Pembuatan permukaan selektif radiasi surya pada pelat alumunium dengan pencelupan larutan NaOH 20% - USD Repository

  PEMBUATAN PERMUKAAN SELEKTIF RADIASI SURYA PADA PELAT ALUMINIUM DENGAN PENCELUPAN LARUTAN NaOH 20% TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh:

  ANTONIUS ANDRI WAROTO 025214104 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

  THE MAKING OF SOLAR RADIATION SELECTIVE SURFACE ON ALLUMINIUM BY DIPPING IN 20% NaOH SOLUTION FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

  by

  ANTONIUS ANDRI WAROTO Student Number : 025214104 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT ENGINEERING FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2007

  INTISARI

  Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pencelupan pelat Aluminium dalam larutan NaOH 20% dengan variasi waktu, terhadap absorptivitas dan emisivitas suatu bahan. Bahan yang dipakai adalah pelat aluminium dengan tebal 2 mm.

  Dalam pembuatan spesimen ada 2 variasi pencelupan yaitu : variasi A pencelupan pelat aluminium dalam larutan NaOH 20% dengan pengeringan secara alami sedangkan variasi B pencelupan pelat aluminium dalam larutan NaOH 20% dengan pengeringan dilap. Untuk setiap variasi pencelupan dibagi lagi pengerjaannya berdasarkan waktu pencelupan, yaitu : 5 detik, 10 detik dan 15 detik. Setelah dilakukan pencelupan, kemudian dilakukan pengujian radiasi untuk mengetahui besar absorptivitas surya dan emisivitas termal serta suhu yang diserap oleh aluminium yang telah mengalami pencelupan dalam larutan NaOH 20%.

  Absorptivitas dan emisivitas pelat aluminium dengan metode dipping in

  chemical baths (permukaan dikasarkan dengan direndam dalam larutan kimia

  NaOH) dapat meningkatkan absorptivitas 5 - 10 kali lipat, emisivitas juga meningkat 2 - 3 kali lipat serta kenaikan suhu yang diserap benda uji 2 ºC - 10 ºC. Dalam pengujian ini waktu pencelupan tidak berpengaruh secara signifikan tehadap besar kecilnya nilai absorptivitas dan emisivitas serta suhu yang diserap benda uji.

  Kata kunci : absorptivitas, emisivitas

  ABSTRACT

  The aim of this research is to know the influence of the time variation immersion of aluminium plate into NaOH 20% towards absorptivity and emmisivity of a material. The used material is an aluminium plate of 2 mm thick.

  There are two variations of immersion, namely: variation A, that is the immersion of aluminium plate into NaOH 20% with natural drying up, and variation B, that is the immersion of aluminium plate into NaOH 20% with manual drying up (using napkin). For each variation, further it can be divided based on the time of immersion, namely 5- second immersion, 10-second immersion and 15-second immersion. After the immersion, then radiation testing is done to know the amount of solar absorptivity, thermal emmisivity and temperature absorbed by aluminium which has undergone immersion into NaOH 20%.

  The absorptivity and emmisivity plate aluminium using dipping in chemical baths method it can seen that it can increase absoptivity five to ten folds. Emmisivity also increases two to three folds, and temperature incresases between 2 C to 10 C. In this testing, the time of immersion it does not influence significantly towards the value of absorptivity, emmisivity, and temperature which absorber by the material.

  Key word : absorptivity, emmisivity.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan bagi Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kasih karunianya yang besar, yang senantiasa selalu menuntun langkah demi langkah hingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar sarjana Teknik di jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan yang berupa moril maupun materiil dari semua pihak terutama kepada:

  1. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc., Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., Dosen Pembimbing yang telah membimbing dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  3. Laboran Laboratorium Teknologi Mekanik dan Laboratorium Perpindahan Panas Universitas Sanata Dharma yang telah membantu penelitian penulis.

  4. Segenap dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin FT-USD yang telah membantu dan selalu membimbing dalam masa-masa kuliah.

  5. Segenap keluargaku besar di lampung, ayah-handa (R. Wuryanto) dan ibunda (Y. Sunarsih) serta buat Mbak Yeni, Mas Andi, Widi, terima kasih untuk semuanya.

  6. Untuk teman-teman Dyah, Budi, Welly, Yohan, Pajar, Panut, Dwi, Wiwin, Beni Bantul, Sigit, Danang, Agung, Beni, dan teman-teman TM angkatan 2002 yang telah mendukung kelancaran penyusunan Tugas Akhir ini.

  Tiada kata yang bisa penulis ucapkan selain terima kasih dan semoga Tuhan selalu memberkati dan membalas segala kebaikan anda semua.

  Demikian usaha yang telah penulis lakukan sudah semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu dengan terbuka dan senang hati menerima saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kemajuan yang akan datang.

  Semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna dan memberikan wawasan lebih tentang ilmu pengetahuan dan teknologi bagi semua pembaca.

  Yogyakarta, 24 Juli 2007 Penulis

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL…………………….………...………………………... i HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING............................................ iii HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN............................. iv HALAMAN PERNYATAAN........................................................................ v

  INTISARI........................................................................................................ vi ABSTRACT.................................................................................................... vii KATA PENGANTAR..................................................................................... viii DAFTAR ISI................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR...................................................................................... xiii DAFTAR TABEL........................................................................................... xv

  BAB I PENDAHULUAN............................................................................ 1

  1.1. Latar Belakang.............................................................................. 1

  1.2. Batasan Masalah......................................................................... 4

  1.3. Tujuan Penelitian........................................................................ 4

  1.4. Sistematika Penulisan................................................................. 4

  BAB II DASAR TEORI................................................................................ 6

  2.1. Pengantar..................................................................................... 6

  2.2. Perpindahan Kalor....................................................................... 7

  2.2.1. Perpindahan Kalor Konduksi….................................... 7

  2.2.2. Perpindahan Kalor Konveksi........................................ 8

  2.2.3. Perpindahan Kalor Radiasi............................................ 8

  2.3. Pelat Absorber............................................................................. 14

  2.3.1. Sifat-sifat Pelat Absorber............................................... 14

  2.3.2. Pembuatan Permukaan Selektif...................................... 15

  2.3.3. Bahan Pelat Absorber.................................................... 17

  2.4. Alumunium.................................................................................. 18

  2.4.1. Sifat-sifat Alumunium................................................... 20

  2.4.2. Pengaruh Unsur-unsur Logam Paduan Aluminium...... 22

  2.5. Larutan Kimia……….................................................................. 24

  2.5.1. Konsentrasi Larutan……….......................................... 24

  2.5.2. Sifat-sifat Larutan……….............................................. 27

  BAB III METODE PENELITIAN................................................................ 30

  3.1. Skema Penelitian......................................................................... 30

  3.2. Cara Penelitian............................................................................ 31

  3.3. Proses Pembuatan Benda Uji...................................................... 32

  3.4. Proses Pencelupan Dalam Larutan NaOH.................................. 32

  3.5. Larutan…………….................................................................... 33

  3.6. Pengujian Bahan.......................................................................... 34

  3.6.1. Pengujian Absorptivitas Surya......................................... 34

  3.6.2. Pengujian Emisivitas Thermal......................................... 36

  3.6.3. Pengujian dengan Sinar Matahari.................................... 39

  BAB IV DATA PENELITIAN DAN PEMBAHASAN............................... 41

  4.1. Analisis Pengujian Absorptivitas................................................. 41

  4.2. Analisis Pengujian Emisivitas...................................................... 45

  4.3. Analisis Pengujian dengan Sinar Matahari.................................. 51

  BAB V KESIMPULAN DAN PENUTUP................................................... 55

  5.1. Kesimpulan................................................................................. 55

  5.2. Penutup........................................................................................ 56

  5.3. Saran............................................................................................ 56

  DAFTAR PUSTAKA......................................................................................... 57

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pengaruh Radiasi Datang............................................................... 9Gambar 2.2. Refleksi Spekular dan Refleksi Baur.............................................. 10Gambar 2.3. Sudut Azimut dan Sudut Polar....................................................... 11Gambar 2.4. Contoh Penggunaan Pelat Absorber............................................... 12Gambar 3.1. Diagram Alur Penelitian….............................................................. 30Gambar 3.2. Bentuk Benda Uji…........................................................................ 32Gambar 3.3. Alat Penguji Absorptivitas............................................................. 35Gambar 3.4. Pemasangan Spesimen................................................................... 37Gambar 3.5. Panel Indikator............................................................................... 38Gambar 3.6. Pemasangan Spesimen................................................................... 40Gambar 4.1. Diagram Absorptivitas Tanpa Pencelupan..................................... 43Gambar 4.2. Diagram Pengaruh Waktu Pencelupan Pada Absoptivitas.............. 44Gambar 4.3. Diagram Pengaruh Waktu Pencelupan Pada Absoptivitas.............. 44Gambar 4.4. Diagram Pengaruh Pencelupan NaOH Pada Absoptivitas.............. 45Gambar 4.5. Diagram Emisivitas Tanpa Pencelupan…………………............... 49Gambar 4.6. Diagram Pengaruh Waktu Pencelupan Pada Emisivitas................. 49Gambar 4.7. Diagram Pengaruh Waktu Pencelupan Pada Emisivitas................. 50Gambar 4.8. Diagram Pengaruh Pencelupan NaOH Pada Emisivitas…............. 50Gambar 4.9. Diagram pemanasan dengan sinar matahari terhadap waktu.......... 52Gambar 4.10. Diagram Pengaruh Pencelupan NaOH Pada Suhu Yang Dicapai.. 52 xiiiGambar 4.11. Foto Permukaan Aluminium Pengeringan Alami........................ 53Gambar 4.12. Foto Permukaan Aluminium Pengeringan Dengan Lap.............. 53

  xiv

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat-sifat Fisik Aluminium................................................................ 19Tabel 2.2. Sifat-sifat Mekanik Aluminium......................................................... 19Tabel 2.3. Contoh Beberapa Asam...................................................................... 28Tabel 2.4. Contoh Beberapa Basa……............................................................... 29Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Absorptivitas Surya Material Awal................. 41Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Absorptivitas Surya Pengeringan Alami......... 41Tabel 4.3. Data Hasil Pengujian Absorptivitas Surya Pengeringan Dilap......... 42Tabel 4.4. Data Hasil Pengujian Emisivitas Thermal Material Awal................. 46Tabel 4.5. Data Hasil Pengujian Emisivitas Thermal Pengeringan Alami......... 46Tabel 4.6. Data Hasil Pengujian Emisivitas Thermal Pengeringan Dilap.......... 47Tabel 4.7. Data Hasil Pengujian dengan Sinar Matahari.................................... 51 xv

