KALIBRASI SENSOR SOLARIMETER TERMAL BERBAGAI UKURAN
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
ABSTRAK
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON. Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran. Dibimbing oleh BREGAS BUDIANTO. Radiasi surya merupakan sumber energi utama untuk proses-proses fisika atmosfer yang menentukan keadaan cuaca dan iklim. Energi radiasi matahari tersebut berupa gelombang elektromagnetik yang apabila sampai ke permukaan bumi, dapat berubah menjadi energi panas atau energi termal. Energi termal tersebut diukur menggunakan bidang penyerap “black body” dengan LM35 sebagai sensornya dan Printed Circuit Board (PCB) sebagai bahan pembuatannya. Logam diberi cat warna hitam, sehingga mampu menangkap energi panas matahari dengan baik. Penelitian ini bertujuan untuk melihat efektivitas luas bidang penyerap “black body” dengan berbagai ukuran diameter yang berbeda, yaitu 10 cm; 9 cm; 8 cm; 7 cm; 6 cm; 5 cm dan hubungan antara luas bidang penyerap “black body” dengan panas yang terakumulasi. Sensor solarimeter digunakan sebagai kalibrator dengan sensitivitas sebesar 15 µV/watt/m2, sehingga 1 mV akan setara dengan 66,7 watt/m2. Hasil kajian dalam penelitian ini menyimpulkan bahwa sensor suhu bidang penyerap “black body” dengan ukuran diameter 5 cm memiliki efektivitas yang paling tinggi dibandingkan sensor lain. Luas bidang permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body” tidak secara linear diikuti dengan panas yang terakumulasi. Semakin besar luas bidang permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body”, maka panas yang terakumulasi juga akan semakin besar, tapi tidak linear. Kata kunci: Sensor suhu LM35, radiasi surya, sensor solarimeter, dan bidang penyerap “black body”.
ABSTRACT
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON. Thermal-Solarimeter Calibration Various Measurements. Supervised by BREGAS BUDIANTO. Sun radiation is a primary energy source for physical atmospheric processes that determine weather and climate conditions. Those sun radiation energy is in the form of electromagnetic wave which if it reaches earth surface, it can change into thermal/heat energy. Thermal/heat energy was measured by “black body” absorbance media , with LM35 as its sensor, and Printed Circuit Board (PCB) as the material. Metal was painted by black coloured pain so that it can be ale to catch the thermal energy well. This research’s aim is to see the efectivity of “black body” absorbance media area size with various diameter sizes, namely, 10 cm, 9 cm, 8 cm, 7 cm, 6 cm, and 5 cm and the relation between “black body” absorbance media area with accumulated thermal. Solarimeter sensor is used as calibrator with its sensitivity15 µV/watt/m, so that 1 mV/watt/m2 equal to 66,7 watt/m2 . The result of this research indicates that that “black-body” temperature sensor with its diameter size 5 cm has the highest effectivity, compared with other sensors. Black-body sensor area is not directly proportionally/liniearly followed by the accumulated thermal. Bigger area size of “black body” absorbance media, bigger accumulated thermal, but it wouldn’be linear. Keywords: Thermal Sensor LM35, sun radiation, solarimeter sensor, and “black body’ absorbance media.
KALIBRASI SENSOR SOLARIMETER TERMAL BERBAGAI UKURAN
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Mayor Meteorologi Terapan Departemen Geofisika dan Meteorologi
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
“Hai
anak-anak,
taatilah orang tua-mu dalam segala hal,
karena itulah yang indah di dalam Tuhan”
(Kolose 3:20)
Karya kecil ini kupersembahkan untuk orang-orang yang kucintai : Bapa, Almarhumah Ibu,Lae dan Kakak (Lae Edbin, Kak Alisa, Kak Sumra), Si kecil “Radika”
Judul Skripsi Nama NIM
: Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran : Sriyo Ado Arta Tampubolon : G24070007
Disetujui Pembimbing
Ir. Bregas Budianto, Ass Dpl NIP. 19640308 199403 1 002
Diketahui Ketua Departemen Geofisika dan Meteorologi
Dr. Ir. Rini Hidayati, MS. NIP. 19600305 198703 2 002
Tanggal Lulus:
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karunia-Nya sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini berjudul Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari hingga Juni 2011. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ir. Bregas Budianto, Ass Dpl selaku dosen pembimbing yang dengan sabar memberikan masukan dan pengarahan kepada penulis sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini juga dapat terlaksana atas dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Kedua orang tua, yaitu bapak dan almarhumah ibu yang tercinta, Lae Edbin Napitupulu, kakak dan adik (Alisa, Sumra, dan Radika) atas doa, dukungan, serta kasih sayangnya yang tak terhingga. 2. Penghuni tetap workshop Instrumentasi Meteorologi, yaitu Pujo Satrio, Zahedi, senior angkatan 42-up dan penghuni gelap, yaitu Rusianto dan Anies, Fitroh Nur Amin dan Icha, Blake dan Fitri, Nedi dan Afdal, rekan-rekan angkatan 44 dari Lab Meteorologi, Lab Klimatologi, Lab Agrometeorologi dan Lab Hidrometeorologi serta angkatan 45,46,47 yang sudah membantu dalam pembuatan alat dan pencatatan data. 3. Keluarga Besar Komisi Kesenian: Vanbasten Tambunan, , Vania Dwi Astuti (Ternak Bau), Metha, Bang Christa, Desi Singarimbun, Ribkha Sinaga (Pendek), Vera (Buaya), Marika Veraria, Mega, Juliper, Tulus Hirdata, Joe, Manahan, Mega, Andrew Joshua Tingon, Bang Icho Doloksaribu, Bang Wastin, serta adik-adik angkatan 45,46,47. 4. Keluarga Besar BASCOM (Batak’s Community) : Loris Panahatan, Eko, Tuek, Pembaruan, Jhon Andi, Jhon N-70, Guntur, Sauqi_Baqs, Ancen, Christian Imanuel, Ondihon, Rendra, Feriyaman, Fachri, Albertus, Andre, Adrian, Ricky, Winda, Christin, Isma Rosyida, Ega, Mayun, dan Ketty Only. 5. Segenap civitas GFM : Pak Pono, Bu Inda, Mas Azis, Pak Jun, Mbak Wati, Mbak Icha, Pak Badrudin, Pak Kaerun, Pak Udin, dan para dosen serta staf pengajar untuk bimbingan dan bantuannya selama ini. 6. Teman-teman, Abang-abang, Kakak-kakak, adik-adik Himpunan Mahasiswa Labuhan Batu. Dan kepada semua pihak lain yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini, namun tidak dapat disebutkan satu persatu. Tanpa mereka, semua ini tidak akan berarti apa-apa. Penulis juga menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, namun semoga bermanfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkan.
