PROSIDING SEMINAR NASIONAL SAINS DAN PENDIDIKAN SAINS UKSW
PENGUKURAN RADIASI MATAHARI DENGAN MEMANFAATKAN SENSOR SUHU LM35 Eka Kristian Winasis Adi Susatya, Rendy Pamungkas, Triana Susanti, Andreas Setiawan Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga 50711, Jawa Tengah, Indonesia Telp. (0298) 321212, Fax. (0298) 321433
ABSTRAK Semua benda yang memliki suhu di atas suhu mutlak akan meradiasikan energi. Besarnya energi yang diradiasikan oleh matahari di atas atmosfer bumi mencapai 1367 Watt/m2. Tujuan dari penelitian ini adalah mengukur besarnya radiasi matahari dengan memenfaatkan sensor suhu LM35. Sebuah LM-35 diletakkan di dalam sebuah bola kaca dan diletakkan di bawah sinar matahari langsung. Besarnya radiasi dihitung dengan menggunakan persamaan Stefan-Botzmann dengan suhu yang dipakai adalah suhu hasil pengukuran dari LM35 yang berada di dalam bola kaca. Hasil pengukuran berupa suhu maksimal yang tercapai adalah 324,2 oK dan besar radiasi maksimal adalah 626,376 Watt/m2. Kata kunci: radiasi, suhu, sensor suhu LM35
PENDAHULUAN Matahari merupakan sumber energi utama bagi kehidupan di bumi. Jumlah bahan bakar fosil yang semakin menipis meningkatkan pemanfaatan energi matahari oleh manusia. Dengan demikian, perubahan aktifitas matahari akan mempengaruhi kehidupan di bumi. Perubahan aktifitas matahari jangka panjang memegang peranan penting dalam perubahan iklim global. Ketika aktifitas matahari meningkat, maka jumlah energi yang dipancarkan ke bumi akan semakin besar. Hal ini ditunjukkan dengan besarnya radiasi matahari yang sampai ke bumi. Besarnya radiasi matahari dapat diketahui dengan mengukur suhu sebuah benda hitam. Suhu sebuah benda hitam dapat menunjukkan besar energi yang diterimanya karena sebuah benda hitam dianggap akan menyerap semua energi yang dipancarkan kepadanya. Dengan menggunakan sebuah sensor suhu, maka besarnya suhu sebuah benda dapat diukur dengan lebih akurat. Tujuan dari penelitian ini adalah mengukur besarnya radiasi matahari dengan memanfaatkan sensor suhu LM35. Dari penelitian ini diharapakan besarnya radiasi matahari dapat diketahui dan data yang dihasilkan dapat digunakan untuk penelitian lain.
TINJAUAN PUSTAKA Semua benda yang memliki suhu di atas suhu mutlak akan meradiasikan energi. Besarnya energi yang diradiasikan oleh sebuah benda hitam per satuan luas diberikan oleh hukum StefanBoltzmann ………………………………………………………………………persamaan (1) Dimana ε adalah emisivitas dari benda, σ adalah tetapan Stefan-Boltzmann (5.68x10-8 W/(m2K4)), dan Ts adalah suhu permukaan (Kelvin). Sebuah benda hitam sempurna memiliki nilai emisivitas sebesar 1[1]. Matahari sebagai sebagai salah satu sumber panas juga meradiasikan sejumlah energi. Besarnya energi yang diradiasikan oleh matahari di atas atmosfer bumi mencapai 1367 Watt/m2. Nilai ini disebut sebagai konstanta matahari. Konstanta matahari didefinisikan sebagai radiasi total yang dilepaskan oleh matahari pada seluruh panjang gelombang yang dapat diterima oleh bumi [2]. Nilai dari konstanta matahari tidak selalu tetap, melainkan berubah meskipun kecil sesuai dengan keaktifan matahari. Tingkat keaktifan matahari ditentukan oleh bilangan sunspot. F8-1
