Rancang Bangun Kolektor Surya Plat Datar untuk Pemanas Air Dengan Kaca Berlapis Ketebalan 5mm
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar belakang
Kebutuhan akan air panas pada saat ini cukup tinggi. Tidak hanya
konsumen rumah tangga yang memerlukan air panas, melainkan juga rumah sakit,
industri, perhotelan dan untuk penyediaan air pada kolam renang. Banyaknya
kebutuhan air panas meningkatkan kebutuhan energi terutama energi listrik untuk
memanaskan air, seperti salah contoh heater (pemanas air) yang digunakan pada
desalinasi air laut, membutuhkan energi listirk yang cukup tinggi. Padahal energi
listrik yang ada sangat terbatas dan juga mahal. Untuk itu diperlukan energi
alternatif yang murah, tidak polutif, dan terbaharui.
Matahari merupakan sumber energi tak terbatas. Sinar matahari atau tenaga
surya dapat digunakan untuk memberikan penerangan, menghasilkan listrik,
memanaskan atau mendinginkan air dan bermacam proses industri. Energi radiasi
matahari merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang dapat dimanfaatkan
untuk berbagai keperluan guna menggantikan energi yang dihasilkan oleh minyak
bumi. Sebagai negara yang terletak pada daerah khatulistiwa yaitu 6 oLU - 11 oLS
dan 95 oBT - 141 oBT, dan dengan memperhatikan peredaaran matahari dalam
setahun yang berada pada daerah 23,5 oLU dan 23,5 oLS akan mengakibatkan
suhu di Indonesia cukup tinggi (antara 260C – 350C) dan bila saat cuaca cerah
akan disinari matahari selama 6 – 7 jam dalam sehari. Bagian barat Indonesia
mendapat rata-rata radiasi sebesar 4,5 KWh/m2/hari dengan variasi bulanan
sekitar 10% dan bagian timur 5,1 KWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 9%.
Sifat radiasi matahari yang diperoleh didaerah ini dapat dikatakan lebih kecil
perubahannya terhadap rata-rata tiap tahunnya. Lain pihak, pancaran radiasi ini
sifatnya periodik setiap tahunnya secara terus-menerus. Bisa disimpulkan bahwa
Indonesia memiliki sinar matahari cukup melimpah.[1]
Energi surya (matahari) merupakan sumber energi yang ramah lingkungan
karena tidak memancarkan emisi karbon berbahaya yang berkontribusi terhadap
perubahan iklim seperti pada bahan bakar fosil. Setiap watt energi yang dihasilkan
dari matahari berarti kita telah mengurangi pemakaian bahan bakar fosil dan
1
Universitas Sumatera Utara
dengan demikian kita benar-benar telah mengurangi dampak perubahan iklim.
Penelitian terbaru melaporkan bahwa rata-rata sistem rumah surya mampu
mengurangi 18 ton emisi gas dilingkungan setiap tahunnya. Energi surya juga
memancarkan oksida nitrogen atau sulfur dioksida yang berarti tidak
menyebabkan hujan asam atau kabut asap.
Untuk dapat memanfaatkan energi surya tersebut terkhusus dalam
memanaskan air digunakan suatu perangkat untuk mengumpulkan energi radiasi
matahari yang sampai ke permukaan bumi dan mengubahnya menjadi energi kalor
yang berguna. Perangkat ini disebut dengan kolektor surya. Penelitian tentang
kolektor surya terutama bukanlah ide baru dalam dunia teknologi rekayasa surya,
sebelumnya telah banyak para peneliti yang telah meneliti hal ini sebelumnya,
antara lain :
1. Philip Kristanto dan James Laeyadi, Universitas Kristen Petra (April 2000).
Mereka meneliti tentang pengaruh posisi sudut penyinaran matahari 0 o (posisi
normal), 15o, 30o, dan 45o ke arah utara terhadap efisiensi kolektor surya
prismatik.[2]
2. I Ketut Gede Wirawan, Universitas Udayana Bali (Desember 2008). Meneliti
tentang pembuatan kolektor surya jenis sirkular dengan memanfaatkan neon
bekas sebagai kaca penutup.
3. Titik Ismandari dkk. Universitas Yogyakarta (November 2008). Mereka
meneliti tentang pemanfaatan solar kolektor untuk pengering kacang tanah
(solar dryer).
Salah satu tipe kolektor yang paling sering digunakan adalah kolektor surya
plat datar. Untuk mendapatkan hasil pemanasan yang lebih maksimal 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 pelindung
sehingga mengurangi terjadinya efek rumah kaca, sedangkan bagian bawah plat
kolektor surya dilapisi dengan kayu triplek, sterofoam dan glass woll yang dapat
mengisolasi terjadinya kebocoran panas yang dihasilkan oleh plat absorber.
Prinsip kerja dari sistem pemanas air dengan menggunakan plat datar dapat
menunjukkan bahwa air yang masuk ke dalam kolektor melalui pipa distribusi
2
Universitas Sumatera Utara
akan mendapatkan panas secara konveksi maupun secara radiasi, sebagai akibat
radiasi yang terpancar ke dalam kolektor yang dibatasi oleh plat dan kaca tembus
cahaya. Karena adanya perpindahan panas tersebut maka suhu air yang berada
didalam pipa mengakibatkan adanya perbedaan massa jenis air.
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini sebagai berikut :
1. Merancang bangung kolektor surya plat datar dengan kaca berlapis
ketebalan 5 mm.
2. Untuk mengetahui temperatur maksimum pada beberapa titik kolektor dan
air yang dipanasi pada tangki.
3. Untuk mengetahui kehilangan panas, panas yang masuk dan efisiensi
kolektor pemanas air tenaga surya dengan kaca berlapis.
1.3. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Alat ini dapat digunakan sebagai pemanas air.
2. Alat ini dapat mengurangi penggunaan energi listrik yang sebelumnya
menggunakan heater dan penggunaan bahan bakar yang tidak dapat
diperbaharui.
3. Memberikan sumbangan pemikiran untuk penelitian tentang kolektor
surya selanjutnya.
1.4.
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah pada :
1. Volume air laut yang diuji sebanyak 20 liter dengan temperatur maksimal
air laut 500C.
2. Pengujian dilakukan pada pukul 09.00 WIB – 17.00 WIB.
3. Pengujian dilakukan pada kondisi cuaca cerah, dimana kondisi cuaca dapat
berubah-ubah.
4. Lokasi penelitian di kota Medan yang terletak pada posisi 3,43 oLU-98,44
o
BT dan ketinggian 37,5 meter dari permukaan laut.
3
Universitas Sumatera Utara
1.5.
Sistematika Penulisan
Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan
mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam
beberapa bagian, yaitu :
BAB I : Pendahuluan
Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang dan judul skripsi yang telah
ditetapkan, tujuan, manfaat, batasan masalah, dan sistematika penulisan skripsi.
BAB II : Tinjauan Pustaka
Pada bab ini akan dibahas mengenai teori-teori yang berhubungan dengan
penulisan skripsi dan digunakan sebagai landasan untuk memecahkan masalah.
Dasar teori didapatkan dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari : buku-buku
pedoman, jurnal, paper , tugas akhir, e-mail, dan website.
BAB III : Metodologi
Pada bab ini akan dibahas mengenai metode yang akan digunakan untuk
menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini juga akan dibahas mengenai
langkah-langkah penelitian, pengolahan dan analisa data yang akan digunakan
untuk menyelesaikan permasalahan dari topik yang akan diangkat.
BAB IV : Analisa dan Pembahasan
Pada bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai data-data yang telah diperoleh
dari hasil penelitian yang telah dilakukan.
BAB V : Kesimpulan dan Saran
Pada bab ini berisi kesimpulan dan saran-saran yang dapat digunakan sebagai
tindak lanjut dari penelitian yang telah dilakukan.
4
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1.
Latar belakang
Kebutuhan akan air panas pada saat ini cukup tinggi. Tidak hanya
konsumen rumah tangga yang memerlukan air panas, melainkan juga rumah sakit,
industri, perhotelan dan untuk penyediaan air pada kolam renang. Banyaknya
kebutuhan air panas meningkatkan kebutuhan energi terutama energi listrik untuk
memanaskan air, seperti salah contoh heater (pemanas air) yang digunakan pada
desalinasi air laut, membutuhkan energi listirk yang cukup tinggi. Padahal energi
listrik yang ada sangat terbatas dan juga mahal. Untuk itu diperlukan energi
alternatif yang murah, tidak polutif, dan terbaharui.
Matahari merupakan sumber energi tak terbatas. Sinar matahari atau tenaga
surya dapat digunakan untuk memberikan penerangan, menghasilkan listrik,
memanaskan atau mendinginkan air dan bermacam proses industri. Energi radiasi
matahari merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang dapat dimanfaatkan
untuk berbagai keperluan guna menggantikan energi yang dihasilkan oleh minyak
bumi. Sebagai negara yang terletak pada daerah khatulistiwa yaitu 6 oLU - 11 oLS
dan 95 oBT - 141 oBT, dan dengan memperhatikan peredaaran matahari dalam
setahun yang berada pada daerah 23,5 oLU dan 23,5 oLS akan mengakibatkan
suhu di Indonesia cukup tinggi (antara 260C – 350C) dan bila saat cuaca cerah
akan disinari matahari selama 6 – 7 jam dalam sehari. Bagian barat Indonesia
mendapat rata-rata radiasi sebesar 4,5 KWh/m2/hari dengan variasi bulanan
sekitar 10% dan bagian timur 5,1 KWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 9%.
Sifat radiasi matahari yang diperoleh didaerah ini dapat dikatakan lebih kecil
perubahannya terhadap rata-rata tiap tahunnya. Lain pihak, pancaran radiasi ini
sifatnya periodik setiap tahunnya secara terus-menerus. Bisa disimpulkan bahwa
Indonesia memiliki sinar matahari cukup melimpah.[1]
Energi surya (matahari) merupakan sumber energi yang ramah lingkungan
karena tidak memancarkan emisi karbon berbahaya yang berkontribusi terhadap
perubahan iklim seperti pada bahan bakar fosil. Setiap watt energi yang dihasilkan
dari matahari berarti kita telah mengurangi pemakaian bahan bakar fosil dan
1
Universitas Sumatera Utara
dengan demikian kita benar-benar telah mengurangi dampak perubahan iklim.
Penelitian terbaru melaporkan bahwa rata-rata sistem rumah surya mampu
mengurangi 18 ton emisi gas dilingkungan setiap tahunnya. Energi surya juga
memancarkan oksida nitrogen atau sulfur dioksida yang berarti tidak
menyebabkan hujan asam atau kabut asap.
Untuk dapat memanfaatkan energi surya tersebut terkhusus dalam
memanaskan air digunakan suatu perangkat untuk mengumpulkan energi radiasi
matahari yang sampai ke permukaan bumi dan mengubahnya menjadi energi kalor
yang berguna. Perangkat ini disebut dengan kolektor surya. Penelitian tentang
kolektor surya terutama bukanlah ide baru dalam dunia teknologi rekayasa surya,
sebelumnya telah banyak para peneliti yang telah meneliti hal ini sebelumnya,
antara lain :
1. Philip Kristanto dan James Laeyadi, Universitas Kristen Petra (April 2000).
Mereka meneliti tentang pengaruh posisi sudut penyinaran matahari 0 o (posisi
normal), 15o, 30o, dan 45o ke arah utara terhadap efisiensi kolektor surya
prismatik.[2]
2. I Ketut Gede Wirawan, Universitas Udayana Bali (Desember 2008). Meneliti
tentang pembuatan kolektor surya jenis sirkular dengan memanfaatkan neon
bekas sebagai kaca penutup.
