## PENGARUH VARIASI JENIS CAIRAN PENUKAR PANAS TERHADAP KINERJA PEMANAS AIR TENAGA SURYA SISTEM PELAT DATAR YANG MENGGUNAKAN PRINSIP SIRKULASI PAKSA
1 2
Zainul Arifin  ,  Dedi Dwi Laksana
1 Alumni Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Jl. Kalimantan 37, Jember 68121 E-mail: aris.teknik@unej.ac.id

## ABSTRAK
Pemanas  air  tenaga  surya  adalah  alat  yang  berfungsi  untuk  memanaskan  air  dengan  menggunakan kolektor surya sebagai penyerap panas dari radiasi panas matahari yang diteruskan ke pipa yang berisi cairan penukar panas (heat exchanger). Dalam penelitian ini, dilakukan pengujian perbandingan kinerja pemanas air tenaga surya antara kinerja pemanas air yang menggunakan cairan penukar panas air, air garam 3,5 %, dan minyak kelapa sawit. Pengambilan data dilakukan dengan mengambil data setiap 30 menit selama 3 jam yaitu pada pukul 09.00-12.00 WIB dan pengujian tersebut dilakukan sebanyak 3 kali pada hari yang berbeda dengan variasi jenis cairan penukar panas. Dari penelitian tersebut diambil data antara  lain  suhu  cairan  penukar  panas  masuk  dan  keluar  kolektor,  dan  suhu  air  pada  tangki,  yang kemudian dilakukan pengolahan data untuk menentukan laju aliran massa, massa jenis fluida, perbedaan suhu pada cairan penukar panas masuk dan keluar kolektor ( Ä T), kinerja pemanas air tenaga surya (q), dan pengolahan data secara grafik. Hasil penelitian dari beberapa jenis cairan penukar panas air, air garam 3,5 %, dan minyak kelapa sawit menunjukkan bahwa cairan penukar panas minyak kelapa sawit 0 dengan kapasitas panas sebesar 1,866 kj/kg.K dan titik didih sebesar 175  C adalah kinerja paling besar, nilai kinerja paling rendah dimiliki oleh air. Hal ini disebabkan nilai kapasitas panas minyak kelapa sawit lebih kecil dari kapasitas panas air dan lebih besar dari kapasitas air garam 3,5 %, selain itu juga di pengaruhi oleh titik didih minyak kelapa sawit yang paling tinggi dari cairan penukar panas lainnya.
Kata kunci: Heat exchanger, kapasitas panas, kinerja, kolektor, titik didih

## PENDAHULUAN
Indonesia  yang  terletak  di  daerah  tropis  ini sebenarnya  memiliki  suatu  keuntungan  cukup  besar y a i t u   m e n e r i m a   s i n a r   m a t a h a r i   y a n g berkesinambungan sepanjang tahun. Untuk itu maka pemanfaatan energi matahari dapat di mulai dari yang sederhana  yaitu  menangkap  energi  yang  dihasilkan dari  sinar  matahari  dengan  pelat  datar  kemudian diteruskan ke pipa yang berisi air. Proses pemanasan air  menggunakan  radiasi  matahari  bergantung  pada intensitas  radiasi  matahari  yang  ditangkap  kolektor surya dan panas yang dipindahkan dari pipa kolektor ke air. Untuk memaksimalkan radiasi panas yang di terima  oleh  kolektor  surya  maka  diperlukan  cairan penukar  panas  yang  dapat  menangkap  energi  panas matahari secara optimal. [1]
Dari  penelitian  sebelumnya  disimpulkan pemanas  air  tenaga  surya  menggunakan  karbon sebagai  penampung  kalor  yang  hasilnya  suhu  air 0 dalam  tandon  naik  sebesar  0,0009  C  per  detik  dan
pada  kondisi  penyinaran  maksimum,  laju  panas perdetik yang di transfer dari bahan campuran semen karbon ke air sebesar 0,075 KW. [2]
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui pengaruh variasi jenis cairan penukar panas terhadap kinerja  pemanas  air  tenaga  surya  sistem  pelat  datar yang  menggunakan  prinsip  sirkulasi  paksa.  Jenis cairan penukar panas yang digunakan adalah air, air garam 3,5 %, dan minyak kelapa sawit. Oleh karena itu perlu  dilakukan  penelitian  tentang  hal  tersebut  agar dapat diketahui perbedaan kinerja pemanas air tenaga surya dari ketiga jenis cairan penukar panas tersebut.