PROSIDING SEMINAR NASIONAL SAINS DAN PENDIDIKAN SAINS UKSW
Semakin besar bilangan sunspot, maka menunjukkan bahwa aktifitas matahari semakin meningkat, sehingga besarnya iradiasi matahari meningkat pula. Bumi merupakan satu–satunya planet dari sistem tata surya yang mendapatkan jumlah radiasi matahari optimal. Radiasi matahari yang berupa ultraviolet akan diserap oleh lapisan ozon. Radiasi matahari yang diteruskan lebih jauh oleh atmosfer bumi akan mengalami proses pemantulan, pembiasan dan hamburan oleh molekul, aerosol, dan awan [3]. Energi radiasi matahari merupakan hasil dari reaksi thermonuklir yang terjadi di matahari. Energi yang dipancarkan oleh matahari meliputi semua panjang gelombang, dari gelombang alpha (α) hingga gelombang radio [4]. Ketika melewati atmosfer bumi, sebagian dari radiasi gelombang pendek akan diserap oleh partikel-partikel di atmosfer sehingga suhunya meningkat dan memancarkan radiasi gelombang panjang yang juga akan sampai ke permukaan bumi. Selanjutnya sebagian dari gelombang pendek yang sampai di permukaan bumi akan diserap menyebabkan suhu permukaan bumi meningkat dan memancarkan gelombang termal ke luar angkasa. Dengan demikian, pada lapisan terluar atmosfer terkandung komponen-komponen radiasi gelombang pendek, radiasi gelombang panjang dari atmosfer, dan radiasi gelombang panjang dari permukaan bumi. Besarnya radiasi sebuah benda salah satunya ditentukan oleh suhu benda tersebut. Untuk mengukur suhu sebuah benda secara akurat, diperlukan suatu alat yang dapat membaca suhu secara tepat. Sensor suhu LM35 merupakan suatu alat ukur suhu yang presisi. Keluaran dari sensor ini berupa tegangan yang berbanding linier terhadap derajat temperatur Celcius dengan faktor skala !0 mV/0C.
Gambar 1. Skema sensor suhu LM35
Sensor suhu LM35 dapat beroperasi dengan rentang suhu -500C sampai 1500C dengan self heating yang rendah .
BAHAN DAN METODE Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini antara lain dua buah sensor suhu LM 35, bola kaca, sumber tegangan 5 V, dan voltmeter. Sensor LM 35 selain digunakan untuk mengukur suhu benda hitam dan suhu lingkungan digunakan pula sebagai benda hitam karena permukaannya yang hitam. Suhu diukur dengan membaca tegangan keluaran dari sensor tersebut pada voltmeter. Sensor ini memiliki keluaran berupa tegangan yang linear terhadap suhu dengan faktor skala 10 mV/0C. Sebuah LM-35 diletakkan di dalam sebuah bola kaca dan diletakkan di bawah sinar matahari langsung. Bola kaca digunakan dengan tujuan agar intensitas yang diterima oleh sensor atau benda hitam tersebut tidak mudah berubah karena keadaaan mata
Bola LM 5 Volt
5 Volt
voltm v
v
F8-2
PROSIDING SEMINAR NASIONAL SAINS DAN PENDIDIKAN SAINS UKSW
lingkuangan. Berikut adalah skema percobaan Gambar 2. susunan alat percobaan
Pengukuran dilakukan mulai dari puku 10.50 WIB hingga pukul 13.00 karena pada waktu tersebut penyinaran matahari berada pada saat yang paling optimal. Besarnya radiasi dihitung dengan menggunakan persamaan Stefan-Botzmann (persamaan 1), dengan suhu yang dipakai adalah suhu hasil pengukuran dari bola kaca.
