BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Radiasi Surya
2.1.1 Teori Dasar Radiasi
Matahari mempunyai diameter 1,39×109 m. Bumi mengelilingi matahari
dengan lintasan berbentuk ellipse dan matahari berada pada salah satu
pusatnya. Jarak rata-rata matahari dari permukaan bumi adalah 1,49×1011 m.
Gambar 2.1 menunjukkan hubungan Matahari dan Bumi.
Gambar 2.1 Hubungan Matahari Dan Bumi
(Sumber : Himsar Ambarita,2011)
Dimana :
Gsc = Daya radiasi rata-rata yang diterima atmosfer bumi (W/m2)
Lintasan bumi terhadap matahari berbentuk ellipse, maka jarak antara bumi
dan matahari adalah tidak konstan. Jarak terdekat adalah 1,47x1011 m yang terjadi
pada tanggal 3 Januari 2011, dan jarak terjauh pada tanggal 3 juli dengan jarak
1,52x1011 m. Karena adanya perbedaan jarak ini, menyebabkan radiasi yang diterima
atmosfer bumi juga akan berbeda.
Beberapa Istilah yang biasanya dijumpai pada perhitungan radiasi adalah :
1. Air Mass (m)
Adalah perbandingan massa udara sampai ke permukaan bumi pada
tepat pada posisi zenit. Artinya pada posisi tegak lurus (zenit =0) nilai m
Adalah laju energi radiasi yang diterima suatu permukaan persatuan
luas permukaan tersebut Solar irradiance biasanya disimbolkan dengan
G. Dalam bahasa Indonesia besaran ini biasanya disebut dengan
Intensitas radiasi.
6. Irradiation atau Radian Exposure[J/m2]
Jumlah energi radiasi (bukan laju) yang diterima suatu permukaan dalam
interval waktu tertentu. Besaran ini didapat dengan mengintegralkan G
pada interval waktu yang diinginkan, misalnya untuk 1 hari biasa
disimbolkan H dan untuk 1 jam biasa disimbolkan I.
7. SolarTime atau Jam Matahari
Adalah waktu berdasarkan pergerakan semu matahari di langit pada
tempat tertentu. Jam matahari (disimbolkan ST ) berbeda dengan
penunjukkan jam biasa (standard time, disimbolkan STD ).
Radiasi yang dapat ditangkap oleh luasan kolektor dengan asumsi efisiensi
kaca 90%, intensitas radiasi diperoleh dari alat ukur, dan dihitung permenit, sehingga
energi radiasi dapat di hitung mengunakan rumus (Duffle,2006):
Qradiasi = I AkΔ𝑡 90% (2.1)
Dimana: Qradiasi = Energi Radiasi (MJ)
I = Intensitas radiasi (W/m2)
Ak = Luas penampang kolektor(m2)
2.1.2 Pemanfaatan Energi Surya
Dalam era ini, pengunaan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui
semakin meningkat seiring dengan meningkatnya populasi manusia, kemajuan
teknologi dan lain lain. Namun hal ini berbanding terbalik dengan ketersediaan
sumber daya alam tersebut. Sehingga para ilmuwan telah mencoba mengembangkan
potensi sumber daya alam yang dapat diperbarui contohnya air, angin dan energi
surya. Pembahasan adalah tentang pemanfaatan energi surya, terdapat 2 macam
pemanfaatan energi surya yaitu:
1. Pemanfaatan Fotovoltaic
Pemanfaatan energi surya ini adalah untuk menghasilkan energi listrik.
Menurut Sujono (2009), Energi surya yang diubah menjadi energi listrik
hanya memiliki efisiensi sekitar 10%.
