SKRIPSI. Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika. Oleh :

PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DAN BIRU DENGAN ATAU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP DALAM MENGKONVERSI ENERGI RADIASI MATAHARI MENJADI ENERGI TERMAL

SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika

Oleh

:

Joko Saputro NIM

: 993214007

NIRM : 990051122801120007

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2005

SKRIPSI PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DAN BIRU DENGAN ATAU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP DALAM MENGKONVERSI ENERGI RADIASI MATAHARI MENJADI ENERGI TERMAL

Oleh: Joko Saputro NIM: 993214007 NIRM: 990051122801120007

Telah Disetujui Oleh:

Pembimbing I

Dr. Ign. Edi Santosa, M.Si

Tanggal: 14 Maret 2005

SKRIPSI PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DAN BIRU DENGAN ATAU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP DALAM MENGKONVERSI ENERGI RADIASI MATAHARI MENJADI ENERGI TERMAL

Dipersiapkan dan ditulis oleh: Joko Saputro NIM: 993214007 NIRM: 990051122801120007 Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji pada tanggal 22 Maret 2005 dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji Nama Lengkap

Tanda Tangan

Ketua

:

Ir. Ign. Aris Dwiatmoko, M. Sc.

____________

Sekretaris

:

Ir. Sri Agustini, M. Si.

____________

Anggota

:

Dr. Ign Edi Santosa, M. Si.

____________

Anggota

:

Drs. Drs. (Vet) Asan Damanik, M. Si.

____________

Anggota

:

Drs. Severinus Domi, M. Si.

____________ Yogyakarta, 22 Maret 2005 Fakultas MIPA

Universitas Sanata Dharma Dekan

Ir. Ign. Aris Dwiatmoko, M. Sc.

Halaman Motto dan Persemahan

ORA ET LABORA

“Biarlah Kebijaksanaan-Mu Menaungi Dan Menuntun Karyaku, Bunda”

”Sempurnakanlah karyaku ya Yesus agar menjadi rahmat untuk sesama” “SEGALA SUATU PEKERJAAN JIKA DIHAYATI DENGAN PENGABDIAN DAN PENUH RASA SYUKUR AKAN MENJADI INDAH PADA WAKTUNYA” Skripsi ini kupersembahkan untuk:

Tuhanku Yesus yang baik, Keluargaku: Bapak,ibu,kakak-kakakku,adikku,kekasihku dan segenap keluarga besar di Lampung dan Palembang

“ Pelajarilah ilmu seni dan seni ilmu”. Leonardo Da Vinci

Pernyataan Keaslian Karya

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 22 Maret 2005 Penulis

Joko Saputro

ABSTRAK

PERBANDINGAN KEMAMPUAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DAN BIRU DENGAN ATAU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP DALAM MENGKONVERSI ENERGI RADIASI MATAHARI MENJADI ENERGI TERMAL

Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang dapat digunakan untuk memanaskan air. Kolektor tersebut menyerap energi radiasi dari matahari dan mengkonversikannya menjadi energi panas pada plat dan air. Parameterparameter yang diteliti dalam penelitian ini adalah warna plat penyerap dan lapisan kaca penutup kolektor. Warna plat penyerap yang digunakan untuk penelitian adalah hitam dan biru dan pada bagian atas kolektor dibedakan dengan atau tanpa lapisan kaca penutup. Dari hasil penelitian didapatkan perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal oleh empat jenis kolektor yaitu kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup, kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup, kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup, kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup. Secara berurutan perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor tersebut adalah: 1 : 0,7 : 0,6 : 0,5.

ABSTRACT THE ABILITY COMPARISON OF THE BLACK AND BLUE FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR WITH GLAZED OR UNGLAZED TO CONVERT SOLAR RADIANT ENERGY INTO THERMAL ENERGY

The flat plate solar collector is an equipment that can be used for water heating. This collector absorbs the radiant energy from the sun and than converts it into thermal energy in the plate and water. In this research, the examined parameters are absorber plate colour and cover of the collector. The comparison of the conversion solar radiant energy into thermal energy have been measured in four collectors i .e black glazed flat plate solar collector, black unglazed flat plate solar collector, blue glazed flat plate solar collector, blue unglazed flat plate solar collector. The comparison of the conversion solar radiant energy into thermal energy from these collectors are 1 : 0,7 : 0,6 : 0,5, respectively.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan dan penyusunan skripsi ini. Skripsi ini ditulis untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Sains, Program Studi Fisika, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Dalam proses penulisan dan penyusunan skripsi ini, penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak yang telah memberikan sumbangan pikiran, waktu, dan tenaga, skripsi ini tidak akan tersusun dengan baik. Oleh karena itu pada kesempatan ini Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada : 1.

Yesus, Bunda Maria, Santo Yosef, Para Santa/Santo, Roh Kudus, dan Malaikat Tuhan yang selalu menjagaku dan melindungiku. Terima kasih atas semua anugerah dan berkat yang telah kuterima.

2.

Bapak Dr. Ign Edi Santosa, M. Si , selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing dengan sabar, mengarahkan, menyediakan waktu dan memberi masukan yang berharga dalam proses penyusunan skripsi ini.

3.

Ayahanda A. Wakiyo dan Ibunda Maria Goretti Katherina, Ibu terkasih Rosalia Marsila, Kakak-kakakku (Mbak Yuni dan Kak Helman, Mas Kadri, Mas Pur) dan adik Anton, terima kasih atas segala doa dan usaha yang telah kita lalui dan yang akan terus kita perjuangkan sekeluarga.

4.

Ibu Ir. Sri Agustini Sulandri, M.Si., selaku Kaprodi fisika yang telah banyak memberikan dukungan dan bantuan selama masa kuliah.

5.

Bapak Drs. Drs.(Vet) Asan Damanik, M.Si, Bapak A. Prasetyadi, S.Si, Ibu Dwi Nugraeni Rositawati, S.Si, Bapak Prof Liek Wilarjo, Ph.D, D.Sc, Bapak Dr. Agung B. S. Utomo, S.U, serta Bapak dan

Ibu Dosen yang telah mendidik dan membagi pengetahuan dan pengalaman kepada penulis selama kuliah. 6.

Bapak Gito, Mas Agus dan Mas Eswanto yang telah membantu untuk menyiapkan alat-alat.

7.

Ibu Suwarni dan Bapak Tukijan di Sekretariat FMIPA.

8.

Para sahabatku angkatan ’99 (Berti, Wening, Heni, Indri, Sisi, Agnes), teman-teman FMIPA (Purbadi, Restu, Lusi, Acak, Vivi, Eros, Yudi, Yogi dan teman-teman lainnya), almamater FMIPA, komunitas KMPKS (Tuti, Tanti, Para Frater dan Romo SCJ di Papringan), My frends: Mas Ferry, Rico, Sam, WR, Anton, Djohan, Wanto, Endah, Frans, Andi, Ferry, Daniel, Sigit, dan alumnus IPA angkatan ’99 SMU. Xaverius Pringsewu, Lampung.

9.

Bapak dan Ibu Karyawan UPT Perpustakaan Paingan.

10.

Universitas Sanata Dharma atas segala fasilitas dan bantuan yang diberikan selama masa kuliah kepada penulis.

11.

Semua pihak yang tidak dapat disebutkan di atas yang telah rela membantu dengan doa dan usaha untuk penulis hingga selesainya proses penyusunan skripsi ini.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kesalahan dalam skripsi ini. Karena itu penulis sangat mengharapkan masukan dan saran dari pembaca demi perbaikan skripsi ini. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi yang tidak sempurna ini bermanfaat bagi setiap pembaca.

Yogyakarta, 22 Maret 2005 Penulis

Joko Saputro

DAFTAR ISI

Halaman Judul............................................................................................. Halaman Persetujuan Pembimbing ............................................................. Halaman Pengesahan .................................................................................. Halaman Motto dan Persembahan .............................................................. Pernyataan Keaslian Karya ......................................................................... ABSTRAK .................................................................................................. ABSTRACT ............................................................................................... Kata Pengantar ............................................................................................ Daftar Isi ..................................................................................................... Daftar Tabel ................................................................................................ Daftar Gambar............................................................................................. BAB A. B. C. D. E.

I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah.................................................................. Batasan Masalah ............................................................................. Rumusan Masalah ........................................................................... Tujuan Penulisan ............................................................................ Manfaat Penulisan...........................................................................

BAB A. B. C.

II DASAR TEORI Energi Surya.................................................................................... Energi Panas.................................................................................... Perpindahan Panas .......................................................................... 1. Konduksi ................................................................................... 2. Konveksi .................................................................................. 3. Radiasi....................................................................................... D. Benda Teradiasi dan Hukum Kirchoff ............................................ E. Kolektor Surya Plat Datar ............................................................... 1. Kolektor surya plat datar dengan memakai kaca penutup (glazed) ............................................................... 2. Kolektor surya plat datar tanpa kaca penutup (unglazed) ........................................................... F. Konversi Energi Radiasi menjadi Energi Termal ...........................

BAB A. B. C. D.

III METODE ANALISIS PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................... Obyek Penelitian ............................................................................. Alat/Instrumen ................................................................................ Langkah Penelitian.......................................................................... 1. Tahap pembuatan alat ............................................................... 2. Tahap pengambilan data ........................................................... E. Metode Analisis Data......................................................................

