Laporan Praktikum Radiasi Risma

I.

TUJUAN PRAKTIKUM Setelah melakukan praktikum perpindahan panas (radiasi), mahasiswa diharapkan dapat : a. Mengetahui proses perpindahan panas pada Solar Water Heater. b. Mengetahui laju perpindahan panas pada Solar Water Heater pelat hitam dan putih. c. Mengetahui karakterisitik Solar Water Heater pelat hitam dan putih. d. Mengetahui efektivitas perpindahan panas radiasi pada Solar Water Heater pelat hitam dan putih.

II.

DASAR TEORI 2.1. Pengertian Radiasi Radiasi adalah perpindahan panas dari temperatur tinggi ke temperatur rendah akibat gerakan foton yang bergerak secara acak atau proses berpindahnya energi akibat beda temperatur karena adanya pancaran. Pada perpindahan secara radiasi, panas ditransfer melalui gelombang elektromagnetik, dimana kecepatan gelombang tersebut sama dengan kecepatan cahaya. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang tidak memerlukan medium

untuk merambat,

dapat

merambat

dalam

ruang

hampa.

Gelombang

elektromagnetik ini didasarkan pada hipotesis James Clark Maxwell. Contoh sederhana pada kita adalah pancaran sinar matahari yang beradiasi melewati angkasa dan atmosfer bumi, dimana terakhir bumi akan menyerap radiasi tersebut. Udara hanya dapat menyerap sedikit radiasi dari sinar matahari tersebut, karena gelombang elektromagnetik tersebut dapat menembus udara, oleh karena itu tidak diserap. Berbeda halnya dengan pada gas-gas seperti CO 2 dan H2O yang akan menyerap sebagian besar dari energi radiasi yang dipancarkan oleh sumber radiasi.

Gambar 1. Perpindahan panas radiasi (a) Pada Permukaan, (b) Antara Permukaan dan Lingkungan 28

Benda-benda yang terkena radiasi, meradiasikan energi yang terdiri dari fotonfoton yang bergerak dengan arah, fasa dan frekuensi yang acak. Foton-foton tersebut dapat diserap, direfleksikan atau diteruskan melalui permukaan. Ada tiga sifat permukaan yang mengukur kuantitas-kuantitas yang dimaksud, diantaranya: - Absortivitas (keterserapan), α adalah bagian dari radiasi yang diserap oleh bahan. - Refleksivitas (keterpantulan), ρ adalah bagian radiasi yang direfleksikan oleh -

bahan. Transmisivitas, τ adalah bagian radiasi yang ditransmisikan oleh bahan. Jumlah ketiga fraksi adalah satu, yaitu:

α + ρ+τ=1

Persamaan Radiasi q= Aσε T

4

Dimana : q = Laju aliran energi [Watt] A = Luas permukaan bidang radiasi [m2] σ = Tetapan Boltzman [W/m2K4] ε = Emisivitas T = Temperatur [K] Di bawah ini adalah hal - hal yang mempengaruhi nilai emisivitas : 1. Panjang gelombang Emisivitas benda yang permukaannya bersifat logam cenderung turun jika panjang gelombangnya semakin tinggi. Sedangkan emisivitas benda yang tidak bersifat logam cenderung naik seiring kenaikan panjang gelombangnya. Untuk benda - benda semi transparan memiliki variasi panjang gelombang sehingga butuh pertimbangan khusus untuk menentukan emisivitasnya. 2. Kondisi permukaan Untuk benda - benda yang bersifat logam akan memiliki emisivitas yang cenderung naik jika permukaannya kasar atau tinggi tingkat oksidasinya dan sebaliknya jika dipoles atau diperhalus emisivitasnya akan semakin turun. Material yang memiliki permukaan logam yang teroksidasi tipis akan memiliki emisivitas yang tergantung ketebalan emisivitasnya. Pada panjang gelombang yang tinggi, permukaan yang teroksidasi menjadi bersifat transparan dan kamera inframerah akan mengukurnya sebagai permukaan yang tidak teroksidasi. 3. Sudut pandang

28

Emisivitas material tidak mengalami perubahan yang berarti asalkan sudut pandangnya maksimum 45 derajat. 4. Temperatur Emisivitas material cenderung tidak terpengaruh oleh temperatur jika menggunakankamera inframerah yang beroperasi pada panjang gelombang yang sempit. 2.2. Radiasi Benda Hitam Bumi sebagai contoh penyerap radiasi dari sinar matahari merupakan salah satu benda yang dapat menyerap pancaran sinar radiasi yang disebut dengan benda hitam. Dalam ilmu fisika benda hitam merupakan obyek yang dapat menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya serta tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkan. Meskipun demikian, secara teori benda hitam juga dapat memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin ada padanya. Jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya bergantung pada suhu benda hitam tersebut. Bila seberkas sinar yang masuk kedalam lubang suatu benda, sinar akan dipantulkan berkalikali sehingga intensitas sinar lama-kelamaan akan berkurang (karena sebagian sinar yang diserap, diserap oleh dinding), sampai pada suatu waktu energi radiasi akan menjadi nol. Hal inilah yang disebut dengan benda hitam.