Bogor, Juli 2011
Sriyo Ado Arta Tampubolon
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kotacane, Aceh Tenggara pada tanggal 10 Juli 1989 dan merupakan anak ke-3 dari 4 bersaudara oleh pasangan R.Tampubolon dan almarhumah R. Napitupulu. Pendidikan penulis berawal dari Sekolah Dasar (SD) Methodist Indonesia 2 Rantauprapat dari tahun 1995-2001. Setelah lulus dari SD, penulis melanjutkan ke Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama RK. Bintang Timur Rantauprapat dari tahun 2001-2004, dan dilanjutkan ke Sekolah Menengah Atas Negeri 2 Rantau Utara dari tahun 2004-2007. Setelah lulus dari SMA, pada tahun 2007, melalui jalur USMI penulis diterima pada program studi mayor Meteorologi Terapan, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Institut Pertanian Bogor. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam mengikuti berbagai kegiatan organisasi seperti, Persekutuan Mahasiswa Kristen (PMK) sebagai divisi Intern, Himpunan Mahasiswa Labuhan Batu (HIMLAB) sebagai ketua divisi bidang Seni dan Olah raga, Resimen Mahasiswa Kompi-A sebagai Intelijen dan Pengamanan (INTELPAM) dan terakhir menjabat sebagai Komandan PROVOOST. Untuk memperoleh gelar Sarjana Sains IPB, penulis menyelesaikan skripsi dengan judul Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran dibawah bimbingan Ir. Bregas Budianto, Ass Dpl.
ix
DAFTAR ISI Halaman
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................................... x DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................................... x I.
PENDAHULUAN ............................................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang .............................................................................................................. 1 1.2. Tujuan ........................................................................................................................... 1
II.
TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................................... 2.1. Radiasi Surya ................................................................................................................ 2.2. Suhu Udara ................................................................................................................... 2.3 Printed Circuid Board (PCB) ........................................................................................ 2.4. Sensor Suhu LM35 ....................................................................................................... 2.5. Prinsip Kerja Sensor Solarimeter .................................................................................. 2.5.1 Karakteristik Sensor Solarimeter ........................................................................... 2.6 Pengaruh Benda Hitam ..................................................................................................
1 1 2 2 2 3 4 4
III.
METODOLOGI ................................................................................................................... 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................................................... 3.2. Alat dan Bahan .............................................................................................................. 3.3. Tahapan Penelitian ........................................................................................................ 3.3.1 Perancangan Luas Bidang Penyerap “Black Body” ............................................... 3.3.2 Pemberian Cat Hitam ............................................................................................ 3.3.3 Perancangan Sensor Suhu LM35 Pada Luas Bidang Penyerap “Black Body” ...... 3.3.4 Pengujian Luas Bidang Penyerap “Black Body” ................................................... 3.3.5 Pengambilan Data ................................................................................................. 3.3.6 Penyusunan Data ................................................................................................... 3.3.7 Penyetaraan Sensor Suhu LM35 ...........................................................................
5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................................ 7
V.
SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................................... 13 5.1 Simpulan ................................................................................................................ 13 5.2 Saran....................................................................................................................... 13
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 13 LAMPIRAN .................................................................................................................................. 15
x
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Sensor suhu LM35 .................................................................................................................... 2 Skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35 ........................................................................... 2 Sensor solarimeter .................................................................................................................... 4 LM35 yang di tekuk pada “black body” .................................................................................... 6 LM35 yang tidak di tekuk pada “black body” ........................................................................... 6 Penyetaraan sensor suhu LM35 ................................................................................................. 7 Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 10 cm dengan sensor solarimeter ...... 7 Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 9 cm dengan sensor solarimeter ........ 8 Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 8 cm dengan sensor solarimeter ........ 8 Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 7 cm dengan sensor solarimeter ........ 8 Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 6 cm (di tekuk) dengan sensor solarimeter ................................................................................................................................. 9 12 Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 5 cm sensor solarimeter ..................... 9 13 Hubungan luas bidang penyerap “black body”diameter 6 cm (tidak di tekuk) dengan sensor solarimeter ............................................................................................................................... 10 14 Kalibrator Sensor Solarimeter A dan Solarimeter B ................................................................ 11 15 Hubungan antara slope dan luas permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body” ....... 12 16 Efektivitas sensor suhu bidang penyerap “black body”............................................................ 12
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Blok diagram prinsip kerja sensor suhu bidang penyerap “black body”.................................. 16 2 Blok diagram pembuatan sensor suhu bidang penyerap “black body” dan pengukuran di lapangan................................................................................................................................... 17 3 Bidang penyerap “black body” dengan berbagai ukuran diameter yang di teliti ..................... 20 4 Bidang penyerap “black body” dengan ukuran diameter 2,5 cm sebagai pembanding (kalibrator) ............................................................................................................................... 20 5 Pengukuran di dalam ruangan ................................................................................................ 18 6 Pengukuran di luar ruangan ..................................................................................................... 18 7 Beberapa Alat dan Bahan yang Digunakan ............................................................................. 19 8 Beberapa alat yang digunakan dalam penelitian ...................................................................... 19
1
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Radiasi surya merupakan sumber energi utama untuk proses-proses fisika atmosfer yang menentukan keadaan cuaca dan iklim di atmosfer bumi. Energi surya yang dihasilkan oleh matahari berupa gelombang elektromagnetik. Beberapa benda mampu menangkap gelombang elektomagnetik dengan baik dan dapat di ukur menggunakan bidang penyerap “black body” dalam bentuk energi termal. Kemampuan bidang penyerap “black body” dalam menangkap energi matahari tergantung dari luas bidang penyerap “black body”. Secara umum, semakin luas bidang penyerap “black body”, maka kemampuan dalam menangkap energi panas matahari akan semakin besar, sebaliknya semakin kecil luas bidang penyerap “black body”, maka kemampuan dalam menangkap energi panas matahari pun akan semakin kecil. Semakin luasnya bidang penyerap “black body”, tidak selamanya memiliki nilai keefektifan yang tinggi. Ada kalanya penggunaan luas bidang penyerap “black body” dengan ukuran besar mengalami kejenuhan dalam menerima energi panas matahari, sehingga tidak perlu menggunakan luas bidang penyerap “black body” dengan ukuran besar melainkan menggunakan luas bidang penyerap “black body” dengan ukuran kecil. Pemanfaatan bidang penyerap “black body” yang tepat, baik dari segi ukuran luas bidang penyerap dan kapasitas dalam menampung jumlah energi panas matahari dapat dijadikan sebagai pertimbangan. Apabila penggunaan bidang penyerap “black body” dengan luas bidang penyerap yang kecil ternyata lebih efektif daripada penggunaan luas bidang penyerap yang besar, hal ini menunjukkan bahwa penggunaan bidang penyerap “black body” dengan luas bidang penyerap yang besar tidak diperlukan Kalibrasi adalah kegiatan untuk menentukan kebenaran konvensional nilai penunjukan alat ukur dan bahan ukur dengan cara membandingkan terhadap standar ukur yang mamputelusur (traceable) ke standar nasional untuk satuan ukuran dan/atau internasional (LIPI 2009). Oleh karena itu, dengan melakukan kalibrasi, masing-masing luas bidang penyerap “black body” dapat dibandingkan dengan nilai radiasi yang datang.