Halaman i ii iii iv v vi vii viii x xii xiv

1 2 3 4 4

6 7 8 8 10 10 12 13 13 14 14

19 19 20 20 20 25 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian ............................................................................... B. Pembahasan.....................................................................................

29 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ..................................................................................... B. Saran................................................................................................

46 47

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Lampiran I : Lampiran II :

Lampiran III :

Hasil Pengukuran Perubahan Temperatur Air, dan Intensitas Radiasi Matahari untuk Empat Jenis Kolektor. Data Hubungan Intensitas Radiasi Matahari Terhadap Perubahan Temperatur Air untuk Berbagai Laju Aliran Air Pada Empat Jenis Kolektor. Gambar Kolektor yang Digunakan dalam Penelitian.

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... Tabel 4.2. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup(unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon. ........................................ Tabel 4.3. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup(glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... Tabel 4.4. Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... Tabel 4.5. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... Tabel 4.6. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... Tabel 4.7. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi Matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... Tabel 4.8. Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.......................................... Tabel 4.9. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( Vair ) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup(glazed)............................................................... Tabel 4.10. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( Vair ) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan

30

31

31

32

33

34

35

36

38

kaca penutup (unglazed) ......................................................... 39 Tabel 4.11. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( Vair ) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed).............................................................. . 40 Tabel 4.12. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( Vair ) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) ......................................................... 41 ρ air c air Tabel 4.13. Nilai gradien atau untuk empat k jenis kolektor surya plat datar.................................................. 42 Tabel 4.14. Nilai konstanta k dari empat jenis kolektor surya plat datar......................................................................... 44 Tabel 4.15. Perbandingan konstanta k relatif untuk empat jenis kolektor surya plat datar..................................................

45

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 3.1. Gambar 3.2. Gambar 3.3. Gambar 3.4. Gambar 3.5.

Gambar 3.6. Gambar 3.7. Gambar 3.8.

Gambar 4.1.

Gambar 4.2.

Gambar 4.3.

Gambar 4.4.

Gambar 4.5.

Gambar 4.6.

Pancaran energi radiasi matahari ke segala arah ................ Proses konduksi pada suatu penampang ............................. Plat tembaga ........................................................................ Pipa tembaga ....................................................................... Plat dan pipa tembaga yang sudah direkatkan .................... Kaca penutup kolektor yang telah bingkai dengan kayu .... Bingkai kolektor dan bagian bawah kotak kolektor yang telah diisolasi dengan bahan isolator berupa gabus ................................................ Kolektor surya plat datar dengan memakai kaca penutup (glazed) ............................. Kolektor surya plat datar tanpa kaca penutup (unglazed) ........................................... Sketsa penentuan kemampuan mengkonversi energi matahari menjadi energi dari kolektor surya plat datar .............................................. Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... Grafik hubungan delta T (oC) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat penyerap berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon ................................... Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air (V air ) (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup(glazed).................................. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air (V air ) (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam

Halaman 6 9 22 23 23 23

24 24 24

26

34

35

36

37

38

Gambar 4.7.

Gambar 4.8.

tanpa lapisan kaca penutup(unglazed) ................................ Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air (V air ) (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup(glazed).................................. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (lux/oC) terhadap laju aliran air (V air ) (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) ...............................

39

40

41

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah Masalah energi merupakan suatu masalah yang tidak akan pernah berhenti dibicarakan, dikembangkan, dan diteliti orang. Hal tersebut dikarenakan

pemakaian

energi

cenderung

meningkat

terus

dengan

meningkatnya peradaban manusia dan keterbatasan sumber energi khususnya sumber energi konvensional (minyak bumi, gas alam, dan batu bara). Peristiwa ini yang menyebabkan krisis energi. Satu di antara bentuk energi yang dapat digunakkan selain sumber energi konvensional adalah energi surya. Energi surya yang disediakan oleh alam untuk umat manusia khususnya yang tinggal di daerah tropis sangatlah berlimpah. Selain berlimpah dan tidak habis pakai, energi surya juga tidak menimbulkan polusi. Pemanfaatan energi surya dapat secara langsung maupun tidak langsung. Contoh pemanfaatan secara langsung misalnya untuk mengeringkan pakaian, hasil pertanian dan lain sebagainya. Sedangkan contoh pemanfaatan secara tidak langsung seperti digunakan untuk menyediakan air panas di rumahrumah sakit, untuk keperluan industri seperti pencucian botol, dan sistem air panas untuk keperluan rumah tangga, yaitu dengan membuat alat-alat pengumpul energi surya atau kolektor surya (solar collector). Kolektor surya pada umumnya terdiri dari selembar bahan konduktif yang disebut plat penyerap yang berhubungan langsung dengan pipa-pipa

pembawa cairan yaitu air. Plat penyerap akan meyerap energi radiasi surya dan mengkonversikannya menjadi energi termal pada air. Parameterparameter yang berpengaruh pada kemampuan kolektor surya dalam mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal di antaranya adalah warna plat penyerap dan lapisan penutup kolektor. Umumnya plat penyerap pada kolektor surya berwarna hitam untuk memaksimalkan energi radiasi yang diserap. Untuk pengembangan dari segi estetika pada warna plat penyerap, dalam penelitian ini selain warna hitam akan diteliti juga warna yang lain yaitu warna biru. Plat penyerap berwarna biru mempunyai nilai konversi yang lebih kecil dibandingkan dengan plat penyerap berwarna hitam. Untuk melihat seberapa perbedaan antara kedua plat penyerap maka dalam peneltian ini akan diukur dan dibandingkan nilai konversi yang dihasilkan pada kedua plat penyerap tersebut. Begitu juga halnya untuk bagian penutup kolektor, dalam penelitian ini

akan

dibedakan

dengan

atau

tanpa

lapisan

kaca

penutup.

(Tripanagnostopoulost, et al., 2000) Dari alasan tersebut maka peneliti mengkaji lebih jauh tentang perbandingan kemampuan kolektor surya plat datar berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa kaca penutup (glazed or unglazed) dalam mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal.

B. Batasan Masalah Obyek yang digunakan dalam penelitian berupa 4 jenis kolektor yaitu:

1. Kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed). 2. Kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed). 3. Kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed). 4. Kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed). Keempat kolektor memiliki bentuk, luas, bahan (isolator, plat, pipa) yang sama, begitu juga untuk tipe kolektor dengan lapisan kaca penutup mengunakan bahan kaca yang sama. Sampel cairan yang digunakan adalah air.

C. Rumusan Masalah Secara singkat penelitian ini akan menjawab beberapa persoalan sebagai berikut,yaitu : 1. Bagaimana membuat alat pemanas air dengan mengunakan energi radiasi surya atau kolektor surya plat datar? 2. Berapa besar perubahan temperatur air yang dihasilkan untuk berbagai laju aliran air dan intensitas radiasi matahari pada kolektor surya plat datar berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan kaca penutup (glazed or unglazed)?

3. Berapa besar perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan kaca penutup (glazed or unglazed)?

D. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini, yaitu: 1. Membuat kolektor surya plat datar. 2. Mengukur perubahan temperatur air untuk berbagai laju aliran air dan intensitas radiasi matahari pada kolektor surya plat datar berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan kaca penutup (glazed or unglazed). 3. Menghitung dan membandingkan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari kolektor surya plat datar dengan plat berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa memakai lapisan kaca penutup (glazed or unglazed).

E. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Bagi peneliti berkaitan dengan bidang yang dipelajari adalah untuk melengkapi konsep tentang panas dan radiasi melalui eksperimen, tidak hanya melalui teori saja.

2. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan masukan bagi ilmu pengetahuan dan teknologi, maupun masyarakat khususnya dalam pemanfaatan energi surya melalui pembuatan alat pemanas air seperti kolektor surya (solar collector).

BAB II DASAR TEORI

A. Energi Surya

Pada dasarnya energi surya berasal dari reaksi nuklir yang ada di matahari. Energi tersebut dipancarkan ke segala arah dalam bentuk radiasi elektromanetik (Gambar 2.1).

Matahari

R

ds

Bumi

Gambar 2.1. Pancaran energi radiasi matahari ke segala arah

Besarnya daya radiasi yang dipancarkan oleh matahari dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Stefan-Boltzmann (Jansen, 1995):

Ptotal = σ π d s2 Ts

4

Dengan σ adalah tetapan Stefan-Boltzmann = 5.67 × 10 −8 W/m2 K4,

π d s2 adalah luas permukaan matahari, dengan d s adalah diameter matahari,

Ts adalah temperatur permukaan matahari. Pada Gambar 2.1 pancaran energi radiasi matahari ke segala arah. Jika R adalah jarak rata-rata antara matahari dan bumi, maka luas permukaan bola

adalah 4 π R 2 . Berarti intensitas radiasi yang diterima oleh permukaan bumi adalah:

I=

σ d s2 Ts4 4 R2

Dengan konstanta-konstanta yang telah diketahui yaitu diameter matahari 1.39 × 10 9 m, temperatur permukaan matahari 5762 K, dan jarak rata-

rata antara matahari dan bumi 1.5 × 1011 m, maka besarnya intensitas radiasi matahari sampai permukaan bumi dalam arah tegak lurus adalah: I=

(

) ( ) 4 × (1.5 × 10 ) m

(

2

)

4

5.67 × 10 −8 W/ m 2 K 4 × 1.39 × 10 9 m 2 × 5.672 × 10 3 K 4 11 2

2

= 1353 W/m2. Nilai I disebut sebagai konstanta surya. Setelah mengalami proses penyerapan, pemantulan, dan sebaran di dalam atmosfer, besarnya intensitas radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi antara jam 8.00 - jam 16.00 WIB rata-rata sebesar 530 W/m2 untuk sebuah permukaan datar.

