05540004-puji-astuti.doc

DESAIN SISTEM PEMANAS AIR

MENGGUNAKAN RADIASI SINAR MATAHARI

SKRIPSI

Oleh:

PUJI ASTUTI NIM: 05540004

JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI (UIN) MAULANA

MALIK IBRAHIM MALANG MALANG2010



SKRIPSI

Diajukan Kepada: Universitas Islam Negeri (UIN) Malang

Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan DalamMemperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

Oleh:

P U JI A S TUT I NIM: 05540004

JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI (UIN) MAULANA

MALIK IBRAHIM MALANG MALANG2010



Oleh:

P U JI A S TUT I NIM: 05540004

Telah Disetujui oleh:

Dosen Pembimbing I,

I R J A N M . S i NIP 19691231 200604 1 003

Dosen Pembimbing II,

D R A h m ad B a r i z i M . A NIP 19731212 199803 1 001

Tanggal 1 Juli 2010

Mengetahui

Ketua Jurusan Fisika

Drs . M . T i r o n o , M. Si NIP. 19641211 199111 1 001



Skripsi

Oleh: PUJI

ASTUTI NIM.

05540004

Telah Dipertahankan Didepan Dewan Penguji Skripsi dan

Dinyatakan Diterima Sebagai Salah Satu Persyaratan

Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

Tanggal 27 Juli 2010

Susunan Dewan Penguji: Tanda Tangan

1. Penguji Utama : Imam Tazi, M. Si ( )

2. Ketua : Farid Samsu H, S.Si ( )

3. Sekretaris : Irjan M,Si ( )

4. Anggota : DR. Ahmad Barizi, MA ( )

Mengetahui dan Mengesahkan, Ketua Jurusan Fisika

D r s . M o k ha m a d. T i r ono, M . Si. NIP. 19641211 199111 1 001

SURAT PERNYATAAN

ORISINALITAS PENELITIAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Puji Astuti

Nim : 05540004

Fakultas / Jurusan : Sains dan Teknologi

Judul Penelitian : Desain Sistem Pemanas Air Menggunakan Radiasi Sinar

Matahari

Menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa hasil penelitian saya ini

tidak terdapat unsur-unsur penjiplakan karya penelitian atau karya ilmiah yang

pernah dilakukan atau dibuat oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis dikutip

dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.

Apabila ternyata hasil penelitian ini terbukti terdapat unsur-unsur jiplakan,

maka saya bersedia untuk mempertanggung jawabkan, serta diproses sesuai

peraturan yang berlaku.

Malang, 01 Juli 2010

Yang Membuat Pernyataan.

PUJI ASTUTI

NIM. 05540004

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr. Wb.

Puji syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. atas segala

rahmat, taufiq serta hidayah-Nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga

penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Desain Sistem Pemanas

Air Menggunakan Radiasi Sinar Matahari”.

Shalawat serta salam tetap terlimpahkan kepada junjungan kita Nabi Besar

Muhammad SAW., yang telah membimbing ummatnya ke jalan yang diridhoi

Allah SWT yakni Diinul Islam.

Penulis menyadari bahwa baik dalam perjalanan studi maupun dalam

penyelesaian skripsi ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan motivasi dari

berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan

terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada:

1. Prof. Dr. H. Imam Suprayogo, selaku Rektor Universitas Islam Negeri (UIN)

Maulana Malik Ibrahim Malang, dan para pembantu Rektor, atas segala

motivasi dan layanan fasilitas yang telah diberikan selama penulis menempuh

studi.

2. Prof. Drs. Sutiman Bambang Sumitro, SU, D.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Islam Negeri (UIN) Maulana Malik Ibrahim

Malang

3. Drs. Moh. Tirono, M.Si., selaku Ketua Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Islam Negeri (UIN) Maulana Malik Ibrahim Malang.

4. Irjan M.Si, selaku Dosen Pembimbing I yang penuh perhatian, ketelatenan,

kesabaran dalam memberikan bimbingan dan arahan dalam penulisan skripsi

ini.

5. DR Ahmad Barizi, M.A, selaku pembimbing II yang telah bersedia

meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan pengarahan selama

penulisan skripsi di bidang integrasi Sains dan Al-Qur’an.

6. Segenap bapak ibu dosen pengajar UIN Maulana Malik Ibrahim Malang

terima kasih atas ilmu yang telah diberikan kepada penulis.

7. Kedua orang tuaku, Bapak dan Ibu yang selalu membimbing, mendidik,

mengarahkan, dan mendo’akan sehingga sampai pada detik-detik penulisan

skripsi ini dengan lancar.

8. Mba’ Nia, mba’ Ema, Mas Kus dan Mas Rahmad terima kasih atas

bantuannya.

9. Teman-teman Fisika, terutama angkatan 2005 beserta semua pihak yang telah

membantu penyelesaian skripsi ini.

Tiada ucapan yang dapat penulis haturkan kecuali “Jazaakumullah Ahsanal

Jazaa” semoga semua amal baiknya diterima oleh Allah SWT.

Dengan bekal dan kemampuan terbatas, tiada kata selain harapan semoga

skripsi ini bermanfaat sesuai dengan maksud dan tujuannya. Amiin Ya Robbal

Alamiin.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Malang, 1 Juli 2010

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i

HALAMAN PENGAJUAN ........................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ....................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ iv

MOTTO ......................................................................................................... v

PERSEMBAHAN .......................................................................................... vi

KATA PENGANTAR.................................................................................... vii

DAFTAR ISI .................................................................................................. ix

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR...................................................................................... xiii

DAFTAR GRAFIK. ....................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. . xv

ABSTRAK...................................................................................................... xvi

ABSTRACT ................................................................................................... xvii

BAB I: PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang............................................................................... 11.2 Rumusan Masalah .......................................................................... 41.3 Tujuan Penelitian ........................................................................... 51.4 Batasan Masalah ............................................................................ 61.5 Manfaat Penelitian ......................................................................... 6

BAB II: TINJAUAN PUSTKA

2.1 Matahari ....................................................................................... 82.1.1 Karakteristik Matahari .......................................................... 102.1.2 Energi Matahari.............................................. ........................ 11

2.2 Radiasi Matahari........................................................................... 122.2.1 Pengertian ............................................................................ 122.2.2 Sifat-sifat Radiasi.................................................................. 142.2.3 Karakteristik Radiasi dari Permukaan yang Bertingkah Laku

Seperti Benda Hitam............................................................. 16

2.2.3.1 Emisi Permukaan............................................ ............ 162.2.3.2 Absopsivitas (Penyerapan).............................. ........... 162.2.3.3 Transmisivitas............................................................... 172.2.3.4 Sistem Kolektor Matahari............................................. 17

2.3 Perpindahan Kalor ........................................................................ 192.3.1 Konduksi.................................................................... ............. 202.3.2 Konveksi.................................................................... ............. 212.3.3 Radiasi....................................................................... ............. 22

2.4 Temperatur ................................................................................... 232.5 Karakteristik Aluminium .............................................................. 232.6 Fluida ........................................................................................... 25

2.6.1 Tekanan dalam Fluida............................................................. 252.6.2 Gerakan Fluida dan Laju Aliran................................... .......... 252.6.3 Perpindahan Kalor pada Air.................................................... 27

2.7 Air ................................................................................................ 282.7.1 Karakteristik Air......................................................... ............ 282.7.2 Manfaat Air ............................................................... ............. 31

BAB III: METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian.......................................................... 343.2 Perancangan dan Pembuatan Alat .................................................. 34

3.2.1 Alat dan Bahan .................................................................... 343.2.2. Prosedur Perancangan Alat................................................... 353.2.3. Parameter yang Dihitungan .................................................. 363.2.4. Langkah-Langkah Pengamatan dan Pengambilan Data......... . 363.2.5. Analisa Data ........................................................................ 373.2.6. Diagram Alur Perancangan Alat........................................... 38

BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengukuran .................................................................. 394.1.1 Debit 0,04 liter/menit .......................................................... 394.1.2 Debit 0,09 liter/menit .......................................................... 424.1.3 Debit 0,13 liter/menit .......................................................... 444.1.4 Debit 0,18 liter/menit .......................................................... 47

4.2 Analisa Data .................................................................................. 494.2.1 Temperatur Rata-rata .......................................................... 49

a. Debit 0,04 liter/menit........................................................... 49 b. Debit 0,09 liter/menit........................................................... 50c. Debit 0,13 liter/menit........................................................... 51

d. Debit 0,18 liter/menit........................................................... 524.2.2 Efisiensi Alat ...................................................................... . 53

a. Debit 0,04 liter/menit........................................................... 54 b. Debit 0,09 liter/menit........................................................... 54 c. Debit 0,13 liter/menit........................................................... 55d. Debit 0,18 liter/menit........................................................... 55

4.3 Pembahasa........................................................................................... 554.3.1 Desain Alat yang Efektif dan Efisien........................................ 554.3.2 Temperatur Air Maksimum....................................................... 574.3.3 Waktu Efektif untuk Menghasilkan Temperatur Maksimum... 594.3.4 Debit Ideal................................................................................. 59

BAB V: PENUTUP

5.1 Kesimpulan................................................................................... 615.2 Saran ............................................................................................ 62

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN-LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

No Judul Halaman

3.1 Nilai konduktivitas termal berbagai zat............................................. ........ 184.1. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Tanggal 06 Juli 2009............. 354.2. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 07Juli 2009...............354.3. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 08 Juli 2009............. 364.4. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 09 Juli 2009............. 374.5. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 10 Juli 2009............. 374.6. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 11 Juli 2009............. 384.7. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 13 Juli 2009............. 384.8. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 14 Juli 2009............. 384.9. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 15 Juli 2009............. 394.10. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 16 Juli 2009........... 394.11. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 17 Juli 2009........... 404.12. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 18Juli 2009............ 404.13. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 21Juli 2009............ 414.14. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 22Juli 2009............ 414.15. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 23Juli 2009............ 414.16. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 24Juli 2009............ 424.17. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 25Juli 2009............ 424.18. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 27Juli 2009............ 434.19. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 28Juli 2009............ 434.20. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 29Juli 2009............ 444.21. Data Temperatur Air Rata-Rata untuk Debit 0,04 liter/menit...................... 444.22. Data Temperatur Air Rata-Rata untuk Debit 0,09 liter/menit...................... 454.23. Data Temperatur Air Rata-Rata untuk Debit 0,13 liter/menit...................... 464.24. Data Temperatur Air Rata-Rata untuk Debit 0,18 liter/menit...................... 46

DAFTAR GAMBAR

No Gambar Halaman

2.1 Aliran Fluida Melalui Pipa yang Diameternya Berubah-ubah.................... 23

2.2 Gambar Desain Alat Pemanas Air Menggunakan Radiasi Sinar

Matahari......................................................................................................... 59

2.3 Foto Alat Secara Keseluruhan........................................................................ 62

DAFTAR GRAFIK

No Grafik Halaman

4.1 Untuk debit 0,04 liter/menit........................................................................ 48




DAFTAR LAMPIRAN

1. Diagram Alur

2. Gambar Desain Alat Pemanas Air Menggunakan Radiasi Sinar Matahari

3. Grafik Temperatur Rata-Rata Pada Temperatur Lingkungan, Air Pada Tandon Air Dingin

dan Temperatur Air Panas Setelah Melewati Kolektor Kedua Vs Waktu Pengamatan

Perhitungan

4. Foto Alat Secara Keseluruhan

5. Kartu Bimbingan Skripsi

ABSTRAK

Astuti, Puji. 2009. Desain Sistem Pemanas Air Menggunakan Radiasi Sinar Matahari. Skripsi.Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Islam Negeri (UIN) MaulanaMalik Ibrahim Malang.

Pembimbing : (1) Irjan M.Si. (2) DR Ahmad Barizi, M.A

Kata Kunci: Kolektor Surya, Pemanas Air

Matahari merupakan energi alternatif yang tidak bersifat polutif, berlimpah,bersifat terbarukan, gratis, tidak akan habis dan dapat dimanfaatkan baik secara langsung maupun tidak langsung dan merupakan energi sepanjang masa (Qs. Yassin/36:38). Berdasarkan hal tersebut kita dapat memanfaatkan energi dari radiasi sinar matahari untuk suatu sistem pemanas air yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan mandi keluarga.

