## RANCANG BANGUN SOLAR WATER HEATER DENGAN KOLEKTOR PELAT DATAR BERBENTUK SPIRAL BERBASIS MIKROKONTROLER
Ocsirendi 1 , Indra Dwisaputra 2 , M. Yusuf 3 , Irfan Rahmi 4 1,2,3,4 Jurusan Teknik Elektro dan Informatika, Polekteknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung Kawasan Industri Air Kantung, Sungaliat-Bangka, 33211 Tel: 0717-93586, Fax: 0717-93585

## Abstract
Bangka Island has high sunlight intensity, but it still has little use as an alternative energy source. Water  heater  available  on  the  market  have  experienced  a  peak  of  innovation  that  continues  to  use electricity  as  energy,  but  as  we  know  that  heater  that  use  electricity  consume  a  lot  of  energy.  In  this research, a solar water heater machine with spiral collector will be made to heat water in a reservoir using sunlight energy and as a tool to see the difference between the continuous method which circulates water continuously from the reservoir to the heat  collector with a delay method that  circulates water with a certain  delay  time.  Both  methods  and  data  retrieval  mechanisms  are  controlled  by  an  Arduino  device. Based on the results of the trial, it was found that Solar water heater was able to heat water in reservoir up to 48.92 degrees Celsius and the use of the continuous method made the water temperature higher than the delay method with a maximum difference of 10.66 degrees centigrade.
Keywords :Circulation, Flat Plate Collector, Solar Water Heater

## Abstrak
Pulau  Bangka  memiliki  intensitas  cahaya  matahari  yang  tinggi,  namun  masih  sedikit pemanfaatannya  sebagai  sumber  energi  alternatif.Pemanas  air  yang  tersedia  di  pasar  hingga  saat  ini mengalami  puncak  inovasi  yang  tetap  memanfaatkan  listrik  sebagai  energi,  namun  seperti  yang  kita ketahui bahwa pemanas yang menggunakan energi listrik mengkonsumsi daya yang tidak sedikit. Pada penelitian ini akan dibuat sebuah alat Solar Water Heater yang menggunakan kolektor berbentuk spiral untuk memanaskan air didalam tandon air yang memanfaatkan energi sinar matahari serta sebagai alat untuk melihat perbedaan antara metode continue yang mensirkulasi air secara terus menerus dari tandon air ke kolektor pemanasdengan metode delay yang mensirkulasi air dengan jeda waktu tertentu. Kedua metode  serta  mekanisme pengambilan data  dikendalikan oleh sebuah perangkat  Arduino.Berdasarkan hasil ujicoba, didapatkan bahwa Solar Water Heater mampu memanaskan air pada tandon air hingga 48,92 derajat  celcius  serta  penggunaan  metode continue membuat  suhu  air  lebih  tinggi  dari  metode delay dengan perbedaan maksimal sebesar 10,66 derajat celcius.
Kata kunci :Sirkulasi, Kolektor plat, Solar Water Heater

