ini mampu memfokuskan energi radiasi cahaya matahari pada suatu receiver, sehingga dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh absorber. Spesifikasi jenis ini dapat dikenali dari adanya komponen konsentrator yang terbuat dari material dengan transmisivitas tinggi. Berdasarkan komponen absorber-nya jenis ini dikelompokan menjadi dua jenis yaitu Line Focus dan Point Focus.

Gambar 2.7 Konsentrator atau parabola Sumber : http://ismantoalpha.blogspot.com/2009/12/macam-macam-kolektor-surya.html



27

Agar cahaya matahari selalu dapat difokuskan terhadap tabung absorber, concentrator harus dirotasi. Pergerakan ini disebut dengan tracking. Temperatur fluida melebihi 400oC dapat dicapai pada sistem kolektor ini seperti terlihat pada Gambar ( 2.7 ) diatas.

 Evacuated Tube Collectors Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas yang lebih tinggi dibandingkan

dengan

dua

jenis

kolektor

surya

sebelumnya.

Keistimewaannya terletak pada efisiensi transfer panasnya yang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal ini dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan cover-nya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi kehilangan panas yang terjadi secara konveksi dari permukaan luar absorber menuju lingkungan.

Gambar 2.8 Evacuated Receiver Sumber : http://ismantoalpha.blogspot.com/2009/12/macam-macam-kolektor-surya.html

2.4 Alat – alat Pengukuran yang Dipakai dalam Proses Pengambilan Data Mengukur adalah membandingkan parameter pada obyek yang diukur terhadap besaran yang telah distandarkan, sedangkan pengukuran merupakan Tugas Akhir Universitas Mercu Buana


28

suatu usaha untuk mendapatkan informasi deskriptif – kuantitatif dari variable – variable fisika dan kimiasuatu zat atau benda yang diukur, misalnya panjang 1 m atau massa 1kg, dan sebagainya ( Koestore,2003 ).

2.4.1 Thermocouple Definisi thermocouple menurut ASHRAE, 2001 adalah sambungan dari dua buah kabel yang berbeda material, tidak harus metal, yang memiliki sifat menghasilkan gaya listrik yang berhubungan dengan temperature sambungan kedua kabel tersebut. Thermocouple bekerja atas dasar prinsip fenomena dari Seebeck ( 1821 ). Yaitu bila suatu rangkaian yang terdiri dari dua buah logam yang tidak sejenis, dan bila temperature pada sambungan – sambungan dari dua kawat tersebut tidak sama, maka akan ada gaya listrik ( Koestoer , 2003 ) Jenis yang digunakan adalah tipe CA/K yang berkemampuan pengukuran dari 0 - 400 °C.

2.4.2 Sensor Temperatur ( Autonic Digital T4WM / Termokontrol ) Sebagai pasangan dari thermocouple, maka alat ini berfungsi untuk mengonversikan tegangan yang dihasilkan thermocouple karena terpanaskan hingga suhu tertentu menjadi angka, dan dari thermocontrol akan dihubungkan dengan temperature digital, sehingga terlihatlah angka yang menunjukkan temperatur hasil pengukuran.



29

Gambar 2.9 Sensor Temperatur ( Autonic Digital T4WM / Termokontrol ) Sumber : Foto Dokumentasi Khairul Amin

2.4.3 Pyranometer atau Solarymeter Adalah alat untuk menghitung radiasi matahari total ( langsung dan bias ) pada permukaan horizontal ( Duffie, 1982 ). Pyranometer menggunakan dua detector ring perak konsentris, dimana ring luar dilapisi material yang memiliki reflektansi tinggi untuk spectrum radiasi matahari misalnya magnesium oksida, dan ring dalam dilapisi material yang memiliki absorptansi sangat tinggi pada spectrum radiasi matahari misalnya parson’s black. Kedua ring memiliki perbedaan temperature, kemudian temperature tersebut dideteksi oleh 50 sambungan thermopile. Dengan prinsip efek seebeck perbedaan temperature antara kedua ring ini maka akan menghasilkan voltase. Dengan kalibrasi tertentu radiasi matahari dapat ditentukan.

Gambar 2.10 Alat Penangkap Radiasi ( Pyranometer atau Solarymeter ) Sumber : Foto Dokumentasi Khairul Amin



30

2.4.4 Flowmeter Flowmeter merupakan alat untuk mengukur jumlah laju aliran dari suatu fluida yang mengalir dalam pipa atau sambungan terbuka. Alat utama menghasilkan suatu sinyal yang merespon terhadap aliran karena laju aliran tersebut telah terganggu ( terjadi perubahan pada tekanan ). Dalam pemasangan flowmeter, flowmeter harus dipasang terintegrasi di dalam sistem pemipaan agar dapat berfungsi dengan baik. Ada dua pemasangan flowmeter, yaitu: inline dan insertion. Inline adalah pemasangan dengan menggunakan konektor pada pipa upstream dan downstream. Insertion adalah dengan memasukan sensor di dalam pipa. Kebanyakan flowmeter harus dipasang pada pipa, dimana pipa tersebut dalam keadaan lurus ( bagian yang lurus ). Untuk cara pemasangan inline, diameter pipa harus sama dengan diameter konektor dari flowmeter inline. Untuk tipe inline ada dua jenis metode konektor, yaitu: wafer dan flanged.

Gambar 2.11 Alat Pengukur Debit Laju Aliran ( Flowmeter ) Sumber : Foto Dokumentasi Khairul Amin



31

2.4.5 Multimeter Multimeter adalah alat ukur tegangan, arus, atau tahanan listrik, baik arus bolak – balik ( AC ) maupun arus searah ( DC ). Multimeter memiliki dua jenis, analog dan digital.

Gambar 2.12 Alat Pengukur Tegangan, arus, & tahanan listrik ( Multimeter ) Sumber : Foto Dokumentasi Khairul Amin



BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents