Tugas akhir BAB II LANDASAN TEORI. Proses penelitian suatu alat ataupun mesin yang baik, diperlukan

Tugas akhir BAB II LANDASAN TEORI

Proses penelitian suatu alat ataupun mesin yang baik, diperlukan perencanaan yang cermat dalam perhitungan dan pengumpulan data yang efektif. Teori-teori yang berhubungan dengan proses penelitian perlu dijadikan landasan dalam proses meneliti atau menganalisa konstruksi alat ataupun mesin serta penelitian yang dilakukan, sehingga dapat menghasilkan hasil yang maksimal dan dapat digunakan selanjutnya. Pada bab ini akan dibahas mengenai energi matahari, air laut,Perpindahan Panas, Pengertian Distilasi.

2.1 Matahari Matahari merupakan salah satu energi terbarukan, berada di pusat tata surya dan memancarkan energi radiasi elektromagnetik pada tingkat yang sangat besar dan relative konstan, energi ini diteruskan hingga ke permukaan bumi secara radiasi. Radiasi matahari terjadi karena adanya gelombang elektromagnetik, yang memiliki karakteristik secara umum sama namun dibedakan dalam pengaruhnya, hal ini disebabkan karena perbedaan panjang gelombang masing-masing cahaya. Namun, ada tiga alasan penting mengapa hal ini tidak dapat dilakukan, Pertama, perpindahan bumi dari matahari, dan karena energi matahari yang menyebar seperti cahaya dari lilin, sehingga hanya sebagian kecil dari energi yang mampu meninggalkan energi matahari di wilayah yang sama di bumi. Faktor Program studi teknik mesin universitas Mercu Buana

7

Tugas akhir

kedua, bumi berotasi pada sumbu kutub, sehingga perangkat koleksi yang terletak di permukaan bumi dapat menerima sebagian energi radiasi matahari hanya setiap hari. Faktor ketiga dan paling tidak bisa diprediksi adalah kondisi kulit tipis atmosfer yang mengelilingi permukaan bumi. Atmosfer bumi menyumbang pengurangan 30 persen lagi dalam energi matahari. Seperti banyak diketahui, namun, kondisi cuaca dapat menghentikan semuanya, tetapi jumlah minimal radiasi matahari mencapai permukaan bumi selama beberapa hari berturut-turut. Radiasi yang dipancarkan oleh permukaan matahari, E S , adalah sama dengan hasil perkalian konstanta Stefan-Bolzman (𝜎), pangkat empat temperatur permukaan absolut TS4 dan luas permukaan 𝜋ds2,

E s = 𝜎.𝜋ds2 T S 4 W……………………………………………………… (2.1)

Dimana 𝜎 = 5,67 x 10-8 W/(m2.K4), temperatur permukaan T s dalam K, dan

diameter matahari d s dalam meter.dari gambar di atas dapat dilihat jari-jari R

adalah sama dengan jarak rata-rata antara matahari dan bumi. Luas permukaan bumi adalah sama dengan 4𝜋R2, dan fluksa radiasi pada satu satuan luas dari permukaan bola tersebut yang dinamakan iradiansi, menjadi G=

𝜎𝑑𝑠2 𝑇𝑠4 W/m2………………………………………………….….... 4𝑅 2

(2.2)

Dengan garis tengah matahari 1,39 x 109 m, temperatur permukaan matahari 5762 K, dan jarak rata-rata antara matahari dan bumi sebesar 1,5 x 1011 m, maka fluksa radiasi persatuan luas dalam arah yang tegak lurus pada radiasi tepat diluar atmosfer bumi adalah G=

