33
BAB IV DATA DAN ANALISA DATA
4.1 Design Kompor Surya
Gambar 4.1 Rancangan Kompor surya Keterangan gambar 4.1 :
1 Dinding kayu tebal 15 mm 2 Polystyrene tebal 40 mm
3 Rockwool tebal 50 mm 4 Plat aluminium tipe A380 tebal 2 mm
5 Kaca tipe plat tebal 5 mm
Universitas Sumatera Utara
34
4.2 Rancangan Perhitungan Kehilangan Panas Kompor Surya
Diketahui : Kecepatan Udara diperoleh dari Hobov = 1,56
K
kayu
= 0,19 Wm. K
K
rockwoll
= 0,042 Wm. K
K
polysterene
= 0,036 Wm. K
K
kaca
= 1,4 Wm. K
K
aluminium
= 237 Wm. K
T LingkunganTe = 25
o
C + 273 =298 K T Akhir Ts
= 130
o
C + 273 = 403 K Selanjutnya dihitung kehilangan panas pada solar box cooker
Dalam perhitungan ini kompor surya diasumsikan dibagi kedalam 2 bagian yakni bagian 1 yaitu kotak persegi dan bagian 2 yaitu kotak yang dilengkapi absorber
miring.
Bagian 1
A
1
,
kayu
A
1
,
polystrene
A
1
,
rockwool
A
1
,
aluminium
A
4
,
kayu
A
4
,
polystrene
A
4
,
rockwool
A
4
,
aluminium
A
5
,
kayu
A
5
,
polystrene
A
5
,
rockwool
A
5
,
aluminium
A
6
,
kaca
Gambar 4.2. Body 1 Kompor Surya
Universitas Sumatera Utara
35 Luas Permukaan sisi kompor surya yang mengalami perpindahan panas dari
dalam kompor ke lingkungan pada body 1, yakni : A
1,kayu
= 0,485x0,785 = 0,380725 m
2
A
1,polystyrene
= 0,410x0,730 = 0,2993 m
2
A
1
,
rockwool
= 0,360x0,638 = 0,22968 m
2
A
1,aluminium
= 0,358x 0,586 = 0,209788 m
2
A
4,kayu
= 0,157x0,785 = 0,123245 m
2
A
4,polystyrene
= 0,157x0,730 = 0,11461 m
2
A
4
,
rockwool
= 0,157x0,638 = 0,100166 m
2
A
4,aluminium
= 0,207x0,586 = 0,121302 m
2
A
5,kayu
= 0,800x0,800 = 0,64 m
2
A
5,polystyrene
= 0,770x0,770 = 0,5929 m
2
A
5
,
rockwool
= 0,690x0,690 = 0,4761 m
2
A
5,aluminium
= 0,590x0,590 = 0,3481 m
2
A
kaca
= 0,590 x 0,590 = 0,3481 m
2
1. Mencari koefisien konveksi permukaan dinding luar bagian 1 melalui udara lingkungan,
Te = 25
o
C Hitung bilangan Reynold
Rumus = Re =
ρ .v.l ϻ
Dimana : Re = Bilangan Reynold
ρ = Massa Jenis kgm
3
v = Kecepatan Udara ms = 1,56 ms μ = Viskositas N.sm
2
l = lebar atau tinggi kotak box m = 0,8 m Properti udara dievaluasi pada Te = 25
o
C atau 298 K.
Te K ρ
kgm
3
ϻ10
7
N.sm
2
V10
6
ms k10
3
Wm.k α
m
2
s Pr
250 1,3947
159,6 11,44
22,3 15,9
0,72 298
1,17073 183,6 15,712 26,14
22,236 0,70752 300
1,1614 184,6
15,89 26,3
22,5 0,707
Maka,
Universitas Sumatera Utara
36 Re =
ρ .v.l
1
μ
Re =
1,17073 kg
m
3
1,56m s 0,8 m
181,1 10
−7
N.s m
2
Re = 79.579,169 Mencari bilangan Nusselt
Karena bilangan Re = 79.579,169 5 x 10
5
maka tergolong aliran laminar Rumus bilangan Nusselt
yang dipakai adalah Rumus :
�
1
= 0,664 �
� 0,5
�
1 3
�
1
= 0,664 79.579,169
0,5
0,708
1 3
�
1
= 166,379 Mencari koefisien konveksi Udara lingkungan ℎ
1
Rumus : �
1
=
h
1
.l k
Dimana : �
1
= bilangan Nusselt rata-rata h
1
= koefisien konveksi Wm
2
.K k = konduktivitas termal Wm.K
l = tinggi atau lebar m
166,379=
h
1
0.8 26,14 10
−3
ℎ
1
= 5,436 Wm
2
K
2. Perhitungan Kehilangan Panas Pada dinding. Dalam menghitung kehilangan panas total pada dinding yaitu penjumlahan
panas yang hilang pada keempat sisi kotak, yaitu : Q
dinding total
= Q
d1
+ Q
d2
+ Q
d3
+ Q
d4
� ∶
= .
� �� − �
1
=
1
.
� � �
+
2 �
+
3 �
� � �
+
4 �
+
1 ℎ
1
Universitas Sumatera Utara
37 Penyelesaian :
1
=
� −�∞
� .�1 �
+
� � .�1 � �
+
� � �
.�1 � � �
+
� .�1 �
+
1 ℎ1.�1 �
1
=
403 −298
0.002 237 0,209788
+
0.05 0,042 0,22968
+
0.04 0,036 0,2993
+
0.015 0,19 x 0,380725
+
1 5,436 x 0,380725 �
1
=11,06 W Dari data yang ada diketahui bahwa Q
d1
= Q
d2
= Q
d3
, maka dicari Q
d4
sebagai berikut :
4
=
� −�∞
� .�4 �
+
� � .�4 � �
+
� � �
.�4 � � �
+
� .�4 �
+
1 ℎ1.�4 �
4
= 403
− 293 0.002
237 0,121302 +
0.05 0,042 0,100166
+ 0.04
0,036 0,11461 +
0.015 0,19 0,123245
�
+ 1
5,436 0,123245
�
4
=4,43 W Q
total
dinding sebagai berikut : Q
dinding total
= Q
d1
+ Q
d2
+ Q
d3
+ Q
d4
= 3.Q
d1
+ Q
d4
= 3 x 11,06 W + 4,43 W = 37,609 W
Maka, Panas total yang hilang melalui dinding adalah 37,609 W 3. Kehilangan Panas Pada Alas
� �
=
� −�∞
� .�5 �
+
� � .�5 � �
+
� � �
.�5 � � �
+
� .�5 �
+
1 ℎ1.�1 �
� �
=
403 −298
0.002 237 0,3481
+
0.05 0,042 0,4761
+
0.04 0,036 0,5929
+
0.015 0,19 0,64 �
+
1 5,436 0,64 �
� �
= 21,942 W Maka, Panas yang hilang melalui alas adalah 21,942 W
Universitas Sumatera Utara
38 4. Mencari koefisien Konveksi dari kaca dalam II yang dipanasi ke kaca luarI.
Diketahui :
Panas Dingin
T
H
T
C
H
L Fluida
g
TkacaII T
H
= 130
o
C = 403 K TkacaI Tr
= 25
o
C = 298 K g
= 9,81 ms β
= 1Tr = 1298 = 0,00335 L
= 0,015 m Asumsi : perpindahan panas terjadi secara konveksi pada ruangan tertutup.
Properti udara dievaluasi pada temperatur film, T
f
= T
H
+ T
r
2 = 77,5
o
C = 350,5 K.
