fg uap
uap
h q
m
Literjam.m
2
……………………… 2.1
Sedangkan untuk effisiensi digunakan rumus : 100
x G
q
R uap
…………………………………….. 2.2 Keterangan :
q : Kecepatan perpindahan panas oleh penguapan Wm
uap
2
m
uap
: Kecepatan perpindahan massa penguapan Laju distilasi, [Literjam.m
2
] h
fg
: Panas laten penguapan, 2308 kJkg G
R
: Radiasi surya, Wm
2
: Effisiensi
2.2 Sensor Suhu
2.2.1 Jenis – jenis Sensor Suhu
a. Sensor suhu Termokopel
Termokopel adalah sensor aktif terdiri dari 2 kawat yang berlainan
jenis, salah satu ujungnya disambungkan dan ujung yang lain tidak disambung. Ujung yang disambung disebut sambungan junction dan
ujung yang terbuka lainnya disebut terminal. Terminal termokopel hanya dapat memberikan tegangan bila terdapat perbedaan suhu antara
sambungan dengan terminal.
b. Sensor suhu Termistor
Termistor adalah semikonduktor dimana kehantaran listriknyahambatannya sangat dipengaruhi oleh suhu.
Universitas Sumatera Utara
c. Sensor suhu LM 35
LM 35 didasarkan pada perubahan arus maju dioda yang dipasang di dalam IC sebagai sensor. Perubahan arus maju dioda ini selanjutnya
dirubah menjadi tegangan kweluar oleh IC. Tegangan keluar ini akan sebanding dengan perubahan suhu yang diberikan pada IC. LM 35 ini
mempunyai sensitivitas ≈ 10 mV C artinya setiap kenaikan suhu
1 C akan diperoleh kenaikan tegangan keluar sebesar 10 mV. Daerah operasi meliputi suhu mulai -55
C sampai dengan 150 C. LM 35 tidak banyak dipengaruhi noise sehingga cocok untuk pengukuran
suhu yang jauh dari pusat kendali operator.
2.3 Radiasi Matahari
Radiasi matahari adalah sinar yang dipancarkan dari matahari kepermukaan bumi, yang disebabkan oleh adanya emisi bumi dan gas pijar panas matahari.
Radiasi dan sinar matahari dipengaruhi oleh berbagai hal sehingga pancarannya yang sampai dipermukaan bumi sangat bervariasi. Penyebabnya adalah
kedudukan matahari yang berubah-ubah, revolusi bumi, dan lain sebagainya. Walaupun cuaca cerah dan sinar matahari tersedia banyak, besarnya radiasi
supaya tiap harinya selalu berubah-ubah.
2.3.1. Geometri Radiasi Matahari
Untuk mengetahui energi radiasi yang jatuh pada permukaan bumi dibutuhkan beberapa parameter letak kedudukan dan posisi matahar, hal ini perlu
Universitas Sumatera Utara
untuk mengkonversikan harga fluks berkas yang diterima dari arah matahari menjadi hubungan harga ekivalen ke arah normal permukaan.
Berikut ini adalah beberapa definisi yang digunakan, antara lain : 1.
Sudut datang adalah sudut antara sinar datang dengan normal pada
permukaan pada sebuah bidang 2.
Sudut latitude pada suatu tempat adalah sudut yang dibentuk oleh garis
radial ke pusat bumi pada suatu lokasi dengan proyeksi garis pada bidang equator. Sudut deklinasi berubah harga maksimum +23,45
pada tanggal 21 juni ke harga minimum -23,450
pada tanggal 21 desember. Deklinasi 00 terjadi pada tanggal 21 maret dan 22 desembar.
3. Sudut Zenit
Z
adalah sudut yang dibuat oleh garis vertikal ke arah zenit dengan garis ke arah titik pusat matahari.
4. Sudut Azimuth
Z
adalah sudut yang dibuat oleh garis bidang horizontal antara garis selatan dengan proyeksi garis normal pada bidang horizontal.
Sudut azimut posotif jika normal adalah sebelah timur dari selatan dan negatif pada sebelah barat dan selatan.
5. Sudut latitude
adalah sudut yang di buat oleh garis ke titik pusat matahari dengan garis proyeksinya pada bidang horizontal.
6. Sudut kemiringan slope
adalah sudut kemiringan yang di buat oleh permukaan bidang dengan horizontal.
