SOLAR WATER HEATER

1. TujuanTujuan dari praktikum Solar Water Heater adalah :- Untuk mengetahui dan mempelajari proses perpindahan panas pada solar waterheater.- Untuk mengetahui laju perpindahan panas (q) radiasi pada solar water heater panelhitam dan panel putih.- Untuk mengetahui efektivitas perpindahan panas pada solar water heater panelhitam dan panel putih.- Untuk mengetahui energi panas (Qair)yang dapat diserap oleh air selama prosespemanasan.

2. Dasar teoriEnergi surya atau matahari telah dimanfaatkan di banyak belahan

dunia dan jika dieksplotasi dengan tepat, energi ini berpotensi mampu menyediakan kebutuhan konsumsi energi dunia saat ini dalam waktu yang lebih lama. Matahari dapat digunakan secaralangsung untuk memproduksi listrik atau untuk memanaskan bahkan untuk mendinginkan.Potensi masa dapat energi surya hanya dibatasi oleh keinginan kita untuk menangkapkesempatan.Ada banyak cara untuk memanfaatkan energi dari matahari. Tumbuhan mengubahsinar matahari menjadi energi kimia dengan menggunakan fotosintesis. Kita memanfaatkanenergi ini dengan memakan dan membakar kayu. Bagimanapun, istilah ‘tenaga surya’ mempunyai arti mengubah sinar matahari secara langsung menjadi panas atau energi listrikuntuk kegunaan kita. dua tipe dasar tenaga matahari adalah ‘sinar matahari’ dan ‘photovoltaic’ (photo - cahaya, voltaic sama dengan tegangan) Photovoltaic tenaga matahari:melibatkan pembangkit listrik dari cahaya. Rahasia dari proses ini adalah penggunaan bahan semi konduktor yang dapat disesuaikan untuk melepas elektron, pertikel bermuatan negative yang membentuk dasar listrik. Bahan semi konduktor yang paling umum dipakai dalam sel photovoltaic adalahsilikon, sebuah elemen yang umum ditemukan di pasir. Semua sel photovoltaic mempunyai paling tidak dua lapisan semi konduktor seperti itu, satu bermuatan positif dan satu bermuatan negatif. Ketika cahaya bersinar pada semi konduktor, lading listrik menyeberang. Kolektor solar panel datar- pada dasarnya merupakan kotak yang ditutupi kaca yangditaruh di atap seperti cahaya langit. Di dalam kotak terdapat serangkaian tabung pemotongdengan sirip pemotong terpasang.Seluruh struktur dilapisi substansi hitam yang didesain untuk menangkap sinarmatahari. Sinar ini memanaskan air dan campuran bahan anti beku, yang beredar darikolektor turun ke pemanas air di bawah tanah.*Contoh penggunaan Energi Matahari yang digunakan sebagai pemanas air/Solar waterheater.Komponen utama solar water heater terdiri dari panel kolektor dan tangki yangdihubungkan dengan dua pipa aksesories. Panel kolektor pada solar water heater dilengkapidengan penutup kaca berfungsi sebagai penangkap panas sinar

matahari yang didalamnyatersusun rangkaian pipa tembaga sebagai jalur air yang dibalut sirip absorber.Sedangkan tangki solar water heater berfungsi sebagai "Thermos" (tempatpenyimpanan air berinsulasi) yang mampu menahan penurunan panas secara minimal. Padasaat matahari bersinar, panel kolektor menangkap sinar matahari dan secara mekanismengalirkan panas dari sirip absorber ke pipa-pipa tembaga yang berisi air, sehingga suhuair didalamnya perlahan meningkat.Panel solar water heater berpedoman pada prinsip alamiah air "Thermosiphon".Thermosiphon ialah prinsip pasif perpindahan panas dengan memanfaatkan proses alamiah

 konveksi air. Pada prakteknya, prinsip ini dimulai dari air yang berada pada panel kolektormengalami pemanasan dan akan bergerak ke sisi atas dan masuk ke dalam tangki.Pada saat bersamaan, air di dalam tangki yang bersuhu rendah terdorong turun kedalam panel kolektor. Pergerakan perputaran air ini bergerak berkesinambungan sehinggaterjadi sirkulasi secara mekanis yang mengakumulasi peningkatan suhu didalam tangki. Pergerakan perpindahan antara air bersuhu tinggi digantikan air bersuhu rendah dapatbergerak mekanis tanpa bantuan tambahan pompa.

2.2. Daya EmisiEnergi monokromatik yang dipancarkan oleh permukaan yang

melkukan radiasitergantung pada temperature permukaan selain panjang gelombang radiasi. Radiasimonokromatik yang dipancarkan tiap satuan luas persatuan waktu per panjang gelombangdidefinisikan sebagai daya radiasi monokromatik (Wλ), jadi daya radiasi total W

adalah jumlah semua radiasi monokromatik dari permukaan tersebut. Hubungan persamaanmatematisnya adalah:W = Wλx∈(4.2)2.3. Radiasi Benda HitamBenda-benda nyata bukan merupakan benda hitam dan hanay meradiasikan energylebih sedikit dari benda hitam. Untuk memperhitungkan hal tersebut harus diefinisikanemisivitas (ε) dalam daya radiasi benda nyata dan benda hitam yang dihitung padatemperature yang sama. Perbandingan daya radiasi total benda (W) terhadap daya rdiasitotal benda hitam(Wb) didefinisikan sebagai daya benda tersebut, yang besarnya:∈= emisivitas(4.3)Perbandingan antara daya radiasimonokromatikbenda dengan daya radiasimonokromatik benda hitam disebut emisivitas monokromatik yang didefinisikan sebagaiberikut:

