Harga G ini disebut kontanta surya,Gsc pengukuran yang baru-baru ini dilakukan oleh pesawat antariksa telah membenarkan harga Gsc ini,yang kemudian telah diterima oleh
NASA sebagai standar.
2.3. Kolektor surya pelat rata
Data radiasi surya pada bidang miring jarang diperloleh : karakteristik dari permukaan di sekitarnya berbeda antara satu tempat dengan yang lainnya, sehingga standariasasi
pengukuran sukar dibuat. Misalnya, data untuk suatu permukaan miring yang menghadap tanah tertutup salju serta menerima komponenen radiasi karena pemantulan, harus dirinci
dulu kondisi saljunya, yaitu sifat pantulnya. Karena itu, radiasi total pada suatu permukaan miring biasanya dihitung. Dalam
bagian ini dipertimbangkan metode untuk menghitung komponen radiasi pada sutu permukaan miring. Komponen sorotan I
bT
diperoleh dengan mengubah radiasi sorotan pada permukaan horizontal menjadi masuk normal dengan menggunakan sudut zenith,
dan kemudian mendapatkan komponen pada permukaan miring dengan menggunakan sudut masuk. Radiasi sorotan pada permukaan horisontal diperoleh dari selisih antara
pengukuran radiasi total dan pengukuran radiasi sebaran untuk suatu lokasi tetentu. Komponen sebaran pada permukaan miring, I
dT
, dihitung dari komponen horisontal. Perhitungan dapat dilakukan dengan dua cara: yang pertama dengan menggap radiasi
sebaran didistribusi merata; yang kedua,suatu ,metode yang lebih teliti, menggap bahwa sebaran lebih banyak berasal dari daerah langit dekat matahari. Karena untuk kebanyakan
daerah, komponen sebaran untuk suatu permukaan horizontal, I
d
, tidak dapat diperoleh secara terpisah, maka suatu metode perhitungan fraksi sebaran dari radiasi total, I
d
I. Komponen yang dipantulkan pada permukaan miring, I
rT
, dapat segera dihitung apabila
Universitas Sumatera Utara
reflektansi dari permukaan disekitanya telah diketahui. Radiasi total pada permukaan miring adalah jumlah dari tiga komponen yang diterangkan dengan menggunakan rumus :
I
T
– I
bT
+ I
dT
+ I
rT
Intensitas radiasi langsung atau sorotan per jam pada sudut masuk normal I
bn
, I
bn
= Dimana I
b
adalah radiasi sorotan pada permukaan horizontal dan cosØ
z
adalah sudut zenith, untuk permukaan yang dimiringkan dengan sudut terhadap bidang horizontal,
intensitas dari komponen sorotan adalah : I
bT
= Ibn cosØ
T
= I
b
Dimana Ø
T
disebut sudut masuk, dan didefenisikan sebaga sudut antara arah sorotan pada sudut masuk normal dan arah komponen tegak lurus 90
o
C pada permukaan miring. Apabila permukaan dimiringkan denga sudut terhadap horizontal, maka hal itu adalah
sama dengan apabila bumi diputar denga arah jarum jam sebesar , dan permukaannya tetap berada pada kedudukan yang sama,. Hubungan antara cosØ
z
untuk garis lintang –
kemudian datap diganti untuk permukaan yang dimiringkan pada garis lintang . Karena garis lintang ditentukan dari bidang ekuator, maka kemiringan permukaan megarah ke
ekuator, yaitu bahwa permukaan itu dimiringkan ke selatan. Persamaan untuk sudut Ø
T
, yaitu sudut masuk adalah : Cos Ø
T
= sin δ. Sin – + cos δ. Cos – . Cos ω
Radiasi sorotan I
bT
pada permukaan miring selanjutnya dapat dihitung dari radiasi sorotan I
b
pada sebuah permukaan horizontal, I
bT
= I
b
– –
Radiasi sebaran yang disebut juga radiasi langit sky radiation, adalah radiasi yang diancarkan ke permukaan oleh atmosfer, dank arena itu berasal dari seluruh bagian langit.
Universitas Sumatera Utara
Apabila dimisalkan, seperti yang sering terjadi, bahwa radiasi sebaran langit didistribusikan merata , maka radiasi sebran pada permukaan miring dinyatakan dengan:
I
dT
= I
d
Dimana adalah sudut miring dari permukaan miring dan Id menunjukkan besarnya radiasi sebaran.