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Dari jaman dahulu manusia telah mengenal energi, hampir semua kegiatan manusia membutuhkan energi, tidak hanya manusia tumbuhan dan mahluk hidup lainnya pasti sangat membutuhkannya. Energi tidak bisa lepas dari kehidupan ini karena tanpa adanya energi mungkin semuanya akan punah dan untuk itu alam pun telah menyediakan banyak sekali sumber-sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk memenuhi itu semua. Adapun energi yang paling banyak digunakan sekarang ini berasal dari perut bumi yang sewaktu-waktu dapat habis, misalnya seperti energi minyak bumi, gas, batu bara dll. Minyak bumi itu sendiri berasal dari kumpulan fosil-fosil yang telah lama terkubur dan mengendap di dalam tanah. Seiring perkembangan jaman dan pertumbuhan jumlah penduduk yang sangat pesat maka kebutuhan akan energi semakin banyak pula dan itu memaksa untuk menggali dan mengambil energi dari perut bumi secara besar-besaran. Sementara jumlah energi yang ada di dasar perut bumi ini kian hari berkurang dan tidak menutup kemungkinan akan habis.

  Untuk menindaklanjuti itu semua kita wajib dan sepantasnya untuk berfikir serta berusaha bagaimana caranya agar kita bisa menemukan energi alternatif yang lebih efisien dan yang masih banyak terdapat di alam ini. Sebenarnya masih banyak sumber daya alam yang ada disekitar kita ini yang dapat dimanfaatkan sebagai energi pengganti minyak bumi yang jumlahnya kian menipis energi alternatif ini jumlahnya masih berlimpah dan yang tak akan pernah habis oleh waktu, contohnya : energi surya, energi gelombang, energi angin, energi air, dan akhir-akhir ini juga telah dikembangkan energi gas dari kotoran hewan dan juga energi pengganti bensin yang berasal dari tumbuh-tumbuhan. Sebagai negara yang memiliki panas matahari yang berlimpah karena musim panas lebih panjang dibandingkan dengam musim dingin maka kita dapat memanfaatkan kelebihan ini untuk memilih salah suatu energi alternatif yang cocok untuk digunakan di negara Indonesia tercinta ini yaitu menggunakan energi surya.

  Enegi surya selain banyak terdapat disekitar kita juga hemat dan yang tidak kalah pentingnya adalah ramah lingkungan. Dengan memanfaatkan potensi energi tersebut maka dapat digunakan teknologi radiasi termal (thermal

  radiation ) yaitu radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu benda

  karena suhunya. Bila energi radiasi menimpa permukaan suatu benda maka sebagian dari radiasi itu akan dipantulkan (refleksi), sebagian diserap (absorpsi), dan sebagian lagi diteruskan (transmisi). Ada dua fenomena refleksi yang dapat diamati bila radiasi menimpa permukaan. Jika sudut jatuhnya sama dengan sudut refleksi maka dikatakan refleksi itu spekular, dilain pihak apabila berkas yang jatuh itu tersebar secara merata kesegala arah sesudah refleksi maka refleksi itu disebut baur (diffuse).

  Untuk mengambil panas dari surya kita dapat menggunakan alat penerima/pengumpul yang disebut kolektor yang berfungsi untuk mengumpulkan radiasi surya sebanyak mungkin dan mengalirkan energi yang didapat ke fluida kerja. Hal yang harus diperhatikan dalam kolektor ini adalah efisiensi konversi, yang semuanya dipengaruhi oleh sifat-sifat pada pelat absorber pada kolektor itu sendiri. Namun demikian juga harus diperhatikan faktor-faktor yang mempengaruhi pelat absorber, dalam penggunaannya untuk menyerap radiasi surya (radiasi gelombang pendek), dalam hal ini disebut faktor absorptivitas surya, semakin besar nilai absorptivitasnya maka semakin besar efisisensi konversi pelat absorber tersebut. Dengan keadaan pelat absorber yang menyerap radiasi surya maka temperatur pelat akan naik, sehingga dengan sifat alami suatu benda yang bertemperatur lebih tinggi dari benda sekitar akan memancarkan energi secara radiasi.

  Biasanya permukaan benda yang kasar lebih menunjukan sifat baur dari pada permukaan benda yang halus (mengkilap). Pengaruh kekasaran permukaan terhadap sifat-sifat radiasi termal bahan merupakan masalah yang akan menjadi bahan penelitian. Untuk mendapatkan sifat tersebut sangat tidak mungkin diperoleh dari alam, tetapi dapat diperoleh dengan beberapa metode diantaranya vacuum evaporation, vacuum sputtering, ion

  exchange , chemical vapour disposition, chemical oxidation, dipping in chemical baths , electroplating, spraying, screen printing, brass painting,

  mekanik (grinding), dll.

1.2. Batasan Masalah

  1. Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah pelat alumunium dengan tebal 2 mm.

  2. Metode peningkatan absorptivitas termal pelat yang digunakan adalah secara dipping in chemical baths.

  3. Dengan metode dipping in chemical baths benda uji permukaannya dikasarkan dengan cara direndam pada larutan NaOH dengan waktu dan cara yang beragam.

