BAB II TINJAUAN PUSTAKA. berputar sekali dalam 27 hari sedangkan kutub-kutubnya berputar sekali dalam 30 hari (lit.7)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Energi surya

Matahari adalah suatu bola dari awan gas dengan suhu yang sangat panas. Diameter bola matahari adalah 1,39 x 109 km,sedangkan jauh rata-rata dengan bumi adalah 1,5 x 1011 km. Matahari berputar pada sumbunya dengan kecepatan sekali putar dalam empat minggu. Karena matahari terdiri dari kumpulan awan gas dan tidak solid maka bagian ekuatorialnya berputar sekali dalam 27 hari sedangkan kutub-kutubnya berputar sekali dalam 30 hari (lit.7). Suhu efektif pada permukaan besarnya 5760 K. sedang pada inti temperaturnya dapat mencapai lebih kurang 8 x 106 sampai dengan 40 x 106 K. Suatu teori yang akhir-akhir ini dapat diterima para ahli mengatakan bahwa radiasi gelombang elektromagnetik merupakan kombinasi dari gelombang elektrik arus bolak-balik berkecepatan tinggi dengan gelombang medan magnet yang menumbuhkan partikel-partikel energi dalam bentuk foton. Gelombang energi yang memancar melalui ruangan angkasa memberikan pancaran radiasi dengan panjang gelombang yang berbeda-beda. Radiasi gelombang elektromagnetik dikelompokkan pada panjang gelombang yang memberikan rangsangan energi yang lebih besar dimana semakin pendek panjang gelombang nya semakin besar energinya. Radiasi yang dipancarkan melalui permukaan matahari mempunyai variasi panjang gelombang dari yang paling panjang (gelombang radiao) sampai yang paling pendek (gelombang sinar X dan sinar gamma), (lit.7,hal.290). Jarak rata-rata antara bumi dengan matahari RBM = 1,49 x1011 ,sedangkan besar rapat radiasi adalah (literatur 2) : 2 kalori cm2/menit = 2 langleys/menit 2 x 104 kalori/m2 menit

Universitas Sumatera Utara

1/3 x 103 kalori/m2 dt Matahari memancarkan energi dalam bentuk radiasi ektromagnetik. Radiasi tersebut hanya sekitar 50% yang dapat diserap oleh bumi. Menurut pengukuran yang dilakukan oleh badan luar angkasa Amerika Serikat NASA (National Aeronautics

and Space

Administration) melalui misi ruang angkasanya pada tahun 1971,diperoleh data tentang besaran konstanta matahari yang harganya sama dengan 1353 Watt/m2. Dari besaran tersebut 7,85% atau 105,8 Watt/m2 dipancarkan melalui sinar ultraviolet, 47,33% atau 640.4 Watt/m2 dipancarkan oleh sinar yang dapat dilihat oleh manusia (visible light) dan 44,85% atau 606,8 Watt/m2 dipancarkan oleh sinar infra merah. Pada dasarnya energi radiasi yang dipancarkan oleh sinar matahari mempunyai besaran yang tetap (konstan),tetapi karena peredaran bumi mengelilingi matahari dalam bentuk elips maka besaran konstanta matahari bervariasi antara 1308 Watt/m2 dan 1398 Watt/m2 .Dengan berpedoman pada luas penampang bumi yang menghadap matahari dan yang berputar sepanjang tahun, maka energi yang dapat diserap oleh bumi besarnya adalah 751 x 10 kWjam.