Kolektor pada alat ini menggunakan bahan dari aluminium, karena aluminium merupakan penghantar panas terbaik setelah tembaga, selain itu harga aluminium relatif lebih murah dan tidak mudah korosi (karatan). Kolektor dibuat bersekat-sekat dan dibentuk seperti usus, dengan tujuan agar air yang mengalir ke sekat selanjutnya sudah berupa air panas. Kolektor ini sendiri dibuat sebanyak dua buah yang diletakkan dalam kotak/box yang terbuat dari kaca transparan untuk mengurangi terjadinya kerugian kalor dari kolektor ke lingkungan.

Pengambilan data dilakukan dengan metode pengamatan dan pengukuran temperatur air dan volume air. Uji coba dilakukan menggunakan empat variasi debit, setiap debit dilakukan sebanyak lima hari. Pengukuraan temperatur air ini dilakukan selama 5 ½ jam, dari pukul 09.30-15.00 WIB.

Temperatur maksimum air panas rata-rata yang diukur pada kolektor kedua untuk debit 0,04 liter/menit yaitu berkisar pada 67-74,60C, debit 0,09 liter/menit berkisar pada 58-660C, debit 0.13 liter/menit berkisar pada 42-540C dan untuk debit 0,18 liter/menit berkisar pada 34,8-450C. Dan saat-saat yang efektif untuk menghasilkan panas yang maksimal terjadi pada pukul 12.30-14.00WIB.

Dari hasil uji coba debit di atas dapat diketahui bahwa debit ideal 0,18 liter/menit mendekati debit ideal (air yang dapat menghasilkan temperatur maksimal, tetapi cukup untuk kebutuhanmandi keluarga). Menurut jurnal PDGI 2009 temperatur ideal untuk mandi berkisar pada temperatur 32-350C.

ABSTRACT

Astuti, Puji. 2010. A system design of water heater use the sun radiation. Thesis. Physics department, science and technology faculty, The State Islamic University of Maulana Malik Ibrahim of Malang.

The Advisor: (1) Irjan, M. Si. (2) DR. Ahmad Barizi, M. A

Key words: Sun Collector and Water Heater

Sun is the alternative energy that is not pollutive, abundant, renewable, free, endless, and it can be used both directly or indirectly and it is an energy in along the time (Qs. Yaasiin/ 36:38). Based on the explanation above, we can use the energy of sun radiation for the water heater system which can be used to fill the family need for taking a bath.

The material of this collector device is derived from aluminium. Because aluminium is not only the best conductor after copper, but also its price is relatively cheaper and it is not easy to be corrosion. The collector is designed to be sectional and formed as intestine in order to the water will flow to the next partition and has change to be a hot water. It is made to be two collectors which placed in the box, that designed from the transparant glass in order to decrease the loss of heat from the collector to the environment.

The data collection is done by using the method of observing and measuring water temperature and water volume. The testing is practiced by using four debits variety. Each debit observerved for five days. This measuring of the water temperature is done for five hours and a half, at 09.30am – 03.00pm.

The average of maximum hot water temperature that is measured to the second collector for the first debit 0,04 liter/ minute is ranging in 67-74,6°C, the second debit 0,09 liter/ minute is ranging in 58-66°C, the third debit 0,13 liter/minute is ranging in 42-54°C, and the last debit 0,18 liter/ minute is ranging in 34,8-45°C. Thus the effective time to produce the maximum heat is at12.30pm – 02.00pm.

From the explanation of the experiment above, it can be concluded that the ideal debit is0,18 liter/ menit is approaching the ideal debit (the water which can produce the maximum temperature, but enough for the family need to take a bath). According to the journal of PDGI2009, the ideal temperature to take a bath is in the temperature about32-35°C.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di muka bumi ini kita mengenal dua jenis sumber energi, yaitu sumber energi yang dapat

diperbaharui dan yang tidak dapat diperbaharui. Penggunaan energi secara nasional cenderung

pada sumber energi berupa minyak bumi dan gas alam. Yang menjadi masalah di sini yaitu,

persediaan sumber energi tersebut semakin menipis dikarenakan sumber energi tersebut tidak

dapat diperbaharui. Jika dibiarkan dapat mengancam kelangsungan kehidupan manusia di muka

bumi ini.

Untuk mengatasi masalah tersebut maka diperlukan usaha-usaha untuk mencari sumber

energi alternatif seperti energi tenaga air, batu bara, geothermal, gas alam, solar cell, dan sel

bahan bakar seperti penggunaan biomassa dan lain-lain (Jurnal Nutrino.2009).

Keunggulan dari energi matahari (solar cell) ini dibandingkan dengan sumber energi

alternatif lainnya adalah tidak bersifat polutif, berlimpah, bersifat terbarukan, gratis, tidak

pernah habis, dan dapat dimanfaatkan baik secara langsung maupun tidak langsung dan

merupakan sumber energi sepanjang masa. Sebagaimana dijelaskan dalam surat An Naba ayat

13 sebagai

berikut:

Dan kami jadikan pelita yang amat terang (matahari) (QS. An Naba ayat 13).

Potensi penggunaan energi matahari ini dapat kita manfaatkan untuk penyinaran, pemanas

air, pengering hasil pertanian dan perikanan, perkembangan tumbuhan, sebagai bahan bakar,

penghasil tenaga listrik dan lain-lain.

Sejauh ini, pemanfaatan sumber energi matahari yang paling banyak yaitu untuk pemanas.

Pemanas air dengan menggunakan tenaga matahari atau lebih dikenal dengan sebutan solar

water heater system yang belakangan ini banyak dibicarakan. Pemanas air ini memanfaatkan

energi dari alam yang tidak akan habis. Bandingkan dengan pemanas air yang menggunakan

tenaga listrik, gas atau minyak bumi. Seperti yang kita ketahui saat ini suplai listrik sangat

terbatas, apalagi di beberapa daerah masih mengalami krisis listrik. Selain itu dari sisi ekonomi,

biaya yang dikeluarkan untuk membayar tagihan listrik juga semakin tinggi untuk setiap

tahunnya. Sama halnya dengan pemanas air yang menggunakan energi gas, sebagaimana kita

ketahui bahwa minyak bumi dan gas merupakan sumber daya alam yang tidak dapat

diperbaharui, yang tentunya akan habis apabila digunakan secara terus-menerus.

Berdasarkan hal tersebut di atas, kita dapat memanfaatkan energi dari radiasi sinar

matahari untuk suatu sistem pemanas air yang dapat digunakan untuk memanaskan air, untuk

keperluan kebutuhan mandi keluarga. Sebagaimana firman Allah SWT dalam surat Al

Qamar ayat 12

sebagai berikut:

“Dan kami jadikan bumi memancarkan mata air-mata air, Maka bertemu- lah air-air itu untuk suatu urusan yang sungguh Telah ditetapkan” (QS. Al Qamar ayat 12 ).

Oleh karena itu diperlukan suatu proses untuk mencapai ke arah itu. Untuk mendukung proses

ini diperlukan suatu alat yang bisa menaikan temperatur air dari normal ke temperatur yang lebih

panas. Untuk keperluan ini, dibutuhkan suatu alat pemanas air yang dinamakan kolektor.

Kolektor di sini berfungsi sebagai penyerap dan penyimpan panas dari radiasi sinar matahari.

Beberapa penelitian tentang pemanas air menggunakan energi dari radiasi matahari ini

telah dilakukan di antaranya yaitu oleh Subhan Hamka dengan judul penelitian “Pemanas Air

Energi Surya Dengan Cermin Datar Sebagai Reflektor Cahaya Dengan Pipa Hitam Sebagai

Medium Air” (2005) dan Ferry Eka Budi Setiawan dengan judul penelitian “Perancangan Alat

Pemanas Air Tenaga Surya” (2006).

Terkait dengan hasil dari penelitian Subhan Hamka hanya terdapat satu kolektor panas

menggunakan pipa tembaga dengan ukuran kolektor 1m x 0,5m, selain itu menggunakan cermin

sebagai reflektor sinar matahari. Penelitian yang sama dilakukan oleh Ferry Eka Budi Setiawan,

akan tetapi yang berbeda dengan peneliti sebelumnya adalah tidak menggunakan cermin sebagai

reflektor cahaya. Dari kedua penelitian di atas hanya menargetkan temperatur yang akan

dicapai melalui pemanasan kolektor untuk jangka waktu tertentu. Subhan Hamka

menargetkan

temperatur mencapai 800

dan Ferry Eka Budi Setiawan 700. Temperatur ini tidak diperoleh dari

pengamatan dan pengukuran temperatur secara langsung, akan tetapi hanya berdasarkan

perhitungan teoritik.

Kekurangan lain dari ke dua peneliti sebelumnya yaitu kolektor tidak dipasang di dalam

kotak/box dari kaca transparan sehingga diperkirakan terjadi kerugian kalor dari kolektor ke

lingkungan. Selain itu keduanya tidak menjelaskan berapa banyak air panas yang mereka

peroleh.

Merujuk dari penelitian yang telah ada, penulis mencoba untuk mendesain ulang alat

pemanas air ini dengan mengambil judul “Desain Sistem Pemanas Air Menggunakan Radiasi

Sinar Matahari”. Di sini penulis akan membuat kolektor sebanyak dua buah dengan ukuran yang

sama dan dibuat bertingkat untuk mendukung aliran debit air dari tandon air dingin ke tandon air

panas. Kotak untuk kolektor dibuat dari kaca transparan sehingga sinar matahari dapat

memanaskan kolektor dari arah mana saja. Pengukuran temperatur dilakukan setiap 30 menit

sekali. Pengambilan data hanya dilakukan pada saat cuaca terang saja. Untuk memaksimalkan

temperatur kolektor, bahan yang digunakan untuk kolektor yaitu aluminium bukan tembaga,

karena aluminium lebih cepat proses pemanasannya, tidak mudah karatan (korosi) dan harganya

relatif lebih murah dibanding harga tembaga. Dari desain ini diharapkan temperatur yang akan

diperoleh mencapai maksimum.

1.2 Rumusan Masalah

Pada penelitian ini peneliti memiliki beberapa masalah, yaitu :

a. Bagaimana mendesain sistem pemanas yang efektif dan efisien?

b. Berapa temperatur maksimum rata-rata air panas yang dihasilkan untuk setiap debit uji coba

pada sistem pemanas air tenaga matahari?

c. Pada kondisi cuaca terang atau tidak mendung/hujan, pada rentang waktu kapan saat-saat

yang efektif (saat kolektor memberikan panas yang maksimal) untuk menghasilkan

temperatur air yang maksimum?

d. Berapa debit ideal yang dibutuhkan untuk memperoleh air panas yang cukup dalam

memenuhi kebutuhan mandi keluarga? Debit ideal adalah air yang dapat menghasilkan

temperatur maksimal (berkisar pada 32–350C), tetapi cukup untuk kebutuhan mandi

keluarga (Jurnal PDGI.2009).

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu:

a. Mengetahui bagaimana mendesain sistem pemanas air yang efektif dan efisien

b. Mengetahui berapa temperatur maksimum rata-rata air panas yang dihasilkan untuk setiap

debit uji coba pada sistem pemanas air tenaga matahari

c. Mengetahui pada rentang waktu kapan saat-saat yang efektif (saat kolektor memberikan

panas yang maksimal) guna menghasilkan temperatur air yang maksimum.

d. Mengetahui berapa debit ideal yang dibutuhkan untuk memperoleh air panas dalam

memenuhi kebutuhan mandi keluarga. Temperatur air panas ideal untuk mandi keluarga

berkisar antara 32–350C (j u r n a l PDGI.2009)

1.4 Batasan Masalah

Penulis hanya membatasi masalah pada lingkup:

a. Tenaga atau energi yang digunakan adalah energi dari radiasi sinar matahari.

b. Pengambilan data dilakukan selama rentang waktu 5 1/2 jam, yaitu pada pukul 09.30-15.00

WIB. Hal ini dikarenakan intensitas energi matahari sebelum dan sesudah rentang waktu

tersebut telah melemah.

c. Untuk itu penelitian akan diuji coba pada pengaturan debit air 0,18 liter; 0,13 liter; 0,09 liter;

dan 0,04 liter setiap menitnya.

d. Pengukuran temperatur air panas pada tiap kolektor dilakukan setiap 30 menit.

e. Kolektor panas menggunakan bahan dari aluminium. Hal ini dikarenakan bahan ini lebih

cepat proses pemanasannya, tidak mudah karatan (korosi) dan harganya relatif lebih murah.

f. Air yang digunakan yaitu air bersih dari PDAM

g. Alat dibuat dalam bentuk miniatur.

