TUGAS ENERGI TERBARUKANPROPOSAL TA KEMAMPUAN PENYERAPAN KALOR RADIASI MATAHARI OLEH SOLAR WATER HEATER BERDASARKAN WAKTU DI DAERAH CILEGON

Disusun Oleh :ALOYSIUS FERNANDO3331081412

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA CILEGON - BANTEN2011

JUDUL KEMAMPUAN PENYERAPAN KALOR RADIASI MATAHARI OLEH SOLAR WATER HEATER BERDASARKAN WAKTU DI DAERAH CILEGON ABSTRAKMatahari dapat dikatakan sebagai sumber dari segala aktifitas kehidupan manusia di muka bumi. Energi yang dihasilkan oleh matahari adalah energi panas dan energi cahaya. Dengan pemanfaatan energi matahari yang gratis dan berlimpah serta dirancang sesuai iklim Indonesia, energi radiasi matahari dapat dimanfaatkan untuk sistem pemanas air solar water heater. Datangnya radiasi matahari yang tidak konstan sepanjang hari, mengakibatkan pemanfaatannya sebagai sistem pemanas air juga tidak tetap. Oleh karena itu, dilakukan penelitian mengenai besarnya energi radiasi matahari yang digunakan untuk memanaskan air pada solar water heater.Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode analisis untuk mengolah data. Dengan batasan temperatur air panas yang harus tersedia ditentukan berkisar antara 40 60 C karena tidak membahayakan dan dapat disimpan sebagai air mandiDari hasil pengujian serta perhitungan, maka akan diperoleh besarnya nilai kalor dari radiasi matahari yang berhasil diserap oleh kolektor.Sehingga dapat diketahui nilai efisiensi dari kerja kolektor untuk tiap jam pada tiap hari pengujian dengan warna pipa yang berbeda.. Dimana nilai efisiensi dari pipa tembaga yang menggunakan warna hitam lebih besar yakni rata-rata sebesar 82.54 % dibandingkan dengan warna asli dari tembaga yang hanya rata-rata sebesar 26.4 %.

BAB IPENDAHULUAN

1.1Latar BelakangHampir 65% energi yang digunakan berasal dari bahan bakar fosil, dimana saat ini ketersediaannya terbatas. Berdasarkan hasil survey, penggunaan energi di dunia masih menggunakan energi tak terbarukan sebagai tumpuan utama dalam penyediaan energi. Padahal telah diketahui bahwa energi terbarukan memiliki potensi yang sangat besar. Untuk memenuhi kebutuhan energi yang terus meningkat tersebut, maka perlu dilakukan pemanfaatan energi terbarukan sebagai sumber energi alternatif. Pemanfaatan energi terbarukan ini memiliki banyak keuntungan diantaranya adalah tidak mencemari lingkungan dan dapat didaur ulang. Namun, sampai saat ini potensi energi terbarukan belum banyak dimanfaatkan, padahal di Indonesia, potensi energi ini sangat besar. Sebagai salah satu energi alternatif dan terbarukan, energi matahari merupakan salah satu potensi energi yang sangat potensial untuk dikembangkan. Matahari menghasilkan energi panas (melalui radiasi) dan juga energi cahaya. Matahari dapat dikatakan sebagai sumber dari segala aktifitas kehidupan manusia di muka bumi. Energi yang dihasilkan oleh matahari adalah energi panas dan energi cahaya. Besar energi radiasi matahari yang jatuh ke bumi, tiap satu satuan luas adalah sekitar 1000 W/m dalam keadaan cerah. Energi yang berasal dari matahari dapat dimanfaatkan secara langsung maupun tidak langsung.Dengan berkembangnya teknologi dan meningkatnya gaya hidup masyarakat, banyak teknologi yang diciptakan dengan menggunakan sumber dari sinar matahari. Contohnya, pancaran radiasi panas matahari tersebut dapat dimanfaatkan untuk mentenagai suatu sistem. Salah satunya adalah sistem pemanas air (water heater), pemanas air merupakan satu contoh produk yang sekarang ini banyak diminati untuk mencukupi kebutuhan rumah tangga, perhotelan, pusat perbelanjaan maupun restoran. Dengan pemanfaatan energi matahari yang gratis dan berlimpah serta dirancang sesuai iklim Indonesia, solar water heater menjadi pilihan terbaik alat pemanas air yang hemat energi dan aman.Datangnya radiasi matahari yang tidak konstan sepanjang hari, mengakibatkan pemanfaatannya sebagai sistem pemanas air juga tidak tetap. Oleh karena itu, dilakukan penelitian mengenai besarnya energi radiasi matahari yang digunakan untuk memanaskan air pada solar water heater.

12Rumusan MasalahBerdasarkan latar belakang di atas dapat di rumuskan suatu permasalahan dari radiasi matahari yang dapat berubah-ubah tiap waktu pada setiap hari. Oleh karena itu, ketidak seragaman kondisi radiasi matahari perlu dilakukan penelitian mengenai kemampuan solar water heater dalam menyerap energi matahari dari radiasi tersebut. Sehingga dapat diketahui jumlah kalor radiasi matahari yang mampu diserap oleh air pada solar water heater yang dipasang pada atap suatu bangunan.

1.3 Batasan MasalahDalam penyusunan tugas akhir kali ini, adapun yang menjadi batasan masalah, antara lain sebagai berikut :1. Perhitungan laju panas dan panas yang diserap oleh fluida kerja dimulai dari jam 08.00 sampai 17.00, dengan selisih waktu 60 menit untuk setiap perhitungan.2. Pelat yang digunakan untuk mengalirkan air menggunakan material tembaga.3. Jumlah panas radiasi matahari yang mampu diserap air ditentukan oleh peningkatan kandungan kalor dalam air.4. Variasi warna plat adalah warna asli tembaga dan warna hitam.5. Posisi matahari pada saat pengujian dianggap sejajar dengan posisi kolektor.6. Penelitian ini tidak membahas komponen maupun kinerja dari pompa.