1.2 Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi efektivitas luas bidang penyerap “black body” dengan berbagai ukuran diameter yang berbeda, yaitu 10 cm; 9 cm; 8 cm; 7 cm; 6 cm; 5 cm dan hubungan antara luas bidang penyerap “black body” dengan panas yang terakumulasi.
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Radiasi Surya Radiasi adalah suatu istilah yang berlaku untuk banyak proses yang melibatkan pindahan tenaga oleh gejala gelombang elektromagnetik (Pitts and Sissom 2001). Sumber energi terbesar dan bersifat kontinyu yang tersedia bagi manusia adalah energi surya. Energi surya dihasilkan melalui rekasi fusi yang terjadi dalam inti matahari, jika cahaya menempa pada zat kimia pada sel matahari maka akan dihasilkan energi listrik potensial atau voltas (Jack Challoner 1998). Energi surya dapat dikonversi secara langsung menjadi bentuk energi lain dengan tiga proses yaitu: 1. Proses heliochemical yaitu proses fotosintesis, proses ini merupakan sumber dari semua bahan bakar fosil dan bioenergi. 2. Proses helioelectrical yaitu proses produksi listrik oleh sel-sel surya. 3. Proses heliothermal adalah penyerapan radiasi matahari dan pengkonversian energi matahari menjadi energi termal. Energi matahari yang sampai ke bumi merupakan sebuah pancaran gelombang pendek dalam bentuk radiasi. Menurut Christopher Plafin (1998) radiasi adalah energi pancaran berupa gelombang elektromagnetik.Radiasi surya yang sampai puncak atmosfer 1360 W/m2 sedangkan yang sampai permukaan bumi setengah dari radiasi surya yang sampai puncak atmosfer dan 30% dari radiasi surya yang sampai permukaan bumi dipantulkan kembali ke luar angkasa (Handoko 1995). Beberapa faktor yang menentukan besarnya radiasi yang datang adalah tingkat keawanan, sudut datang matahari dan kondisi atmosfer. Tingkat keawanan dan sudut datang matahari merupakan faktor utama yang menentukan variasi besarnya radiasi yang datang di bumi (Kondratyev 1969).
2
2.2 Suhu Udara Suhu udara merupakan ukuran energi kinetik rata-rata dari pergerakan molekulmolekul. Suhu dari suatu benda menggambarkan keadaan yang menentukan kemampuan benda tersebut untuk memindahkan (transfer) atau menerima panas ke benda-benda lain. Benda yang bersuhu lebih tinggi bila dalam sistem dua benda ditunjukkan dengan benda yang kehilangan panas (Short 2004). Parameter suhu biasanya digunakan dalam pangamatan atau kontrol lingkungan (Burrage dan Varley 1991). 2.3 Printed Circuid Board (PCB) Salah satu komponen utama yang dipakai dalam pembuatan peralatan elektronika adalah PCB (Mambu, Grace A 2001). Papan Rangkaian Tercetak (PRT) atau sering juga disebut PCB (Printed Circuit Board) merupakan papan pemasangan komponen elektronika yang jalur hubungannya menggunakan papan berlapis tembaga. Pembentukan jalur PCB dilakukan dengan cara etching (pelarutan), dimana sebagian tembaga dilepaskan secara kimia dari suatu papan lapis tembaga kosong (blangko). Tembaga yang tersisa beserta alasnya itulah yang akan membentuk jalur pengawatan PCB. Biasanya PCB ini terbuat dari sebuah isolator yang dilapisi dengan konduktor. Biasanya bahan isolator ini terbuat dari ebonit atau fiber, sedangkan konduktornya terbuat dari tembaga. Jenis-jenis PCB berdasarkan layer (Akhal 2011): 1. PCB single layer, yaitu PCB yang lapisan tembaganya hanya pada satu permukaan saja (bisa di atas atau di bawah). 2. PCB double layer, yaitu PCB yang lapisan tembaganya ada dibagian atas dan bagian bawah. 3. PCB multi layer, yaitu PCB yang lapisan tembaganya lebih dari dua. Keuntungan menggunakan PCB: 1. Memperkecil dimensi yang digunakan. 2. Keandalannya tinggi. 3. Memperkecil kemungkinan kesalahan pada saat penyambungan komponen (pengkabelan) 4. Mudah dalam perbaikan (troubleshooting). 2.4 Sensor Suhu LM 35 Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini
berupa komponen elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 DZ hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA. Hal ini berarti LM35 DZ mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC (National Semiconductor 2000).
Gambar 1 Sensor suhu LM35 (Sumber: National Semiconductor)
Gambar diatas menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut: VLM35 = Suhu* 10 Mv
Gambar 2 Skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35 (Sumber: National Semiconductor)
3
Gambar diatas adalah gambar skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ. Rangkaian ini sangat sederhana dan praktis. Vout adalah tegangan keluaran sensor yang terskala linear terhadap suhu terukur, yakni 10 mV per 1 0C. 2.5 Prinsip Kerja Sensor Solarimeter Jenis alat pengukuran radiasi bermacammacam, antara lain Kipp solarimeter, Eppley pyranometer, Stern pyranometer, tipe Rothamsted solarimeter dan lain-lain. Kipp solarimeter ini merupakan buatan belanda, Eppley pyranometer merupakan buatan Amerika Serikat, dengan termopil emas palladium-platina rhodium sebagai sensornya. Waktu tanggap (respon time) pada alat ini adalah empat detik. Demikian juga halnya dengan Stern pyranometer juga menggunakan termopil sebagai sensor panas dan merupakan buatan Austria. Alat ini mempunya respon waktu yang lebih cepat dari Eppley, yaitu dua detik. Rothamsted solarimeter mempunyai waktu respon yang lambat yaitu 20 detik. Sensor-sensor pengukur radiasi mempunyai salah satu dari prinsip-prinsip: 1. Termoelektrik 2. Photoelektrik 3. Bimetalic distorsi 4. Destilasi. Photoelektrik terdiri dari tiga tipe utama, yaitu photo voltaic, photo emisi, dan photo resistor sel. Ketiga hal tersebut mempunyai sensitivitas spektral yang berbeda, dan biasanya digunakan dalam biologi. Contoh dari photo voltaic adalah selenium. Selenium tersebut karena harganya murah dan output nya juga besar. Pada selenium ini, cahaya yang jatuh di atas lapisan selenium menghasilkan energi untuk membebaskan elektron-elektron di mana aliran dan akumulasi pada metal film transparan disimpan diatas permukaan sel. Dalam photo emisi, elektron-elektron dibebaskan dari permukaan sensitif pada katoda menuju sekeliling atau sekitar gas dan dikumpulkan pada anoda. Dengan digunakan tegangan yang tetap, alirannya proporsional untuk intensitas cahaya. Dalam photo resistor, tahanan listrik pada sel berubah dengan intensitas cahaya sebagai elektron-elektron yang digerakkan dari keadaan non aktif dan siap sedia, untuk menjadi elektron-elektron bebas, mengurangi resistansi/tahanan listrik pada material.