1.5 Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat dalam beberapa hal yaitu:

a. Memperkenalkan desain sistem pemanas air menggunakan radiasi sinar matahari kepada

masyarakat luas. Terutama bagi mereka yang menggunakan air panas untuk keperluan

mandi keluarga

b. Diharapkan agar masyarakat khususnya masyarakat pengguna air panas/hangat untuk

kebutuhan mandi keluarga dapat mengetahui, memahami, dan dapat mendesain alat tepat

guna sebagai pemanas air alternatif selain pemanas air tenaga listrik, minyak bumi atau

gas yang mana jumlah cadangannya semakin menipis

c. Sebagai penerapan dari ilmu perpindahan panas yang diterapkan pada pemanas air dengan

memanfaatkan energi dari radiasi matahari

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Matahari

Matahari adalah bintang yang terdapat di jagat raya ini dan berada paling dekat dengan

bumi. Matahari menyadiakan energi yang dibutuhkan oleh kehidupan di bumi ini secara terus-

menerus dan berputar pada porosnya. Sementara itu terkait dengan perjalanan matahari Allah

SWT berfirman dalam surat Yaasiin ayat 38 sebagai berikut:

& $% # # " !

“Dan matahari berjalan ditempat peredarannya. Demikianlah ketetapan yang MahaPerkasa lagi Maha Mengetahui” (Qs.Yassin:38)

Sumber energi berjumlah besar dan kontinu terbesar yang tersedia bagi umat manusia

adalah energi surya dan energi elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari. Energi surya

sangat aktif karena tidak bersifat polutif dan tidak dapat habis. Akan tetapi arus energi yang

rendah mengakibatkan digunakannya sistem dan kolektor yang permukaannya luas untuk

mengumpulkan dan mengkonsentrasikan energi matahari ini

(Darwin Sitompul dan Kusnul Hadi.1994: 83).

Di dalam Al Qur’an terdapat 44 ayat yang menjelaskan mengenai matahari, diantaranya:

Surat An Nuur ayat ke 35 yang berbunyi:

- " ! ! * + , () '

*# % + # -% ( 1 - ' 1 - #

-0 ' * / # % $ , . #

-

' , 5

5 / () 4 * 3 $ 2+#

6 $% 2 . + * -

“Allah (Pemberi) cahaya (kepada) langit dan bumi. perumpamaan cahaya Allah, adalah seperti sebuah lubang yang tak tembus[1039], yang di dalamnya ada Pelita besar. Pelita itu di dalam kaca (dan) kaca itu seakan-akan bintang (yang bercahaya) seperti mutiara, yang dinyalakan dengan minyak dari pohon yang berkahnya, (yaitu) pohon zaitun yang tumbuh tidak di sebelah timur (sesuatu) dan tidak pula di sebelah barat(nya)[1040], yang minyaknya (saja) hampir-hampir menerangi, walaupun tidak disentuh api. cahaya di atas cahaya (berlapis-lapis), Allah membimbing kepada cahaya-Nya siapa yang dia kehendaki, dan Allah memperbuat perumpamaan-perumpamaan bagi manusia, dan Allah Maha mengetahui segala sesuatu” (QS.An Nuur:35)

[1039] yang dimaksud lubang yang tidak tembus (misykat) ialah suatu lobang di dinding rumah yang tidak tembus sampai kesebelahnya, Biasanya digunakan untuk tempat lampu, atau barang-barang lain.

[1040] Maksudnya: pohon zaitun itu tumbuh di puncak bukit ia dapat sinar matahari baik di waktu matahari terbit maupun di waktu matahari akan terbenam, sehingga pohonnya subur dan buahnya menghasilkan minyak yang baik.

Surat Al Baqarah ayat ke 115 yang berbunyi:

6 $% / 56 94 3 8 3 # 2 0 1 7

“Dan kepunyaan Allah-lah timur dan barat, Maka kemanapun kamu menghadap di situlah wajah Allah[83]. Sesungguhnya Allah Maha luas (rahmat-Nya) lagi Maha Mengetahui” (QS. Al Baqarah:115)

[83] Disitulah wajah Allah maksudnya; kekuasaan Allah meliputi seluruh alam; sebab itu di mana saja manusia berada, Allah mengetahui perbuatannya, Karena ia selalu berhadapan dengan Allah.

Surat Az Zumar ayat ke 5 yang berbunyi:

: 6 % ! +#

; % +# : 9 8 ' : 7

6 '; 1 # 1 * => 0

“Dia menciptakan langit dan bumi dengan (tujuan) yang benar; dia menutupkan malam atas siang dan menutupkan siang atas malam dan menundukkan matahari dan bulan, masing- masing berjalan menurut waktu yang ditentukan. ingatlah dialah yang Maha Perkasa lagi Maha Pengampun” (QS. Az Zumar:5)

Surat Al Furqaan ayat ke 61 yang berbunyi:

“Maha Suci Allah yang menjadikan di langit gugusan-gugusan bintang dan dia menjadikan juga padanya matahari dan bulan yang bercahaya” (QS. Al Furqaan)

Surat Al Anbiyaa ayat ke 33 yang berbunyi:

? 9 < 5 " , ; :

“Dan dialah yang Telah menciptakan malam dan siang, matahari dan bulan. masing- masing dari keduanya itu beredar di dalam garis edarnya” (QS. Al Anbiyaa:33)

dan seterusnya.

2.1.1 Karakteristik Matahari

Matahari bintang terdekat yang memberikan energi untuk mempertahankan kehidupan

di bumi. Jika kita memandang matahari ketika terbit dan terbenam atau melalui lapisan

awan, maka matahari tampak seperti piringan yang pinggirnya jelas. Piringan

matahari yang tampak ini disebut fotosfer. Dalam suatu kesempatan kita dapat melihat

noda-noda (spots) hitam pada fotosfer.

Diameter matahari sekitar 14 x 105

Km atau 109 kali diameter bumi. Massa matahari

333.400 kali massa bumi atau secara pendekatan 1,99 x 1030 Kg. Dengan mengetahui ukuran

dan massa matahari maka diperoleh densitas matahari rata-rata 1,41 g/cm3 yang lebih

rendah seperempat kali dibandingkan densitas bumi rata-rata.

Di atas fotosfer terdapat lapisan kromosfer atau lapisan warna (sphere of color) yang

tebalnya sekitar 16.000 Km. Kromosfer menandai transisi dari fotosfer ke atmosfer matahari

bagian luar yang meluas sampai jutaan kilometer ke dalam angkasa (Bayon jasyono.2006:

67-69).

2.1.2 Energi Matahari

Setiap menit matahari meradiasikan energi sebesar 56 x 1026 kalori. Energi matahari

persatuan luas pada jarak jauh dari permukaan bola dengan matahari sebagai pusat bulatan

dan jari-jari bulatan 150 juta Km (jarak rata-rata bumi dengan matahari) adalah:

56 ×10 26 kal.menit −1

S =4π × (15 ×1012 cm)2

≈ 2,0 kal.cm-2menit-1 (pembulatan) = Langley menit-1

S = 2,0 Ly menit-1, yang disebut konstana matahari

(Bayong Tjasyono.2006:81).

b

Energi matahari yang diterima bumi dengan jari-jari 6370 km adalah

E = πa2 S

= 3,14 x (637 x 106cm)2 x 2 kal cm-2menit-1

= 2,55 x 1018 kal.menit-1

= 3,67 x 1021kal/hari

(Bayong Tjasyono.2006:81).

2.2 Radiasi Matahari2.2.1 Pengertian

Radiasi adalah proses perpindahan panas melalui gelombang elektromagnetik atau

paket-paket energi (photon) yang dapat dibawa sampai pada jarak yang sangat jauh tanpa

memerlukan interaksi dengan medium (ini yang menyebabkan mengapa perpindahan panas

radiasi sangat penting pada ruang vakum), disamping itu jumlah energi yang dipancarkan

sebanding dengan temperatur benda tersebut. Kedua hal tersebut yang membedakan antara

peristiwa perpindahan panas konduksi dan konveksi dengan perpindahan panas radiasi (Raldi

Artono. 2002:183).

Tidak seluruh energi yang disebutkan dalam konstanta surya mencapai permukaan

bumi, karena terdapat absorpsi yang kuat dari karbondioksida dan uap air di atmosfer.

Radiasi surya yang menimpa permukaan bumi juga bergantung dari kadar debu dan zat

pencemar lainnya dalam atmosfer. Energi surya yang maksimal akan mencapai permukaan

bumi bilamana berkas sinar itu langsung menimpa permukaan bumi karena:

a) Terdapat bidang pandang yang lebih luas terhadap fluks surya yang datang

b) Berkas sinar surya menempuh jarak yang lebih pendek di atmosfer, sehingga

mengalami absorpsi lebih sedikit dari pada jika sudut timpanya miring terhadap

normal (J.P. Hotman. 1994:422).

Radiasi elektromagnetik terdiri atas beberapa jenis, dimana radiasi termal adalah salah

satu jenis dari radiasi ini. Radiasi ini merambat dengan kecepatan cahaya (3x1010 m/s).

Kecepatan ini sama dengan hasil perkalian antara panjang gelombang dengan frekuensi

radiasi

c = λ × V

(Raldi Artono. 2002:184)

dimana: c adalah kecepatan cahaya (m/s)λ adalah panjang gelombang ( µm )v adalah frekuensi (Hz)

Seperti yang telah disebutkan di atas bahwa radiasi termal adalah proses perpindahan

panas melalui paket-paket energi yang disebut photon (kuantum), dimana menurut postulat

Planck setiap kuantum mengandung energi sebesar:

h = 6,625 x 10-34 Js

(Raldi Artono. 2002:184).

Setiap kuantum dapat kita anggap sebagai suatu partikel yang mempunyai energi,

massa dan momentum, seperti halnya gas. Jadi pada hakikatnya, radiasi dapat

digambarkan sebagai “gas photon” yang dapat mengalir dari suatu tempat ke tempat

lain. Dengan menggunakan hubungan relativistic antara massa dan energi. Dapatlah kita

turunkan suatu persamaan untuk massa dan energi dari “partikel” tersebut.

E = mc2 = hv m = hv/c2

momentum = c (hv/c2)=hv/c

Keterangan: h adalah konstanta Planckc adalah kecepatan cahaya

(Raldi Artono. 2002:184).

Frekuensi dari cahaya tidak akan berubah pada saat cahaya tersebut memasuki suatu

medium ke medium lain selama energinya tetap. Laju energi yang dipindahkan tergantung

kepada beberapa faktor yaitu:

1) Temperatur (permukaan yang mengemisi dan yang menerima radiasi)

2) Emisivitas (permukaan yang teradiasi)

3) Refleksi, Absorpsi, dan Transmisi

4) Faktor pandang (views factor) antara permukaan yang mengemisi dan yang

menerima radiasi (sudut pandang antara manusia terhadap sumber radiasi) (Raldi

Artono. 2002:184).

2.2.2 Sifat-Sifat Radiasi

Gelombang elekromagnetik berjalan melalui suatu medium (vacum) dan mengenai

suatu permukaan atau medium lain maka sebagian gelombang akan dipantulkan sedangkan,

gelombang yang tidak dipantulkan akan menembus ke dalam medium atau permukaan yang

dikenainya. Pada saat melalui medium, intensitas gelombang secara berkelanjutan akan

mengalami pengurangan. Jika pengurangan tersebut berlangsung sampai tidak ada lagi

gelombang yang akan menembus permukaan yang dikenainya maka permukaan ini disebut

sebagai benda yang bertingkah laku seperti benda hitam (Raldi Artono. 2002:185).

Karakteristik lain dari benda hitam adalah bahwa semua radiasi yang jatuh padanya

akan diserap dan bahwa emisi maksimal mungkin terjadi dalam semua panjang gelombang

dan semua arah (Bayong Tjasyono. 2006:82-83).

Jika gelombang melalui suatu medium tanpa mengalami pengurangan hal ini disebut

sebagai benda (permukaan) transparan dan jika hanya sebagian dari gelombang yang

mengalami pengurangan hal ini disebut sebagai permukaan semi transparan. Apakah suatu

medium adalah benda yang bertingkahlaku seperti benda hitam, transparan atau semi

transparan tergantung kepada ketebalan lapisan materialnya. Benda logam biasanya bersifat

seperti benda hitam. Benda non logam umumnya memerlukan ketebalan yang lebih besar

sebelum benda ini bersifat seperti benda hitam.

Permukaan yang bersifat seperti benda hitam tidak akan memantulkan cahaya radiasi

yang diterimanya, oleh karena itu kita sebut sebagai penyerap paling baik atau permukaan

hitam. Jadi permukaan yang tidak memantulkan radiasi akan terlihat hitam (Raldi Artono.