2.4 Intesitas Radiasi Surya
Karena adanya perubahan letak matahari terhadap bumi maka intensitas radiasi surya yang tiba di permukaan buni juga berubah-ubah. Maka berkaitan
Universitas Sumatera Utara
dengan hal tersebut di atas radiasi surya yang tiba pada suatu tempat di permukaan bumi dapat kita bedakan menjadi 3 jenis. Ketiga jenis radiasi itu adalah
1. Radiasi Lansung direct radiation
Intensitas radiasi lansung atau sorotan per jam pada sudut masuk normal I
bn
dari persamaan berikut ini:
z b
bn
I I
cos
………………………………………. 2.3
dimana I
b
adalah radiasi sorotan pada sumbu permukaan horisontal dan cos
z
adalah sudut zenit. Dengan demikian, untuk suatu permukaan yang dimiringkan dengan sudut
terhadap bidang horisontal, intensitas dari komponen sorotan adalah:
z T
b T
bn bT
I I
I
cos cos
cos
………………………… 2.4
Dimana
T
disebut sudut masuk, dan didefinisikan sebagai sudut antara arah sorotan pada sudut masuk normal dan arah komponen tegak lurus
90 pada permukaan bidang miring.
2. Radiasi Sebaran diffuse radiation
Radiasi sebaran yang disebut juga radiasi langit sky radiation, adalah radiasi yang dipancarkan ke permukaan penerima oleh atmosfer, dan
Universitas Sumatera Utara
karena itu berasal dai seluruh bagian hemisfer langit. Radiasi sebaran langit didistribusikan merata pada hemisfer disebut distribusi isotropik,
maka radiasi sebaran pada permukaan miring dinyatakan dengan :
2
cos ,
1
d dT
I I
………………………………. 2.5
Dimana adalah sudut miring dari permukaan miring dan I
d
menunjukan besarnya radiasi sebaran per jam pada suatu permukaan horisontal.
3. Radiasi Pantulan
Selain komponen radiasi lansung dan sebaran, permukaan penerima juga mendapatkan radiasi yang dipantulkan dari permukaan yang berdekatan,
jumlah radiasi yang dipantulkan tergantung dari reflektansi albeldo
dari permukaan yang berdekatan itu, dan kemiringan permukaan yang menerima .Radiasi yang dipantulkan per jam, juga disebut radiasi
pantulan.
2 cos
1
d b
rT
I I
I ………………………. 2.6
Dimana reflektansi dianggap 0,20 – 0,25 untuk permukaan-permukaan
tanpa salju dan 0,7 untuk lapisan salju yang baru turun, kecuali jika tersedia data yang lain.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Jenis-jenis radiasi
Indonesia yang terletak di daerah tropis memiliki keadaan cuaca yang cukup berawan sehingga porsi radiasi hambur cukup besar. Alat yang digunakan
untuk melakukan pengukuran terhadap besarnya radiasi global di sebut Piranometer. Alat ini mengukur besarnya radiasi matahari yang datang dan segala
arah. Sedangkan untuk mengukur radiasi lansung kita menggunakan alat yang disebut Piranograp.
Gambar 2.6 Piranometer kiri dan Piranograp kanan
Lapisan luar dari matahari yang disebut fotosfer memancarkan suatu spektrum radiasi yang kontinu. Untuk pembahasan ini cukup dianggap matahari
Universitas Sumatera Utara
sebagai sebuah benda hitam, sebuah radiator sempurna pada 5762 K. Dalam ilmu fotovoltaik dan studi mengenai permukaan tertentu, distribusi spektral adalah
penting.
Gambar 2.7 Bola Surya
Dimana : ds = Diameter matahari
R = Jarak rata-rata matahari – bumi. Radiasi yang dipancarkan oleh permukaan matahari, E
S,
adalah sama dengan hasil perkalian konstanta Stefan-Bolzman
, pangkat empat temperatur permukaan absolut T
S 4
dan luas permukaan d
s 2
,
W T
d E
s s
s 4
2
.
…………………………………… 2.7
Dimana = 5,67 x 10
-8
Wm
2
.K
4
, 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
Universitas Sumatera Utara
bumi adalah sama dengan 4 R
2
, dan fluksa radiasi pada satu satuan luas dari permukaan bola tersebut yang dinamakan iradiansi, menjadi
2 4
2
4R T
d G
s s
Wm
2
………………………………….... 2.8
Dengan garis tengah matahari 1,39 x 10
9
m, temperatur permukaan matahari 5762 K, dan jarak rata-rata antara matahari dan bumi sebesar 1,5 x 10
11
m, maka fluksa radiasi persatuan luas dalam arah yang tegak lurus pada radiasi tepat diluar atmosfer bumi adalah:
2 2
11 4
4 3
2 2
9 4
4 .K
2 8
10 5
, 1
10 762
, 5
10 39
, 1
10 67
, 5
m x
x K
x x
m x
x m
W x
G
= 1353 Wm
2
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 Wm
2
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 molekul-
molekul gas, debu, dan uap air dalam atmosfer sebelum mencapai bumi sebagai
Universitas Sumatera Utara
radiasi sebaran, Pengukuran berikutnya terjadi apabila permukaan penerima radiasi itu tidak pada kedudukan tegak-lurus sorotan radiasi yang masuk.