Te K ρ kgm3
μ10
7
N.sm2 v10
6
ms
k10
3
Wm.k α10
6
m
2
s Pr
300 1,1614
184,6 15,89
26,3 22,5
0,707 350,5
0,99334 208,436
20,9703 30,037
29,974 0,69993
350 0,9950
208,2 20,92
30 29,9
0,7
Mencari bilangan grashof yang dirumuskan dengan : =
�
2
��� − �
3
�
2
=
0,99334
2
kg m
3
x 9.81 m
s
2
x 0.00336 x 403 − 298K x 0,015
3
m
208,436x
10
−7 2
= 2,65 10
4
Mencari Bilangan Rayleigh, �� dengan rumus berikut : �� =
� �� = 2,65 10
4
0,69993
�� = 1,85 10
4
Universitas Sumatera Utara
39
Mencari bilangan Nusselt, Nu dengan rumus berikut : � = 0,195 ��
0.25
� = 2,28 Maka, Koefisien konveksinya adalah
ℎ = �
ℎ = 2,28 30,037
10
−3
0,015 ℎ
2
= 4,558 Wm
2
5. Mencari koefisien Konveksi dari permukaan kaca luar I pada pintu kaca 1. Diketahui : L = 0,59 m
Asumsikan permukaan luar kaca terjadi konveksi paksa akibat aliran angin dengan kecepatan v = 1,56 ms.
Properti udara dievaluasi pada Te = 25
o
C atau 298 K.
TeK ρkgm
3
μ10
-7
N.sm
2
v10
-6
k10
-3
Wm.k
10
-6
m
2
s Pr
250
1,3947 159,6
11,44 22,3
15,9 0,72
298
1,17073 183,6
15,712 26,14
22,236 0,708
300
1,1614 184,6
15,89 26,3
22,5 0,707
Menghitung Bilangan Reynold, Re dengan rumus berikut : Re =
ρ .v.l
2
μ
Re =
1,17073 kg
m
3
1,56m s 0,59 m
183,6 10
−7
N.s m
2
Re = 58.689 Mencari bilangan Nusselt
Karena bilangan Re = 58.689 5 x 10
5
maka tergolong aliran laminar Rumus bilangan Nusselt
yang dipakai adalah Rumus :
�
3
= 0,664 �
� 0,5
�
1 3
�
3
= 0,664 58.689
0,5
0,708
1 3
�
3
= 142,883
Universitas Sumatera Utara
40 Mencari koefisien konveksi Udara lingkungan ℎ
3
Rumus : �
3
=
h
3
.l k
Dimana : �
3
= bilangan Nusselt rata-rata h
3
= koefisien konveksi Wm
2
.K k = konduktivitas termal Wm.K
l = tinggi atau lebar m 142,883=
h
3
0,56 26,14 10
−3
ℎ
3
= 6,33 Wm
2
K 6. Kehilangan Panas Pada Kaca
Maka kehilangan total panas melalui kaca dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
��� ,1
=
� − � .�
��� ���
���
+
1 ℎ2
+
��� ���
+
1 ℎ3
h
2
= koefisien konveksi permukaan kaca dalam Wm
2
K h
3
= koefisien konveksi permukaan luar Wm
2
K
��� ,1
= kehilangan panas kaca pintu 1 W
��� ,1
=
403−298 .0,3481
0,005 1,4
+
1 4,558
+
0,005 1,4
+
1 6,33
��� ,1
= 95,059 W 7. Mencari Total Kehilangan Panas pada body 1, Q
total body1
adalah Q
total body1
= Q
dinding
+ Q
alas
+ Q
kaca,1
Q
total body1
= 37,609W + 21,942 W + 95,059 W
Q
total body1
= 154,61 W Maka total kehilangan panas pada body 1 adalah 154,61 W
Universitas Sumatera Utara
41
Bagian 2
A
9
,
ka yu
A
9
,
po ly
str en
e
A
9
,
ro ck
wo ol
A
9
,
al um
in iu
m
A
7
,
ka yu
A
7
,
po lys
tre ne
A
7
,
ro ck
wo ol
A
7
,
al um
in iu
m
A
10
,
ka yu
A
10
,
po ly
str en
e
A
10
,
ro ck
wo ol
A
10
,
al um