Gambar 2. Benda Hitam

Apabila benda hitam tersebut kita panaskan dengan temperatur tertentu, maka dinding atau permukaan dari benda hitam akan memancarkan radiasi secara merata pada saat suhunya merata pada bagian dinding atau semua bagian permukaan. Dimana radiasi dari benda hitam akan memancarkan radiasinya bila ada lubang pada benda hitam tersebut,maka radiasi itu disebut dengan radiasi benda hitam. Berdasarkan hal tersebut, dengan adanya kenaikan temperatur atau dengan temperatur yang tinggi, benda hitam akan dapat memancarkan radiasinya kelingkungan bila ada celah atau lubang pada suatu bagian dari benda hitam tersebut. Dan suatu benda dikatakan benda hitam apabila dapat menyerap pancaran radiasi dari sumber bila ada sebagian kecil celah atau lubang pada benda hitam. 28

Gambar 3. Radiasi Benda Hitam

Secara umum nilai emisivitas untuk benda - benda yang tidak bersifat logam misalnya bata cenderung tinggi sedangkan untuk benda - benda yang bersifat logam tetapi tidak teroksidasi cenderung memiliki nilai emisivitas yang rendah. Dengan kata lain, benda - benda yang memiliki permukaan yang tidak bersifat memantulkan, misalnya aspal, akan memiliki emisivitas yang tinggi sedangkan yang bersifat sangat memantulkan, misalnya gulungan alumunium, akan memiliki emisivitas yang rendah. 2.3. Solar Water Heater Panas tenaga matahari menggunakan panas matahari secara langsung. Pengumpul panas matahari diatas atap kita dapat menyediakan air panas untuk rumah kita, dan membantu menghangatkan rumah kita. Sistem panas matahari berdasarkan prinsip sederhana yang telah dikenal selama berabad-abad: matahari memanaskan air yang mengisi bejana gelap. Teknologi tenaga panas matahari yang ada di pasar saat ini sangat efisien dan bisa diandalkan. Saat ini pasar menyediakan tenaga matahari untuk aplikasi dengan cakupan luas, dari pemanas air domestik dan pemanas ruangan di perumahan dan gedung - gedung komersial, sampai pemanas kolam renang, tenaga matahari-pendingin, proses pemanasan industri dan memproses air menjadi tawar. Saat ini produksi pemanas air panas domestik merupakan aplikasi paling umum untuk tenaga panas matahari. Di beberapa negara hal ini telah menjadi sarana yang umum digunakan oleh gedung tempat tinggal. Tergantung pada kondisi dan konfigurasi sistem, kebutuhan air panas dapat disediakan oleh tenaga matahari hingga 100% . Sistem yang lebih besar dapat ditambahkan untuk menutupi bagian penting dari kebutuhan energi untuk pemanas ruangan. Ada dua tipe teknologi: Tabung vakum - penyedot di dalam tabung vakum menyedot radiasi dari matahari dan memanaskan cairan di dalam, seperti di panel tenaga matahari datar. Tambahan radiasi diambil dari reflektor di belakang tabung. Bentuk bundar tabung vakum membuat cahaya matahari dari berbagai sudut dapat mencapai penyerap secara langsung. Bahkan di saat mendung, ketika cahaya datang dari banyak sudut pada saat bersamaan, tabung vakum kolektor tetap dapat efektif. 28

Kolektor solar panel datar - pada dasarnya merupakan kotak yang ditutupi kaca yang ditaruh di atap seperti cahaya langit. Di dalam kotak terdapat serangkaian tabung pemotong dengan sirip pemotong terpasang. Seluruh struktur dilapisi substansi hitam yang didesain untuk menangkap sinar matahari. Sinar ini memanaskan air dan campuran bahan anti beku, yang beredar dari kolektor turun ke pemanas air di bawah tanah.

Gambar 4. Contoh penggunaan Energi Matahari sebagai pemanas air/solar water heater.