2.2. Tinjauan perpindahan panas

Sebagai suatu gambaran mengenai tiga cara perpindahan panas dalam sebuah alat pemanas, panas mengalir secara konduktif sepanjang pelat penyerap dan melaui dinding saluran. Kemudian panas dipindahkan ke fluida dalam saluran dengan cara konveksi; apabila dilakukan dengan sirkulasi dengan sebuah pompa, maka disebut konveksi paksa. Pelat penyerap yang panas itu melepaskan panas ke pelat penutup kaca (umumnya menutupi kolektor) dengan cara konveksi alamiah dan dengan cara radiasi. 1. Konduksi


Jika pada suatu benda terdapat gradient suhu (temperatur gradient), maka akan terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian yangbersuhu rendah. Dapat dikatakan bahwa energi berpindah secara konduksi (conduction atau hantaran dan bahwa laju perpindahankalor itu berbanding dengan gradient suhu normal :

Jika dimasukkan konstanta proporsionalitas (proportionality constant) atau tetapan ke sebandingan, maka : q=dimana A adalah luas penampang tegak-lurus pada aliran panas (m2) dT/dx adalah gradien temperatur dalam arah aliran panas,(K/m) dan q adalah laju perpindahan kalor (Watt). Konstanta positif k disebut konduktivitas termal atau kehantaran (W/(m.K)) , konstanta positif diberikan agar memenuhi hokum termodinamika yaitu kalor mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam skala suhu. 2. Konveksi Pada bagian tepi pelat terbentuk suatu daerah dimana pengaruh gaya viskos semakin meningkta. Gaya-gaya viskos dapat diterangkan dengan tegangan geser (

antara lapisan-

lapisan fluida. Jika tegangan ini dianggap beebanding lurus dengan gradient kecepatan normal, maka dapat dirumuskan persamaan dasar untuk viskositas : = Konstanta proporsional

disebut viskositas dinamik.

Pada permulaan, pembentukan lapisan batas laminarpada suatu jarak kritis karena sifat-sifat fluida, gangguan-ganguan kecil pada aliran itu membesar dan mulailah terjadi proses transsisi hingga akhirnya aliran menjadi turbulen. Karakterstik aliran ini ditentukan


oleh kuantitas suatu besaran yang disebut bilangan Reynolds. Untuk aliran melintas pada pelat rata, bilangan Reynld didefenisikan sebagai : Re = Dimana,

adalah kecepatan aliran bebas (m/s); x adalah jarak dari tepi depan pelat (m);

adalah viskositas kinematik fluida (m2/s) Transisi dari aliran laminar mejadi trubulen terjadi apabila Re > 5x105 walaupun untuk tujuan analisis angka Reynold kritis untuk transisi di atas pelat rata bisa dianggap 5x105, namun dalam situasi praktis nilai kritis ini sangat bergantung pada kekasaran permukaan dan tingkat keturbulenan. Tetapi untuk aliran sepanjang pealt selalu trubulen untuk Re

4 x 105. Pada

daerah aliran turbulen, lapisan yang sangat tipis dekat pelat bersifat laminar (laminar sublayer), dan di sini aksi viskositas dan perpindahan kalor masih pemting. Daerah ini disebut lapisan buffer (buffer layer). Lebih jauh lagi, aliran menjadi sepenuhnya turbulen, dan mekanisme utama penukaran kalor dan momentum melibatkan bongkah-bongkah makroskopik fluida yang bergerak. Udara yang mengalir di atas suatu permukaan logam panas,misalnya dalam saluran baja sebuah alat pemanas udara surya,dipanasi secara konveksi. Arabia saluran udara disebabkan oleh sebuah blower,disebut konveksi paksa; apabila disebabkan oleh gradien massa jenis,maka disebut konveksi alamiah. Pada umunya,perpindahan panas konveksi dapat dinyatakan dengan hokum pendinginan Newton,sebagai berikut: q = hA (Tw - Ts) watt dimana h adalah koefisien konveksi,W/(m2.K); A adalah luas permukaan,m2 ; Tw adalah temperatur dinding; T adalah temperatur fluida,K. Umumnya koefisien konveksi h dinyatakan dengan parameter tanpa dimenis yang disebut bilangan Nusselt, (menurut nama dari Wilhelm Nusselt),Nu=hdi/k, dimana k adalah konduktivitas panas. Karena aliran dalam


pemanas cairan surya itu laminar dan tabung-tabungnya adalah relatif pendek, maka bilangan Nusselt rata-rata dan karena itu harga –harga h dalam tabung dapat dicari dari grafik bilangan Nusselt.