1.4.Tujuan PenelitianAda beberapa tujuan yang akan dicapai dari pelaksanaan tugas akhir ini. Adapun tujuannya antara lain :1. Mengetahui hubungan antar jumlah kalor radiasi matahari yang mampu diserap air terhadap kondisi lingkungan berdasarkan tiap waktu yang ditentukan.2. Mengetahui pengaruh warna pelat tembaga yang digunakan pada saat menyerap kalor radiasi matahari.

BAB IILANDASAN TEORI

2.1.Radiasi MatahariMatahari merupakan sumber energi utama bagi kelangsungan hidup di muka bumi demgan komposisi : 80% hidrogen, dan 20% helium. Bintang ini memiliki diameter 1.392.400 km dan massa sekitar 1,987 x 10 kg. Berat jenis matahari adalah sekitar 1410 kg/m. Sebagai perbandingan, diameter bumi sekitar12.170 km, dengan massa sekitar 6 x 24 kg, dan massa jenis sekitar 5517 kg/m. Temperatur matahari yang dekat dengan titik pusatnya diperkirakan adalah 2 x 10 K.Matahari dapat dikatakan sebagai sumber dari segala aktifitas kehidupan manusia di muka bumi. Energi yang dihasilkan oleh matahari adalah energi panas dan energi cahaya. Besar energi radiasi matahari yang jatuh ke bumi, tiap satu satuan luas adalah sekitar 1000 W/m dalam keadaan cerah. Energi yang berasal dari matahari merupakan salah satu sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan secara langsung maupun tidak langsung.Bedasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari beberapa lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1) Untuk Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m/hari dengan variasi bulanan sekitar 10 %.2) Untuk Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m/hari dengan variasi bulanan 9 %. 3) Dengan demikian, potensi radiasi rata-rata di Indonesia sekitar 4,8kWh/m/hari dengan variasi bulanan 9.5 %. Tabel 2.1. Radiasi Penyinaran Matahari di Indonesia Februari 2008(sumber http://theindonesiannoor.com)2.1.1.Sifat-Sifat Radiasi Pada gelombang elektromagnet berjalan melalui suatu medium (vakum) 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 gelombang secara berkelanjutan akan mengalami pengurangan. Jika pengurangan tersebut berlangsung sampai tidak ada lagi gelombang yang akan menembus permukaan yang dikenainya maka permukaan itu disebut sebagai benda yang bertingkahlaku seperti benda hitam.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. Suatu benda 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 oleh kita karena tidak ada sinar radiasi yang dipantulkan mengenai mata kita. Benda hitam merupakan penyerap dan penghasil energi yang baik pada setiap panjang gelombang dan arah radiasi.

2.2.Dasar-Dasar Perpindahan KalorDefinisi dari perpindahan kalor adalah berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainya sebagai akibat perbedaan suhu antara daerah-daerah tersebut. Secara umum perpindahan kalor dapat dikategorikan dalam tiga cara yang berbeda , yaitu :

a) Perpindahan kalor secara konduksi Konduksi adalah suatu proses dimana kalor mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi menuju daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu media (padat, cair dan gas), atau antara media-media yang berlainan yang bersinggungan secara lansung. Untuk menghitung laju aliran secara konduksi dapat dijabarkan dalam suatu persamaan yang dinyatakan dengan hukum Fourier, yaitu [3] :

...pers. ( 2.1)

Dimana:Qkond= Laju perpindahan kalor dengan cara konduksi, (W) k = Konduktivitas thermal, (W/m.K) A = Luas penampang tegak lurus pada aliran kalor, (m)= Gradien temperatur dalam arah aliran panasDalam aliran kalor konduksi, perubahan energi terjadi karena hubungan molekul secara lansung tanpa adanya perpindahan molekul-molekul yang cukup besar.b) Perpindahan Kalor Secara Konveksi Konveksi adalah proses perpindahan kalor dengan kerja gabungan dan kalor konduksi, menyimpan energi dan gerakan mencampur. Perpindahan kalor secara konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan kalor antara permukaan benda padat dan cairan atau gas. Panas secara konveksi menurut cara menggerakannya dibagi dua bagian yaitu : a) Konveksi alamiah (free convection) terjadi jika gerakan mencampur berlangsung, semata-mata akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien massa jenis. b) Konveksi paksa (forced convection) terjadi jika gerakan mencampur di sebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa atau kipas.Pada umumnya, perpindahan kalor dengan cara konveksi antara suatu permukaan dengan suatu fluida dapat dihitung dengan suatu persamaan, yaitu [3] :...pers. ( 2.2)Dimana :Qkonv =Laju perpindahan panas dengan cara konveksi, (W) A= Luas permukaan perpindahan kalor, (m) H= Koefesien konveksi, (W/(m.K)) Tf= Temperatur fluida, (K) Tw= Temperatur dinding, (K)

c) Perpindahan Kalor Secara Radiasi Radiasi adalah proses dimana kalor mengalir dari benda bersuhu tinggi menuju ke suatu benda yang bersuhu lebih rendah, bila benda-benda itu terpisah dalam ruangan dan bahkan bila terdapat ruang hampa di antara benda-benda tersebut. Untuk menghitung laju pancaran radiasi pada suatu permukaan dapat digunakan persamaan sebagai berikut [3] :Q = ..A.( T1 T2)...pers. (2.3)Dimana : Q= Laju perpindahan kalor radiasi, (W) = Emisivitas benda, (0