PERCOBAAN 4
PERCOBAAN 4
SOLAR WATER HEATER
SOLAR WATER HEATER
A.
A. TUJUAN PERCOBAANTUJUAN PERCOBAAN
Setelah melakukan praktikum, mahasiswa diharapkan dapat : Setelah melakukan praktikum, mahasiswa diharapkan dapat :
Memahami prinsip kerja pemanas Memahami prinsip kerja pemanas air dengan menggunakan kolektor.air dengan menggunakan kolektor.
Mengukur parameter untuk menentukan performansi pemanas air surya danMengukur parameter untuk menentukan performansi pemanas air surya dan performansi kolektor.
performansi kolektor.
Menghitung efisiensi sistem Menghitung efisiensi sistem kolektor dan penyimpanan.kolektor dan penyimpanan.
Melakukan evaluasi terhadap percobaan tersebut.Melakukan evaluasi terhadap percobaan tersebut.
B.
B. TEORI DASAR TEORI DASAR
Radiasi matahari merupakan suatu bentuk radiasi pemananas yang Radiasi matahari merupakan suatu bentuk radiasi pemananas yang mempunyai gelombang khusus. Intensitas cahaya sangat tergantung pada kondisi mempunyai gelombang khusus. Intensitas cahaya sangat tergantung pada kondisi atmosfir. Tidak semua energi yang digunakan dalam sistem konstanta matahari atmosfir. Tidak semua energi yang digunakan dalam sistem konstanta matahari mencapai permukaan bumi, karena terjadi penyerapan oleh gas CO
mencapai permukaan bumi, karena terjadi penyerapan oleh gas CO22 dan uap air dan uap air yang berada pada atmosfir. Radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi yang berada pada atmosfir. Radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi juga tergantung dari
juga tergantung dari kadar debu dan zat pencemar lainnya dalam atmosfir.kadar debu dan zat pencemar lainnya dalam atmosfir.
Sistem pemanas air surya mulai dikembangkan para ahli akhir-akhir ini di Sistem pemanas air surya mulai dikembangkan para ahli akhir-akhir ini di Indonesia. Sistem ini sangat cocok pemakaiannya di Indonesia dengan kondisi Indonesia. Sistem ini sangat cocok pemakaiannya di Indonesia dengan kondisi alam tropisnya. Sementara air panas semakin meningkat untuk keperrluan alam tropisnya. Sementara air panas semakin meningkat untuk keperrluan sehari-hari.
= Pipa Aliran air = Penampang kolektor = Wika SWH System = RangkaPenyangga SWH
Gambar 3.1 SWH Tampak Samping
a) Pemanas air dengan kolektor.
Kolektor matahari adalah sebuah alat khusus dari penukar panas yang mengubah energi matahari menjadi energi panas untuk memanaskan air. penukaran kalor konvensional energi berpindah dari caiaran ke caiaran dengan
laju perpindahan yang tinggi dengan radiasi sebagai faktor yang sangat penting. Pada kolektor matahari, proses perpindahan energi adalah dari radiasi ke cairan (air).
b) Prinsip Kerja Kolektor
Pemanas air surya ini bekerja dengan cara menyerap energi matahari yang jatuh ke plat kolektor dasar. Energi matahari yang diserap berupa radiasi langsung maupun energi difusi yang sebagian besar diserap dan dipindahkan ke dalam air yang berada dalam pipa pengumpul. Sehingga energi dalam air tersebut akan bertambah. Dengan adanya kenaikan temperatur air dalam pipa, menyebabkan energi air naik ke dalam pipa pengumpul yang akan disertai dengan turunnya massa jenis air sehingga air dalam pipa pengumpul menjadi lebih ringan dan
cenderung menempati tempat yang lebih tinggi. Pola aliran inilah yang menggerakkan air ke tangki tempat penyimpanan air panas. Dengan sifat air panas yang masuk ke dalam tangki yang terdapat air dingin di dalamnya, maka air panas tadi bergerakke atas bagian tengki tersebut dan air dingin tetap di bawah permukaan tangki tersebut.
c) Sistem Thermosipon (Sistem Pipa Air)
Sistem aliran bebas (alamiah) terjadi akibat adanya perbedaan density. Perbedaan temperatur terjadi akibat adanya perbedaan density, perbedaan temperatur di dalam massa fluida. Keistimewaan alat ini beroperasi dengan tidak menggunakan bahan bakar sebagai tenaga. Sirkulasi fluida melalui sistem terjadi secara almiah, tanpa pertolongan dari sebuah pompa.
Sepanjang kolektor itu menerima panas matahari berguna, maka alat ini beroperasi. Letak tangki selalu pada tempat yang lebih tinggi dari sistem. Tekanan yang mengarah ke bawah tangki memindahkan air dari saluran pipa air dan menekan masuk ke dalam pipa-pipa kolektor. Pada saat yang bersamaan, kolektor menerima radiasi matahari dan mengubahnya ke dalam bentuk panas dan mengkonduksikan ke air atau fluida yang lewat pada pipa kolektor air yang telah panas pada bagian atas dan air dingin pada bagian bawah (dasar tangki).
Rumus-rumus yang digunakan : 1. Daya input (Qin)
Ein = A . G bt. t (kJ)
Dimana : A = luas permukaan kolektor (m2)
G bt = Intensitas radiasi matahari rata-rata (kW/m2) t = waktu (dtk)
2. Energi yang digunakan / diserap oleh sistem (Energi Output) Eout = ms . C p . (Takhir – Tawal) (kJ)
Dimana : ms = massa sistem (air) (kg)
C p = kapasitas panas spesifik air (kJ/kgoC) Takhir = Temperatur akhir sistem (tangki) (oC) Tawal= temperatur awal sistem (tangki) (oC)
3. Efisiensi Sistem (ηS)
C. ALAT DAN BAHAN
Tangki Water Heater
Piranometer
Stopwatch
Kabel Penghubung
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Menyiapkan peralatan yang akan digunakan
2. Membersihkan dan mengisi tangki dengan air sampai penuh
3. Memasang pyranometer untuk mengukur intensitas matahari secara cepat dan tepat.
4. Mencatat parameter-paremeter tangki yang diperlukan
Mengukur radiasi matahari
Temperatur air keluar
Temperatur air masuk
Temperatur udara sekeliling
Temperatur rata-rata tangki
E. HASIL PERCOBAAN
Tabel 3.1 Data Hasil Percobaan Solar Water Heather.
No Pukul Gbt Tfi Tfo Tangki Air Trata-rata V x10-3 T1 T2 T3 (WITA) (W/m2) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) m3 1 10.45 982.5 31 50 29 29 29 29 53 2 11.05 811 35 44 29,5 29,5 29,5 29,5 53 3 11.25 904 36 44 30 30 30 30 53 4 11.45 864 36 43 30,5 30,5 30,5 30,5 53 5 12.05 922 33 44 31 31 31 31 53 Data :
Panjang tabung kolektor (P) = 61 cm = 0,61 m Lebar tabung kolektor (L) = 65 mm = 0,065 m
Volume tangki, (Vt) = 53 liter = 0,053 m3
Jumlah kolektor (n) = 11 buah
Diameter pipa kolektor (d) = 5/8 “ = 0,0159 m
F. ANALISA HASIL PERCOBAAN
Untuk analisa data diambil data pada tabel hasil pengamatan nomor 1 dari waktu pengamatan pukul 10.45 – 12.05 dengan nilai – nilai parameter yang diketahui sebagai berikut :
Intensitas radiasi matahari, Gbt : 811 W/m2
a) Volume tangki, Vt : 53 ltr = 0,053 m3
b) Waktu pengamatan : 11.05 Wita
Temperatur masuk kolektor (Tfi) : 35oC
Temperatur keluar kolektor (Tfo) : 44oC
Temperatur akhir tangki (Takhir ) : 29,5oC
Temperatur awal tangki (Tawal) : 29oC
Penyelesaian :
1. Energi Input Sistem Kolektor Surya Tubular Ein= G bT. Aa. t Dimana : a) Luas Apparature (Aa) Aa = (L x P) x n = 0,065 x 0,61 x 11 = 0,43615 m2 Sehingga :
Energi input kolektor (Qin) Ein= G bT . Aa . t
= 811 W/m2 . 0,43615 m2. 1200 s = 424.461 kJ
2. Energi Output Sistem
EoutS = ms . C p . ΔT Dimana :
a) Beda temperatur tangki (ΔT) ΔT = (T akhir – T awal )
= (29,5 – 29)oC = 0,5 oC
b) Massa jenis air (ρair )
29,25 oC
Berdasarkan tabel sifat air maka ρair pada Tfs= 29,25 OC
ρair = 995,94 kg/m3
c) Panas spesifik air (Cpair )
Berdasarkan tabel air pada Tfs = 29,25 oC diperoleh Cpair = 4,179 kJ/kg oC
d) Massa fluida sistem (ms) Vs = 53 ltr = 0,053 m3 Maka : ms = Vs. ρair = 0,053 m3. 995,94 kg/m3 = 52,785 kg Maka : EoutS = ms. C p . ΔT = 52,785 kg . 4,179 kJ/kg oC . 0,5 oC = 110,294 kJ
3. Energi Output Kolektor EoutK = mk . C p . ΔT Dimana :
a) Beda temperatur tangki (ΔT) ΔT = (T fo – T fi )
= (44 – 35)oC = 9oC
b) Massa jenis air (ρair ) 39,5oC
Berdasarkan tabel sifat air maka ρair pada Tfk = 39,5 OC ρair = 992,44 kg/m3
c) Panas spesifik air (Cpair )
Berdasarkan tabel air pada Tfk = 39,5 oC diperoleh Cpair = 4,179 kJ/kg oC
d) Massa fluida kolektor (mk )
Menghitung luas kolektor
Menghitung Volume kolektor Maka : mk = Vk . ρair = 0,001332 m3 . 992,44 kg/m3 = 1,321 kg Maka : EoutK = mk . C p . ΔT = 1,321 kg . 4,179 kJ/kg oC . 9oC = 49,696 kJ
4. Efesiensi Efisiensi Kolektor ( Efisiensi Sistem (
G. TABEL HASIL ANALISA
Tabel 3.2. Hasil analisa data pada solar water heater (SWH) pada tangki air
No. Pukul Gbt
Temperatur Kolektor
Temperatur
Tangki mk ms Ein EoutK EoutS K S
Tfi Tfo Tawal Takhir [ Wita ] [W/m2] [oC] [oC] [oC] [oC] [Kg] [Kg] [kJ] [kJ] [kJ] [%] [%] 1 10.55 998,5 33 46 1,322 522,595 71,797 13,739 0 2 11.15 960 36 44 29 29,5 1,321 52,785 502,445 44,174 110,294 8,792 21,951 3 11.35 976 37 44 29,5 30 1,321 52,777 510,819 38,645 110,277 7,565 21,588 4 11.55 902,5 34 45 30 30,5 1,322 52,769 472,350 60,751 110,234 12,861 23,337 5 12.15 944,5 32 42 30,5 31 1,323 52,760 494,332 55,267 110,217 11,180 22,296
H. GRAFIK
Gambar 3.2 Grafik Hubungan Efisiensi terhadap waktu
Pada grafik di atas, menunjukkan hubungan antara efesiensi sistem dan efesiensi kolektor terhadap waktu pemanasan air. Pada grafik hubungan efesiensi sistem terhadap waktu pemanasan, dimana pada data pertama nilai efesiensi sebesar 13,79 % pada pukul 10.55 dan efesiensi cenderung mengalami penurunan hingga mencapai nilai efesiensi sebesar 11,180 % pada pukul 12.15. sedangkan pada grafik hubungan efesiensi kolektor terhadap waktu pemanasan, memiliki nilai efesiensi sebesar 21,951 % pada pukul 11.15 dan cenderung mengalami kenaikan hingga mencapai nilai efesiensi kolektor sebesar 22,96 % pada pukul 12.15. Serta nilai efesiensi kolektor lebih besar dibandingkan nilai efesiensi sistem . 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 10:48 11:02 11:16 11:31 11:45 12:00 12:14 12:28 η[%] Waktu [Wita]
Hubungan Efesiensi Terhadap Waktu
ηs ηk
Gambar 3.3 Grafik Hubungan Energi Output terhadap waktu
Pada gambar di atas, menunjukkan hubungan antara energi output pada kolektor dan sistem dengan waktu pemanasan air. Pada grafik hubungan antara energi output terhadap waktu pemanasan, energi output kolektor cenderung mengalami penurunan meskipun waktu pemanasan semakin bertambah, dimana pada data pertama energi output kolektor sebesar 71,797 kJ dan cenderung mengalami penurunan hingga mencapai nilai energi output sebesar 55,267 kJ. Sedangkan pada grafik hubungan antara energi output sistem dengan waktu pemanasan, energi output sistem cenderung konstan, yakni berkisar 110,294 –
110,217 kJ. Dan energi output sistem lebih besar dibandingkan dengan energi output kolektor. 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 10:48 11:02 11:16 11:31 11:45 12:00 12:14 12:28 Eout[kJ] Waktu [Wita]
Hubungan Energi Output Terhadap Waktu
EoutK EoutS
I. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengamatan dan hasil analisa data pada percobaan pengujian solar water heater , maka dapat disimpulkan bahwa :
- Prinsip kerja dari pemanas air surya ialah energi matahari yang berupa energi radiasi dikonversikan menjadi energi panas dengan menggunakan alat penukar panas dengan tujuan untuk memanaskan air yang mengalir pada alat penukar panas tersebut.
- Efesiensi sistem maksimum dihasilkan pada pukul 11. 15 yakni sebesar 13,76 % dan efesiensi kolektor maksimum dihasilkan pada pukul 11.55 yakni sebesar 23,337 %. Efesiensi kolektor lebih besar
dibandingkan dengan efesiensi sistem
- Energi output yang dihasilkan oleh kolektor yakni sebesar 71, 37 kJ lebih kecil dibandingkan dengan energi output yang dihasilkan oleh sistem yakni sebesar 110, 27 kJ
