Pengujian Kolektor Surya Plat Datar Untuk Pemanas Air Laut Dengan Membandingkan Performansi Kaca Satu Dengan Kaca Berlapis Ketebalan 5mm
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar belakang
Direktur Aneka Energi Baru dan Terbarukan Kementerian Energi dan
Sumber Daya Mineral (ESDM) Alihudin Sitompul dalam acara Green Energy
With Energy Financing di Universitas Trisakti mengatakan bahwa pencarian
sumber daya alternatif menjadi suatu keharusan dalam mengantisipasi menipisnya
persediaan energy yang berasal dari fosil seperti minyak bumi, batu bara, dan gas
alam. Salah satu solusinya adalah pembuatan alat surya yang digunakan untuk
memenuhi berbagai macam kebutuhan dengan memanfaatkan matahari sebagai
sumber energi. 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
Universitas Sumatera Utara
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
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. 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
2
Universitas Sumatera Utara
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
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.
Riset tentang pemanfaatan energi matahari yang sudah pernah dilakukan
di Laboratorium Departemen Teknik Mesin dalam Table 1.1 berikut:
Tanggal
24 Juni 2015
10 Oktober 2014
29 Mei 2013
08 Oktober 2014
7 Oktober 2015
23 September 2015
30 Oktober 2014
10 Oktober 2014
25 September 2014
Judul
Penulis
Rancang Bangun Prototipe Alat Pemanas Air
Tenaga Surya Sistem Pipa Panas
Pengujian Performansi Mesin Pengering Tenaga
Surya Dengan Menggunakan Kolektor Bersirip
Dan Produk Yang Dikeringkan Cabai Merah
Kajian Experimental Kolektor Surya Prismatik
Dengan Variasi Jarak Kaca Terhadap Plat
Absorber Menggunakan Sistem Tertutup Untuk
Pemanas Air
Pengujian Performansi Mesin Pengering Tenaga
Surya Dengan Produk Yang Dikeringkan
Adalah Ubi Kayu Dengan Bentuk Produk Bujur
Sangkar
Rancang Bangun Kolektor Surya Sebagai
Penghasil Fluida Panas Pada Alat Pengering
Hibrida Pompa Kalor dan Surya
Pengujian Pemanas Air Tenaga Surya Sistem
Pipa Panas Menggunakan Fluida Kerja
Refrigeran R-718 pada Tekanan Vakum 45
cmHg, 40 cmHg, dan 35 cmHg dengan Variasi
Sudut Kolektor 200 dan 300
Rancang Bangun Prototype Kolektor Surya Tipe
Plat Datar Untuk Penghasil Panas Pada
Pengering Produk Pertanian Dan Perkebunan
Rancang Bangun Prototype Kolektor Surya Tipe
Plat Datar Bersirip untuk Penghasil Panas pada
Pengering Produk Pertanian dan Perkebunan
Pengujian Kompor Surya Tipe Kotak
Dilengkapi Absorber Miring
Andre J D
Manurung
Muhardityah
Supandi Silaban
Aprizal Nasution
Budy Harry
Cipta
Immanuel
Richart
Sembiring
Fadly Rian
Arikundo
Andri M. Sijabat
Heru Manimbul
Hutasoit
3
Universitas Sumatera Utara
10 December 2015
Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor Sabda Tuah
dan Surya Untuk Mengeringkan Biji Kakao
Bangun
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini sebagai berikut :
1. Mengetahui perbandingan panas yang diserap kolektor surya kaca satu
lapis dengan kaca berlapis.
2. Mengetahui jumlah energi panas yang hilang pada kolektor surya kaca
satu lapis dan kaca berlapis.
3. Mengetahui suhu maksimum air laut yang dipanasi oleh kolektor surya
kaca satu lapis dan kaca berlapis.
4. Mengetahui efisiensi kolektor surya plat datar dengan kaca satu lapis dan
kaca berlapis.
1.3. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Diharapkan nantinya alat ini dapat digunakan sebagai pemanas air laut.
2. Diharapkan 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 air laut
±50 0C.
2. Pengujian dilakukan tidak sampai pada proses penguapan dan kondensasi.
3. Pengujian dilakukan pada pukul 09.00 WIB – 17.00 WIB.
4. Pengujian dilakukan pada kondisi cuaca cerah, dimana kondisi cuaca dapat
berubah-ubah selama 6 hari untuk kaca satu lapis dan kaca berlapis.
5. Lokasi penelitian di kota Medan yang terletak pada posisi 3,43 oLU-98,44
o
BT dan ketinggian 37,5 meter dari permukaan laut.