  4. Hanya dilakukan pengujian untuk mencari besar absorptivitas dan emisivitas.

1.3. Tujuan Penelitian

  Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk : 1.

  Mengetahui absorptivitas surya termal dan emisivitas termal pada pelat aluminium yang telah direndam pada larutan NaOH.

  2. Mencari metode pencelupan yang menghasilkan absorptivitas termal yang paling tinggi.

  3. Mencari data untuk mendukung pengadaan energi alternatif yang lebih hemat dan bermanfaat.

  4. Membandingkan hasil penelitian dengan penelitian lain yang sudah ada.

1.4. Sistematika Penulisan

  Pada bab I penulis membahas tentang latar belakang, batasan masalah, serta sistematika penulisan, pada bab II akan diuraikan tentang pengertian perpindahan kalor dan juga tiga modus perpindahan kalor dan segala macam tentang pelat absorber serta pengertian tentang aluminium.

  Metode yang digunakan dalam penelitian, bahan yang digunakan serta urutan pada proses pembuatan dan pengujian spesimen dijelaskan pada

  bab III untuk pembahasan dan data hasil pengujian dibahas pada bab IV. Bab V dijelaskan tentang kesimpulan dan saran-saran.

BAB II DASAR TEORI 2.1. Pengantar Di dalam perancangan peralatan konversi energi surya sebuah kolektor

  berperan sangat penting untuk menentukan besar kecilnya energi yang diserap, dipantulkan dan yang diteruskan. Selain itu yang sangat menentukan pula besar atau kecilnya energi yang dikonversi adalah aliran fluidanya. Pada umumnya peralatan seperti ini menggunakan fluida cairan, karena koefisisen aliran laminer dan koefisien perpindahan panas dalam pipa sama. Untuk memperbesar perpindahan panas biasanya aliran laminer dibuat supaya menjadi turbulen dengan memberikan gangguan pada aliran itu.

  Energi surya pada sebuah kolektor menggunakan prinsip perpindahan panas radiasi, konveksi, dan konduksi. Panas yang diserap oleh pelat penyerap secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah dialirkan sepanjang pelat tersebut dan melalui dinding saluran, kemudian panas dialirkan ke fluida dalam saluran secara konveksi. Selanjutnya pelat penyerap yang panas itu melepaskan panas ke pelat penutup kaca (umumnya menutupi kolektor) secara radiasi. Yang terpenting dalam sebuah kolektor surya adalah bagaimana cara menggunakan energi surya itu secara optimal, yaitu dengan mengatur kedudukan permukaan kolektor pada berbagai sudut terhadap bidang horisontal.

  6

2.2. Perpindahan Kalor

  Perpindahan kalor atau alih bahan (heat transfer) adalah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material. Istilah-istilah yang digunakan untuk menyatakan tiga modus perpindahan kalor, yaitu konduksi atau hantaran, konveksi atau ilian dan radiasi atau sinaran.

2.2.1. Perpindahan Kalor Konduksi

  Perpindahan energi terjadi dari bagian yang bersuhu tinggi kebagian yang bersuhu rendah. Kita katakan bahwa energi berpindah secara konduksi atau hantaran dan bahwa laju perpindahan kalor itu berbanding dengan gradien suhu normal :

  q T

   

  A x

   Jika dimasukan konstanta proporsionalitas (proportionality constant)

  T

    

  q   kA

   

  x

    

  Di mana : q = Laju perpindahan kalor, watt K = konduktivitas termal, W/(m.K)

  2 A = luas penampang tegak lurus pada aliran panas, m

   T = gradien suhu dalam arah aliran panas, -K/m.

   x

  Perpindahan Kalor Konveksi 2.2.2.

  Perpindahan panas secara tak langsung/tanpa media penghantar, seperti halnya jika udara yang mengalir di atas suatu permukaan panas kemudian permukaan lain menjadi panas. Apabila aliran udara/fluida disebabkan oleh sebuah blower maka disebut konveksi paksa. Dalam perancangan sebuah kolektor surya biasanya perpindahan panas konveksi dinyatakan dengan hukum pendinginan Newton, sebagai berikut :

  q  hA ( T  T ) _w

  Yang diketahui di mana :

  2

  h = koefisisen konveksi, W/(m .K)

2 A = luas permukaan, m

  T = temperatur dinding

  w

  T = temperatur fluida, K Di sini laju perpindahan kalor dihubungkan dengan beda suhu menyeluruh antara dinding dan fluida, dan luas permukaan A. Besaran h disebut koefesien perpindahan kalor konveksi (convection heat transfer

  coefficient ). Dari pembahasan di atas diharapkan bahwa perpindahan

  kalor konveksi bergantung pada viskositas fluida disamping ketergantungannya kepada sifat-sifat termal fluida tersebut.

