43
A. Energi panas yang diserap kolektor
Panas yang diserap oleh permukaan kolektor dalam pengujian ini merupakan penjumlahan dari penyerapan kolektor bidang datar dan penyerapan
kolektor bidang miring. Selama 8 jam pengujian per harinya panas total yang diserap oleh kolektor dihitung dengan persamaan 2.11 sebagai berikut :
Q
datar
= ∑I. A.
Dimana : Q
datar
I = Intensitas radiasi rata-rata hari selama pengujian Wm
= Energi panas yang diserap kolektor datar J
2
A = Luas penampang = 0,59 x 0,59 = 0,3481 m
2
= Waktu = Selama 8 jam pengujian s
= Efisiensi Kaca = 90
Pengujian Pertama
Pengujian pertama dilakukan pada tanggal 11 juni 2014 dimana hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 4.7 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian pertama untuk bidang datar.
Waktu WIB
T
plat datar
T °C
air
Radiasi Matahari Wm
°C
2
I datar MJm
2
09:01-10:00 67,16
53,75 519,15
1,87 10:01-11:00
89,52 73,42
658,11 2,37
11:01-12:00 102,46
85,30 723,47
2,60 12:01-13:00
107,26 87,64
766,15 2,76
13:01-14:00 100,57
86,89 640,50
2,31 14:01-15:00
78,04 80,17
297,24 1,07
15:01-16:00 68,20
72,11 271,29
0,98 16:01-17:00
50,05 57,26
148,79 0,54
TOTAL 14,49
Universitas Sumatera Utara
44
Q
datar
= 14,49 MJm
2
x 0,3481 m
2
x 0,9 = 4,54 MJ
Q
miring
= ∑ I
T
. A. Dimana :
I
T
= Radiasi matahari pada bidang miring sudut 60
o
A = Luas penampang = 0,903 x 0,59 = 0,5327 m
2
= Waktu = Selama 8 jam pengujian s
= Efisiensi Kaca = 90
Menentukan I
23,086 365
162 284
360 sin
45 ,
23 365
284 360
sin 45
, 23
=
+
=
+
=
δ δ
δ n
T
Menentukan sudut deklinasi δ
Menentukan radiasi ekstraterestial pada permukaan horizontal
2 6
MJm 3,6544
086 ,
23 sin
43 ,
3 sin
360 45
30 2
45 sin
30 sin
086 ,
23 cos
43 ,
3 cos
1353 10
2 3600
24 =
− −
− +
− −
− =
o o
I x
x x
x I
π π
Menentukan radiasi sebaran bidang miring Dari pengukuran HOBO di dapat I = 1,869 MJm
Maka, dari grafik fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global untuk II
2 o
= 1,8693,6544 = 0,511, fraksi sebarannya adalah IdI = 0,625, Sehingga diperoleh
Id = 1,168 MJm
2
Sehingga didapat radiasi sebaran untuk bidang miring
+
= 2
cos 1
β
d dT
I I
− +
− =
δ φ
ω ω
π ω
ω δ
φ π
sin sin
360 2
sin sin
cos cos
10 2
3600 24
1 2
1 2
6
x xG
x x
I
sc o
Universitas Sumatera Utara
45
2
876 ,
2 60
cos 1
168 ,
1 m
MJ I
I
dT dT
=
+ =
Gambar 4.8 Grafik korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global pengujian pertama tanpa sekat
Menentukan radiasi sorotan terhadap bidang miring I
b
= I – I
d
= 1,1869 – 1,168 = 0,7008 MJm
2
2
. 0324
, 45
cos 43
, 3
cos 086
, 23
cos 43
, 3
sin 086
, 23
sin 45
cos 60
43 ,
3 cos
086 ,
23 cos
60 43
, 3
sin 086
, 23
sin 7008
, cos
cos cos
sin sin
cos cos
cos sin
sin
m MJ
I I
I I
bT bT
b bT
= −
+ −
− +
− =
+ −
+ −
= ω
φ δ
φ δ
ω β
φ δ
β φ
δ
.