Tabel 2.1 Satuan lain untuk Konstanta Surya
Konstanta Surya G
sc
1353 Wm
2
429 Btuhr.ft
2
116.4 Langleyhr 4.871 MJm
2
.hr
sumber “Tekhnologi Rekayasa Surya”, Diterjemahkan oleh Prof. Wiranto Arismunandar
,
Konstanta surya G adalah konstanta yang digunakan sebagai dasar acuan untuk mengetahui besarnya intensitas radiasi surya sebelum mengalami
penurunan karena berbagai macam hambatan dalam perjalanannya menuju permukaan bumi. Hambatan yang timbul itu adalah seperti, ketika radiasi surya
melewati lapisan-lapisan atmosfir, itu terjadinya yang mempengaruhi posisi matahari, posisi dan letak permukaan pada bumi, dan kondisi-kondisi lainnya.
Dari tabel diatas memuat konstanta surya dalam satuan lain. Satuan langley sama dengan 1 kaloricm
2
, adalah satuan yang umumnya dapat dijumpai dalam literatur mengenai radiasi surya, dimana 1 kalori = 4,187 Joul, maka 1
langley = 1 kaloricm
2
= 0,04187 MJm
2
, suatu faktor konversi yang sering digunakan.
Universitas Sumatera Utara
2.4.1 Intensitas Radiasi Surya Pada Bidang Permukaan
Bumi berevolusi pada sumbunya selama 365 hari, bumi juga berrotasi pada sumbunya selama satu hari. Selama berevolusi dan berrotasi pada sumbunya
bumi mengalami kemiringan terhadap sumbu vertikalnya sebesar 23,5
O
.
Gambar 2.8 Deklinasi matahari, posisi pada musim panas
Pada gambar diatas gambar 2.8 dapat dinyatakan di dalam suatu hubungan persamaan sebagai berikut :
cos .
cos .
cos sin
cos
……… 2.9
sumber “Tekhnologi Rekayasa Surya”, Diterjemahkan oleh prof. Wiranto Arismunandar
Dimana :
: Sudut sinar datang terhadap garis normal permukaan
: Sudut deklinasi : Garis lintang dari posisi alat
: Kemiringan sudut permukaan dan alat : Sudut waktu
Universitas Sumatera Utara
Besarnya sudut yang dialami bumi terhadap sumbu vertikalnya di sebut deklinasi. Dan deklinasi inilah yang mempengaruhi terjadinya distribusi sinar
matahari dan energi panas surya pada bidang permukaan bumi. Bila hasil perkalian intensitas surya yang diterima bumi dengan cosinus
sudut sinar datang, maka besarnya laju energi yang diterima oleh suatu permukaan di bumi dengan luasan persegi dapat ditulis dengan persamaan.
cos .
T
G A
q
……………………………………… 2.10
sumber “Tekhnologi Rekayasa Surya”, Diterjemahkan oleh prof. Wiranto Arismunandar
Dimana : q
: Laju energi, W A
: Satuan luas pada bidang, m
2
G
T
: Intensitas radiasi surya yang diterima oleh permukaan bumi, Wm
2
: Sudut sinar datang
2.4.2 Data Radiasi Matahari di Wilayah Indonesia
Bedasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari beberapa lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
Untuk Kawasan Barat Indonesia KBI sekitar 4,5 kWhm
2
hari dengan variasi bulanan sekitar 10 .
Untuk Kawasan Timur Indonesia KTI sekitar 5,1 kWhm
2
hari dengan variasi bulanan 9 .
Universitas Sumatera Utara
Dengan demikian, kecepatan angin rata-rata di Indonesia sekitar
4,8kWhm
2
hari dengan variasi bulanan 9 . Catatan :
Pada tengah hari yang cerah radiasi sinar matahari di bumi mampu mencapai nilai 1000 Wm
2
= 1 kWm
2
= 100mWcm
2
.
Tabel 2.2 Radiasi Penyinaran Matahari di Indonesia Pebruari 2008 WILAYAH
POTENSI RADIASI VARIASI
BULANAN
Kawasan Barat Indonesia KBI
Per hari 4,5 kWhm
2
10 Kawasan Timur
Indonesia KTI Per hari 5,1 kWhm
2
9 Rata-Rata Wilayah
Indonesia 4,5 – 4,8 kWhm
2
hari 9,5
sumber “htp;theindonesiannoor.comindex2.html”.