2002:185).

Permukaan dari benda hitam adalah permukaan yang paling ideal yang mempunyai

sifat-sifat:

1) Benda hitam menyerap semua radiasi yang disengaja (irradiasi) tanpa melihat

panjang gelombang dan arah datangnya sinar (diffuse)

2) Pada semua temperatur dan panjang gelombang yang diizinkan, tidak ada permukaan

yang dapat menghasilakan energi lebih banyak daripada benda hitam.

3) Walaupun emisi radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam adalah fungsi dari panjang

gelombang dan temperatur, dan tidak bergantung pada arah datangnya sinar (Raldi

Artono. 2002:190).

2.2.3 Karakteristik Radiasi dari Permukaan yang Bertingkahlaku seperti Benda

Hitam

2.2.3.1 Emisi Permukaan

Sifat dari permukaan radiasi (emisivitas) didefinisikan sebagai perbandingan radiasi

yang dihasilkan oleh permukaan benda hitam pada temperatur yang sama. Emisivitas

mempunyai nilai yang berbeda tergantung kepada panjang gelombang dan arahnya. Nilai

emisivitas bervariasi dari 0-1, di mana benda hitam mempunyai nilai emisivitas 1.

2.2.3.2 Absorpsivitas (Penyerapan)

Tidak seperti halnya emisivitas, absorpsivitas atau refleksivitas dan transmisivitas

bukanlah bagian dari sifat-sifat permukaan karena ketiga hal ini bergantung kepada

radiasi yang datang ke kepermukaan. Absorpsi adalah proses pada saat suatu permukaan

menerima radiasi dimana tidak semua energi diserap oleh permukaan tersebut, melainkan

ada sebagian yang dipantulkan atau ditransmisikan. Akibat langsung dari proses

penyerapan ini adalah terjadinya peningkatan energi dari dalam medium yang terkena

panas tersebut (Raldi Artono. 2002:203-204).

2.2.3.3 Transmisivitas

Transmisivitas adalah fraksi dari jumlah energi radiasi yang ditransmisikan

perjumlah total energi radiasi yang diterima suatu permukaan (Raldi Artono. 2002:208).

2.2.3.4 Sistem Kolektor Matahari

Dalam kasus plat kolektor matahari, perangkap terbaik untuk menangkap radiasi

matahari adalah permukaan hitam. Pada permukaan ini radiasi diserap dan konversi dari

energi cahaya menjadi energi panas.

Desain penting yang perlu dipertimbangkan pada kolektor matahari adalah

meminimalkan kehilangan (kerugian) panas pada kolektor. Untuk keperluan ini biasanya

digunakan penutup transparan yang dapat dilalui oleh radiasi matahari dan

meminimalkan kehilangan konduksi dan konveksi panas dengan mempertahankan

lapisan udara panas di atas plat kolektor dan meminimalkan kehilangan panas radiasi

kembali dari plat kolektor ke lingkungan. Berkurangnya panas yang hilang dari

sebuah plat kolektor matahari berarti pula peningkatan efisiensi.

Peningkatan efisiensi dari kolektor matahari ditentukan oleh penutup transparan.

Penutup transparan ideal mempunyai permukaan yang transparan terhadap radiasi

matahari yang menimpanya, dan memantulkan radiasi panjang gelombang besar kembali

ke kepermukaan kolektor dimana akan diserap kembali.

Efisien atau randemen penangkap ( ) dari sebuah plat kolektor surya didefinisikan

sebagai rasio jumlah penggunaan energi yang dikumpulkan dengan radiasi yang diterima

.

(Jurnal Nutrino.2009)

Efisiensi, dari mesin kalor dapat didefinisikan sebagai perbandingan kerja yang

dilakukannya, W terhadap masukan kalor pada temperatur tinggi :

(Giancoli. 2001:529)

Ini merupakan definisi yang masuk akal kerena W adalah keluaran (yang diterima

dari mesin), sementara QH adalah ap yang dimasukkan dan dibayar pada bahan bakar

yang terbakar. Karena energi kekal masukan kalor QH harus sama dengan kerja yang

dilakukan ditambah kalor yang mengalir ke luar pada temperatur rendah. (QL):

QH = W+QL

Dengan demikian W=QH-QL , dan efisiensi mesin adalah


Untuk memberikan persen ke efisiensi harus dikalikan dengan 100.

Kalor QH dan QL sebanding dengan temperatur operasi TH dan TL, sehingga efisiensi

dapat ditulis sebagai:


W = TH - TL

TW = TH - TL , sehinggaTH = TW + TL

Dimana:TL = Temperatur rata-rata air dinginTH = Temperatur rata-rata pada kolektor pertama dan keduaTW = Temperatur air panas rata-rata setelah melewati kolektor pertama dan kedua

2.3 Perpindahan KalorKalor mengalir dengan sendirinya dari suatu benda yang temperaturnya lebih tinggi ke

benda lain dengan temperatur yang lebih rendah. Bagaimanapun, fluida kalor tidak pernah

dideteksi. Kemudian diabad ke 19 ditemukan bahwa berbagai fenomena yang berhubungan

dengan kerja dan energi. Pertama kita lihat bahwa suatu satuan yang umum untuk kalor, yang

masih digunakan sekarang dinamakan kalori. Satuan ini disebut kalori (kal) dan didefinisikan

sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur 1 gram air sebesar 1 derajat celcius

(Giancoli. 2001: 489).

Jika kalor diberikan pada suatu benda maka temperaturnya naik. Pada abad ke 18, orang-

orang yang melakukan percobaan telah melihat bahwa besar kalor Q yang dibutuhkan untuk

merubah temperatur zat tertentu sebanding dengan massa m zat tersebut dan dengan perubahan

temperatur T. Keserdehanaan alam yang menakjubkan ini dapat dinyatakan dalam persamaan

Q = mc T

Keterangan: Q adalah kalor

m adalah massa zat

T adalah perubahan temperatur

c adalah kalor jenis

(Giancoli. 2001: 492).

Kalor berpindah dari suatu tempat ke tempat dengan tiga cara, konduksi, konveksi dan

radiasi.

2.4.1 Konduksi

Pada proses konduksi, kalor dipindahkan melalui benda perantara, namun benda

perantaranya tidak ikut berpindah. Proses konduksi terjadi karena elektron-elektron bebas

atau fonon (paket gelombang akustik) yang berpindah. Jadi, tidak tampak perpindahannya

secara makroskopik. Jika atom atau molekul suatu zat pada suatu tempat bersuhu lebih

tinggi daripada molekul di tempat lain, maka atom atau molekul tersebut akan bergerak

dengan energi lebih besar daripada bagian lainnya. Melalui proses tumbukan, energi dapat

dipindahkan kepada molekul-molekul atau atom lainnya.

(Sardjito.2002: 177)

Tabel 3.1. Nilai konduktivitas termal berbagai zatJenis zat Konduktifitas termal (o) Celcius

Alumunium (200)

Kuningan (200) Tembaga (200) Timbal (200) Perak (200)

Besi (200) Baja (200) Asbes (200) Beton (200) Gabus (200) Kaca (200)Kayu rata-rata (200) Air (200)Es (200) Udara (200) Hidrogen (200) Oksigen (200)

20011039035

4108046

0,0080,800,170,800,080,601,70

0,0240,14

0,023


2.4.2 Konveksi

Konveksi merupakan perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan massa

medianya, dan media konveksi adalah fluida. Konveksi terjadi karena adanya perbedaan

kecepatan fluida bila suhunya berbeda, yang tentunya akan berakibat pada perbedaan berat

jenis (berat tiap satuan volume). Fluida yang bersuhu tinggi akan mempunyai berat jenis

yang lebih kecil bila dibandingkan dengan fluida sejenisnya yang bersuhu lebih rendah.

Karena itu, maka fluida yang bersuhu tinggi akan naik sambil membawa energi. Hal inilah

yang berakibat pada terjadinya perpindahan kalor konveksi.

Model matematis bagi segala konveksi tidak dapat dirumuskan sesederhana konduksi,

namun sebagai pendekatan dapatlah dinyatakan sebagai

P = (dQ/dt) = HA t


H adalah koefesien konveksi, yang besarnya bukan hanya bergantung pada jenis fluida

saja, tetapi juga pada kecepatan aliran fluida, letak serta bentuk geometri permukaan

tempat terjadinya konveksi.

2.4.3 Radiasi

Radiasi adalah proses perpindahan kalor melalui perambatan gelombang

elektromagnetik. Misalnya, pada perambatan energi dari matahari ke bumi. Penggunaan

gelombang mikro pada alat masak dan lain sebagainya. Banyaknya kalor yang dipindahkan

tiap satuan waktu melalui proses radiasi dinyatakan oleh hukum Stefan Boltzmann sebagai

P = e A T4

(Sardjito.2002: 177).

e adalah emisivitas, yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan kemampuan benda

untuk memancarkan kalor, atau sama dengan perbandingan antara energi yang

dipancarkannya oleh benda hitam sempurna. Benda hitam sempurna adalah benda yang

memancarkan seluruh energi secara sempurna. Yang dimaksud dengan benda hitam

sempurna bukanlah benda yang berwarna hitam. Suatu lubang kecil yang menyebabkan

radiasi yang mengenainya terjebak dalam lubang (karena pemantulan berulang-ulang

sebelum diserapnya) merupakan benda yang memiliki sifat ini.

Keterangan:

adalah tetapan Stefan Boltzmann, yang besarnya sama dengan

5,67 x 10-8 J/(sm2k4)

A adalah luas permukaan benda yang memancarkan kalor.

T adalah suhu benda yang memancarkan kalor

2.4 Temperatur

Perpindahan energi sebagai panas selalu bertolak dari suatu benda yang temperaturnya

lebih tinggi ke benda yang temperaturnya lebih rendah. Istilah “hangat” dan “dingin”

menyatakan temperatur relatif kedua benda tersebut. Temperatur dapat dipandang sebagai

pontesial pendorong bagi berlangsungnya pepindahan energi sebagai panas (Filino Harahap dan

Pantur Silaban.1996: 43).

Gagasan penting lainnya mengenai temperatur adalah bahwa sifat ini merupakan

“penunjuk” bagi arah perpindahan energi sebagai panas. Energi cenderung untuk berpindah

sebagai panas dari berbagai daerah bertemperatur tinggi ke berbagai daerah

bertemperatur rendah.

Jika dua buah sistem berada dalam keseimbangan termal, keduanya haruslah mempunyai

temperatur yang sama. Jika setiap sistem tersebut berada dalam keseimbangan dengan sistem

ketiga, maka ketiganya mempunyai temperatur yang sama, jadi ketiganya berada dalam

keseimbangan termal. Pada keadaan ini kalor/panas tidak akan mengalir dari satu sistem ke

sistem lainnya. Gagasan ini ternyata disebut hukum termodinamika yang ke nol (Filino Harahap

dan Pantur Silaban.1996:62).

2.5 Karakteristik Aluminium

Ayat yang menjelaskan mengenai logam terkandung dalam surat Ar ra’d ayat 17 sebagai

berikut:

3 ? # % > - #% = A @

$ @ % 2

A' < : 9 0 , 5 " @

B 5' ?

- > 1

C @ 0 , 5 " @

B+ - 5 ; # ;

“Allah Telah menurunkan air (hujan) dari langit, Maka mengalirlah air di lembah- lembah menurut ukurannya, Maka arus itu membawa buih yang mengambang. dan dari apa (logam) yang mereka lebur dalam api untuk membuat perhiasan atau alat-alat, ada (pula) buihnya seperti buih arus itu. Demikianlah Allah membuat perumpamaan (bagi) yang benar dan yang bathil. adapun buih itu, akan hilang sebagai sesuatu yang tak ada harganya; adapun yang memberi manfaat kepada manusia, Maka ia tetap di bumi. Demikianlah Allah membuat perumpamaan-perumpamaan[770]” (QS. Ar ra’d:17 )

[770] Allah mengumpamakan yang benar dan yang bathil dengan air dan buih atau dengan logam yang mencair dan buihnya. yang benar sama dengan air atau logam murni yang bathil sama dengan buih air atau tahi logam yang akan lenyap dan tidak ada gunanya bagi manusia.

Aluminium merupakan logam yang paling banyak ditemukan di kerak bumi (8.1%), tetapi

tidak pernah ditemukan secara bebas di alam. Ia juga ditemukan di granit dan mineral-mineral

lainnya.

Walaupun aluminium mempunyai daya gabung yang tinggi terhadap oksigen, dan karena

itu dikatakan bahwa mudah sekali mengoksidasi (berkarat), dalam kenyataannya mempunyai

daya tahan karat yang sangat baik. Hal itu disebabkan oleh lapisan tipis, akan tetapi jenuh

oksigen yang terbentuk pada permukaan akan melindunginya dari serangan atmosfer. Di

samping sifat tahan karat yang baik, aluminium mempunyai sifat penghantar panas yang tinggi

setelah perak dan tembaga. Selain itu, aluminium mudah ditempa (malleability) yang

memungkinkan dihasilkan dalam bentuk lembaran yang tipis (Hari Amanto dan

Daryanto.2006:119).

2.6 FLUIDA2.6.1 Tekanan Pada Fluida

Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, di mana gaya F dipahami bekerja

tegak lurus terhadap permukaan A:

Tekanan

(Giancoli.2001:326)

keterangan: P adalah tekanan

F adalah gaya

A adalah luas permukaan

Satuan SI untuk tekanan adalah N/m2. Satuan ini mempunyai nama resmi pascal (Pa).

2.6.2 Gerak Fluida dan Laju Aliran

Dua jenis aliran utama pada fluida yaitu lurus atau laminar dan aliran turbulen.

Aliran lurus atau laminar adalah jika aliran tersebut mulus, yaitu lapisan-lapisan yang

bersebelahan meluncur satu sama lain dengan mulus. Sedangkan aliran turbulen ditandai

dengan lingkaran-lingkaran tak menentu, kecil dan menyerupai pusaran yang disebut

sebagai arus eddy.

Laju aliran massa didefinisikan sebagai massa m dari fluida yang melewati titik

tertentu persatuan waktu t; laju aliran massa = m/ t. Pada gambar 2.1 volume fluida yang

melewati titik 1 (yaitu, melalui luas A1) dalam waktu t adalah A1 l1, di mana l1 adalah

jarak yang dilalui fluida dalam waktu t. Karena kecepatan fluida yang melewati titik 1

adalah v1 = l1/ t, laju aliran massa m/ t melalui luas A1 adalah

!

"

(Giancoli.2001:340)

Gambar 2.1 Aliran Fluida Melalui Pipa yang Diameternya Berubah-ubah

Di mana #$ %$ &$ adalah volume dengan massa '$( dan )$ adalah massa

jenis fluida. Dengan cara yang sama, pada titik 2 (melalui luas A2), laju alir adalah )*

%*+*. Karena tidak ada aliran fluida yang masuk atau keluar dari sisi-sisi, laju aliran

melalui A1

dan A2 harus sama.

Dengan demikian, karena:

,

,

Maka

" , ,

", (Giancoli.2001:340).

Persamaan ini disebut persamaan kontinuitas. Jika fluida tersebut tidak dapat ditekan

() tidak berubah terhadap tekanan), yang merupakan pendekatan yang baik untuk zat cair

dalam sebagian besar kondisi (dan kadang-kadang juga untuk gas), maka )$ )* , dan

persamaan kontinuitas menjadi

% " , ", [) = konstan]

(Giancoli.2001:340)

Persamaan ini memberitahu kita bahwa di mana luas penampang lintang besar, kecepatan

kecil, dan di mana luas penampang kecil, kecepatan besar. Untuk mendapatkan kalor yang

maksimal maka luas penampang dibuat besar dan debit air yang digunakan kecil.

2.6.3 Perpindahan Kalor pada Air

Sebagian besar zat memuai secara beraturan terhadap penambahan temperatur.

Akan tetapi (sepanjang tidak ada perubahan fase yang terjadi), air tidak mengikuti pola yang

biasa. Jika air pada 00C dipanaskan volumenya menurun sampai mencapai 40C. Di atas

40C air berperilaku normal dan volumenya memuai terhadap bertambahnya temperatur. Air

dengan demikian memiliki massa jenis yang paling tinggi pada 40C.

Sebuah fenomena yang menarik adalah ketika kita mengamati temperatur air di

danau yang temperaturnya di atas 40C dan mulai mendingin karena kontak langsung dengan

udara yang dingin. Air yang berada di atas permukaan danau akan tenggelam karena massa

jenisnya yang lebih besar dan digantikan oleh air yang lebih hangat. Keadaan ini berlanjut

hingga air mencapai temperatur tetap (konstan)(Giancoli.2001:357).

Tekanan pada fluida dapat dituliskan dalam persamaan;

- )./

Dimana, - adalah tekanan adalah massa jenis zat cair (dianggap konstan). adalah percepatan gravitasi/ adalah kedalaman dari permukaan air danau

misalkan:

)0 Permukan danau P3 h1

)* Tengah danau P2 h2

)$ Dasar danau P1 h3

Maka: )1 2 )3 2 )4 ; P1> P2> P3 dan h3> h2> h1

Dari keterangan di atas dapat kita simpulkan bahwa air panas akan selalu berada pada

bagian pemukaan air. Hal ini dikarenakan massa jenis air panas lebih kecil daripada massa

jenis air dingin, dengan sendirinya air panas akan berada pada permukaan.

2.7 Air2.7.1 Karakteristik Air

Air adalah zat yang sangat umum di muka bumi. Air menempati lebih dari 70 % planet

kita, dan kadarnya bisa lebih besar atau lebih kecil di dalam tanah, udara, dan organisme

yang ada di mana-mana. Air berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, dan bergerak dari

satu tempat ke tempat yang lainnya dan air tidak dapat dibuat.

Air adalah suatu zat yang luar biasa dan mempunyai sifat yang sangat unik dalam

berbagai karakteristik yang penting. Misalnya saja, air adalah satu-satunya zat yang dapat

ditemukan dalam tiga keadaan (fase) yaitu: cair, padat, gas. Kandungan besar dari embun

bumi berbentuk air. Air dapat diubah menjadi bentuk gas (uap air) dengan penguapan, atau

menjadi bentuk padat (es) dengan membekukannya. Uap air dapat diubah menjadi air

dengan kondensasi atau secara langsung menjadi es dengan sublimasi. Es dapat diubah

menjadi air dengan mencairkannya atau menjadi uap air dengan sublimasi. Dalam masing-

masing proses akan terjadi penambahan atau pengurangan panas. Embun pada tanaman dapat

keluar melalui daun-daunan menuju udara sebagai uap dalam suatu proses yang disebut

transpirasi.

Di dalam Al Qur’an sendiri terdapat 126 ayat yang membahas mengenai air, antara

lain:

Surat Al Qamar ayat ke 12 yang berbunyi:

“ Dan kami jadikan bumi memancarkan mata air-mata air, Maka bertemu- lah air- air itu untuk suatu urusan yang sungguh Telah ditetapkan” (QS. Al Qamar:12)

Surat Ibrahim ayat ke 32 yang berbunyi:

8 3 / (3 C D 2

A @ 8 ' :

' ! 8+ : 6

() 2 9 < ; 8+ : 6

8+ "

“ Allah-lah yang Telah menciptakan langit dan bumi dan menurunkan air hujan dari langit, Kemudian dia mengeluarkan dengan air hujan itu berbagai buah-buahan menjadi rezki untukmu; dan dia Telah menundukkan bahtera bagimu supaya bahtera itu, berlayar di lautan dengan kehendak-Nya, dan dia Telah menundukkan (pula) bagimu sungai-sungai” (QS. Ibrahim:32)

Surat Al Hijr ayat ke 45 yang berbunyi:

F6 ? % =' DE 94

“ Sesungguhnya orang-orang yang bertakwa itu berada dalam surga (taman-taman)dan (di dekat) mata air-mata air (yang mengalir)” (QS. Al Hijr:45)

Surat An Nahl ayat ke 65 yang berbunyi:

H - #G " ?4 E 3 > 2

/ @

6 ? 5

“Dan Allah menurunkan dari langit air (hujan) dan dengan air itu dihidupkan-Nya bumi sesudah matinya. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar terdapat tanda- tanda (kebesaran Tuhan) bagi orang-orang yang mendengarkan (pelajaran)” (QS. An Nahl:65)

Surat Yunus ayat ke 24 yang berbunyi:

8 (3 F D / 3' * 9 4

8 . ! A H

= #" ! D" 8 @ 7 4 2G

$' - ,2 #

" @

A1 8 ? # %! !' . J II ! 9 '

F ? K ; # H =' #G ! ;

“ Sesungguhnya perumpamaan kehidupan duniawi itu, adalah seperti air (hujan) yang kami turunkan dan langit, lalu tumbuhlah dengan suburnya Karena air itu tanam-tanaman bumi, di antaranya ada yang dimakan manusia dan binatang ternak. hingga apabila bumi itu Telah Sempurna keindahannya, dan memakai (pula) perhiasannya[683], dan pemilik- permliknya mengira bahwa

mereka pasti menguasasinya[684], tiba-tiba datanglah kepadanya azab kami di waktu malam atau siang, lalu kami jadikan (tanam-tanamannya) laksana tanam-tanaman yang sudah disabit, seakan-akan belum pernah tumbuh kemarin. Demikianlah kami menjelaskan tanda-tanda kekuasaan (kami) kepada orang-orang berfikir” (QS. Yunus:24)

[683] Maksudnya: bumi yang indah dengan gunung-gunung dan lembah-lembahnyaTelah menghijau dengan tanam-tanamannya.

[684] Maksudnya: dapat memetik hasilnya.

dan seterusnya.

2.7.2 Manfaat Air

Air merupakan karunia Allah Swt. Di bumi yang sangat berlimpah, baik di danau,

dilaut,sungai maupun air yang turun dari langit. Air termasuk salah satu kebutuhan primer

bagi kehidupan makhluk dibumi. Mulai dari amoeba yang kedudukannya paling rendah

sampai pohon kayu yang menjulang tinggi membutuhkan air sebagai sumber kehidupannya.

Dengan air itulah siklus kehidupan makhluk terus berlangsung.

Dalam Al-Qur’an banyak ditemukan ayat-ayat yang berbicara tentang air, mulai dari

proses terjadinya hujan sampai kegunaan air bagi kelangsungan hidup makhluk di bumi

termasuk keperluan peribadatan. Oleh karena itu Allah memberi tempat air yang paling

pertama dalam menyebutkan fenomena alamiah bumi, seperti difirmankan dalam surat Al-

Mu’minun ayat 18 sebagai berikut:

& ? ' (3 4 3' +6 2 /

“Dan kami turunkan air dari langit menurut suatu ukuran; lalu kami jadikan air itu menetap di bumi, dan Sesungguhnya kami benar-benar berkuasa menghilangkannya” (QS. Al Mu’minun:18)

Dalam ayat di atas Allah berfirman bahwa Allah menurunkan hujan dari langit menurut

suatu ukuran. Hal ini berarti Allah menurunkan hujan dengan ukuran menurut kebutuhan,

tidak terlalu banyak sehingga dapat merusak bumi,tidak pula tarlalu sedikit sehingga tidak

cukup untuk memenuhi kebutuhan kehidupan di bumi. Oleh karena itu, manusia sebagai

makhluk yang berakal, harusbisa memanfaatkan air yang telah diturunkan sebagai anugerah

dengan sebaik-baiknya.Tidak lantas menghambur-hamburkan atau bahkan pemakaian yang

berlebihan sehingga menghasilkan sesuatu yang tidak bermanfaat. Selain itu Allah

mengharamkan pemakaian atau pengguanaan segala sesuatu secara berlebih-lebihan.

Allah SWT berfirman dalam surat Ar Ra’d ayat 17 sebagai berikut:

? # % > - #% = A @

2

A' < : 9 0 , 5 " @ , B 5' ? - > 1 3

C @ 0 , 5 " @ , B+ - 5 ; # ; $ @ %

“Allah Telah menurunkan air (hujan) dari langit, Maka mengalirlah air di lembah- lembah menurut ukurannya, Maka arus itu membawa buih yang mengambang. dan dari apa (logam) yang mereka lebur dalam api untuk membuat perhiasan atau alat-alat, ada (pula) buihnya seperti buih arus itu. Demikianlah Allah membuat perumpamaan (bagi) yang benar dan yang bathil. adapun buih itu, akan hilang sebagai sesuatu yang tak ada harganya; adapun yang memberi manfaat kepada manusia, Maka ia tetap di bumi. Demikianlah Allah membuat perumpamaan-perumpamaan[770] (QS Ar Ra’d:17).