2.2.3. Perpindahan Kalor Radiasi

  Berlainan dengan mekanisme konduksi dan konveksi, dimana perpindahan energi terjadi melalui bahan antara, kalor juga dapat berpindah melalui daerah-daerah hampa. Mekanisme disini adalah sinaran atau radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu benda karena suhunya. Bila energi radiasi menimpa permukaan suatu benda, maka sebagian dari radiasi itu dipantulkan (refleksi), sebagian diserap (absorpsi), dan sebagian lagi diteruskan (transmisi), seperti digambarkan pada gambar 2.1. Fraksi yang dipantulkan kita namakan reflektivitas

  (ñ) , fraksi yang diserap absorptivitas (á) fraksi yang diteruskan teransmisivitas( ô) , maka :

  á

• ñ+ ô = 1 Kebanyakan benda padat tidak meneruskan radiasi termal, sehingga transmisivitas dapat dianggap nol,

  á

• ñ = 1 Radiasi datang Refleksi Absorpsi Transmisi

Gambar 2.1. Pengaruh radiasi datang

  Ada dua fenomena refleksi yang dapat diamati bila radiasi menimpa suatu permukaan. Jika sudut jatuhnya sama dengan sudut refleksi maka dikatakan refleksi itu spekular (specular). Dilain pihak apabila berkas yang jatuh itu tersebar secara merata kesegala arah sesudah refleksi, maka refleksi itu disebut baur ( diffuse). Biasanya permukaan yang kasar lebih menunjukan sifat baur dari pada permukaan yang diupam mengkilap. Demikian pula permukaan yang diupam lebih spekular dari pada permukan kasar. Pengaruh kekasaran permukaan terhadap sifat- sifat radiasi termal bahan sangat besar peranannya, sehingga ini yang perlu kita pelajari lebih dalam.

  Sumber Sumber Sinar refleksi

  Bayangan cermin Sumber

  (a) (b)

Gambar 2.2. (a) Refleksi spekular dan (b) refleksi baur

  Hukum Kirchoff mengatakan bahwa suatu benda yang berada dalam kesetimbangan termodinamik akan mempunyai absorptivitas () yang sama dengan emisivitas () pada suatu panjang gelombang tertentu atau dapat dinyatakan dengan persamaan :   =  

    Persamaan di atas hanya berlaku untuk permukaan yang tidak bergantung pada sudut azimut , dan sudut polar . Jika permukaan tersebut tergantung pada sudut azimut dan sudut polar maka persamaan di atas akan menjadi :

  (=  (  

    _{Z N F A polar} S udut _{µ E W horisontal P erm ukaan} P _{S udut azim ut S}

Gambar 2.3. Sudut azimut dan sudut polar

   Untuk permukaan yang tidak transparan (opaque) maka radiasi hanya akan diserap dan dipantulkan karena permukaan yang tidak transparan tidak meneruskan radiasi ( = 0) sehingga persamaan menjadi :   +  =  +  = 1

     

  atau secara umum : (=  ( (ii

   

    

  Dari persamaan di atas dapat disimpulkan emisivitas dan absorptivitas dapat diketahui jika reflektivitas diketahui.

  Efisiensi kolektor dalam mengkonversikan energi surya menjadi energi termal tergantung pada :

  1. Faktor absorptivitas surya pelat absorber pada radiasi surya yang datang.

  2. Emisivitas termal pelat absorber pada panjang gelombang yang panjang.

  3. Kerugian panas karena konduksi, konveksi dan radiasi. Selain itu bahan pelat absorber harus memiliki konduktivitas termal yang baik dan panas jenis yang kecil. Efisiensi sebuah kolektor dapat dinyatakan dengan persamaan :

   T  T 

  i a

    F     F U

  R R L

    G

  T

    dengan : F : faktor pelepasan panas

  R

   : faktor transmitan-absorpan kolektor

  

2

U : koefisien kerugian (W/(m .K)) L

  T : temperatur fluida masuk kolektor (K)

  i

  T : temperatur sekitar (K)

  a

  

2

G : radiasi yang datang (W/m ) T

Gambar 2.4. Contoh penggunaan pelat absorber pada kolektor surya termal

  Dari persamaan efisiensi terlihat bahwa jika faktor absorptivitas surya () membesar maka efisiensi () akan membesar. Koefisien kerugian (U )

  L

  merupakan fungsi beberapa faktor diantaranya emisivitas termal (). Jika emisivitas termal membesar maka koefisien kerugian membesar, sehingga efisiensi akan berkurang. Idealnya pelat absorber memiliki faktor absorptivitas surya yang besar dan emisivitas termal yang rendah. Dari beberapa metode peningkatan efisiensi kolektor, penggunaan permukaan selektif merupakan cara yang paling efektif dan ekonomis. Dari beberapa penelitian yang dilakukan ternyata peningkatan harga faktor absorptivitas surya memberikan pengaruh yang lebih besar dibandingkan penurunan faktor emisivitas termal terhadap peningkatan efisiensi kolektor. Faktor lain yang mempengaruhi koefisien kerugian adalah kualitas isolasi, makin baik isolasi maka makin kecil harga koefisien kerugian. Perolehan panas berguna dari kolektor dapat dinyatakan dengan persamaan :

  2

  q   . G (W/m )

  u T

  Dari persamaan di atas ini terlihat bahwa jumlah panas berguna tergantung dari efisiensi kolektor.

  Emisivitas termal adalah perbandingan total energi yang dipancarkan suatu permukaan dengan total energi yang dipancarkan benda hitam pada temperatur yang sama. Pada permukaan nyata emisivitas termal merupakan fungsi panjang gelombang radiasi, sudut datang, temperatur permukaan dan keadaan permukaan (kekasaran, warna, bahan, dll). Menurut Stefan-Boltzmann energi yang dipancarkan suatu permukaan dinyatakan dengan:

  4

  4

  q å ó T T  

    S A

  dengan :

  2

  q : energi yang dipancarkan (W/m )  : emisivitas termal

• 8

  2

  4 W/(m .K )

   : konstanta Stefan Boltzmann = 5,67 x 10 T : temperatur permukaan (K)

  S

  T : temperatur sekitar (K)

  A

  Untuk benda hitam faktor emisivitas termal () = 1, sehingga persamaan menjadi :

  4

  4

  q  ó T  T

  b  

  S A

  dan : q   q

  b

  Pada penelitian ini energi yang dipancarkan (q) diukur dengan radiometer sehingga emisivitas termal () dapat diketahui.