3. Radiasi Radiasi termal adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu benda karena suhunya. Ada beberapa jenis radiasi elektromagnetik ,radiasi termal hanyalah salah satu diantaranya. Apapun jenis radiasi itu, ia selalu merambat dengan kecepatan cahaya, 3x1010 m/s. kecepatan ini sama denga hasil perkalian panjang-gelombang denga frekuensi radiasi, C= Dimana, C adalah kecepatan cahaya;

adalah panjang gelombang dan

adalah frekuensi.

Perambatan radiasi termal berlangsung dalam bentuk kuantum-kuantum yang diskrit atau farik (discrete), setaip kuantum mengandung energi sebesar E=h Dimana h adalah 6,625 x 10-34 J.s Bila densitas energi diintegrasikan sepanjang seluruh panjang-gelombang,maka energy total yang dipancarkan sebanding dengan pangkat empat suhu absolut atau sesuai dengan hukum Stefan-Boltzmann :[2] Eb = Dimana, Eb adalah energi yang diradiasikan persatuan waktu dan persatuan luas (Watt/m2), dan

adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya

= 5,669x10-8 W/m2. K4.

Penukaran panas netto secara radiasi termal adalah:

(

)

q = σA T14 − T2 4 Watt dimana σ adalah konstanta Stefan-Boltsman,5,67 x 108 W/(m2.K4 ); A adalah luas bidang,m2 ,dan temperatur adalah derajat Kelvin pangkat empat,K4.


Penggunaan energi surya meliputi pengaturan kedudukan permukaan pengumpul (kolektor) pada berbagai sudut dengan bidang horizontal. Sementara pengukuran radiasi pada permukaan horizontal di banyak tempat sudah dilaksanakan,pemanasan pada permukaan miring harus dihitung. Lapisan luar matahari yang disebut fotosfer memancarkan suatu spektrum radiasi yang kontiniu. Radiasi yang dipancarkan oleh permukaan matahari,Es, adalah sama dengan hasil perkalian konstanta Stefan-Boltzmann

σ , pangkat empat temperatur permukaan absolute

Ts4, dan luas permukaan πds 2 , Es = σπds 2Ts4 W Dimana

σ

= 5,67 x 10-8 W/(m2.K4), temperatur permukaan Ts dalam K,dan diameter

matahari ds dalam meter. Pada radiasi ke semua arah, energi yang diradiasikan mencapai luas permukaan bola dengan matahari sebagai titik tengahnya. Jari-jari (R) adalah sama dengan jarak rata-rata antara matahari dan bumi. Luas permukaan bola adalah sama dengan 4πR 2 ,dan fluks radiasi pada satu satuan luas dari permukaan bola tersebut yang dinamakan iradiansi,menjadi: G=

σd s2Ts4 4R 2

W/m2

Dengan garis tengah matahari 1,39 x 109 , temperatur permukaan matahari 762 K,dan jarak rata-rata antara matahari dan bumi sebesar 1,5 x 1011 m, maka fluks radiasi per satuan luas dalam arah yang tegak lurus pada radiasi tepat di luar atmosfer bumi adalah

G=

(

) ( 4 × (1,5 × 10 ) m 2

)

4

5,67 × 10 −8 W ( m2 ⋅K 4 ) × 1,39 × 109 m 2 × 5,762 × 103 K 4 11 2

2

= 1353 W/m2


Harga G ini disebut kontanta surya,Gsc pengukuran yang baru-baru ini dilakukan oleh pesawat antariksa telah membenarkan harga Gsc ini,yang kemudian telah diterima oleh NASA sebagai standar.

