BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi panas yang kita peroleh dari matahari adalah energi panas gratis
yang kita peroleh secara terus menerus dan dalam jumlah yang besar. Dengan
pengolahan yang baik, energi panas matahari dapat di jadikan sumber energi yang
sangat besar dan dapat di jadikan menjadi salah satu sumber energi alternatif.
Energi panas dari radiasi sinar matahari dimanfaatkan untuk berbagai keperluan
guna menggantikan energi yang dihasilkan oleh minyak bumi. Salah satu
bentuk pemanfaatan dari energi matahari adalah untuk memanaskan air.
Posisi Indonesia yang terletak di garis khatulistiwa mengakibatkan
Indonesia menerima pancaran energi matahari sepanjang tahun. Dengan kata lain
masyarakat Indonesia tidak akan mengalami krisis energi jika pemanfaatan energi
matahari yang merupakan energi yang tidak terhabiskan dapat dimanfaatkan untuk
berbagai kepentingan. Salah satu aplikasi dari pemanfaatan nya adalah digunakan
sebagai sumber energi dalam pemanasan air.
Guna meningkatkan suhu air dari suhu lingkungan menjadi suhu panas
yang diinginkan, umumnya masyarakat akan memanaskannya dengan
menggunakan bahan bakar. Perlu diketahui penggunaan bahan bakar, yang
umumnya adalah bahan bakar fosil akan menimbulkan polusi udara, yaitu
terbentuknya CO, CO2 dan lain-lain. Selain itu bahan bakar jenis ini merupakan
sumber energi yang tak dapat diperbarui sehingga suatu saat akan habis dan perlu
dicari sumber energi alternatif.
Untuk menghindari terbentuknya lebih banyak polutan, sejalan dengan
penerapan ISO 9000 yang sejak tahun 1994 muncul dengan standarisasi di bidang
lingkungan hidup, EMAS (Eco-Management and Audit Scheme) di Uni Eropa
serta padanannya ISO 14000, maka salah satu solusinya adalah menggunakan
peralatan penyerap energi matahari untuk memanaskan air.
Energi dari Matahari di serap melalui peralatan tertentu menjadi sumber
dikumpulkan dan diubah menjadi energi panas melalui alat yang disebut
dengan kolektor surya. Kolektor surya merupakan suatu peralatan yang
digunakan untuk menyerap energi surya, yang kemudian mengubah energi
surya menjadi energi termal, dan mentransfer energi tersebut ke fluida kerja
untuk kemudian digunakan secara langsung atau disimpan terlebih dahulu pada
suatu unit penyimpanan panas. Dalam aplikasinya kolektor surya banyak
digunakan sebagai alat pemanas air pada hotel, gedung perkantoran dan
rumah-rumah tinggal.
Dalam perkembangannya alat pemanas air tenaga surya yang banyak
dipakai pada saat ini adalah sistem thermosifon, namun sitem ini mempunyai
banyak kelemahan, seperti: temperatur air yang dihasilkan tidak tinggi dan tidak
dapat dipertahankan dalam waktu yang relatif lama. Seperti yang tertuang dalam
penelitian Made Sucipta [1] yang menyebutkan air cepat mengalami penurunan
temperatur. Hal itu akan menunjukkan bahwa air yang dihasilkan tidak dapat
dipakai pada saat malam hari. Dengan adanya sistem pipa panas ini air dapat
dipakai pada malam hari sekalipun tidak ada panas matahari, karena tangki air
berada di bawah atap dan kolektor berada di atas atap. Sedangkan sistem
thermosifon kolektor dan tangki sama- sama di atas atap.
Kolektor surya memerlukan fluida kerja sebagai media penghantar panas
dari kolektor menuju tangki air. Mengingat lapisan ozon yang semakin menipis
dan sesuai denganprotocol montreal(atas prakarsa Perserikatan Bangsa - Bangsa)
tahun 1987 dan telah diratifikasi oleh lebih dari 170 negara, disepakati bahwa
refrigeran yang mengandung Clorofluarocarbon (CFC) tidak boleh digunakan
dan diproduksi lagi (Juni Handoko [14]). Clorofluarocarbon inilah yang akan
merusak ozon dan membahayakan kelangsungan hidup makhluk hidup. Salah satu
refrigeran yang tidak mengandungClorofluarocarbonadalah R-718, refrigeran ini
sangat mudah diperoleh dan aman untuk kesehatahan lingkungan serta tidak
merusak lingkungan.
Berdasarkan hasil penelitian pemanas air tenaga surya yang dilakukan
R-718 dan R-141b. Didapat hasilnya menunjukkan bahwa refrigerant R-718
mempunyai efesiensi maksimum 26% pada tekanan 30 cmHg dengan kemiringan
absorber 30o.