2.3. Pelat Absorber 2.3.1. Sifat-sifat Pelat Absorber

  Bila ditinjau dari bahan pelat absorber yang digunakan perlu memperhatikan sifat-sifatnya, karena merupakan salah satu faktor penentu efisiensi pemanfaatan energi surya. Sifat-sifat pelat absorber yang perlu diperhatikan adalah:

  1. Faktor absorptivitas yang besar (mendekati satu).

  2. Faktor Emisivitas termal yang kecil (mendekati nol).

  3. Transisi spectral yang tajam antara absorptivitas yang tinggi dengan emisivitas termal yang rendah.

  4. Sifat optik dan fisik yang stabil.

  5. Kualitas kontak pelat dengan lapisan selektif yang baik.

  6. Mudah diaplikasikan.

  7. Proses pelapisan permukaan selektif yang murah dan tidak merusak lingkungan (Pandey dan Banerjee, 1998).

2.3.2. Pembuatan Permukaan Selektif

  Dalam proses pembuatan permukaan selektif ini, ada banyak cara untuk memperolehnya. Namun yang memerlukan perhatian lebih adalah bagaimana cara memperoleh permukaan selektif yang ideal dengan proses yang ada. Dimana dari hasil permukaan selektif yang diperoleh harus memiliki faktor absorptivitas surya (á) yang besar berkisar 0 (nol) sampai 1 (satu), dengan angka semakin mendekati 1 (satu) akan semakin baik, dan faktor emisivitas termal (å) yang kecil berkisar 0 (nol) sampai 1 (satu), dengan angka semakin mendekati 0 (nol) semakin baik. Dari beberapa percobaan dan penelitian yang pernah ada, diantaranya seperti berikut : a. Permukaan selektif dengan lapisan oksida tembaga.

  Lapisan oksida tembaga dibentuk dengan konversi kimia, yaitu dengan mencelupkan pelat tembaga yang telah dibersihkan dan dipolis ke dalam larutan sodium hydroxide dan sodium chloride panas selama waktu tertentu. Faktor absorptivitas surya (á) yang didapatkan sebesar 0,89 dan faktor emisivitas termal (å) yang didpatkan sebesar 0,17 (Choudhury, 2002).

  b. Permukaan selektif oksida cobalt.

  Dapat dibuat dengan metode electroplating pada pelat baja-nikel, dengan metode ini didapatkan faktor absorptivitas surya (á) antara 0,87 – 0,92 dan faktor emisitvitas termal (å) antara 0,07 – 0,08 (Choudhury, 2002).

  c. Permukaan selektif dengan metode sputtering.

  Dengan mengganti lapisan anti korosi dari nickel-chromium menjadi copper-nickel. Dengan metode ini dapat menaikkan absorptivitas surya (á) dari 0,89 – 0,91 menjadi 0,97, dan menurunkan faktor emisivitas termal dari 0,12 menjadi 0,06 (Gelin, 2004).

  d. Permukaan selektif dengan metode elektrokimia.

  Dengan oksidasi alumunium dan pigmentasi nikel, dapat menghasilkan absorptivitas surya (á) sebesar 0,91 dan emisivitas termal sebesar 0,17 (Kadirgan et al, 1999). e. Permukaan selektif dengan metode grinding.

  Untuk memperoleh permukann selektif dengan metode grinding ini, menggunakan kekasaran permukaaan 1ìm - 2ìm.

  Absorptivitas surya (á) yang dihasilkan sebesar 0,90 dan emisivitas termal (å) yang dihasilkan sebesar 0,25 (Konttinen et al, 2003).

  Namun dengan metode grinding ini, setelah diuji dengan mikrostruktur terdapat variasi pada penggunaan komposisi dan struktur dari alat grinding. Penggunaan komposisi dan struktur yang tepat dapat mempengaruhi hasil absorptivitas surya (á) sampai diatas 0,94.

2.3.3. Bahan Pelat Absorber

  Dalam pemilihan bahan pelat absorber ditentukan dengan pertimbangan, harus memiliki faktor absorptivitas surya yang besar (mendekati satu), emisivitas termal yang kecil (mendekati nol), transisi spektral yang tajam antara absorptivitas surya yang tinggi dengan emisivitas termal yang rendah, sifat optik dan fisik yang stabil, kualitas kontak pelat dengan lapisan selektif yang baik dan mudah di aplikasikan. Maka dari itu dipilih Aluminium sebagai bahan pelat absorber karena tidak beracun, relatif murah dan mudah didapatkan di pasaran serta memiliki sifat dasar yang baik sebagai pelat absorber.