2.3. Kolektor surya pelat rata Data radiasi surya pada bidang miring jarang diperloleh : karakteristik dari permukaan di sekitarnya berbeda antara satu tempat dengan yang lainnya, sehingga standariasasi pengukuran sukar dibuat. Misalnya, data untuk suatu permukaan miring yang menghadap tanah tertutup salju serta menerima komponenen radiasi karena pemantulan, harus dirinci dulu kondisi saljunya, yaitu sifat pantulnya. Karena itu, radiasi total pada suatu permukaan miring biasanya dihitung. Dalam bagian ini dipertimbangkan metode untuk menghitung komponen

radiasi pada sutu

permukaan miring. Komponen sorotan IbT diperoleh dengan mengubah radiasi sorotan pada permukaan horizontal menjadi masuk normal dengan menggunakan sudut zenith, dan kemudian mendapatkan komponen pada permukaan miring dengan menggunakan sudut masuk. Radiasi sorotan pada permukaan horisontal diperoleh dari selisih antara pengukuran radiasi total dan pengukuran radiasi sebaran untuk suatu lokasi tetentu. Komponen sebaran pada permukaan miring, IdT , dihitung dari komponen horisontal. Perhitungan dapat dilakukan dengan dua cara: yang pertama dengan menggap radiasi sebaran didistribusi merata; yang kedua,suatu ,metode yang lebih teliti, menggap bahwa sebaran lebih banyak berasal dari daerah langit dekat matahari. Karena untuk kebanyakan daerah, komponen sebaran untuk suatu permukaan horizontal, Id , tidak dapat diperoleh secara terpisah, maka suatu metode perhitungan fraksi sebaran dari radiasi total, Id/I. Komponen yang dipantulkan pada permukaan miring, IrT, dapat segera dihitung apabila


reflektansi dari permukaan disekitanya telah diketahui. Radiasi total pada permukaan miring adalah jumlah dari tiga komponen yang diterangkan dengan menggunakan rumus : IT – IbT + IdT + IrT Intensitas radiasi langsung atau sorotan per jam pada sudut masuk normal Ibn, Ibn = Dimana Ib adalah radiasi sorotan pada permukaan horizontal dan cosØz adalah sudut zenith, untuk permukaan yang dimiringkan dengan sudut

terhadap bidang horizontal,

intensitas dari komponen sorotan adalah : IbT = Ibn cosØT = Ib Dimana ØT disebut sudut masuk, dan didefenisikan sebaga sudut antara arah sorotan pada sudut masuk normal dan arah komponen tegak lurus ( 90 oC) pada permukaan miring. Apabila permukaan dimiringkan denga sudut

terhadap horizontal, maka hal itu adalah

sama dengan apabila bumi diputar denga arah jarum jam sebesar , dan permukaannya tetap berada pada kedudukan yang sama,. Hubungan antara cosØz untuk garis lintang kemudian datap diganti untuk permukaan yang dimiringkan pada garis lintang

–

. Karena

garis lintang ditentukan dari bidang ekuator, maka kemiringan permukaan megarah ke ekuator, yaitu bahwa permukaan itu dimiringkan ke selatan. Persamaan untuk sudut ØT , yaitu sudut masuk adalah : Cos ØT = sin δ. Sin ( – ) + cos δ. Cos ( – ). Cos ω Radiasi sorotan IbT pada permukaan miring selanjutnya dapat dihitung dari radiasi sorotan Ib pada sebuah permukaan horizontal, IbT = Ib

–

–

Radiasi sebaran yang disebut juga radiasi langit (sky radiation), adalah radiasi yang diancarkan ke permukaan oleh atmosfer, dank arena itu berasal dari seluruh bagian langit.


Apabila dimisalkan, seperti yang sering terjadi, bahwa radiasi sebaran (langit) didistribusikan merata , maka radiasi sebran pada permukaan miring dinyatakan dengan: IdT = Id Dimana

adalah sudut miring dari permukaan miring dan Id menunjukkan besarnya radiasi

sebaran. Selain komponen radiasi langsung dan sebaran, permukaan penerima juga mendapatkan radiasi yang dipantulkan dari permukaan yang berdekatan; jumlah radiasi yang dipantulkan tergantung dari reflektansi

dari permukaan yang berdektan itu,dan kemiringan permukaan

yang menerima. Radiasi yang dipantulkan per jam, juga disebut radiasi patulan , adalah : Irt = Dimana

(IbT + Id)

=0,20-0,25 untuk permukaan tanpa salju dan 0,7 untuk permukaan lapisan salju.

