menahan panas dalam kolektor, saluran atau kanal untuk mengalirkan fluida pembawa energi matahari. Jadi dapat disimpulkan secara prinsip bahwa metode
kerja dari kolektor surya adalah sama yaitu menyerap sinar matahari.
Ada beberapa jenis kolektor surya, dimana kolektor surya ini dibuat berdasakan sifat dan kegunaannya, diantaranya :
a. Kolektor Surya Prismatik
Kolektor surya tipe prismatik adalah kolektor surya yang dapat menerima energi radiasi dari segala posisi matahari. Kolektor jenis ini juga dapat
digolongkan dalam kolektor plat datar dengan permukaan kolektor berbentuk prisma yang tersusun dari empat bidang yang berbentuk prisma, dua bidang
berbentuk segitiga sama kaki dan dua bidang berbentuk segi empat siku – siku sehingga dapat lebih optimal proses penyerapan. Tipe kolektor jenis Prismatik ini
dapat dilihat seperti gambar berikut.
Gambar 2.5. Skema sistim kolektor surya prismatik Sumber : lit.9
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa panas dari sinar matahari akan diserap oleh plat kolektor yang telah di cat warna hitam. Suplai air dingan masuk
Universitas Sumatera Utara
melalui pipa sirkulasi air dan akan melewati plat kolektor tersebut. Hal ini menyebabkan air yang keluar dari plat kolektor tersebut akan menjadi panas. Air
panas yang keluar dari plat kolektor akan ditampung pada tangki air, seperti terlihat pada gambar 2.1.
b. Kolektor Surya plat Datar
Kolektor surya type plat datar adalah type kolektor surya yang dapat menyerap energi matahari dari sudut kemiringan tertentu sehingga pada pross
penggunaanya dapat lebih mudah dan lebih sederhana. Dengan bentuk persegi panjang seperti pada gambar berikut :
Gambar 2.6. kolektor surya plat datar Sumber : lit 8
C. kolektor surya parabolic
Kolektor surya jenis parabolic biasanya digunakan untuk pembangkitan listrik dan untuk pemanasan air. Ada dua jenis kolektor surya parabolic yaitu :
Kolektor surya parabolik memanjang
Kolektor surya parabolic cakram.
Universitas Sumatera Utara
Berikut adalah gambar kolektor surya parabolic memanjang:
Gambar 2.7 Kolektor surya parabolik memanjang Sumber : lit.13
Berikut adalah gambar kolektor surya parabolic cakram:
Gambar 2.8 Kolektor surya parabolik cakram Sumber : lit.13
Universitas Sumatera Utara
2. 3. Tinjauan perpindahan panas
Sebagai suatu gambaran mengenai tiga cara perpindahan panas dalam sebuah alat pemanas cairan surya, panas mengalir secara konduktif sepanjang
pelat penyerap dan melalui dinding saluran. Kemudian panas dipindahkan ke fluida dalam saluran dengan cara konveksi, apabila sirkulasi dilakukan dengan
sebuah pompa, maka disebut konveksi paksa. Pelat penyerap yang panas itu melepaskan panas ke plat penutup kaca umumnya menutupi kolektor dengan
cara konveksi alamiah dan dengan cara radiasi. Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran
kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal.
Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi.
2. 3. 1. Konduksi.
Panas mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Proses perpindahan kalor secara konduksi bila
dilihat secara atomik merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul atom, dimana partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk
partikel dengan energi yang lebih tinggi. Sebelum dipanaskan atom dan elektron dari logam bergetar pada posisi
setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini atom dan elektron bergetar dengan amplitudi yang makin membesar. Selanjutnya
bertumbukan dengan atom dan electron disekitarnya dan memindahkan sebagian energinya. Kejadian ini berlanjut hingga pada atom dan elektron di ujung logam
yang satunya. Konduksi terjadi melalui getaran dan gerakan elektron bebas. Pada umumnya, bahan yang dapat menghantar arus listrik dengan
sempurna logam merupakan penghantar yang baik juga untuk kalor dan sebaliknya. Selanjutnya bila diandaikan sebatang besi atau sembarang jenis logam
dan salah satu ujungnya diulurkan ke dalam nyala api. Dapat diperhatikan bagaimana kalor dipindahkan dari ujung yang panas ke ujung yang dingin.
