BAB I. Pendahuluan. 1.1 Latar Belakang. Kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat setiap tahun seiring dengan

Transkripsi

1 BAB I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat setiap tahun seiring dengan kemajuan teknologi. Hal ini karena semakin banyak diciptakan mesin-mesin yang membutuhkan lebih banyak energi dan mulai menggantikan pekerjaan-pekerjaan manusia yang manual dan konvensional. Sumber energi terbagi menjadi dua yaitu sumber energi yang dapat diperbarui dan tidak dapat diperbarui. Bahan bakar fosil adalah salah satu yang tidak dapat diperbarui yang tetap menjadi prioritas utama digunakan sampai saat ini. Perkembangan teknologi dan energi yang terus diperbarui sampai saat ini telah memanfaatkan energi dari matahari. Matahari merupakan sumber energi bagi seluruh kehidupan di planet Bumi. Jika energi yang tersimpan dalam cahaya matahari di kumpulkan dengan mengkonsentrasi pada suatu titik/garis fokus, maka cahaya yang dipusatkan tersebut akan menghasilkan panas dengan temperatur yang lebih tinggi. 1

2 2 Dari referensi Tugas Akhir sebelumnya Ridho Febriyan sebagai penulis, yang telah membahas tentang perancangan alat PTSC (Parabolic Trough Solar Collector), hingga efisiensi alat tersebut. Saat ini penulis akan menganalisa tentang alat PTSC dengan adanya prototype dan beberapa perbedaan jenis material, ukuran komponen dan di tambahkannya pelapis atau cover kaca borosilicate. Pada tahun 1767, ilmuwan Perancis-Swiss Horace Benedict de Saussure merancang dan membangun perangkap panas matahari pertama yang dapat digunakan untuk memasak. Perangkat tersebut terdiri dari dua buah kotak kayu, kotak kecil yang berada didalam kotak yang besar. Di antara dua kotak tersebut diberi bahan insulasi. Di atas kotak kecil dipasang tiga lapis kaca. Dengan mangarahkan perangkat tersebut tegak lurus cahaya matahari, dalam beberapa jam, suhu di dalam kotak dapat mencapai di atas 100 C. Perangkat ini pun diuji cobakan di puncak gunung Cramont. Hasilnya dapat mencapai titik didih air walaupun suhu udara sekitarnya sekitar 5-10 C. Kotak panas buatan de Saussure terlalu lama untuk menjad panas dan suhunya tidak cukup panas untuk memasak. Mungkin inilah penyebab desainnya tidak popouler. Untuk produk massal teknologi solar thermal pertama adalah solar oven yang ditemukan oleh W. Adams pada tahun 1870an di Bombay, India. Dia menambahkan konsep mengkonsentrasikan cahaya matahari menggunakan reflektor berbentuk parabola. Parabolic thermal solar collector pemanas air tenaga surya adalah teknologi yang sudah terbukti yang secara langsung sub-stitutes energi terbarukan untuk konvensional energi dalam pemanas air. Parabolic thermal solar collector juga dapat

3 3 mendorong penyerapan pendinginan sistem atau peralatan lain yang berjalan dari sebuah beban termal. Ada potensi yang cukup besar untuk menggunakan teknologi ini di facil-federalities di Barat Daya Amerika Serikat atau daerah lain dengan tinggi langsung sinar radikal radiasi surya. Fasilitas seperti penjara, rumah sakit, dan barak yang secara konsisten menggunakan volume besar air panas adalah kandidat yang sangat baik tanggal. Energi surya mengawali terbentuknya sumber energi lain dan sumber energi lain akan tercipta selama ada matahari. Sebagian besar radiasi surya yang masuk ke atmosfer akan diserap oleh makhluk hidup yang memiliki klorofil kemudian menggunakannya untuk membentuk biomassa yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi baik secara langsung maupun melalui pembentukan bahan bakar fosil. Matahari memiliki suatu temperatur blackbody efektif sebesar 5762 K. Temperatur pada bagian tengah matahari bervariasi yaitu sekitar hingga mencapai. Pada hakikatnya, matahari merupakan reaktor fusi yang terus menerus di mana hidrogen diubah menjadi helium berupa gas. Total energi matahari yang di hasilkan adalah matahari. Hanya sedikit yaitu (MW) atau setara dengan 63 MW, pada permukaan (kw). Radiasi total yang di terima bumi, walaupun demikian telah diperkirakan bahwa selama 30 menit radiasi sinar matahari yang sampai ke bumi setara dengan energi yang dibutuhkan dunia dalam 1 tahun. Oleh karena itu sistem yang menggunakan prinsip tersebut diberi nama Concentrated Solar Collector, sistem CSP menggunakan konfigurasi yang berbeda