Prestasi termal kolektor surya pelat rata dijabarkan oleh persamaan effisiensi termal Hottel-Whillier-Bliss. Persamaan tersebut diterapkan secara luas dalam simulasi dan analisa sistem surya. Pemanasan surya pada umumnya terdiri dari selembar bahan konduktif termal yang disebut pelat penyerap yang menyambung pipa-pipa/pembawa cairan pemindah panas. Radiasi surya ditransmisikan melalui penutup yang transparan dan diubah menjadi panas pada pelat penyerap tersebut. Panas yang hilang dari bagian atas pelat penyerap karena konveksi alam dan karena radiasi ke permukaan dalam dari pelat penutup kaca,tetapi dalam analisis ini hal itu akan diabaikan. Panas ini dikonduksikan oleh pelat kaca ke permukaan luarnya,kemudian dipindahkan ke atmosfer luar secara konveksi dan radiasi. Kerugian panas ini dinamai kerugian atas (top loss),dinyatakan dengan: Ut(tp-ta) W/m2


Dimana Ut disebut koefisien kerugian atas ,W/(m2.K), dan Tp dan Ta masing-masing adalah temperatur pelat dan temperatur lingkungan. Kebalikan dari Ut,1/Ut, adalah jumlah tahanan terhadap perpindahan panas dari pelat ke lingkungan yang dinyatakan dengan sirkuit seri-pararel sederhana. Dalam sirkuit ini, a. h1 = koefisien konveksi (alam) dalam b. h2 = koefisen radiasi (ekivalen) dalam c. R(kaca) = harga R dari kaca,tebal/konduktivitas termal =t/k,m2.K/W d. Ho = koefisien konveksi luar e. Hro = koefisien radiasi (ekivalen) luar Dimana satuan-satuan untuk koefisien konveksi dan koefisien radiasi adalah W/(m2.K) Karena dalam suatu sirkuit pararel konduktansi-konduktansi dijumlahkan, dan dalam suatu sirkuitseri tahanannya dijumlahkan, maka tahanan total dapat ditulis 1 1 1 t = + (kaca ) + U t h1 + h2 k ho + hro

a. koefisien konveksi alam hi antara pelat-pelat miring yang dipanasi dari bawah telah dikorelasikan oleh hollands dan lain-lain untuk sudut miring lain antara 0o dan 70+oy yang dinyatakan dalam bilangan Rayleigh (perbandingan gaya apung terhadap gaya viskos) dan sudut miring β 1 . Koefisien tersebut dapat dengan mudah dinyatakan dari sela z, antara pelat penyerap dan penutup kaca, dengan sudut miring sebagai parameter. Fungsi-fungsi φ1 , φ2 dan φ3 didefenisikan sebagai berikut:

φ1 =

=

357 (Tm + 200)2 / 3 × Tm1/ 2 T p − Tc 50


1428(Tm + 200 ) Tm2

2/3

=

Dan temperatur rata-rata (Tm) : Tm =Tp+Tc/2 b. koefisien radiasi dalam (ekivalen) hri Penukaran panas radiasi antara penyerap dan penutup adalah : q=

σA(T14 − T24 ) 1

ε1

+

1

ε2

−1

yang dapat ditulis sebagai fungsi koefisien radiasi ekuivalen hri sebagai q = hri (Tp-Tc) dimana hri =

