22
2.3.3. Pemanfaatan Panas Laten Pada Alat Pemanas Air Tenaga Surya Panas yang di absorbsi kolektor pada suatu keadaan tertentu akan
mengubah phasa dari refrigeran yang dipanaskan. Dengan di vakumnya refrigeran, maka tingkat titik didih akan menurun, dan dengan memafaatkan panas
yang ada, refrigeran akan berubah fasa. Hal ini membuat jumlah kalor yang dapat di transfer dari refrigeran ke air dalam tangki reservoir akan semakin besar. Hal
ini dapat di lihat pada besaran koefesien latent heat pada kondisi vakum, jumlah energi kalor yang dihasilkan menjadi lebih besar. Kalor ini lah yang akan di
transfer ke dalam air di tangki reservoir. Berbeda dengan halnya bila kita menggunakan kolektor biasa, maka kalor yang akan diserap tidak akan sebesar
dengan sistem pipa panas.
2.4. Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Pemanas air tenaga surya PATS merupakan produk teknologi yang memanfaatkan energi thermal surya yang cukup popular dan banyak digunakan,
terutama di hotel, villa peristirahatan hingga perumahan. Seiring dengan itu, mulai beredar beberapa merek PATS domestik maupun impor yang banyak dipasarkan
di masyarakat. Untuk perlindungan terhadap konsumen, telah dikeluarkan Standar Nasional Indonesia SNI untuk produk ini, berupa uji mutu sistem PATS yang
diharapkan memberikan gambaran pada masyarakat akan mutu PATS yang dipasarkan. Dalam masalah ini bagaimana membuat PATS dengan efesiensi yang
tinggi menjadi persoalan tertentu. Untuk itu dilakukan berbagai tinjauan pustaka agar di dapat efsiensi yang baik. Salah satunya adalah dengan melakuakn
pengujian pada penelitian dan penyempurnaan dari alat yang telah ada. Kualitas unit PATS bergantung pada keandalan fisik dan kemampuan
thermal system seperti kemampuan menyerap panas, kemampuan menyimpan panas, komponen kolektor thermal surya, komponen tangki air, rendahnya rugi-
rugi panas kedua komponen tersebut dan kemampuan responsif pemanas tambahan. Pemanas Air Tenaga Surya harus mampu mengelola panas yang masuk
untuk di olah atau memanfaatkan panas yang masuk untuk memindahkan panas
Universitas Sumatera Utara
23
pada absorber ke air yang dipanaskan. Gambar 2.7. menunjukkan alat pemanas air tenaga surya yang digunakan dalam penelitian ini.
Gambar 2.7. Alat Pemanas Air Tenaga Surya PATS 2.4.1. Cara Kerja Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Gambar 2.6.menunjukkan sebuah alat pemanas air tenaga surya dengan media pemanas refirgeran. Dengan didasari oleh teori efek rumah kaca, maka
efektifitas pengumpulan panas bisa ditingkatkan.Sehingga energi panas yang dipancarkan oleh matahari diserap dan dikumpulkan untuk ditingkatkan
temperaturnya oleh kolektor.Panas tersebut dialirkan terhadap pipa tembaga 1-2 yang berisi refrigeran, kemudian refrigeran akan menjadi panas. Akibatnya
referigran berubah wujud dari cair menjadi gas dan massa jenis di titik 2 lebih kecil dari massa jenis di titik 1, sehingga referigran cenderung bergerak dari titik 1
ke titik 2. Referigran di titik 2 akan terdorong menuju titik 3 sambil melepaskan panas ke air yang ada pada tangki air. Pelepasan panas ini membuat referigran
berubah wujud dari gas menjadi cair, dan suhunya akan turun. Pergerakan referigran ini meyebabkan terjadinya sirkulasi alamiah yang disebabkan efek
Universitas Sumatera Utara
24
termosipon dimana referegran yang suhunya lebih tinggi massa jenisnya lebih rendah dan cenderung bergerak kesebelah atas. Posisinya akan digantikan
referigran lain yang lebih dingin. Alat Pemanas Tenaga Surya ini memanfaatkan panas latent yang merubah fasa dari cair menjadi gas pada tempertaur tertentu lalu
gas bersirkulasi didalam pipa panas menuju ke tangki air dan melepas kalor. Akbibat terjadi pelepasan kalor suhu refrigeran menurun yang memicu terjadinya
sirkulasi secara alamiah.
2.4.2. Plat Absorber Pada Alat Pemanas Air Tenaga Surya Pemilihan plat absorber harus dilihat dari sifat material baik itu fisik
maupun kimianya. Menurut Eka [16] umumnya bahan yang di pakai menjadi sebuah plat adalah material alumunium, baja tipis, plat besi tipis atau seng.