B. Energi Panas

Jika suatu zat bermassa m dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar

ΔT dan panas jenis zat adalah sebesar c, maka energi Q yang diserap oleh zat tersebut adalah (DiLavore, 1984):

Q = m c ΔT

dengan:

Q

adalah energi (kalori)

m

adalah massa zat (kg)

c

adalah panas jenis zat (kalori/kg oC)

ΔT adalah perubahan suhu pada zat (oC)

C. Perpindahan Panas

Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu benda ke benda yang lain akibat adanya perbedaan suhu antara bendabenda tersebut (Kreith, 1973). Ada tiga proses dalam perpindahan panas yaitu: konduksi, konveksi, dan radiasi. 1. Konduksi

Konduksi kalor adalah proses di mana panas mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam suatu medium atau antara medium-medium yang berlainan (padat, cair, gas) yang bersinggungan secara langsung (Kreith, 1973). Pada perpindahan panas secara konduksi, energi panas ditransfer lewat interaksi antara atom-atom atau molekul-molekul, walaupun atomatomnya sendiri tidak berpindah. Sebagai contoh, jika salah suatu ujung sebuah batang padat dipanaskan, maka atom-atom di ujung yang dipanaskan bergetar dengan energi yang lebih besar dibandingkan atom-

atom di ujung lebih dingin. Karena interaksi atom-atom yang lebih energetik dengan sekitarnya, energi dipindahkan sepanjang batang. Jika padatan adalah logam, maka perpindahan energi panas dibantu oleh elektron-elektron bebas yang bergerak di seluruh logam, sambil menerima dan memberi energi panas ketika bertumbukan dengan atomatom logam.

A

T1

H

T2 Δx

Gambar 2.2. Proses konduksi pada suatu penampang dinding

Gambar 2.2 menunjukkan suatu penampang dengan luas permukaan

A yang mempunyai perbedaan suhu ΔT yaitu T1 dan T2 sepanjang Δx . Bila suhu di permukaan sebelah kiri T1 dan sebelah kanan T2 dengan T1 > T2 maka panas akan dikonduksikan dari permukaan penampang yang

bersuhu lebih tinggi ke permukaan penampang yang bersuhu lebih rendah. Besarnya gradien temperatur pada penampang tersebut adalah ΔT / Δx . Jika ΔQ adalah jumlah energi yang dikonduksikan lewat penampang dalam selang waktu Δt , maka laju konduksi energi adalah ΔQ / Δt dan sering disingkat dengan H . Secara eksperimen, ditemukan bahwa laju konduksi energi termal sebanding

dengan

gradien

penampang A (Tipler,1991):

temperatur

dan

dengan

luas

H = −k A

ΔT Δx

dengan k adalah konduktivitas termal (Joule/s m K) yang menyatakan laju perpindahan panas yang melewati satu satuan luasan penampang sejauh satu satuan panjang penampang dan mempunyai perbedaan suhu 1oC. Nilai k ini mempunyai jangkauan antara 0,03 W/m o C (isolator yang baik) sampai 400 W/m

o

C (logam-logam yang konduktif) (Prasetyo dan

Setiawan, 1991). Tanda ( - ) menunjukkan arah aliran panas dari suhu tinggi ke suhu rendah. 2. Konveksi

Berbeda dengan perpindahan panas secara konduksi, perpindahan panas secara konveksi merupakan perpindahan panas yang disebabkan karena adanya perpindahan massa. Proses perpindahan panas secara konveksi berhubungan erat dengan aliran fluida. Jika air yang dipanaskan dipaksa bergerak dengan alat peniup atau pompa kompresor maka proses tersebut dinamakan konveksi paksa. Kalau air yang dipanaskan mengalir akibat perbedaan massa jenis oleh karena perbedaan temperatur maka proses

tersebut

merupakan

konveksi

bebas

atau

alami

(Sears dan Zemansky, 1969). 3. Radiasi

Perpindahan panas secara radiasi adalah proses perpindahan energi akibat foton-foton dipancarkan dari suatu permukaan ke permukaan lain.

Pada saat mencapai permukaan tersebut, foton-foton akan diserap, dipantulkan atau diteruskan (Stoecker dan Jones, 1982). Pada tahun 1879, Joseph Stefan melakukan pengukuran daya total yang dipancarkan oleh benda hitam sempurna. Dia menyatakan bahwa daya total itu sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Lima tahun kemudian Ludwing Boltzmann menurunkan hubungan yang sama. Persamaan yang didapat dari hubungan tersebut dikenal sebagai Hukum Stefan-Boltzmann yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu sebanding dengan luas permukaan dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu. Secara matematis dapat ditulis (Tipler, 1991):

ΔQ = eσ A T 4 Δt P = eσ A T 4 dengan:

P adalah daya yang diradiasikan (watt) e adalah koefisien emisivitas benda A adalah luas permukaan benda (m) T 4 adalah suhu mutlak permukaan benda (K)

σ adalah konstata Stefan-Boltzmaan 5,67 × 10 −8 W/m2 K4

D. Benda Teradiasi Panas dan Hukum Kirchoff

Sesuai yang diselidiki Scheele, benda yang dikenai radiasi panas, permukaannya akan menyerap panas, memantulkannya, dan meneruskannya ke dalam benda. Umumnya bagian panas yang langsung diteruskan ke dalam benda tidak trasparan kecil sekali. Sebagian besar dari panas yang diteruskan adalah melalui serapan dulu, sehingga bagian panas yang diteruskan dapat diabaikan. Jika suatu benda dengan koefisien serapan α dan koefisien emisi e untuk

α dan e tergantung pada panjang gelombang, maka koefisien serapan dan emisi tersebut dapat dituliskan sebagai αλ dan eλ . Jika benda tersebut mempunyai daya emisi Pλ , maka daya emisi yang diserap oleh benda pada panjang gelombang λ hingga λ + Δλ adalah:

dPserapan = α λ Pλ dλ Benda ini juga akan mengemisikan panas pada panjang gelombang yang sama yaitu λ hingga λ + Δλ , daya yang diemisikan sebesar:

dPemisi = eλ Pλ dλ Sehingga daya emisi total yang diserap dan diemisikan oleh benda tersebut adalah:

dPserap − dPemisi = (α λ − eλ )Pλ dλ Untuk menentukan hubungan antara αλ dan eλ perlu dicari keadaan kesetimbangan termal dari serapan dan emisi yang terjadi. Untuk seluruh

panjang gelombang setelah kesetimbangan termal terjadi, memenuhi: ∞

∫ (α λ − eλ ) Pλ dλ

=0

0

sehingga:

α λ = eλ Koefisien emisi dan koefisien serapan suatu benda pada keadaan yang sama (temperatur sama) adalah sama. Hal ini dikenal sebagai hukum Kirchoff. Benda hitam dapat menyerap seluruh panas yakni α = 1 dan pada keadaan yang sama pula dapat memancarkan seluruh panas e = 1 (Naga, 1991).

E. Kolektor Surya Plat Datar

Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, untuk bagian penutup kolektor surya plat datar dalam penelitian ini akan dibedakan yaitu kolektor surya plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed) dan kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed). 1. Kolektor plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed) Matahari memancarkan energi hampir pada seluruh panjang gelombang dan sampai ke bumi dalam bentuk radiasi gelombang elektromagnet. Ketika sinar matahari mengenai lapisan kaca penutup pada kolektor, energi dengan panjang gelombang paling pendek dapat menembus kaca sedangkan energi dengan panjang gelombang terpanjang dipantulkan kembali oleh kaca. Energi yang dapat menebus kaca tersebut akan diserap oleh plat yang ada di dalam kolektor sehingga plat menjadi hangat. Selain itu temperatur udara yang berada di dalam kolektor akan

naik sehingga menghalangi panas yang keluar sehingga panas terjebak di dalam kolektor. Suhu di dalam kolektor akan tetap tinggi dibanding dengan suhu di luarnya begitu juga yang terjadi pada suhu plat. Kalor yang diserap plat kemudian akan dikonduksikan ke pipa dan air yang selanjutnya air akan mengalami proses konveksi sehingga temperatur air akan naik. 2. Kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) Pada kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed), sinar radiasi matahari akan langsung diterima oleh plat, sebagian radiasi diserap oleh plat dan sebagian lagi akan dipantulkan. Plat sebagai sumber kalor yang lebih dingin dibandingkan matahari akan memancarkan kembali kalor yang diterimanya dalam bentuk energi radiasi ke lingkungan sekeliling. Tidak ada panas yang terjebak di dalam kolektor sehingga suhu pada plat dan air akan mudah turun akibat faktor lingkungan seperti keadaan angin atau perbedaan suhu antara plat dan lingkungan.