σ (T p4 − Tc4 )  1   − 1 − 1(T p − Tc ) ε   p εc 

c. Tahanan termal kaca dinyatakan dengan R(kaca) =

t k

Dimana t adalah tebal kaca, m dan k adalah konduktivitas termal W/(m.K) d. Koefisien konveksi luar ho dihitung dengan ho = 5,7 + 3.8 V dimana V adalah kecepatan angin dalam m/s e. Koefisien radiasi luar ekivalen dapat ditulis sebagai Hro =

4 ) ε cσ (Tc4 − Tlangit

Tc − Tlangit

W/(m2.K)

Dimana temperatur langit diperkirakan oleh Swinbank adalah


Tlangit = 0,0552 (Ta2/3) Temperatur luar Ta adalah dalam derajat Kelvin (K) Pelepasan panas sebuah kolektor surya lebih baik sebagai fungsi dari temperatur masuk fluida Ti. Hal ini dapat dilakukan dengan memakai faktor pelepasan panas yang diberilambang FR. Apabila kerugian panas dinyatakan sebagai fungsi temperatur fluida masuk Ti maka kerugian tersebut dinyatakan sebgai : UL(Ti-Ta) Dimana Ti selalu lebih kecil dari pada temperatur pelat yang menjadi dasar bagi UL . Maka perolehan panas yang dinyatatakan sebagai fungsi temperatur fluida masuk, menjadi : FR[ (GT (

- UL (Ti-Ta)]

2.3.1 Faktor efisiensi, F

Karena temperatur Tp dari pelat penyerap berubah-ubah sepanjang dan melintang pelat itu, maka persamaan perolehan panas kolektor dan persamaan efisiensi biasanya dinyatakan dengan fungsi dari temperatur fluida masuk, yang relative mudah dikontrol dan diukur selama pengujian dan operasinya. Langkah pertama untuk mencapai hal tersebut adalah menggunakan effisiensi sirip F. Perolehan panas melalui lebar sirip (s-d)/2 , adalah : s−d    F [Gt (τα ) − U L (Tb − Tc )]  2 

Apabila radiasi yang diserap Gt (τα ) untuk sesaat dibuat sama denga nol,maka aliran panas dapat ditulis sebagai Tb − Ta 1 U L [(s − d )F + d ]


Dimana tahanan terhadap aliran panas dalam sirip adalah 1 U L [(s − d )F + d ]


2.3.2 Effisiensi termal kolektor surya

a) Persamaan efisiensi termal Perolehan panas atau keluaran berguna dari sebuah kolektor surya pelat rata deberikan sebagai FR [GT (τα ) − U L (Ti − Ta )] Apabila

keluaran

ini

dibagi

dengan

masukan,

yaitu

masukan

radiasi

pada

kolektor,perbandingan yang dihasilkan adalah

 Ti −Ta   G  T 

η = FR (τα ) − FRU L 

η didefenisikan sebagai termal kolektor, dan FR UL biasanya hampir konstan dalam daerah operasi kolektor. Dengan demikian persamaan ini dapat dilihat sebagai bentuk persamaan lurus y = b = mx, dimana b adalah sumbu-y yang terpotong dan m adalah kemiringan garis tersebut. FR (τα ) adalah titik potong dan -FRUL adalah kemiringan garis lurus, dengan satuan absis a (Ti-Ta)/GT . Karena itu bilangan . FR (τα ) dan -FRUL adalah karakteristik prestasi termal dari kolektor pelat rata, dan merupakan masukan bagi sejumlah program komputer untuk sistem energi surya. b) Persamaan empiris untuk koefisien kerugian Ut Sebuah persamaan empiris disarankan oleh S.A. Klein dan baru-baru ini dimodifikasi oleh Agarwal dan Larson untuk memperhitungkan ketergantungan sudut Ut pada kemeringin ,

Ut =

+


Dimana : N = jumlah kaca penutup F = (1- 0,04 ho + 0,0005ho2)(1+0,091N) C = 250[1-0,0044( -90o)] Harga ho = 5,7 + 3,8 V W/m2.K Dimana V adalah kecepatan angin