Pemilihan ini harus memperhatikan tingkat emisivitas dari bahan itu sendiri. Emisivitas adalah rasio energi yang diradiasikan oleh material tertentu
dengan energi yang diradiasikan oleh benda hitam black body pada temperatur yang sama. Ini adalah ukuran dari kemampuan suatu benda untuk meradiasikan
energy yag diserapnya. Benda hitam memiliki emisivitas sama dengan 1 ε=1
sementara objek sesunggunya mempunyai emisivitas kurang dari satu. Semakin kasar dan hitam suatu benda, akan memiliki nilai emisivitas yang lebih baik,
semakin reflektif suatu benda, maka nilai emisivitas benda tersebut akan semakin kecil [19]. Berikut beberapa nilai emisivitas material yang sering digunakan
dalam membuat kolektor surya seperti yang tertuang dalam tabel 2.3
Tabel 2.3 Emisivitas Material [19] Permukaan Material
Koefisien Emisivitas ε
Aluminium sheet Komersial 0,09
Baja Dipoles 0,07
Zink dipoles 0,045
Hitam Silicone Cat 0,93
Kaca Halus 0,92-0,94
Universitas Sumatera Utara
25
2.4.3. Isolator Pada Alat Pemanas Air Tenaga Surya Untuk menghindari kebocoran energi panas yang terbuang sia sia ke
lingkungan, dalam pemanfaatannya diperlukan suatu isolator untuk menahan panas dalam alat pemanas air tenaga surya. Dalam hal ini Rockwool mempunyai
tingkat isolasi yang sangat baik. Berikut di jelaskan beberapa keunggulan
rockwool menurut Kamstrup [11]: a. Tidak tergolong benda berbahaya
b. Mempunyai tingkat insulasi yang sangat baik c. Mampu menahan pemanasan sampai suhu 820
o
C d. Mempunyai densitas yang besar
e. Tidak Korosif, tidak bersifat karsinogen, mutagenic dan toxic f.
Tidak mudah rusak selama pemasangan g. Memiliki tingkat durabilitas yang baik
h. Tingkat heat loss yang rendah sekitar 5 Dengan sifat insulasi yang baik, dapat dihindari kebocoran panas, sehingga
energi panas yang di serap oleh APATS dapat dimanfaatkan sebaik baiknya. Dalam APATS ini di insulasi di daerah sekitar pelat absorber, dinding reservoir
air dan seluruh daerah yang memungkinkan terjadinya kehilangan panas.
2.4.4. Energi yang Sampai pada Kolektor Pemanas Air Tenaga Surya Untuk menghitung energi yang sampai pada kolektor atau energi yang
berguna untuk kolektor alat pemanas air tenaga surya terlebih dahulu perlu diketahui bagaimana proses distribusi energi matahari yang dialami oleh kolektor
itu sendiri. Ilustrasi panas yang diserap oleh absorber alat pemanas air tenaga surya menurut Soteris [5] dapat di lihat pada Gambar 2.8.
Universitas Sumatera Utara
26
Gambar 2.8. Ilustrasi Panas yang Diserap oleh Absorber Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Pada Gambar 2.8.dapat dilihat bahwa panas matahari Q
incident
sebagian dipantulkan ke atmosfir dan sebagian lagi diserap oleh kolektor. Panas yang
diserap oleh kolektor Q
abs
inilah yang akan digunakan untuk memanaskan refrigeran.
Gambar 2.9. Ilustrasi Pengaruh arah sudut sumber energi terhadap besaran energi yang diterima
Menurut Incropera [9] besaran energi radiasi yang akan diterima alat pemanas air tenaga surya akan di pengaruhi oleh sudut datangnya energi panas
matahari seperti gambar 2.9. Energi radiasi yang sampai ke permukaan bumi akan di serap oleh kolektor yang digunakan untuk memanaskan air dalam alat pemanas
Q
incident
Q
ref
Q
abs
Pelat absorber Kaca penutup
Universitas Sumatera Utara
27
air tenaga surya. Jumlah energi radiasi per satuan luas yang diterima kolektor selama proses penelitian di sebut Q
incident
. Menurut Mehmet Esent [1], besarnya Q
incident
dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini:
2 1
Idt A
Q
t inciden
....................................................................................2.16
Dimana: A
= luas penampang dari pelat absorber m
2
I = intensitas cahaya matahari Wm
2
Sedangkan panas yang diserap oleh absorber dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
incident abs
Q Q
α
.....................................................................................2.17 Dan panas yang dipantulkan kembali ke atmosfir adalah:
incident ref
Q Q
α
1
……………..……………………...…………….2.18 Dimana:
α
= difusitas bahan
2.4.5. Energi yang Diserap oleh air Energi panas yang sudah diterima oleh kolektor akan diberikan terhadap
air. Besarnya energi tersebut menurut Mehmet Esent [1] dapat ditentukan dengan menggunakan rumus:
1 2
Tw Tw
C m
Q
pw w
u
...........................................................................2.19 Dimana:
m
w
= Massa air kg C
pw
= Panas jenis dari air kJkg.
o
C T
w1
= Temperatur awal air sebelum dipanaskan kolektor
o
C T
w2
= Temperatur actual setelah dipanaskan oleh kolektor
o
C
Universitas Sumatera Utara
28
2.4.6. Efisiensi dari Kolektor Efisiensi dari kolektor dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara
energi berguna yang diberikan kolektor ke air dengan panas incident. Hal itu menurut Mehmet Esent [1] dapat dirumuskan sebagai berikut:
incident w
w pw
w
Q T
T C
m
1 2
η
..............................................................2.20 Definisi efisiensi disini adalah kemampuan dari kolektor untuk memanasi
air sampai suhu maksimum dalam rentang waktu tercepat. Semakin cepat didapat pemanasan suhu maksimum, maka akan semakin besar pula tingkat efisiensi yang
diperoleh dan semakin lama rentang waktu pencapaian suhu maksimum, semakin kecil pula tingkat efisiensi yang didapat oleh kolektor.
2.5. Refrigeran R-718