2.4. Alumunium

  Aluminium adalah unsur logam yang dapat dijumpai dalam kerak bumi dan terdapat dalam batuan seperti felspar dan mika. Aluminium juga merupakan logam yang keras, kuat, ringan dan berwarna putih meskipun sangat elektropositif bagaimanapun juga tahan terhadap korosi karena lapisan oksida yang kuat dan liat terbentuk pada permukaannya serta masih banyak lagi sifat-sifat baik lainnya sebagai sifat logam. Akan tetapi aluminium murni juga memiliki sifat mampu cor dan mekanis yang kurang baik. Oleh karena itu untuk mendapatkan sifat-sifat mekanis yang lebih baik dan yang sesuai dengan kebutuhan produksi biasanya aluminium dapat dipadukan dengan logam-logam lainnya seperti dengan penambahan Cu, Mg, Zn, Ni, dsb, secara satu persatu atau bersama-sama. Penggunaan Aluminium sebagai logam setiap tahunnya berada pada urutan kedua setelah besi dan baja, dan tertinggi diantara logam non-ferous lainnya. Hal ini disebabkan oleh sifat-sifat Alumunium yang antara lain:

• Kuat - Ringan - Tahan korosi
• Mudah dibentuk
• Mempunyai konduktivitas panas dan listrik yang tinggi

Tabel 2.1. Sifat – sifat fisik Aluminium

  Kemurnian Al (%) Sifat - sifat

  99,996 >99,0

  o

  Massa jenis (20

  C) 2,6989 2,71 Titik cair 660,2 653-657

  o o Panas jenis (cal/g.

  C) (100

  C) 0,2226 0,2297 Hantaran listrik (%) 64,94 59 (dianil) Tahanan listrik koefisien temperatur

  0,00429 0,0115

  o

  (

  C)

  o

• 6

  Koefisien pemuaian (20-100

  C) 23,5 x

  10

• 6

  23,86 x

  10 Jenis kristal, konstanta kisi fcc fcc Tabel 2.2. Sifat – sifat mekanik Aluminium.

  Kemurnian Al (%) Sifat - sifat

  99,996 > 99,0 Dianil 75 % dirol dingin Dianil H18

2 Kekuatan tarik (kg/mm )

  4,9 11,6 9,3 16,9

2 Kekuatan mulur (0,2%) (kg/mm ) 1,3 11,0 3,5 14,8

  Perpanjangan (%) 48,8 5,5

  35

  5 Kekerasan Brinell

  17

  27

  23

  44

2.4.1. Sifat-sifat Aluminium

  Aluminium merupakan logam non-ferous yang banyak digunakan karena memiliki sifat-sifat :

  1. Kerapatan (density) Aluminium mempunyai berat jenis rendah yaitu sebesar 2700

  3

  kg/m (bandingan terhadap baja yang mempunyai kerapatan 7770

  3

  kg/m )

  2. Tahan terhadap korosi Untuk logam non-ferous dapat dikatakan bahwa makin besar kerapatannya maka makin baik daya tahan korosinya, tetapi Aluminium merupakan pengecualian. Walaupun Aluminium mempunyai daya senyawa tinggi terhadap oksigen (O ) atau

  2

  logam aktif dan oleh sebab itu dikatakan bahwa Aluminium sangat mudah sekali teroksidasi (korosi), tetapi dalam kenyataan Aluminium mempunyai daya tahan yang baik terhadap korosi. Hal ini disebabkan oleh lapisan/selaput tipis oksida transparan diseluruh permukaannya. Selaput ini mengendalikan laju korosi dan melindungi lapisan di bawahnya dari serangan atmosfir berikutnya.

  3. Sifat mekanis Aluminium mempunyai kekuatan tarik, kekerasan dan sifat mekanis lain sebanding paduan bukan besi (non-ferous alloys) lainnya, dan sebanding dengan beberapa jenis baja.

  4. Penghantar arus listrik yang baik Disamping mempunyai daya tahan yang baik terhadap korosi, Aluminium memiliki daya hantar panas dan listrik yang tinggi.

  Daya hantar listrik Aluminium murni sekitar 60% dari daya hantar listrik Tembaga.

  5. Tidak beracun Aluminium dapat digunakan sebagai bahan pembungkus atau kaleng makanan dan minuman. Hal ini disebabkan karena reaksi kimia antara makanan dan minuman tersebut dengan Aluminium tidak menghasilkan zat beracun yang dapat membahayakan manusia

  6. Sifat mampu bentuk (formability) Aluminium dapat dibentuk dengan mudah. Aluminium mempunyai sifat mudah ditempa (malleability) yang memungkinkannya dibuat dalam bentuk plat/ lembaran tipis.

  7. Titik lebur rendah (melting point)

  o

  Titik lebur Aluminium relative rendah (660

  C) sehingga sangat baik untuk proses penuangan dengan waktu peleburan relatif singkat dan biaya operasi akan lebih murah. Selain itu sifat-sifat lain yang dimiliki aluminium adalah : anti magnetic, refleksifitas tinggi, nilai arsitektur dan dekoratif, mudah dilakukan finishing.

2.4.2. Pengaruh unsur-unsur logam pada paduan Aluminium antara lain :

  1. Si Keuntungannya : - Mempermudah didalam pengecoran.

• Meningkatkan daya tahan terhadap korosi.
• Memperbaiki sifat-sifat atau karakteristik coran.
• Menurunkan penyusutan hasil coran. Kerugiannya : - Penurunan kekuatan terhadap beban kejut.
• Hasil coran akan rapuh jika kandungan Si terlalu tinggi.