Selain komponen radiasi langsung dan sebaran, permukaan penerima juga mendapatkan radiasi yang dipantulkan dari permukaan yang berdekatan; jumlah radiasi yang dipantulkan
tergantung dari reflektansi dari permukaan yang berdektan itu,dan kemiringan permukaan yang menerima. Radiasi yang dipantulkan per jam, juga disebut radiasi patulan , adalah :
I
rt
= I
bT
+ I
d
Dimana =0,20-0,25 untuk permukaan tanpa salju dan 0,7 untuk permukaan lapisan salju. Prestasi termal kolektor surya pelat rata dijabarkan oleh persamaan effisiensi termal
Hottel-Whillier-Bliss. Persamaan tersebut diterapkan secara luas dalam simulasi dan analisa sistem surya. Pemanasan surya pada umumnya terdiri dari selembar bahan
konduktif termal yang disebut pelat penyerap yang menyambung pipa-pipapembawa cairan pemindah panas. Radiasi surya ditransmisikan melalui penutup yang transparan
dan diubah menjadi panas pada pelat penyerap tersebut. Panas yang hilang dari bagian atas pelat penyerap karena konveksi alam dan karena
radiasi ke permukaan dalam dari pelat penutup kaca,tetapi dalam analisis ini hal itu akan diabaikan. Panas ini dikonduksikan oleh pelat kaca ke permukaan luarnya,kemudian
dipindahkan ke atmosfer luar secara konveksi dan radiasi. Kerugian panas ini dinamai kerugian atas top loss,dinyatakan dengan:
U
t
t
p
-t
a
Wm
2
Universitas Sumatera Utara
Dimana U
t
disebut koefisien kerugian atas ,Wm
2
.K, dan T
p
dan T
a
masing-masing adalah temperatur pelat dan temperatur lingkungan. Kebalikan dari U
t
,1U
t,
adalah jumlah tahanan terhadap perpindahan panas dari pelat ke lingkungan yang dinyatakan dengan
sirkuit seri-pararel sederhana. Dalam sirkuit ini,
a. h
1
= koefisien konveksi alam dalam b.
h
2
= koefisen radiasi ekivalen dalam c.
Rkaca = harga R dari kaca,tebalkonduktivitas termal =tk,m
2
.KW d.
Ho = koefisien konveksi luar e.
Hro = koefisien radiasi ekivalen luar Dimana satuan-satuan untuk koefisien konveksi dan koefisien radiasi adalah Wm
2
.K Karena dalam suatu sirkuit pararel konduktansi-konduktansi dijumlahkan, dan dalam suatu
sirkuitseri tahanannya dijumlahkan, maka tahanan total dapat ditulis
ro o
t
h h
kaca k
t h
h U
+ +
+ +
= 1
1 1
2 1
a. koefisien konveksi alam h
i
antara pelat-pelat miring yang dipanasi dari bawah telah dikorelasikan oleh hollands dan lain-lain untuk sudut miring lain antara 0
o
dan 70+o
y
yang dinyatakan dalam bilangan Rayleigh perbandingan gaya apung terhadap gaya viskos dan sudut miring
1
β . Koefisien tersebut dapat dengan mudah dinyatakan dari sela z, antara pelat penyerap dan penutup kaca, dengan sudut miring sebagai
parameter. Fungsi-fungsi
2 1
, φ
φ dan
3
φ didefenisikan sebagai berikut:
2 1
3 2
1
200 357
m m
T T
× +
= φ
= 50
c p
T T
−
Universitas Sumatera Utara
=
2 3
2
200 1428
m m
T T
+
Dan temperatur rata-rata Tm : T
m
=T
p
+T
c
2 b.
koefisien radiasi dalam ekivalen h
ri
Penukaran panas radiasi antara penyerap dan penutup adalah : q =
1 1
1
2 1
4 2
4 1
− +
− ε
ε σ
T T
A
yang dapat ditulis sebagai fungsi koefisien radiasi ekuivalen h
ri
sebagai q = h
ri
T
p
-T
c
dimana h
ri
=
c p
c p
c p
T T
T T
−
−
− −
1 1
1
4 4
ε ε
σ
c. Tahanan termal kaca dinyatakan dengan
Rkaca =
k t
Dimana t adalah tebal kaca, m dan k adalah konduktivitas termal Wm.K d.