5,67 𝑥

10−8 𝑊 𝑥(1,39 𝑥109 )2 𝑚2 𝑥(5,762 𝑥103 )4 𝐾4 𝑚2 .𝐾 4(1,5 𝑥1011 )2 𝑚2

= 1353W/m2

Program studi teknik mesin universitas Mercu Buana

8

Tugas akhir

Radiasi surya yang diterima pada satuan luasan di luar atmosfir tegak lurus permukaa matahari pada jarak rata-rata antara matahari dengan bumi disebut konstanta surya adalah 1353 W/m2 dikurangi intesitasnya oleh penyerapan dan pemantulan atmosfer sebelum mencapai permukaan bumi. Ozon di atmosfer menyerap radiasi dengan panjang gelombang pendek (ultraviolet), karbondioksida dan uap air menyerap sebagian radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang (inframerah). Selain pengurangan radiasi bumi yang lansung atau sorotan oleh penyerapan tersebut, masih ada radiasi yang dipancarkan oleh molekulmolekul gas, debu, dan uap air dalam atmosfer sebelum mencapai bumi sebagai radiasi sebaran, Pengukuran berikutnya terjadi apabila permukaan penerima radiasi itu tidak pada kedudukan tegak-lurus sorotan radiasi yang masuk.

2.2 Konstanta Surya Hubungan geometris dari matahari-bumi ditunjukkan Gambar 2.1. Jarak eksentrisnya dari lintasan bumi adalah jarak antara matahari dan bumi dengan variasi 1,7%. Dari hasil pengukuran astronomi didapat jarak rata-rata bumi-matahari adalah 1,495 x 1011 m, dengan sudut kecenderungan matahari 32°. Radiasi yang diemisikan oleh matahari dan ruang angkasa ke bumi menghasilkan intensitas radiasi matahari yang hampir konstan di luar atmosfer bumi. Konstanta matahari, Gsc, adalah energi dari matahari per unit waktu yang diterima pada satu unit luasan permukaan yang tegak lurus arah radiasi matahari pada jarak rata-rata matahari-bumi di luar atmosfer. World Radiation Center (WRC) mengambil nilai konstanta matahari, Gsc, sebesar 1354W/m2, dengan ketidakpastian sebesar 1%. Program studi teknik mesin universitas Mercu Buana

9

Tugas akhir

Konstanta radiasi ekstraterestrial, Gon, yaitu radiasi di luar atmosfer bumi yang diukur pada bidang normal terhadap radiasi pada hari ke-n pada satu tahun. Hal ini dikarenakan orbit bumi sebenarnya berbentuk elips, sehingga perlu sedikit koreksi terhadap konstanta matahari di atas. Jadi sebenarnya ada dua penyebab adanya variasi radiasi ekstraterestrial yaitu variasi radiasi yang diemisikan matahari dan variasi jarak matahari-bumi. Persamaannya [Wiliam A. Beckman Halaman 10] adalah : 360°.𝑛

G 0n = Gsc (1 + 0.033 cos �

365°

�…………………………..............……….(2.3)


10

Tugas akhir

2.3 Jenis–jenis Radiasi Matahari

Radiasi matahari yang mengenai suatu kolektor di permukaan bumi dibedakan menjadi :

Sebaran

Sorotan

pantulan

Gambar 2.2 Jenis radiasi matahari yang mengenai permukaan 1. Radiasi langsung (beam) : yaitu radiasi surya yang diterima dari matahari tanpa disebarkan oleh atmosfer. 2.

Radiasi hambur (diffuse) : yaitu radiasi surya yang diterima dari matahari sesudah arahnya berubah setelah terpencar oleh atmosfer.

3.

Radiasi pantulan tanah (ground reflected)

4. Radiasi total : yaitu penjumlahan dari radiasi beam, diffuse dan pantulan tanah.


11

Tugas akhir

2.4 Pengaruh Posisi Relatif Matahari Terhadap Bumi Posisi relatif matahari terhadap suatu bidang di bumi bisa dinyatakan dalam beberapa sudut. Beberapa diantaranya bisa dilihat pada gambar 2.2. Sudut sudut itu adalah:

Gamabar 2.3 beberapa sudut penting dalam eneergi surya a. ∅, latitude (garis lintang) : Sudut lokasi di sebelah utara atau selatan dari equator (khatulistiwa), utara positif ; -90° £ f £ 90°.

b. δ, declination (deklinasi) : Sudut posisi matahari saat solar noon yang berhubungan terhadap bidang khatulistiwa, utara positif; -23,45° < d < 23,45°. Sudut deklinasi bisa dihitung dengan persamaan [Wiliam A. Beckman Halaman 13]: δ =23,45 sin �

360(284+𝑛) 365

�……………...………………………………(2.4)

di mana n : tanggal ke-n pada suatu tahun [Wiliam A. Beckman Halaman 14]

c. 𝛽, slope (kemiringan) : Sudut antara permukaan bidang yang ditanyakan Program studi teknik mesin universitas Mercu Buana

12

Tugas akhir

dengan permukaan horisontal ; 0° £ b £ 180°. d. 𝛾, surface azimuth angle (sudut permukaan azimuth) : Proyeksi ke bidang horisontal normal terhadap permukaan dari lokasi bujur, dengan nol menghadap selatan, timur negatif, barat positif ; -180° £ g £ 180°. e. 𝜔, hour angle (sudut jam) : Sudut penyimpangan matahari di sebelah timur atau barat garis bujur lokal karena rotasi pada porosnya sebesar 15° per jam ; sebelum jam 12.00 negatif, setelah jam 12.00 positif. hour angle bisa dihitung dengan persamaan : 𝜔

= 15° (ST – 12:00:00)………………….…………………….(2.5)

Waktu penyamaan adalah faktor untuk memperhitungkan efek orbit bumi yang bersifateliptis. E = 229,2 (0,000075 + 0,001868 )cos B – (0,032077) sin B – (0,014615 )cos2B – 0,04089 sin2B)………………………………………………………(2.6) dengan: B=

360(𝑛−1) 365

……………………………………………………………(2.7)

Waktu yang sering digunakan (waktu sipil) tidak selalu sama dengan waktu matahari maka untuk menentukan waktu surya bisa menggunakan persamaan ini. Solar Time = Standart Time + [4(Lst – Lloc) + E]……………………(2.8) Standart time diambil jam tengah antara jam awal pengambilan data dan jam akhir pengambilan data f.

θ, angle of incidence (sudut datang) : Sudut antara permukaan radiasi


13

Tugas akhir

langsung normal vertikal terhadap radiasi langsung vertikal kolektor. g. θ z , zenith angle (sudut zenith) : Sudut antara garis vertikal bidang normal dan garis dating sinar matahari sudut zenith dapat dihitung menggunakan persamaan : cos 𝜃z = cos 𝛿 cos ∅ cos 𝜔 + sin 𝛿 sin ∅……………………………(2.9) h. 𝛼 s , solar altitude angle (sudut ketinggian matahari) : Sudut antara garis R

horisontal dengan garis matahari datang.

Untuk menghitung sudut azimuth matahari bisa menggunakan persamaan: αs = 90° - 𝜃z…………………………………………………....(2.10) i.

𝛾s, solar azimuth angle (sudut azimuth matahari) : Sudut penyimpangan

dari selatan dengan proyeksi radiasi langsung pada bidang horisontal. Penyimpangan ke sebelah timur adalah negatif dan ke sebelah barat adalah positif. Untuk menghitung sudut azimuth matahari bisa menggunakan persamaan: 𝑠𝑖𝑛𝛾𝑠 =

𝑠𝑖𝑛𝜔𝑐𝑜𝑠𝛿 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑧

……………………………………………….…......(2.11)

2.5 Radiasi Ekstraterrestrial pada Permukaan Horizontal Pada suatu waktu (sembarang), radiasi surya yang mengenai permukaan horisontal di luar atmosfer adalah radiasi surya masuk normal dibagi dengan Rb (faktor geometris), persamaannya [Wiliam A. Beckman Halaman 40 ] adalah:


14

Tugas akhir 360°.𝑛

G 0 = Gsc (1 + 0.033 cos �

365°

� . 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑧)……………………..(2.12)

2.6 Distribusi Radiasi Matahari pada Suatu Hari dan Jam dengan Cuaca Cerah dan Berawan Indeks kecerahan rata-rata KT , adalah perbandingan antara radiasi ratarata pada permukaan horisontal terhadap radiasi rata-rata ekstraterrestrial. Dengan persamaan [Wiliam A. Beckman Halaman 77]: 𝐺