F. Konversi Energi Radiasi menjadi Energi Termal

Id Tinput

air

I pantul I serap

Toutput

air

kolektor

Kolektor dikenai sinar dengan intensitas radiasi sebesar ( I d ). Sebagian intensitas radiasi akan dipantulkan ( I pantul ) ke luar kolektor dan sebagian lagi diserap ( I serap ) oleh kolektor.

Besarnya intensitas radiasi yang diserap olek kolektor adalah:

I serap = I d α a

(2.1)

dengan:

I serap adalah intensitas radiasi yang diserap kolektor (W/m2) Id

adalah intensitas radiasi yang datang (lux)

α

adalah fraksi dari intensitas radiasi yang datang yang diserap oleh kolektor. Nilai α tidak besatuan dan nilainya tergantung dari warna plat penyerap dan ada atau tidaknya lapisan kaca penutup kolektor.

a

adalah konversi satuan dari (lux) menjadi (W/m2)

Berarti daya yang diserap pada luasan (A) kolektor:

Pserap = I serap A Pserap = I d α a A

(2.2)

dengan:

Pserap adalah daya yang diserap kolektor (W) A

adalah luas kolektor (m2)

Dan besarnya energi radiasi yang diserap oleh kolektor (Wserap ) dalam

selang waktu Δt adalah: Wserap = Pserap Δt

(Joule)

Wserap = I d α a A Δt 0,239 (kalori)

(2.3)

Karena nilai α , a, A konstan maka persmaan (2.3) dapat dituliskan:

Wserap = I d k Δt

(2.4)

dengan: k = α a A 0,239 adalah konstanta yang menentukan seberapa besar kemampuan kolektor dalam mengkonversi energi radiasi menjadi energi termal, dan Δt adalah selang waktu kolektor menyerap energi radiasi (s). Di dalam kolektor energi radiasi berubah menjadi panas. Berdasarkan hukum kekekalan energi sebagian panas akan hilang dan sebagian lagi panas akan digunakan untuk menaikkan temperatur plat dan air sebesar ΔT . Jumlah energi termal yang diterima oleh plat dan air adalah: Q plat + air = (m plat c plat ΔT plat + mair c air ΔTair ) (kalori)

(2.5)

Untuk ΔT plat = ΔTair maka persamaan (2.5) dapa dituliskan menjadi: Q plat + air = (m plat c plat + mair c air ) ΔTair

dengan: mair

adalah massa air (kg) ( mair = vol air ρ air ) vol air adalah volume air ( l )

ρ air

adalah massa jenis air (kg/l)

c air

adalah panas jenis air (kal/kg oC)

m plat

adalah massa plat dan pipa (kg)

c plat

adalah panas jenis plat dan pipa (kal/kg oC)

ΔTair

adalah perubahan temperatur air (oC) dengan ΔTair = Tsuhu akhir − Tsuhu awal

(2.6)

Berdasarkan hukum kekekalan tenaga maka persamaan (2.4) dan (2.6) Q plat + air = Wserap − Whilang

menjadi:

(m

plat

c plat + mair c air )ΔTair =

⎛ k Δt ΔTair = ⎜ ⎜m c + m c air air ⎝ plat plat

(2.7)

I d k Δt − Whilang

⎞ Whilang ⎟ Id − ⎟ (m plat c plat + mair cair ) ⎠

(2.8)

(2.9)

Selama selang waktu Δt massa air yang mengalir melalui kolektor adalah: mair = vol air ρ air mair = (Vair Δt ) ρ air

(2.10)

dengan: Vair adalah laju aliran air (ml/s)

Untuk satu satuan waktu, massa air menjadi: mair = Vair ρ air

(2.11)

⎛ k Δt Jika dituliskan ⎜ ⎜m c + m c air air ⎝ plat plat

⎞ ⎟= η ⎟ ⎠

(2.12)

dengan nilai η konstan untuk satu laju aliran air untuk satu-satuan waktu, substitusi persamaan (2.11) ke dalam persamaan (2.12) menghasilkan: ⎛ k ⎜ ⎜m c +V ρ c air air air ⎝ plat plat

⎞ ⎟= η ⎟ ⎠

(2.13)

Substitusi (2.13) ke persamaan (2.9), menghasilkan: ΔTair = η

Id −

(m

Whilang

plat

c plat + Vair ρ air c air )

(2.14)

Dari persamaan (2.14), nilai η dapat diperoleh melalui grafik hubungan ΔTair terhadap I d . Selanjutnya nilai η disebut sebagai konstanta yang

menyatakan besarnya nilai perubahan temperatur air ΔT (oC) yang dihasilkan tiap satuan kuat cahaya I d (lux). Dari persamaan (2.13) akan didapatkan: 1

η 1

η

=

=

ρ air c air Vair + m plat c plat k

ρ air c air k

Vair +

m plat c plat

Dari persamaan (2.15) melalui grafik hubungan

diperoleh nilai gradien atau

ρ air c air k

(2.15)

k

1

η

terhadap Vair ,

. Selanjutnya dari nilai gradien

didapatkan nilai konstanta k yang menentukan kemampuan kolektor dalam mengkonversi energi radiasi menjadi energi termal. Selain dari nilai gradien, nilai konstanta k dapat juga ditentukan dari nilai titik potong.

BAB III METODE ANALISIS PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian Kegiatan

penelitian

dilaksanakan

di

laboratorium/halaman

Universitas Sanata Dharma. Metode yang dipakai adalah metode eksplorasi eksperimental yaitu kajian teoritis akan dikembangkan dalam eksperimen untuk mendapatkan perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor surya plat datar. Waktu pengambilan data antara jam 10.00 WIB sampai 13.00 WIB.

B. Obyek Penelitian Obyek yang digunakan adalah empat jenis kolektor surya plat datar yaitu: 1. Kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed). 2. Kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed). 3. Kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed). 4. Kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed).

Keempat kolektor memiliki bentuk, luas, bahan (isolator, plat, pipa) yang sama, begitu juga untuk tipe kolektor dengan lapisan kaca penutup mengunakan bahan kaca yang sama. Sampel cairan yang digunakan adalah air.

C. Alat/Instrumen Alat/Instrumen yang digunakan dalam penelitian adalah: a. Empat buah kolektor surya plat datar. b. Dua buah termometer suhu air. c. Satu buah termometer lingkungan. d. Satu buah Lightmeter untuk mengukur intensitas radiasi matahari. e. Satu buah gelas ukur untuk mengukur volume air. f. Satu buah Stopwatch untuk melihat waktu dalam pengukuran intensitas radiasi matahari dan perubahan temperatu air tiap 10 menit. g. Tiga buah tabung yang sudah diisolasi dengan bahan isolator berupa kertas manila dan plastik. Pengunakan tabung tersebut dimaksudkan untuk menjaga agar aliran air tetap kontinu sebelum masuk ke kolektor. h. Selang atau pipa plastik sebagai penghubung aliran air dari kran ke kolektor.

D. Langkah Penelitian Langkah penelitian ini melalui dua tahap yaitu : 1. Tahap pembuatan alat (kolektor surya).

Alat sebagian besar dibuat di laboratorium Universitas Sanata Dharma, dan sebagian lagi dikerjakan di luar kampus. Pipa dibentuk sedemikian rupa agar luasan kontak antara pipa dan plat semakin lebar sehingga panas yang dikonduksikan dari plat ke pipa pembawa cairan semakin besar. Setelah itu plat dan pipa direkatkan dengan cara dipatri dengan timah selanjutnya plat yang telah merekat dengan pipa diberi warna. Sedangkan untuk kotak atau bingkai terbuat dari kayu yang dibentuk empat persegi panjang yang pada bagian dasar dan sisi-sisinya terisolasi dengan bahan isolator berupa gabus. Bagian atas atau penutup kolektor dalam penelitian dibedakan menjadi dua yaitu dengan lapisan kaca penutup (glazed) dan tanpa lapisn kaca penutup (unglazed). Susunan dan dimensi peralatan untuk penbuatan kolektor: a. Plat penyerap -

Bahan: Tembaga

-

Tebal : 1 mm

-

Panjang : 1 m

-

Lebar : 0.45 m

-

Jarak plat ke kaca: 0.05 m

b. Pipa cairan -

Bahan: Tembaga

-

Panjang : 4.5 m

-

Diameter dalam pipa: 0.0025 m

c. Kaca penutup -

Bahan: Kaca bening

-

Tebal: 3 mm

d. Isolator -

Bahan: Gabus

-

Tebal: 0.1 m

e. Kerangka -

Bahan: Kayu

-

Panjang : 1.04 m

-

Lebar : 0.47 m

-

Tinggi : 0.15 m

f. Pelapis plat penyerap - Cat pylox hitam 103 dan biru 109 aerosol spray paint

Gambar 3.1. Plat tembaga

Gambar 3.2. Pipa tembaga

Gambar 3.3. Plat dan pipa tembaga yang sudah direkatkan

Gambar 3.4 . Lapisan kaca penutup kolektor yang telah bingkai dengan kayu

Lubang untuk pipa input

Lubang untuk pipa output Gabus

Gambar 3.5. Bingkai kolektor dan bagian bawah kotak kolektor yang telah diisolasi dengan bahan isolator berupa gabus

Kaca penutup

Bingkai kaca

Pipa pembawa cairan

Plat penyerap

Gabus Kotak kolektor

Gambar 3.6. Kolektor surya plat datar dengan memakai lapisan kaca penutup (glazed)

Pipa pembawa cairan

Gabus

Plat penyerap Kotak kolektor

Gambar 3.7. Kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed)

2. Tahap pengambilan data Untuk setiap kolektor dari keempat kolektor, data yang diambil sebanyak 5 kali percobaan dengan laju aliran yang berbeda. Adapun prosedur pengambilan data adalah sebagai berikut: a. Mengeset alat -

Kolektor dipanaskan di bawah sinar matahari langsung selama 3 jam antara jam 10.00 WIB sampai 13.00 WIB.