2.3.3 Benda kelabu Benda kelabu (gray body) adalah benda yang mempunyai emisivitas monokromatik ) yang tidak bergantung dari panjang-gelombang. emisivitas monokromatik didefenisikan sebagai perbandingan antara daya emisi=monokromatik benda itu dengan daya emisivitas monokromatik benda hitam pada panjang-gelombang dan suhu yang sama. Penyerapan radiasi oleh permukaan ditandai oleh fraksi-fraksi dari jumlah ideal yang dipancarkan ( ε ,emisivitas) dan diserap ( α ,sbsorpsivitas),misalnya,perpindahan panas yang terjadi dalam sebuah kolektor surya adalah perpindahan panas radiasi dari pelat penyerap ke pelat penutup kaca. Untuk pelat-pelat pararel semacam itu,hubungannya sangat bermanfaat

q=

σA(T14 − T24 ) 1

ε1

+

1

ε2

−1

dimana ε 1 dan ε 2 adalah emisivitas dari pelat-pelat penyerap dan kaca. Radiasi surya adalah radiasi gelombang pendek yang diserap oleh pelat penyerap sebuah kolektor surya dan diubah menjadi panas. Oleh sebab itu penyerap panas harus memiliki harga α yang cukup tinggi dalam batas yang masih praktis. Pelat penyerap,yang menjadi panas,memancarkan radiasi termal dalam daerah panjang gelombang yang panjang (inframerah). Kerugian radiasi ini dapat dikurangi sehingga sangat kecil dengan cara


menggunakan permukaan khusus yang memiliki harga absorpsivitas yang tinggi ( α tinggi) dalam daerah panjang gelombang pendek (radiasi surya) dan harga emisivitas yang rendah ( ε rendah) dalam daerah inframerah. Permukaan semacam itu disebut permukaan selektif. Salah satu diantaranya adalah dengan memberikan warna hitam (cat hitam) pada permukaan penyerap. Pelat warna hitam memiliki memiliki harga α =0.98 dan ε =0.98.

Gambar 2.1 tabel emisivitas material.[6]

Emisivitas total benda itu dapat dihubungkan dengan emisivitas monokromatik denagan memperhatikan : = dλ

E = Eb =

dλ =

= Dimana,

adalah daya emisi benda hitam persatuan panjang-gelombang. Jika terdapat

kondisi benda kelabu, artinya

konstan, maka persamaannya menjadi sederhana :


= Emisivitas berbagai benda mungkin berbeda menurut panjang gelombang, suhu, dan kondisi permukaan. Hubungan fungsi untuk

diturunkan oleh Planck dengan menggunakan

konsep kuantum untuk energy elector magnetic. Penurunan itu sekarang biasanya dilakukan dengan metode termodinamika static dan

ternyata berhubungan dengan densitas energi :

= = Dimana, λ adalah panjang gelombang( W.

4

/m2, C2 adalah 1,4387 x 104

4

), T adalah suhu (K), C1 adalah 3,743 x 108 .K

2.3.4 Benda hitam Bila seberkas sinar enrgi panas mengenai permukaan suatu benda, maka sebagian diserap,sebagian dipantulkan dan sebagian lainnya lagi diteruskan melewati benda itu. Benda hitam memenuhi persamaan Eb =

hal ini karena tidak memantulkan sesuatu radiasi. Jadi

benda hitam adlah, benda yang menyerap seluruh radiasi yang menompanya. Eb disebut daya emisi (emissive power) benda-hitam. Pada keseimbangan, energi yang diserap benda itu mesti sama dengan energy yang dipancarkan; sebab,jika tidak,tentu ada energi yang mengalir masuk atau keluar benda itu danmenyebabkan suhunya naik atau turun. Pada keseimbangan dapat ditulus: EA = qiA Perbandingan daya emisi suatu benda dengan daya emisi benda hitam pada suhu yang sama ialah sama dengan absorpsivitas benda itu. Perbandingan itu desebut emisivitas

