BAB 1 PENDAHULUAN. I.1. Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB 1 PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Energi merupakan kebutuhan utama setiap manusia. Energi memainkan peranan penting dalam setiap aspek kehidupan manusia. Semua kalangan tanpa terkecuali bergantung pada ketersediaan jumlah energi. Sejalan dengan meningkatnya laju pembangunan dan meningkatnya pola hidup manusia, konsumsi energi juga terus meningkat dari tahun ke tahun. Peningkatan ini hampir terjadi pada semua sektor yang mencakup sektor industri, transportasi, komersial, rumah tangga, pembangkit listrik dan sektor lainnya. Indonesia merupakan pengguna energi terbesar di wilayah ASEAN dengan pangsa sebesar 36% dari total konsumsi energi [1]. Konsumsi energi di Indonesia masih bertumpu pada energi fosil terutama minyak bumi. Tingginya konsumsi energi fosil tersebut diakibatkan oleh subsidi sehingga harga energi menjadi murah dan masyarakat cenderung boros dalam menggunakan energi. Cadangan energi fosil akan semakin menipis saat terus digunakan karena energi ini merupakan energi tak terbarukan yang membutuhkan waktu yang sangat lama dalam pembaruannya. Untuk mengatasi hal ini, maka diperlukan sumber energi baru terbarukan yang mudah diperoleh. Salah satu energi baru terbarukan yang sangat berpotensi untuk dikembangkan adalah energi surya. Energi surya merupakan salah satu bentuk energi panas yang ramah lingkungan. Energi ini berasal dari sumber energi panas terbesar dalam tata surya yaitu matahari. Berdasarkan data dari ESDM yang diolah kembali oleh DEN tahun 2013, potensi energi surya di Indonesia mencapai 4,80 KWh/m 2 /hari [1]. Dengan potensi yang cukup besar ini, energi surya dapat dijadikan sebagai salah satu upaya meminima lisir krisis energi.

2 Sebagai salah satu sumber energi terbarukan, energi surya dapat dimanfaatkan oleh siapapun yang membutuhkan. Pemanfaatan energi surya ini dapat secara langsung maupun tidak langsung. Pemanfaatan energi surya secara langsung adalah dengan menggunakan radiasi matahari langsung ke proses yang diinginkan, sedangkan pemanfaatan tidak langsung adalah dengan menangkap radiasi matahari terlebih dahulu sebelum digunakan. Kolektor termal surya merupakan suatu alat yang bisa digunakan untuk menangkap radiasi matahari. Alat ini akan mengubah radiasi sinar matahari menjadi energi panas melalui media transport. Komponen utama alat ini adalah kolektor yang berguna untuk menyerap radiasi matahari. Radiasi matahari yang diserap oleh akan dikonversi menjadi panas dan ditransfer ke fluida yang mengalir melalui kolektor. Aplikasi domestik dari kolektor termal surya adalah sistem pemanas air. Gambar 1.1 menunjukkan skema konvensional dari sistem pemanas air tenaga surya. Gambar Skema konvensional sistem pemanas air tenaga surya [2] Proses pengambilan panas dari tangki penyimpanan dirancang menggunakan sebuah pipa koil helikal. Pipa koil helikal ini merupakan salah satu bentuk penukar

3 kalor dengan kontak tak langsung antar fluidanya. Fluida panas dalam tangki penyimpanan akan ditransfer menuju fluida dingin yang mengalir dalam pipa helikal. Fluida panas dari pipa koil helikal nantinya adalah hasil akhir yang akan digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Pipa koil helikal memiliki koefisien perpindahan panas yang lebih tinggi dibandingkan pipa lurus. Peningkatan koefisien perpindahan panas ini diakibatkan oleh kelengkungan koil yang menimbulkan gaya sentrifugal pada fluida. Gaya sentrifugal ini menghasilkan aliran sekunder yang merupakan transpor tambahan bagi fluida sepanjang pipa yang dapat meningkatkan laju perpindahan panas. Selain itu, bentuk pipa koil helikal ini sangat efektif untuk mengakomodasi perpindahan panas dalam area yang kecil [3]. Parameter yang mempengaruhi kinerja penukar kalor pipa helikal adalah diameter koil, diameter pipa dan pitch. Dalam penelitian ini, penulis akan menganalisis pengaruh diameter koil terhadap perpindahan panas pada penukar kalor helikal yang dapat diterapkan pada tangki penyimpanan sistem pemanas air tenaga surya. Diamater koil dipilih sebagai parameter yang diteliti karena mempengaruhi gaya sentrifugal dari fluida yang bergerak. Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan laju aliran air dingin pada pipa koil heikal dan suhu air panas pada tangki penyimpanan. I.2. Perumusan Masalah 1. Bagaimana hubungan antara suhu air panas di dalam tangki, laju aliran air dingin di dalam pipa dan diameter koil terhadap perpindahan panas di dalam pipa penukar kalor helikal? 2. Bagaimana hubungan antara suhu air panas di dalam tangki, laju aliran air dingin di dalam pipa dan diameter koil terhadap perpindahan panas di luar pipa penukar kalor helikal?

4 I.3. Batasan Masalah 1. Tidak ada aliran massa yang masuk dan keluar dari tangki penyimpanan dan kondisi tangki penyimpanan adalah dalam keadaan shut-off. 2. Tangki penyimpanan diisolasi sehingga rugi-rugi kalor ke lingkungan dapat diabaikan. 3. Volume air panas dalam tangki penyimpanan tetap untuk masing-masing pipa koil helikal. 4. Pipa koil helikal diletakkan di bagian tengah tangki penyimpanan dan aliran air dingin di dalam pipa adalah laminer, no-slip dan berkembang penuh. 5. Peletakan thermocouple untuk mengukur suhu bagian atas dan bawah tangki penyimpanan diletakkan di tengah tangki yang sejajar dengan bagian atas dan bawah pipa koil helikal. 6. Analisis perpindahan panas dilakukan pada aliran air dingin yang masuk dan keluar melalui pipa koil helikal yang berada pada kondisi quasy-steady. 7. Tidak ada perpindahan panas signifikan antara sistem tangki penyimpanan dan lingkungannya serta perubahan energi potensial dan kinetik aliran inlet menuju outlet bisa diabaikan. 8. Pengaruh faktor fouling dan pressure drop terhadap perubahan suhu tidak diperhitungkan dalam penelitian ini. I.4. Tujuan 1. Mengetahui hubungan antara variasi diameter koil terhadap perpindahan panas di dalam pipa penukar kalor helikal dengan merepresentasikan grafik hubungan antara bilangan Nusselt terhadap bilangan Dean. 2. Mengetahui hubungan antara variasi diameter koil terhadap perpindahan panas di luar pipa penukar kalor helikal dengan merepresentasikan grafik hubungan antara bilangan Nusselt terhadap bilangan Rayleigh.

5 1.5 Manfaat Penelitian ini dapat digunakan sebagai acuan untuk merancang penukar kalor helikal yang lebih efisien dalam laju perpindahan panasnya. Selanjutnya diharapkan penelitian skala laboratorium ini bisa membuat penukar kalor helikal semakin berkembang dan mulai marak diterapkan dalam sektor industri yang melibatkan penukar kalor dalam prosesnya.