SOLAR WATER HEATER1. Tujuan Tujuan dari praktikum Solar Water Heater adalah : Untuk mengetahui dan mempelajari proses perpindahan panas pada solar water heater. Untuk mengetahui laju perpindahan panas (q) radiasi pada solar water heater panel hitam dan panel putih. Untuk mengetahui efektivitas perpindahan panas pada solar water heater panel hitam dan panel putih. Untuk mengetahui energi panas (Qair)yang dapat diserap oleh air selama proses pemanasan.

2. Dasar teori Energi 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 secara langsung untuk memproduksi listrik atau untuk memanaskan bahkan untuk mendinginkan. Potensi masa dapat energi surya hanya dibatasi oleh keinginan kita untuk menangkap kesempatan. Ada banyak cara untuk memanfaatkan energi dari matahari. Tumbuhan mengubah sinar matahari menjadi energi kimia dengan menggunakan fotosintesis. Kita memanfaatkan energi ini dengan memakan dan membakar kayu. Bagimanapun, istilah tenaga surya mempunyai arti mengubah sinar matahari secara langsung menjadi panas atau energi listrik untuk 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 adalah silikon, 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

sambungan diantara dua lapisan menyebabkan listrik mengalir, membangkitkan arus DC. Makin kuat cahaya, makin kuat aliran listrik. Sistem photovoltaic tidak membutuhkan cahaya matahari yang terang untuk beroperasi. Sistem ini juga membangkitkan listrik di saat hari mendung, dengan energi keluar yang sebanding ke berat jenis awan. Berdasarkan pantulan sinar matahari dari awan, hari-hari mendung dapat menghasilkan angka energi yang lebih tinggi dibandingkan saat langit biru sedang yang benar- benar cerah. Saat ini, sudah menjadi hal umum piranti kecil, seperti kalkulator, menggunakan solar sel yang sangat kecil. Photovoltaic juga digunakan untuk menyediakan listrik di wilayah yang tidak terdapat jaringan pembangkit tenaga listrik. Kami telah mengembangkan lemari pendingin, yang bernama Solar Chill yang dapat berfungsi dengan energi matahari. Setelah dites, lemari pendingin ini akan digunakan oleh organisasi kemanusiaan untuk membantu menyediakan vaksin di daerah tanpa listrik, dan oleh setiap orang yang tidak ingin bergantung dengan tenaga listrik untuk mendinginkan makanan mereka. Penggunaan sel photovoltaic sebagai desain utama oleh para arsitek semakin meningkat. Sebagai contoh, atap ubin atau slites solar dapat menggantikan bahan atap konvensional. Modul film yang fleksibel bahkan dapat diintegrasikan menjadi atap vaulted, ketika modul semimtransparanmmenyediakanmpercampuranmyangmmenarikmantara bayangan dengan sinar matahari. Sel photovoltaic juga dapat digunakan untuk menyediakan tenaga maksimum ke gedung pada saat hari di musim panas ketika sistem AC membutuhkan energi yang besar, hal itu membantu mengurangi beban maskimum elektik.Baik dalam skala besar maupun skala kecil photovoltaic dapat mengantarkan tenaga ke jaringan listrik, atau dapat disimpan dalam selnya. Radiasi bergerak di ruang sebagai garis atau berkas cahaya dan hanya benda-benda yang dapat terlihat oleh benda yang melakukan radiasi itu saja yang dapat menangkap radiasi benda itu. Dalam kenyataan radiasi yang dipantulkan akan menimpa benda-benda lain yang menyerap dan akhirnya akan dikonversikan menjadi kalor, setelah beberapa pemantilan. Benda-benda yang kena radiasi, meradiasi energy yang energinya terdiri dari fotonfoton yang bergerak dengan arah, fasa dan frekuensi yang serampangan. Foton-foton tersebut ada yang diserap, direfleksi atau diteruskan melalui permukaan tersebut.

Tiga sifat permukaan yang mengukur kuantitas-kuantitas tersebut adalah: - Absortivitas (keteserapan), adalah bagian radiasi yang diserap oleh bahan - Reflektivitas (keterpantulan), adalah bagian radiasi yang direfleksikan oleh bahan - Transmisivitas, adalah bagian radiasi yang ditransmisikan oleh bahan Jumlah ketiga fraksi adalah satu, yakni: ++=1 (4.1)

2.1.

