## PERENCANAAN PEMANAS AIR TENAGA SURYA KAPASITAS 80 GALON PER HARI
Soelaiman, Sofyan, Eri Diniardi, Sunarto Jurusan Mesin, Universitas Muhammadiyah Jakarta
Abstrak. Energi  matahari  adalah  sumber  energi  yang  gratis,  sehingga  dapat dimanfaatkan  seefisien  mungkin,  walaupun  butuh  biaya  tinggi  dalam  pemanfaatannya. Dalam hal ini energi matahari digunakan untuk memanaskan air dengan suhu keluaran 430C dengan  kapasitas  80  gal  per  hari  yang  digunakan  untuk  industri  rumah  apartemen  (bukan gedung  apartemen)  sebanyak  kurang  dari  20  apartemen,  dengan  80  galon  per  hari  setiap apartemennya.
Proses pengumpulan panas dilakukan oleh kolektor dengan menyerap panas matahari, sehingga  mengalir  secara  konduktif  mengenai  pelat  penyerap  (tembaga  dengan  lapisan chrom hitam), dengan suhu 1280C, dan melalui dinding silinder kemudian panas dipindahkan ke  fluida  didalam  saluran  pipa –  pipa  dengan  cara  konveksi  paksa,  pelat  penyerap  yang panas  itu  melepaskan  panas  kepelat  penutup  kaca  dengan  cara  konveksi  alamiah  dan diteruskan ke atmosfir dengan cara radiasi yang hal ini merupakan salah satu kerugian kalor yang  mencapai  4,4  W/(m2.K).  Dan  bersirkulasi  terus  selama  perbedaan  antara  suhu  di kolektor dan tangki penyimpan masih selisih 140C.
Dari  hasil  penelitian  dilapangan  bahwa  suhu  air  masuk  sebesar  270C  dan  suhu  air hangat  430C.  Dan  hasil  perhitungan  seperti  radiasi  matahari  yang  ditangkap  pada  kolektor dengan posisi  60LS (wilayah DKI Jakarta) sebesar  1047,9 W/m2 dan  panas yang diperoleh sekitar  80%  dengan  kerugian  total  pada  kolektor  sebesar  5,14  W/(m2.K).  Waktu  yang diperlukan  untuk  memanaskan  air  hingga  suhu  keluaran  mencapai  430C  sebesar  1  jam dengan  membutuhkan  dua  buah  kolektor,  dengan  kerugian  kalor  pada  tangki  sebesar  20% dari panas yang diterima kolektor.
Kata kunci: kolektor, energi matahari

## PENDAHULUAN

## LATAR BELAKANG
Sumber energi berjumlah besar dan bersifat kontinu terbesar yang tersedia bagi umat manusia adalah energi surya. Sementara energi surya ini belum lagi dipakai sebagai sumber primer  energi  bahan  bakar  sekarang  ini,  penelitian  dan  pengembangan  besar-  besaran sedang  dijalankan  untuk  mencari  suatu  sistem  yang  ekonomis  untuk  memanfaatkan  energi surya ini.
Energi surya adalah sangat atraktif karena tidak bersifat polutif, tak dapat habis dapat dipercaya  dan  gratis.  Dua  kekurangan  utama  dari  energi  surya  ini  ialah  bahwa  ia  sangat halus  (dilute)  dan  tidak  konstan.  Arus  energi  surya  yang  rendah  mengakibatkan  terpaksa dipakainya  sistem  dan  kolektor  yang  luas  permukaannya  untuk  mengumpulkan  dan mengkonsentrasikan  energi  itu.  Disamping  sistem  pengumpul  (kolektor)  ini  berharga  mahal, dilain  sisi  bahwa  sistem-  sistem  dibumi  tidak  dapat  diharapkan  akan  menerima  persdiaan yang terus menerus dari energi surya ini, ini berarti bahwa diperlukan pula semacam sistem penyimpan energi pada waktu tidak ada sinar matahari. Energi surya dapat dikonversi secara langsung menjadi bentuk energi lain dengan tiga proses terpisah yaitu proses heliochemical, helioelectrical,  dan  heliothermal.  Proses  heliothermal  adalah  penyerapan  (absorpsi)  radiasi matahari dan pengkonversian energi ini menjadi energi termal.