-

Luxmeter dipasang sama tinggi dengan kolektor hal ini dimaksudkan agar intensitas matahari yang diukur oleh Luxmeter merupakan intensitas yang mengenai kolektor .

-

Tabung input dan output dipasang pada statip, begitu juga untuk termometer lingkungan.

-

Dua termometer air yang dipasang harus mengenai air dan dalam keadaan tetap.

Matahari

Kran air

Termometer lingkungan

Statip

Lightmeter

Selang plastik

Kolektor surya plat datar

Tabung input

Termometer digital suhu output air

Statip

Termometer digital suhu input air

Tabung output

Gambar 3.8. Sketsa penentuan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari kolektor surya plat datar.

b. Kran air diset setiap melakukan percobaan untuk mendapatkan berbagai laju aliran air yang diinginkan. c. Setelah kolektor dan alat-alat dirangkai seperti pada Gambar 3.8, kran air dibuka dan air akan menggalir melalui kolektor. Suhu input air, suhu output air, intensitas radiasi matahari, dan suhu lingkungan diukur setiap selang waktu 10 menit. d. Mengamati keadaan sekitar lingkungan (keadaan awan dan angin).

E. Metode Analisis Data 1. Menghitung laju aliran air atau debit air Vair =

v air t

dengan: v air adalah volume air (ml) t Vair

adalah lama waktu air mengalir (sekon) adalah laju aliran air (ml/sekon)

2. Mengukur suhu input dan suhu output air, suhu lingkungan, intensitas radiasi matahari untuk tiap 10 menit, selama tiga jam dari jam 10.00 WIB – 13.00 WIB. 3. Menghitung perbedaan suhu air ΔTair (oC). ΔTair (oC) =

To (oC) - Ti (oC)

dengan: o

To adalah suhu output air ( C) o

Ti adalah suhu input air ( C)

4. Dari data yang diperoleh untuk setiap laju aliran air, dibuat grafik hubungan perubahan temperatur air ( ΔTair ) terhadap intensitas radiasi matahari ( I d ). Dari grafik tersebut didapatkan nilai gradien atau konstanta

η , yang menyatakan besarnya perubahan temperatur air yang dihasilkan untuk tiap satuan intensitas radiasi matahari.

5. Membuat grafik hubungan antara konstanta 1/η terhadap berbagai laju aliran air ( Vair ), dari grafik hubungan tersebut diperoleh nilai gradient yaitu

ρ air c air k

dari keempat kolektor.

6. Dari setiap nilai gradient kemudian diperoleh nilai konstanta k yang menentukan kemampuan kolektor dalam mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal . 7.

Dari nilai konstanta k kemudian didapatkan nilai konstanta k relative yang menunjukkan nilai perbadingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari keempat kolektor.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian Dalam penelitian ini telah dilakukan pengumpulan energi radiasi matahari dalam bentuk intensitas radiasi dengan memakai kolektor surya plat datar berwarna hitam dan biru dengan atau tanpa lapisan kaca penutup (glazed or unglazed). Kolektor dibentuk empat persegipanjang. Sesuai dengan tujuan, sampel cairan yang digunakan untuk melihat perubahan temperatur adalah air. Kolektor dipanaskan secara langsung di bawah matahari selama 3 jam dari jam 10.00 s/d 13.00 WIB. Untuk mengetahui besarnya nilai konstanta k yang menentukan kemampuan kolektor surya plat datar dalam mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal, pada setiap kolektor dilakukan 3 tahap penelitian yaitu: a. Menghitung laju aliran air setiap kali percobaan dengan mengukur volume air yang mengalir melewati kolektor untuk tiap satu-satuan waktu. Mengukur perubahan suhu air, intensitas radiasi matahari, suhu lingkungan serta mencatat keadaan lingkungan atau cuaca. Pengukuran dilakukan setiap selang waktu 10 menit, akan tetapi ada sebagian data pada waktu tertentu tidak dapat diukur oleh karena faktor lingkungan yaitu keadaan awan yang menutupi matahari.

Contoh hasil pengukuran untuk empat jenis kolektor dengan laju aliran air 4,0 ml/s dapat dilihat pada Tabel 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4. Hasil pengukuran untuk laju aliran air yang berbeda dari keempat kolektor seluruhnya dapat dilihat pada lampiran I.

Tabel 4.1.

Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapiasan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Waktu (s)

Tinput ( °C)

Toutput ( °C)

Intensitas radiasi (lux)

10.40 10.50 11.00 11.10 11.20 11.40 11.50 12.00 12.20 12.30 12.40

29 30 30 29 30 32 32 33 32 35 36

33 35 35 32 34 39 41 47 46 48 42

202 220 231 200 240 266 393 650 603 580 214

Tabel 4.2.

Tabel 4.3.

Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Waktu (s)

Tinput( °C)

Toutput(°C)


10.00 10.10 10.40 11.20 11.50 12.00 12.10 12.40

25 26 28 29 28 30 30 30

31 30 34 34 32 39 35 37

437 376 397 484 320 530 425 510

Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Waktu (s)

Tinput ( °C)

Toutput ( °C)


10.10 10.20 10.30 10.40 10.50 11.30 11.40 11.50 12.00 12.30 12.50 13.00

28 29 29 31 31 31 32 32 33 32 32 32

29 31 33 35 36 36 36 38 38 37 37 37

201 300 485 506 545 521 414 555 525 494 497 485

Nilai perubahan suhu air dan intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Tabel 4.4.

Waktu (s)

Tinput ( °C)

Toutput ( °C)

Intensitas radiasi(lux)

10.30 10.40 11.10 11.20 11.30 11.40 11.50 12.40 13.00

29 30 31 32 32 34 35 32 32

34 36 37 39 36 40 42 38 37

450 408 436 489 322 507 475 338 395

b . Dari Tabel 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4 pada tahap (a) yang telah diperoleh, selanjutnya dicari hubungan nilai intensitas radiasi matahari terhadap perubahan temperatur air. Dari hubungan tersebut nantinya akan didapatkan satu konstanta η untuk satu laju aliran air. Dari persamaan (2.14)

ΔTair = η

Id −

(m

Whilang

plat

c plat + Vair ρ air c air )

dengan: ΔTair adalah perubahan suhu air (oC)

ΔTair = Tsuhu akhir air −

Tsuhu awal air

I d adalah intensitas radiasi matahari (lux) η

adalah nilai konstanta (oC/lux)

Contoh data hubungan antara intensitas radiasi matahari dengan perubahan temperatur air untuk empat jenis kolektor dengan laju aliran air 4,0 ml/s dapat dilihat pada tabel 4.5, 4.6, 4.7, dan 4.8. Nilai konstanta η yang dihasilkan dari hubungan pada tabel tersebut dapat dilihat pada gambar 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4. Data hubungan I d terhadap

ΔTair dan nilai

konstanta η yang dihasilkan untuk laju aliran air yang berbeda seluruhnya dapat dilihat pada lampiran II.

Tabel 4.5.

Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

I d (lux) 202 214 220 231 240 266 393 580 603 650

ΔT (oC) 4 6 5 5 4 7 9 13 14 14

14

Delta T (°C)

12 10 8 6 4 2 150

250

350

450

550

650

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 4.1. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Dari grafik didapatkan persamaan ΔT = (0,022± 0,002). I + (0,096 ± 0,601) air d

dengan nilai gradien atau konstanta η yang dihasilkan sebesar: 0,022 ± 0,002

Tabel 4.6.

Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon. I d (lux) 320 376 397 425 437 484 510 530

ΔT ( o C) 4 4 6 5 6 5 7 7

8

Delta T (°C)

7 6 5 4 3 2 1 300

350

400

450

500

550

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 4.2. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Dari grafik didapatkan persamaan ΔT = (0,018 ± 0,005) . I + (− 2,241 ± 2,301) air d dengan nilai gradien atau konstanta η yang dihasilkan sebesar: 0,018 ± 0,005

Tabel 4.7.

Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon. I d (lux) 201 300 414 485 485 494 497 406 521 525 545 555

ΔT ( o C) 1 2 4 4 4 5 5 4 5 5 5 6

8 7

Delta T (°C)

6 5 4 3 2 1 0 150

250

350

450

550

650

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 4.3. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Dari grafik didapatkan persamaan ΔT

air

= (0.011 ± 0.002 ). I

d

+ (− 1.177 ± 1.025)

dengan nilai gradien atau konstanta η yang dihasilkan sebesar: 0,011 ± 0,002

Tabel 4.8.