K T = 𝐺0………………………………………………..………….(2.13)

2.7 Komponen Radiasi Langsung dan Sebaran Per Jam Pada bagian ini akan dijelaskan metode perhitungan untuk memisahkan beam dan diffuse radiation dari radiasi horisontal total. Pemisahan komponen ini diperlukan untuk menghitung radiasi total pada permukaan dengan orientasi yang berbeda dari data pada permukaan horisontal. Persamaan yang digunakan adalah [Wiliam A. Beckman Halaman 82]:


15

Tugas akhir

𝐺𝑑 𝐺

1,0 − 0,08 𝐾𝑇

⎧ ⎪

0,9511 − 0,1604 𝐾𝑇 + 4,388 𝐾𝑇 2 ={ 3 4 ⎨ − 16,638 𝐾𝑇 + 12,336 𝐾𝑇 ⎪ ⎩ 0,165

K T≤0,22

0,22≤ K T≤ 0,80 K T≥0,80

……………………………………………………..………..(2.14)

2.8 AIR LAUT

Air laut adalah air dari laut yang memiliki kadar garam rata-rata 3,5%. Walaupun kebanyakan air laut di dunia memiliki kadar garam sekitar 3,5 %, air laut juga berbeda-beda kandungan garamnya. Air laut menjadi asin akibat suhu tinggi dan sirkulasi terbatas yang mengakibatkan penguapan tinggi dan sedikit masukan air dari sungai-sungai. Maka kadar garam di beberapa danau dapat menjadi lebih tinggi. Air laut memiliki kadar garam karena bumi dipenuhi dengan garam mineral yang terdapat di dalam batu-batuan dan tanah. Contohnya natrium, kalium, kalsium, dll. Apabila air sungai mengalir ke lautan, air tersebut membawa garam. Ombak laut yang memukul pantai juga dapat menghasilkan garam yang terdapat pada batu-batuan. Lama-kelamaan air laut menjadi asin karena banyak mengandung garam.


16

Chemical ion

valence

Tugas akhir concentration

part of salinity molecular

mmol/

ppm, mg/kg

%

kg

weight

Chloride Cl

-1

19345

55.03

35.453

546

Sodium Na

+1

10752

30.59

22.990

468

Sulfate SO4

-2

2701

7.68

96.062

28.1

Magnesium Mg

+2

1295

3.68

24.305

53.3

Calcium Ca

+2

416

1.18

40.078

10.4

Potassium K

+1

390

1.11

39.098

9.97

Bicarbonate HCO3

-1

145

0.41

61.016

2.34

Bromide Br

-1

66

0.19

79.904

0.83

Borate BO3

-3

27

0.08

58.808

0.46

Strontium Sr

+2

13

0.04

87.620

0.091

Fluoride F

-1

1

0.003

18.998

0.068

Tabel 2.1 Elemen-elemen yang dikandung air laut (sumber :www.seafriend.org.nz/oceano/seawaterhtml)


17

2.9 Pengertian termodinamika

Tugas akhir

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana

banyak

hubungan

termodinamika

berasal.

Termodinamika

merupakan suatu cabang ilmu yang mempelajari tentang energi. Membahas kaitan antara energi panas dan kerja yang dihasilkan dari energi tersebut. Sebagaimana kita ketahui bahwa di alam ini energi terdiri dari berbagai macam bentuk selain energi panas ada energi kimia, kinetik, potensial, nuklir, listrik dan masih banyak lagi. Energi itu dapat berubah menjadi bentuk lain yang terjadi secara alami ataupun melalui rekayasa teknologi. Selain itu energi juga tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung).

2.10 Prinsip termodinamika

Prinsip dari ilmu termodinamika banyak terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Bumi yang menerima energi panas dari matahari, dimana energi tersebut berubah menjadi bentuk lain seperti angin, gelombang laut dan sebagainya., prinsip termodinamika berupa konversi energi sangat kompleks terjadi di dalam diri manusia. Mulai dari bahan makanan yang Program studi teknik mesin universitas Mercu Buana

18

Tugas akhir

dikonsumsi kemudian berubah menjadi tenaga merupakan konsep termodinamika.