  ∈= (4.4)2.4. Hukum-Hukum Radiasi Benda Hitam Fluks radiasi panas dari sebuah permukaan benda hitam disebut daya radiasi(W)dikemukakan oleh Stefan Boltzmann. Pertimbangan termodinamika memperlihatkan bahwaW adalah sebanding dengan pangkat empat dari temperature mutlak. Jadi total radiasi yangdiradiasikan oleh benda hitam:

 = σ x T4 (4.5)Dimana:= Total energy radiasi, W/m2 σ= tetapan Stefan Boltzmann= 5,669 x 10-8W/m2K4 = 0,1714 x 10-8Btu/jam ft2R4 T = temperature absolute, K atau RAlat pemanas air matahari (solar water heater) merupakan alat yang menggunakansinar matahari untuk memanaskan air atau mengalihkan panas mengalir di dalam pipapengumpul. Ada tiga sistem utama yang termasuk di dalamnya; sistim yang aktif, sistimthermosiphon, dan sistem kelompok yang terintegrasi. Penggunaan sistem (aktif) bekerjamemompa air untuk mengalirkan cairan ke pengalih panas. Sistem thermosiphonmenggunakan suatu tangki terletak di atas pengumpul dan seperti layaknya pengumpulmemanaskan air, air panas itu naik ke tangki penyimpan. Sebagai satu kesatuan, pipapengumpul air panas tenaga surya juga berfungsi sebagai tangki air.Dalam beberapa hal, pemasangan jaringan pipa air dari suatu pemanas air tenagamatahari juga disambungkan ke suatu jaringan pipa alat pemanas air konvensional, katupyang tidak-aktip selama air masuk dari alat pemanas air tenaga matahari menjadi panasatau lebih panas dibanding dengan penyetelan suhu pada alat pemanas air yang ada didalam rumah. Jika airnya tidak cukup panas maka alat pemanas air konvensional(mengambil alih) memanaskan air.Komponen utama dari pemanas air tenaga matahari terdiri atas:

Kolektor penyerap panas, yaitu jumlah luas area yang tersedia untuk menyerap energimatahari. Agar efisien dan efektif penyerap panas ini harus memiliki komponen yangsensitif menyerap panas dan terisolasi dengan baik. 

Tangki penyimpanan, yaitu tempat untuk menyimpan air yang telah dipanaskan darikolektor penyerap pemanas. Agar efisien dan efektif, tempat penyimpanan air panas iniharus dibungkus dengan lapisan isolasi yang baik sempurna agar panas yang telah

dicapaitidak mudah terbuang, hal ini sama seperti perumpamaan termos yang digunakan untuk menyimpan air panas.Sering kali orang terkecoh antara konsep kerja panel cell surya pembangkit listrik (Semiconductor photovoltaic/PV) dengan kolektor penyerap panas untuk pemanas air tenagamatahari, yang sebenarnya 2 alat yang sangat berbeda. Walaupun sama-sama mamanfaatkantenaga matahari, akan tetapi kolektor penyerap untuk pemanas air tenaga matahari hanyabertujuan untuk memanaskan air secara langsung dari energi matahari dan sama sekali tidak menghasilkanmlistrik.

2.5. Terdapat dua tipe utama kolektor pemanas air tenaga surya: kolektor flat danmmmmtabung vacuum.

 1. Sistem Kolektor Flat bentuknya seperti sebuah kotak yang ukurannya relatif besar, umumnya diletakkandiatas atap rumah. Didalam kotak tersebut berisi sebuahlempengan kaca bening yang dibawahnya terdapatlempengan penyerap panas. Air atau cairan yang akandipanaskan melewati pipa-pipa yang terletak dibawahlempengan penyerap panas tersebut. Lempengan penyerap panas dibungkus oleh lapisanisolasi agar panas tidak keluar, tetapi sistem isolasi ini belum maksimal karena panassangat mudah terbawa keluar oleh factor cuaca.

  2. Penemuan yang paling kontemporer di abad 21 adalah pemanas air dengan kolektorpenyerap panas Sistem Tabung Vacuum yang sangat sensitif (cepat) menyerap panas dansangat efisien menyimpan panas. Tabung vacuum terdiri dari dua tabung kaca yangmembentuk lapisan. Tabung lapisan dalam dilapisi dengan lapisan penyerap terbaik yangmenyerap energi surya dengan sempurna dan menahan pembuangan panas. Antara dualapisan tersebut terbentuk suatu ruang vacuum (hampa udara), yang dapat meminimalisasipembuangan panas. Tabung-tabung ini bekerja sangat baik dalam segala kondisi cuacabahkan pada saat mendung dan temperatur rendah (bersalju). Tabung ini terbuat dari100% kaca borosilicate (pyrex). Penyerapan panas pada sistem tabung vacuum diterimasecaramradiasi.mSehingga,mpersentasemkehilanganmpanasmsangatmkecil.

3. Peralatan Praktikum

1. Solar water heater2. Alat pengukur besarnya Q radiasi matahari3. Thermometer (2 buah)4. Stopwatch (1 buah)

4. Prosedur praktikum

1. Siapkan peralatan praktikum seperti Solar water heater, alat pengukur besarnya Q radiasi , thermometer dan stopwatch.2. Memasang alat pengukur Q radiasi matahari pada tempat yang sesuai.3. Memasang panel solar water heater yang berwarna hitam dan putih, tepat padaposisi di atas matahari.4. Menyalakan solar water heater.5. Ukur suhu air masuk, air keluar, suhu kaca, dan dinding pada masing-masing panel.6. Catatdebit air yang masuk pada tiap-tiap panel.7. Ulangi percobaan hingga 10 kali data percobaan.