## 1. PENDAHULUAN
Matahari  merupakan  bagian  dari  sistem  tata  surya  berupa  bintang  besar  yang  mampu menghasilkan panas dan cahayanya sendiri, dan dikelilingi planet-planet lain salah satunya Bumi. Cahaya matahari  pun  merupakan  sumber  energi  terpenting  bagi  manusia  dan  tumbuhun  yang  ada  di  alam semesta.  Salah  satu  contohnya  selain  cahaya  matahari  dapat  diubah  menjadi  energi  listrik,  cahaya matahari  juga  dapat  dimanfaatkan  sebagai  pemanas  air  alami.  Akan  tetapi  pemanas  air  alami  yang menggunakan cahaya matahari yang ada dipasaran, kendala utamanya adalah biaya yang cukup mahal. Sebagai  contoh  pemanas  air  berkapasitas  280  liter  berharga  berkisar  Rp  12.000.000,  untuk  tipe  yang menggunakan penutup kaca biasa dan Rp 15.000.000, untuk tipe yang menggunakan penutup kaca jenis temper light [1]. Pemanas air yang tersedia di pasar pun hingga saat ini mengalami puncak inovasi yang tetap memanfaatkan listrik sebagai energi. Maka dari itu, perlu sebuah inovasi yang dapat meminimalisir persoalan tersebut [2]. Solar water Heater (SWH), merupakan suatu alat yang memanfaatkan panas dari sinar matahari untuk menaikkan suhu air, dengan menggunakan penggumpul-pengumpul panas yang di sebut kolektor plat [3]. Rancang bangun ini lebih difokuskan pada efisiensi dan optimalisasi biaya. Rancang bangun ini menggunakan sistem pasif. Disebut menggunakan sistem pasif karena rancang bangun alat ini
hanya  mengandalkan  radiasi  panas  matahari  sepenuhnya.  Adapun  pengumpul  panas  dari  cahaya matahari adalah sebuah pipa  tembaga atau kolektor penyerap panas radiasi  matahari yang diletakkan diatas pelat datar, sehingga dapat mengkonsentrasikan panas pada air yang ada dalam kolektor tersebut [4].

## 2. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini,  dilakukan  beberapa  tahapan  sebagaimana  yang  dapat  dilihat pada flowchart pada Gambar 1.
Gambar 1 Flowchart Pelaksanaan

## 2.1. Pengumpulan data
Pengumpulan  data  dilakukan  dengan  beberapa  metode  yang  bertujuan  untuk  mendapatkan data-data  yang  mendukung  yaitu  dengan  observasi,  wawancara,  serta  studi  pustaka.  Dalam  proses  ini bertujuan  untuk  mengetahui  permasalahan-permasalahan  yang  berhubungan  dengan  sistem  pemanas dari  tenaga  matahari.  Permasalahan  yang  ditemukan  dari  observasi  tersebut  diantaranya pengaplikasiannya ke kondisi nyata dan kolektor panas membutuhkan perancangan desain alat yang tepat agar sensor dapat mengambil data suhu air yang berada didalam pipa tembaga dengan baik.

## 2.2. Perancangan
Pada tahap ini dirancang konsep dan desain yang akan diterapkan untuk memanaskan air dengan cahaya  dari  panas  matahari.  Untuk  memudahkan  penganalisaan,maka  desain  mesin  dibagi  menjadi beberapa bagian yang merupakan bagian dari kesatuan rangkaian sistem yang akan dirancang.

## 2.3. Pembuatan
Pada  tahapan  pembuatan  komponen  elektronika,  komponen  elektronika  digunakan  dan diprogram untuk melakukan monitoring suhu kolektor pipa di atas meja dan suhu air yang berada di dalam tangki  yang  dipanaskan  oleh matahari.    Pada  sisi  konstruksi, Solar  Water  Heater dibuat  menggunakan kayu, triplek, dan pelat seng.

## 2.4. Perakitan
Pada tahap ini proses dilakukan proses menggabungkan Sparepart menjadi suatu alat yang sesuai dengan perancangan sehingga hasil yang diinginkan bisa tercapai. Proses perakitan menggunakan proses- proses  permesinan,  dimulai  dengan  proses  pemasangan  kolektor  panas,  peletakan  tangki  air  dan pangaplikasian Box mikrokontroler, serta penyusunan kabel-kabel dan peletakan komponen elektronika yang digunakan.

## 2.5. Pembuatan Program
Pada tahap ini, kegiatan yang dilakukan diantaranya adalah merancang program monitoring suhu air yang dipanaskan oleh matahari dengan perantara pipa tembaga, kemudian Liquid Crystal Display ( LCD) digunakan untuk menampilkan suhu dari air dan sinar matahari yang menggunakan sensor suhuDS18B20, dan juga menampilkan volume tangki serta waktu dengan modul Real Time Clock (RTC).Data disimpan ke modul SD Card melalui arduino.