Nilai perubahan suhu air terhadap intensitas radiasi matahari dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon. I d (lux) 322 338 395 408 436 450 475 489 507

ΔT ( o C) 4 6 5 6 6 5 7 7 6

8

Delta T (°C)

7 6 5 4 3 2 300

350

400

450

500

550

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 4.4. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

Dari grafik didapatkan persamaan ΔT = (0,010 ± 0,005). I + (1,665 ± 2,023) air d dengan nilai gradien atau konstanta η yang dihasilkan sebesar: 0,010 ± 0,005 c. Selanjutnya dari nilai konstanta η yang dihasilkan untuk setiap laju aliran air dalam 5 kali percobaan pada tahap (b), dicari hubungan nilai konstanta 1/η terhadap berbagai laju aliran air ( Vair ). Dari grafik hubungan tersebut diperoleh satu nilai gradien yaitu

ρ air c air k

dari keempat jenis kolektor.

Dari persamaan (2.15) 1

η

=

ρ air c air k

Vair +

m plat c plat k

Hasil hubungan nilai konstanta 1/η terhadap berbagai laju aliran air ( Vair ) dapat dilihat pada Tabel 4.9. 4.10, 4.11, 4.12, dan Gambar 4.5, 4.6, 4.7, dan 4.8. Tabel 4.9.

Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( Vair ) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed).

Vair (ml/s)

η ( c C/lux )

4,0 4,8 5,0 5,5 5,6

⎛ 1 ⎞ 1 /η ⎜ o ⎟ ⎝ C/lux ⎠

0,022 0,015 0,014 0,013 0,012

40,0 66,6 71,4 76,9 83,3

90

1/ η (1/ (°C / lux))

80 70 60 50 40 30 3,8

4,3

4,8

5,3

Vair (ml/sekon) Gambar 4.5. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed )

5,8

Dari grafik didapatkan persamaan

dengan nilai gradien atau nilai

Tabel 4.10.

ρ air c air k

1

η

= (24,9 ± 2.8) Vair − (56,8 ± 14,4 )

yang dihasilkan sebesar: 24,9 ± 2,8

Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( Vair ) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed).

Vair (ml/s)

η ( c C/lux )

4,0 4,6 5,1 5,5 6,0

0,014 0,011 0,009 0,008 0,007

⎛ 1 ⎞ 1 /η ⎜ o ⎟ ⎝ C/lux ⎠ 71.4 90,9 111,1 125,0 142,8

165

1/ η (1/ (°C / lux))

145 125 105 85 65 45 3,8

4,3

4,8

5,3

5,8

Vair (ml/sekon) Gambar 4.6. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux )) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed )

6,3


nilai gradien atau nilai

Tabel 4.11.

ρ air c air k

1

η

= (36,3 ± 1,3) Vair − (75,9 ± 7,1) dengan


Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( Vair ) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed).

Vair (ml/s)

η ( c C/lux )

4,0 5,3 5,8 6,0 6,5

0,011 0,009 0,007 0,006 0,005

⎛ 1 ⎞ 1 /η ⎜ o ⎟ ⎝ C/lux ⎠ 90,9 111,1 142,8 166,6 200,0

220

1/ η (1/ (°C / lux))

200 180 160 140 120 100 80 60 3,8

4,3

4,8

5,3

5,8

6,3

Vair (ml/sekon) Gambar 4.7. Grafik h ubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed )

6,8


dengan

nilai

gradien

atau

1

η

= (41,9 ± 10,2 ) Vair − (89,7 ± 57,4)

ρ air c air

nilai

yang

k

dihasilkan

sebesar: 41,9 ± 10,2 Tabel 4.12. Hubungan nilai konstanta 1/η terhadap laju aliran air ( Vair ) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed).

Vair (ml/s) 4,0 5,1 5,2 5,5 6,0

⎛ 1 ⎞ 1 /η ⎜ o ⎟ ⎝ C/lux ⎠ 100,0 111,1 125,0 166,6 200,0

η ( c C/lux ) 0,010 0,009 0,008 0,006 0,005

220

1/ η (1/ (°C / lux))

200 180 160 140 120 100 80 60 3,8

4,3

4,8

5,3

5,8

Vair (ml/sekon) Gambar 4.8. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed )

6,3


ρ air c air

dengan nilai gradien atau nilai

Secara ringkas nilai

k

ρ air c air

1

η

= (47,9 ± 17,3) . V − ( 108,2 ± 90,7 ) air


yang diperoleh untuk keempat jenis

k

kolektor surya plat datar dapat dilihat pada Tabel 4.13. Nilai gradien atau

Tabel 4.13.

ρ air c air k

untuk empat jenis kolektor surya

plat datar. Memakai lapisan kaca penutup

Tanpa lapisan kaca penutup

(glazed)

(unglazed)

ρ air c air

ρ air c air

k (lux/ C)/(ml/s)

k (lux/ C)/(ml/s)

Hitam

24,9 ± 2,8

36,3 ± 1,3

Biru

41,9 ± 10, 2

47 ,9 ± 17,3

Warna

o

o

B. Pembahasan

Dari Gambar 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4 dapat dilihat bahwa perubahan temperatur air ΔTair merupakan fungsi intensitas radiasi matahari I d . Intensitas radiasi matahari yang berubah-ubah mengakibatkan nilai perubahan temperatur air yang berbeda-beda. Menaiknya intensitas radiasi yang diserap oleh kolektor mengakibatkan juga kenaikan pada temperatur air sehingga hubungan tersebut membentuk grafik garis linear.

Kemiringan atau gradien yang dihasilkan pada Gambar 4.5, 4.6, 4.7, dan 4.8 menunjukan besarnya nilai

yang menunjukkan nilai

ρ air c air

ρ air c air k

k

. Lebih jelasnya lihat pada Tabel 4.13

yang dihasilkan dari empat jenis kolektor

surya plat datar. Tabel 4.13, menunjukkan bahwa nilai

ρ air c air k

yang dihasilkan dari

kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam lebih kecil dibandingkan pada kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna biru. Ini berarti nilai konstanta k yang dihasilkan oleh kolektor dengan plat penyerap berwarna hitam lebih besar dibandingkan kolektor dengan plat penyerap berwarna biru. Hal tersebut disebabkan karena kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam mempunyai kemampuan menyerap (absorsivitas) energi radiasi matahari lebih besar dibandingkan dengan warna biru. Demikian juga sama halnya untuk nilai

ρ air c air k

dan konstanta k yang

dihasilkan dari kolektor surya plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed) dibandingkan tanpa lapisan kaca penutup (unglazed). Hal ini dikarenakan pada kolektor surya plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed) dalam proses mengkonversi energi telah mengalami proses efek rumah kaca (green house). Peristiwa ini menyebabkan kalor yang ada di dalam kolektor terjebak oleh adanya lapisan kaca penutup.

Sedangkan kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) cukup sensitif dengan faktor lingkungan seperti udara luar. Hal ini yang menyebabkan panas yang diserap oleh plat sebagian akan hilang ke lingkungan atau dengan kata lain karena perbedaan temperatur antara plat penyerap dan lingkungan maka kalor yang diserap oleh plat penyerap sebagian akan ditransfer ke lingkungan. Dengan nilai ρ air = 1 kg

l

dan c air = 1

kalori , maka dari Tabel 4.13, kg o C

dapat dicari nilai konstanta k yang menentukan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal untuk empat jenis kolektor surya plat datar. Nilai konstanta k yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 4.14. Tabel 4.14. Nilai konstanta k dari empat jenis kolektor surya plat datar.

Jenis kolektor Kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup. Kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup. Kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup. Kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup.

⎛ lux o ⎞ C⎟ ⎜ ml ⎟ ⎜ s ⎟⎠ ⎝

ρ air c air ⎜ k

⎛ kalori 10 −3 ⎞ ⎟⎟ k ⎜⎜ lux s ⎠ ⎝

24,9 ± 2,8

0,040 ± 0,0004

36,3 ± 1,3

0,028 ± 0,0001

41,9 ± 10, 2

0,024 ± 0,0005

47 ,9 ± 17,3

0,020 ± 0,0007

Jika dengan menganggap nilai konstanta k terbesar yang dihasilkan sama dengan 1 maka dapat diperoleh nilai perbandingan konstanta k relatif dari keempat jenis kolektor yang dapat dilihat pada Tabel 4.15.

Tabel 4.15. Perbandingan konstanta k relatif untuk empat jenis kolektor surya

plat datar.

Warna

Dengan lapisan kaca penutup (glazed)

Dengan lapisan kaca penutup (unglazed)

1

0,7

0,6

0,5

Hitam Biru

Dari perbandingan nilai konstanta k relative untuk keempat jenis kolektor dapat juga dikatakan perbedaan kemampuan kolektor dalam mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal, sebagai berikut: 1. Untuk kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) 30% lebih kecil daripada kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed) . 2. Untuk kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (unglazed) 40% lebih kecil daripada kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed). 3. Untuk kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) 50% lebih kecil daripada kolektor surya plat datar dengan plat penyerap berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed).

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menyediakan air panas seperti di rumah-rumah sakit, untuk keperluan industri seperti pencucian botol, dan sistem air panas untuk keperluan rumah tangga. Berdasarkan hasil pembuatan alat, eksperimen, analisa data dan perhitungan konstanta k yang menentukan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor maka dapat disimpulkan bahwa: 1.

Besarnya perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor yaitu kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed), kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed), kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed), kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) secara berurutan adalah: 1 : 0.7 : 0.6 : 0.5.

2.

Perbandingan kemampuan mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi termal dari empat jenis kolektor menunjukkan bahwa kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup lebih besar daripada kolektor surya plat datar lainya.