Menentukan radiasi pantulan terhadap bidang miring reflektansi α=0,2
2
. 2803
, 2
60 cos
1 168
, 1
7008 ,
2 ,
2 cos
1
m MJ
I I
I I
I
rT rT
d b
rT
=
− +
=
− +
=
β α
Sehingga didapat :
2
1888 ,
1 2803
, 876
, 0324
, m
MJ I
I I
I I
I
T T
rT dT
bT T
= +
+ =
+ +
=
0,625
Universitas Sumatera Utara
46
Selanjutnya dilakukan perhitungan I
T
total perhari selama 8 jam pengujian mulai pukul 09:01 WIB sampai dengan pukul 17:00 WIB dengan menggunakan M.s
excel, sehingga dapat ditabelkan sebagai berikut.
Tabel 4.8 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian pertama untuk bidang miring.
Waktu WIB
θz °C
Io MJm
2
I
dt
MJm
2
I
bt
MJm
2
I
rt
MJm
2
I
T
MJm
2
09:01-10:00 47.72
3.65 0.88
0.03 0.28
1.19 10:01-11:00
35.04 4.24
0.93 0.15
0.36 1.44
11:01-12:00 24.43
4.54 0.93
0.24 0.39
1.56 12:01-13:00
19.66 4.54
0.83 0.32
0.41 1.56
13:01-14:00 24.43
4.24 0.86
0.21 0.35
1.42 14:01-15:00
35.04 3.65
0.74 0.01
0.16 0.91
15:01-16:00 47.72
2.83 0.54
0.01 0.15
0.70 16:01-17:00
61.15 1.82
0.38 -0.01
0.08 0.45
TOTAL 9.23
Maka, Q
miring
= ∑ I
T
. A. = 9,23 MJm
2
x 0,5327 m
2
= 4,428 MJ x 0,9
Sehingga didapat total energi panas yang diserap kolektor perhari pada pengujian pertama kompor surya tanpa sekat adalah :
Q
serap
= Q
datar
+ Q
miring
= 8,968 MJ = 4,54 MJ + 4,428 MJ
Pengujian Kedua
Pengujian pertama dilakukan pada tanggal 12 juni 2014 dimana hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut.
Universitas Sumatera Utara
47
Tabel 4.9 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian kedua untuk bidang datar.
Waktu WIB
T
plat datar
T °C
air
Radiasi Matahari Wm
°C
2
I datar MJm
2
09:01-10:00 54.92
36.83 470.79
1.69 10:01-11:00
73.79 51.20
505.44 1.82
11:01-12:00 78.09
62.97 532.52
1.92 12:01-13:00
84.75 70.83
606.44 2.18
13:01-14:00 84.43
76.32 554.56
2.00 14:01-15:00
76.76 77.50
398.29 1.43
15:01-16:00 69.54
74.77 313.79
1.13 16:01-17:00
60.19 69.42
175.58 0.63
TOTAL 12.81
Q
datar
= 14,81 MJm
2
x 0,3481 m
2
x 0,9 = 4,01 MJ
Q
miring
= ∑ I
T
. A. Dimana :
I
T
= Radiasi matahari pada bidang miring sudut 60
o
A = Luas penampang = 0,903 x 0,59 = 0,5327 m
2
= Waktu = Selama 8 jam pengujian s
= Efisiensi Kaca = 90
Menentukan I
23,153 365
163 284
360 sin
45 ,
23 365
284 360
sin 45
, 23
=
+
=
+
=
δ δ
δ n
T
Menentukan sudut deklinasi δ
Menentukan radiasi ekstraterestial pada permukaan horizontal
− +
− =
δ φ
ω ω
π ω
ω δ
φ π
sin sin
360 2
sin sin
cos cos
10 2
3600 24
1 2
1 2
6
x xG
x x
I
sc o
Universitas Sumatera Utara
48
2 6
MJm 3,6529
153 ,
23 sin
43 ,
3 sin
360 45
30 2
45 sin
30 sin
153 ,
23 cos
43 ,
3 cos
1353 10
2 3600
24 =
− −
− +
− −
− =
o o
I x
x x
x I
π π
Menentukan radiasi sebaran bidang miring Dari pengukuran HOBO di dapat I = 1,695 MJm
Maka, dari grafik fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global untuk II
2 o
= 1,6953,6529 = 0,464, fraksi sebarannya adalah IdI = 0,701, Sehingga diperoleh
Id = 1,188 MJm
2
Sehingga didapat radiasi sebaran untuk bidang miring
+
= 2
cos 1
β
d dT
I I
2
88 ,
2 60
cos 1
188 ,
1 m
MJ I
I
dT dT
=
+ =
Gambar 4.9 Grafik korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global pengujian kedua tanpa sekat
Menentukan radiasi sorotan terhadap bidang miring I
b
= I – I
d
= 1,695 – 1,188 = 0,506 MJm
2
.