## 2.6. Pengujian
Pada tahapan pengujian alat, kegiatan yang dilakukan diantaranya adalah pengujian pembacaan nilai suhu yang dihasilkan dari sinar matahari serta suhu air dari proses pemanasan.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1.   Rancangan Solar Water Heater
Solar Water Heater dirancang dan dibuat dengan bahan material yang digunakan adalah kayu dengan ketebalan 5cm. Berikut ini adalah Solar Water Heater (SWH)yang telah selesai dibuat tampak atas dan SWH tampak samping sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.
(a)
(b)
(a) (b)
Gambar 2 (a) SWH Tampak atas  (b) SWH tampak samping
Pada  proses  perencanaannya  perancangan  konstruksi  yang  dibuat  ada  5 section yaitu  proses perencanaan  desain  konstruksi Solar  Water  Heater ,  proses  pembuatan  kerangka Solar  Water  Heater dengan ukuran 80 cm x 80 cm, proses pembuatan meja atau dudukan kolektor plat, proses pelapisan  plat seng pada meja dan proses pemasangan kolektor plat diatasmeja yang telah dilapisi oleh plat seng.
Hubungan antara komponen elektronika satu dengan yang lainnya ditunjukkan melalui diagram blok pada Gambar 3.
Pengujian Solar Water Heater (SWH) yang dilakukan meliputi pengujian terhadap suhu kolektor plat dan suhu air pada tandon, dimana akan dilihat perbandingan antara metode continue dan metode delay. Metode continue itu  sendiri  adalah  air  dipompa  secara  terus  menerus  dan  sirkular  melewati kolektor plat. Sedangkan metode delay adalah air dipompa dalam waktu 20 detik untuk mengisi kolektor plat dan kemudian dipanaskan selama 5 menit, setelah dipanaskan air masuk kembali ke tendon air. Pada metode delay , proses yang sama berlangsung secara terus menerus.
3.2.  Data Hasil Pengujian Sistem Continue dan Sistem delay
Berikut ini adalah data suhu dari kolektor plat dan suhu dari tandon air dengan metode continue dan delay .    Data  yang  diambil  dilakukan  selama  3  hari  secara  bersamaan,  dimana  cuaca  pada  hari pengambilan  data  tidak  konstan  atau  kondisi  cahaya  matahari  berubah-ubah.  Penyimpanan  data dilakukan  menggunakan  data logger. Adapun  data  pengujian  suhu  pada  kolektor  plat  dan  tandon  air sebagaimana yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Data Pengujian Suhu Pada Kolektor Plat Dan Tandon
Waktu Suhu Dari Kolektor Pelat (derajat celcius) Suhu Air Pada Tandon (derajat celcius) Sistem Continue Sistem Delay Sistem Continue Sistem Delay Hari ke- Hari ke- Hari ke- Hari ke- 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 10:00-11:00 61.81 60.76 63.53 50.42 54.66 46.84 36.17 36.17 36.14 30.25 32.71 28.97 11:00-12:00 60.56 65.13 62.46 48.45 57.83 55.84 39.61 40.23 35.25 30.17 35.89 34.21 12:00-13:00 55.84 58.43 55.51 49.13 60.43 42 42.66 42.66 34.19 32.14 38.97 30.68 13:00-14:00 58.82 68.14 54.57 51.08 59.6 43.35 43.48 44.48 37.73 35.71 39.83 30.88 14:00-15:00 63.86 70.41 57.06 39.7 49.81 41.32 46.37 47.37 41.16 37.12 42.12 30.45 15:00-16:00 58.54 61.54 48.9 37.37 49.36 39.40 46.99 48.92 42.78 36.3 41.87 39.25 16:00-17:00 44.06 43.06 38.79 33.14 41.81 38.32 45.78 45.78 42.04 35.3 41.61 38.42 17:00-18:00 32.82 32.12 31.2 29.96 50.73 36.42 40 42.12 39.36 34.07 39.55 38.31 Keterangan: Hari 1 = 1 Agustus 2018 Hari 2 = 3 Agustus 2018 Hari 3 = 4 Agustus 2018
Berikut ini merupakan grafik perbandingan nilai suhu air pada tandon di hari ke-1 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Grafik Perbandingan Nilai Suhu Air Pada Tandon Di Hari Ke-1
Berikut ini merupakan grafik perbandingan nilai suhu air pada tandon di hari ke-2 dan ke-3 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 dan Gambar 6.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10.00 - 11.00 11.00 -
12.00 12.00 - 13.00 13.00 - 14.00 14.00 - 15.00 15.00 - 16.00 16.00 - 17.00 17.00 -
18.00
Su h u (De ra ja t Ce ls iu s)
Waktu (WIB)
Continue Delay
Gambar 5 Grafik Perbandingan Nilai Suhu Air Pada Tandon Di Hari Ke-2
Gambar 6 Grafik Perbandingan Nilai Suhu Air Pada Tandon Di Hari Ke-3

## 4. SIMPULAN
Bedasarkan hasil pengujian dan analisa dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Solar Water Heater mampu memanaskan air pada tandon air dengan suhu maksimal 48,92 derajat celcius.
2. Secara umum, suhu maksimal pada kolektor plat menggunakan kedua metode terjadi pada kisaran pukul 14.00 – 15.00 WIB. Sedangkan air pada tandon air memiliki suhu tertinggi pada kisaran pukul 15.00 – 16.00 WIB untuk metode continue , dan pukul 14.00 – 15.00 WIB untuk metode delay .
3. Berdasarkan hasil pengujian, dapat dilihat bahwa metode continue lebih baik dibandingkan dengan metode delay dalam  hal  efektifitas  pemanasan  air  dengan  perbedaan  maksimal  mencapai  10,66 derajat celcius, namun konsumsi daya listrik oleh pompa akan semakin besar karena pompa menyala secara terus menerus .

## DAFTAR PUSTAKA
[1].   Rizki  Ikhsan,  dkk,  “Studi  Kinerja  Solar  Water  Heater  Double  Plate  dengan  Aliran  Zig-Zag  Berbalur Balok”, Jurnal Rekayasa Mesin , Vol 8, pp 37-36, 2017.
[2].  Nizar  Ramadhan,  dkk,  “Analisa  Perbandingan  Panas  Pada  Kolektor  Pemanas  Air  Tenaga  Surya dengan Turbelance Encher” , Jurnal Rekayasa Mesin , Pp 15-22, 2017.
[3].  Calaeiss  Matthieu,  “Using  Arduino  to  Monitor  an  Homemade  Energy  Autonomous  Platform”, TEKTOS IUT de Saint-Omer Dunkerque – Dept. GẽnieIndustriel et Maintenance- Longuenesse, FR- 62698, 2014.
[4].  Shelmi,  M,  dkk,  “Validation  of  CFD  simulation  for  flat  plate  solar  energy  collector ” , Renewable Energy , Vol 8, pp. 383-387, 2008.
0 10 20 30 40 50 60 10.00 - 11.00 11.00 - 12.00 12.00 - 13.00 13.00 - 14.00 14.00 - 15.00 15.00 - 16.00 16.00 - 17.00 17.00 - 18.00 Su h u (De ra ja t Ce ls iu s) Waktu (WIB) Continue Delay 0 10 20 30 40 50 10.00 - 11.00 11.00 -
12.00 12.00 - 13.00 13.00 - 14.00 14.00 - 15.00 15.00 - 16.00 16.00 - 17.00 17.00 -
18.00
Su h u (De ra ja t Ce ls iu s) Waktu (WIB) Continue Delay