Apabila ujung batang logam tadi menerima energi kalor dari api, energi ini akan
Universitas Sumatera Utara
= dx
dT KA
- q
memindahkan sebahagian energi kepada molekul dan elektron yang membangun bahan tersebut. Molekul dan elektron merupakan alat pengangkut kalor di dalam
bahan menurut proses perpindahan kalor konduksi. Dengan demikian dalam proses pengangkutan kalor di dalam bahan, aliran electron akan memainkan
peranan penting . Besarnya kalor yang berpindah pada perpindahan kalor secara konduksi
akan berbanding lurus dengan gradient temperatur pada benda tersebut. Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum
Fourrier sebagai berikut :
………………….. 2. 1
Dimana: q
= Laju perpindahan panas W K
= Kondukt ifitas Termal W m.K A
= Luas penampang yang terletak pada aliran panas m
2
dTdx = Gradien temperatur dalam arah aliran panas km Tanda minus - digunakan untuk menunjukkan bahwa arah perpindahan kalor
bergerak dari daerah yang bertemperatur tinggi menuju daerah bertemperatur rendah.
Dari persamaan 2.1 dapat dilihat bahwa besarnya laju perpindahan kalor juga ditentukan oleh Konduktifitas termal K dari suatu bahan. Berikut adalah
Konduktivitas termal untuk beberapa bahan pada 0 C:
Tabel 2.1 Kondukt ivitas termal untuk beberapa bahan :
Bahan k Wm.C
o
Bahan k Wm.C
o
Aluminium 202
Batu pasir 1,83
Tembaga 385
magnesit 4,15
nikel 93
Serbuk gergaji 0,059
Besi 73
Air raksa 8,21
Timbal 35
air 0,56
Perak 410
hidrogen 0,175
Baja karbon,1 C 43
udara 0,024
Sumber :lit.3 hal.7
Universitas Sumatera Utara
2. 3. 2. Konveksi
Yang dimaksud dengan aliran ialah pengangkutan ka1or oleh gerak dari zat yang dipanaskan. Proses perpindahan ka1or secara alirankonveksi merupakan
satu fenomena permukaan. Proses konveksi hanya terjadi di permukaan bahan. Jadi dalam proses ini struktur bagian dalam bahan kurang penting. Keadaan
permukaan dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan permukaan itu adalah yang utama. Lazimnya, keadaan keseirnbangan termodinamik di dalam bahan akibat
proses konduksi, suhu permukaan bahan akan berbeda dari suhu sekelilingnya. Dalam hal ini dikatakan suhu permukaan adalah T1 dan suhu udara sekeliling
adalah T2 dengan TlT2. Kini terdapat keadaan suhu tidak seimbang diantara bahan dengan sekelilingnya.
Udara yang mengalir diatas suatu permukaan logam pada sebuah alat pemanas udara surya, dipanasi secara konveksi yaitu konveksi paksa dan konveksi
alamiah, apabila aliran udara disebabkan oleh blower maka disebut sebagai konveksi paksa dan apabila disebabkan oleh gradien massa jenis maka disebut
sebagai konveksi alamiah. Perpindahan kalor dengan jalan aliran dalam industri kimia merupakan
cara pengangkutan kalor yang paling banyak dipakai. Oleh karena konveksi hanya dapat terjadi melalui zat yang mengalir, maka bentuk pengangkutan ka1or ini
hanya terdapat pada zat cair dan gas. Pada pemanasan zat ini terjadi aliran, karena masa yang akan dipanaskan tidak sekaligus di bawa kesuhu yang sama tinggi.
Oleh karena itu bagian yang paling banyak atau yang pertama dipanaskan memperoleh masa jenis yang lebih kecil daripada bagian masa yang lebih dingin.
Sebagai akibatnya terjadi sirkulasi, sehingga kalor akhimya tersebar pada seluruh zat.