in iu
m
A
11
,
ka ca
60
o
Gambar 4.3 Body 2 Kompor Surya Diketahui Luas penampang sisi lapisan kompor surya yang mengalami
perpindahan panas dari dalam kompor ke lingkungan, yakni : A
7,kayu
= 1,113 x ,0,29 = 0,3227 m
2
A
7,polystyrene
= 1,083 x 0,24 = 0,2599 m
2
A
7
,
rockwool
= 1, 003 x 0,2 = 0,2006 m
2
A
7,aluminium
= 0,9 x 0,15 = 0,135 m
2
A
9,kayu
= 0,485x 0,29 = 0,1406 m
2
A
9,polystyrene
= 0,410x 0,24 = 0,0984 m
2
Universitas Sumatera Utara
42 A
9
,
rockwool
= 0,360x 0,2 = 0,072 m
2
A
9,aluminium
= 0,358x 0,148 = 0,0529 m
2
A
10,kayu
= 1,113 x 0,8 = 0,8904 m
2
A
10,polystyrene
= 1,083 x 0,77 = 0,8339 m
2
A
10
,
rockwool
= 1,003 x 0,69 = 0,692 m
2
A
10,aluminium
= 0,903 x 0,59 = 0,5327 m
2
A
11,kaca
= 0,95 x 0,59 = 0,9025 m
2
8. Mencari Koefisien konveksi pada kotak bagian absorber miring body 2. a. Mencari koefisien konveksi permukaan dinding luar body 2 melalui udara
lingkungan, Te = 25
o
C Hitung bilangan Reynold
Rumus = Re =
ρ .v.l ϻ
Dimana : Re = Bilangan Reynold
ρ = Massa Jenis kgm
3
v = Kecepatan Udara ms μ = Viskositas N.sm
2
l = lebar atau tinggi kotak box m = 0,29 m Properti udara dievaluasi pada Te = 25
o
C atau 298K.
TeK ρkgm
3
μ10
-7
N.sm
2
v10
-6
k10
-3
Wm.k
10
-6
m
2
s Pr
250
1,3947 159,6
11,44 22,3
15,9 0,72
298
1,17073 183,6
15,712 26,14
22,236 0,708
300
1,1614 184,6
15,89 26,3
22,5 0,707
Maka, Re =
ρ .v.l ϻ
Re =
1,17073 kg
m
3
1,56m s 0,29 m
183,6 10
−7
N.s m
2
Re = 28.847 Mencari bilangan Nusselt
Karena bilangan Re = 28.847 5 x 10
5
maka tergolong aliran laminar
Universitas Sumatera Utara
43 Rumus bilangan Nusselt
yang dipakai adalah Rumus :
� = 0,664 �
� 0,5
�
1 3
� = 0,664 28.847
0,5
0.708
1 3
� = 100,174
Mencari koefisien konveksi Udara lingkungan ℎ
4
Rumus : �
4
=
h
4
.l k
Dimana : �
4
= bilangan Nusselt rata-rata h
4
= koefisien konveksi Wm
2
.K k = konduktivitas termal Wm.K
l = tinggi atau lebar m
100,174=
h
4
0,29 26,14 10
−3
ℎ
4
= 9,03 Wm
2
K
b. Mencari koefisien Konveksi dari kaca bagian dalam II ke kaca luar I. Diketahui : Tpermukaan Ts
= 130
o
C = 403 K Tkaca Tr
= 25
o
C = 298 K g
= 9,81 ms
2
β = 1Tr = 1298 = 0,00336
L = 0,015 m
H = 0,9 m
θ = 60
φ = 30
Asumsi : perpindahan panas terjadi secara konveksi pada ruangan tertutup yang dimiringkan.
Universitas Sumatera Utara
44 Properti udara dievaluasi pada temperatur film, T
f
= T
absorber
+ T
kaca
2 = 77,5
o
C = 350,5 K. Te K
ρ kgm3 μ10
7
N.sm2 v10
6
ms k10
3
Wm.k α10
6
m
2
s Pr
300 1,1614
184,6 15,89
26,3 22,5
0,707 350.5
0,99334 208,436
20,9703 30,037
29,974 0,69993
350 0,9950
208,2 20,92
30 29,9
0,7 Mencari bilangan grashof yang dirumuskan dengan :
= �
2
. �. � �. � � − � .