## METODOLOGI PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah  metode  eksperimental. Alat  yang  diguna  kan pada penelitian ini antara lain: Prototipe pemanas air tenaga  surya,  termometer  digital  (Tipe  K  dengan temperatur  maksimal  300ºC  dan  panjang  2  cm), pompa  filter  aquarium  kapasitas  alir  960  liter/jam.
Sedangkan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah  air  yang  dipanaskan    yaitu  air  bersih  dari sumber air sumur sebanyak 4 liter untuk di tempatkan pada tangki air, jenis cairan pemanas yaitu digunakan air  (Cp  =  4,2  kj/kg),  air  garam  3.5  %  (Cp  =  1,431 kj/kg),  dan  minyak  kelapa  sawit  (Cp  =  1,866  kj/kg) dengan  masing-masing  volumenya  1  liter.  Dengan presentase kadar garam 3,5% pada larutan garam yaitu dalam 1 liter air terdapat 35 gram garam dan minyak kelapa  sawit  yang  digunakan  adalah  minyak  kelapa sawit  dengan  merk  A,  lem  kaca  untuk  merekatkan boks kolektor, lem pipa PVC merk B digunakan untuk merekatkan pipa. Skema alat uji dalam penelitian ini ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Pengujian  diawali dengan  proses  penyusunan  peralatan,  kemudian dilakukan  proses  pengambilan  data  yaitu  fluida pemanas  dimasukan  ke  dalam  kolektor  pemanas  air tenaga  surya,  mencatat  temperatur  fluida  pemanas pada  sisi  masuk  dan  keluar  kolektor , pompa  di hidupkan  agar  terjadi  sirkulasi  pada  cairan  penukar panas.  Mencatat  data  setiap  30  menit  terhitung  saat jam  pukul  09.00-12.00 WIB . Pengujian  tersebut dilakukan  sebanyak  3  kali  pada  hari  yang  berbeda dengan variasi jenis cairan penukar panas. Data yang diambil meliputi data T ,T T tangki T dan T a1 a2, air , lingkungan pelat kemudian  di  hitung  menggunakan  rumus  kinerja untuk  mengetahui  kinerja  masing-masing  cairan penukar panas.
Gambar 1. Bagian-bagian  prototipe  pemanas  air tenaga surya
Keterangan:
1. Tangki air
2. Pipa penghubung
3. Pompa
4. Saluran fluida masuk kolektor
5. Panel kolektor
6. Saluran fluida keluar kolektor
7. Pipa heat exchanger
8. Termokopel
9. Titik pengukuran suhu lingkungan
10. Kaca
11. Pelat absorber seng 12. Pipa heat exchanger 13. Styrofoam

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Penelitian
Data hasil penelitian berupa temperatur T ,
a1
T ,  T tangki,  T ,  dan  T ditunjukkan  pada
a2 air lingkungan pelat,
Tabel  1.  Dari  data  tersebut  diolah  menghasilkan kinerja  dari  kolektor  surya.  Hasil  perhitungan ditunjukkan pada Tabel 2.
Data  hasil  perhitungan  pada  Tabel  2 ditampilkan dalam bentuk grafik seperti ditunjukkan pada Gambar 2 sampai 5.