Prinsip

termodinamika

juga

digunakan

untuk

mempermudah manusia dalam bekerja. Didukung dengan teknologi yang semakin berkembang, prinsip termodinamika digunakan dibarbagai dunia industri, automotif, pembangkit listrik dan sebagainya. Termodinamika telah merubah sistem industri didunia, dari yang awalnya menggunakan kayu bakar untuk memasak sampai menggunakan listrik untuk memasak. Hal ini karena termodinamika merupakan hukum- hukum yang menyangkut banyak hal dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contoh yang paling sederhana adalah es didalam gelas yang menyebabkan terjadi pengembunan diluar gelas, padahal terpisahkan oleh medium gelas (glass) yang memisahkan permukaan luar dan permukaan dalam. Proses timbulnya air pada permukaan gelas itu menandakan adanya suatu sistem yang terjadi pada perstiwa ini, sistem yang terjadi adalah bahwa udara yang ada di sekeliling gelas mengandung uap air. Ketika gelas diisi es, gelas menjadi dingin. Udara yang bersentuhan dengan gelas dingin ini akan turun suhunya. Uap air yang ada di udara pun ikut mendingin. Jika suhunya sudah cukup dingin, uap air ini akan mengembun membentuk tetes-tetes air di bagian luar gelas. Hal ini merupakan peristiwa termodinamika yang sesuai dengan hukum termodinamika yang ke dua yang berbunyi Berikut “Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya”. Dari hukum ini Program studi teknik mesin universitas Mercu Buana

19

Tugas akhir

proses yang terjadi didalam gelas merupakan proses penyerapan panas dengan kata lain udara akan berubah menjadi dingin, sementar udara mengandung kadar air yang tinggi pda kelembaban yang tinggi, sehingga ketika udara dingin akan membuatnya mengembun sehingga timbul air pada permukaan luar pada gelas.. Dari contoh es pada gelas diatas merupakan sistem pertukaran secara tertutup karena terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan menggunakan media pembatas

rigid

(tidak

mempertukarkan

boleh

panas

mempertukarkan melalui

kerja)

dengan

medium

gelas.

(http://www.slideshare.net/intandwisari3/makalah-termodinamika)

2.11Hukum termodinamika

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi total sistem tetap konstan, bahkan jika itu diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Misalnya, energi kinetik – energi yang memiliki obyek ketika bergerak – diubah menjadi energi panas ketika sopir menekan rem pada mobil untuk memperlambatnya. Ada sering menangkap frase untuk membantu orang mengingat hukum pertama termodinamika: “Usaha adalah kalor, dan kalor adalah usaha.” Pada dasarnya, usaha dan panas yang setara.

Hukum kedua termodinamika adalah salah satu hukum yang paling dasar dalam ilmu pengetahuan. Ini menyatakan bahwa panas tidak bisa mengalir ke sistem pada suhu yang lebih tinggi dari sistem pada suhu yang


20

Tugas akhir

lebih rendah dengan kemauan sendiri. Untuk tindakan tersebut terjadi, usaha harus dilakukan. Jika es batu ditempatkan dalam secangkir air hangat, es batu mencair saat panas air mengalir ke dalamnya. Hasil akhirnya adalah secangkir air yang sedikit dingin. Es batu hanya bisa terbentuk jika menggunakan energi.

Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa perubahan entropi dari suatu sistem ketika mengubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya mendekati nol suhunya mendekati nol pada skala Kelvin. Nol pada skala Kelvin adalah mutlak batas bawah suhu – ketika atom dan molekul memiliki

energi

paling

mungkin.

Entropi

didefinisikan

sebagai

ketersediaan energi sistem untuk melakukan pekerjaan. Jadi, berikut bahwa ada skala absolut entropi. Akibatnya, tidak ada sistem nyata yang bisa

mencapai

nol

derajat

pada

skala

Kelvin.

(http://www.sridianti.com/pengertian-termodinamika.html)

2.12

Pengertian Destilasi Destilasi merupakan proses pemisahan yang berdasarkan perbedaan titik

didih dari komponen-komponen yang akan dipisahkan. Penggunaan pertama yang tercatat dari distilasi ini oleh alkimiawanArab abad ke 16. Proyek distilasi surya skala besar pertama kali dibangun pada tahun 1872 di kota tambang Las Salinas di Chile. Proyek ini memiliki area pengumpulan energi surya seluas 4.700 m2 dan dapat memproduksi hingga 22.700 L per hari dan beroperasi selama 40 tahun. Jenis rancangan penyuling meliputi miringan tunggal, miringan ganda (atau tipe


21

Tugas akhir

rumah kaca), vertikal, kerucut, peredam terbalik, multi sumbu dan multi efek. Destilasi sering digunakan dalam proses isolasi komponen, pemekatan larutan, dan juga pemurnian komponen cair. Proses distilasi didahului dengan penguapan senyawa cair dengan pemanasan, dilanjutkan dengan pengembunan uap yang terbentuk dan ditampung dalam wadah. Distilator surya dibuat dengan bentuk tadahan-tadahan air sebagai tempat menuangkan air yang akan didistilasi. Jenis dan macam distilator sangat bervariasi, tetapi menurut Meyers,R.A. (1992)distilator yang lazim digunakan dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis. Adapun jenis-jenisdistilator dimaksud yaitu flash distilator, batch distilator dan extractive & azeotropic distilator.Flash distilator adalah jenis distilator yang bahan bakunya dimasukkan secara terusmenerus,sehingga kontinyuitas bahan aku dan produksinya akan terus mengalir sepanjang waktu. Batchdistilator merupakan jenis distilator dimana bahan baku yang dimasukan diproses sampaidengan habis teruapkan. Setelah habis teruapkan, bahan baku berikut dimasukkan kembali.Batch distilator sering juga disebut sebagi distilator tipe curah. Extractive & azeotropicdistilator pada dasarnya sama dengan flash atau batch, yang membedakannya adalah bahwapada jenis extractive & azeotropic distilator ini, bahan yang akan disuling dicampur denganbahan pelarut tertentu (solvent). Solvent ini berfungsi untuk dapat dengan cepat memisahkancairan atau minyak yang diinginkan (ekstraksi), kemudian diuapkan. Selanjutnya uapdiembunkan dan ditampung, sebagai hasil dari proses destilasi. 2.13Distilasi Surya Tipe Basin


22

Tugas akhir

Prinsip kerja distilasi surya tipe basin diperhatikan pada gambar di bawah ini radiasi surya menembus kaca penutup dan mengenai permukaan dari plat penyerap, maka plat penyerap akan panas dan energi panas dari plat penyerap akan memanasi air laut yang ada di dalam baskom (basin). Air akan menguap dan berkumpul dibawah permukaan kaca penutup. Oleh karena itu temperatur udara di dalam basin lebih tinggi dari pada temperatur lingkungan sekitar basin, maka terjadi kondensasi yaitu uap berubah menjadi cair dan melekat pada kaca penutup bagian dalam. Cairan (air bersih) akan mengalir mengikuti kemiringan kaca penutup dan masuk kedalam kanal, lalu mengalir ke tempat penampungan air bersih. Sedangkan garam akan teringgal diatas plat penyerap karena adanya perbedaan massa jenis.

Gambar 2.4 Destilasi surya tipe dua permukaan kaca miring (Dikutip dari Mulyadi dkk, 2006)


23

Tugas akhir

Keterangan gambar. 1. kaca penutup 2. kanal 3. plat penyerap 4. Basin 5. Isolasi 6. rangka 7. Tabung, tempat air bersih 8. pipa 9. Katup 10. Reservoir air laut

Gambar 2.5 Destilasi surya tipe satu permukaan kaca miring (Dikutip dari Mulyadi dkk, 2006)


24

Tugas akhir 2.14

Perpindahan Panas Perpindahan panas adalah salah satu dari displin ilmu teknik termal yang

mempelajari cara menghasilkan panas, menggunakan panas, mengubah panas, dan menukarkan panas di antara sistem fisik. Perpindahan panas diklasifikasikan menjadi konduktivitas termal, konveksi termal, radiasi termal, dan perpindahan panas melalui perubahan fasa. Ada tiga cara pemindahan panas yakni: 2.14.1 . Konduksi Konduksi ialah pemindahan panas yang dihasilkan dari kontak langsung antara permukaan-permukaan benda. Konduksi terjadi hanya dengan menyentuh atau menghubungkan permukaan-permukaan yang mengandung panas. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal (kemampuan mengalirkan panas) tertentu yang akan mempengaruhi panas yang dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal suatu benda, semakin cepat ia mengalirkan panas yang diterima dari satu sisi ke sisi yang lain. Pada konduksi, berlaku hukum Fourier :

𝒅𝑻

𝒒𝒙 = 𝒅𝒙

�𝒌𝑨

keterangan : qx

𝒅𝑻

𝒒𝒙 = 𝒌 𝑨 𝒅𝒙

: Laju pindah panas dalam arah x (Watt atau cal/dt, atau Btu/jam)

dT : Perbedaan temperatur (K, °C atau °F) dx

: Jarak perpindahan panas (m, cm atau ft) A Program studi teknik mesin universitas Mercu Buana

: Luas penampang (m2, cm2, 25

atau ft2) k

Tugas akhir

: konduktifitas panas (Watt/m.k, cal/dt.oC.cm, atau Btu/jam.oF.ft)

2.14.2 Konveksi Perpindahan panas konveksi atau konveksi adalah perpindahan panas dari satu tempat ke tempat lain karena adanya perpindahan fluida, proses perpindahan panas melalui perpindahan massa. Gerak serempak fluida menambah perpindahan panas pada banyak kondisi, seperti misalnya antara permukaan solid dan permukaan fluida. Konveksi adalah perpindahan panas yang umum pada cairan dan gas. Pendinginan atau pemanasan konveksi di banyak kasus dapat dijelaskan oleh Hukum Newton tentang pendinginan: "Kecepatan hilangnya panas pada benda sebanding dengan perbedaan temperatur antara benda tersebut dengan lingkungannya." Meskipun begitu, dari definisinya, hukum Newton tentang pendinginan ini membutuhkan kecepatan panas hilang yang membentuk garis linear pada grafik fungsi ("sebanding dengan"). Padahal, secara umum, konveksi tidak pernah membentuk gradien garis lurus. Maka, hukum Newton tidak berlaku. Laju pindah panas secara konveksi.

q = hA (Tw – Tf) keterangan : q : laju pindah panas (Watt) h : koefisien pindah panas konveksi (W/m2.K)


26

A : luas area pindah panas (m2)

Tugas akhir

Tw: temperatur permukaan padat (K) Tf : temperatur rata-rata fluida yang mengalir (K)

2.14.3. Radiasi. Radiasi ialah pemindahan panas atas dasar gelombang-gelombang elektromagnetik. Misalnya tubuh manusia akan mendapat panas pancaran dari setiap permukaan dari suhu yang lebih tinggi dan ia akan kehilangan panas atau memancarkan panas kepada setiap obyek atau permukaan yang lebih sejuk dari tubuh manusia itu. Panas pancaran yang diperoleh atau hilang, tidak dipengaruhi oleh gerakan udara, juga tidak oleh suhu udara antara permukaan-permukaan atau obyek-obyek yang memancar, sehingga radiasi dapat terjadi di ruang hampa. Jumlah keseluruhan perpindahan panas yang dihasilkan oleh masing-masing cara hampir seluruhnya ditentukan oleh kondisi-kondisi lingkungan. Umpamanya, udara yang jenuh tak dapat menerima kelembaban tubuh, sehingga pemindahan panas tak dapat terjadi melalui penguapan. Pengondisian suatu ruang seharusnya meningkatkan laju kehilangan panas bila para penghuni terlalu panas dan mengurangi laju kehilangan panas bila mereka terlalu dingin. Tujuan ini tercapai dengan mengolah dan menyampaikan udara yang nyaman dari segi suhu, uap air (kelembaban), dan velositas (gerak udara dan pola-pola distribusi). Kebersihan udara dan hilangnya bau (melalui ventilasi) merupakan kondisi-kondisi kenyamanan tambahan yang harus dikendalikan oleh sistem penghawaan buatan.

