PENGUJIAN ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR
PENGUJIAN ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR SURYA PLAT DATAR
Jatmiko Edi Siswanto, Afrizal, dan M. Hendra Program Studi Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Jambi Indonesia Email: hendrapasaribu30@yahoo.co.id
Abstrak
Energi surya adalah sumber energi terbarukan yang paling penting (energi angin pada dasarnya juga berasal dari energi surya), dan hanya energi panas bumi dan pasang surut yang tidak memperoleh energi mereka dari planet. Melihat potensi panas yang dihasilkan dari matahari untuk memanaskan air, diperlukan suatu perangkat yang dapat mengumpulkan energi matahari yang sampai ke permukaan bumi dan mengubahnya kembali menjadi energi kalor. Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik.Matahari memiliki suhu lebih tinggi (sekitar 6000 Kelvin), sedangkan bumi memiliki suhu yang lebih rendah.Adanya perbedaan suhu antara matahari dan bumi menyebabkan kalor berpindah dari matahari (suhu lebih tinggi) menuju bumi (suhu lebih rendah). Perpindahan panas secara radiasi adalah proses dimana panas mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah bila benda-benda itu terpisah dalam ruang, gerakan panas radiasi di dalam ruang mirip perambatan cahaya dan dapat diuraikan dengan teori gelombang, bilamana gelombang radiasi menjumpai benda yang lain maka energinya diserap didekat permukaan benda tersebut. Berdasarkan pengujian alat pemanas air tenaga surya menggunakan kolektor surya plat datar, pengujian alat pada saat melakukan pengujian harus memperhatikan panas pada waktu pengujian, agar temperatur yang didapat bisa sempurna.Temperatur keluar yang didapat pada pengujian ini yaitu
0 pengujian pertama sebesar 39,65 0 C dengan laju perpindahan panas sebesar 325,57 J/s. C,
0 pengujian kedua sebesar 42,61 0 C dengan laju perpindahan panas sebesar 355,625 J/s. C dan
0 pengujian ketiga sebesar 45,59 0 C dengan laju perpindahan panas sebesar 385,678 J/s. C
Kata Kunci : Perpindahan Secara Radiasi dan Kolektor Surya
PENDAHULUAN
Energi radiasi dari matahari merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan guna menggantikan energi yang dihasilkan oleh minyak bumi. Salah satu bentuk pemanfaatan dari energi radiasi matahari adalah untuk memanaskan air. Indonesia sebagai salah satu negara yang sangat strategis untuk melakukan berbagai hal dengan kekayaan alamnya yang agraris dan terletak pada garis katulistiwa sehingga bumi indonesia mendapatkan energi matahari sepanjang tahun sehingga dapat dikatakan bahwa energi matahari merupakan energi yang tidak terhabiskan hal ini sangatlah penting untuk melakukan berbagai hal dalam bentuk yang baru sehingga dapat digunakan oleh masyarakat indonesia secara khusus dan masyarakat internasional secara umum. Perangkat ini disebut dengan kolektor suya ada beberapa macam jenis tipe kolektor surya yang tentunya untuk berbagai keperluan sesuai dengan kebutuhan. Salah satu tipe kolektor yang paling sering digunakan adalah kolektor surya plat datar. Untuk mendapatkan hasil pemanasan yang lebih maksimal plat kolektor tersebut dicat dengan warna hitam yang berfungsi untuk menyerap radiasi surya yang dipancarkan oleh matahari. Untuk menjaga agar tidak terjadi kerugian panas secara radiasi dan konveksi ke atmosfer, maka digunakan kaca
Jurnal Volume 6 No 2, No ISSN 2089-1873 (PDII-LIPI)
pelindung sehingga mengurangi terjadinya efek rumah kaca [1] . Keunggulan utama energi surya dibanding bentuk energi dari bahan bakar fosil adalah penggunaannya yang aman, tidak
menimbulkan polusi dalam pengoperasiannya, dapat digunakan secara langsung maupun tidak langsung dan tidak akan pernah habis karena energi surya merupakan sumber energi sepanjang masa. Dengan realita tersebut tentunya banyak peluang untuk memanfaatkan energi tersebut menjadi sumber tenaga suatu alat dan ada kemungkinan dapat dijadikan komoditas ekspor yang tentunya sangatlah menguntungkan bagi pelaku usaha dan negara sebagai sumber
penghasilan devisa. [2]
KAJIAN PUSTAKA
Energi surya memiliki potensi besar dan banyak teknologi surya yang berkembang dengan sangat cepat. Namun, meskipun pertumbuhan industri energi surya global berlangsung dengan cepat, masih dibutuhkan banyak waktu sebelum energi surya menjadi pesaing yang nyata untuk bahan bakar fosil sebagai sumber energi utama. Hal ini karena sektor energi surya masih kalah dalam hal paritas biaya dibandingkan bahan bakar fosil. Energi surya adalah sumber energi terbarukan yang paling penting (energi angin pada dasarnya juga berasal dari energi surya), dan hanya energi panas bumi dan pasang surut yang tidak memperoleh energi mereka dari planet. Banyak orang menggunakan istilah energi surya dan tenaga surya sebagai sinonim meskipun hal ini mengandung kesalahan karena tenaga surya mengacu pada konversi sinar matahari menjadi energi listrik
Perpindahan Panas
Perpindah panas adalah suatu proses yang dinamis, yaitu panas dipindahkan secara spontan dari satu kondisi ke kondisi lain yang suhunya lebih rendah. Kecepatan pindah panas ini akan bergantung pada perbedaan suhu antara kedua kondisi benda. Semakin besar perbedaan, maka semakin besar kecepatan pindah panasnya [3] .
Perpindahan panas dapat didefenisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu daerah kedaerah lainnya sebagai akibat dari bedanya temperatur antara daerah-daerah tersebut [4] .
Perpindahan Panas Secara Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bertemperatur lebih tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah didalam suatu medium (padat) atau diantara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Dalam alirananas konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan molekul secara langsung. [4]
Perpindahan Panas Secara Konveksi
Perpindahan panas secara konveksi dipengaruhi oleh bentuk aliran fluida yang membawa atau memindahkan panas tersebut dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah, perpindahan panas ini juga tidak terlepas dari adanya kalor yang berpindah dari permukaan zat padat dengan fluida [4] .
Perpindahan Panas Secara Radiasi
Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Contoh perpindahan kalor secara radiasi adalah hangatnya tubuh anda ketika berada di dekat tungku api dan perpindahan kalor dari matahari menuju bumi.
Jurnal Volume 6 No 2, No ISSN 2089-1873 (PDII-LIPI)
Kolektor Surya
Efek dari perubahan sudut datang sinar matahari dapat diukur dengan cara mengubah sudut dari permukaan kolektor surya pada sudut optimum. Untuk mengetahui pengaruh sudut datang sinar matahari ini, maka variabel-variabel pengukuran yang lain haruslah sama. Pemanas air menggunakan kolektor surya merupakan penggunaan energi alternatif yang hemat biaya dan ramah lingkungan, pada pemanas air menggunakan kolektor surya ini adalah pemanfaatan energi matahari yang menjalani ruang dengan kecepatan cahaya. Prinsip kolektor surya ini dapat digambarkan sebagai berikut [5] :
Gambar 1. Sirkulasi Aliran Fluida Pada Plat Datar
Gambar 2. Kolektor Plat Datar
Kolektor pelat tidak melibatkan proses yang mengkonsentrasikan sinar matahari. Mereka memiliki daerah resapan panas yang besar dan ini artinya menyebabkan kehilangan panas yang besar pula. Hal ini pula yang membatasi kemampuannya sehingga suhu air yang keluar dari kolektor ini kurang dari 80˚ C. Kolektor ini dapat menyerap energi langsung maupun sebaran radiasi matahari. Biasanya, kolektor surya pelat datar terdiri dari pelat absorber, saluran aliran, pelat penutup, dan isolasi weather-proof. Pelat absorber terbuat dari tembaga, baja atau plastik. Permukaan atas pelat absorber, yang terkena sinar matahari, dicat hitam sehingga memiliki kapasitas penyerapan radiasi surya yang tinggi.
Bahan kaca yang digunakan sebagai penutup harus memiliki transmitansi radiasi surya yang tinggi (0,3- 2,0 μm) dan transmisi radiasi gelombang panjang yang rendah (≥ 2,0 μm). Kaca paling sering digunakan sebagai pelat penutup, namun, bahan plastik juga telah digunakan. Penutup plastik memiliki transmitansi radiasi surya yang tinggi, juga transparan terhadap radiasi gelombang panjang, namun mereka memiliki masa pakai yang rendah.
Jurnal Volume 6 No 2, No ISSN 2089-1873 (PDII-LIPI)
METODOLOGI PENELITIAN
Alat Uji
Gambar Alat Uji Pemanas Air Tenaga Surya Dengan Menggunakan Kolektor Surya Plat Datar seperti terlihat pada gambar 3.1 dibawah ini :
Keterangan gambar :
1. Termometer T 1 (T film )
2. Termometer T 2
3. Termometer T 3
4. Pipa PVC ½ inchi
5. Tangki penampung fluida
6. Flow meter
7. Pompa air
8. Pipa Tembaga (D = 0,7 cm)
9. Cover kolektor
Gambar 3. Skema Sistem Alat Uji Kolektor Surya Plat Datar
Cara kerja alat
Adapun cara kerja alat pemanas air tenaga surya sebagai berikut :
1) Hidupkan pompa air, biarkan pompa menyedot air dari dalam tangki, biarkan air mengalir melalui water meter menuju kolektor.
2) Setelah air masuk ke dalam kolektor, air bersirkulasi di dalam kolektor,
3) Lalu biarkan air di dalam kolektor mengalir sampai masuk ke dalam tangki.
Prosedur Pengujian Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Pada pengujian alat pemanas air tenaga surya yang dibuat, langkah-langkah pengujian alat meliputi :
1) Pastikan semua kondisi peralatan dalam keadaan baik antara lain : Pompa air, Air di dalam tangki sebanyak 10 liter dan termometer air raksa, serta kabel untuk menyambung arus listrik.
Jurnal Volume 6 No 2, No ISSN 2089-1873 (PDII-LIPI)
2) Setelah peralatan sudah dipastikan dalam kondisi baik, biarkan alat menyerap panas selama 15 menit di bawah sinar matahari.
3) Hidupkan mesin pompa air di menit ke 16, biarkan air bersirkulasi selama 45 menit.
4) Setelah 45 menit berlalu matikan mesin dan catat Flow meter, T 1 ,T 2 ,T 3 ,. pengujian selesai.
5) Ulangi langkah pengujian dari no 2 – 4 sebanyak 2 kali percobaan lagi untuk mendapatkan data ke 2 dan ke 3 dengan memvariasikan lama penyerapan kolektor nya selama 20 menit dan 25 menit sebelum air di sirkulasikan.
Beda Temperatur Rata-Rata (LMTD) ∆𝑇 ∆ 𝑇𝑒− ∆ 𝑇𝑖
Laju Aliran Panas (Q) Q=m 0 .Cp. ( ∆ 𝑇𝑖 − ∆ 𝑇𝑒)
Koefisien Perpindahan Panas (h)
h=
Temperatur Air Keluar (T out )
Tout = (T S -T I ) exp
Tabel 1. Pengambilan Data
Pengujian T 1 T 2 T 3 Lama Waktu Penyerapan
0 0 ( Hari ) 0 ( C) ( C) ( C)
Tabel 2. Hasil Perhitungan
Koefisien
Temperatur Pengujian Lama Waktu
Laju aliran
perpindahan
output ( Hari )
Penyerapan panas (Q) ( j/s )
panas (h)
2 Te ( C)
(w/m k)
42,91 Hari 2
Hari 1
15 menit
44,97 Hari 3
20 menit
25 menit
Jurnal Volume 6 No 2, No ISSN 2089-1873 (PDII-LIPI)
) /s 1,200.00 J
Waktu Penyerapan
Gambar 4. Grafik Hubungan Antara Waktu Penyerapan dan Laju Aliran Panas
Pada grafik diatas didapatkan laju aliran panas pada pengujian pertama menggunakan waktu pemanasan selama 15 menit sebesar 1.838,76 J/s. Pada pengujian kedua menggunakan pemanasan selama 20 menit sebesar 919,4 J/s, dan pada pengujian ketiga menggunakan waktu pemanasan selama 25 menit sebesar 1.840,52 J/s. Perbedaan yang terjadi pada laju aliran panas ini disebabkan oleh suhu dan lama penyinaran yang terjadi pada kolektor pada hari pengujian berlangsung.
anas P 12,000.00
erpi P
Waktu Penyerapan
Gambar 5. Grafik Hubungan Antara Waktu Penyerapan dan Koefisien Perpindahan Panas
Pada grafik diatas didapatkan koefisien perpindahan panas pada pengujian pertama menggunakan waktu pemanasan selama 15 menit sebesar 10.462,50 W/m 2 .K. Pada pengujian
kedua menggunakan pemanasan selama 20 menit sebesar 15.775 W/m 2 .K, dan pada pengujian ketiga menggunakan waktu pemanasan selama 25 menit sebesar 19.045,10 W/m 2 .K.