Alat yang menggunakan prinsip distorsi bimetalic adalah aktinograph dwi logam. alat ini dikembangkan oleh observatorium Kew. Prinsip kerja alat ini terdiri dari dua buah lempengan logam yang berbeda warnanya sebagai sensor, dimana lempengan yang satu deberi warna putih dan pada bagian lain diberi warna hitam. Alat yang menggunakan prinsip destilasi adalah Gun Bellani pyranometer. Alat ini mengukur radiasi surya selama sehari sejak dari matahari terbit hingga terbenam. Alat ini mengukur radiasi surya melalui proses penguapan zat cair terlebih dahulu. Jumlah zat cair yang diuapkan berbanding lurus dengan total radiasi surya yang diterima. Bagian alat ini terdiri dari sensor yang berbentuk bulat dan berwarna hitam pekat. Bola hitam ini berisi zat cair yang dihubungkan dengan tabung buret yang diberi skala dalam satuan mililiter (cc). Radiasi yang diterima oleh sensor mengakibatkan sensor menjadi panas sehingga zat cair yang ada dalam sensor menguap. Kemudian uap air ini akan mengkondensasi dibagian bawah tabung buret. Terdapat dua macam alat sejenis yang dibedakan dalam penggunaan zat cair pengisi sensor. Sensor ada yang menggunakan alkohol (n-propyl alcohol) dan air. Sensor yang diisi oleh alkohol mempunyai kemampuan daya ukur maksimum 900 cal/cm2 dan banyak dipakai untuk daerahdaerah lintang tinggi dimana radiasi surya rendah. Sedangkan sensor yang diisi dengan air mempunyai kemampuan daya ukur 1800 cal/cm2 dan banyak dipakai di daerah tropis. Kedua zat cair ini kurang peka terhadap radiasi kurang dari 150 cal/cm2 (Julia Lasmahati 1991). Menurut Visala Oyj, sensor solarimeter memiliki sensitivitas berkisar antara 9 µV/Wm-2 hingga 15 µV/Wm-2. Apabila dilakukan perhitungan dengan mengkonversi satuan dari µV/Wm-2 menjadi watt/m2 dengan menggunakan sensitivitas sensor solarimeter sebesar 15 µV/watt/m2, maka 1 mV akan setara dengan 66,7 watt/m2. Sensitivitas sensor solarimeter tersebut dapat diperoleh dari perhitungan sebagai berikut: Sensitivity
=9...15 µV/Wm-2
15 mV
=1000 Wm-2
1 mV
=66,7 Wm-2
4
Gambar 3 Sensor Solarimeter (Sumber: Vaisala Oyj Tanpa tahun)
2.5.1 Karakteristik Sensor Solarimeter Solarimeter memiliki karakteristik yang cukup baik untuk dijadikan sebagai kalibrator. Adapun karakteristik dari pada solarimeter adalah sebagai berikut: Spectral range
305...2800 nm(50 % points)
Sensitivity
9...15 µV/Wm-2
Impedance
70...100 Ohm
Response time
1/e 5 s, 99 % 55 s
Non-linearity
<1.5 % (<1000 W/m2)
Tilterror
<1.5 % at 1000 W/m2
Operating temperature
-40...+90 oC
Temperature dependence sensitivity
± 2 % (-10...+40 oC) of
Maximum irradiance
2000 W/m2
Directional error
< ± 20 W/m2 at 1000 W/m2
Weight
1.9 kg
Cable length
10
Tabel 1 Karakteristik solarimeter (Vaisala Oyj Tanpa tahun)
Adapun cara kerja dari sensor solarimeter adalah sinar matahari atau radiasi yang datang secara langsung maupun yang dipancarkan oleh atmosphere serta yang dihamburkan oleh langit akan menembus glass dome. Radiasi dengan panjang gelombang sampai dengan 3.0 µm akan diteruskan ke lempeng logam hitam dan putih. Lempeng logam hitam akan mengabsorbsi panas radiasi, sementara lempeng putih akan memantulkan radiasi sehingga terjadi perbedaan temperatur diantara kedua jenis lempeng logam ini. Perbedaan temperatur dari kedua lempeng ini dihubungkan ke circuit thermojunctions yang mengubah besaran panas menjadi perbedaan tegangan potensial diantara kedua ujung lempeng. Selanjutnya Perbedaan potensial ini dianologikan sebagai besaran intensitas radiasi global (Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika 2007). 2.6 Pengaruh Benda Hitam Permukaan yang bersifat seperti benda hitam tidak akan memantulkan energi radiasi yang diterimanya, oleh karena itu kita sebut sebagai penyerap paling baik (Koestoer 2003). Dalam fisika, benda hitam (black body) adalah obyek yang menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya. Namun demikian, dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh panjang
5
gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi benda itu dapat diukur. Jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya bergantung pada suhu benda hitam tersebut. Benda hitam dengan suhu di bawah sekitar 700 Kelvin hampir semua energinya dipancarkan dalam bentuk gelombang inframerah, sangat sedikit dalam panjang gelombang tampak. Istilah "benda hitam" pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff pada tahun 1862. Cahaya yang dipancarkan oleh benda hitam disebut radiasi benda hitam (Anonim 2008). Secara umum bentuk terperinci dari spektrum radiasi yang dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu. Walaupun demikian, hasil eksperimen menunjukkan bahwa ada satu kelas benda panas yang memancarkan spektra panas dengan karakter universal. Benda ini adalah benda hitam atau black body. Benda hitam didefinisikan sebagai sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya. Dengan kata lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam. Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama dengan satu. Emisivitas (daya pancar) merupakan karakteristik suatu materi, yang menunjukkan perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas oleh suatu permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi (daya serap) merupakan perbandingan fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap oleh suatu benda terhadap fluks yang tiba pada benda itu.