## LANDASAN TEORI

## Sistem secara langsung (direct system)
Jenis yang sederhana dari sistem secara langsung ditunjukkan dalam gambar 1. terdiri dari  kolektor  surya,  pompa  sirkulasi,  kombinasi  tangki  air  sebelum  panas  dan  sistem pemanas cadangan. Disistem  yang sederhana  ini, air minum dari sumur bersirkulasi secara langsung melalui kolektor dari tangki. Air yang digunakan turun dari atas tangki dan air yang segar  diberikan  kebawah  tangki.  Ini  penting  untuk  menggunakan  aliran  seperti  ini  agar
memperoleh  effisiensi  yang  maksimum.  Selama  ada  matahari  air  bersirkulasi  terus  dalam sistem.
Kombinasi  tangki  sebelum  air  panas  dan  tangki  cadangan  mempunyai  sumber  energi cadangan  untuk  memperthankan  suhu  air  keluar  pada  angka  yang  diset.  Angka  yang  diset seringkali lebih besar dari suhu yang diterima dari kolektor pada kondisi sore hari. Ini sangat penting  bahwa  sistem  pemanas  cadangan  akhirnya  digunakan  pada  kolektor.  Elemen pemanas  ditempatkan  diatas  untuk  mendapatkan  hasil  yang  maksimal.  Gambar  1 menunjukkan  adanya  check  valve  setelah  pompa,  check  valve  merupakan  bagian  yang sangat  penting  dalam  sisitem  ini,  yang  berfungsi  untuk  mencegah  aliran  balik  pada  waktu malam hari.
TI LT COLD WATER HOT WATER HEATING ELEMENT DRAIN CONTROL CHECK VALVE FILTER COLL ECT OR S AIR BLEED SAFETY VALVE PRE HE AT TANK (IN SU LATE D) PUMP DISTRIBUTION LOOP TEMPERING VALVE

## Gambar 1 Single tank direct solar water heating sistem
Sistem pemanas air yang menggunakan dua tangki terpisah (separate) lebih baik dari kombinasi tangki air sebelum panas dan tangki cadangan yang ditunjukkan dalam gambar 2. keuntungan dari sistem dua tangki dapat digunakan untuk berbagai bentuk cadangan panas pada  tangki  tambahan.  Tangki  preheat  hanya  dipanaskan  oleh  pemanas  surya,  kebalikan dari  desain  tangki  tunggal.  Dimana  gas  atau  bahan  bakar  cair  lebih  mahal  dibandingkan listrik, cadangan dengan bahan bakar sedikit dikurangi di sistem dua tangki.
CONTROL TILT CHECK VALVE FILTER PUMP CO LL EC TORS BLEED AIR (INSUL ATE D) PR EH EA T TANK DRAIN VALVE TEMPERING SAFETY VALVE HOT WATER DISTRIBUTION LOOP COLD WATER W AT ER H EA TER (INSUL ATE D) CLOSED NORMALLY SAFETY VALVE
Gambar 2 Double tank direct solar water heating system.