Berdasarkan hasil penelitian tersebut maka peneliti akan kembali menguji
dengan meneliti penggunaan refrigeran sekunder R-718 (air) pada variasi tekanan
vakum 45 cmHg, 40 cmHg dan 35 cmHg dan variasi sudut kemiringan absorber
20o dan 30o. Hal ini dilakukan mengingat semakin besar tingkat kevakuman
refrigeran, maka titik didih dari refrigeran akan semakin rendah sehingga
perubahan fasa akan semakin cepat yang mengakibatkan proses pemanasan air
akan semakin baik. Selain itu peneliti juga akan melihat pengaruh sudut terhadap
efesiensi kolektor dan tingkatan suhu maksimum yang dapat dicapai. Berdasarkan
hal-hal diatas, penulis memiilih kolektor surya sistem pipa panas dan refrigeran
R-718 untuk menjadi objek penelitian ini.
1.2. Perumusan Masalah
Alat Pemanas Air Tenga Surya (PATS) ada beberapa jenis, yaitu: alat
yang menggunakan fluida sekunder sebagai media penghantar panas dan tanpa
menggunakan fluida sekunder. Pada sistem tanpa fluida sekunder, pemanasan
dilakukan secara langsung, sedangkan dengan fluida sekunder cara kerjanya
dengan memanaskan fluida sekunder oleh kolektor, lalu fluida bersirkulasi di
dalam pipa panas dan fluida tersebut memanaskan air pada tangki.
Pengkajian ini dilakukan untuk meneliti supaya memberikan hasil yang
lebih baik terhadap pemanas air tenaga surya sistem pipa panas dengan fluida
kerja refrigeran R-718 pada tekanan vakum 45 cmHg, 40 cmHg dan 35 cmHg,
dengan sudut kemiringan kolektor 200dan 300
1.3. Batasan Masalah
Berdasarkan banyaknya masalah yang dijumpai dalam energi khususnya
yang terdapat pada latar belakang dan juga menfokuskan penelitian, maka
sistem pipa panas dengan batasan berikut:
1. Fluida sekunder Refrigeran R- 718 pada tekanan vakum 45 cmHg di
kolektor 1, 40 cmHg di kolektor 2 dan 35 cmHg di kolektor 3
2. Kemiringan kolektor 200 dan 300 terhadap garis horizontal menghadap
timur
3. Lokasi penelitian berada pada 3,43oLU 98,44oBT
1.4. Tujuan Penelitian
1.4.1. Tujuan Umum
Adapun tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mengetahui
kemampuan optimum dari pemanas air tenaga surya sistem pipa panas dengan
menggunakan refrigeran R-718 pada tekanan vakum 45 cmHg, 40cmHg dan 35
cmHg pada kemiringan absorber 20odan 30o.
1.4.2. Tujuan khusus
Tujuan khusus dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui suhu kolektor dan temperatur air pada pemanas air
tenaga surya sistem pipa panas dengan menggunakan refrigeran R-718
2. Untuk mengetahui efisiensi kolektor pemanas air tenaga surya sistem
pipa panas dengan fluida kerja refrigeran R-718 pada tekanan vakum 45
cmHg, 40 cmHg dan 35 cmHg.
3. Untuk mengetahui perbandingan temperatur maksimum air yang di
panaskan dan efisiensi kolektor pada kemiringan 20odan 30o
1.5. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Memberi masukan untuk peningkatan efisiensi energi di Indonesia.
2. Memberikan masukan bagi pembuat peralatan pemanas air tenaga surya
3. Memberikan masukan untuk menghasilkan alat pemanas air dengan
konsep ramah lingkungan.
1.6. Sistematika Penulisan
Sistematika dari penulisan skripsi ini sbb:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan
masalah yang berisi antara lain : latar belakang, rumusan masalah, tujuan
penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian , dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai
landasan dan rumus yang di gunakan untuk memecahkan masalah dan
menganalisis permasalahan yang berkaitan dengan perpindahan panas,
pemanfaatan energi surya dan jenis pemanas air tenaga surya.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi metode perancangan serta langkah yang dilakukan untuk
mengidentifikasi permasalahan, beserta variabel-variabel yang akan diukur dan
perlengkapan pengujian meliputi waktu dan tempat penelitian, peralatan
pengujian, bahan pengujian,experimental set up, dan prosedur pengujian.
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA DATA
Bab ini berisi tentang rancangan perhitungan panas yang di serap oleh
kolektor, panas yang diserap oleh air dan tingkat efesiensi dari absorber pada
kolektor surya.
Bab ini berisi kesimpulan dari analisa yang dilakukan terhadap
permasalahan dan saran mengenai penyempurnaan hasil penelitian untuk generasi
berikutnya.
DAFTAR PUSTAKA
Daftar pustaka berisikan literatur-literatur yang digunakan dalam
penyusunan laporan ini.
LAMPIRAN
