Analisa Perpindahan Panas Pada Kolektor

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