  2. Cu Keuntungan : - Meningkatkan kekerasan.

• Memperbaiki kekuatan tarik.
• Mempermudah pengerjaan dengan mesin. Kerugian : - Menurunkan ketahanan bahan terhadap korosi.
• Mengurangi keuletan bahan.
• Menurunkan mampu bentuk dan mampu rol.

  3. Mn Keuntungan : - Meningkatkan kekuatan dan daya tahan pada temperatur tinggi.

• Meningkatkan daya tahan terhadap korosi.
• Mengurangi pengaruh buruk unsur Fe. Kerugian : - Menurunkan kemampuan penuangan.
• Kekerasan butiran partikel meningkat.

  4. Mg Keuntungan : - Mempermudah di dalam penuangan.

• Meningkatkan kemampuan pengerjaan mesin.
• Meningkatkan daya tahan terhadap korosi.
• Meningkatkan kekuatan mekanis.
• Menghaluskan butiran kristal secara efektif.
• Meningkatkan ketahanan terhadap beban kejut/impack. Kerugian : meningkatkan kemungkinan timbulnya cacat pada hasil coran. -

  5. Ni Keuntungan :

  Meningkatkan kekuatan dan ketahanan bahan pada temperatur - tinggi.

  Meningkatkan daya tahan terhadap korosi. - Menurunkan pengaruh buruk Fe dalam coran. -

  6. Zn Keuntungan :

• Meningkatkan sifat mampu cor.
• Meningkatkan sifat mampu mesin.
• Mempermudah pembentukan.
• Meningkatkan keuletan bahan.
• Meningkatkan kekuatan terhadap beban kejut/impack. Kerugian : - Menurunkan ketahanan korosi.
• Menurunkan pengaruh baik pada unsur besi.
• Bila kadar Zn terlalu tinggi dapat menyebabkan cacat rongga udara.

2.5. Larutan Kimia

  Dalam hal ini larutan kimia yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan NaOH.

2.5.1. Konsentrasi Larutan

  Dalam larutan dari pada suatu zat di dalam zat lain, zat yang dilarutkan disebut zat terlarut atau solut (solute). Zat yang melarutkan zat terlarut itu disebut pelarut atau solven (solvent). Bila suatu zat terdapat dalam jumlah yang relatif lebih banyak dari yang lain, maka zat itulah yang biasanya dianggap sebagai pelarut.

  Zat terlarut maupun pelarut dapat berupa zat padat, zat cair dan gas.

• Konsenterasi dinyatakan dalam satuan fisika

  Bila kita menggunakan satuan fisika, konsetrasi larutan dapat dinyatakan dengan salah satu dari cara-cara berikut : 1) Dengan massa zat terlarut per satuan volume larutan

  (umpamanya, 20 gram KCl per liter larutan) 2) Dengan persen komposisi, atau jumlah satuan massa telarut per 100 satuan massa larutan.

  Contoh : larutan 10% dalam air mengandung 10 g NaCl dalam

  100 g larutan. 10 g NaCl dilarutakan dalam 90 g air untuk mendapatkan 100 g larutan.

  3) Dengan volume zat telarut per satuan volume larutan.

• Konsentrasi dinyatakan dalam satuan kimia 1) Konsentrasi molar (molar concentration), M ialah jumlah mol zat terlarut yang terkandung di dalam satu liter larutan. M merupakan lambang kuantitas, yaitu konsentrasi molar, dan M lambang satuan, mol/L.

  mol zat terlarut

  M konsentras i molar   volume larutan

  2) Normalitas (normality) suatu larutan, N ialah jumlah gram ekuivalen zat terlarut yang terkandung di dalam satu liter larutan. Bobot ekuivalen ialah fraksi (bagian) bobot molekul yang berkenaan dengan satu satuan tertentu reaksi kimia, dan satu gram ekuivalen adalah fraksi yang sama dari pada satu mol.

  gram ekuivalen zat terlarut

  N  normalitas larutan  volume larutan 3) Molalitas suatu larutan ialah banyaknya mol zat terlarut per kilogram pelarut yang terkandung dalam suatu larutan.

  Molalitas (m) tidak dapat dihitung dari konsentrasi molar (M), kecuali jika rapatan (densitas) larutan ini diketahui.

  n ( zat terlarut )

  m  konsentras i molar  volume larutan 4) Fraksi mol (mole fraction), x, suatu komponen dalam larutan didefinisikan sebagai banyaknya mol (n) komponen itu, dibagi dengan jumlah mol keseluruhan komponen dalam larutan itu. Jumlah fraksi mol seluruh komponen dalam setiap larutan adalah satu. Dalam larutan dua komponen, n(terlarut ) x (terlarut) 

  n ( terlarut )  n ( pelarut )

  n(pelarut) x (pelarut) 

  n ( terlarut )  n ( pelarut )

  mol komponen yang bersangkut an x  fraksi mol komponen 

  mol saluran komponen Dalam persentase fraksi mol dinyatakan sebagai mol persen.

2.5.2. Sifat-sifat Larutan

  Svante A. Arrhenius mengemukakan teori yang disebut teori asam-basa. Menurutnya :

  1. Asam

• Asam adalah zat yang menaikkan kosentrasi ion H di dalam larutan. Cont>Cl  HCl yang terionisasi menja
• 2-

  SO yang terionisasi menjadi 2H + SO

  2