Solar Water Heater

Panas tenaga matahari menggunakan panas matahari secara langsung. Pengumpul panas matahari diatas atapmu dapat menyediakan air panas untuk rumahmu, dan membantu menghangatkan rumahmu. Sistem panas matahari berdasarkan prinsip sederhana yang telah dikenal selama berabad-abad: matahari memanaskan air yang mengisi bejana gelap. Teknologi tenaga panas matahari yang ada di pasar saat ini sangat efisien dan bisa diandalkan. Saat ini pasar menyediakan tenaga matahari untuk aplikasi dengan cakupan luas, dari pemanas air domestik dan pemanas ruangan di perumahan dan gedung -gedung komersial, sampai pemanas kolam renang, tenaga matahari-pendingin, proses pemanasan industri dan memproses air menjadi tawar. Saat ini produksi pemanas air panas domestik merupakan aplikasi paling umum untuk tenaga panas matahari. Di beberapa negara hal ini telah menjadi sarana yang umum digunakan oleh gedung tempat tinggal. Tergantung pada kondisi dan konfigurasi sistem, kebutuhan air panas dapat disediakan oleh tenaga matahari hingga 100% . Sistem yang lebih besar dapat ditambahkan untuk menutupi bagian penting dari kebutuhan energi untuk pemanas ruangan. Ada dua tipe teknologi: Tabung vakum- penyedot di dalam tabung vakum menyedot radiasi dari matahari dan memanaskan cairan di dalam, seperti di panel tenaga matahari datar. Tambahan radiasi diambil dari reflektor di belakang tabung. Bentuk bundar tabung vakum membuat cahaya matahari dari berbagai sudut dapat mencapai penyerap secara langsung. Bahkan di saat mendung, ketika cahaya datang dari banyak sudut pada saat bersamaan, tabung vakum kolektor tetap dapat efektif.

Kolektor solar panel datar- pada dasarnya merupakan kotak yang ditutupi kaca yang ditaruh di atap seperti cahaya langit. Di dalam kotak terdapat serangkaian tabung pemotong dengan sirip pemotong terpasang. Seluruh struktur dilapisi substansi hitam yang didesain untuk menangkap sinar matahari. Sinar ini memanaskan air dan campuran bahan anti beku, yang beredar dari kolektor turun ke pemanas air di bawah tanah.

*Contoh penggunaan Energi Matahari yang digunakan sebagai pemanas air/Solar water heater. Komponen utama solar water heater terdiri dari panel kolektor dan tangki yang dihubungkan dengan dua pipa aksesories. Panel kolektor pada solar water heater dilengkapi dengan penutup kaca berfungsi sebagai penangkap panas sinar matahari yang didalamnya tersusun rangkaian pipa tembaga sebagai jalur air yang dibalut sirip absorber. Sedangkan tangki solar water heater berfungsi sebagai "Thermos" (tempat penyimpanan air berinsulasi) yang mampu menahan penurunan panas secara minimal. Pada saat matahari bersinar, panel kolektor menangkap sinar matahari dan secara mekanis mengalirkan panas dari sirip absorber ke pipa-pipa tembaga yang berisi air, sehingga suhu air 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 kolektor mengalami pemanasan dan akan bergerak ke sisi atas dan masuk ke dalam tangki. Pada saat bersamaan, air di dalam tangki yang bersuhu rendah terdorong turun ke dalam panel kolektor. Pergerakan perputaran air ini bergerak berkesinambungan sehingga terjadi sirkulasi secara mekanis yang mengakumulasi peningkatan suhu didalam tangki. Pergerakan perpindahan antara air bersuhu tinggi digantikan air bersuhu rendah dapat bergerak mekanis tanpa bantuan tambahan pompa. 2.2. Daya Emisi

Energi monokromatik yang dipancarkan oleh permukaan yang melkukan radiasi tergantung pada temperature permukaan selain panjang gelombang radiasi. Radiasi monokromatik yang dipancarkan tiap satuan luas persatuan waktu per panjang gelombang didefinisikan sebagai daya radiasi monokromatik (W), jadi daya radiasi total W adalah jumlah semua radiasi monokromatik dari permukaan tersebut. Hubungan persamaan matematisnya adalah: W = W x

(4.2)

2.3.

Radiasi Benda Hitam

Benda-benda nyata bukan merupakan benda hitam dan hanay meradiasikan energy lebih sedikit dari benda hitam. Untuk memperhitungkan hal tersebut harus diefinisikan emisivitas () dalam daya radiasi benda nyata dan benda hitam yang dihitung pada temperature yang sama. Perbandingan daya radiasi total benda (W) terhadap daya rdiasi total benda hitam(Wb) didefinisikan sebagai daya benda tersebut, yang besarnya:

=

emisivitas

(4.3)

Perbandingan

antara

daya

radiasimonokromatikbenda

dengan

daya

radiasi

monokromatik benda hitam disebut emisivitas monokromatik yang didefinisikan sebagai berikut:

