BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Belakangan ini terus dilakukan beberapa usaha penghematan energi fosil dengan pengembangan energi alternatif yang ramah lingkungan. Salah satunya yaitu dengan pemanfaatan energi surya (energi matahari). Energi surya adalah salah satu energi alternatif yang dirasakan sangat sesuai dengan kondisi saat ini, karena disamping murah juga bersifat renewable (terbarukan) dan tersedia sangat melimpah di daerah tropis. Kolektor Surya merupakan salah satu contoh alat konversi fototermal yang memanfaatkan energi matahari untuk diubah menjadi energi kalor yang berguna sebagai pemanas air. Dengan kolektor surya dapat diserap energi matahari untuk memanaskan air, sehingga energi panas matahari dapat dimanfaatkan dengan baik. Bagian penting dari sebuah kolektor surya adalah pelat penyerap (absorber) yang memiliki konduktivitas termal yang baik, dimana pelat penyerap ini disinggungkan dengan pipa-pipa yang mengalirkan air sebagai fluida kerja. Berdasarkan bentuk pelat penyerapnya, kolektor surya dibagi menjadi tiga jenis, yaitu: trickle collector, termal trap collector dan standard collector. Trickle collector adalah kolektor surya dengan pelat penyerap berbentuk gelombang. Termal trap collector adalah kolektor surya dengan perangkap kalor. Kemudian standard collector adalah kolektor surya dengan pelat penyerap berbentuk datar. Pada tugas akhir ini kolektor surya pelat datarlah yang dibuat untuk memerangkap energi panas matahari tersebut, penggunaan tersebut didasarkan pada efisiensi dari pelat penyerap datar yang lebih tinggi dibandingkan dengan jenis pelat penyerap yang lain (Robert L San Martin dan Gary J Field (1975)). Bahan pelat yang dipilih untuk absorber adalah jenis aluminium, karena pelat aluminium memiliki nilai ekonomis yang baik juga memiliki nilai hantar panas yang sangat baik, yaitu 211 W/mºC (tabel A-2, properties values of metals), lalu untuk mendapatkan penyerapan panas yang lebih maksimal, pelat kolektor dicat hitam. Kemudian untuk menjaga agar tidak terjadi kerugian panas secara radiasi dan konveksi ke atmosfer, maka digunakan kaca pelindung sehingga mengurangi terjadinya efek rumah kaca (Rahardjo(1999)). Energi panas matahari yang ditangkap Teknik Konversi Energi 1
kolektor, panasnya diteruskan ke pipa-pipa tembaga yang berisi air, sehingga terjadi peningkatan suhu dari air yang berada di dalam pipa tersebut. Pipa dari bahan tembaga dipilih untuk menjaga dari korosi dan untuk memaksimalkan hantar panasnya, karena diketahui bahwa nilai konduktivitasnya adalah yang terbaik setelah silver purest yaitu 386 W/mºC (tabel A-2, properties values of metals), sedangkan di bagian bawah pelat kolektor surya dilapisi dengan glasswool yang dapat mengisolasi terjadinya kebocoran panas yang dihasilkan oleh kolektor surya tersebut. Isolasi glasswool dipilih karena selain murah dan banyak digunakan di pasaran sebagai isolator panas, glasswool juga memiliki konduktivitas termal yang rendah (sangat baik untuk isolator) yaitu 0,038 W/mºC (tabel A-3, properties of non metals). Prinsip kerja dari sistem pemanas air dengan menggunakan pelat datar dapat menunjukan bahwa air yang masuk ke dalam kolektor melalui pipa distribusi akan mendapatkan panas yang lebih baik secara konveksi maupun radiasi, sebagai akibat dari tertangkapnya energi panas matahari di dalam kolektor yang dibatasi oleh kaca bening tembus cahaya. Kolektor surya ini menarik untuk dibuat, karena selain dapat menghemat energi, sumber energi surya yang dibutuhkannya pun sangat melimpah dan tidak akan habis di alam, Sehingga cocok untuk penerapan teknologi sederhana dalam kehidupan sehari-hari. 1.2 Tujuan Tujuan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Membuat perangkat kolektor surya pelat datar dengan tipe pipa berkelok. 2. Menghitung dan mendapatkan efisiensi terbaik dari kolektor surya yang dibuat. 1.3 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang dan tujuan di atas, penulis menentukan beberapa rumusan masalah, diantaranya: 1. Bagaimana menentukan bentuk konstruksi alat, tipe pipa, dan mengisolasi kolektor guna meminimalkan kehilangan panas? 2. Seberapa besar radiasi matahari dan energi panas yang diserap oleh kolektor surya tersebut hingga mendapatkan efisiensi kolektor surya yang paling efektif? Teknik Konversi Energi 2
1.4 Batasan Masalah Dalam pembuatan tugas akhir ini penulis membatasi masalah yang dibahas, yaitu: 1. Kolektor surya terbuat dari kayu lapis yang dicat hitam agar menjaga panas yang dapat terbuang keluar kolektor. 2. Dimensi perangkat kolektor surya tersebut, yaitu: panjang 1 m, lebar 0,6 m dan tinggi 0,0715 m. 3. Pelat penyerap datar terbuat dari pelat aluminium yang dicat hitam. 4. Menggunakan air bersih sebagai fluida kerjanya. 5. Pipa tempat dialirkan air sebagai fluida kerja terbuat dari tembaga yang dicat hitam dengan tipe berkelok. 6. Isolator di dalam kolektor surya menggunakan glasswool. 7. Kaca penutup yang digunakan berjenis kaca bening tembus cahaya dengan tebal 0,005 m. 8. Pengujian dilakukan selama 4 jam per hari dan dilakukan beberapa variasi pada laju aliran airnya untuk mendapatkan efisiensi kolektor surya terbaik. 1.5 Metodologi Penulisan Metodologi yang akan dilakukan penulis untuk pembuatan tugas akhir ini, yaitu: 1. Studi Literatur Untuk mendapatkan referensi mengenai pembuatan kolektor surya dan perhitungan-perhitungan efisiensi kolektor surya yang dibuat. 2. Diskusi Melakukan tanya jawab dan diskusi dengan pembimbing dan staf pengajar yang berkaitan dengan penyusunan obyek studi tugas akhir. 3. Pengambilan dan pengolahan data Kolektor surya yang telah dibuat selanjutnya akan diuji dan diambil datanya untuk diolah dalam penghitungan efisiensi kolektor surya. Data yang akan diambil adalah: a) Suhu air input dan output di kolektor. b) Intensitas cahaya matahari yang mengenai kolektor surya (Watt/m 2 ). c) Debit aliran air di dalam pipa tembaga (ml/detik). d) Temperatur dalam kolektor ( o C) e) Temperatur udara sekitar/ lingkungan ( o C) Teknik Konversi Energi 3
(pengambilan data dilakukan dengan setiap 15 menit sekali selama 4 jam per hari). 4. Pengujian dan Analisa Alat Alat yang telah dibuat, kemudian diuji untuk diambil beberapa data. Data yang diperoleh kemudian diolah dan dianalisa. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang dibuat penulis dalam laporan tugas akhir ini adalah dengan melakukan pemaparan dan pembahasan pada setiap bab, hal ini dimaksudkan agar semua materi yang disampaikan lebih jelas dan mudah dimengerti dari awal perancangan, pembuatan, dan pengujian dari alat yang dibuat. Laporan tugas akhir yang berjudul PEMBUATAN DAN PENGUJIAN KOLEKTOR SURYA PELAT DATAR PIPA BERKELOK MENGGUNAKAN SATU KACA DENGAN ISOLASI GLASSWOOL ini terbagi dalam lima bab. Adapun uraian sistematika penulisan laporan tugas akhir ini diantaranya adalah: BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang masalah yang membahas topik dan alasan alat yang dibuat, tujuan tugas akhir, rumusan masalah, batasan masalah, dan metodologi penulisan laporan serta sistematika penulisan laporan. BAB II LANDASAN TEORI Bab ini berisi teori-teori yang berkaitan dengan judul yang diambil oleh penulis. Berdasarkan dari teori-teori inilah penulis akan melakukan perancangan alat, pembuatan alat, dan pengujiannya. BAB III DESIGN, PEMBUATAN, DAN PENGUJIAN ALAT Bab ini berisi tentang design alat, peralatan dan spesifikasi bahan yang digunakan, proses/prosedur pembuatan alat dari pertama pengerjaan alat hingga alat tersebut selesai dikerjakan, serta proses/prosedur pengujiannya. BAB IV ANALISA DATA Bab ini berisi mengenai data-data pengujian yang dilakukan terhadap alat, analisis data, dan data hasil analisa serta pembahasan-pembahasan mengenai analisa data dan grafik hingga mendapatkan efisiensi terbaik dari alat yang dibuat. Teknik Konversi Energi 4
BAB V PENUTUP Bab ini berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan analisa data yang telah dilakukan serta saran-saran yang diajukan oleh penulis untuk memperbaiki kekurangan-kekurangan pada alat dan penyusunan laporan tugas akhir ini. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Teknik Konversi Energi 5