=


=

Gambar 2.2 grafik perbandingan antara daya emisi benda hitam dengan benda kelabu dengan daya emisi permukaan nyata Gambar 2.2 menunjukkan spektrum radiasi relative dan benda hitam pada 3000 F dan benda kelabu ideal yang sebanding dengan emisivitas 0,6. Juga diberikan kurva yang menunjukkan tingkah laku kira-kira untuk permukaan yang nyta, yang mungkin sangat berbeda dari benda hitam ideal maupun benda hitam ideal. Adanya pergeseran titik maksimum kurva radiasi menjelaskan perubahan warna jika benda dipanaskan. Oleh karena itu pita panjang gelombang yang dapat dilihat oleh mata terletak 0,3 dan 0,7

, maka hanya

sebagian kecil saja spektrum energi radiasi pada suhu rendah dapat dilihat oleh mata. Ketika benda dipanaskan,intensitas maksimum digeser kearah panjang-gelombang pendek, dan tanda pertama yang memperlihatkan adanya kenaikan suhu benda ialah warna merah-tua. Dengan peningkatan suhu menjadi lebih tinggi, warna itu berubah menjadi merah cerah, kemudian kuning cerah dan akhirnya putih. Faktor total energy radiasi yang dipancarkan antara 0 dan λ adalah


Dapat disesderhankan denganmembagi kedua ruas persamaan dengan T5

Radiasi total yang dipancarkan pada keseluruhan panjang-gelombang adalah

=

2.4. Siklus mesin pendingin adsorpsi Mesin pendingin ini membutuhkan energi panas yaitu energi radiasi matahari yang digunakan sebagi energi untuk berlangsungnya proses pendinginan. Siklus pendingin adsorpsi dapat dilihat pada gambar 2.2. Sistem pendingin adsorpsi ini terdiri atas empat proses yang dapat dijelaskan sebagai berikut.


Gambar 2.3 diagram Clayperon pada sisitem pendingin siklus adsorpsi [6]

1. Proses Pemanasan (pemberian tekanan) Pada gambar 2.3 menjelaskan bahwa proses pemanasan dimulai dari titik A dimana adsorbent berada pada temperatur rendah TA dan pada tekanan rendah Pe (takanan evaporator). Proses ini berlangsung pada siang hari,proses AB: Adsorber menerima panas sehingga temperatur adsorber meningkat dan diikuti oleh peningkatan tekanan dari tekanan evaporasi menjadi tekanan kondensasi. Selama proses ini tidak ada aliran metanol yang masuk maupun keluar dari adsorber. 2. Proses desorpsi Pada gambar 2.3 menjelaskan proses desorpsi berlangsung pada waktu panas diberikan dari titik B ke D sehingga adsorber mengalami peningkatan temperatur yang menyebabkan timbulnya uap desorpsi. Sehingga, sehingga adsorbat yang berada pada adsorben dalam bentuk gas mengalir ke kondensor untuk mengalami proses kondensasi menjadi cair dan mengalir ke kondensor. 3. Proses pendinginan (penurunan tekanan) Pada gambar 2.3 menjelaskan proses pendinginan berlangsung dari titik D ke F yang berlangsung pada malam hari, adsorber melepaskan panas dengan cara didinginkan sehingga suhu di adsorber turun dan diikuti oleh penurunan tekanan dari tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi. 4. Proses adsorpsi Pada gambar 2.3 menjelaskan proses adsorpsi berlangsung dari titik F ke A, Adsorber terus melepaskan panas sehingga adsorber mengalami penurunan temperatur dan tekanan


yang menyebabkan timbulnya uap adsorpsi. Adsorbat dalam bentuk uap dihasilkan dari proses penyerapan kalor oleh adsorbat dari air yang ada disekitar evaporator sebesar kalor laten penguapan adsorbat tersebut.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA. berputar sekali dalam 27 hari sedangkan kutub-kutubnya berputar sekali dalam 30 hari (lit.7)

Recommend Documents