Tabel 1.  Data  hasil  pengujian  prototipe  pemanas  air pada jam 09.00-12.00 WIB
Arifin Z., Jurnal ROTOR, Volume 6  Nomor 2, November 2013
Tabel 2.  Data  hasil  perhitungan  kinerja  prototipe pemanas air
Gambar 2.  Grafik  hubungan  waktu  terhadap  kinerja kolektor
Gambar 2 menunjukkan perbandingan kinerja kolektor pada kolektor dengan cairan heat exchanger air, air  garam  3.5  %,  dan  minyak  kelapa  sawit.  Kolektor dengan variasi jenis cairan penukar panas menunjukkan perbedaan suhu yaitu kolektor dengan variasi jenis cairan heat exchanger minyak kelapa sawit mempunyai kinerja lebih tinggi di bandingkan dengan yang lainnya. Pada jam 11.30 WIB merupakan suhu puncaknya. Namun pada jam 12.00  WIB  terjadi  penurunan  ini  disebabkan  oleh
kapasitas panas minyak kelapa sawit yang lebih kecil dari air  dan  lebih  besar  dari  air  garam  3.5  %,  namun  titik didihnya  paling  tinggi  dari  air  dan  air  garam  sehingga suhunya akan cepat meningkat bila di panaskan dan cepat mengalami  penurunan  suhu  apabila  panas  dari  radiasi yang diterima kolektor mengalami penurunan.
Gambar 4.  Grafik  hubungan  waktu  terhadap  suhu cairan heat exchanger masuk kolektor
Gambar 4 menunjukkan perbandingan suhu cairan heat  exchanger pemanas  air,  terlihat  bahwa suhu puncak terjadi pada jam 11.30 WIB dengan nilai
0 T  minyak kelapa sawit sebesar 49,8  C, T  air garam
a2 a2 0 0 sebesar 46.5  C, dan T  air sebesar 43.1  C. Cairan heat
a2 exchanger minyak  kelapa  sawit  mempunyai  suhu tertinggi  dibanding  dengan  air  garam  dan  air.  Pada Gambar  4  sama  seperti  pada  cairan heat  exchanger masuk  pada  kolektor,  terlihat  cairan heat  exchanger minyak kelapa sawit keluar dari kolektor mempunyai suhu  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  cairan heat exchanger air  garam  3.5  %  dan  air.  Peristiwa perpindahan  panas  yang  terjadi  yaitu  pada  pelat absorber seng menyerap radiasi matahari mempunyai suhu tinggi kemudian di konduksikan ke pipa kolektor dan dikonveksikan ke cairan heat exchanger .
Gambar 5.  Grafik hubungan waktu terhadap suhu air pada tangki
Gambar 5 menunjukkan perbandingan suhu air  pada  tangki  yang  dipanaskan  oleh  cairan heat exchanger ,  terlihat  bahwa  suhu  puncak  terjadi  pada jam  11.30  WIB  dengan  nilai  T tangki  3 a i r (menggunakan cairan heat exchanger minyak kelapa
0 sawit)  sebesar  49,8  C,  T   tangki  2 (menggunakan air cairan heat exchanger air garam 3.5 %) sebesar 46.5 0 C,  dan  T tangki  1 (menggunakan  cairan heat air 0
exchanger air) sebesar 43.1  C. T  tangki 3 (suhu air air pada  tangki  dengan  menggunakan  cairan heat exchanger minyak  kelapa  sawit)  mempunyai  suhu tertinggi  dibandingkan  dengan  suhu  air  yang dipanaskan oleh cairan heat exchanger air garam 3.5% dan air.

## KESIMPULAN
Penggunaan  cairan  penukar  panas  minyak kelapa sawit mempengaruhi nilai kinerja pemanas air dengan kinerja tertinggi pada waktu jam 11.30 WIB dengan  nilai  q   (kinerja)  sebesar  8.561  Watt  dan 3 kinerja terendah pada waktu jam 12.00 WIB dengan nilai  q   (kinerja)  sebesar  6.577  Watt,  sedangkan 3 penggunaan  cairan  penukar  panas  air  garam  3.5  % dengan kinerja tertinggi pada jam 11.00 WIB dengan nilai  q   (kinerja)  sebesar  8.110  Watt  dan  kinerja 2 terendah pada waktu jam 12.00 WIB dengan nilai q 2 (kinerja) sebesar 6.686 Watt,   dan penggunaan cairan penukar panas air dengan kinerja tertinggi pada jam 11.30 WIB dengan nilai q  (kinerja) sebesar 7.038 Watt 1 dan kinerja terendah pada jam 12.00 WIB dengan nilai q  (kinerja) sebesar 5.698 watt.
