59
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini menjelaskan hasil simulasi perpindahan panas yang terjadi pada kolektor pemanas air tenaga surya. Data yang diperoleh dari hasil
eksperimen akan divalidasikan dengan data hasil simulasi software Fluent. Data yang akan divalidasikan tersebut adalah temperatur kaca pertama, temperatur kaca
kedua, temperatur antara kaca kedua dan plat absorber, temperatur absorber dan temperatur ditengah phase change materials. Pada simulasi ini ditetapkan
beberapa titik pada model simulasi yang sesuai dengan peletakan thermocouple pada saat eksperimen. Berikut gambar potongan kolektor pemanas air dapat
dilihat pada gambar 4.1 sebagai berikut.
Gambar 4.1 Gambar potongan kolektor Solar Water Heater SWH
4.1. Analisa Perpindahan Panas Pada Kolektor
Perpindahan panas terjadi disebabkan radiasi matahari masuk kedalam kolektor pemanas air. Yang disinari mulai dari jam 05:55 WIB sampai dengan jam
20:00 WIB sehingga terjadinya perpindahan panas pada kolektor surya. Data radiasi matahari yang diambil sebagai acuan dalam mensimulasikan alat pemanas
air bertenaga surya yaitu pada tanggal 28 september 2013. Data diambil dengan menggunakan Hobo microstation data logger yang fungsinya untuk mengukur
beberapa parameter salah satunya adalah radiasi matahari. Grafik radiasi matahari yang terjadi pada tanggal 28 september 2013 dapat dilihat pada gambar 4.2.
Universitas Sumatera Utara
60 Gambar 4.2 Grafik radiasi matahari pada tanggal 28 september 2013
Pada gambar 4.2 menunjukkan grafik radiasi matahari yang terjadi pada tanggal 28 september 2013. Ketidakstabilan radiasi matahari yang terjadi
disebabkan oleh faktor lingkungan yaitu matahari ditutupi awan saat pengukuran dilakukan sehingga radiasi yang diterima oleh alat Hobo microstation mengalami
penurunan. Dengan menggunakan data radiasi matahari pada tanggal 28 september
2013 maka simulasi dapat dilakukan. Simulasi dilakukan sesuai dengan hasil data yang diperoleh dari hobo microstation yaitu disimulasikan mulai dari jam 05:55
WIB hingga jam 20:00 WIB. Distribusi temperatur yang terjadi pada tiap bagian kolektor dapat dilihat pada gambar 4.3
Gambar 4.3 Grafik distribusi temperatur pada tiap bagian kolektor
Universitas Sumatera Utara
61 Pada gambar 4.3 menunjukkan bahwa grafik pada tiap bagian mengalami
kenaikan suhu mulai dari jam 6:30 WIB hingga jam 13:00 WIB. Hal ini terjadi dikarenakan adanya perubahan posisi ketinggian matahari sehingga matahari
memancarkan sinarnya lebih besar dari sebelumnya. Pada jam 13:00 WIB sampai dengan jam 14:30 WIB temperatur pada kolektor pemanas air mengalami
penurunan, hal ini disebabkan saat jam tersebut terjadi mendung sehingga radiasi matahari yang diterima jauh lebih sedikit sehingga temperatur yang terjadi pada
kolektor mengalami penurunan yang signifikan. Selanjutnya temperatur tidak mengalami perubahan yang signifikan disaat jam 14:30 WIB hingga jam 17:00
WIB, hal ini disebabkan radiasi matahari yang disinari pada kolektor pemanas air tersebut menerima besar radiasi sekitar 250 Wm
2
sehingga temperatur yang terjadi pada kolektor stabil. Jam 17:00 WIB temperatur pada kolektor mengalami
penurunan suhu yang signifikan karena radiasi matahari sudah mulai berkurang. Dengan berkurangnya radiasi matahari maka temperatur pada kolektor
semakin berkurang sehingga pada saat ini PCM mulai mengalami perubahan phase dari cair ke padat hingga pagi menjelang hal ini dikarenakan wadah TES
pada kolektor mengalami penurunan suhu hingga suhu PCM mencapai batas suhu pembekuan yaitu 334 K 61
o
C. walaupun PCM mengalami pembekuan, panas yang disimpan oleh PCM masih besar sekitar 333 K 60
o
C hingga jam 20:00. Oleh karena itu dengan panas yang disimpan masih sangat besar maka dapat
digunakan sebagai alat pemanas air. Sedangkan phase change Material PCM yang digunakan pada simulasi ini adalah stearic acid yang memiliki properties
material seperti pada table 3.3 Distribusi temperatur dan melelehnya PCM yang terjadi pada kolektor
pemanas air bertenaga surya yang disinari selama 8 jam dapat dilihat pada gambar 4.4 dan 4.5.