Koefisien konveksi luar h
o
dihitung dengan h
o
= 5,7 + 3.8 V dimana V adalah kecepatan angin dalam ms
e. Koefisien radiasi luar ekivalen dapat ditulis sebagai
H
ro
=
langit c
langit c
c
T T
T T
− −
4 4
σ ε
Wm
2
.K
Dimana temperatur langit diperkirakan oleh Swinbank adalah
Universitas Sumatera Utara
T
langit
= 0,0552 T
a 23
Temperatur luar T
a
adalah dalam derajat Kelvin K Pelepasan panas sebuah kolektor surya lebih baik sebagai fungsi dari temperatur masuk fluida
T
i
. Hal ini dapat dilakukan dengan memakai faktor pelepasan panas yang diberilambang F
R
. Apabila kerugian panas dinyatakan sebagai fungsi temperatur fluida masuk T
i
maka kerugian tersebut dinyatakan sebgai :
U
L
T
i
-T
a
Dimana T
i
selalu lebih kecil dari pada temperatur pelat yang menjadi dasar bagi U
L
. Maka perolehan panas yang dinyatatakan sebagai fungsi temperatur fluida masuk, menjadi :
F
R
[ G
T
- U
L
T
i
-T
a
]
2.3.1 Faktor efisiensi, F
Karena temperatur T
p
dari pelat penyerap berubah-ubah sepanjang dan melintang pelat itu, maka persamaan perolehan panas kolektor dan persamaan efisiensi biasanya
dinyatakan dengan fungsi dari temperatur fluida masuk, yang relative mudah dikontrol dan diukur selama pengujian dan operasinya. Langkah pertama untuk mencapai hal tersebut
adalah menggunakan effisiensi sirip F. Perolehan panas melalui lebar sirip s-d2 , adalah :
[ ]
c b
L t
T T
U G
F d
s −
−
−
τα
2
Apabila radiasi yang diserap G
t
τα untuk sesaat dibuat sama denga nol,maka aliran panas dapat ditulis sebagai
[ ]
d F
d s
U T
T
L a
b
+ −
− 1
Universitas Sumatera Utara
Dimana tahanan terhadap aliran panas dalam sirip adalah
[ ]
d F
d s
U
L
+ −
1
Universitas Sumatera Utara
2.3.2 Effisiensi termal kolektor surya
a Persamaan efisiensi termal
Perolehan panas atau keluaran berguna dari sebuah kolektor surya pelat rata deberikan sebagai
F
R
[ ]
a i
L T
T T
U G
− −
τα Apabila keluaran ini dibagi dengan masukan, yaitu masukan radiasi pada
kolektor,perbandingan yang dihasilkan adalah
− =
− T
T i
L R
R
G T
U F
F
a
τα η
η
didefenisikan sebagai termal kolektor, dan F
R
U
L
biasanya hampir konstan dalam daerah operasi kolektor. Dengan demikian persamaan ini dapat dilihat sebagai bentuk persamaan
lurus y = b = mx, dimana b adalah sumbu-y yang terpotong dan m adalah kemiringan garis tersebut. F
R
τα adalah titik potong dan -F
R
U
L
adalah kemiringan garis lurus, dengan satuan absis a T
i
-T
a
G
T
. Karena itu bilangan . F
R
τα dan -F
R
U
L
adalah karakteristik prestasi termal dari kolektor pelat rata, dan merupakan masukan bagi sejumlah program komputer untuk sistem energi
surya. b
Persamaan empiris untuk koefisien kerugian U
t
Sebuah persamaan empiris disarankan oleh S.A. Klein dan baru-baru ini dimodifikasi oleh Agarwal dan Larson untuk memperhitungkan ketergantungan sudut U
t
pada kemeringin ,
Ut = +
Universitas Sumatera Utara
Dimana : N = jumlah kaca penutup
F = 1- 0,04 h
o
+ 0,0005h
o 2
1+0,091N C = 250[1-0,0044 -90
o
] Harga h
o
= 5,7 + 3,8 V Wm
2
.K Dimana V adalah kecepatan angin
2.3.3 Benda kelabu Benda kelabu gray body adalah benda yang mempunyai emisivitas monokromatik
yang tidak bergantung dari panjang-gelombang. emisivitas monokromatik didefenisikan sebagai perbandingan antara daya emisi=monokromatik benda itu dengan daya emisivitas
monokromatik benda hitam pada panjang-gelombang dan suhu yang sama. Penyerapan radiasi oleh permukaan ditandai oleh fraksi-fraksi dari jumlah ideal yang dipancarkan
ε ,emisivitas dan diserap
α ,sbsorpsivitas,misalnya,perpindahan panas yang terjadi dalam sebuah kolektor surya adalah perpindahan panas radiasi dari pelat penyerap ke pelat penutup
kaca. Untuk pelat-pelat pararel semacam itu,hubungannya sangat bermanfaat
q = 1
1 1
2 1
4 2
4 1
− +
− ε
ε σ
T T
A
dimana
1
ε dan
2
ε adalah emisivitas dari pelat-pelat penyerap dan kaca. Radiasi surya adalah radiasi gelombang pendek yang diserap oleh pelat penyerap sebuah
kolektor surya dan diubah menjadi panas. Oleh sebab itu penyerap panas harus memiliki harga
α yang cukup tinggi dalam batas yang masih praktis. Pelat penyerap,yang menjadi panas,memancarkan radiasi termal dalam daerah panjang gelombang yang panjang
inframerah. Kerugian radiasi ini dapat dikurangi sehingga sangat kecil dengan cara
Universitas Sumatera Utara
menggunakan permukaan khusus yang memiliki harga absorpsivitas yang tinggi α
tinggi dalam daerah panjang gelombang pendek radiasi surya dan harga emisivitas yang rendah
ε rendah dalam daerah inframerah. Permukaan semacam itu disebut permukaan selektif. Salah satu diantaranya adalah dengan memberikan warna hitam cat
hitam pada permukaan penyerap. Pelat warna hitam memiliki memiliki harga α =0.98
dan ε =0.98.