III. METODOLOGI 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan pada bulan Februari hingga Juli 2011. Penelitian dilaksanakan menggunakan fasilitas Lab Instrumentasi Meteorologi, Departemen Geoifisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. 3.2 Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: Sensor solarimeter Perangkat elektronik Perangkat mekanik
Alat tulis Perangkat komputer dengan microsoft office PCB (Printed Circuid Board) Kabel Dioda Cat Dull Black Acrylic Epoxy Sensor suhu LM35 dan; (DVM) Digital Volt Meter.
program
3.3 Tahapan Penelitian Adapun beberapa tahapan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 3.3.1 Perancangan Luas Bidang Penyerap “Black Body” Perancangan luas bidang penyerap “black body” dilakukan menggunakan bahan dasar PCB. PCB memiliki lapisan logam tipis pada bagian permukaan, sehingga memudahkan dalam menerima energi panas matahari secara langsung. Perancangan luas bidang penyerap “black body” diawali dengan membuat PCB berbentuk lingkaran menjadi enam bagian, dimana setiap bagian memiliki ukuran diameter yang berbeda antara satu dengan yang lainnya, yaitu 10 cm; 9 cm; 8 cm; 7 cm; 6 cm; 5 cm. Tujuan dari pembuatan luas bidang penyerap “black body” menggunakan ukuran yang berbeda adalah untuk mengetahui spesifikasi data yang dihasilkan. Spesifikasi ini yang nantinya dapat memperlihatkan keefektifan setiap lempengan plat hitam. Sebagai acuan yang digunakan dalam perancangan luas bidang penyerap “black body” maka digunakan sensor solarimeter yang dijadikan sebagai kalibrator dengan ukuran PCB 2,5 cm. Penempatan bidang penyerap “black body” dengan kalibrator memiliki perbedaan, dimana kalibrator dengan ukuran PCB 2,5 cm ini berada pada glass dome dan bidang penyerap “black body” berada pada tempat yang bebas (tidak berada pada glass dome). Pembuatan luas bidang penyerap “black body” dengan bentuk lingkaran tidak memiliki alasan khusus, hanya saja penulis menggunakan acuan pada sensor solarimeter sebagai kalibrator dalam bentuk lingkaran. Sehingga perancangan bidang penyerap “black body” dengan ukuran yang lebih besar harus memiliki pola yang sama, baik dari segi bentuknya. Tujuannya adalah agar data yang dihasilkan oleh sensor solarimeter dan bidang penyerap “black body” bisa dibandingkan dengan baik.
6
3.3.2 Pemberian Cat Hitam Pemberian cat Dull Black Acrylic Epoxy pada setiap luas bidang penyerap “black body” merupakan bagian yang penting. Cat hitam yang diberi merupakan cat yang tidak mengkilap atau kusam, karena pada dasarnya cat hitam seperti ini mampu menangkap radiasi surya pada sudut jatuh rendah. Radiasi matahari akan di terima dengan baik oleh cat tersebut. Berbeda dengan pemberian cat hitam yang mengkilap, cat seperti ini tidak mampu menangkap radiasi surya pada sudut jatuh rendah, sehingga luas bidang penyerap “black body” tidak menerima energi panas matahari sepenuhnya. 3.3.3 Perancangan Sensor LM35 Pada Luas Bidang Penyerap “Black Bbody” Perancangan sensor ini bertujuan untuk melihat perbedaan antara kaki sensor suhu LM35 yang ditekuk dan yang tidak di tekuk pada “black body”. Perancangan ini diawali dengan menghubungkan antara sensor suhu LM35 terhadap luas bidang penyerap “black body”. Sensor diletakkan pada bagian bawah “black body”, agar suhu yang diterima oleh “black body” dapat terakumulasi dengan baik. Posisi penempatan “black body” ini berada pada tempat yang berbeda, dimana kaki sensor suhu LM35 yang di tekuk pada “black body” diletakkan sejajar dengan ke lima sensor yang lain, dan kaki sensor suhu LM35 yang tidak di tekuk diletakkan tepat pada bagian atas sangkar cuaca.
Gambar 4 LM35 yang di tekuk pada “black body”
”
Gambar 5 LM35 yang tidak di tekuk pada “black body”
3.3.4 Pengujian Luas Bidang Penyerap “Black Body” Pengujian luas bidang penyerap “black body” ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana sifat dan karakteristik data yang di hasilkan oleh setiap sensor suhu LM35 pada beberapa luas bidang penyerap dengan diameter yang berbeda. Untuk mengetahui hal tersebut, maka dilakukan pengujian di dalam ruangan dan di luar ruangan. Pengujian di dalam ruangan dilakukan untuk mengurangi keragaman pada setiap sensor antara satu dengan lainnya dan melihat perbedaan penggunaan kabel panjang dengan kabel pendek. Pengujian di luar ruangan dilakukan untuk mendapatkan variasi data radiasi pada setiap luas bidang penyerap “black body”. 3.3.5 Pengambilan Data Data yang digunakan adalah data primer yang dihasilkan oleh setiap sensor dan luas bidang penyerap “black body” dengan diameter yang berbeda. Pengambilan data dilakukan selama beberapa hari agar data yang dihasilkan memiliki variasi yang berbeda. Variasi yang dimaksud adalah “black body” mampu menangkap energi panas matahari dari radiasi yang rendah (pagi dan sore hari) hingga radiasi yang tinggi (siang hari). 3.3.6 Penyusunan Data Secara umum, pengukuran dilakukan secara manual, sehingga perlu dilakukan penyusunan data terlebih dahulu. Data disusun mulai dari solarimeter, suhu udara (reference), sensor surya, dan luas bidang penyerap “black body” dengan berbagai diameter (10 cm; 9 cm; 8 cm; 7 cm; 6 cm; 5 cm). 3.3.7 Penyetaraan Sensor Suhu LM35 Penyetaraan sensor suhu LM35 diawali dengan menempelkan sensor tersebut pada setiap luas bidang penyerap “black body”. Hal ini dilakukan agar panas yang terakumulasi pada bagian permukaan bidang “black body” dapat terakumulasi dengan baik. Sensor suhu LM35 memiliki perbedaan nilai +/- 0,5 oC. Penyetaraan sensor dilakukan di dalam ruangan, agar setiap sensor mendapatkan tegangan yang sama. Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan, data menunjukkan bahwa perbedaan antara satu sensor dengan sensor yang lain adalah 0,3 oC sampai 0,5 oC. Penyetaraan sensor suhu LM35 ini sangat diperlukan untuk menghilangkan faktor keragaman.