Kemudian diadakan suatu pendekatan Intensitas radiasi surya GT yang diterima oleh permukaan atmosfir bumi sesuai tanggal dan bulan sebagai waktu
pelaksanaan, sehingga pada akhirnya radiasi surya yang tiba pada permukaan bumi akan berkurang. Intensitas surya yang diterima oleh permukaan atmosfir
bumi dapat dihitung dengan menggunakan rumus : G
T
= G
R
25
. 365
360 cos
033 .
1 xn
……………………. 2.11
sumber “Tekhnologi Rekayasa Surya”. Diterjemahkan oleh prof. Wiranto Arismunandar
Universitas Sumatera Utara
Dimana : G
T
: Intensitas radiasi surya yang diterima oleh permukaan bumi. G
R
: Konstanta surya 4500 Wm
2
. sumber tabel 2.2 n
: Jumlah hari, dihitung mulai 1 januari
Maka untuk untuk menghitung radiasi matahari yang diserap,dibiaskan,dipantulkan oleh suatu permukaan kaca dengan persamaan 2.12
sebagai berikut :
q
serap kaca
= Absorbtansi x G
T
……. 2.12.a q
bias kaca
= Transmitansi x G
T
……. 2.12.b q
pantul kaca
=
Reflektansi x G
T
……. 2.12.c
sumber :htpgoogle.com;energi matahari;kolektor plat datar
2.5 Dasar-Dasar Perpindahan Kalor
Definisi dari perpindahan kalor adalah berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainya sebagai akibat perbedaan suhu antara daerah-daerah
tersebut. Secara umum perpindahan kalor dapat dukategorikan dalam tiga cara yang berbeda , yaitu :
a Perpindahan kalor secara konduksi
Konduksi adalah suatu proses dimana kalor mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi menuju daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu
media padat, cair dan gas, atau antara media-media yang berlainan yang bersinggungan secara lansung. Untuk menghitung laju aliran secara
Universitas Sumatera Utara
konduksi dapat dijabarkan dalam suatu persamaan yang dinyatakan dengan hukum Fourier, yaitu :
dx dT
kA q
kond
………………………………….. 2.13
Sumber Holman, J.P Perpindahan Panas, hal. 2
Dimana : q
kond
: Laju perpindahan kalor dengan cara konduksi, W k
: Konduktivitas thermal, Wm.K Ε
: Luas penampang tegak lurus pada aliran kalor, m
2
dx dT
: Gradien temperatur dalam arah aliran panas Dalam aliran kalor konduksi, perubahan energi terjadi karena hubungan
molekul secara lansung tanpa adanya perpindahan molekul-molekul yang cukup besar.
b Perpindahan Kalor Secara Konveksi
Konveksi adalah proses perpindahan kalor dengan kerja gabungan dan kalor konduksi, menyimpan energi dan gerakan mencampur. Perpindahan
kalor secara konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan kalor antara permukaan benda padat dan cairan atau gas.
Panas secara konveksi menurut cara menggeraknnya dibagi dua bagian yaitu :
Konveksi alamiah free convection terjadi jika gerakan
mencampur berlansung, semata-mata akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien massa jenis.
Universitas Sumatera Utara
Konveksi paksa forced convection terjadi jika gerakan
mencampur di sebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa atau kipas.
Pada umumnya,. Perpindahan kalor dengan cara konveksi antara suatu permukaan dengan suatu fluida dapat dihitung dengan suatu persamaan,
yaitu :
f W
konv
T T
hA q
…………………………………… 2.14
Sumber Holman, J.P Perpindahan Panas, hal. 11
Dimana : q
konv
: Laju perpindahan panas dengan cara konveksi, W A
: Luas permukaan perpindahan kalor, m
2
h : Koefesien konveksi, Wm
2
.K T
f :
Temperatur fluida, K T
w
: Temperatur dinding, K
c Perpindahan Kalor Secara Radiasi
Radiasi adalah proses dimana kalor mengalir dari benda bersuhu tinggi menuju ke suatu benda yang bersuhu lebih rendah, bila benda-benda itu
terpisah dalam ruangan dan bahkan bila terdapat ruang hampa di antara benda-benda tersebut. Untuk menghitung laju pancaran radiasi pada suatu
permukaa dapat digunakan persamaan sebagai berikut :
4
. .
.
T A
q
……………………………………... 2.15
Sumber Holman, J.P Perpindahan Panas, hal 11
Universitas Sumatera Utara
Dimana : q
: Laju perpindahan kalor radiasi, W
: Emisivitas benda, 0 1
: Konstanta Stefan-Boltzznann, 5,67 x 10
-8
Wm
2
.K
4
T : Perpindahan temperatur, K
A : Luas permukaan bidang, m
2
2.6 Sifat-Sifat Radiasi