Gambar 2.1 tabel emisivitas material.[6]
Emisivitas total benda itu dapat dihubungkan dengan emisivitas monokromatik denagan memperhatikan :
= E =
dλ E
b
= dλ =
= Dimana,
adalah daya emisi benda hitam persatuan panjang-gelombang. Jika terdapat kondisi benda kelabu, artinya
konstan, maka persamaannya menjadi sederhana :
Universitas Sumatera Utara
= Emisivitas berbagai benda mungkin berbeda menurut panjang gelombang, suhu, dan
kondisi permukaan. Hubungan fungsi untuk diturunkan oleh Planck dengan menggunakan
konsep kuantum untuk energy elector magnetic. Penurunan itu sekarang biasanya dilakukan dengan metode termodinamika static dan
ternyata berhubungan dengan densitas energi : =
= Dimana, λ adalah panjang gelombang
, T adalah suhu K, C
1
adalah 3,743 x 10
8
W.
4
m
2
, C
2
adalah 1,4387 x 10
4 4
.K
2.3.4 Benda hitam
Bila seberkas sinar enrgi panas mengenai permukaan suatu benda, maka sebagian diserap,sebagian dipantulkan dan sebagian lainnya lagi diteruskan melewati benda itu. Benda
hitam memenuhi persamaan E
b
= hal ini karena tidak memantulkan sesuatu radiasi. Jadi
benda hitam adlah, benda yang menyerap seluruh radiasi yang menompanya. E
b
disebut daya emisi emissive power benda-hitam. Pada keseimbangan, energi yang diserap benda itu
mesti sama dengan energy yang dipancarkan; sebab,jika tidak,tentu ada energi yang mengalir masuk atau keluar benda itu danmenyebabkan suhunya naik atau turun. Pada keseimbangan
dapat ditulus: EA = q
i
A Perbandingan daya emisi suatu benda dengan daya emisi benda hitam pada suhu yang sama
ialah sama dengan absorpsivitas benda itu. Perbandingan itu desebut emisivitas =
Universitas Sumatera Utara
=
Gambar 2.2 grafik perbandingan antara daya emisi benda hitam dengan benda kelabu dengan daya emisi permukaan nyata
Gambar 2.2 menunjukkan spektrum radiasi relative dan benda hitam pada 3000 F dan benda kelabu ideal yang sebanding dengan emisivitas 0,6. Juga diberikan kurva yang
menunjukkan tingkah laku kira-kira untuk permukaan yang nyta, yang mungkin sangat berbeda dari benda hitam ideal maupun benda hitam ideal. Adanya pergeseran titik
maksimum kurva radiasi menjelaskan perubahan warna jika benda dipanaskan. Oleh karena itu pita panjang gelombang yang dapat dilihat oleh mata terletak 0,3 dan 0,7
, maka hanya sebagian kecil saja spektrum energi radiasi pada suhu rendah dapat dilihat oleh mata. Ketika
benda dipanaskan,intensitas maksimum digeser kearah panjang-gelombang pendek, dan tanda pertama yang memperlihatkan adanya kenaikan suhu benda ialah warna merah-tua. Dengan
peningkatan suhu menjadi lebih tinggi, warna itu berubah menjadi merah cerah, kemudian kuning cerah dan akhirnya putih.
Faktor total energy radiasi yang dipancarkan antara 0 dan λ adalah
Universitas Sumatera Utara
Dapat disesderhankan denganmembagi kedua ruas persamaan dengan T
5
Radiasi total yang dipancarkan pada keseluruhan panjang-gelombang adalah
=
2.4. Siklus mesin pendingin adsorpsi