Universitas Sumatera Utara
62 Gambar 4.4 Distribusi temperatur radiasi pada kolektor dengan dipanasi dibawah
sinar matahari selama 8 jam.
Gambar 4.5 Distribusi melelehnya PCM pada kolektor dengan dipanasi dibawah sinar matahari selama 8 jam.
Universitas Sumatera Utara
63 Pada gambar 4.4 menjelaskan terjadinya distribusi temperatur pada
kolektor yang dipanasi di bawah radiasi sinar matahari selama 8 jam. Variasi warna yang ditampilkan mewakili besarnya temperatur yang terjadi pada kolektor
pemanas air bertenaga surya tersebut. Bagian kolektor yang memiliki temperatur paling tinggi yaitu bagian kaca pertama, hal ini disebabkan pada bagian kaca
pertama yang pertama kali mengenai radiasi matahari sehingga temperatur kaca menjadi lebih tinggi dari bagian-bagian lainnya pada kolektor. Sedangkan bagian
kolektor yang memiliki temperatur yang paling rendah yaitu pada bagian PCM, hal ini karena sebelum radiasi matahari mencapai ke bagian PCM, radiasi
melewati beberapa bagian pada kolektor sehingga radiasi matahari mengenai bagian wadah TES juga berkurang.
Sedangkan pada gambar 4.5 menunjukkan terjadinya distribusi pelelehan pada PCM didalam wadah TES yang dipanasi di bawah radiasi sinar matahari
selama 8 jam. Warna merah merupakan udara yang berada didalam kolektor menandakan bahwa udara bersifat gas sedangkan warna biru merupakan material
yang masih besifat padat belum terjadi proses pelelehan antara phase padat ke cair. Variasi warna lainnya merupakan proses melelehnya material dari phase
padat menjadi phase cair, hal ini disebabkan temperatur pada wadah TES telah melewati titik leleh PCM sehingga sebagian PCM mengalami proses meleleh.
Untuk menjelaskan bahwa PCM telah mengalami pelelehan maka dapat dilihat distribusi kerapatan massa jenis pada gambar 4.6 sebagai berikut.
Universitas Sumatera Utara
64 Gambar 4.6 Distribusi density PCM pada kolektor dengan dipanasi dibawah sinar
matahari selama 8 jam. Diliihat pada gambar 4.5 menjelaskan bahwa warna merah mewakili PCM
dalam phasa padat dan ditinjau pada table 4.1 menjelaskan juga bawah saat PCM dalam phasa padat kerapatan massa jenis yang dimiliki PCM sebesar 861 kgm
3
, jika nilai density diantara 861
ρ778 kgm
3
artinya PCM dalam phasa padat-cair sedangkan jika besar dari 778 kgm
3
maka PCM mengalami perubahan phasa yaitu phasa cair. Dengan dilihat pada gambar 4.5 membuktikan bahwa PCM
bagian atas mengalami proses pelelehan sehingga PCM berubah kerapatan massa jenisnya pada bagian atas. Warna biru mewakili kerapatan massa jenis pada udara
yang ada didalam kolektor. Sedangkan untuk kecepatan stearic acid yang telah meleleh dapat dilihat distribusi countour kecepatan pada gambar 4.7.
Universitas Sumatera Utara
65 Gambar 4.7 Distribusi kecepatan PCM pada kolektor
Dilihat pada gambar 4.7 menjelaskan bahwa bagian yang berwarna menunjukkan stearic acid bergerak menuju kebagian sisi tepi wadah tes. Hal ini dikarenakan
stearic acid tidak meleleh secara merata sehingga stearic acid yang telah meleleh akan mengalir kebagian sisi tepi kolektor. Sedangkan bagian yang berwarna biru
menjelaskan fluida dalam keadaan diam tidak bergerak.
4.2. Validasi Terhadap Eksperimen