Pada umumnya laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan hukum persamaan pendinginan Newton sbb.
q = h A Tw – T watt ……………….. 2. 2
Dimana h = Koefisien konveksi W m
2
. K
A = Luas permukaan kolektor surya m
2
Universitas Sumatera Utara
Tw = Temperatur dinding K T = Temperatur fluida K
Q = Laju perpindahan panas Watt
Pada perpindahan kalor secara konveksi, energi kalor ini akan dipindahkan ke sekelilingnya dengan perantaraan aliran fluida. Oleh karena pengaliran fluida
melibatkan pengangkutan masa, maka selama pengaliran fluida bersentuhan dengan permukaan bahan yang panas, suhu fluida akan naik. Gerakan fluida
melibatkan kecepatan yang seterusnya akan menghasilkan aliran momentum. Jadi masa fluida yang mempunyai energi termal yang lebih tinggi akan mempunyai
momentum yang juga tinggi. Peningkatan momentum ini bukan disebabkan masanya akan bertambah. Malahan masa fluida menjadi berkurang karena kini
fluida menerima energi kalor. Fluida yang panas karena menerima kalor dari permukaan bahan akan naik
ke atas. Kekosongan tempat akibat massa fluida yang telah naik itu, diisi pula oleh massa fluida yang bersuhu rendah. Setelah masa ini juga menerima energi kalor
dari permukan bahan, massa ini juga akan naik ke atas permukaan meninggalkan tempat asalnya. Kekosongan ini diisi pula oleh masa fluida bersuhu rendah yang
lain. Proses ini akan berlangsung berulang-ulang. Dalam kedua proses konduksi dan konveksi, faktor yang paling penting yang menjadi penyebab dan pendorong
proses tersebut adalah perbedaan suhu. Apabila perbedaan suhu .terjadi maka keadaan tidak stabil akan terjadi. Keadaan tidak stabil ini perlu diselesaikan
melalui proses perpindahan kalor. Dalam pengamatan proses perpindahan kalor konveksi, masalah yang
utama terletak pada cara mencari metode penentuan nilai h dengan tepat. Nilai koefisien ini tergantung kepada banyak faktor. Jumlah kalor yang dipindahkan,
bergantung pada nilai h. Jika cepatan medan tetap, artinya tidak ada pengaruh luar yang mendoromg fluida bergerak, maka proses perpindahan ka1or berlaku.
Sedangkan bila kecepatan medan dipengaruhi oleh unsur luar seperti kipas atau peniup, maka proses konveksi yang akan terjadi merupakan proses perpindahan
kalor konveksi paksa. Yang membedakan kedua proses ini adalah dari nilai koefisien h-nya.
Universitas Sumatera Utara
2. 3. 3. Radiasi
Radiasi surya adalah radiasi gelombang pendek yang diserap oleh plat penyerap sebuah kolektor surya dan diubah menjadi panas. Oleh karena itu plat
penyerap harus memiliki harga α yang setinggi – tingginya dalam batas yang masih praktis. Plat penyerap yang menjadi panas memancarkan radiasi termal
dalam daerah panjang gelombang yang panjang infra merah kerugian radiasi ini dapat dikurangi sehingga sangat kecil dengan cara menggunakan permukaan
khusus yang memiliki harga absorpsivitas yang tinggi α, tinggi dalam daerah panjang gelombang pendek r
adiasi surya dan harga emisivitas yang rendah ε, rendah dalam daerah infra merah. Permukaan semacam itu disebut permukaan
selektif. Salah satu diantaranya adalah khrom hitam Black chrome yang mempunyai harga α = 0.90 dan ε = 0.12.
Penukaran panas netto secara radiasi termak antara dua badan ideal Hitam adalah :
…………………. 2. 3
Dimana σ = Stefan – Boltzman yang besarnya 5.67 x 10-8 W m
2
.K
4
T = Temperatur mutlak Benda K A = Luas Bidang m
2
watt T
T q
4 2
4 1
. −
Α =
σ
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian dilakukan di laboratorium solar energi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Waktu penelitian dilakukan
sekitar 4 bulan.
3.2 Parameter dan Alat 3.2.1 Parameter
Parameter yang menjadi objek pengujian ini adalah : 1.
Temperatur air 2.
Laju aliran air 3.
Sudut penyinaran.
3.2.2 Alat
Alat yang dipakai dalam eksperimental ini terdiri dari : 1.
Solar Energi Demonstrator tipe LS 17055-2 2.
lux meter digunakan untuk mengukur intensitas cahaya bola lampu 3.
Stopwatch digunakan untuk menentukan waktu selama proses pengujian 4.
Penggaris digunakan untuk mengukur level air pada storage tank 5.
Busur derajat untuk mengukur sudut kemiringan penyinaran bola lampu
3.3 Metode Pengumpulan Data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini adalah data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada
unit instrumentasi dan alat ukur pada masing-masing pengujian.
Universitas Sumatera Utara