2. Pemanfaatan Termal
Terdapat 9 pemanfaatan termal terbesar yang sudah dilakukan dan diterapkan
dibeberapa negara yaitu:
• Solar Water Heater (Pemanas air dengan Energi Surya)
Prinsip kerja solar water heater adalah memanaskan air dengan energi
surya. Air dialirkan ke pipa-pipa yang pipih, biasanya dicat warna hitam
untuk memaksimalkan penyerapan energi surya. Air yang telah mencapai
suhu yang diinginkan disimpan ke sebuah silinder sebagai tempat
penyimpanan. Solar water heater juga dilengkapi beberapa sensor untuk
menjaga suhu air yang diinginkan. Solar Water Heater juga dapat
memanaskan air mengunakan listrik jika cuaca hujan/mendung. Gambar
2.2 menunjukkan solar water heater.
Gambar 2.2 SolarWater Heater
Keterangan :
1. Pipa-pipa air
2. Tabung silinder
• Solar cooker (Memasak dengan Energi Surya)
Solar Cooker adalah alat memasak yang mengunakan energi surya .
Perkembangan pengunaan solar cooker ini telah meluas terutama di
Negara India, yang memiliki radiasi matahari per hari sekitar 600W/m2
(Buddhi D dkk : 2003). Solar cooker ini juga memiliki berbagai bentuk
konstruksi. Beberapa bentuk memiliki cara kerja yang sedikit berbeda,
tapi pada prinsipnya solar cooker mengunakan energi surya, dan diubah
menjadi energi panas untuk memasak makanan.
Buddhi D dkk (2003:1), mereka mendesain solar cooker berbentuk box
dan mengunakan termal storage untuk dapat menyimpan energi panas
yang akan digunakan untuk memasak pada malam hari. Gambar 2.3
menunjukkan solar cooker jenis panel.
Gambar 2.3 Solar Cooker
(Sumber:
Keterangan :
1. Vessel
• Solar Driers( Pengering dengan Energi Surya)
Pada negara-negara berkembang, produk-produk pertanian dan
perkebunan sering dikeringkan mengunakan tenaga matahari. Konsep
inilah yang digunakan sebagai acuan untuk menciptakan solar driers.
Cara kerjanya adalah udara yang masuk ke dalam kolektor akan
dipanaskan oleh energi surya, udara yang telah panas kemudian masuk ke
dalam kotak pengering, kotak pengering inilah yang diisi produk-produk
pertanian yang akan dikeringkan. Gambar 2.4 menunjukkan
bagian-bagian utama solar driers.
Gambar 2.4 Solar Driers
(Sumber: www.climatetechwiki.org)
• Solar Ponds
Ini tergolong aplikasi dengan skala cukup besar. Cara kerjanya adalah
garam yang mengendap di dasar, dan disinari matahari akan bertambah
panas. Panas ini digunakan untuk memutar turbin. Mengunakan prinsip
Gambar 2.5 Solar Ponds
• Solar Architecture
Dalam bidang arsitektur, pemanfaatan energi surya telah dikembangkan.
Pemanfaatan dalam bidang ini sudah cukup banyak diterapkan di Jepang.
Dari segi artistik juga mendapatkan tanggapan positif demikian juga dari
segi pemanfaatan energi termalnya. Fungsi dari solar architecture adalah
untuk membuat ruangan menjadi nyaman. Gambar 2.6 menunjukkan
desain perumahan yang berdasar pada solar architecture.
Gambar 2.6 Solar Architecture
(Sumber :
Pengunaan Air-Conditioning mencapai puncaknya pada saat matahari
terik/panas. Inilah yang dimanfaatkan menjadi Solar-Air Conditioning.
Cara kerjanya adalah dengan kolektor tabung hampa panas yang
memanaskan air untuk mengerakkan sebuah chiller penyerapan sinar
matahari secara langsung. Udara digunakan sebagai pendingin. Dengan
teknologi ini juga, kerusakan atmosfer akan dapat dihindarkan. Gambar
2.7 menunjukkan bagian-bagian solar air-conditioning.
Gambar 2.7 Solar Air-Conditioning
(Sumber:
• Solar Chimney
Solar Chimney digunakan untuk ventilasi pada gedung-gedung besar.
Sirkulasi udara menjadi baik dan ruangan menjadi tidak terlalu panas.
Biasanya juga digunakan untuk menghasilkan listrik. Cara kerjanya
adalah udara dipanaskan oleh energi surya. Udara yang panas akan
cenderung bergerak ke atas dan keluar melalui cerobong. Pada cerobong
biasanya dipasang turbin. Udara yang bergerak ke atas akan mengerakkan
turbin, sehingga menghasilkan listrik. Gambar 2.8 menunjukkan
Gambar 2.8 SolarChimney
(Sumber: www://freenewsupdate.blogspot.com/2010/04/solar-updraft-dan
concentracing-solar.html)
Keterangan :
1. Turbin
2. Kolektor
3. Tower/Cerobong • Solar Destilasi/purification
Solar Destilasi/purification digunakan untuk memurnikan air maupun
memisahkan air dengan garam. Cara kerjanya adalah air laut dipompakan
setelah itu melewati kolektor, dengan panas dari energi surya ini, air akan
menguap dan menyisakan garam. Uap dikondensasikan menjadi air.
Sehingga didapat 2 hasil yaitu garam dan air tawar. Gambar 2.9
menunjukkan bagian-bagian solar distillation water.
Gambar 2.9 SolarDistilation Water
(Sumber : http://benjimester.hubpages.com/hub/solar-water-distiller-
solar-still)
Ini merupakan aplikasi dengan skala yang sangat besar, bisa diaplikasikan
di daerah gurun. Dapat menghasilkan listrik dalam kapasitas yang sangat
besar. Cara kerjanya ialah energi surya yang terpapar ke reflektor,
direfleksikan ke tower yang di tengah. Dari tower itulah energi surya
dikumpul dan digunakan untuk menghasilkan listrik. Gambar 2.10
menunjukkan solar power plant di Seville, Spanyol.
Gambar 2.10 SolarPower Plant
(Sumber
setting-on-solar-power-in-spain)
2.2 Konveksi Natural
Jika aliran fluida terjadi secara alami, sebagai akibat perpindahan panas yang
terjadi. Konveksi ini disebut konveksi natural atau kadang disebut konveksi bebas
dalam bahasa Inggris disebut natural convection atau free convection.
Asumsi yang umum digunakan untuk dapat menurunkan persamaan
pembentuk aliran pada udara di sekitar plat vertikal ini adalah : aliran 2D,
incompressibel, sifat fisik konstan. Untuk memunculkan efek dari perbedaan
kerapatan sebagai gaya pendorong aliran fluida, maka pada persamaan momentum
arah vertikal, gaya gravitasi harus diperhitungkan. Bilangan-bilangan tanpa dimensi
yang sering digunakan untuk menghitung konveksi alamiah adalah (Incropera,1985)
:
RaL =
𝑔𝛽 (𝑇𝑠−𝑇𝑟)𝐿3
𝑣𝛼
(2.2)
g = gravitasi bumi
Persamaan mencari bilangan Nusselt untuk konveksi alamiah pada plat luar telah
diturunkan secara analitik, dengan asumsi bawah aliran adalah laminar. Namun
faktanya, aliran tidak selalu laminar melainkan turbulent. Bilangan Nusselt pada plat
vertikal dengan Ts konstan dapat dirumuskan sebagai berikut :
Jika bilangan 10-1<Ra<1012 , maka bilangan Nusselt yang dipakai adalah
(Incropera,1985) :
𝑁𝑢
�����= 0.68
+
0.387𝑅𝑎1 /6[1+(0.492/𝑃𝑟)9/16]8/27 (2.3)
Jika bilangan Ra< 109, maka bilangan Nusselt yang dipakai adalah (Persamaan ini
lebih akurat) (Incropera,1985) :
𝑁𝑢
2.3.1 Sejarah solar cooker
Pada zaman dulu, memasak dengan energi surya sudah dimulai dan telah
tercatat disebuah dokumen oleh seorang fisikawan berkebangsaan Prancis-Swiss,
Horrace de Saussure pada tahun 1767. Perkembangan dengan energi surya ini tidak
begitu signifikan sampai pada awal tahun 1970. Walaupun memang ada beberapa
dokumen yang mencatat bahwa telah ditemukan dan dilakukannya percobaan sekitar
tahun 1940 dan 1950-an.
Yang paling terkenal adalah percobaan yang dibuat oleh Barbara Kerr dari
Arizona. Dia merancang dan membuat solar cooker tipe box yang paling
menyerap energi surya dan mengubahnya menjadi energi panas, dan terperangkap di
dalam box yang tertutup. Panas yang diserap inilah yang digunakan untuk memasak.
Pada solar cooker, panas dapat mencapai 200oC. Solar cooker yang dibuat memiliki
bentuk dan ukuran yang berbeda-beda. Tapi pada prinsipnya, solar cooker
memerangkap panas untuk digunakan memasak, kecuali pada bentuk parabola.
2.3.2 Tipe-Tipe Solar cooker
Ada beberapa Tipe-Tipe Solar cooker yaitu sebagai berikut :
1) Solar cooker Tipe Box
Sebuah Solar cooker tipe box biasanya memiliki kaca transparan atau plastik,
dan memiliki reflektor tambahan untuk mengkonsentrasikan sinar matahari
ke dalam box. Bagian atas biasanya dapat dibuka untuk memungkinkan vessel
bewarna hitam berisi makanan untuk ditempatkan di dalam. Satu atau lebih
reflektor logam yang mengkilap atau bahan berlapis alumunium foil dapat
diposisikan untuk menambah cahaya tambahan ke bagian dalam box. Wadah
untuk memasak dan bagian bawah dalam box harus berwarna gelap atau
hitam. Di dalam dinding harus reflektif untuk mengurangi kehilangan panas
radiasi dan memantulkan cahaya menuju bagian bawah absorber yang gelap,
yang bersentuhan dengan vessel. Box juga harus memiliki sisi terisolasi.
Isolasi termal untuk solar box cooker harus mampu menahan suhu sampai
150°C (300°F) tanpa meleleh atau bereaksi dengan panas yang dapat
menimbulkan gas beracun. Gumpalan koran, wol, kain, rumput kering,
lembar kardus, dll dapat digunakan untuk mengisolasi dinding cooker. Logam
vessel dapat diberi warna hitam baik dengan cat hitam (yang tidak beracun
ketika panas), jelaga minyak, atau arang. Solar box cooker biasanya mencapai
suhu 150°C (300°F). Hal yang terbaik adalah mulai memasak sebelum tengah
hari, meskipun juga tergantung pada garis lintang dan cuaca. Cooker ini juga
dapat digunakan untuk menghangatkan makanan dan minuman. Gambar 2.11
Gambar 2.11 Solar Cooker Bentuk Box
(Sumber:
Keterangan :
1. Kaki penyangga
2. Kaca
3. Reflektor
2) Solar Cooker Tipe Panel
Solar Cooker tipe panel yang tergolong murah merupakan solar cooker yang
menggunakan panel reflektif untuk mengarahkan sinar matahari, untuk
memasak makanan di dalam panci yang tertutup. Sebuah model umum adalah
CoolKit.
Dikembangkan pada tahun 1994 oleh Internasional solar cooker, bahan yang
paling sering digunakan adalah bahan reflektif contohnya aluminium foil,
setelah itu dipotong dan dilipat, biasanya ditempelkan pada karton yang telah
dibentuk sedemikian rupa. Hal ini mempermudah penyimpanan. Jenis yang
lainnya adalah hotpot, sebuah bentuk desain panel canggih yang terdiri dari
mangkuk kaca. Panel mengunakan aluminium yang mengkilap, hotpot juga
memiliki keuntungan termal yang tinggi karena memanfaatkan efek rumah
kaca. Hotpot ini sering digunakan dalam sebagai alat masak sederhana di
Gambar 2.12 Solar Cooker Tipe Panel
(Sumber:
Keterangan :
1. Reflektor
2. Vessel
3) Solar cooker tipe ketel
Solar cooker tipe ketel dapat digunakan untuk mendidihkan air dengan
mengandalkan energi matahari saja. Berteknologi rendah yang digunakan
untuk menghasilkan minuman panas. Ada juga yang menggunakan teknologi
tinggi yaitu dengan menggunakan teknologi tabung vakum. Gambar 2.13
menunjukkan solar cooker tipe ketel.
Gambar 2.13 Solar Cooker Tipe Ketel
(Sumber:
Keterangan :
1. Reflektor
2. Kaki penyangga
4) Solar cooker tipe parabola
Sebuah solar cooker konsentrator parabola memiliki kolektor, yang
merefleksikan energi surya ke satu titik. Vessel ditempatkan pada titik fokus.
Keuntungan dari jenis sistem konsentrator adalah bahwa mereka dapat
mencapai suhu yang tinggi. Di sisi lain, kebutuhan untuk pelacakan sering
memaksa pengguna untuk bekerja di bawah sinar matahari di bawah kondisi
yang berat terutama panas dan silau. Gambar 2.14 menunjukkan solar cooker
tipe parabola.
Gambar 2.14 Solar Cooker Tipe Parabola
(Sumber:
Keterangan :
1. Vessel
2. Reflektor
5) Solar cooker tipe Scheffler
Sebuah cooker bernama Scheffler (penemunya bernama Wolfgang Scheffler)
menggunakan reflektor ideal paraboloidal besar yang diputar sekitar suatu
sumbu yang sejajar dengan bumi sebagai mekanisme mekanik, berputar 15
derajat per jam untuk mengimbangi rotasi bumi. Sumbu melewati pusat
reflektor dari massa, sehingga reflektor akan berubah arah dengan mudah.
Pemasak terletak pada fokus yang ada pada sumbu rotasi, sehingga cermin
dapat mengkonsentrasikan sinar matahari sepanjang hari. Untuk menjaga
fokus stasioner, bentuk reflektor harus bervariasi.
Oleh karena itu, reflektor Scheffler harus fleksibel, agar dapat diposisikan
untuk menyesuaikan bentuknya. Gambar 2.15 menunjukkan solar cooker tipe
Gambar 2.15 Solar Cooker Tipe Sceffler
(Sumber:
Keterangan :
1. Vessel
2. Reflektor
6) Solar cooker tipeindirect
Solar cooker tipe Indirect adalah tipe solar cooker yang memasak secara
tidak langsung atau menggunakan media lain untuk dipanaskan dan
kemudian menyalurkan panas pada cooker atau PCM yang mau dipanaskan.
Biasanya tipe solar cooker ini digunakan untuk kebutuhan rumah tangga.
Sharma et al dkk (2005:3), mereka mengembangkan solar cooker yang dibuat
berfungsi untuk memasak pada malam hari, dibuat berdasar pada evacuated
tube. Lokasi pengujian dilakukan di Jepang. PCM yang digunakan adalah
Erythritol.
Hussein dkk (2008:2), mereka mengembangkan solar cooker juga dibuat
untuk memasak malam hari, dan langsung dihubungkan ke dalam ruangan
(memasak didalam rumah). Lokasi pengujian berada di Egypt, dan berhasil
memasak di siang dan sore hari, sekaligus juga dapat digunakan untuk
memanaskan makanan pada malam hari. PCM yang digunakan adalah
magnesium nitrate hexahydrate.
2.3.3 Bagian – Bagian utama Solar cooker
Adapun bagian-bagian utama dari Solar cooker adalah
Booster Mirror merupakan desain dari beberapa tipe kaca dengan sudut
tertentu untuk mengoptimasi pantulan cahaya pada solar cooker. Biasanya
booster mirror digunakan pada solar cooker tipe box.
2. Glazing Material
Glazing material termasuk diantaranya kaca, acrelic, fiberglass, dan
lain-lain. Glazing material digunakan hanya dalam beberapa aplikasi khusus,
namun peranan dari glazing material ini sangat penting. Panel kaca tunggal
adalah yang paling sederhana dari jenis - jenis kaca yang lain dan memiliki
tranmisi energi solar yang tinggi. Walaupun sekarang yang paling banyak
digunakan adalah 2 panel. Kaca dua panel adalah 2 kaca dibuat menjadi 1
unit.
Beberapa sifat-sifat kaca secara umum adalah :
1. Berwujud padat tapi susunan atom-atomnya seperti pada zat cair.
2. Tidak memiliki titik lebur yang pasti (ada range tertentu).
3. Mempunyai viskositas cukup tinggi (lebih besar dari 1012 Pa.s).
4. Transparan, tahan terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluoride.
Karena itulah kaca banyak dipakai untuk peralatan laboratorium.
5. Efektif sebagai isolator.
6. Mampu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan.
3. CookingVessel
Bentuk yang biasa digunakan untuk vessel masak adalah silinder yang
terbuat dari aluminium yang digunakan untuk memasak di dalam SBC (Solar
Box Collector). Bagian luar dari vessel masak itu dilapisi/dicat warna hitam
dan didempetkan pada plat absorber untuk mendapatkan hubungan kontak
antara plat absorber dengan vessel masak dan juga untuk mendapatkan dan
meningkatkan perpindahan panas secara konduksi antara plat absorber
Vessel masak ini harus dapat menyerap panas baik secara radiasi,
konveksi maupun konduksi. Radiasi yang didapatkan adalah energi solar
yang masuk ke dalam kaca selanjutnya merambat ke vessel. Konduksi yang
didapatkan adalah energi solar yang masuk ke box dan diserap absorber
kemudian merambat ke vessel masak ini.
Sharma et al dkk (2005:2), mereka mendesain dan menemukan tabung
silinder yang digunakan untuk mengisi PCM, dan digunakan untuk cooker
tipe box. PCM yang mengelilingi makanan, akan meningkatkan perpindahan
panasnya, sehingga proses memasak lebih cepat selesai.
Buddhi dan Sharma (2003:1), mereka mendesain dan menemukan
container yang cocok untuk mengisi PCM. Mereka mengunakan Acetanilide
sebagai PCM. Gambar 2.16 menunjukkan beberapa desain vessel oleh
beberapa peneliti.
Gambar 2.16 Vessel (a) Model Buddhi and Sahoo, (b) Model Domanski et
al, (c) Model Sharma et al, dan (d) Model Buddhi dan Sharma
(Sumber: Muthusivagami R.M dkk, 2010)
Narashima Rao dkk (2003), mereka melakukan penelitian tentang vessel
absorber. Mereka mengatakan bahwa perpindahan panas dari plat absorber ke
vessel akan lebih baik. Gambar 2.17 menunjukkan rancangan Narashima Rao.
Gambar 2.17 Rancangan Narashima Rao
(Sumber: Narashima Rao, 2003)
4. Absorber Tray
Absorber tray dari box cooker adalah FPC (Flat Plate Collector)
sederhana. Ketika radiasi solar datang dan melewati kaca dan menuju ke
permukaan absorber yang memiliki absorptivity yang tinggi, energi yang
besar diserap oleh vessel ini dan di transfer ke makanan yang akan dimasak
dan ditempatkan dalam vessel masak.
5. Insulation (isolasi)
Penting untuk aplikasi panas matahari untuk menyimpan panas energi
maksimum agar tercipta efisiensi dalam bekerja. Untuk mencegah transmisi
energi panas dari dalam box ke luar box, maka penting untuk menyediakan
isolasi agar dapat mencegah panas keluar, karena sebagian besar kehilangan
panas dapat terjadi apabila hanya menggunakan kaca atau plastik. Oleh
karena itu isolasi diperlukan di antara dinding luar box dan isolasi sangat
berpengaruh besar terhadap suhu keseluruhan dan kekuatan memasak. Ada
beberapa bahan yang dapat digunakan untuk isolasi misalnya : Glass wool,
gulungan kertas, jerami, dan lain-lain. Hal yang perlu diperhatikan dalam
isolasi adalah material tersebut harus kering. Nahar (2001), telah melakukan
isolasi dan tanpa isolasi dan hasil yang didapatkan adalah dengan mengisolasi
setebal 40 mm, mereka mendapati suhu 158oC dan tanpa isolasi mereka
memperoleh suhu 117oC. Dari hasil tersebut diperoleh bahwa dengan isolasi,
hasil yang didapatkan lebih efisien.
2.4 Penyimpanan Panas latent pada Phase Change Material (PCM)
PCM termasuk material penyimpan panas latent. PCM ini mengunakan
ikatan kimia untuk menyimpan dan melepas panas. Perpindahan panas ini terjadi
ketika terjadi perubahan fasa pada PCM. Cara kerja PCM ini adalah temperatur dari
PCM akan meningkat ketika PCM menyerap panas. Ketika PCM mencapai
temperatur dimana PCM akan berubah fasa (titik leleh), PCM akan menyerap panas
yang cukup besar tanpa bertambah temperaturnya. Temperatur akan konstan sampai
proses pelelehan berakhir. Panas yang diserap selama perubahan fasa inilah yang
disebut dengan panas latent.
Ketika temperatur lingkungan turun, maka PCM akan berubah menjadi
padatan, ketika itulah PCM melepaskan panas latent. PCM menyimpan panas per
satuan volume lebih banyak 5-14 x dari pada material penyimpan panas sensible.
Suatu material unsur kimia dapat dikatakan sebagai PCM jika memenuhi beberapa
kriteria seperti sifat panas, sifat kimia, sifat fisik, sifat kinetik dan ekonomis.
Buddhi D dkk(2003:1), dalam pengujiannya mengunakan Acetanilide sebagai
termal storage, dia juga menyarankan bahwa untuk dapat memasak 2 kali pada
malam hari, diperlukan PCM yang memiliki titik leleh diantara 105-110o C. Sharma
dkk (2005:5), mereka mengunakan Erythritol sebagai termal storagenya.
2.4.1 Klasifikasi Phase Change Material ( PCM)
Banyak jenis PCM yang tersedia sesuai yang diinginkan. Range temperatur
yang tersedia berkisar antara 0-150 OC biasanya digunakan untuk aplikasi energi
Gambar 2.18 Klasifikasi Phase Change Material (Sumber : Lalit M.Bal 2010)
1. PCM Organik
Lebih jauh, material organik diklasifikasikan menjadi 2 yaitu material
paraffin dan non paraffin . Material organik harus bisa mencair secara
sempurna sehingga cairan dan padatan memiliki komposisi yang sama,
perbedaan antara massa jenis fasa cair dan fasa padat menyebabkan segregasi
dan menghasilkan perubahan komposisi kimia dari suatu material. Material
organik dibagi atas 2 macam yaitu :
• Material Paraffin
Parafin terdiri dari campuran ikatan alkane CH3–(CH2)–CH3. Ikatan CH3
yang mengalami proses kristalisasi melepaskan banyak sekali panas latent.
Titik leleh dan heat fusion akan meningkat sesuai dengan panjang rantai
CH3. Paraffin merupakan material yang aman, dapat diandalkan, bisa di
Tabel 2.1 Material Paraffin
Sumber : Lalit M.Bal 2010
*Group I: Most promising; Group II : Promising; Group III : Less Promising; Group IV : -
• Material Non-Paraffin
Material organik Non-Paraffin ini adalah PCM dengan jumlah variasi paling
banyak. Masing-masing material ini memiliki sifat-sifat tersendiri, tidak
seperti material paraffin yang rata-rata memiliki sifat yang hampir sama.
Jenis material ini adalah material penyimpan panas yang paling sering
digunakan. Beberapa material organik ini memiliki sifat-sifat yaitu :
1. Kalor jenis latent yang tinggi
2. Titik nyala kecil
3. Termal konduktivitas yang rendah
4. Tidak mudah terbakar
Acetic acid CH3COOH 16.7 184 1
Material Formula Melting
Sumber : Lalit M.Bal 2010
2. PCM Non-Organik
Lebih jauh, PCM Non-Organik dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis yaitu
salt hydrates dan metallics.
• Salt Hydrates
Salt Hydrates memiliki beberapa sifat yang dapat dikategorikan menjadi
Phase Change Material yaitu :
1. Memiliki panas latent yang tinggi per satuan volume.
2. Memiliki konduktivitas termal yang cukup tinggi.
3. Perubahan volume yang kecil ketika mencair.
4. Tidak korosif, tingkat racun kecil dan tidak bereaksi dengan plastik.
• Metallics
Kategori logam yang termasuk dalam metallics adalah logam dengan titik
leleh yang rendah dan logam euthetics. Bahan metallics ini masih jarang dipakai
sebagai PCM karena kerugian pada jumlah/berat bahan yang diperlukan. Seperti
diketahui, besarnya energi termal yang bisa disimpan itu berbanding lurus dengan
volume. Perbedaan dengan PCM lainnya ialah metallics memiliki konduktivitas
termal yang tinggi.
Tabel 2.3 Material Metallics
Material Melting Point (oC) Latent heat((kJ/kg) Group
Gallium-Gallium 30.0 80.3 1
Cerrolow eutectic 58 90.9
-Bi-Cd-In eutectic 61 25
Material Melting Point (oC) Latent heat((kJ/kg) Group
Bi-Pb –In eutectic 70 29
-Bi –ln eutectic 72 25
-Bi-Pb-Tin eutectic 92 28
-Bi-Pb Gallium 90 29
-Sumber : Lalit M.Bal 2010
Tabel 2.4 Material Salt Hydrates
Material Melting Point (oC) Latent heat((kJ/kg) Group
Material Melting Point (oC) Latent heat((kJ/kg) Group
Sumber : Lalit M.Bal, 2010
2.4.2 Solar cooker dengan Material Penyimpan Panas (Thermal Storage material)
Material penyimpan energi sekarang merupakan alternative yang paling banyak
digunakan untuk peningkatan efisiensi energi. Banyak metode penyimpanan energi
dalam beberapa bentuk yaitu mekanikal, elektronikal, dan termal. Energi termal
dapat disimpan pada cairan dan padatan.
Ada 3 jenis penyimpanan energi termal yaitu:
1. Penyimpanan panas sensible ( Sensible Heat Storage).
Pada penyimpanan panas sensible, energi termal di simpan dengan cara
telah diserap oleh cairan/padatan, dan melepaskanya ke temperatur di
sekelilingnya pada saat menyimpan dan melepas panas. Besarnya energi
panas yang dapat simpan bergantung pada panas spesifik(Specific Heat) dari
medium, jumlah material penyimpan energi, dan perubahan temperature.
Panas sensible dapat dihitung dengan (Atul Sharma,2009):
Q=∫mCpdT = mCp(Δ𝑇) (2.5)
Dimana : m = massa PCM (kg)
Cp = kalor jenis PCM (kJ/kg oC)
Δ𝑇 = Perubahan temperatur (oC)
2. Penyimpanan panas Latent (Latent Heat Storage).
Penyimpanan panas Latent adalah penyerapan dan pelepasan panas ketika
Material penyimpan energi ini berubah fasa dari padat menjadi cair maupun
cair menjadi gas kira-kira pada temperatur constant. Material yang digunakan
disebut juga dengan Phase Change Material ( PCM).
Jumlah dari panas latent yang dapat disimpan pada Phase Change Materials
adalah (Atul Sharma,2009) :
Sistem penyimpanan panas termo-kimia bergantung pada energi yang
diserap dan dilepaskan dalam proses pembentukan dan pelepasan ikatan
molekul pada reaksi kimia. Dalam hal ini, besarnya energi panas yang dapat
disimpan bergantung pada jumlah material penyimpan energi, reaksi panas