B. Saran Saran-saran yang dapat penulis berikan untuk penelitian lebih lanjut yaitu: 1. Untuk warna plat penyerap dapat digunakan warna yang lain. 2. Lapisan kaca penutup pada kolektor dapat memakai lebih dari satu. 3. Pengisolasian energi termal yang diserap kolektor dapat mengunakan bahan isolator yang lain.

DAFTAR PUSTAKA

DiLavore, P., 1984, Energy, Insights from Physics, New York: John Wiley dan Sons. Prasetyo, L. dan Setiawan, 1991, Mengerti Fisika, Yogyakarta: Andi Offsite. Jansen, Ted.J., 1995, Teknologi Rekayasa Surya, Jakarta: Pradnya Paramita. Kreith, F., 1986, Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas (Ed. 3), Jakarta: Erlangga. Naga, D.S., 1991, Ilmu Panas, Jakarta: Gunadarma. Nousia, TH., Souliotis, M., dan Tripanagnostopoulost, Y., 2000, Solar Collectors With Colored Absorbers, Solar Energy. 68 : 334-356. Sears .M.F.W dan Zemansky .H.D., 1987, Fisika Universitas (Ed 6, Jil 1), Jakarta: Erlangga. Stoecker, W.F. dan Jones, J.W., 1987, Refrigenerasi dan Pengkondisian Udara (Ed 2), Jakarta: Erlangga. Tippler, P.A., 1998, Fisika untuk sains dan teknik (Ed 3, Jil 1), Jakarta: Erlangga.

LAMPIRAN

LAMPIRAN I :

HASIL PENGUKURAN PERUBAHAN TEMPERATUR AIR, DAN INTENSITAS RADIASI MATAHARI UNTUK EMPAT JENIS KOLEKTOR

PERCOBAAN 1:

KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)

Laju aliran air : 4,0 ml/sekon Waktu (s)

Tinput (°C)

Toutput (°C)


10.40 10.50 11.00 11.20 11.40 11.50 12.00 12.20 12.30 12.40

29 30 30 30 32 32 33 32 35 36

33 35 35 34 39 41 47 46 48 42

202 220 231 240 266 393 650 603 580 214


Tinput (°C)

Toutput (°C)


10.10 10.20 10.30 10.40 10.50 11.00 11.10 11.20 11.30 11.40 11.50 12.00 12.10 12.20 12.40 12.50 13.00

28 28 29 30 29 30 31 31 32 32 32 32 33 34 34 33 35

30 31 37 39 38 40 39 39 41 41 42 43 43 44 45 44 45

181 192 630 606 576 617 630 657 665 675 676 682 681 714 661 704 699


Tinput (°C)

Toutput (°C)


10.20 10.30 10.50 11.00 11.10 11.30 12.10 12.20 12.50

28 28 29 30 31 30 30 31 30

30 32 34 34 37 35 34 36 36

362 469 522 428 602 501 526 462 499

Laju aliran air : 5,5 ml/sekon

Waktu (s)

Tinput (°C)

Toutput (°C)


10.10 10.20 10.30 10.40 10.50 11.00 11.40

28 28 28 28 29 29 29

29 30 33 35 37 36 36

210 330 630 687 702 655 717


Waktu (s)

T input (°C)

Toutput (°C)


10.30 10.40 11.50 12.10 12.30 12.40

28 29 29 30 32 32

31 33 36 39 42 43

240 344 599 725 786 898

PERCOBAAN 2: KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)


T input (°C)

Toutput (°C)


10.00 10.10 10.40 11.20 11.50 12.00 12.10 12.40

25 26 28 29 28 30 30 31

31 30 34 34 32 39 35 39

437 376 397 484 320 530 425 510

Laju aliran air : 4,6 ml/ 10 menit Waktu (s)

T input (°C)

Toutput (°C)


10.00 10.10 10.20 10.30 11.00 11.20 11.30 11.40 12.00 12.10

24 25 26 27 30 32 32 32 36 37

30 32 33 36 38 41 40 41 45 45

410 420 437 450 506 463 527 547 531 568


T input (°C)

Toutput (°C)


10.00 10.10 10.20 10.30 10.40 11.10 11.20 11.40 12.30

24 25 26 27 26 28 29 30 33

28 29 31 33 29 33 35 36 38

330 353 408 450 245 507 530 554 495


T input (°C)

Toutput (°C)


10.10 10.20 11.20 11.30 11.40 12.20 12.30 12.40

25 26 27 28 30 29 30 31

30 30 32 32 36 35 35 36

447 424 487 416 567 630 433 438


T input (°C)

T output (°C)


10.10 10.20 10.50 11.10 11.20 11.30 11.40

22 23 24 25 25 26 27

25 28 28 29 30 30 31

203 370 221 353 418 285 327

PERCOBAAN 3:

KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)


T input (°C)

Toutput (°C)


10.20 10.30 10.40 10.50 11.00 11.30 11.40 12.00 12.10 12.30 12.40 12.50 13.00

28 28 29 29 29 29 29 29 30 29 30 30 30

29 30 30 32 33 34 35 36 36 32 35 35 37

198 248 280 318 480 636 655 661 679 413 641 596 686


T input (°C)

Toutput (°C)


10.10 10.20 11.10 11.20 11.40 12.30 12.40

29 30 34 35 33 31 32

32 34 39 41 38 37 38

325 400 498 678 531 603 623


T input (°C)

Toutput (°C)


10.50 11.10 11.20 11.30 11.50 12.00 12.40

30 31 31 31 31 29 31

34 36 37 36 35 32 36

566 595 654 620 464 610 625


T input (°C)

T output (°C)


10.50 11.10 11.30 11.40 12.30 12.50 13.00

29 30 31 31 30 32 32

35 34 37 36 35 38 37

574 294 625 428 487 615 501


T input (°C)

T output (°C)


10.10 10.20 10.30 10.40 10.50 11.00 11.10

28 29 28 29 29 29 28

30 32 31 33 32 32 30

220 434 340 401 237 216 187

PERCOBAAN 4:

KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)


T input (°C)

Toutput (°C)


10.30 10.40 11.10 11.20 11.30 11.40 11.50 12.40 13.00

29 30 31 32 32 34 35 32 32

34 36 37 39 36 40 42 38 37

450 408 436 489 322 507 475 338 395


T input (°C)

Toutput (°C)


10.10 10.20 10.40 10.50 11.10 11.50 12.00 12.50

29 30 29 30 29 28 30 28

35 34 34 37 32 32 37 34

500 650 574 650 761 519 306 296


Waktu (s)

T input (°C)

T output (°C)


10.50 11.00 11.10 11.40 11.50 12.00 12.10 12.20

25 26 26 26 27 28 31 30

30 32 32 29 31 35 37 35

500 650 574 296 306 761 650 519


Waktu (s)

T input (°C)

T output (°C)


10.30 11.10 11.20 11.30 12.30 12.40 12.50

30 31 30 30 33 33 33

35 36 35 36 39 40 39

325 380 453 542 504 589 400


Waktu (s)

T input (°C)

T output (°C)


10.10 10.20 12.00 12.10 12.20 12.30

27 29 30 33 33 33

33 36 37 39 39 40

452 661 580 533 500 655

LAMPIRAN II:

DATA HUBUNGAN INTENSITAS RADIASI MATAHARI TERHADAP PERUBAHAN TEMPERATUR AIR UNTUK BERBAGAI LAJU ALIRAN AIR PADA EMPAT JENIS KOLEKTOR

PERCOBAAN 1:

KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)


14

I d (lux)

ΔT ( o C)

202 214 220 231 240 266 393 580 603 650

4 6 5 5 4 7 9 13 14 14

ΔTair = (0,022 ± 0,002). I d + (0,096 ± 0,601)

Delta T (°C)

12 10 8 6 4 2 150

250

350

450

550

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 1. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

650

Laju aliran air : 4,8 ml/sekon I d (lux)

ΔT ( o C)

181 192 576 606 617 630 630 657 661 665 675 676 681 682 699 704 714

2 3 9 9 10 8 10 8 11 9 9 10 10 11 10 11 10

13

Delta T (°C)

11

ΔT

air

(

)

= 0, 015 ± 0, 001 . I

d

(

+ − 0, 219 ± 0,838

)

9 7 5 3 1 150

250

350

450

550

650


750


7

Delta T (°C)

6

I d (lux)

ΔT ( o C)

362 428 462 469 499 501 522 526 602

2 4 5 4 6 5 5 4 6

ΔTair = (0,014 ± 0,005). I d + (−2,588 ± 2,266)

5 4 3 2 1 340

390

440

490

540

590



9

I d (lux)

ΔT ( o C)

210 330 630 655 687 702 717

1 2 5 7 7 8 7

ΔTair = (0,013 ± 0,001). I d + (−2,054 ± 0,869 )

8

Delta T (°C)

7 6 5 4 3 2 1 0 150

250

350

450

550

650

750



12

ΔT ( o C)

240 344 599 752 786 898

3 4 7 9 10 11

ΔTair = (0,012 ± 0,001) . I + (− 0,181 ± 0,51 d

10

Delta T (°C)

I d (lux)

8 6 4 2 200

300

400

500

600

700

800

900


HUBUNGAN NILAI KONSTANTA 1/ η TERHADAP LAJU ALIRAN AIR ( Vair ) UNTUK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)

