BAB IV HASIL PENGUJIAN dan PENGOLAHAN DATA Data hasil pengukuran temperatur pada alat pemanas air dengan menggabungkan ke-8 buah kolektor plat datar dengan 2 buah kolektor parabolic dengan judul Analisa Pengujian Efisiensi Rangkaian Seri, Paralel pada Solar Thermal Collector dan Solar Concentrator dapat dijabarkan sebagai berikut: 4.1 Data Hasil Pengukuran Pengukuran temperatur dilakukan pada uji coba debit 8 LPM, 5 LPM, 3 LPM untuk rangkaian seri, dan debit 8 LPM, 5 LPM, 3 LPM untuk rangkaian paralel. Untuk setiap debit dilakukan pengukuran sebanyak 24 kali yang meliputi pengukuran temperatur lingkungan ( T amb ), temperature air pada kolektor pertama ( T 1 ), dan temperatur air pada kolektor kedua serta temperatur seterusnya ( T 2 T 22 ), dan T 22 merupakan Hasil Output. Pengukuran ini dilakukan setiap selang 5 menit sekali selama 6 jam, yaitu dari pukul 09.00-15.00 WIB. Universitas Mercu Buana 47 41307010009
48 4.1.1 Data Hasil Pengukuran Untuk Rangkaian Paralel 1. Debit 8 LPM Tabel 4.1. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Tanggal 25 mei 2011
49
50 2. Debit 5 LPM Tabel 4.2. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Tanggal 31 mei 2011
51
52 3. Debit 3 LPM Tabel 4.3. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Tanggal 06 juni 2011
53
54 4.1.2 Data Hasil Pengukuran Untuk Rangkaian Seri 1. Debit 8 LPM Tabel 4.4. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Tanggal 26 mei 2011
55
56 2. Debit 5 LPM Tabel 4.5. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Tanggal 30 mei 2011
57
58 3. Debit 3 LPM Tabel 4.6. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Tanggal 01 juni 2011
59
60 4.2 Efisiensi Alat Untuk menghitung nilai efisiensi dari rangkaian pada pengujian, maka diperlukan data data awal sebagai berikut : Nilai densitas air pada temperature rata rata air. Nilai panas spesifik air. Nilai debit air selama pengujian. Data temperatur masuk dan keluar dari air. Data temperature ambient ( temperature lingkungan ). Data nilai irradiasi matahari. Data luas dari plat absorber. Dimana: = Efisiensi ( % ). = Performa Panel Kolektor ( W ). = Luas Apertur Panel Kolektor ( m 2 ). = Data Irradiasi Total ( W / m 2 ). = Laju Aliran Air ( kg / s ). = Kapasitas Panas Air / Panas Spesifik ( KJ / kg-k ) = Temperatur Keluar ( o C ) = Temperatur Masuk ( o C )
61 = Densitas Air ( kg/m 3 ) Berikut ini adalah nilai efisiensi Kolektor rata rata untuk debit 8 LPM, 5 LPM, dan, 3 LPM: 4.2.1 Efisiensi Untuk Rangkaian Paralel a. Debit 8 LPM Diketahui: Densitas air pada temperatur rata rata rangkaian 58.36 o C = { 984.00 kg / m 3 Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Panas spesifik pada temperatur rata rata panel 58.29 o C = { 4184.4 J / kg K Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Debit aliran rangkaian = 8 LPM. Data temperatur masuk = 55.75 o C. Data temperature keluar = 61.47 o C. Data irradiasi total = 716.4308219 W / m 2. Luas pelat absorber = 1.802 0.928 m 2. Untuk menghitung efisiensi dilakukan perhitungan awal panas yang diperoleh panel.
62 ( 61.47 o C 55.75 o C ) = ( 5.72 ) = 318.34 W Maka, efisiensi panel b. Debit 5 LPM Diketahui: Densitas air pada temperatur rata rata rangkaian 52.14 o C = { 987.01 kg / m 3 Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Panas spesifik pada temperatur rata rata panel 52.14 o C = { 4182.2 J / kg K Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Debit aliran rangkaian = 5 LPM. Data temperatur masuk = 39.38 o C. Data temperature keluar = 60.68 o C. Data irradiasi total = 718.5805479 W / m 2. Luas pelat absorber = 1.802 0.928 m 2. Untuk menghitung efisiensi dilakukan perhitungan awal panas yang diperoleh panel.
63 ( 60.68 o C 39.38 o C ) = ( 21.3 ) = 742.34 W Maka, efisiensi panel c. Debit 3 LPM Diketahui: Densitas air pada temperatur rata rata rangkaian 57.76 o C = { 984.30 kg / m 3 Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Panas spesifik pada temperatur rata rata panel 57.76 o C = { 4184.2 J / kg K Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Debit aliran rangkaian = 3 LPM. Data temperatur masuk = 55.56 o C. Data temperature keluar = 62.73 o C. Data irradiasi total = 650.6573973 W / m 2. Luas pelat absorber = 1.802 0.928 m 2. Untuk menghitung efisiensi dilakukan perhitungan awal panas yang diperoleh panel.
64 (62.73 o C 55.56 o C ) = ( 7.17 ) = 150.01 W Maka, efisiensi panel 4.2.2 Efisiensi Untuk Rangkaian Seri a) Debit 8 LPM Diketahui: Densitas air pada temperatur rata rata rangkaian 42.27 o C = { 991.29 kg / m 3 Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Panas spesifik pada temperatur rata rata panel 42.27 o C = { 4179.9 J / kg K Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Debit aliran rangkaian = 8 LPM. Data temperatur masuk = 39.78 o C. Data temperature keluar = 46.22 o C. Data irradiasi total = 389.2878261 W / m 2. Luas pelat absorber = 1.802 0.928 m 2.