4
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.
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1.
Latar belakang
Direktur Aneka Energi Baru dan Terbarukan Kementerian Energi dan
Sumber Daya Mineral (ESDM) Alihudin Sitompul dalam acara Green Energy
With Energy Financing di Universitas Trisakti mengatakan bahwa pencarian
sumber daya alternatif menjadi suatu keharusan dalam mengantisipasi menipisnya
persediaan energy yang berasal dari fosil seperti minyak bumi, batu bara, dan gas
alam. Salah satu solusinya adalah pembuatan alat surya yang digunakan untuk
memenuhi berbagai macam kebutuhan dengan memanfaatkan matahari sebagai
sumber energi. 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
Universitas Sumatera Utara
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
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. 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
2
Universitas Sumatera Utara
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
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.
Riset tentang pemanfaatan energi matahari yang sudah pernah dilakukan
di Laboratorium Departemen Teknik Mesin dalam Table 1.1 berikut:
Tanggal
24 Juni 2015
10 Oktober 2014
29 Mei 2013
08 Oktober 2014
7 Oktober 2015
23 September 2015
30 Oktober 2014
10 Oktober 2014
25 September 2014
Judul
Penulis
Rancang Bangun Prototipe Alat Pemanas Air
Tenaga Surya Sistem Pipa Panas
Pengujian Performansi Mesin Pengering Tenaga
Surya Dengan Menggunakan Kolektor Bersirip
Dan Produk Yang Dikeringkan Cabai Merah
Kajian Experimental Kolektor Surya Prismatik
Dengan Variasi Jarak Kaca Terhadap Plat
Absorber Menggunakan Sistem Tertutup Untuk
Pemanas Air
Pengujian Performansi Mesin Pengering Tenaga
Surya Dengan Produk Yang Dikeringkan
Adalah Ubi Kayu Dengan Bentuk Produk Bujur
Sangkar
Rancang Bangun Kolektor Surya Sebagai
Penghasil Fluida Panas Pada Alat Pengering
Hibrida Pompa Kalor dan Surya
Pengujian Pemanas Air Tenaga Surya Sistem
Pipa Panas Menggunakan Fluida Kerja
Refrigeran R-718 pada Tekanan Vakum 45
cmHg, 40 cmHg, dan 35 cmHg dengan Variasi
Sudut Kolektor 200 dan 300
Rancang Bangun Prototype Kolektor Surya Tipe
Plat Datar Untuk Penghasil Panas Pada
Pengering Produk Pertanian Dan Perkebunan
Rancang Bangun Prototype Kolektor Surya Tipe
Plat Datar Bersirip untuk Penghasil Panas pada
Pengering Produk Pertanian dan Perkebunan
Pengujian Kompor Surya Tipe Kotak
Dilengkapi Absorber Miring
Andre J D
Manurung
Muhardityah
Supandi Silaban
Aprizal Nasution
Budy Harry
Cipta
Immanuel
Richart
Sembiring
Fadly Rian
Arikundo
Andri M. Sijabat
Heru Manimbul
Hutasoit
3
Universitas Sumatera Utara
10 December 2015
Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor Sabda Tuah
dan Surya Untuk Mengeringkan Biji Kakao
Bangun
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini sebagai berikut :
1. Mengetahui perbandingan panas yang diserap kolektor surya kaca satu
lapis dengan kaca berlapis.
2. Mengetahui jumlah energi panas yang hilang pada kolektor surya kaca
satu lapis dan kaca berlapis.
3. Mengetahui suhu maksimum air laut yang dipanasi oleh kolektor surya
kaca satu lapis dan kaca berlapis.
4. Mengetahui efisiensi kolektor surya plat datar dengan kaca satu lapis dan
kaca berlapis.
1.3. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Diharapkan nantinya alat ini dapat digunakan sebagai pemanas air laut.
2. Diharapkan 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 air laut
±50 0C.
2. Pengujian dilakukan tidak sampai pada proses penguapan dan kondensasi.
3. Pengujian dilakukan pada pukul 09.00 WIB – 17.00 WIB.
4. Pengujian dilakukan pada kondisi cuaca cerah, dimana kondisi cuaca dapat
berubah-ubah selama 6 hari untuk kaca satu lapis dan kaca berlapis.
5. Lokasi penelitian di kota Medan yang terletak pada posisi 3,43 oLU-98,44
o
BT dan ketinggian 37,5 meter dari permukaan laut.
4
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.
5
Universitas Sumatera Utara