⎛ 1 ⎞ 1 /η ⎜ o ⎟ ⎝ C/lux ⎠

η ( c C/lux )

Vair (ml/s) 4,0 4,8 5,0 5,5 5,6

0,025 0,015 0,014 0,013 0,012

40,0 66,6 71,4 76,9 83,3

90 1

1/ η (1/ (°C / lux))

80

η

(

)

= 24 ,9 ± 2 ,8 V

air

(

+ − 56 ,8 ± 14 , 4

)

70 60 50 40 30 3,8

4,3

4,8

5,3

Vair (ml/sekon) Gambar 6. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam dengan lapisan kaca penutup (glazed )

5,8

PERCOBAAN 2:

KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)


8

Delta T (°C)

7

I d (lux)

ΔT ( o C)

320 376 397 425 437 484 510 530

4 4 6 5 6 5 7 7

ΔTair = (0,014 ± 0,005) . I

d

+ (− 0,394 ± 2,301)

6 5 4 3 2 1 300

350

400

450

500

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 7. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

550


ΔT ( o C)

410 420 437 450 463 506 527 531 547 568

6 7 7 9 9 8 8 9 9 8

11

Delta T (°C)

10 9

ΔTair = (0,011 ± 0,005 ) . I

d

+ (2, 435 ± 2,565 )

8 7 6 5 400

450

500

550



6,5 6

(

ΔT ( o C)

245 330 353 408 450 495 507 530 554

3 4 4 5 6 5 5 6 6

)

ΔTair = 0,009 ± 0,002 . I

5,5

Delta T (°C)

I d (lux)

d

(

+ 0,956 ± 0,738

)

5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 200

250

300

350

400

450

500

550


600


7

I d (lux)

ΔT ( o C)

416 424 433 438 447 487 567 630

4 4 5 5 5 5 6 6

(

)

450

500

ΔTair = 0,008 ± 0,002 . I

d

(

+ 0,957 ± 1,109

)

Delta T (°C)

6

5

4

3 400

550

600


650


ΔT ( o C)

203 221 285 327 353 370 418

3 4 4 4 4 5 5

6

Delta T (°C)

5

(

)

ΔTair = 0,007 ± 0,002 . I

d

(

)

+ 1,863 ± 0,711

4

3

2 175

225

275

325

375

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 11. Grafik hubungan delta T ( °C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 6,0 ml/sekon.

425

HUBUNGAN NILAI KONSTANTA 1/ η TERHADAP LAJU ALIRAN AIR ( Vair ) UNTUK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA HITAM TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED).

165

η ( c C/lux )

⎛ 1 ⎞ 1 /η ⎜ o ⎟ ⎝ C/lux ⎠

4,0 4,6 5,1 5,5 6,0

0,014 0,011 0,009 0,008 0,007

71.4 90,9 111,1 125,0 142,8

1

η

145 1/ η (1/ (°C / lux))

Vair (ml/s)

= (36,3 ± 1.3) V

air

+ (− 75,9 ± 7,1)

125 105 85 65 45 3,8

4,3

4,8

5,3

5,8

Vair (ml/sekon) Gambar 12.. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux )) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna hitam tanpa lapisan kaca penutup (unglazed )

6,3

PERCOBAAN 3:

KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED)


ΔT ( o C)

198 248 280 318 413 480 596 636 641 655 661 679 686

1 2 1 3 3 4 5 5 5 6 7 6 7

8

ΔTair = (0,011 ± 0,001) . I

7

Delta T (°C)

6

d

+ (− 1,177 ± 0,657 )

5 4 3 2 1 0 150

250

350

450

550

650

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 13. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed ) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

BIRU


ΔT ( o C)

325 400 498 531 603 623 678

3 4 5 5 6 6 6

7

Delta T (°C)

6

ΔTair = (0,009 ± 0,002 ) . I

d

+ (0,324 ± 1,141)

5 4 3 2 300

350

400

450

500

550

600

650

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 14. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapiisan kaca penutup (glazed ) dengan laju aliran air 5,3 ml/sekon.

700


ΔT ( o C)

464 566 595 610 620 625 654

4 4 5 3 5 5 6

7

Delta T (°C)

6 5

ΔT air = (0,007 ± 0,001) . I

d

+ (− 0,680 ± 0,855 )

4 3 2 300

350

400

450

500

550

600

650

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 15. Grafik hunbungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed ) dengan laju aliran air 5,8 ml/sekon.


ΔT ( o C)

294 428 487 501 574 615 625

4 5 5 5 6 6 6

7

Delta T (°C)

6

(

)

ΔTair = 0,006 ± 0,001 . I

d

(

+ 2,136 ± 0, 469

)

5

4

3 260

310

360

410

460

510

560

610


660


ΔT ( o C)

187 216 220 237 340 401 434

2 3 2 3 3 4 3

5

DeltaT (°C)

4

(

)

ΔTair = 0,005 ± 0,003 . I

d

(

+ 1, 463 ± 0,864

)

3

2

1 170

220

270

320

370

420


470

HUBUNGAN NILAI KONSTANTA 1/ η TERHADAP LAJU ALIRAN AIR ( Vair ) UNTUK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU DENGAN LAPISAN KACA PENUTUP (GLAZED).

Vair (ml/s)

η ( c C/lux )

4,0 5,3 5,8 6,0 6,5

⎛ 1 ⎞ 1 /η ⎜ o ⎟ ⎝ C/lux ⎠

0,011 0,009 0,007 0,006 0,005

90,9 111,1 142,8 166,6 200,0

220

1

1/ η (1/ (°C / lux))

200

η

= (41,9 ± 10,2 ) V + (− 89,7 ± 57,9 ) air

180 160 140 120 100 80 60 3,8

4,3

4,8

5,3

5,8

6,3

Vair (ml/sekon) Gambar 18. Grafik h ubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru dengan lapisan kaca penutup (glazed )

6,8

PERCOBAAN 4:

KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED)


8

Delta T (°C)

7

I d (lux)

ΔT ( o C)

322 338 395 408 436 450 475 489 507

4 6 5 6 6 5 7 7 6

ΔTair = (0,010 ± 0,005) I d + (1,665 ± 3,023)

6 5 4 3 2 300

350

400

450

500

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 19. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed) dengan laju aliran air 4,0 ml/sekon.

550


ΔT ( o C)

296 306 500 519 574 650 650 761

6 7 6 4 5 4 7 3

8

Delta T ( °C)

7

(

)

(

ΔTair = 0,009 ± 0,002 I d + 1, 459 ± 0,753

)

6 5 4 3 2 150

250

350

450

550

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 20. Grafik hubungan delta T ( °C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 5,1 ml/sekon.


8

I d (lux)

ΔT ( o C)

296 306 500 519 574 650 650 761

3 4 5 5 6 6 6 7

(

)

(

ΔT = 0,008 ± 0,001 . I + 1, 203 ± 0,796 air d

)

Delta T (°C)

7 6 5 4 3 2 250

350

450

550

650

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 21. Grafik hubungan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 5,2 ml/sekon.


8

I d (lux)

ΔT ( o C)

325 380 400 453 504 542 589

5 5 6 5 6 6 7

(

)

(

ΔT = 0, 006 ± 0, 002 . I + 2, 785 ± 1, 098 air d

)

Delta T (°C)

7

6

5

4 300

350

400

450

500

550

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 22. Grafik hubngan delta T (°C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 5,5 ml/sekon.

600


Delta T ( °C)

8

ΔT

air

(

I d (lux)

ΔT ( o C)

452 500 533 580 655 661

6 6 6 7 7 7

)

= 0,005 ± 0,003 . I

d

(

+ 3, 242 ± 1,845

)

7

6

5 430

480

530

580

630

Intensitas radiasi matahari (lux) Gam bar 23. Grafik hubungan delta T ( °C) terhadap intensitas radiasi matahari (lux) untuk plat kolektor berw arna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed ) dengan laju aliran air 6,0 ml/sekon.

680

HUBUNGAN NILAI KONSTANTA 1/ η TERHADAP LAJU ALIRAN AIR ( Vair ) UNTUK KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR BERWARNA BIRU TANPA LAPISAN KACA PENUTUP (UNGLAZED).

Vair (ml/s)

η ( c C/lux )

4,0 5,1 5,2 5,5 6,0

⎛ 1 ⎞ 1 /η ⎜ o ⎟ ⎝ C/lux ⎠

0,010 0,009 0,008 0,006 0,005

100,0 111,1 125,0 166,6 200,0

220

1/ η (1/ (°C / lux))

200

1

180

η

= (47,9 ± 17,3) V

air

+ (− 108,2 ± 90,7 )

160 140 120 100 80 60 3,8

4,3

4,8

5,3

5,8

Vair (ml/sekon) Gambar 24. Grafik hubungan nilai konstanta 1/η (1/(°C / lux)) terhadap laju aliran air (ml/sekon) dari kolektor surya plat datar berwarna biru tanpa lapisan kaca penutup (unglazed )

6,3

1

LAMPIRAN III : Gambar kolektor yang digunakan dalam penelitian.

Gambar 1. Kolektor surya plat datar dengan lapisan kaca penutup (glazed)

Gambar 2. Kolektor surya plat datar tanpa lapisan kaca penutup (unglazed)

SKRIPSI. Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika. Oleh :

Recommend Documents