Perbedaan yang terjadi pada koefisien perpindahan ini disebabkan oleh temperatur input, sifat propertis air dari temperatur input, bilangan renault dan nusselt pada data perhitungan.
Jurnal Volume 6 No 2, No ISSN 2089-1873 (PDII-LIPI)
Waktu Penyerapan
Gambar 6. Grafik Hubungan Antara Waktu Penyerapan dan Temperatur Output
Pada grafik diatas didapatkan temperatur output pada pengujian pertama menggunakan waktu pemanasan selama 15 menit sebesar 42,91 0
C. Pada pengujian kedua menggunakan pemanasan selama 20 menit sebesar 44,97 0 C dan pada pengujian ketiga menggunakan waktu
pemanasan selama 25 menit sebesar 45,90 0
C. Perbedaan yang terjadi pada koefisien perpindahan ini disebabkan oleh temperatur input, sifat propertis air dari temperatur input, bilangan renault, nusselt pada data perhitungan. Perbedaan temperatur output itu juga dibedakan oleh suhu pada saaat pengujian, lama penyinaran dan faktor cuaca pada saat pengujian.Temperatur output yang didapatkan pada pengujian pemanas air tenaga surya bisa digunakan untuk mandi, karena suhu tersebut masih dalam suhu normal dan tidak terlalu panas.
KESIMPULAN
Pada pengujian alat pemanas air tenaga surya, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1) Alat pemanas air tenaga surya memanfaatkan energi matahari sebagai sumber utama pemanasan pada kotak kolektor. Tanpa adanya energi matahari atau kurangnya energi pada saat pengujian berlangsung tidak akan mendapatkan suhu kolektor yang maksimal.
2) Pada pengujian pemanas air tenaga surya didapatkan temperatur output tidak terlalu panas dan bisa digunakan untuk keperluan sehari-hari, contohnya mandi. Temperatur output yang didapatkan pada saat pengujian yaitu :
- Pada penyerapan panas selama 15 menit diperoleh temperatur sebesar 42,91 0 C - Pada penyerapan panas selama 20 menit diperoleh temperatur sebesar 44,97 0 C
- Pada penyerapan panas selama 25 menit diperoleh temperatur sebesar 45,9 0 C
3) Paada pengujian pemanas air tenaga surya didapatkan laju aliran panas (Q), sebesar : - Pada penyerapan panas selama 15 menit diperoleh laju perpindahan panas sebesar 1.838,76 J/s - Pada penyerapan panas selama 20 menit diperoleh laju perpindahan panas sebesar 919,4 J/s - Pada penyerapan panas selama 25 menit diperoleh laju perpindahan panas sebesar 1.840,52 J/s
Jurnal Volume 6 No 2, No ISSN 2089-1873 (PDII-LIPI)
4) Pada saat melakukan pengujian atau penyinaran pada kolektor lebih baik bak penampungan tidak ikut terkena penyinaran agar suhu pada kolektor (T film ) atau T 1 lebih sempurna, karena pada saat pengujian bak penampungan ikut terkena penyinaran, kalor yang diserap oleh bak penampungan akan mempengaruhi suhu air yang ada di dalam bak penampungan dan mengakibatkan suhu pada kolektor tidak sempurna.
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Jurnal.Nesten Marbun. ’’Rancang Bangun Sebuah Pemanas Air Tenaga Surya Dengan Menggunakan Kolektor Surya Plat Datar’’, Universitas Sumatra Utara. Medan. 2009.
[2]. Vollanda. ’’Perencanaan Dan Pembuatan Pemanas Air Menggunakan Kolektor Surya’’, Universitas Bung Hatta. Padang. 2005.
[3]. https://www.scribd.com/doc/106238650/Pengertian-Perpindahan-Panas. [4].
J.P. Holman. ’’Perpindahan Kalor’’. 4 nd Edition Erlangga. Jakarta. 1997. [5].
Zainudin. ’’Solar Technik Universitas Andalas Padang’’. Agustus 1989
78