4 4 beda untuk mengubah energi matahari menjadi panas bertemperatur tinggi. Panas tersebut dapat dikonversikan menjadi listrik. Komponen utama dari sistem CSP adalah : Permukaan konsentrator surya Permukaan ini merupakan susunan dari reflektor yang sebenarnya mengumpulkan radiasi cahaya matahari dan memfokuskannya ke pipa penerima (receiver). Receiver Receiver adalah bagian dari sistem yang mengubah radiasi matahari menjadi panas. Terkadang receiver ini adalah bagian utuh dari bidang kolektor. Media perpindahan panas (Heat Transfer Liquid) dialirkan dalam pipa penerima untuk membawa panas ke sistem konversi energi. Sistem konveri energi Komponen akhir dalam sistem konversi untuk mengubah panas menjadi bentuk energi yang bisa digunakan, dalam bentuk listrik atau panas. Energi matahari yang berada dipermukaan bumi dapat dikonsentrasikan puluhan kali menggunakan sistem CSP. Efisiensi dimana radiasi dapat diubah menjadi energi panas adalah tergantung dari kombinasi efisiensi optik dan efisiensi konversi panas. Efisiensi optik hingga 96% dicapai bersama dengan efisiensi konversi panas antara 70 sampai 95%.

5 5 Empat elemen yang dibutuhkan untuk menghasilkan listrik dari pembangkit panas matahari adalah concentrator, receiver, storage dan pengubah daya. Tiga teknologi panas matahari yang paling menjanjikan adalah Parabolic Trough, Solar Tower dan Parabolic Dish. Sistem parabolic trough menggunakan reflektor cermin atam logam berbentuk parabola untuk memantulkan cahaya matahari ke tabung penerima dimana dalam pipa penerima dialiri fluida pemindah panas yang akan dipanaskan hingga berubah menjadi uap panas. Sistem parabolic trough adalah teknologi pembangkit panas matahari yang paling matang dengan kapasitas 354 MW dari pembangkit dihubungkan ke California Selatan sejak tahun 1980 dan lebih dari 2 juta meter parabolic trough solar collector terpasang. Berdasarkan hal di atas, usaha untuk mengkonversi energi matahari sebagai sumber energi alternatif serta kepedulian terhadap pencemaran dan polusi lingkungan makatugas akhir ini membahas tentang performa alat pengkonsentrasi radiasi sinar matahari untuk memanaskan fluida jenis air keran yang mengalir pada pipa absorber solar thermal collector tipe parabolic trough untuk memanaskan fluida kerja berupa air yang akan dikonversikan. Berdasarkan penjelasan diatas, penulis tertarik untuk mengambil judul Analisa Efisiensi Prototype Solar Collector Jenis Parabolic Trough dengan Menggunakan Cover Glass Tube pada Pipa Absorber.

6 6 1.2 Rumusan Masalah Penganalisaan alat parabolic trough solar collector ini secara umum terdiri dari perancangan reflektor dan perancangan pipa kolektor surya. Perancangan reflektor meliputi lempengan yang di tekuk berbentuk parabola dan pemilihan material pemantul atau konsentrator berupa material alumnium foil. Sebagai pipa kolektor digunakan pipa tembaga yang telah di cat hitam dan diberikan pelapis pipa kaca ber bahan material borosilicate. Permasalahannya adalah menganalisa secara teoritis efisiensi pada prototype PTSC dengan beberapa faktor berupa nilai temperatur lingkungan dan fluida, hingga performa. Kemudian membandingkan secara langsung nilai penghitungan saat ini dengan nilai efisiensi sebelumnya yang telah di rancang referensi Tugas Akhir sebelumnya. 1.3 Pembatasan Masalah Agar tidak keluar dari materi pembahasan, maka pembahasan dalam tugas akhir ini di batasi pada : 1. Perancangan dilakukan pada kondisi steady state dimana tingkat radiasi dan kondisi lingkungan ( temperatur ambient ) relatif konstan 29 C. 2. Menggunakan efektifitas energi radiasi surya yang diterima dan di refleksi parabola ke arah pipa. 3. Pipa receiver glass tube atau pipa kaca borosilicate berdiameter 2 inch dan berfungsi sebagai cover pipa absorber.

7 7 4. Temperatur fluida cair menggunakan nilai temperatur normal air dengan nilai mengacu dari tabel. 5. Analisa fluida keluar dari pipa absorber yang terdiri dari pipa bermaterial tembaga berdiameter ½ inch dengan jenis aliran laminar. 6. Menganalisa nilai transmisivitas, absorbsivitas dan reflektivitas pada material parabola dan pipa kaca borosilicate (anti reflektif). 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian yang akan di lakukan adalah : 1. Menganalisa efisiensi pada pipa penerima PTSC yang telah di berikan pelapis pipa kaca berbahan borosilicate dengan alat sebelumnya tanpa menggunakan pelapis pipa kaca. 2. Mengetahui nilai efisiensi pada prototype PTSC dengan penghitungan secara teoritis. 1.5 Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian mencakup beberapa aspek pada alat solar thermal yang sudah pernah ada sebelumnya : 1. Daftar langkah awal yang bertujuan untuk mengetahui permasalahan di lapangan dengan cara melihat dan terlibat langsung proses perancangan dan perhitungan efisiensi Solar Thermal Collector Tipe Parabolic Trough. 2. Melakukan penganalisa data untuk mengumpulkan data-data primer dan sekunder, yaitu dengan membaca sumber-sumber informasi mengenai Solar

8 8 Thermal Collector Tipe Parabolic Trough yang sebelumnya sudah ada data pada alat tersebut yang akan di teliti perbandingan efisiensinya dengan alat melalui konsep perbaikan baru agar menghasilkan data efisiensi yang jauh lebih baik. 3. Melakukan analisis secara teoritis untuk menganalisa kebenaran keseluruhan data yang di hasilkan pada pipa penerima dengan penutup berupa pipa kaca berbahan material borosilicate sebelum alat tersebut di lakukan uji coba. 4. Pengembangan dan pembaruan setiap komponen mencakup keseluruhan material dan desain terutama pada pipa penerima atau absorber yang mengalami pembaruan dengan ukuran yang telah di optimasikan oleh seluruh tim dan telah di rancang melalui software AutoCAD. 1.6 Penelitian Signifikan Penelitian ini akan bermanfaat bagi kemampuan sumber daya manusia yang dasarnya merupakan sebuah energi terbarukan di Universitas Mercu Buana dan juga untuk mendapatkan manfaat secara langsung terkait dengan energi terbarukan yang semakin di kembangkan di dunia. Meningkatnya pentingnya pertimbangan lingkungan dan ekonomi membuat alat parabolic trough solar thermal populer di dunia walaupun di Indonesia sendiri belum di publikasikan kepada masyarakat luas sebagai alat yang ramah lingkungan dan mempunyai manfaat besar untuk memenuhi kebutuhan persediaan listrik masyarakat Indonesia sendiri. PTSC yang selama ini telah ada di beberapa negara termasuk di Indonesia belum terlalu di kembangkan, sementara alat yang akan di rancang mencakup konsep hingga