3. Titik Ismandari dkk. Universitas Yogyakarta (November 2008). Mereka
meneliti tentang pemanfaatan solar kolektor untuk pengering kacang tanah
(solar dryer).
Salah satu tipe kolektor yang paling sering digunakan adalah kolektor surya
plat datar. Untuk mendapatkan hasil pemanasan yang lebih maksimal 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 pelindung
sehingga mengurangi terjadinya efek rumah kaca, sedangkan bagian bawah plat
kolektor surya dilapisi dengan kayu triplek, sterofoam dan glass woll yang dapat
mengisolasi terjadinya kebocoran panas yang dihasilkan oleh plat absorber.
Prinsip kerja dari sistem pemanas air dengan menggunakan plat datar dapat
menunjukkan bahwa air yang masuk ke dalam kolektor melalui pipa distribusi
2
Universitas Sumatera Utara
akan mendapatkan panas secara konveksi maupun secara radiasi, sebagai akibat
radiasi yang terpancar ke dalam kolektor yang dibatasi oleh plat dan kaca tembus
cahaya. Karena adanya perpindahan panas tersebut maka suhu air yang berada
didalam pipa mengakibatkan adanya perbedaan massa jenis air.
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini sebagai berikut :
1. Merancang bangung kolektor surya plat datar dengan kaca berlapis
ketebalan 5 mm.
2. Untuk mengetahui temperatur maksimum pada beberapa titik kolektor dan
air yang dipanasi pada tangki.
3. Untuk mengetahui kehilangan panas, panas yang masuk dan efisiensi
kolektor pemanas air tenaga surya dengan kaca berlapis.
1.3. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Alat ini dapat digunakan sebagai pemanas air.
2. Alat ini dapat mengurangi penggunaan energi listrik yang sebelumnya
menggunakan heater dan penggunaan bahan bakar yang tidak dapat
diperbaharui.
3. Memberikan sumbangan pemikiran untuk penelitian tentang kolektor
surya selanjutnya.
1.4.
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah pada :
1. Volume air laut yang diuji sebanyak 20 liter dengan temperatur maksimal
air laut 500C.
2. Pengujian dilakukan pada pukul 09.00 WIB – 17.00 WIB.
3. Pengujian dilakukan pada kondisi cuaca cerah, dimana kondisi cuaca dapat
berubah-ubah.
4. Lokasi penelitian di kota Medan yang terletak pada posisi 3,43 oLU-98,44
o
BT dan ketinggian 37,5 meter dari permukaan laut.
3
Universitas Sumatera Utara
1.5.
Sistematika Penulisan
Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan
mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam
beberapa bagian, yaitu :
BAB I : Pendahuluan
Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang dan judul skripsi yang telah
ditetapkan, tujuan, manfaat, batasan masalah, dan sistematika penulisan skripsi.
BAB II : Tinjauan Pustaka
Pada bab ini akan dibahas mengenai teori-teori yang berhubungan dengan
penulisan skripsi dan digunakan sebagai landasan untuk memecahkan masalah.
Dasar teori didapatkan dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari : buku-buku
pedoman, jurnal, paper , tugas akhir, e-mail, dan website.
BAB III : Metodologi
Pada bab ini akan dibahas mengenai metode yang akan digunakan untuk
menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini juga akan dibahas mengenai
langkah-langkah penelitian, pengolahan dan analisa data yang akan digunakan
untuk menyelesaikan permasalahan dari topik yang akan diangkat.
BAB IV : Analisa dan Pembahasan
Pada bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai data-data yang telah diperoleh
dari hasil penelitian yang telah dilakukan.
BAB V : Kesimpulan dan Saran
Pada bab ini berisi kesimpulan dan saran-saran yang dapat digunakan sebagai
tindak lanjut dari penelitian yang telah dilakukan.
4
Universitas Sumatera Utara