DAFTAR ISI. SAMPUL DALAM i. PRASYARAT GELAR. ii. LEMBAR PERSETUJUAN.. iii. PENETAPAN PANITIA PENGUJI.. iv. UCAPAN TERIMA KASIH. v. ABSTRAK..

Transkripsi

1 DAFTAR ISI Halaman SAMPUL DALAM i PRASYARAT GELAR. ii LEMBAR PERSETUJUAN.. iii PENETAPAN PANITIA PENGUJI.. iv UCAPAN TERIMA KASIH. v ABSTRAK.. vii ABSTRACT.. viii RINGKASAN... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR GAMBAR.. xiv DAFTAR TABEL. xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian.. 5 BAB II KAJIAN PUSTAKA Pipa Kalor (Heat Pipe). 6 xi

2 2.2. Tipe Pipa Kalor Pipa Kalor Konvensional Pipa Kalor Melingkar Pipa Kalor Datar (Vapor Chamber) Solar Collector Pipa Kalor Fluida Kerja Pipa Kalor Kinerja Termal Pipa Kalor.. 16 BAB III KERANGKA BERFIKIR, KONSEP DAN HIPOTESA Kerangka Berfikir Konsep Hipotesis BAB IV METODE PENELITIAN Rancangan Penelitian Tahap Perancangan Tahap Pengujian Skematik Pengujian Variabel Penelitian Alat dan Bahan Data Acquisition (DAQ) Thermocouple Pipa Kalor.. 28 xii

3 Tabung Kaca Solar Energy Meter Lokasi dan Waktu Pengujian Ruang Lingkup Penelitian 30 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Temperatur Distribusi Temperatur Heat Pipe Solar Water Heater Laju Aliran air 1 lpm Laju Aliran Air 2 lpm Laju Aliran Air 3 lpm Hambatan Termal Pipa Kalor Laju Perpindahan Kalor. 45 BAB VI SIMPULAN 48 DAFTAR PUSTAKA xiii

4 DAFTAR GAMBAR Halaman 2.1 Pipa Kalor Kondisi Kerja Pipa Kalor Perubahan Temperatur dan hambatan Termal pada Pipa Kalor Skema Pipa Kalor Konvensional Skema Pipa Kalor Melingkar Pipa Kalor Datar Solar Collektor Pipa Kalor Kerangka Berfikir Flow Chart Penelitian Kolektor Surya Berbasis Pipa Kalor Sistem Pemanas Air Dengan Kolektor Surya Berbasis Pipa Kalor Pemasangan Alat Uji Kolektor Surya Modul dan Chasis DAQ Thermocouple Pipa Kalor Tembaga Solar Energy Meter Grafik Karakterisasi Temperatur Grafik energi Panas Matahari yang diterima Kolektor Grafik Hambatan Thermal Pipa Kalor Grafik Perubahan Temperatur Pada Laju Aliran Air 1 lpm. 39 xiv

5 5.5 Grafik Perubahan Temperatur Pada Laju Aliran Air 2 lpm Grafik Perubahan Temperatur Pada Laju Aliran Air 3 lpm Grafik hambatan Termal Pipa Kalor Grafik Nila Perpindahan Kalor 46 xv

6 DAFTAR TABEL Halaman 2.1 Kisaran Suhu Kerja Fluida Kerja Pipa Kalor Data Hasil Karakterisasi Temperatur pada Kolektor Surya Hasil Pengukuran Temperatur Kolektor Dengan LajuAliran Air 1 lpm Hasil Pengukuran Temperatur Kolektor Dengan LajuAliran Air 1 lpm Hasil Pengukuran Temperatur Kolektor Dengan LajuAliran Air 1 lpm. 42 xvi

7 ABSTRAK Untuk mengurangi penggunaan energi listrik yang bersumber dari fosil tersebut sudah banyak dikembangkan solar water heater dengan menggunakan evacuated tube collectors yang memanfaatkan sirkulasi fluida secara alami. Karena sirkulasi fluida kerja pada evacuated tube collectors hanya memanfaatkan efek grafitasi dan lintasan uap dan cairan pada lintasan yang sehingga terjadi kekeringan dan kollektor menjadi tidak berfungsi. Dalam penelitian ini kolektor surya dibuat menggunakan tabung kaca yang divakum dengan berbasis pipa kalor yang kemudian dirangkaikan sehingga menjadi sistem pemanas air yang berbasis pipa kalor. Pengujian dilakukan pada pagi hingga siang hari mulai pukul wita sampai wita. Hasil pengujian menunjukkan bahwa temperatur kerja pipa kalor mulai pagi hingga siang hari cenderung meningkat, hal ini dipengaruhi oleh energi panas matahari yang diterima oleh pipa kalor, dimana energi panas matahari dari pagi hingga siang terus mengalami peningkatan. Dari hasil pengujian kolektor surya berbasis pipa kalor mampu memanaskan air hingga temperatur 71 o C dengan laju aliran air 1 lpm. Hambatan termal tertinggi terjadi pada pukul sebesar 0,388 Watt/ o C, terkecil pada pukul sebesar 0,027 Watt/ o C. Kata kunci: Kolektor surya, pipa kalor, tabung vakum xvii

8 ABSTRACT To reduce the use of electricity that comes from the fossil has been developed using a solar water heater with evacuated tube collectors that utilize natural circulation of fluid. Due to the circulation of the working fluid in the evacuated tube collectors utilize only the effects of gravity and the trajectory of vapor and liquid on the track, causing drought and kollektor become dysfunctional. In this study the solar collector is made using glass tubes that vacuum with pipe based heat which is then sequenced so that a water-based heating systems heat pipe. Tests done in the morning until noon from 09:00 pm until 14:00 pm. The test results showed that the temperature of the heat pipe work from morning to afternoon is likely to increase, it is influenced by solar thermal energy received by the heat pipe, where the thermal energy of the sun from morning to afternoon is constantly increasing. From the test results based solar collector heat pipe is capable of heating water to a temperature of 71 o C with the flow rate of water 1 lpm. The highest thermal barriers at amounted to 0,388 Watt / o C, the smallest in amounted to 0,027 Watt / o C. Keywords: solar collectors, heat pipe, vacuum tube xviii

9 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pada umumnya energi yang digunakan dalam berbagai kegiatan manusia adalah energi yang bersumber dari fosil. Kegiatan manusia tersebut menyebabkan tejadinya eksploitasi besar besaran pada sumber energi fosil yang berdampak pada perusakan lingkungan hidup. Di samping itu pemakaian energi fosil juga menghasilkan gas-gas sisa yang berbahaya seperti CO2, CO, NOX dan sebagainya yang berdampak buruk bagi kehidupan manusia dan juga menimbulkan pemanasan global.(i. Raharjo and I. Fitriana, 2005) Masalah lain yang cukup memperihatinkan adalah masalah ketersediaan dari sumber energi itu sendiri. Dengan besarnya permintaan atas sumber energi yang tidak dapat diperbaharui, maka jumlah sumber daya energi ini akan habis. Hal ini diperburuk dengan bertambahnya jumlah penduduk dan meningkatnya permintaan. Untuk itu maka diperlukan adanya suatu energi alternatif yang bisa dimanfaatkan sebagai pengganti energi yang bersumber dari fosil tersebut. Salah satu energi alternatif yang dapat kita gunakan adalah energi matahari. Secara astronomis Indonesia yang terletak antara 6 o LU-11 o LS dan 95 o BT dan 141 o BT memiliki potensi energi surya yang sangat besar yaitu sekitar 4,8 KWh/m 2, tetapi pemanfaatannya belum maksimal yakni masih kurang dari 1% dari potensi energi matahari di Indonesia (Raharjo, 2005). xix

10 Salah satu pemanfaatan sinar matahari adalah sebagai sumber pembangkit listrik. Sinar matahari juga digunakan sebagai sumber energi dalam pemanasan air, baik air panas dalam rumah tangga maupun air panas pada perhotelan dengan menggunakan solar water heater (G. Bourke and P. Bansal, 2012). Solar water heater yang banyak digunakan adalah solar water heater konvensiaonal dimana untuk mensirkulasikan fluida kerja pada kolektor surya menggunakan pompa sehingga masih menggunakan energi listrik yang sebagian besar bersumber dari energi fosil. Untuk mengurangi penggunaan energi listrik yang bersumber dari fosil tersebut sudah banyak dikembangkan solar water heater dengan menggunakan evacuated tube collectors yang memanfaatkan sirkulasi fluida secara alami. Karena sirkulasi fluida kerja pada evacuated tube collectors hanya memanfaatkan efek grafitasi dan lintasan uap dan cairan pada lintasan yang sehingga terjadi kekeringan dan kollektor menjadi tidak berfungsi. (Y.S. Too, dkk, 2009) Untuk mengatasi permasalahan energi fosil maka dilakukan pengembangan pipa kalor dengan sumbu pipa kapiler sebagai tube kolektor solar water heater. Sumbu kapiler merupakan media berpori yang dapat memisahkan antara lintasan uap yang menuju bagian kondensor dengan lintasan cairan yang menuju bagian evaporator, dimana sumbu kapiler ini merupakan salah satu factor yang sangat menentukan kinerja pipa kalor yang tentunya juga akan mempengaruhi kinerja solar water heater (T. Kaya and J. Goldak, 2006) Menurut N. Putra, dkk, pengembangan pipa kalor dengan sumbu kapiler screen mesh masih belum optimal karena screen mash memiliki kapilaritas yang xx

11 rendah sehingga sirkulasi fluida kerja tidak optimal yang mengakibatkan perpindahan kalor ke bagian kondensor juga tidak optimal. Disamping itu kolektor yang hanya berupa silinder pipa mengakibatkan sinar matahari masih banyak terlewatkan akibat terbatasnya area tangkapan panas sinar matahari. D.A.G. Redpath menyebutkan pemanfaatan heat pipe pada solar collector bertipe tabung vakum merukapan pengembangan yang baru. D.A.G. Redpath pada risetnya tentang Thermosyphon heat-pipe evacuated tube heat-pipe solar water heaters for northern maritime climates, menyebutkan bahwa pada kondisi klimatik sementara, riset sebelumnya melaporkan bahwa solar kolektor tabung vakum dengan penyerap heat pipe adalah solusi paling efektif untuk pengumpulan energi panas. D.A.G. Redpath, dkk. juga menyebutkan bahwa sebuah ruang berselubung gelas vakum dapat mengurangi kehilangan kalor secara konveksi dan konduksi dari penyerap ke lingkungan sementara pemilihan lapisan tertentu akan mengurangi kehilangan kalor secara radiasi. Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan, pipa kalor memang memiliki keunggulan tersendiri. Disamping kinerjanya yang sangat baik karena berlangsung secara dua fasa, pipa kalor juga merupakan alat yang memindahkan kalor secara pasif atau tidak memerlukan daya tambahan dari luar sehingga secara tidak langsung dapat mengurangi konsumsi energi dari bahan fosil. Keuntungan dalam pemanfaatan pipa kalor sebagai penukar kalor atau pendingin diantaranya siklus pemindahan kalor yang relatif lebih singkat, kekompakan dimensi, menigkatkan koefisien perpindahan kalor yng cukup tinggi serta tidak xxi

12 diperlukannya daya tambahan karena sirkulasi terjadi secara natural (Vasiliev, 2005). Dari beberapa penelitian tersebut maka dalam penelitian ini akan dibuat sistem pemanas air (solar water heater) dengan menggunakan kolektor surya berbasis pipa kalor yang diharapkan mampu menyerap dan memindahkan kalor dengan cepat untuk memanaskan air tanpa menggunakan energi listrik atau energi lainnya yang bersumber dari fosil Rumusan Masalah Pada penelitian ini permasalahan yang ada adalah : a. Seberapa besar kemampuan tube kolektor dalam menyerap dan memindahkan kalor yang diserap dari matahari untuk memanaskan air pada sistem pemanas air. b. Berapa besar hambatan termal pipa kalor dalam pemanfaatannya sebagai sistem pemanas air kolektor surya 1.3. Batasan masalah Untuk lebih memfokuskan penelitian ini maka perlu dibuat batasanbatasan sebagai berikut: a. Kolektor surya dibuat dari 4 (empat) buah tabung kaca berbasis pipa kalor dengan diameter 10 mm dan panjang 700 mm b. Penelitian pusatkan pada tingkat penyerapan energi matahari dan kinerja kolektor surya sebagai pemanas air xxii

13 c. Dalam penelitian ini kinerja termal yang dihitung difokuskan pada hambatan termal pipa kalor dan besarnya laju perpindahan kalor yang terjadi pada sisi kondensor pipa kalor Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah: c. Untuk mengetahui kemampuan tube kolektor dalam menyerap dan memindahkan kalor yang diserap dari matahari untuk memanaskan air pada sistem pemanas air. d. Untuk mengetahui besarnya hambatan termal pipa kalor dalam pemanfaatannya sebagai sistem pemanas air kolektor surya xxiii