=

(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 bahwa W adalah sebanding dengan pangkat empat dari temperature mutlak. Jadi total radiasi yang diradiasikan oleh benda hitam: = x T4 (4.5) Dimana: = Total energy radiasi, W/m2 = tetapan Stefan Boltzmann = 5,669 x 10-8 W/m2 K4 = 0,1714 x 10-8 Btu/jam ft2 R4 T = temperature absolute, K atau R

Alat pemanas air matahari (solar water heater) merupakan alat yang menggunakan sinar matahari untuk memanaskan air atau mengalihkan panas mengalir di dalam pipa pengumpul. Ada tiga sistem utama yang termasuk di dalamnya; sistim yang aktif, sistim thermosiphon, dan sistem kelompok yang terintegrasi. Penggunaan sistem (aktif) bekerja memompa air untuk mengalirkan cairan ke pengalih panas. Sistem thermosiphon menggunakan suatu tangki terletak di atas pengumpul dan seperti layaknya pengumpul memanaskan air, air panas itu naik ke tangki penyimpan. Sebagai satu kesatuan, pipa pengumpul air panas tenaga surya juga berfungsi sebagai tangki air. Dalam beberapa hal, pemasangan jaringan pipa air dari suatu pemanas air tenaga matahari juga disambungkan ke suatu jaringan pipa alat pemanas air konvensional, katup yang tidak-aktip selama air masuk dari alat pemanas air tenaga matahari menjadi panas atau lebih panas dibanding dengan penyetelan suhu pada alat pemanas air yang ada di dalam rumah. Jika airnya tidak cukup panas maka alat pemanas air konvensional (mengambil alih) memanaskan air. Komponen utama dari pemanas air tenaga matahari terdiri atas:

1. Kolektor penyerap panas, yaitu jumlah luas area yang tersedia untuk menyerap energi matahari. Agar efisien dan efektif penyerap panas ini harus memiliki komponen yang sensitif menyerap panas dan terisolasi dengan baik. 2. Tangki penyimpanan, yaitu tempat untuk menyimpan air yang telah dipanaskan dari kolektor penyerap pemanas. Agar efisien dan efektif, tempat penyimpanan air panas ini harus dibungkus dengan lapisan isolasi yang baik sempurna agar panas yang telah dicapai tidak 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 tenaga matahari, yang sebenarnya 2 alat yang sangat berbeda. Walaupun sama-sama mamanfaatkan tenaga matahari, akan tetapi kolektor penyerap untuk pemanas air tenaga matahari hanya bertujuan 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 dan

mmmmtabung vacuum. 1. Sistem Kolektor Flat bentuknya seperti sebuah kotak yang ukurannya relatif besar, umumnya diletakkan diatas atap rumah. Didalam kotak tersebut berisi sebuah lempengan kaca bening yang dibawahnya terdapat lempengan penyerap panas. Air atau cairan yang akan dipanaskan melewati pipa-pipa yang terletak dibawah lempengan penyerap panas tersebut. Lempengan penyerap panas dibungkus oleh lapisan isolasi agar panas tidak keluar, tetapi sistem isolasi ini belum maksimal karena panas sangat mudah terbawa keluar oleh factor cuaca.

2. Penemuan yang paling kontemporer di abad 21 adalah pemanas air dengan kolektor penyerap panas Sistem Tabung Vacuum yang sangat sensitif (cepat) menyerap panas dan sangat efisien menyimpan panas. Tabung vacuum terdiri dari dua tabung kaca yang membentuk lapisan. Tabung lapisan dalam dilapisi dengan lapisan penyerap terbaik yang menyerap energi surya dengan sempurna dan menahan pembuangan panas. Antara dua lapisan tersebut terbentuk suatu ruang vacuum (hampa udara), yang dapat meminimalisasi pembuangan panas. Tabung-tabung ini bekerja sangat baik dalam segala kondisi cuaca bahkan pada saat mendung dan temperatur rendah (bersalju). Tabung ini terbuat dari 100% kaca borosilicate (pyrex). Penyerapan panas pada sistem tabung vacuum diterima secaramradiasi.mSehingga,mpersentasemkehilanganmpanasmsangatmkecil.

3. Peralatan Praktikum 1. Solar water heater 2. Alat pengukur besarnya Q radiasi matahari 3. 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 pada posisi 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.