[770] Allah mengumpamakan yang benar dan yang bathil dengan air dan buih atau dengan logam yang mencair dan buihnya. yang benar sama dengan air atau logam murni yang bathil sama dengan buih air atau tahi logam yang akan lenyap dan tidak ada gunanya bagi manusia.

Ayat ini menegaskan bahwa air sangat bermanfaat bagi kelangsungan hidup seluruh

mahluk hidup yang ada di muka bumi ini. Jika tidak ada air maka di muka bumi ini tidak

akan ada kehidupan.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dengan judul Desain Sistem Pemanas Air Menggunakan Radiasi Sinar Matahari

dilaksanakan pada bulan Juli 2009 di Universitas Islam Negeri (UIN) Maulana Malik Ibrahim

Malang.

3.2 Perancangan dan Pembuatan Alat

3.2.1 Alat dan Bahan

a. Spesifikasi bahan yang digunakan

1. Plat dari aluminium dicat hitam

2. Isolasi dari styrofoam (gabus putih)

3. Tandon air

4. Kotak dari kaca

5. Selang air

6. Kran air

b. Alat yang digunakan

1. Termometer

2. Stopwatch

3.2.2 Prosedur Perancangan Alat

Langkah-langkah yang dilakukan dalam perancangan alat ini adalah sebagai berikut:

1. Mempersiapkan kolektor pemanas. Kolektor dibuat dari bahan aluminium dan didesain

menyerupai plat yang dibentuk balok dengan ukuran panjang 50 cm, lebar 5 cm dan tinggi 2

cm. Kemudian kolektor ini didesain menyerupai bentuk usus. Di antara plat yang satu dengan

yang lain dihubungkan dengan sekat setinggi 1 cm. Hal ini dimaksudkan agar air yang

mengalir dari plat pertama ke plat berikutnya sudah dalam bentuk air panas.

2. Secara garis besar penelitian ini menggunakan dua buah kolektor dengan ukuran masing-

masing 50x50x2 cm. Agar panas yang diserap oleh kolektor semakin banyak, maka kolektor

dicat dengan warna hitam. Sebagaimana diketahui pada bab 2 bahwa warna hitam merupakan

penyerap panas yang baik sehingga diharapkan akan meningkatkan temperatur air lebih

tinggi.

3. Untuk mengurangi kerugian kalor dari plat kolektor ke lingkungan, maka plat kolektor

diletakan di dalam kotak yang terbuat dari kaca transparan dengan ukuran 52x52 cm dengan

tinggi 17 cm dan 12 cm pada sisi lainnya. Ketinggian kolektor dibuat miring untuk

menghindari genangan air apabila terjadi hujan.

4. Memasang tandon air. Pada bagian luar penampung air ini akan dipasang isolasi dari bahan

styrofoam. Hal ini bertujuan agar dapat menghambat perpindahan kalor dari air panas ke

lingkungan. Air panas pada tandon penampung ini selanjutnya diharapkan dapat digunakan

oleh masyarakat untuk keperluan sehari-hari, terutama untuk mandi keluarga.

3.2.3 Parameter yang Digunakan

Parameter-parameter yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:

a. Waktu

Sebagai acuan dalam pengukuran temperatur air panas. Pengukuran dilakukan setiap selang

waktu 30 menit.

b. Temperatur

Mengukur temperatur air panas yang dihasilkan dari sistem pemanas air energi matahari

dalam derajat celcius (0C).

c. Volume

Kapasitas air dalam tandon air panas yang diukur dalam liter (l).

3.2.4 Langkah-Langkah Pengamatan dan Pengambilan Data

1. Pengambilan data dilakukan setiap 30 menit selama 5 1/2 jam, dimulai dari pukul 09.30-15.00

WIB selama lima hari untuk setiap debitnya. Debit yang digunakan yaitu 0,04; 0,09; 0,013;

dan 0,018 liter/menit.

2. Membaca temperatur air pada tandon air dingin dan temperatur air yang keluar dari kotak

pemanas/kolektor pertama, kedua, serta akumulasi temperatur pada tandon penampung air

panas.

3. Volume air panas yang dihasilkan dihitung sesuai dengan debit yang digunakan selama 51/2

jam.

3.2.5 Analisa Data

Parameter yang diukur akan dibuat dalam bentuk tabulasi data. Untuk mengetahui laju

perpindahan panas secara konveksi ke dalam air, akan dianalisis dari pengukuran temperatur air

panas yang keluar dari tiap kolektor.

Keefektifan alat dapat dilihat dari desain alat yang dibuat bersekat-sekat sehingga

diharapkan air yang mengalir ke sekat selanjutnya telah berupa air panas.

Untuk menentukan efisiensi kolektor, digunakan persamaan:

5 667

TL adalah temperatur rata-rata air dingin

TH adalah temperatur rata-rata pada kolektor pertama dan kedua

Untuk memperoleh temperatur maksimum rata-rata dilakukan uji coba menggunakan debit

yang berbeda-beda sebanyak 4 variasi. Setiap variasi debit dilakukan pengambilan data

sebanyak

5 hari pengamatan. Kemudian debitnya dirata-ratakan untuk setiap waktu pengukuran. Dari tabel

rata-rata di dapatkan kecendrungan nilai temperatur tertinggi yang merupakan

temperatur maksimum.

Dari tabel, juga dapat dilihat kisaran waktu yang efektif untuk menghasilkan air panas

yang optimal yaitu dengan melihat temperatur yang berpengaruh.

Debit ideal dapat dilihat dari kisaran temperatur air panas rata-rata yang dihasilkan selama

5½ jam pengamatan dari pukul 09.30-15.00 WIB untuk setiap debitnya. Kemudian perlu

diperhatikan juga berapa volume air panas yang dihasilkan untuk setiap debit. Debit ideal

menurut (j u r n a l PDGI.2009). Temperatur air panas yang dibutuhkan untuk mandi keluarga

berkisar antara 32–350C

3.2.6 Diagram Alur Perancangan Alat

Tandon penampung air dingin

Kolektor 1

Kolektor 2 Tandon penampung air panas

Kran

Selesai

BAB IV

HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN

Data hasil pengukuran temperatur pada alat pemanas air dengan judul “Desain Sistem

Pemanas Air Menggunakan Radiasi Sinar Matahari” dapat dijabarkan sebagai berikut:

4.1 Data Hasil Pengukuran

Pengukuran temperatur dilakukan pada uji coba debit 0,04; 0,09; 0,13; dan 0,18

liter/menit. Untuk setiap debit dilakukan pengukuran sebanyak lima kali yang meliputi

pengukuran temperatur lingkungan, temperatur air pada tandon air dingin, temperatur air

pada kolektor pertama dan temperatur air pada kolektor kedua serta temperatur air pada

tandon air panas. Pengukuran ini dilakukan setiap selang 30 menit sekali selama 5 1/2 jam,

yaitu dari pukul 09.30-

15.00 WIB.

4.1.1 Debit 0,04 liter/menit

Pengukuran untuk debit 0,04 liter/menit selama 5 1/2 jam pengamatan menghasilkan

volume air panas sebanyak 13,4 liter. Hasil pengukuran temperatur dapat dilihat pada tabel

berikut ini:

Tabel 4.1. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Tanggal 06 Juli 2009

Waktu(WIB)

Temperatur Lingkungan

(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin

SetelahMelewati Kolektor Pertama

SetelahMelewati Kolektor Kedua

TandonAir Panas

09.30 33 28 - - -10.00 34 28 - - -10.30 32 30 46 - -11.00 34 31 44 66 -

11.30 35 34 45 63 7412.00 34 35 46 65 73

12.30 34 36 50 69 7513.00 35 37 53 73 7713.30 34 37 55 73 7814.00 33 36 53 71 7814.30 32 35 51 68 7615.00 30 30 48 66 75

Keterangan: Tanda (-) temperatur air belum terbaca.

Tabel 4.2. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 07 Juli 2009

Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 32 27 - - -10.00 34 28 - - -10.30 35 34 48 - -11.00 33 35 45 69 -11.30 34 36 46 67 7912.00 34 38 53 69 7712.30 32 43 55 72 7813.00 34 43 54 75 8013.30 34 42 54 75 8214.00 32 41 53 73 8114.30 29 40 53 72 8015.00 27 37 50 70 78



Waktu(WIB)

Temperatur

Lingkungan(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 32 31 - - -10.00 33 32 - - -10.30 34 35 52 - -11.00 34 37 49 73 -11.30 35 38 50 71 8112.00 34 39 52 70 7912.30 35 40 55 74 8213.00 35 42 56 76 8513.30 34 41 54 75 8614.00 32 39 52 74 86

14.30 32 38 52 72 85

15.00 31 36 49 69 84Keterangan: Tanda (-) temperatur air belum terbaca.


Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 32 28 - - -10.00 34 32 - - -10.30 35 35 51 - -11.00 33 37 49 73 -11.30 35 38 50 71 8112.00 35 39 51 70 7912.30 33 40 55 74 8213.00 35 42 56 76 8513.30 34 41 54 75 8714.00 32 39 52 74 8614.30 31 38 50 72 8515.00 30 36 49 69 83



Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 33 30 - - -10.00 31 31 - - -10.30 32 33 48 - -11.00 34 35 45 66 -11.30 35 36 46 63 7412.00 36 39 52 65 7312.30 34 41 55 69 7513.00 35 41 55 73 7713.30 34 43 54 73 7814.00 33 42 53 71 7814.30 32 41 53 68 7615.00 30 38 50 66 75

Keterangan: Tanda (-) temperatur air belum terbaca.4.1.2 Debit 0,09 liter/menit


volum air panas sebanyak 29,7 liter. Hasil pengukuran temperatur dapat dilihat pada tabel

berikut ini:


Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 29 27 - - -10.00 30 28 40 - -10.30 32 29 37 60 -11.00 32 33 40 58 7211.30 34 35 43 61 7012.00 36 38 45 63 7312.30 35 40 48 65 7513.00 33 42 50 66 7613.30 34 43 51 66 7714.00 32 42 51 65 7714.30 31 40 49 64 7515.00 29 37 48 62 73



Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 33 28 - - -10.00 34 32 43 - -10.30 32 35 41 64 -11.00 34 37 44 62 7511.30 35 38 46 65 7312.00 36 39 49 68 7512.30 34 40 51 69 7713.00 35 42 53 69 7913.30 34 41 53 66 7814.00 33 39 52 65 7714.30 32 38 51 64 7515.00 31 36 49 62 72


Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 32 27 - - -10.00 34 32 44 - -10.30 35 35 41 65 -11.00 33 36 43 63 7611.30 35 38 46 65 7312.00 34 39 49 68 7412.30 33 40 52 69 7713.00 35 41 53 69 7913.30 34 41 54 66 7814.00 32 39 52 65 7714.30 30 38 51 64 7515.00 29 36 50 62 73



Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 30 28 - - -10.00 32 32 44 - -10.30 34 34 41 66 -11.00 33 35 44 64 7311.30 35 37 46 67 7112.00 35 39 49 68 7412.30 34 40 51 69 7713.00 35 41 53 69 7913.30 34 40 53 66 7814.00 33 38 52 65 7714.30 32 36 51 64 7515.00 30 34 49 62 73


Tabel 4.10. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 16 Juli 2009Waktu(WIB)

TemperaturLingkungan

Temperatur Air (0C)Tandon Air Setelah Setelah Tandon

(0C) Dingin MelewatiKolektorPertama

MelewatiKolektorKedua

Air Panas

09.30 29 26 - - -10.00 30 27 40 - -10.30 31 29 37 65 -11.00 32 33 40 63 7511.30 34 35 43 66 7312.00 34 38 45 68 7612.30 35 40 48 69 7813.00 35 42 50 69 7913.30 34 43 51 66 7814.00 32 42 51 65 7714.30 31 40 49 64 7615.00 32 37 48 62 74





berikut ini:


Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 32 25 36 48 -10.00 34 26 33 43 5210.30 35 28 34 45 4811.00 33 29 36 47 5011.30 35 32 38 49 5312.00 34 35 41 52 5512.30 33 36 43 53 5713.00 35 38 43 54 5713.30 34 39 42 53 5614.00 32 38 41 53 5514.30 31 36 39 52 5415.00 30 35 38 51 52



Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 33 25 35 44 -10.00 34 27 31 42 5010.30 32 28 33 44 4711.00 34 31 35 46 5111.30 35 32 37 48 5212.00 33 34 40 51 5412.30 35 35 42 53 5613.00 35 37 44 54 5613.30 34 39 42 53 5414.00 33 37 40 51 5214.30 32 35 38 49 5115.00 30 34 36 49 49



Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 32 25 35 46 -10.00 33 26 30 43 5210.30 35 28 32 44 4911.00 33 29 34 47 5111.30 35 32 37 50 5312.00 35 35 40 52 5612.30 34 36 42 53 5813.00 33 38 43 54 6013.30 34 37 42 53 5814.00 32 38 41 53 5514.30 30 35 40 52 5315.00 27 33 38 51 52


Tabel 4.14. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 22 Juli 2009Waktu(WIB)


Temperatur Air (0C)Tandon Air Setelah Setelah Tandon

(0C) Dingin MelewatiKolektorPertama

MelewatiKolektorKedua

Air Panas

09.30 31 24 33 44 -10.00 32 26 30 41 5110.30 35 28 32 43 4911.00 33 30 35 46 5011.30 34 32 38 48 5212.00 35 34 41 51 5412.30 33 36 43 53 5613.00 35 37 43 54 5913.30 35 39 42 53 5414.00 32 38 42 51 5214.30 30 37 40 50 5115.00 29 35 38 49 49



Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 32 25 35 44 -10.00 33 26 31 41 5010.30 35 28 32 42 4711.00 33 29 33 45 5011.30 34 32 35 48 5212.00 35 35 38 51 5512.30 36 37 40 53 5813.00 35 38 42 54 6113.30 33 40 42 53 5414.00 32 37 40 51 5214.30 30 35 39 49 5015.00 28 34 37 48 49





berikut ini:


Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 28 23 30 38 4510.00 30 24 25 34 4210.30 31 26 28 35 4311.00 29 27 30 37 4511.30 33 29 32 39 4812.00 34 32 35 42 5112.30 32 34 37 43 5313.00 33 35 40 44 5413.30 34 36 41 43 5614.00 32 35 39 42 5514.30 31 35 39 41 5415.00 32 33 37 41 52


Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 29 23 31 38 4510.00 32 25 27 35 4210.30 33 26 28 36 4311.00 32 28 30 39 4511.30 34 31 33 40 4812.00 34 33 35 43 5012.30 35 36 37 45 5213.00 33 37 39 44 5413.30 34 35 39 43 5514.00 32 34 37 42 5514.30 30 33 36 40 5315.00 29 31 34 39 51

Tabel 4.18. Data Hasil Pengukuran Temperatur Air pada Tanggal 27 Juli 2009Waktu Temperatur Temperatur Air (

0C)

(WIB) Lingkungan(0C) Tandon Air

Dingin



TandonAir Panas

09.30 32 26 35 42 4910.00 34 27 31 39 4710.30 32 27 33 42 4811.00 32 28 34 45 5011.30 34 29 36 47 5212.00 32 32 34 49 5512.30 34 33 36 50 5813.00 33 36 39 49 5813.30 34 36 40 48 5714.00 33 35 39 46 5514.30 32 34 37 45 5315.00 30 32 36 43 51


Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 27 21 29 35 4310.00 29 22 25 32 4010.30 30 24 27 33 4311.00 32 27 29 36 4511.30 33 29 31 39 4812.00 34 31 33 40 5012.30 35 33 36 42 5213.00 33 36 38 44 5413.30 34 35 39 43 5514.00 32 34 37 42 5414.30 30 33 36 40 5315.00 29 31 34 38 51


Waktu(WIB)


(0C)

Temperatur Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 29 23 29 37 4510.00 32 24 25 34 4210.30 33 26 28 35 4311.00 32 27 30 37 4511.30 33 30 33 39 4812.00 34 32 35 42 5012.30 35 34 37 43 5313.00 33 35 40 44 5413.30 34 37 41 43 5614.00 32 36 39 42 5514.30 30 35 39 41 5415.00 28 35 37 40 52

4.2 Analisa Data

4.2.1 Temperatur Rata-rata

Data hasil pengukuran temperatur air rata-rata untuk masing-masing debit dapat dilihat

pada tabel berikut:

e. Debit 0,04 liter/menit

Tabel 4.21. Data Temperatur Air Rata-Rata untuk Debit 0,04 liter/menit

Waktu(WIB)


Temperatur Rata-rata Air (0C)

Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 32,4 28,8 - - -10.00 33,2 30,2 - - -10.30 33,6 33,4 49 - -11.00 33,6 35 46,4 69,4 -11.30 34,8 36,4 47,4 67 77,812.00 34,6 38 50,8 67,8 76,212.30 33,6 40 53,4 71,6 78,413.00 34,8 41 54,8 74,6 80,813.30 34 40,8 54,2 74,2 82,214.00 32,4 39,4 52,6 72,6 81,814.30 31,2 38,4 51,8 70,4 80,4

15.00 29,6 35,4 49,2 68 79Keterangan: Tanda (-) temperatur air belum terbaca.

Tabel di atas merupakan temperatur air rata-rata yang diukur tiap 30 menit selama lima

hari pengamatan. Dari tabel, terlihat waktu efektif untuk memperoleh temperatur maksimum

rata-rata (temperatur tertinggi adalah 74,20C) berada pada rentang waktu 13.00-14.00 WIB.

Grafik 4.1. Grafik Temperatur Rata-Rata Pada Temperatur Lingkungan, Air Pada Tandon Air Dingin dan Temperatur Air Panas Setelah Melewati Kolektor Kedua Vs Waktu Pengamatan Untuk Debit 0,04 Liter/Menit

f. Debit 0,09 liter/menit


Waktu(WIB)



Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 30,8 27,2 - - -10.00 32,2 30,2 42,2 - -10.30 32,8 32,4 39,4 60 -11.00 32,8 34,8 42,2 58 74,211.30 34,6 36,6 44,8 61 7212.00 35,2 38,6 47,4 63 74,412.30 34,8 40 50 65 76,813.00 35 41,6 51,8 66 78,413.30 34 41,6 52,4 66 77,814.00 32,4 40 51,6 65 7714.30 31,2 38,4 50,2 64 75

15.00 30,2 36 48,8 62 72,8




rata-rata (temperatur tertinggi adalah 660C) berada pada rentang waktu 12.30-13.30 WIB.


g. Debit 0,13 liter/menit


Waktu(WIB)



Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 32 24,8 34,8 45,2 -10.00 33,2 26,2 31 42 5110.30 34,4 28 32,6 43,6 4811.00 33,4 29,6 34,6 46,2 50,411.30 34,6 31,8 37 48,6 52,412.00 34,4 34,6 40 51,4 54,812.30 34,2 36 42 53 56,413.00 34,6 37,4 43,2 54 58,613.30 33,8 38,4 42 53 55,214.00 32 37,6 40,8 51,8 53,214.30 30,8 35,6 39,2 50,4 51,815.00 28,8 34,2 37,4 49,6 51






h. Debit 0,18 liter/menit


Waktu(WIB)



Tandon AirDingin



TandonAir Panas

09.30 29 23 30,8 38 45,410.00 31,4 24,,4 26,6 34,8 42,610.30 31,8 25,8 28,8 36,2 4411.00 31,6 27,4 30,6 38,8 4611.30 33,4 29,6 33 40,8 48,812.00 33,6 32 34,4 43,2 51,212.30 34,2 34 36,6 44,6 53,613.00 33 35,8 39,2 45 54,813.30 34 35,8 40 44 55,814.00 32 34,8 38,2 42,8 54,814.30 30,6 34 37,6 41,4 53,415.00 29,6 32,4 35,6 40,2 51,4

B





4.2.2 Efisiensi Alat

Dalam menentukan efisiensi alat pemanas (kolektor rata-rata) air menggunakan radiasi

sinar matahari ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

BC8 1D

5 1EE7

Dimana: 8 9:;<;=><; ? @ A @ ? @ A @ F@?; GHI=GAH?

TL adalah temperatur rata-rata air dinginTH adalah temperatur rata-rata pada kolektor pertama dan keduaTW adalah temperatur air panas rata-rata setelah melewati kolektor pertama dan kedua

TH = TW + TL

Berikut ini adalah nilai

liter/menit:

a. Debit 0,04 liter/menit efisiensi kolektor rata-rata untuk debit 0,04;

mailto:@A

mailto:@A

0,09; 0,13; 0,18

TH = 70,68+38,26 = 108,260C

J -@ F@ ?=>A@>. K @ GAL MLGLI 11NEE 1ONEE K;PQ 8 R1 4S(3T

U V1EE71ES(3T

TW7

Untuk debit air 0,04 liter/menit berdasarkan data yang ada diperoleh nilai efisiensi alat

sebesar 64%.

b. Debit 0,09 liter/menit

TH = 49,06+38 = 87,060C

J -@ F@ ?=>A@>. K @ GAL MLGLI 1EN4E 1ONEE K;PQ 8 R1 4S

U V1EE7SX(ET

OT7


sebesar 56%.

c. Debit 0,13 liter/menit

TH = 49,07+32,85 = 81,920C

J - @ F @ ?=>A@>. K @ G A L MLGLI EYN4E 1ONEE K;PQ 8 R1 43(SO

S1(Y3U V1EE7

OY7


sebesar 59%.

mailto:K@GAL

mailto:J-@F

mailto:K@GAL

mailto:J-@F

mailto:K@GAL

mailto:J-@F

d. Debit 0,18 liter/menit

TH = 40,82+30,75 = 71,570C

J - @ F @ ?=>A@>. K @ G A L MLGLI EYN4E 1ONEE K;PQ 8 R1 4E(XO

X1(OXU V1EE7

OX7


sebesar 57%.

Dari hasil perhitungan di atas terlihat nilai efisiensi kolektor rata-rata berbeda pada setiap

uji debit yang berbeda.

4.3 Pembahasan

4.3.1. Desain Alat yang Efektif dan Efisien

Desain alat memegang peranan penting, karena desain sangat mempengaruhi hasil yang

akan dicapai. Sehingga ditahap ini penulis mendesain alat ini sedemikian rupa untuk

memperoleh hasil yang maksimal. Selain itu, desain dibuat sesederhana mungkin sehingga

mudah dipahami oleh masyarakat luas yang ingin membuat alat ini sendiri, khususnya

masyarakat yang berpenghasilan rendah. Dengan demikian alat ini diharapkan dapat dinikmati

oleh semua lapisan masyarakat.

Alat ini memanfaatkan energi dari radiasi matahari. Kelebihan energi matahari yaitu tidak

bersifat polutif, berlimpah, bersifat terbarukan (renewable), dan dapat dikembangkan baik

secara langsung maupun tidak langsung dan merupakan sumber energi sepajang masa.

Bahan untuk kolektor terbuat dari aluminium. Pemilihan bahan ini didasarkan pada

beberapa pertimbangan diantaranya adalah: (1) nilai konduktivitasnya terbaik setelah

tembaga, (2) tidak mudah mengalami korosi, (3) harganya relatif lebih murah. Untuk

mailto:K@GAL

mailto:J-@F

memaksimalkan

4.3.2. Temperatur Air Maksimum

panas yang diperoleh, maka kolektor terbuat dari plat dan dicat hitam agar dapat lebih banyak

menyerap panas yang berasal dari radiasi sinar matahari.

Untuk menghindari kerugian kalor ke lingkungan kolektor diletakkan di dalam kotak (box)

yang terbuat dari kaca transparan. Hal ini dikarenakan box kaca (transparan) dapat dilalui oleh

radiasi matahari dan dapat mengurangi konduksi dan konveksi panas yang hilang dengan

mempertahankan lapisan udara panas di atas plat kolektor dan juga mengurangi kehilangan

panas radiasi kembali dari plat kolektor. Berkurangnya panas yang hilang dari sebuah plat

kolektor matahari berarti pula peningkatan efisiensi.

Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi kolektor di atas, nilai efisiensi kolektor rata-rata

berbeda untuk setiap debit. Hal ini dipengaruhi oleh besar kecilnya intensitas dari radiasi sinar

matahari dan besar kecilnya ukuran debit yang digunakan. Selain itu, ukuran luas permukaan

kolektor juga akan mempengaruhi besaran efisiensi dari kolektor.

Untuk memaksimalkan perpindahan kalor secara konveksi ke dalam air pada kotak

kolektor dirancang suatu jalur yang bersekat-sekat menyerupai usus. Pada bagian sisi atas antar

sekat, dibuat lubang penghubung sehingga air yang mengalir ke sekat berikutnya sudah berupa

air panas, demikian seterusnya sehingga terjadi akumulasi panas konveksi di dalam kolektor.

Akumulasi panas konveksi ini diharapkan akan meningkatkan temperatur air setelah melewati

kolektor pertama dan kolektor kedua.