𝒒 = 𝑨. 𝝈. 𝑻𝟒 . 𝜺


27

Tugas akhir

keterangan : q : aliran panas (Watt)

𝜎 : konstanta radiasi = 5.676 x 10−8 W/m².K

= 0.1714 x 10−8 Btu/h.ft².R4

A : luas permukaan (m²) T : suhu (K atau °R )

𝜀 : emisifitas = 1 untuk benda hitam

Dibawah ini terdapat diagram aliran energi pada basin solar still

Gambar 2.6 Perpindahan panas Keterangan gambar : 𝑇𝑎 𝑇𝑔

= Temperatur Lingkungan (K)

𝑇𝑤

= Temperatur air (K)

𝑇𝑡𝑠𝑣

= Temperatur ruang Basin (K)

= Temperaur permukaan kaca (K)

𝑇𝑝

= Temperatur Plat Absorber (K)

IT

= itensitas matahari

qr,1

= laju perpindahan panas radiasi dari air kolektor ke permukaan


28

dalam kaca

qc,1

Tugas akhir

= Laju perpindahan panas konveksi dari uap air kepermukaan

dalam kaca qc,w

= Laju perpindahan panas konveksi dari air

qk

= Laju perpindahan panas konduksi dari kolektor kedinding luar

qr,o

= Laju perpindahan panas radiasi yang hilang dari kaca

qc,o

= Laju perpindahan panas konveksi dari kaca keudara

Thermal konduktivitas adalah sifat material yang mampu menyerap, menerima dan memantulkan panas. Dibawah ini terdapat tabel jenis-jenis matrial dan nilai thermal konduktivitasnya.


29

Tugas akhir Material

Thermal Konduktivitas (W/mK)

Tembaga

386

Aluminium

204

Baja karbon

54

Kaca

0,75

Plastik

0,2-0,3

Air

0,6

Engine oil

0,15

Freon

0,07

Hydrgen

0,18

Udara

0,026 Tabel 2.2

(Sumber. Basic Heat Transfer , Frank Keith, hal.11)


30

Tugas akhir 2.15

Penelitian-penelitian sebelumnya Pada penelitian-penelitian sebelumnnya tentang alat distilator surya ini

antara lain: 1. Mulyanef, dkk. Melakukan penelitian alat distilator surya dengan membuat tiga tipe kaca penutup kolektor plat datar yang akan diteliti, yaitu tipe satu permukaan kaca miring, tipe dua permukaan kaca miring dan tipe empat permukaan kaca miring dengan luas plat kolektor datar 0,45 m2 . Volume air di dalam kolekor adalah 9 liter dan isolasi dari serabut kaca. Hasil pengujian menunjukkan tipe dua permukaan kaca miring menghasilkan kondesat terbantak 255 ml/jam, dengan intensitas surya tertinggi 757,37 w/m2 . 2. Dadang Abdul Kholik, melakukan penelitian distilator surya tipe atap yang digabung dengan Solar Collector plat datar. Hasil pengujian mengatakan bahwa solar collector memiliki kontribusi sampai 60% terhadap proses penguapan. 3. Jurnal Ilmu Teknik (Engineering) Unika Atmajaya Vol.14 No.2 Oktober 2002 (halaman 147-154), menelii bahan absorber / penyerap pada alat distilator surya. Lima jenis absorber yang diteliti bahan plat dasar aluminium dengan lapisan cat phylox hitam dan lapisan cat papan tulis, plat dasar tembaga dengan lapisan cat phylox hitam dan cat papan tulis, plat dasar tembaga dengan cat papan tulis dengan diberi lapisan batu kerikil. Hasil penelitian menunjukkan jenis absorber dengan plat dasar


31

Tugas akhir

tembaga cat papan tulis mempunyai karakteristik absorplance paling besar yaitu 0,92


32

Tugas akhir BAB II LANDASAN TEORI. Proses penelitian suatu alat ataupun mesin yang baik, diperlukan

Recommend Documents