5. Data percobaan 5.1. Data Percobaan ke-1 (Panel Hitam dan Panel Putih)Panel Hitam No T (menit) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tk ( C)0

Panel Putih Q (gps) 3.5 3 3 3 3 3 3 3 3 3 Tk ( C)0

Td ( C)0

Tai 0 ( C) 28.3 27.8 27.5 29.2 27.6 27.5 26.8 26.7 24 27.4

Tao 0 ( C) 31.1 31.4 31.6 31.4 31 28.4 26.2 27 26.2 29

Td ( C)0

Tai 0 ( C) 26.3 27.3 28.3 28.6 27.5 26.4 25.5 25.3 25 25.6

Tao 0 ( C) 27.7 27.9 28.5 28.8 27.2 26.2 25.9 25.4 25.2 25.8

Q (gps) 4.5 4.5 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25

Qm 2 (W/m ) 610 810 830 840 319 87 110 202 318 343

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

32.9 37 38.2 38.3 34.6 30.4 28.3 30.3 30.9 30.1

31.8 32 32.2 32.4 30.6 30.1 28.3 28.4 29.3 31

30.7 31.6 31.8 32.9 29.3 26.6 26.3 25.9 26.8 27.7

27.6 27.7 27.6 28.1 26.9 26.1 24.9 25.2 25.4 26.1

5.2.No 1 2 3 4 5 6 7

Data Percobaan ke-2 (Panel Hitam)T (menit) 1 7 12 18 24 37 43 Tk (0C) 35.7 32.9 28.6 28.8 29.2 28.8 30.2 Td (0C) 28.3 29.5 27 26 26.1 26.1 29.4 T ai (0C) 22.7 24.2 25.6 26.7 27.5 26.6 25.8 Tao (0C) 25.9 20.9 29.4 29.4 30.4 27.8 28.5 Q Qm (gps) (W/m2) 7.5 6.5 2 1.5 1.5 3.5 3 458 392 339 333 391 247 284

Keterangan : Tk Td Tai Tao Q Qm = suhu kaca (0C) = suhu dinding panel (0C) = suhu air masuk (0C) = suhu air keluar (0C) = debit air (gps) = besarnya radiasi matahari (W/m2)

6. Analisis Data

7. Data Hasil Perhitungan 1. Data Percobaan Ke-1 (Panel Hitam dan Panel Putih)Panel Hitam Qrad 6.818709 31.65544 38.24763 37.66499 24.85724 1.821537 0 11.4341 9.700522 -5.48086 Efisiensi 1.117821 3.908079 4.608149 4.483928 7.792239 2.093721 0 5.660447 3.050479 -1.59792 Q 0.051875 0.066697 0.07596 0.040759 0.062991 0.016674 0 0.005558 0.040759 0.029643 Qrad 18.61895 23.54068 25.36423 29.21856 14.26477 2.920266 8.115478 4.055684 8.156314 9.396514 Panel Putih Efisiensi 3.052287 2.906256 3.055932 3.4784 4.471714 3.356627 7.377707 2.007765 2.564879 2.739508 Q 0.025938 0.011116 0.003705 0.003705 -0.00556 0.007411 0.007411 0.001853 0.003705 0.003705

2. Data Percobaan Ke-2 (Panel Hitam)Qrad 45.72034 20.83936 9.481364 16.52652 18.34303 15.94423 4.835848 Efisiensi 9.982606 5.316163 2.796863 4.96292 4.691313 6.455152 1.702763 Q 0.059286 -0.06114 0.070402 0.050023 0.053728 0.022232 0.050023

8. Grafik Hasil Perhitungan 1. Grafik Percobaan Ke-1 (Panel Hitam dan Panel Putih) Panel Hitam

Efisiensi, Qrad Vs Waktu35 30 25 20 15 10 5 0 -5 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Efisiensi Qrad

Waktu

Panel Putih

Efisiensi, Qrad Vs Waktu35 30 25 20 15 10 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Qrad Efisiensi

Waktu

Panel Hitam & Panel Putih

Qair Vs Waktu0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 -0.01 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Panel Hitam Panel Putih

Waktu

2.

Grafik Percobaan Ke-1 (Panel Hitam) Panel Hitam

Efisiensi, Qrad Vs Waktu50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 7 12 18 24 37 43

Qrad Efisiensi

Waktu

Panel Hitam

Qair Vs Waktu0.08 0.06 0.04 0.02 0 -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 1 7 12 18 24 37 43 Qair

LAPORAN PRAKTIKUM PERPINDAHAN PANAS Solar Water Heater Diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah perpindahan panasPembimbing Penyusun Partner / kelompok : Ika Yuliani, ST. : Agi Wagiarni Azizah : Agry Kusuma Senjaya Aptian Aji Dayusman Arief Abdurrahman malik Aris Khoeruman Beny Cahyadi Chandra Ansromeda Hafiz Dera Desmara Dhani Setya Putra Dodi Iqbal Iskandar Kelas Kelompok (091711033) (091711034) (091711035) (091711036) (091711037) (091711038) (091711039) (091711040) (091711041) (091711042)

: 2 B / Teknik Konversi Energi : 1 (Satu)

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG