BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Energi panas yang kita peroleh dari matahari adalah energi panas gratis yang kita peroleh secara terus menerus dan dalam jumlah yang besar. Dengan pengolahan yang baik, energi panas matahari dapat di jadikan sumber energi yang sangat besar dan dapat di jadikan menjadi salah satu sumber energi alternatif. Energi panas dari radiasi sinar matahari dimanfaatkan untuk berbagai keperluan guna menggantikan energi yang dihasilkan oleh minyak bumi. Salah satu bentuk pemanfaatan dari energi matahari adalah untuk memanaskan air. Posisi Indonesia yang terletak di garis khatulistiwa mengakibatkan Indonesia menerima pancaran energi matahari sepanjang tahun. Dengan kata lain masyarakat Indonesia tidak akan mengalami krisis energi jika pemanfaatan energi matahari yang merupakan energi yang tidak terhabiskan dapat dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan. Salah satu aplikasi dari pemanfaatan nya adalah digunakan sebagai sumber energi dalam pemanasan air. Guna meningkatkan suhu air dari suhu lingkungan menjadi suhu panas yang diinginkan, umumnya masyarakat akan memanaskannya dengan menggunakan bahan bakar. Perlu diketahui penggunaan bahan bakar, yang umumnya adalah bahan bakar fosil akan menimbulkan polusi udara, yaitu terbentuknya CO, CO 2 dan lain-lain. Selain itu bahan bakar jenis ini merupakan sumber energi yang tak dapat diperbarui sehingga suatu saat akan habis dan perlu dicari sumber energi alternatif. Untuk menghindari terbentuknya lebih banyak polutan, sejalan dengan penerapan ISO 9000 yang sejak tahun 1994 muncul dengan standarisasi di bidang lingkungan hidup, EMAS (Eco-Management and Audit Scheme) di Uni Eropa serta padanannya ISO 14000, maka salah satu solusinya adalah menggunakan peralatan penyerap energi matahari untuk memanaskan air. Energi dari Matahari di serap melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain. Energi surya yang sampai ke permukaan bumi, 1
dikumpulkan dan diubah menjadi energi panas melalui alat yang disebut dengan kolektor surya. Kolektor surya merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menyerap energi surya, yang kemudian mengubah energi surya menjadi energi termal, dan mentransfer energi tersebut ke fluida kerja untuk kemudian digunakan secara langsung atau disimpan terlebih dahulu pada suatu unit penyimpanan panas. Dalam aplikasinya kolektor surya banyak digunakan sebagai alat pemanas air pada hotel, gedung perkantoran dan rumah-rumah tinggal. Dalam perkembangannya alat pemanas air tenaga surya yang banyak dipakai pada saat ini adalah sistem thermosifon, namun sitem ini mempunyai banyak kelemahan, seperti: temperatur air yang dihasilkan tidak tinggi dan tidak dapat dipertahankan dalam waktu yang relatif lama. Seperti yang tertuang dalam penelitian Made Sucipta [1] yang menyebutkan air cepat mengalami penurunan temperatur. Hal itu akan menunjukkan bahwa air yang dihasilkan tidak dapat dipakai pada saat malam hari. Dengan adanya sistem pipa panas ini air dapat dipakai pada malam hari sekalipun tidak ada panas matahari, karena tangki air berada di bawah atap dan kolektor berada di atas atap. Sedangkan sistem thermosifon kolektor dan tangki sama- sama di atas atap. Kolektor surya memerlukan fluida kerja sebagai media penghantar panas dari kolektor menuju tangki air. Mengingat lapisan ozon yang semakin menipis dan sesuai dengan protocol montreal (atas prakarsa Perserikatan Bangsa - Bangsa) tahun 1987 dan telah diratifikasi oleh lebih dari 170 negara, disepakati bahwa refrigeran yang mengandung Clorofluarocarbon (CFC) tidak boleh digunakan dan diproduksi lagi (Juni Handoko [14]). Clorofluarocarbon inilah yang akan merusak ozon dan membahayakan kelangsungan hidup makhluk hidup. Salah satu refrigeran yang tidak mengandung Clorofluarocarbon adalah R-718, refrigeran ini sangat mudah diperoleh dan aman untuk kesehatahan lingkungan serta tidak merusak lingkungan. Berdasarkan hasil penelitian pemanas air tenaga surya yang dilakukan sebelumnya oleh Tekad Sitepu [2] dengan melakukan penelitian terhadap alat pemanas air tenaga surya sistem pipa panas dengan menggunakan fluida kerja 2
R-718 dan R-141b. Didapat hasilnya menunjukkan bahwa refrigerant R-718 mempunyai efesiensi maksimum 26% pada tekanan 30 cmhg dengan kemiringan absorber 30 o. Berdasarkan hasil penelitian tersebut maka peneliti akan kembali menguji dengan meneliti penggunaan refrigeran sekunder R-718 (air) pada variasi tekanan vakum 45 cmhg, 40 cmhg dan 35 cmhg dan variasi sudut kemiringan absorber 20 o dan 30 o. Hal ini dilakukan mengingat semakin besar tingkat kevakuman refrigeran, maka titik didih dari refrigeran akan semakin rendah sehingga perubahan fasa akan semakin cepat yang mengakibatkan proses pemanasan air akan semakin baik. Selain itu peneliti juga akan melihat pengaruh sudut terhadap efesiensi kolektor dan tingkatan suhu maksimum yang dapat dicapai. Berdasarkan hal-hal diatas, penulis memiilih kolektor surya sistem pipa panas dan refrigeran R- 718 untuk menjadi objek penelitian ini. 1.2. Perumusan Masalah Alat Pemanas Air Tenga Surya (PATS) ada beberapa jenis, yaitu: alat yang menggunakan fluida sekunder sebagai media penghantar panas dan tanpa menggunakan fluida sekunder. Pada sistem tanpa fluida sekunder, pemanasan dilakukan secara langsung, sedangkan dengan fluida sekunder cara kerjanya dengan memanaskan fluida sekunder oleh kolektor, lalu fluida bersirkulasi di dalam pipa panas dan fluida tersebut memanaskan air pada tangki. Pengkajian ini dilakukan untuk meneliti supaya memberikan hasil yang lebih baik terhadap pemanas air tenaga surya sistem pipa panas dengan fluida kerja refrigeran R-718 pada tekanan vakum 45 cmhg, 40 cmhg dan 35 cmhg, dengan sudut kemiringan kolektor 20 0 dan 30 0 1.3. Batasan Masalah Berdasarkan banyaknya masalah yang dijumpai dalam energi khususnya yang terdapat pada latar belakang dan juga menfokuskan penelitian, maka eksperimen ini dibatasi hanya pada kajian eksperimen pemanas air tenaga surya 3
sistem pipa panas dengan batasan berikut: 1. Fluida sekunder Refrigeran R- 718 pada tekanan vakum 45 cmhg di kolektor 1, 40 cmhg di kolektor 2 dan 35 cmhg di kolektor 3 2. Kemiringan kolektor 20 0 dan 30 0 terhadap garis horizontal menghadap timur 3. Lokasi penelitian berada pada 3,43 o LU 98,44 o BT 1.4. Tujuan Penelitian 1.4.1. Tujuan Umum Adapun tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kemampuan optimum dari pemanas air tenaga surya sistem pipa panas dengan menggunakan refrigeran R-718 pada tekanan vakum 45 cmhg, 40cmHg dan 35 cmhg pada kemiringan absorber 20 o dan 30 o. 1.4.2. Tujuan khusus Tujuan khusus dari penelitian ini adalah: 1. Untuk mengetahui suhu kolektor dan temperatur air pada pemanas air tenaga surya sistem pipa panas dengan menggunakan refrigeran R-718 2. Untuk mengetahui efisiensi kolektor pemanas air tenaga surya sistem pipa panas dengan fluida kerja refrigeran R-718 pada tekanan vakum 45 cmhg, 40 cmhg dan 35 cmhg. 3. Untuk mengetahui perbandingan temperatur maksimum air yang di panaskan dan efisiensi kolektor pada kemiringan 20 o dan 30 o 1.5. Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah: 1. Memberi masukan untuk peningkatan efisiensi energi di Indonesia. 2. Memberikan masukan bagi pembuat peralatan pemanas air tenaga surya sebagai bahan pertimbangan 4
3. Memberikan masukan untuk menghasilkan alat pemanas air dengan konsep ramah lingkungan. 1.6. Sistematika Penulisan Sistematika dari penulisan skripsi ini sbb: BAB I PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan masalah yang berisi antara lain : latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai landasan dan rumus yang di gunakan untuk memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan yang berkaitan dengan perpindahan panas, pemanfaatan energi surya dan jenis pemanas air tenaga surya. BAB III METODOLOGI PENELITIAN Bab ini berisi metode perancangan serta langkah yang dilakukan untuk mengidentifikasi permasalahan, beserta variabel-variabel yang akan diukur dan perlengkapan pengujian meliputi waktu dan tempat penelitian, peralatan pengujian, bahan pengujian, experimental set up, dan prosedur pengujian. BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA DATA Bab ini berisi tentang rancangan perhitungan panas yang di serap oleh kolektor, panas yang diserap oleh air dan tingkat efesiensi dari absorber pada kolektor surya. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5
Bab ini berisi kesimpulan dari analisa yang dilakukan terhadap permasalahan dan saran mengenai penyempurnaan hasil penelitian untuk generasi berikutnya. DAFTAR PUSTAKA Daftar pustaka berisikan literatur-literatur yang digunakan penyusunan laporan ini. dalam LAMPIRAN Lampiran berisikan data dari hasil penelitian yang didapatkan. 6