HASIL DAN ANALISA Dari hasil pengukuran didapatkan besarnya suhu dari sebuah bola kaca dan suhu lingkungan seperti pada tabel 1. Sehingga besarnya radiasi matahari dapat dihitung. waktu 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
T bola kaca (oK) 317,2 321,6 322,4 322,1 323,1 323,2 324,2 323,5 303,7 305,74 306,15 305,45 306,63 307,28
Tlingkungan (oK) 311,9 316,4 315,2 315,6 315,7 317 317,4 316,6 304,9 305,64 305,57 304,88 305,49 306,58
E (W/m2) 574,0051 606,5229 612,5805 610,3036 617,9181 618,6834 626,376 620,9837 482,3499 495,4412 498,1041 493,5641 501,2353 505,4989
tabel 1. Temperatur penyerapan sinar matahari pada saat langit berawan
Pengertian berawan dimaksudkan sering kali muncul awan ketika dilakukan pengukuran. Dari tabel di atas, dapat dibuat grafik sebagai berikut
F8-3
PROSIDING SEMINAR NASIONAL SAINS DAN PENDIDIKAN SAINS UKSW
grafik 1. grafik suhu terhadap waktu penyinaran. (-) suhu dari LM35 dalam bola kaca, (+) suhu LM35 diluar
grafik 2. Grafik radiasi terhadap waktu pengukuran
Dari grafik di atas terlihat bahwa radiasi maksimal terjadi pada pengukuran ke-6 yaitu pada suhu 324.2oK. Pada waktu tersebut keadaan cuaca sangat cerah dan langit bersih. Penyinaran matahari sangat optimal, sehingga temperatur yang terukur bisa mencapai nilai maksimal. Sedangkan pada pengukuran selanjutnya, nilai radiasi yang diperoleh menurun sangat besar. Hal ini dikarenakan pada saat pengukuran, matahari tertutup awan hingga akhir pengukuran. Perubahan cuaca ini mengakibatkan penurunan temperatur yang cukup besar.
KESIMPULAN DAN SARAN Tranduser sebagai pengukur intensitas radiasi matahari telah berfungsi dengan baik. Intensitas radiasi matahari maksimal yang terukur ketika penelitian adalah sebesar 626,376 W/m2. Dari data yang telah didapatkan intensitas radiasi matahari yang diterima bumi bergantung pada kejernihan atmosfer. Untuk penelitian yang selanjutnya sebaiknya menyempurnakan benda hitam yang akan dipakai dan LM35 sebaiknya ditanam didalam benda hitam tersebut. Benda F8-4
PROSIDING SEMINAR NASIONAL SAINS DAN PENDIDIKAN SAINS UKSW
hitam yang dipakai sebaiknya berbentuk bola karena intensitas cahaya konstan setiap permukaannya.
DAFTAR PUSTAKA [1] Mallick, Rajib B., Bao-Liang Chen., Sankha Bhowmick. Reduction of Urban Effect trough Harvest of Heat Energy from Asphalt Paveme, USA. [2] Yatini, Clara Yono. Variasi Konstanta Matahari dan Kaitannya dengan Aktivitas Matahari. Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia. Volume A4. 2004. [3]
Solar Radiation Hand Book. Solar Energy Centre, MNRE. Indian Meteorogical Department. 2008
[4] Haen, Isril. Pemetaan Radiasi Surya Langsung dan Radiasi Surya Baur untuk Wilayah Indonesia serta Validasi Peta Radiasi Surya. Laporan Akhir Kumulatif Program Penelitian dan Pengembangan IPTEK Riset Kompetitif LIPI Tahun Anggaran 2006. [5] Purwoko. Pengukuran Kemampuan Penyerap Panas Matahari Kapasitas 100 Liter Air dengan Reflektor Model Kanal. Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Malang. Halaman 35-41. [6] Herizal, YOsfi Andri, Alberth Christian Nahas, Variabilitas Data Radiasi Mataahri dalam Interval Pendek di Stasiun Pemantau Atmosfer Global Bukit Kotogabang. MEGASAINS Buletin Meteorologi, Klimatoliogi, Kualitas Udara, Geofisika dan Lingkungan. Volume 1(4). Halaman 209-217. [7] Rahmi, Dian Arintya, Sumardi, Iwan Setiawan. Monitoring Kandunagn Karbondioksida (CO2) dalam Sebuah Model Ruangan Berbasis Mikrokontroler ATMEGA8535. Makalah Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik ELektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. [8] LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. National Semiconductor.2000 [9] http://www.meteor.co.il/download/solar%20radiation.pdf diakses pada mei 2011.
F8-5