0,701
Universitas Sumatera Utara
49
2
. 0226
, 45
cos 43
, 3
cos 153
, 23
cos 43
, 3
sin 153
, 23
sin 45
cos 60
43 ,
3 cos
153 ,
23 cos
60 43
, 3
sin 153
, 23
sin 7008
, cos
cos cos
sin sin
cos cos
cos sin
sin
m MJ
I I
I I
bT bT
b bT
= −
+ −
− +
− =
+ −
+ −
= ω
φ δ
φ δ
ω β
φ δ
β φ
δ
Menentukan radiasi pantulan terhadap bidang miring reflektansi α=0,2
2
. 254
, 2
60 cos
1 188
, 1
506 ,
2 ,
2 cos
1
m MJ
I I
I I
I
rT rT
d b
rT
=
− +
=
− +
=
β α
Sehingga didapat :
2
168 ,
1 254
, 891
, 0226
, m
MJ I
I I
I I
I
T T
rT dT
bT T
= +
+ =
+ +
=
Selanjutnya dilakukan perhitungan I
T
Tabel 4.10 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian kedua untuk bidang miring.
total perhari selama 8 jam pengujian mulai pukul 09:01 WIB sampai dengan pukul 17:00 WIB dengan menggunakan M.s
excel, sehingga dapat ditabelkan sebagai berikut.
Waktu WIB
θz °C
Io MJm
2
I
dt
MJm
2
I
bt
MJm
2
I
rt
MJm
2
I
T
MJm
2
09:01-10:00 47.74
3,65 0.89
0.02 0.25
1.17 10:01-11:00
35.08 4,24
1.06 0.06
0.27 1.39
11:01-12:00 24.49
4,54 1.14
0.07 0.29
1.50 12:01-13:00
19.72 4,54
1.11 0.13
0.33 1.57
13:01-14:00 24.49
4,24 1.05
0.11 0.30
1.46 14:01-15:00
35.08 3,65
0.90 0.03
0.22 1.15
15:01-16:00 47.74
2,83 0.70
0.01 0.17
0.88 16:01-17:00
61.16 1,82
0.43 -0.01
0.09 0.52
TOTAL 9.62
Universitas Sumatera Utara
50
Maka, Q
miring
= ∑ I
T
. A. = 9,62 MJm
2
x 0,5327 m
2
= 4,612 MJ x 0,9
Sehingga didapat total energi panas yang diserap kolektor perhari pada pengujian kedua kompor surya tanpa sekat adalah :
Q
serap
= Q
datar
+ Q
miring
= 8,624 MJ = 4,012 MJ + 4,612 MJ
Pengujian Ketiga
Pengujian ketiga dilakukan pada tanggal 13 juni 2014 dimana hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 4.11 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian ketiga untuk bidang datar.
Waktu WIB
T
plat datar
T °C
air
Radiasi Matahari Wm
°C
2
I datar MJm
2
09:01-10:00 62.23
39.92 534.23
1.92 10:01-11:00
79.71 52.87
595.23 2.14
11:01-12:00 95.39
66.46 736.67
2.65 12:01-13:00
102.69 78.95
772.15 2.78
13:01-14:00 100.64
87.17 691.60
2.49 14:01-15:00
86.48 87.36
402.73 1.45
15:01-16:00 73.75
83.17 295.73
1.06 16:01-17:00
67.41 78.14
199.71 0.72
TOTAL 15.22
Q
datar
= 15,22 MJm
2
x 0,3481 m
2
= 4,77 MJ x 0,9
Universitas Sumatera Utara
51
Q
miring
= ∑ I
T
. A. Dimana :
I
T
= Radiasi matahari pada bidang miring sudut 60
o
A = Luas penampang = 0,903 x 0,59 = 0,5327 m
2
= Waktu = Selama 8 jam pengujian s
= Efisiensi Kaca = 90
Menentukan I
23,214 365
164 284
360 sin
45 ,
23 365
284 360
sin 45
, 23
=
+
=
+
=
δ δ
δ n
T
Menentukan sudut deklinasi δ
Menentukan radiasi ekstraterestial pada permukaan horizontal
2 6
MJm 3,651
214 ,
23 sin
43 ,
3 sin
360 45
30 2
45 sin
30 sin
214 ,
23 cos
43 ,
3 cos
1353 10
2 3600
24 =
− −
− +
− −
− =
o o
I x
x x
x I
π π
Menentukan radiasi sebaran bidang miring Dari pengukuran HOBO di dapat I = 1,923 MJm
Maka, dari grafik fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global untuk II
2 o
= 1,9233,651 = 0,527, fraksi sebarannya adalah IdI = 0,595, Sehingga diperoleh Id
= 1,144 MJm
2
Sehingga didapat radiasi sebaran untuk bidang miring
+
= 2
cos 1
β
d dT
I I
2
858 ,
2 60
cos 1
144 ,
1 m
MJ I
I
dT dT
=
+ =
− +
− =
δ φ
ω ω
π ω
ω δ
φ π
sin sin
360 2
sin sin
cos cos
10 2
3600 24
1 2
1 2
6
x xG
x x
I
sc o
Universitas Sumatera Utara
52
Gambar 4.10 Grafik korelasi fraksi radiasi sebaran terhadap radiasi global pengujian ketiga tanpa sekat
Menentukan radiasi sorotan terhadap bidang miring I
b
= I – I
d
= 1,923 – 1,144 = 0,779 MJm
2
2
. 0337
, 45
cos 43
, 3
cos 214
, 23
cos 43
, 3
sin 214
, 23
sin 45
cos 60
43 ,
3 cos
214 ,
23 cos
60 43
, 3
sin 214
, 23
sin 779
, cos
cos cos
sin sin
cos cos
cos sin
sin
m MJ
I I
I I
bT bT
b bT
= −
+ −
− +
− =
+ −
+ −
= ω
φ δ
φ δ
ω β
φ δ
β φ
δ
.
Menentukan radiasi pantulan terhadap bidang miring reflektansi α=0,2
2
. 2884
, 2
60 cos
1 144
, 1
779 ,
2 ,
2 cos
1
m MJ
I I
I I
I
rT rT
d b
rT
=
− +
=
− +
=
β α
Sehingga didapat :
2
1804 ,
1 2884
, 858
, 0337
, m
MJ I
I I
I I
I
T T
rT dT
bT T
= +
+ =
+ +
=
Selanjutnya dilakukan perhitungan I
T
total perhari selama 8 jam pengujian mulai pukul 09:01 WIB sampai dengan pukul 17:00 WIB dengan menggunakan M.s
excel, sehingga dapat ditabelkan sebagai berikut.
0,595
Universitas Sumatera Utara
53
Tabel 4.12 Perhitungan temperatur dan intensitas radiasi kompor surya tanpa sekat pada pengujian ketiga untuk bidang miring.
Waktu WIB
θz °C
Io MJm
2
I
dt
MJm
2
I
bt
MJm
2
I
rt
MJm
2
I
T
MJm
2
09:01-10:00 47.76
3.65 0.86
0.03 0.29
1.18 10:01-11:00
35.11 4.23
1.02 0.10
0.32 1.45
11:01-12:00 24.53
4.53 0.94
0.25 0.40
1.59 12:01-13:00
19.78 4.53
0.82 0.32
0.42 1.55
13:01-14:00 24.53
4.23 0.89
0.23 0.37
1.49 14:01-15:00
35.11 3.65
0.91 0.03
0.22 1.16
15:01-16:00 47.76
2.83 0.60
0.01 0.16
0.77 16:01-17:00
61.17 1.82
0.46 -0.02
0.11 0.55
TOTAL 9.74
Maka, Q
miring
= ∑ I
T
. A. = 9,74 MJm
2
x 0,5327 m
2
= 4,668 MJ x 0,9
Sehingga didapat total energi panas yang diserap kolektor perhari pada pengujian ketiga kompor surya tanpa sekat adalah :
Q
serap
= Q
datar
+ Q
miring
= 9,438 MJ = 4,77 MJ + 4,668 MJ
Perbandingan Besar Radiasi Bidang Datar dan Bidang Miring
Besar radiasi matahari yang mampu diserap oleh kolektor bidang datar dan bidang miring tentu berbeda karena dipengaruhi oleh sudut kemiringan terhadap
bidang horizontal. Berikut tabel perbandingan antara radiasi yang mampu diserap bidang
datar dan bidang miring.
Universitas Sumatera Utara
54
Tabel 4.13 Perbandingan radiasi yang diserap kolektor bidang datar dan bidang miring kompor surya tanpa sekat.
B. Energi panas yang dilepas
Kategori