Dalam penelitian ini, kotak kolektor dibuat bertingkat dengan tujuan agar dapat

mengetahui berapa sumbangan kalor untuk setiap kolektor. Untuk mempertahankan panas

konveksi di dalam air, maka tabung penampung air panas diisolasi dengan styrofoam agar air

panas yang dihasilkan dapat bertahan lebih lama.

Mekanisme perpindahan kalor melalui radiasi matahari, konduksi serta konveksi pada

kolektor dapat dijelaskan sebagai berikut. Radiasi matahari yang menimpa permukaan kaca

sebagian besar ditransmisikan ke permukaan kolektor sehingga terjadi absorpsi pada permukaan

kolektor yang berwarna hitam. Permukaan ini menjadi panas (terjadi perpindahan panas secara

konduksi) dan memberikan radiasi ke kaca pada panjang gelombang (Z) besar. Secara prinsip

semua radiasi suhu rendah yang dipancarkan oleh benda dalam rumah kaca bersifat panjang

gelombang besar. Oleh karena itu, radiasi tetap terkurung dalam rumah kaca sehingga terjadi

akumulasi panas dalam ruang yang dapat mempengaruhi temperatur plat kolektor. Panas ini

kemudian dilepas secara konveksi ke dalam air, sedangkan permukaan luar kaca melepas

kalor melalui radiasi dan konveksi ke lingkungan dalam jumlah yang sangat kecil.

Posisi alat diusahakan diletakkan ditempat yang terbuka agar tidak ada yang menghalangi

sinar matahari untuk sampai ke kolektor. Kemudian alat tidak boleh menghadap ke barat atau ke

timur. Hal ini dikarenakan posisi tandon penampung air dingin lebih tinggi daripada kedua

kolektor. Karena dikhawatirkan pada rentang waktu tertentu selama pengamatan sinar matahari

tidak mengenai kolektor krena terhalang oleh tandon penampung air dingin. Sebagaimana kita

ketahui bahwa matahari bergerak dari timur menuju ke barat, sehingga disarankan alat

menghadap ke arah utara atau ke arah selatan, agar sinar matahari yang mengenai kolektor

lebih optimal.

Dari tabel 4.21 - 4.24 dapat dilihat perubahan temperatur air rata-rata pada setiap titik

pengukuran. Perubahan nilai temperatur disebabkan oleh perubahan intensitas radiasi sinar

matahari. Semakin tinggi intensitas, maka sumbangan terhadap naiknya temperatur akan

sangat signifikan begitu juga sebaliknya jika intensitas rendah.

Berdasarkan data dari pengukuran temperatur air rata-rata pada kolektor kedua, untuk debit

0,04 liter/menit temperatur air panas maksimum rata-rata mencapai 74,60C, debit 0,09 liter/menit

temperatur air panas maksimum rata-rata mencapai 660C, debit 0,13 liter/menit temperatur air

panas maksimum rata-rata mencapai 540C, debit 0,18 liter/menit temperatur air panas maksimum

rata-rata mencapai 450C.

4.3.3. Waktu Efektif untuk Menghasilkan Temperatur Maksimum

Berdasarkan data pengamatan kita dapat melihat naik turunya temperatur air, hal ini sangat

dipengaruhi oleh intensitas radiasi dari sinar matahari.

Waktu yang efektif untuk menghasilkan temperatur air maksimum pada debit 0,04

liter/menit terjadi pada pukul 12.30-13.30 WIB. Debit 0,09 liter/menit terjadi pada pukul 12.30-

13.30 WIB. Debit 0,13 liter/menit terjadi pada pukul 12.30-13.30 WIB.Debit 0,18 liter/menit

terjadi pada pukul 13.00-14.00 WIB. Secara umum dapat disimpulkan bahwa saat-saat yang

efektif untuk menghasilkan panas yang maksimal terjadi pada selang waktu pukul 12.30-14.00

WIB.

Dari data di atas terlihat bahwa penambahan debit air berpengaruh terhadap semakin

menurunya temperatur air panas. Hal ini disebabkan karena volume air yang mengalir semakin

besar sedangkan luas permukaan kolektor tetap.

4.3.4. Debit Ideal

Debit ideal yang dimaksud di sini adalah debit air yang dapat menghasilkan temperatur

maksimal (temperatur paling tinggi diantara keempat debit), tetapi cukup untuk kebutuhan mandi

keluarga. Temperatur maksimal air panas rata-rata pada kolektor kedua untuk debit 0,04

liter/menit yaitu berkisar pada 76,2-58,60C, debit 0,09 liter/menit berkisar pada 72-78,40C, debit

0.13 liter/menit berkisar pada 48-58,60C dan untuk debit 0,18 liter/menit berkisar pada 42,6-

55,80C. Perlu diketahui bahwa debit ideal akan sangat ditentukan oleh luas permukaan kolektor

dan intensitas radiasi matahari. Jadi untuk menghasilkan debit ideal perlu memperhatikan kedua

faktor ini.

Temperatur yang direkomendasikan untuk mandi keluarga menurut (jurnal PDGI.2009)

adalah berkisar antara temperatur 32-350C. Berdasarkan rujukan di atas debit yang mendekati

debit ideal (debit air yang dapat menghasilkan temperatur maksimal tetapi cukup untuk

kebutuhan mandi keluarga) dari keempat uji debit (0,04; 0,09; 0,13; 0,18 liter/menit) adalah

debit

0,18 liter/menit. Akan tetapi debit ini belum ideal seperti yang direkomendasikan oleh jurnal

PDGI. Untuk menghasilkan debit yang ideal dapat dilakukan dengan mempertahakan

temperatur tetapi volume debit diperbesar.

BAB V

PENUTUP

5.1 KesimpulanDari hasil penelitian dan pembahasan tentang “Sistem Pemanas Air Menggunakan Radiasi

Sinar Matahari” yang telah diuraikan maka dapat disimpulkan beberapa hal terkait sebagai

berikut:

1. Alat ini dikatakan efektif karena kolektor dibuat sebanyak dua buah dengan tujuan untuk

memperluas bidang penyerap radiasi dari sinar matahari. Semakin luas kolektor maka

semakin banyak juga radiasi sinar matahari yang ditangkap, sehingga temperatur air yang

melewatinya semangkin meningkat. Kolektor diletakkan di dalam kotak dari kaca transparan

dengan tujuan untuk menghindari atau mengurangi kehilangan kalor dari kolektor ke

lingkungan. Selain itu kolektor dibuat menyerupai usus dan terdapat sekat agar panas

yang diserap oleh air semakin banyak sehingga temperatur air semangkin meningkat.

Kemudian alat ini dikatakan efisian karena dapat memanaskan air yang disebabkan oleh

radiasi dari sinar matahari. Dengan kata lain alat ini menggunakan sumber energi dari

sinar matahari yang tentunya relatif lebih murah daripada pemans air yang menggunakan

gas atau listrik sebagai sumber energi. Kelebihan dari sinar matahari ini antara lain: tidak

bersifat polutif, berlimpah, bersifat terbarukan (renewable), dapat dimanfaatkan baik

secara langsung maupun tidak langsung dan merupakan energi sepanjang masa.

2. Temperatur maksimum air panas rata-rata yang diukur pada kolektor kedua untuk debit 0,04

liter/menit yaitu berkisar pada 67-74,60C, debit 0,09 liter/menit berkisar pada 58-660C, debit

0.13 liter/menit berkisar pada 42-540C dan untuk debit 0,18 liter/menit berkisar pada 34,8-

450C.

3. Saat-saat yang efektif untuk menghasilkan panas yang maksimal terjadi pada selang waktu

pukul 12.30-14.00 WIB.

4. Temperatur yang direkomendasikan untuk mandi keluarga menurut (jurnal PDGI.2009)

adalah berkisar antara temperatur 32-350C. Temperatur ini diharapkan dapat membantu

mengeluarkan toksin attau racun yang mengendap di dalam tubuh. Berdasarkan rujukan di

atas debit yang ideal (debit air yang dapat menghasilkan temperatur maksimal tetapi cukup

untuk kebutuhan mandi keluarga) dari keempat uji debit (0,04; 0,09; 0,13; 0,18 liter/menit)

adalah debit 0,18 liter/menit. Hal ini dikarenakan untuk debit ini temperatur rata-rata

mencapai kisaran 42,6-55,80C (dari tabel 4.24 pada kolom tandon air panas) dan volume air

panas yang dihasilkan sebanyak 59,4 liter.

5.2 Saran1. Untuk menghasilkan air dengan temperatur lebih tinggi maka ukuran permukaan kolektor

dapat diperluas sehingga banyak menangkap radiasi matahari yang datang padanya dan dapat

mengkonversi mmenjadi panas.

2. Kebocoran kolektor juga perlu diperhatikan agar dapat menghindari kerugian kalor yang

hilang ke lingkungan.

3. Volume debit yang digunakan untuk uji coba diperbesar dan diperbanyak variasinya.

DAFTAR PUSTAKA

Eka Budi Setiawan, Ferry.2006.Perancangan Alat Pemanas Air Tenaga Surya.Tugas Akhir Tidak Diterbitkan. Universitas Muhammadiyah Malang. Malang.

Giancoli.2001.Fisika Jilid 1.Erlangga.Jakarta

Hamka, Subhan.2005. Pemanas Air Energi Surya Dengan Cermin Datar Sebagai Reflektor Cahaya Dengan Pipa Hitam Sebagai Medium Air. Tugas Akhir Tidak Diterbitkan. Universitas Muhammadiyah Malang. Malang.

Harahap, Filino dan Pantur Silaban.1996.Termodinamika Teknik.Erlangga.Jakarta

Holman,J.P.1994.Perpindahan Kalor.Erlangga.Jakarta

Irjan.2009.Pengering Alternatif dengan Menggunakan Sistem KolektorSurya.Jurnal Neutrino, no 1 vol 1.Fisika UIN Malang

Jurnal PDGI.2009.h t tp: / / w ww . pd g i - onl i n e . c om/ v 2 / ind e x . ph p ? o ption = c om_ c o n t e nt & t as k=vi ew &id=735& I t e m i d = 1 . Diakses tanggal 17Desember 2009

Koestoer, Raldi Artono.2002.Perpindahan Kalor.Salemba teknik.Jakarta

L.Streeter,victor.1995.Mekanika Fluida jilid 2.Erlangga.Jakarta

Sardjito.2000.Fisika Terapan untuk Politeknik Fluida dan Termofisika.Direktorat Pembinaan Penelitian Dan Pengabdian Pada Masyarakat Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional

Sitompul, Darwin dan Kusnul hadi.1984.Prinsip-prinsip KonversiEnergi.Erlangga.Jakarta

Surdia, Tata dan Shinroku Saito.2000.Pengetahuan Bahan Teknik.PrandnyaParamita.Jakarta

Tjasyono, Bayong.2006.Ilmu Kebumian dan Antariksa.Rosda.Bandung

LAMPIRAN-LAMPIRAN

Diagram Alur Perancangan Alat

Energi matahari Tandon penampung air dingin

Kolektor 1

Kolektor 2 Tandon penampung air panas

Kran

Selesai

Grafik Temperatur Rata-Rata Pada Temperatur Lingkungan, Air Pada Tandon Air Dingin Dan Temperat ur Air Panas Setelah Melewati Kolektor

Kedua Vs Waktu Pengamatan

Grafik 4.1. Grafik Temperatur Rata-Rata Pada Temperatur Lingkungan, Air Pada Tandon Air Dingin Dan Temperatur Air Panas Setelah Melewati Kolektor Kedua Vs Waktu Pengamatan untuk Debit 0,04 liter/menit

"

!


!

#$

$

$

$

$

$

$

$

$

$

$

$

#$

$

$

$

$

$

$

$

$

$

$

$



Perhitungan

1. Debit 0,04 liter/menit

TH = 70,68+38,26 = 108,260C

! "

#"

Untuk debit air 0,04 liter/menit berdasarkan data yang ada diperoleh nilai

efisiensi alat sebesar 64%.


TH = 49,06+38 = 87,060C

$

! "

"




TH = 49,07+32,85 = 81,920C

%

%

! "

%"




TH = 40,82+30,75 = 71,570C

% $

$ $ ! "

$"



Foto Alat

Foto alat secara keseluruhan

Tandon Penampung Air Dingin

Kolektor Pertama

Kolektor Kedua

Tandon penampung air panas

05540004-puji-astuti.doc

Documents

Transcript of 05540004-puji-astuti.doc