7
Gambar 6 Penyetaraan Sensor Suhu LM35
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Alat ukur yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor solarimeter sebagai pengukur radiasi matahari, sangkar cuaca sebagai pengukur suhu udara, dan bidang penyerap “black body” sebagai pengukur suhu termal yang terakumulasi pada diameter yang berbeda. Sebelum dilakukan penelitian, alat ukur sensor solarimeter dan sangkar cuaca telah tersedia di Lab Instrumentasi Meteorologi, sehingga penulis hanya membuat bidang penyerap “black body” dengan berbagai ukuran diameter yang berbeda. Luas bidang penyerap “black body” yang dibuat dengan berbagai ukuran diameter yang berbeda berfungsi sebagai penerima panas
yang berada disekitar “black body”. Besaran panas ini akan dirubah dalam bentuk tegangan. Tegangan tersebut dapat diukur dengan menggunakan komponen elektronika berupa sensor suhu LM35. Sensor-sensor suhu LM35 tersebut di tempelkan pada setiap bidang penyerap “black body”, sehingga bisa diketahui seberapa besar panas yang terakumulasi pada setiap ukuran luas bidang penyerap “black body”. DVM merupakan sebuah alat untuk melihat atau membaca besarnya panas yang terakumulasi pada setiap luas bidang penyerap “black body”, sensor solarimeter, dan sangkar cuaca. DVM tersebut merupakan alat yang dapat memudahkan dalam mengecek kerusakan pada pembuatan “black body”.
Gambar 7 Hubungan Luas Bidang Penyerap “Black Body” Diameter 10 cm dengan Sensor Solarimeter
8
Gambar 8 Hubungan Luas Bidang Penyerap “Black Body” Diameter 9 cm dengan Sensor Solarimeter
Gambar 9 Hubungan Luas Bidang Penyerap “Black Body” Diameter 8 cm dengan Sensor Solarimeter
Gambar 10 Hubungan Luas Bidang Penyerap “Black Body” Diameter 7 cm dengan Sensor Solarimeter
9
Gambar 11 Hubungan Luas Bidang Penyerap “Black Body” Diameter 6 cm (di tekuk) dengan Sensor Solarimeter
Gambar 12 Hubungan Luas Bidang Penyerap “Black Body” Diameter 5 cm dengan Sensor Solarimeter
Ke enam gambar di atas menunjukkan hubungan antara sensor solarimeter (pada sbx) dengan sensor suhu pada bidang penyerap “black body” (pada sb-y). Setiap sensor radiasi pada bidang penyerap “black body” memiliki spesifikasi data yang berbeda-beda sesuai dengan luas permukaan masing-masing diameter. Namun, pada dasarnya hubungan ke dua jenis sensor tersebut memiliki pola yang sama antara sensor yang satu dengan sensor lainnya, yaitu linear. Secara umum, data yang dihasilkan oleh ke enam sensor LM35 dan sensor solarimeter memiliki variasi data yang cukup baik. Hal ini bisa dilihat dengan adanya pola hubungan yang berbanding lurus antara kedua buah sensor. Pada saat radiasi yang diterima oleh sensor solarimeter mengalami peningkatan,
maka sensor radiasi pada bidang penyerap “black body” juga cenderung mengalami peningkatan yang sama. Variasi data yang dihasilkan oleh setiap bidang penyerap “black body” memiliki rentang yang cukup tinggi bila dihubungkan terhadap data radiasi. Hal ini dipengaruhi oleh posisi penempatan PCB sebagai bidang penyerap “black body”. PCB pada sensor solarimeter yang dijadikan sebagai kalibrator berada di dalam naungan glass dome. Posisi ini akan berpengaruh terhadap data yang dihasilkan, dimana radiasi yang diterima dapat terukur dengan baik, sehingga data yang dihasilkan cenderung konstan atau rentangnya kecil. Berbeda halnya dengan bidang penyerap “black body”, dimana posisi penempatannya berada pada tempat yang
10
tidak di naungi oleh glass dome. Sehingga radiasi yang diterima tidak dapat terukur dengan baik. Hal ini dikarenakan PCB pada bidang penyerap “black body” dapat dilalui oleh udara, angin, dan lain-lain yang berada disekitarnya secara bebas, sehingga data yang dihasilkan pun cepat berubah dan mengahasilkan rentang yang cukup tinggi. Dari perolehan data yang diterima, data radiasi yang dihasilkan oleh alat ukur sensor solarimeter memiliki kisaran antara 0,65-9,75 mV. Bila dirubah menjadi satuan radiasi, maka data tersebut setara dengan 43,4-650,3 W/m2. Hal ini menunjukkan bahwa data yang dihasilkan oleh sensor solarimeter sesuai dengan konsep Handoko (1995), menyatakan bahwa radiasi surya yang sampai puncak atmosfer 1360 W/m2 sedangkan yang sampai permukaan bumi setengah dari radiasi surya yang sampai puncak atmosfer, yaitu +/- 600700 W/m2. Penggunaan sensor LM35 pada bidang penyerap “black body” dengan luas bidang permukaan diameter yang sama ternyata memiliki perbedaan, hal ini bisa dilihat pada Gambar 12 dan Gambar 14. Pada Gambar 12, data yang diterima oleh sensor suhu cenderung berada pada radiasi yang tinggi. Hal ini terjadi karena salah satu kaki sensor suhu LM35 di tekuk pada bidang penyerap “black body”. Proses penekukan salah satu kaki sensor LM35 akan sangat berpengaruh terhadap panas yang diterima. Hal ini dikarenakan salah satu kaki sensor suhu LM35 berada pada bagian panas yang terakumulasi pada bidang penyerap “black body”, sehingga sensor suhu akan mengirim
panas yang terakumulasi pada bidang penyerap “black body”. Sedangkan pada Gambar 14, data yang diterima oleh alat ukur cenderung berada pada radiasi yang rendah. Hal ini terjadi karena salah satu kaki sensor suhu LM35 tidak di tekuk pada bidang penyerap “black body”. Dengan tidak adanya proses penekukan dari salah satu kaki sensor LM35, maka pengaruhnya akan lebih kecil terhadap panas yang diterimaoleh sensor. Hal ini dikarenakan kaki sensor suhu LM35 tidak berada pada bagian panas yang terakumulasi pada bidang penyerap “black body”, sehingga sensor cenderung akan mengirim panas yang terakumulasi pada “lempengan plat hitam” lebih sedikit. Data radiasi rendah cenderung diperoleh pada saat pagi dan sore hari, karena pada saat ini posisi sudut jatuh matahari tidak tegak lurus dengan sensor suhu pada bidang penyerap “black body”. Sedangkan radiasi tinggi cenderung diperoleh pada siang hari, karena pada saat ini posisi sudut jatuh matahari tegak lurus dengan bidang penyerap “black body”. Suhu udara yang dijadikan sebagai sebagai suhu reference merupakan suhu udara yang ada pada sangkar cuaca, dimana sensor yang digunakan adalah LM35. Data yang diterima oleh setiap sensor suhu pada bidang penyerap “black body” diperoleh dari selisih antara sensor suhu bidang penyerap “black body” dikurangi dengan suhu reference. Tujuannya adalah agar suhu yang diterima oleh sensor bidang penyerap “black body” tidak terkontaminasi dengan suhu udara yang ada disekitarnya.