3
�
2
= 0,99334
kg m
3
x 9.81 m
s
2
x cos 60 x 0.00336 x 403 − 298K x 0,015
3
m 208,436 x 10
−7 2
= 13.261 Mencari Bilangan Rayleigh, �� dengan rumus berikut :
�� = �
�� = 13.261 0,69993 �� = = 9.281,3
Mencari bilangan Nusselt dengan rumus berikut : � = 1 +
1 362880
�
�
sin �
0,25
= 1 +
1 362880
0,015 0,9
9.281,3
sin 60
0,25
� = 1,0 Maka, Koefisien konveksinya adalah
ℎ = �
ℎ = 1,0
30,037 0,015
ℎ
5
= 2,003 Wm
2
9. Perhitungan Kehilangan Panas pada dinding Dalam menghitung kehilangan panas total pada dinding yaitu penjumlahan
panas yang hilang pada semua sisi kotak, yaitu : Q
dinding total
= Q
d7
+ Q
d8
+ Q
d9
Universitas Sumatera Utara
45 �
∶ =
. � �� − �
1
=
1
.
� � �
+
2 �
+
3 �
� � �
+
4 �
+
1 ℎ
1
Penyelesaian :
7
=
� −�∞
� .�7 �
+
� � .�7 � �
+
� � �
.�7 � � �
+
� .�7 �
+
1 ℎ4.�7 �
7
=
403 −298
0.002 237 0,0.135
+
0.05 0,042 0,2006
+
0.04 0,036 0,2599
+
0.015 0,19 x 0,3227
+
1 9,03 x 0,3227 �
7
=9,524 W Dari data yang ada diketahui bahwa Q
d7
= Q
d8
, maka dicari Q
d9
sebagai berikut :
9
=
� −�∞
� .�9 �
+
� � .�9 � �
+
� � �
.�9 � � �
+
� .�9 �
+
1 ℎ1.�9 �
9
=
403 −298
0.002 237 0,529
+
0.05 0,042 0,072
+
0.04 0,036 0,0984
+
0.015 0,19 0,1406 �
+
1 5,436 0,1406 �
9
= 3,536 W Q
total
dinding sebagai berikut : Q
dinding total
= Q
d7
+ Q
d8
+ Q
d9
= 2.Q
d7
+ Q
d9
= 2 x 9,524 W + 3,536 W = 22,584 W
Maka, Panas total yang hilang melalui dinding adalah 22,584 W 10. Kehilangan Panas Pada Alas
� �
=
� −�∞
� .�10 �
+
� � .�10 � �
+
� � �
.�10 � � �
+
� .�10 �
+
1 ℎ1.�1 �
� �
=
403 −298
0.002 237 0,53277
+
0.05 0,042 0,692
+
0.04 0,036 0,8339
+
0.015 0,19 0,89 �
+
1 5,436 0,89 �
� �
= 29,83 W Maka, Panas yang hilang melalui alas adalah 29,83 W
Universitas Sumatera Utara
46 11. Kehilangan Panas Pada Kaca
Kehilangan total panas melalui kaca dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
��� ,2
=
� −�� .�
��� ���
���
+
1 ℎ5
+
��� ���
+
1 ℎ3
Keterangan : h
5
= koefisien konveksi permukaan kaca dalam Wm
2
K h
3
= koefisien konveksi permukaan luar Wm
2
K
��� ,2
= kehilangan panas kaca pintu 2 W
��� 2
=
403−298 .0,30481
0,005 1,4
+
1 2,003
+
0,005 1,4
+
1 6,33
��� 2
= 142,656 W 12. Mencari Total Kehilangan Panas pada body 2, Q
total body2
adalah Q
total body2
= Q
dinding
+ Q
alas
+ Q
kaca 2
Q
total body2
= 22,584 + 29,83 + 142,656
Q
total body2
= 195,07 W Maka, total kehilangan panas pada body 2 adalah 195,07 W
13. Total kehilangan panas dari kompor surya Total kehilangan panas dari kompor surya diperoleh dengan menjumlahkan
total kehilangan panas pada body 1 dan 2 adalah Q
total
= Q
total body,1
+ Q
total body,2
Q
total
= 154,61 W + 195,07 W Q
total
= 349,68 W Total kehilangan panas dari kompor surya adalah 349,68 Watt.
Universitas Sumatera Utara
47
4.3 HASIL PENGUJIAN
Kategori