65 Untuk menghitung efisiensi dilakukan perhitungan awal panas yang diperoleh panel. (46.22 o C 39.78 o C ) = ( 6.44 ) = 358.92 W Maka, efisiensi panel b) Debit 5 LPM Diketahui: Densitas air pada temperatur rata rata rangkaian 54.2 o C = { 986.04 kg / m 3 Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Panas spesifik pada temperatur rata rata panel 54.2 o C = { 4182.9 J / kg K Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Debit aliran rangkaian = 5 LPM. Data temperatur masuk = 49.74 o C. Data temperature keluar = 60.44 o C. Data irradiasi total = 749.8246575 W / m 2. Luas pelat absorber = 1.802 0.928 m 2.
66 Untuk menghitung efisiensi dilakukan perhitungan awal panas yang diperoleh panel. (60.44 o C 49.74 o C ) = ( 10.7 ) = 372.98 W Maka, efisiensi panel c) Debit 3 LPM Diketahui: Densitas air pada temperatur rata rata rangkaian 55.72 o C = { 985.31 kg / m 3 Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Panas spesifik pada temperatur rata rata panel 55.72 o C = { 4183.4 J / kg K Hasil dari Software NIST REFROP ( water ) }. Debit aliran rangkaian = 3 LPM. Data temperatur masuk = 49.92 o C. Data temperature keluar = 62.55 o C. Data irradiasi total = 635.4790411 W / m 2.
67 Luas pelat absorber = 1.802 0.928 m 2. Untuk menghitung efisiensi dilakukan perhitungan awal panas yang diperoleh panel. (62.55 o C 49.92 o C ) = ( 12.63 ) = 264.19 W Maka, efisiensi panel 4.3 Pembahasan 4.3.1 Efisiensi Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi kolektor di atas, nilai efisiensi kolektor rata-rata berbeda untuk setiap debit. Hal ini dipengaruhi oleh besar kecilnya intensitas dari radiasi sinar matahari dan besar kecilnya ukuran debit yang digunakan. Selain itu, ukuran luas permukaan kolektor juga akan mempengaruhi besaran efisiensi dari kolektor.
68 4.3.2 Temperatur Air Maksimum Mekanisme perpindahan kalor melalui radiasi matahari, konduksi serta konveksi pada kolektor dapat dijelaskan sebagai berikut. Radiasi matahari yang menimpa permukaan kaca sebagian besar ditransmisikan ke permukaan hitam. Permukaan ini menjadi panas ( terjadi perpindahan panas secara konduksi ) dan memberikan radiasi kekaca pada panjang gelombang ( λ ) besar. Secara prinsip semua radiasi suhu rendah yang dipancarkan oleh benda dalam rumah kaca bersifat panjang gelombang besar. Oleh karena itu, radiasi tetap terkurung dalam rumah kaca sehingga terjadi akumulasi panas dalam ruang yang dapat mempengaruhi temperatur plat kolektor. Panas ini kemudian dilepas secara konveksi ke dalam air, sedangkan permukaan luar kaca melepas kalor melalui radiasi dan konveksi ke lingkungan dalam jumlah yang sangat kecil. Dari tabel 4.1-4.6 dapat dilihat perubahan temperatur air rata-rata pada setiap titik pengukuran. Perubahan nilai temperatur disebabkan oleh perubahan intensitas radiasi sinar matahari. Semakin tinggi intensitas, maka sumbangan terhadap naiknya temperatur akan sangat signifikan begitu juga sebaliknya jika intensitas rendah. Berdasarkan data dari pengukuran temperatur air hasil keluaran, untuk debit 8 LPM Paralel temperatur air panas maksimum mencapai 70 o C, debit 5 LPM Paralel temperatur air panas maksimum mencapai 67 o C, debit 3 LPM Paralel temperatur air panas maksimum mencapai 77 o C, debit 8 LPM Seri temperatur air panas maksimum mencapai 64 o C pada kondisi mendung, debit
69 5 LPM Seri temperatur air panas maksimum mencapai 74 o C, dan debit 3 LPM Seri temperatur air panas maksimum mencapai 75 o C. 4.3.3 Waktu Efektif untuk Menghasilkan Temperatur Maksimum Berdasarkan data pengamatan kita dapat melihat naik turunya temperatur air, hal ini sangat dipengaruhi oleh intensitas radiasi dari sinar matahari. Waktu yang efektif untuk menghasilkan temperatur air maksimum pada debit 8 LPM Paralel terjadi pada pukul 13:50-14:30 WIB. Debit 5 LPM Paralel terjadi pada pukul 14:00-14:15 WIB. Debit 3 LPM Paralel terjadi pada pukul 12:00-12:05 WIB. Debit 8 LPM Seri terjadi pada pukul 14:50-14.55 WIB. Debit 5 LPM Seri terjadi pada pukul 12:30-12.35 WIB. Debit 3 LPM Seri terjadi pada pukul 13:40-13.45 WIB. Secara umum dapat disimpulkan bahwa saat-saat yang efektif untuk menghasilkan panas yang maksimal terjadi pada selang waktu pukul 12.30-14.00 WIB. Dari data di atas terlihat bahwa penambahan debit air berpengaruh terhadap semakin menurunya temperatur air panas. Hal ini disebabkan karena volume air yang mengalir semakin besar sedangkan luas permukaan kolektor tetap.