Gambar 13 Hubungan Luas Bidang Penyerap “Black Body” Diameter 6 cm (tidak di tekuk) dengan Sensor Solarimeter
11
Gambar 14 Kalibrator sensor solarimeter A dan sensor solarimeter B
Sensor solarimeter berfungsi sebagai kalibrator terhadap sensor suhu bidang penyerap “black body”. Pada dasarnya, penelitian diawali menggunakan dua buah sensor solarimeter. Sensor tersebut dinamai dengan sensor solarimeter A dan sensor solarimeter B. Pada beberapa kali pengukuran, kedua sensor solarimeter digunakan sekaligus. Kedua alat tersebut memiliki akurasi data yang sama, sehingga salah satu solarimeter saja yang di gunakan pada saat pengukuran berikutnya. Hal ini bisa dilihat pada gambar berikut: Hubungan antara suhu reference dengan sensor suhu pada bidang penyerap “black body” adalah panas yang diterima oleh sensor suhu pada bidang penyerap “black body” akan dikurangkan dengan suhu reference. Hasil dari selisih ini akan di kalibrasi dengan sensor solarimeter dan ditampilkan dalam bentuk grafik. Tujuannya adalah untuk melihat pola yang dihasilkan oleh setiap alat ukur, sehingga bisa dilakukan penyetaraan antara satu sensor dengan sensor yang lain. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi variasi data pada saat pengukuran dilapangan diantaranya adalah angin, penutupan matahari oleh awan, penggunaan catu daya yang berbeda tegangan, dan penggunaan kabel dengan panjang yang berbeda ukuran. Penggunaan catu daya yang berbeda tegangan, yaitu 6 volt dan 12 volt, dapat mempengaruhi sensor suhu pada bidang penyerap “black body” dalam menerima panas yang terakumulasi hingga mencapai 1 oC. Hal ini dikarenakan terjadi penambahan panas dari
sumber tegangan yaitu catu daya. Namun, pada pengukuran berikutnya, disepakati menggunakan catu daya dengan tegangan 6 volt untuk menghindari penambahan panas yang berlebihan pada sensor suhu bidang penyerap “black body”. Penggunaan kabel yang berbeda ukuran panjang juga memiliki potensi dalam menghasilkan variasi data. Pada saat pengukuran menggunakan kabel dengan perbedaan +/- 6 meter, dapat mempengaruhi sensor suhu “bidang penyerap “black body” dalam menerima panas yang terakumulasi mencapai 1-2 oC. Hal ini dikarenakan terjadi penambahan media aliran sehingga data yang terbaca pada DVM mengalami perubahan. Gambar dibawah merupakan hubungan antara slope dan luas bidang penyerap “black body”. Pada gambar tersebut, penambahan luas permukaan sensor tidak menunjukkan adanya hubungan yang berbanding lurus dengan slope. Apabila dilihat dari segi pola yang dihasilkan oleh sensor suhu pada bidang penyerap “black body”, ternyata polanya naik turun dari satu sensor ke sensor yang lain. Pada sensor suhu bidang penyerap “black body” dengan luas permukaan 19,6 cm2-28,3 cm2, slope yang dihasilkan mengalami peningkatan. Penambahan luas permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body” menjadi 38,5 cm2, ternyata slope yang dihasilkan mengalami penurunan. Begitu juga seterusnya dengan penambahan luas permukaan 50,2 cm2; 63,6 cm2; dan 78,5 cm2, penambahan luas permukaan pada alat ukur tidak memiliki pola yang teratur.
12
Gambar 15 Hubungan antara slope dan luas permukaan sensor suhu pada bidang penyerap “black body”
Gambar 16 Efektivitas sensor suhu bidang penyerap “black body”
Gambar diatas merupakan efektivitas hubungan antara slope/luas bidang sensor (pada sb-y) terhadap luas bidang sensor (pada sb-x). Gambar tersebut memperlihatkan adanya peningkatan efektivitas sensor suhu bidang penyerap “black body” dengan ukuran diameter 5 cm (luas permukaan 19,6 cm2), dan penurunan pada sensor suhu bidang penyerap “black body” dengan ukuran diameter 10 cm (luas permukaan 78,5 cm2). Semakin kecil diameter atau luas permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body”, sensitivitasnya akan semakin tinggi. Hal ini berpengaruh terhadap efektivitas, dimana efektivitasnya juga mengalami peningkatan. Sebaliknya, Semakin besar diameter sensor bidang
penyerap “black body”, sensitivitasnya akan semakin rendah, sehingga efektivitasnya juga mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan, waktu yang dibutuhkan oleh sensor dengan ukuran luas permukaan 19,6 cm2 dalam menerima dan melepaskan energi matahari membutuhkan waktu yang lebih singkat dibandingkan sensor suhu bidang penyerap “black body” dengan ukuran luas permukaan 78,5 cm2. Seperti yang telah disinggung sebelumnya, bahwa luas permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body” memiliki pengaruh yang berbeda-beda terhadap panas yang diterima sesuai dengan luas permukaan masing-masing sensor suhu. Secara umum,
13
sensor suhu dengan luas permukaan yang kecil cenderung akan lebih sensitif terhadap perubahan suhu disekitarnya dibandingkan dengan sensor suhu dengan luas permukaan yang lebih besar. Pada saat matahari cerah, sensor suhu bidang penyerap “black body” dengan luas permukaan yang kecil akan mengalami peningkatan panas yang lebih cepat dibandingkan dengan sensor suhu bidang penyerap “black body” dengan luas permukaan yang besar. Begitu juga sebaliknya, ketika terjadi penurunan radiasi, maka sensor suhu bidang penyerap “black body” yang kecil akan berubah lebih cepat dibandingkan dengan bidang penyerap “black body” dengan luas permukaan yang besar. Perubahan tersebut terjadi dikarenakan sensor suhu pada bidang penyerap “black body” yang kecil memiliki kapasitas penyimpan panas yang kecil pula, sehingga panas lebih cepat mengalami perubahan sesuai dengan kondisi lingkungan disekitarnya, dan sensor suhu bidang penyerap “black body” yang besar memiliki kapasitas penyimpanan panas yang besar pula, sehingga membutuhkan waktu yang lebih banyak untuk melepaskan energi matahari yang telah tersimpan didalam sensor suhu bidang penyerap “black body”.
V. SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan Sensor radiasi surya pada bidang penyerap “black body” memiliki variasi data suhu permukaan yang berbeda-beda. Variasi ini memperlihatkan adanya perbedaan jumlah energi panas pada setiap sensor suhu bidang penyerap “black body” dalam menerima dan melepaskan energi panas matahari. Semakin tinggi sensitivitas sensor panas, maka efektivitasnya juga akan semakin tinggi. Hal ini dikarenakan, waktu yang dibutuhkan dalam menerima dan melepaskan energi matahari tidak sama. Sensor suhu “lempengan plat hitam” dengan ukuran diameter 5 cm memiliki efektivitas yang paling tinggi dibandingkan sensor lain. Luas bidang permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body” tidak secara linear diikuti dengan panas yang terakumulasi. Semakin besar luas bidang permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body”, maka panas yang terakumulasi pada juga akan semakin besar, tapi tidak linear.
5.2 Saran Penelitian ini akan lebih baik lagi bila menggunakan sensor yang banyak dan menggunakan alat dengan sistem otomatis, sehingga data yang diperoleh lebih akurat.
DAFTAR PUSTAKA Akhal.
2011. Apa Itu PCB?. [http://akhal.org/electronics/pcb/3-apaitu-pcb. Diakses tanggal 10 Agustus 2011].
Anonim. 2008. Video Pembelajaran Fisika: Radiasi Benda Hitam. [http://www.budakfisika.net/2008/12/v ideo-pembelajaran-fisika-radiasibenda.html. Diakses tanggal 10 Agustus 2011]. Badan
Meteorologi Klimatologi dan Geofisika. 2007. Peralatan Klimatologi (online). [http://www.bmkgjateng.com/peralatan .htm. Diakses tanggal 11 Agustus 2011].
Burrage, S.W dan M.J Varley. 1991. Microcomputers in Environmental Control. Cicular 1029: 277-285. (Dalam Julia Lasmahati, 1999) Chaloner J. Jendela Iptek .1998. Balai Pustaka, Jakarta. Flapin, C. 1998. Gelombang Revolusi Energi. Elexcom, Yogyakarta. Handoko. 1995. Klimatologi Dasar. Jakarta: PT. Dunia Pustaka Jaya. Koestoer, R. A. 2003. Perpindahan Kalor untuk Mahasiswa Teknik. Salemba Teknika, Jakarta. Kondratyev, K. Y. 1969. Radiation in the Atmosphere. London: Academic Press. Lasmahati, J. 1991. Pembuatan Solarimeter Sederhana Dengan Berbagai Luasan Permukaan Sensor. Skripsi, Bogor. LIPI. 2009. Pengertian Kalibrasi. UPT Balai Pengembangan Instrumentasi. [http://www.uptlin-kalibrasi.com. Diakses tanggal 10 Februari 2011]. Mambu, G A. 2001. Pembinaan & Pelatihan Proses Pembuatan PCB (Printed Circuid Board). Cianjur:LIPI.
14
National Semiconductor Corporation. 2000. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. [www.national.com/ds/LM/LM35.pdf. Diakses tanggal 4 Februari 2011]. Pitts, D. R. and L. E. Sissom, 2001. Theory and Problems of Heat Transfer. Second Edition. McGraw-Hill, New York. Schmidt W. . Manufactured by National Semiconductor. [http://www.google.co.id/images. Diakses tanggal 13 April 2011]. Short N M. 2004. Meteorology-Weather And Climate: A Condensed Primer. The Water Planet-Meteorological, Oceanographic and Hydrologiic Applications of Remote Sensing. (Dalam Haviez Ockshandika Pratama, 2010). Vaisala Technical Data. Tanpa tahun. CM7B & CM 14 Albedometer. Finlandia: Vaisal Oyj. Wikipedia.com, 2008. Radiasi Surya. [http://www.wikipedia.com. Diakses tanggal 23 Juni 2011].
15
LAMPIRAN
16
Gelombang Elektromagnetik dari Matahari.
Energi Termal
Sensor suhu LM35 ditempelkan pada bagian bawah setiap bidang penyerap “black body”
Kabel +/- 6 meter
bidang penyerap “black body” dengan berbagai ukuran diameter (10 cm; 9 cm; 8 cm; 7 cm; 6 cm; 5 cm menerima energi termal dari permukaan bumi.
Female Conector
-
+ Baterai 6V
-
+ DVM
Pengukuran dilakukan secara manual, menggunakan baterai 6 volt dan DVM
Lampiran 1 Blok Diagram Prinsip Kerja Sensor Suhu bidang penyerap “black body”
17
Enam buah lempengan PCB dengan ukuran diameter 10 cm; 9cm; 8cm; 7 cm; 6 cm; 5 cm
Pengamplasan bagian logam setiap lempengan PCB
Pemberian sensor suhu LM35 pada bagian bawah setiap lempengan PCB
Pemberian kabel dengan panjang +/- 6 meter
Pemberian Cat Dull Black Acrylic Epoxy
Pengujian bidang penyerap “black body” di dalam ruangan dengan suhu dan radiasi yang relatif konstan untuk menyetarakan sensor LM35
Pengujian bidang penyerap “black body” di luar ruangan untuk mendapatkan variasi suhu dan radiasi yang berbeda
Pengukuran dilapangan dilakukan dalam waktu seharian
Pengolahan data
Lampiran 2 Blok Diagram Pembuatan Sensor Suhu bidang penyerap “black body” dan Pengukuran di Lapangan
18
(i)
(ii)
19
(iii)
(iv)
(v)
20
(vi) (i) Diameter 10 cm; (ii) Diameter 9 cm; (iii) Diameter 8 cm; (iv) Diameter 7 cm; (v) Diameter 6 cm; (vi) Diameter 5 cm Lampiran 3 Bidang Penyerap “Black Body” Dengan Berbagai Ukuran Diameter Yang Di Teliti
Lampiran 4 Bidang Penyerap “Black Body” Dengan Ukuran Diameter 2,5 cm Sebagai Pembanding (Kalibrator)
21
Lampiran 5 Pengukuran di Dalam Ruangan
Lampiran 6 Posisi Alat Ukur di Luar Ruangan
22
Lampiran 7 Pengukuran di Luar Ruangan
23
Lampiran 8 Beberapa Alat dan Bahan yang Digunakan