1 Pada  cairan  penukar  panas  masuk  kolektor dengan  suhu  tertinggi  terjadi  pada  jam  11.30  WIB 0 dengan nilai T minyak kelapa sawit sebesar 44.3  C a1 dan suhu terendah pada jam 9.30 WIB dengan nilai T a1 0 minyak  kelapa  sawit  sebesar  28.6  C.  Sedangkan penggunaan  cairan  penukar  panas  air  garam  suhu cairan penukar panas masuk kolektor   tertinggi pada
0 jam 11.30 WIB dengan nilai T garam sebesar 41,2  C a1 dan suhu terendah pada jam 9.30 WIB dengan nilai T a1 0 garam sebesar 27.3  C.  Penggunaan  cairan  penukar panas  air  suhu  yang  tertinggi  pada  jam  11.30  WIB
0 dengan  nilai  T air sebesar 40  C.  Sedangkan  pada a1 cairan  penukar  panas  keluar  kolektor  yang  tertinggi pada jam 11.30 WIB dengan nilai T  minyak kelapa
a2 0
sawit sebesar 49,8  C dan suhu terendah pada jam 9.30 WIB dengan nilai T  minyak kelapa sawitsebesar 36.4
a2
0 C. Penggunaan cairan penukar panas air garam 3.5 % suhu yang tertinggi pada jam 11.30 WIB dengan nilai
0 T  air garam sebesar 48.5  C dan suhu terendah pada a2 jam 9.30 WIB dengan nilai T  air garam sebesar 34.4
a2
0 C. Penggunaan cairan penukar panas air suhu yang tertinggi  pada  jam  11.30  WIB  dengan  nilai  T   air
a2 0 sebesar  46.3  C  dan  suhu  terendah  pada  jam  9.30
0 dengan  nilai  T   air  sebesar  31.3  C.  Suhu  air  pada a2
tangki yang tertinggi pada jam 11.30 WIB dengan nilai T tangki  3 (menggunakan  cairan heat  exchanger air
0
minyak  kelapa  sawit)  sebesar  49,8  C  dan  suhu terendah pada jam 11.30 WIB dengan nilai T tangki 3
air
0 sebesar 34.8  C, Suhu air pada tangki yang tertinggi pada  jam  11.30  WIB  dengan  nilai  T tangki  2 air (menggunakan cairan heat exchanger air garam 3.5%) 0 sebesar 46.5  C dan suhu terendah pada jam 9.30 WIB
0 dengan nilai T tangki 2 sebesar 31.8  C, Suhu air pada air tangki yang tertinggi pada jam 11.30 WIB dengan nilai dan T tangki 1 (menggunakan cairan heat exchanger air
0 air) sebesar 43.1  C dan terendah pada jam 9.30 WIB 0
dengan nilai T tangki 1 sebesar 28  C. air

## SARAN
Saran  yang  dapat  penulis  sampaikan diantaranya yaitu untuk penelitian selanjutnya, dapat menggunakan jenis cairan penukar panas yang sejenis namun berbeda konsentrasi dengan penelitian ini. Variasikan  pelat absorber kolektor,  karena  pelat absorber kolektor tersebut berpengaruh pada besarnya penyerapan radiasi panas matahari.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Sidopekso,  Satwiko.  2011. Studi  Pemanfaatan Energi Matahari Sebagai   Pemanas Air . Jakarta : Jurusan  Fisika  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu Pengetahuan  Alam  Universitas  Negeri  Jakarta (UNJ).
[2] Wihantoro,  dan  Sunardi.  2010. Prototipe Pemanas  Air  Tenaga  Surya  Menggunakan Karbon  Sebagai  Penampung  Kalor. Universitas Jenderal Soedirman.
Arifin Z., Jurnal ROTOR, Volume 6  Nomor 2, November 2013