Komponen utama solar water heater terdiri dari panel kolektor dan tangki yang dihubungkan dengan dua pipa aksesories. Panel kolektor pada solar water heater dilengkapi dengan penutup kaca berfungsi sebagai penangkap panas sinar matahari yang didalamnya tersusun rangkaian pipa tembaga sebagai jalur air yang dibalut sirip absorber. Sedangkan tangki solar water heater berfungsi sebagai "Thermos" (tempat penyimpanan air berinsulasi) yang mampu menahan penurunan panas secara minimal. Pada saat matahari bersinar, panel kolektor menangkap sinar matahari dan secara mekanis mengalirkan panas dari sirip absorber ke pipa-pipa tembaga yang berisi air, sehingga suhu air didalamnya perlahan meningkat. Panel solar water heater berpedoman pada prinsip alamiah air "Thermosiphon". Thermosiphon ialah prinsip pasif perpindahan panas dengan memanfaatkan proses alamiah konveksi air. Pada prakteknya, prinsip ini dimulai dari air yang berada pada panel kolektor mengalami pemanasan dan akan bergerak ke sisi atas dan masuk ke dalam tangki. Pada saat bersamaan, air di dalam tangki yang bersuhu rendah terdorong turun ke dalam panel kolektor. Pergerakan perputaran air ini bergerak berkesinambungan sehingga terjadi sirkulasi secara mekanis yang mengakumulasi peningkatan suhu didalam tangki. Pergerakan perpindahan antara air bersuhu tinggi digantikan air bersuhu rendah dapat bergerak mekanis tanpa bantuan tambahan pompa. III.

ALAT DAN BAHAN 28

1. Solar water heater 2. Alat pengukur besarnya Q iradiasi matahari 3. Thermometer (1 buah) 4. Stopwatch (1 buah) 5. Solar Cell 6. Air secukupnya (untuk dipanaskan) 7. Benda berwarna hitam dengan bahan yang berbeda (plastik, kayu, karet dan logam) IV.

PROSEDUR PRAKTIKUM 4.1. Percobaan ke-1 (mengetahui iradiasi matahari ) 1. Menyiapkan peralatan praktikum seperti alat pengukur besarnya Q iradiasi matahari dan stopwatch. 2. Ambil 4 titik tempat sebagai sample pengukuran iradiasi matahari. 3. Ukur iradiasi matahari pada ke-empat titik dalam waktu 5 menit. 4. Ulangi percobaan 6. dalam waktu 60 menit. 4.2. Percobaan ke-2 (radiasi benda hitam) 1. Siapkan benda berwarna hitam dari bahan yang berbeda (plastik, kayu, karet, dan logam) dan thermometer. 2. Simpan benda tersebut ditempat yang terkena sinar matahari. 3. Ukur t 4. emperatur benda setiap 5 menit dalam waktu 60 menit. 5. Catat besar temperatur yang terukur dan bandingkan temperature setiap benda. 4.3. Percobaan ke-3 ( perpindahan panas pada solar water heater) 1. Menyiapkan peralatan praktikum seperti Solar water heater, alat pengukur besarnya Q iradiasi, thermometer, stopwatch dan solar cell. 2. Memasang alat pengukur Q iradiasi matahari pada tempat yang sesuai. 3. Memasang panel solar water heater yang berwarna hitam pada posisi di atas matahari. 4. Menyalakan solar water heater. 5. Fan dalam posisi OFF. 6. Ukur temperatur air masuk, air keluar, temperatur kaca dan pelat pada masing-masing panel. 7. Catat debit air yang masuk pada tiap-tiap panel. 28

8. Ukur Q iradiasi. 9. Ulangi percobaan hingga 10 kali data percobaan.

DATA PENGAMATAN

V.

5.1. Besar iradiasi matahari yang sampai ke Bumi No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.

Waktu 11.45 11.50 11.55 12.00 12.05 12.10 12.15 12.20 12.25 12.30 12.35 12.40 12.45 12.50 12.55 12.60 13.00 13.05 13.10 13.15 13.20 13.25 13.30 13.35 Rata-rata

A 792

Besar iradiasi [W/m2] B C

D

804 805 805 822 832 829 798 808 840 836 790 254 257 742 670 793 852 842 795 250 235 212 619,83

636,67

711

192 675

5.2. Radiasi benda hitam

No 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Waktu 11.45 11.50 11.55 12.00 12.05 12.10

Plastik 50,0

Temperatur benda hitam [0C] Karet Logam

Kayu

63,1 52,3 38,7 56,5 56,7 28

7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.

QR FAN 12.15 47,0 Plat Putih 2 (W/m ) 12.20 No 12.25 Waktu TKaca TPlat55,2Tin TOut Volume (oC) (oC) (oC) (oC) (GPH) 12.30 56,2 12.35 56,5 1 12.00 35.2 35.1 33.1 33.3 10 822 12.40 2 12.45 12.10 38.3 53.342,735.5 39.9 10 786 48,1 3 12.50 12.20 42.5 49.5 36.0 37.5 10 754 12.55 36,2 4 12.30 44.1 51.5 34.0 37.6 10 744 OFF 12.60 5 12.40 43.2 46.5 37.0 41.5 10 724 13.00 53,1 6 13.05 12.50 42.5 53.4 37.1 38.5 10 692 55,2 7 13.10 13.00 37.5 48.4 35 36 10 689 47,5 8 13.15 13.10 37.9 49.7 38.1 37.9 10 652 43,04 9 13.20 KONDISI MENDUNG SEHINGGA 13.25 51,2 SOLAR CELL OFF 10 13.30 51,5 13.35 Rata-rata 50,09 55,083 48,5

Ket.

35,3

39,6 C E R A H

32,0

37,2

35,0 36,3

5.3. Perpindahan Panas pada Solar Water Heater

28

QR (W/m2)

Plat Hitam No

Waktu

1

TKaca (oC)

TPlat (oC)

Tin (oC)

TOut (oC)

Volume (GPH)

12.00

35.1

69.8

33.5

39.5

10

822

2

12.10

36.3

71.5

35.9

36.7

10

786

3

12.20

38.7

70.1

34.1

35.9

10

754

4

12.30

37.2

60

33.7

38.8

10

744

5

12.40

38.5

63

38

37

10

724

6

12.50

41.2

64.1

39.7

37.4

10

692

7

13.00

36.6

65.3

35.5

34.4

10

689

8

13.10

37.2

66.2

36.7

35.1

10

652

9 10

FAN

Ket.

OFF

C E R A H

KONDISI MENDUNG SEHINGGA SOLAR CELL OFF

28

VI.

PENGOLAHAN DATA 6.1. Perhitungan Plat Putih 1. Percobaan 1 N o 1

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qiradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.00

35.2

35.1

33.1

33.3

10

822

Diketahui : Tplat = 35,1 [oC]= 308,1 [K] ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng) σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2] = 0,30525 [m2] Qradiasi = 822 [W/m2] Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih? Jawab Menghitung qputih q putih =ε Seng putih x σ x A kaca plat putih x T plat 4 ¿ ( 0,23 ) x ( 5,67 x 10−8) [W / m2 . K 4 ] x ( 0,30525 ) [m2 ] x (308,1[K ]) 4 q putih =35,87[Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat putih ¿ ( 822 ) [W /m2 ]x ( 0,30525 ) [ m 2] Qr=250,92[Watt ] Menghitung ɳputih η putih=

¿

q putih x 100 Qradiasi

35,87 [W ] x 100 250,92[W ]

η putih=14,29

28

2. Percobaan 2 N o 2

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.10

38.3

53.3

35.5

39.9

10

786

Diketahui : Tplat = 53,3 [oC]= 326,3 [K] ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng) σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2] = 0,30525 [m2] Qradiasi = 786 [W/m2] Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih? Jawab Menghitung qputih q putih =ε Seng putih x σ x A kaca plat putih x T plat 4 ¿ ( 0,23 ) x ( 5,67 x 10−8) [W / m2 . K 4 ] x ( 0,30525 ) [m2 ] x (326,3[ K ])4 q putih =45,13[Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat putih ¿ ( 786 ) [W /m2 ]x ( 0,30525 ) [m 2 ] Qr=239,93[Watt ] Menghitung ɳputih η putih=

¿

q putih x 100 Qradiasi

45,13[W ] x 100 239,93 [W ]

η putih=18,81

3. Percobaan 3 28

N o 3

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.20

42.5

49.5

36.0

37.5

10

754

Diketahui : Tplat = 49,5 [oC]= 322,5 [K] ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng) σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2] = 0,30525 [m2] Qradiasi = 754 [W/m2] Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih? Jawab Menghitung qputih q putih =ε Seng putih x σ x A kaca plat putih x T plat 4 ¿ ( 0,23 ) x ( 5,67 x 10−8) [W / m2 . K 4 ] x ( 0,30525 ) [m2 ] x (322,5[ K ])4 q putih =43,06 [Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat putih ¿ ( 754 ) [W /m2 ] x ( 0,30525 ) [m 2 ] Qr=230,16[Watt] Menghitung ɳputih η putih=

¿

q putih x 100 Q radiasi

43,06[W ] x 100 230,16 [W ]

η putih=18,71

4. Percobaan 4 N o 4

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.30

44.1

51.5

34.0

37.6

10

744

28

Diketahui : Tplat = 51,5 [oC]= 324,5 [K] ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng) σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2] = 0,30525 [m2] Qradiasi = 744 [W/m2] Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih? Jawab Menghitung qputih q putih =ε Seng putih x σ x A kaca plat putih x T plat

4

¿ ( 0,23 ) x ( 5,67 x 10−8) [W / m2 . K 4 ] x ( 0,30525 ) [m2 ] x (324,5[ K ])4 q putih =44,14 [Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat putih ¿ ( 744 ) [W /m2 ] x ( 0,30525 ) [m 2 ] Qr=227,106[Watt] Menghitung ɳputih η putih=

¿

q putih x 100 Q radiasi

44,14 [W ] x 100 227,106 [W ]

η putih=19,44

5. Percobaan 5 N o 5

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.40

43.2

46.5

37.0

41.5

10

724

Diketahui : Tplat ƐSeng putih σ Akaca plat putih

= 46,5 [oC]= 319,5 [K] = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng) = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2] = 0,30525 [m2] 28

Qradiasi = 724 [W/m2] Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih? Jawab Menghitung qputih q putih =ε Seng putih x σ x A kaca plat putih x T plat

4

¿ ( 0,23 ) x ( 5,67 x 10−8) [W / m2 . K 4 ] x ( 0,30525 ) [m2 ] x (319,5[ K ])4 q putih =41,48[Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat putih ¿ ( 724 ) [W /m2 ] x ( 0,30525 ) [m 2 ] Qr=221,001[Watt ] Menghitung ɳputih η putih=

¿

q putih x 100 Q radiasi

41,48 [W ] x 100 221,001[W ]

η putih=18,77

6. Percobaan 6 N o 6

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.50

42.5

53.4

37.1

38.5

10

692

Diketahui : Tplat = 53,4 [oC]= 326,4 [K] ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng) σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2] = 0,30525 [m2] Qradiasi = 692 [W/m2] Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih? Jawab Menghitung qputih q putih =ε Seng putih x σ x A kaca plat putih x T plat 4 28

−8 2 4 2 4 ¿ ( 0,23 ) x ( 5,67 x 10 ) [W /m . K ] x ( 0,30525 ) [m ] x (326,4[ K ])

q putih =45,18[Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat putih ¿ ( 692 ) [W /m2] x ( 0,30525 ) [m2 ] Qr=211,233[Watt ] Menghitung ɳputih η putih=

¿

q putih x 100 Q radiasi

45,18 [W ] x 100 211,233 [W ]

η putih=21,38

7. Percobaan 7 N o 7

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

13.00

37.5

48.4

35

10

689

36

Diketahui : Tplat = 48,4 [oC]= 321,4 [K] ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng) σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2] = 0,30525 [m2] Qradiasi = 689 [W/m2] Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih? Jawab Menghitung qputih q putih =ε Seng putih x σ x A kaca plat putih x T plat 4 ¿ ( 0,23 ) x ( 5,67 x 10−8) [W /m2 . K 4 ] x ( 0,30525 ) [m2 ] x (321,4[ K ])4 q putih =42,48[Watt ]

28

Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat putih ¿ ( 689 ) [W /m 2 ]x ( 0,30525 ) [m 2] Qr=210,317[ Watt] Menghitung ɳputih η putih=

¿

q putih x 100 Q radiasi

42,48[W ] x 100 210,317 [W ]

η putih=20,19

8. Percobaan 8 N o 8

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

13.10

37.9

49.7

38.1

37.9

10

652

Diketahui : Tplat = 49,7 [oC]= 322,7 [K] ƐSeng putih = 0,23 (diasumsikan bahwa material seng) σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat putih = 55 [cm] x 55,5 [cm] = 3052,5 [cm2] = 0,30525 [m2] Qradiasi = 652 [W/m2] Ditanyakan : qputih, Qr dan ɳputih? Jawab Menghitung qputih q putih =ε Seng putih x σ x A kaca plat putih x T plat

4

¿ ( 0,23 ) x ( 5,67 x 10−8) [W / m2 . K 4 ] x ( 0,30525 ) [m2 ] x (322,7[ K ])4 q putih =43,17 [Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat putih ¿ ( 652 ) [W /m2] x ( 0,30525 ) [m2 ] 28

Qr=199,023[Watt ] Menghitung ɳputih η putih=

¿

q putih x 100 Q radiasi

43,17 [W ] x 100 199,023 [W ]

η putih=21,69

6.2. Perhitungan Plat Hitam 1. Percobaan 1 N o 1

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.00

35.1

69.8

33.5

39.5

10

822

Diketahui : Tplat = 69,8 [oC]= 342,8 [K] Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2] = 0,3025 [m2] Qirradiasi = 822 [W/m2] Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam? Jawab Menghitung qhitam q hitam=ε plat hitam x σ x A kaca plat hitam x T plat 4 ¿ ( 0,57 ) x ( 5,67 x 10−8 ) [W /m2 . K 4 ] x ( 0,3025 ) [m2 ] x (342,8[ K ])4 q hitam=135,004 [Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat hitam ¿ ( 822 ) [W /m 2 ]x ( 0,3025 ) [m 2] Qr=248,655[Watt ] Menghitung ɳhitam

28

ηhitam=

¿

qhitam x 100 Qradiasi

135,004 [W ] x 100 248,655[W ]

ηhitam=54,29

2. Percobaan 2 N o 2

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.10

36.3

71.5

35.9

36.7

10

786

Diketahui : Tplat = 71,5 [oC]= 344,5 [K] Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2] = 0,3025 [m2] Qirradiasi = 786 [W/m2] Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam? Jawab Menghitung qhitam q hitam=ε plat hitam x σ x A kaca plat hitam x T plat

4

¿ ( 0,57 ) x ( 5,67 x 10−8 ) [W /m2 . K 4 ] x ( 0,3025 ) [m2 ] x (344,5[ K ])4 q hitam=137,702[Watt] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat hitam ¿ ( 786 ) [W /m 2 ]x ( 0,3025 ) [m 2 ] Qr=237,765[Watt ] Menghitung ɳhitam ηhitam=

¿

qhitam x 100 Qradiasi

137,702 [W ] x 100 237,765 [W ]

28

ηhitam=57,92

3. Percobaan 3 N o 3

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.20

38.7

70.1

34.1

35.9

10

754

Diketahui : Tplat = 70,1 [oC]= 343,1 [K] Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2] = 0,3025 [m2] Qirradiasi = 754 [W/m2] Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam? Jawab Menghitung qhitam q hitam=ε plat hitam x σ x A kaca plat hitam x T plat 4 ¿ ( 0,57 ) x ( 5,67 x 10−8 ) [W /m 2 . K 4 ] x ( 0,3025 ) [m2 ] x (343,1[ K ])4 q hitam=135,48[Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat hitam 2

2

¿ ( 754 ) [W /m ] x ( 0,3025 ) [m ] Qr=228,085[Watt ] Menghitung ɳhitam ηhitam=

¿

qhitam x 100 Qradiasi

135,48 [W ] x 100 228,085 [W ]

ηhitam=59,39

28

4. Percobaan 4 N o 4

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.30

37.2

60

33.7

38.8

10

744

Diketahui : Tplat = 60 [oC]= 333 [K] Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2] = 0,3025 [m2] Qirradiasi = 744 [W/m2] Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam? Jawab Menghitung qhitam q hitam=ε plat hitam x σ x A kaca plat hitam x T plat 4 −8 2 4 2 4 ¿ ( 0,57 ) x ( 5,67 x 10 ) [W /m . K ] x ( 0,3025 ) [m ] x (333[ K ])

q hitam=120,215[Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat hitam 2

2

¿ ( 744 ) [W /m ] x ( 0,3025 ) [m ] Qr=225,06[Watt] Menghitung ɳhitam ηhitam=

¿

qhitam x 100 Qradiasi

120,215 [W ] x 100 225,06 [W ]

ηhitam=53,41

5. Percobaan 5 N o 5

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.40

38.5

63

38

37

10

724 28

Diketahui : Tplat = 63 [oC]= 336 [K] Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2] = 0,3025 [m2] Qirradiasi = 724 [W/m2] Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam? Jawab Menghitung qhitam q hitam=ε plat hitam x σ x A kaca plat hitam x T plat 4 ¿ ( 0,57 ) x ( 5,67 x 10−8 ) [W /m 2 . K 4 ] x ( 0,3025 ) [m2 ] x (336[ K ])4 q hitam=124,61[Watt] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat hitam 2

2

¿ ( 724 ) [W /m ] x ( 0,3025 ) [m ] Qr=219,01[Watt ] Menghitung ɳhitam ηhitam=

¿

qhitam x 100 Qradiasi

124,61[W ] x 100 219,01[W ]

ηhitam=56,89

6. Percobaan 6

N o 6

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

12.50

41.2

64.1

39.7

37.4

10

692

Diketahui : Tplat Ɛplat hitam σ Akaca plat hitam

= 64,1 [oC]= 337,1 [K] = 0,57 = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2] = 0,3025 [m2] 28

Qirradiasi = 692 [W/m2] Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam? Jawab Menghitung qhitam q hitam=ε plat hitam x σ x A kaca plat hitam x T plat

4

¿ ( 0,57 ) x ( 5,67 x 10−8 ) [W /m 2 . K 4 ] x ( 0,3025 ) [m2 ] x (337,1[ K ])4 q hitam=126,25[Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat hitam ¿ ( 692 ) [W /m2] x ( 0,3025 ) [m2 ] Qr=209,33[Watt ] Menghitung ɳhitam ηhitam=

¿

qhitam x 100 Qradiasi

126,25 [W ] x 100 209,33 [W ]

ηhitam=60,31

7. Percobaan 7 N o 7

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

13.00

36.6

65.3

35.5

34.4

10

689

Diketahui : Tplat = 65,3 [oC]= 338,3 [K] Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2] = 0,3025 [m2] Qirradiasi = 689 [W/m2] Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam? Jawab Menghitung qhitam q hitam=ε plat hitam x σ x A kaca plat hitam x T plat

4

28

−8 2 4 2 4 ¿ ( 0,57 ) x ( 5,67 x 10 ) [W /m . K ] x ( 0,3025 ) [m ] x (338,3[ K ])

q hitam=128,053[Watt ] Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat hitam ¿ ( 689 ) [W /m2 ]x ( 0,3025 ) [m2] Qr=208,42[Watt ] Menghitung ɳhitam ηhitam=

¿

qhitam x 100 Qradiasi

128,053 [W ] x 100 208,42[W ]

ηhitam=61,44

8. Percobaan 8 N o 8

Waktu

TKaca [oC]

TPlat [oC]

Tin

Tout

Volume

Qirradiasi

[oC]

[oC]

[GPH]

[W/m2]

13.10

37.2

66.2

36.7

35.1

10

652

Diketahui : Tplat = 66,2 [oC]= 339,2 [K] Ɛplat hitam = 0,57 σ = 5,67 x 10-8 [W/m2.K4] Akaca plat hitam = 55 [cm] x 55 [cm] = 3025 [cm2] = 0,3025 [m2] Qirradiasi = 652 [W/m2] Ditanyakan : qhitam, Qr dan ɳhitam? Jawab Menghitung qhitam q hitam=ε plat hitam x σ x A kaca plat hitam x T plat 4 ¿ ( 0,57 ) x ( 5,67 x 10−8 ) [W /m2 . K 4 ] x ( 0,3025 ) [m2 ] x (339,2[ K ])4 q hitam=129,42[Watt]

28

Menghitung Qr Qr=Qirradiasi x A kaca plat hitam ¿ ( 652 ) [W /m 2] x ( 0,3025 ) [m2 ] Qr=197,23[Watt ] Menghitung ɳhitam ηhitam=

¿

qhitam x 100 Qradiasi

129,42[W ] x 100 197,23 [W ]

ηhitam=65,62

VII.

DATA KOMPILASI No

VIII.

qr [Watt]

Qr [Watt]

Effisiensi [%]

qhitam

qputih

Qr hitam

Qr putih

ɳ hitam

ɳ putih

1

135,004

35,87

248,655

250,920

54,29

14,29

2

137,702

45,13

237,765

239,930

57,92

18,81

3

135,480

43,06

228,085

230,160

59,39

18,71

4

120,215

44,14

225,060

227,106

53,41

19,44

5

124,610

41,48

219,010

221,001

56,89

18,77

6

126,250

45,18

209,330

211,233

60,31

21,38

7

128,053

42,48

208,420

210,317

61,44

20,19

8

129,420

43,17

197,230

199,023

65,62

21,69

GRAFIK

28

Grafik hubungan qr terhadap waktu 160 140 120 100

qr (Watt)

80 60 40 20 0

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

5000

6000

t(s) q hitam

q putih

Grafik hubungan Qr terhadap waktu 300

250

200

Qr (Watt)

150

100

50

0

0

1000

2000

3000

4000

t(s) Qr hitam

Qr putih

28

Grafik hubungan Efisiensi terhadap waktu 70 60 50 40

ɳ (%)

30 20 10 0

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

t(s) ɳ hitam

ɳ putih

Grafik hubungan Tin terhadap waktu 42 40 38 36

Tin (oC) 34 32 30 28

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

t (s) Tin hitam

Tin putih

28

Grafik hubungan Tout terhadap Waktu 45 40 35 30 25

Tout(0C)

20 15 10 5 0

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

t(s) Tout hitam

IX.

Tout putih

PEMBAHASAN 28

Pada praktikum ini digunakan sebuah alat yang bernama Solar Water Heater, yaitu sebuah alat yang berfungsi untuk memanaskan air yang dialirkan melalui suatu pipa (tube) kecil dengan memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber energi untuk memanaskan air tersebut. Semakin lama kita memanaskan plat yang ada dipanel Solar Water Heater di siang hari, maka semakin besar pula radiasi yang di terima dari matahari. Tanpa radiasi matahari yang baik, solar water heater tidak dapat digunakan dengan efisien karena energi matahari adalah komponen paling utamannya. Proses perpindahan panas yang terjadi pada solar water heater ada 3 proses yaitu radiasi (sinar matahari yang mengenai kaca plat yang nantinya akan diserap untuk proses pemanasan), konduksi (perpindahan panas dari permukaan luar plat ke permukaan dalam plat) dan konveksi (perpindahan panas dari permukaan dalam plat ke aliran air yang mengalir di dalam plat). Pada percobaan pertama digunakan fan dalam posisi ON dengan mengukur Q pada plat hitam dan Q pada plat putih. Didapatkan untuk plat hitam dan plat putih, Qirradiasi terbesar adalah 724 [W/m2]. Nilainya besar dikarenakan cuaca sangat cerah (supply sinar matahasri sangat banyak). Sedangkan Qirradiasi terkecil adalah 153 [W/m2]. Nilainya kecil dikarenakan cuaca mendung (supply sinar matahasri sangat sedikit). Pada percobaan ini juga, kita menghitung Q plat hitam, Q plat putih dan Q radiasi (QR). Didapatkan Q plat hitam terbesar adalah 170,25 [Watt] dan Q plat putih terbesar adalah 74,97 [Watt]. Sedangkan, Q radiasi untuk plat hitam dan plat putih nilainya sama, dimana yang terbesar adalah 354,76 [Watt]. Perbandingan antara Q plat hitam/Q plat putih dengan Q radiasi akan menghasilkan sebuah efisien si dari plat hitam atau plat putih. Diperoleh nilai efisiensi terbesar untuk plat hitam adalah 215% dan nilai efisiensi terbesar untuk plat putih adalah 75,13%. Nilai efisiensi yang besar karena penyerapan pada kaca besar yang mengakibatkan nilai Q plat hitam besar dan Qradiasi yang memancar kecil.

