4.3.1 Menghitung Kecepatan Dalam Kolektor �
Pada perancangan kolektor ini kecepatan profil dalam kolektor tidak dihitung karena pada kolektor ditambahkan blower sehingga kecepatan udara di
dalam kolektor dapat diperoleh dari alat ukur. Kecepatan udara di dalam kolektor 1
� adalah 0,735 ms, dan kecepatan kolektor 2 � adalah 0.385 ms
4.3.2 Menghitung Kehilangan Panas Pada Dinding
1. Menghitung Koefisien Konveksi Permukaan Luar
Koefisien konveksi melalui udara lingkungan terhadap permukaan polyurethane, h
1
koefisien konveksi natural. Temperatur lingkungan T
r
vs Temperatur permukaan polyurethane T
s
. Penyelesaian :
Diketahui : Temperatur Lingkungan T
r
= 35.19
o
C = 308.19 K Temperatur polyurethane T
s
= 39.60
o
C = 312.60 K Temperatur Film T
f
=
+
= 310.391 K
Sifat fisik udara pada temperatur 37.391
o
C :
Menghitung bilangan Grashof Gr
L
: Rumus:
2 3
2
cos
L T
T g
Gr
r s
L
Dimana : �
= Massa jenis
= 1.12682 kgm
3
� =
Gravitasi = 9.81m
s Ө
= Kemiringan kolektor = 0
o
Tf K
ρ kgm
3
Cp Jkg K
� x 10
7
N.sm
2
k x10
3
Wm.k α x10
6
m
2
s Pr
310.391 1.12682 1.00742
189.50455 27.06893 24.03787 0.70555
Universitas Sumatera Utara
= Koefisien udara = =
.
= 0.003221743 1K L
= Panjang kolektor = 3 m
� = Viskositas
= 189.50455 x 10
-7
N.sm
2
Maka : Gr
L
=
.
kg m
x .
m s
xcos x . K x
. K− . K x
.
−
N.s
Gr
L
= 1.3306 x 10
10
Menghitung bilangan Rayleigh Ra
L
: Rumus:
Ra
L
= Gr
L
x Pr
Dimana: Ra
L
= Bilangan Rayleigh
Gr
L
= Bilangan Grashoff = 1.3306 x 10
+10
� = Bilangan Prandt
= 0.70555
Maka: Ra
L
= 1.3306 x10
10
x 0.70555
Ra
L
= 9.3877 x10
9
Menghitung bilangan Nusselt Nu
x
: Rumus:
25 ,
59 ,
Nu
L x
Ra
untuk
9 4
10 10
L
Ra
3 1
1 ,
Nu
L x
Ra
untuk
13 9
10 10
L
Ra
Karena Ra
L
diantara 10
9
Ra
L
10
13
maka bilangan Nusselt yang dipakai adalah:
Nu
x
= 0.1 Ra
L 13
Dimana:
Universitas Sumatera Utara
Nu
x
= Bilangan Nusselt Ra
L
= Bilangan Rayleigh
Maka: Nu
x
= 0.1 x 9.3877 x10
9 13
Nu
x
= 210.9534419 Menghitung koefisien konveksi h
1
: Rumus:
� =
h .
Dimana : Nu
x
= Bilangan Nusselt = 210.9534419
= Lebar penampang kayu = 0.145 m
= Konduktivitas termal udara = 27.06893 x10
-3
Wm.K
Maka: h
1
=
. . .
x
−
W .K .
h
1
= 39.38126863 Wm
2
K
2. Menghitung Koefisien Konveksi Permukaan Dalam
Koefisien konveksi melalui udara dalam kolektor terhadap permukaan plat, h
2
koefisien konveksi paksa. Temperatur udara dalam kolektor T
r
vs Temperatur permukaan Plat T
s
. Penyelesaian :
Diketahui : Temperatur Udara Kolektor T
r
= 69.64
o
C = 342.64 K Temperatur Plat T
s
= 109.21
o
C = 382.21 K Temperatur Film T
f
=
+
= 362,424
o
C h
1
=
� .
Universitas Sumatera Utara
Sifat fisik udara pada temperatur 89.424
o
C :
Menghitung bilangan reynold Rumus :
Re
L
=
.
Dimana : Re
L
= Bilangan Reynold v
= Kecepatan udara = 0.735 ms
L = Panjang kolektor
= 3 m ν
= Viskositas kinematic = 22.16985 x 10
-6
m
2
s
maka : Re
L
=
. .
.
−
Re
L
= 9.9459 . 10
4
Menghitung bilangan Nussel Rumus :
Nu
L
= 0.664 . Re
L 12
. Pr
13
Dimana : Nu
L
= Bilangan Nussel Re
L
= Bilangan Reynold = 9.9459 . 10
4
Pr = Bilangan Prandl
= 0.69826
Maka : Tf
K ν x 10
6
m
2
s k x10
3
Wm.k Pr
362.424 22.16985
30.91938 0.69826
Universitas Sumatera Utara
Nu
L
= 0.664 . 9.9459 . 10
4 12
. 0.69826
13
Nu
L
= 185.801 Menghitung koefisien konveksi h
2
Rumus : h
L
=
. �
Dimana : h
L
= koefisien konveksi k
= konduktifitas = 30.91938 . 10
-3
Wm.K Nu
L
= Bilangan Nussel = 185.801
L = panjangng kolektor
= 3 m
Maka : h
L
=
. .
−
. .
h
L
= 1.91495 Wm
2
.K
3. Perhitungan Kehilangan Panas Pada Sisi Dinding
Rumus: Q = �. � � −
=
ℎ
+
ℎ�
+
�
+
� �
+
� � �
+
ℎ
Dimana : h
1
= Koefisien konveksi permukaan luar Wm
2
.K k
polyurethane
= Konduktifitas termal polyurethane Wm.K k
sterofoam
= Konduktifitas termal sterofoam Wm.K k
rockwoll
= Konduktifitas termal rockwoll Wm.K k
aluminium
= Konduktifitas termal aluminium Wm.K h
2
= Koefisien konveksi permukaan dalam Wm
2
.K t
1
= Tebal polyurethane m
Universitas Sumatera Utara
t
2
= Tebal sterofoam m t
3
= Tebal rockwoll m t
4
= Tebal plat aluminium m A
= Luas total sisi dinding
Penyelesaian :
=
−
.�
+
.�
+
.�
+
�.� �
+
� ��
+
.��
Keterangan :
�
=
ℎ
.
.�
=
. W
.K x .
= 0.05837 KW
.�
=
.�
=
. , . .
= 0.499750125 KW
.�
=
.�
=
. ,
. .
= 3.295110057 KW
�
.�
�
=
�.�
=
. ,
. .
= 4.384811015 KW
�
�
�
=
�
.�
=
. . .
= 1.73638 .10
-5
KW
�
=
ℎ .�
=
. . x .
= 4.297990839 KW
Maka : =
. K −
. K .
K W
+ .
K W
+ .
K W
+ .
K W
+ . x
− K W
+ . KW
= .
Karena bagian dinding boks terdiri dari 2 sisi maka total kehilangan panas dinding adalah
. x 2 =
� �
= 11.80914 Watt Tiap 15 menit.
4.3.3 Perhitungan Kehilangan Panas Pada Sisi Alas