9 9 proses teoritis dengan mengusung teknologi desain dasar dari ukuran kecil alat PTSC yang sebenarnya adalah sebuah model atau prototype dengan menggunakan material yang telah di perbarui. Dalam waktu dekat, juga akan terbuka peluang besar untuk menggunakan energi terbarukan seperti alat PTSC ini agar masyarakat di seluruh dunia menyadari betapa pentingnya seberapa besar kebutuhan listrik terhadap hidup mereka. 1.7 Tinjaun Pustaka Concentrated Solar Power (CSP) [Duffie J.A Beckman. W.A], adalah sistem yang memanfaatkan teknologi dengan prinsip mengumpulkan cahaya matahari dalam suatu media yang kemudian dikonversikan menjadi energi panas yang dalam proses selanjutnya dapat di gunakan dalam suatu sistem yang menghasilkan listrik. Beberapa negara yang telah mengembangkan sistem CSP (Concentrated Solar Power) adalah Algeria, Mesir, Yunani, India, Italia, Mexico, Maroko, Spanyol, dan Amerika. Sistem CSP yang dipilih untuk di kembangkan dalam kegiatan rancang bangun dan analisa di bagian receiver yaitu bagian pipa yang akan dikonsentrasikan oleh panas dan mengkonversikan fluida menjadi sebuah uap. Komponen-komponen penting pada pembangkit tenaga pada parabolic trough adalah cermin atau logam yang memiliki reflektifitas tinggi, receiver dengan nilai koefisien thermal yang baik, dan teknologi turbin. Receiver terdiri dari tabung absorber yang dilapisi dengan sampul kaca berbahan khusus yang di evakuasi.

10 Sistematika Penulisan Untuk memperoleh data terkait tentang isi dan tugas akhir ini maka digunakan sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I Pendahuluan Pada bagian ini akan di jelaskan beberapa biografi alat PTSC dari setiap alat tersebut tercipta hinggamkterus di lakukan pembaruan setiap masanya hingga mencapai tujuan yang di inginkan dan dapat memenuhi kebutuhan masyarakat dunia.meliputi sebuah latar belakang, rumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, ruang lingkup penelitian, signifikansi penelitian dan sistematika penulisan. BAB II Landasan Teori Pada bab ini berisi tentang pengertian Parabolis Trough Solar Collector dan faktor apa saja yang mempengaruhi kerja alat tersebut, dengan beberapa teori yang mendasari penelitian seperti radiasi panas matahari yang mencakup pengaruh radiasi matahari terhadap reflektor yang mempengaruhi performa absorber serta teori-teori tentang perpindahan kalor dan jenis-jenis aliran fluida. Komponen utama dan pendukung serta penjelasan tentang prinsip kerja solar thermal collector. BAB III Metodologi Penelitian Menjelaskan tentang langkah-langkah yang dilakukan selama proses penelitian efisiensi keseluruhan pada pipa absorber dengan pelapis atau penutup pada parabolic trough solar kolektor. Seperti penelitian perhitungan efisiensi berapakah secara keseluruhan panas yang hilang, meneliti keseluruhan perpindahan panas pada setiap satuan panjang pipa

11 11 absorber, perhitungan efisiensi kolektor dan perhitungan transmitansi dan refleksi pipa kaca borosilicate. BAB IV Perhitungan dan Pengukuran Menjelaskan perhitungan pada prototype PTSC secara keseluruhan meliputi berapa radiasi yang masuk yang akan di lakukan dengan mengikuti acuan data radiasi masukan dari data valid tugas akhir sebelumnya. Dengan perhitungan lebih mendalam terhadap nilai energi radiasi, radiositas dan reflektivitas parabola konsentrator, transmitansi dan reflektifitas cover pipa kaca borosilicate atau glass tube yang akan digunakan untuk pelapis pipa absorber mencakup kinerja dan analisa temperatur fluida keluar yang di hasilkan hingga koefisien rambatan kalor rata-rata serta kehilangan panas untuk menghasilkan efisiensi alat PTSC secara maksimal. BAB V Penutup Berisikan kesimpulan dan saran. Daftar Pustaka Memuat literatur dan buku-buku serta sumber- sumber lain sebagai sarana penunjang dalam penyusunan tugas akhir. Lampiran Bagian ini memuat table-tabel serta gambar-gambar yang berkaitan dengan penyusunan tugas akhir.