Pada percobaan kedua digunakan fan dalam posisi OFF dengan mengukur Q pada plat hitam dan Q pada plat putih. Didapatkan untuk plat hitam dan plat putih, Qirradiasi terbesar adalah 744 [W/m2]. Nilainya besar dikarenakan cuaca sangat cerah (supply sinar matahasri sangat banyak). Sedangkan Qirradiasi terkecil adalah 342 [W/m2]. Nilainya kecil dikarenakan cuaca mendung (supply sinar matahasri sangat sedikit).

28

Pada percobaan ini juga, kita menghitung Q plat hitam, Q plat putih dan Q radiasi (QR). Didapatkan Q plat hitam terbesar adalah 199,45 [Watt] dan Q plat putih terbesar adalah 69,03 [Watt]. Sedangkan, Q radiasi untuk plat hitam dan plat putih nilainya sama, dimana yang terbesar adalah 364,56 [Watt]. Perbandingan antara Q plat hitam/Q plat putih dengan Q radiasi akan menghasilkan sebuah efisiensi dari plat hitam atau plat putih. Diperoleh nilai efisiensi terbesar untuk plat hitam adalah 119% dan nilai efisiensi terbesar untuk plat putih adalah 41,2%. Nilai efisiensi yang besar karena penyerapan pada kaca besar yang mengakibatkan nilai Q plat hitam besar dan Qradiasi yang memancar kecil. Berdasarkan grafik antara Tinput – t untuk fan dalam posisi ON maupun OFF, diperoleh bahwa Tinput plat hitam lebih besar dari pada Tinput plat putih, dikarenakan plat hitam memiliki daya serap sinar matahari yang lebih baik. Hal ini juga, terjadi pada grafik antara Toutput – t, diperoleh bahwa Toutput plat hitam lebih besar dari pada Toutput plat putih, dikarenakan Tinput yang besar mengakibatkan Toutput juga akan besar. Berdasarkan grafik antara Efisiensi – t untuk fan dalam posisi ON maupun OFF, diperoleh bahwa efisiensi plat hitam lebih besar dari pada efisiensi plat putih. Hal ini dikarenakan plat hitam memiliki daya serap sinar matahari yang lebih baik dibandingkan dengan plat putih. VI.

KESIMPULAN Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Proses perpindahan panas pada solar water heater ada 3 proses yaitu radiasi (sinar matahari yang mengenai kaca plat yang nantinya akan diserap untuk proses pemanasan), konduksi (perpindahan panas dari permukaan luar plat ke permukaan dalam plat) dan konveksi (perpindahan panas dari permukaan dalam plat ke aliran air yang mengalir di dalam plat).

2. Temperatur pada permukaan kaca, plat maupun aliran air akan naik konstan seiring dengan lamanya waktu pemanasan dan radiasi matahari yang diterima. Hal ini dikarenakan semakin lama pemanasan pada plat, semakin besar pula radiasi yang di terima dari matahari. 3. Tinput dan Toutput plat hitam lebih besar dari pada Tinput dan Toutput plat putih. 4. Laju aliran perpindahan panas (Q) plat hitam lebih besar dibandingkan laju aliran perpindahan panas (Q) plat putih. 28

5. Nilai efisiensi plat hitam lebih besar dibandingkan nilai efisiensi plat putih. 6. Plat hitam memiliki daya serap sinar matahari yang lebih baik dibandingkan dengan plat putih. VII.

DAFTAR PUSTAKA Wuryanti, Ir. Sri. 2010. “Buku Bahan Ajar Perpindahan Panas dan Penerapannya”. Bandung : Politeknik Negeri Bandung. Perpustakaan Cyber, Blog. 2013. “Radiasi Benda Hitam”. Online : http://perpustakaan cyber.blogspot.com/2013/04/pengertian-radiasi-benda-hitam-radiasi-panas-rumus-con toh-soal-jawaban-intensitas-fisika-praktikum.html (Diakses pada tanggal 17 Januari 2015) Energi Terbarukan, Blog. 2013. “Solar Water Heater”. Online : http://energiterbarukan online.blogspot.com/2013/04/prinsip-kerja-solar-water-heater.html (Diakses pada tanggal 17 Januari 2015) Kelompok 1 Kelas 2A. 2014. Data Pengamatan Praktikum Perpindahan Panas pada Solar Water Heater (doc).

28