## Sistem tidak langsung (indirect system)
Sistem  tidak  langsung  menggunakan  cairan  anti  beku  didalam  kolektor  untuk mengumpulkan  panas.  Lalu  panas  diberikan  ke  cairan  untuk  menghasilkan  air  hangat, didalam  heat  exchanger  yang  diteruskan  ke  tangki  penyimpan.  Gambar  3  menunjukkan system satu tangki secara  tidak langsung. Perbedaan dari system ini adalah dari tambahan komponen yang diberikan, seperti heat exchanger, tangki ekspansi, katup pengaman, pompa kedua, pipa dan fitting tambahan.
Tambahan biaya untuk komponen ini biasanya untuk mengatasi masalah pembekuan, untuk  unjuk  kerja  yang  baik  ditunjukkan  dalam  gambar  3.3.  ketika  heat  exchanger  terlalu kecil, maka kolektor harus menghasilkan pana yang lebih besar dari kondisi normal, jika heat exchanger  terlalu  besar,  maka  kerja  dari  kolektor  semakain  ringan,  tetapi  hal  ini  akan menambah biaya yang tinggi.
Elemen pemanas diletakkan dibagian atas dari tangki. Desain dengan heat exchanger adalah  kunci  untuk  memperoleh  panas  yang  tinggi,  koil  didalam  heat  exchanger  lebih  baik daripada koil eksternal  heat exchanger, tetapi kurang efektif.
CONTROL TIL T CHECK VALVE FILTER PUMP 1 COL LE CTO RS BLEED AIR (IN SU LA TED) PRE HEA T TA NK DRAIN VALVE TEMPERING SAFETY VALVE HOT WATER DISTRIBUTION HEATING ELEMENT LOOP COLD WATER HEA T E XC HANG ER PUMP 2 EXPANSION TANK

## Gambar 3 Single tank indirect solar water heating system.
Pada  gambar  4  diagram  sistem  dan  tangki  secara  tidak  langsung  (indirect  system) adalah  gabungan  dari  sistem  dua  tangki  secara  langsung  dengan  sistem  satu  tangki  tidak langsung.  Keuntungan  dari  sistem  ini  adalah  lebih  fleksibel  dalam  jenis  energi  cadangan seperti  yang  dijelaskan  diatas,  bahwa  sistem  ini  membutuhkan  biaya  lebih  dan  tambahan kehilangan  panas  dari  tangki  kedua.  Kesulitan  yang  mendasar  timbul  dari  konveksi  secara bebas  yang  bersirkulasi  pada  tangki  yang  melepaskan  kalornya  ke  koil.  Konveksi  bebas sudah relative terjadi dalam proses perpindahan panas, oleh karena itu digunakan shell-and tube heat exchanger. untuk menghindarinya diperlukan permukaan yang luas.
HEAT EX CHANG ER W AT ER H EAT ER CO LLECT ORS TILT CONTROL VALVE CHECK TANK FILTER PUMP 2 PUMP 1 EXPANSION DRAIN (I NSUL ATED ) BLEED AIR VALVE TEMPERING LOOP DISTRIBUTION HOT WATER VALVE COLD WATER SAFETY PR EH EAT TANK (I NSUL ATED ) VALVE SAFETY NORMALLY CLOSED
Gambar 4 Double tank indirect solar water heating system.

## Nilai isolasi surya
Jumlah  radiasi  surya  secara  langsung  atau  isolasi  yang  jatuh  pada  suatu  permukaan tertentu adalah sama dengan perkalian antara radiasi langsung itu atau isolasi yang jatuh ke permukaan  yang  tegak  lurus  terhadap  sinar  matahari, DN I ,  dan  cos  .  Nilai  isolasi  tegak lurus  langsung  adalah  fungsi  dari  ketebalan  atmosfir  yang  dilewati  oleh  radiasi  begitu  juga jumlah  uap  air  di  udara  serta  jumlah  polutif  atmosfir  yang  terjadi.  Panjang  lintasan  atmosfir
biasanya dinyatakan dalam bentuk massa udara m. parameter m didefinisikan sebagai rasio massa  atmosfir  didalam  lintasan  aktual  radiasi  surya  langsung  pada  suatu  lokasi  tertentu terhadap  yang  terjadi  bila  matahari  tepat  diatas  kepala  ( 0 1 90 
 )  pada  permukaan  laut.
Diluar atmosfir bumi, m = 0 dan pada lokasi lain, untuk semua tujuan praktis, m=1/sin  1. Telah  banyak  penyelidikan  yang  dilakukan  orang  tentang  efek  transmittansi  atmosfir, khususnya  tentang  efek  kebasahan,  ozon  dan  partikel  debu.  Intensitas  iradiasi  normal langsung DN I ,dalam W/m2, pada  pemukaan  bumi  pada  hari  yang  cerah  dapat ditaksir  dari persamaan berikut:
  dt B
DN Ae I sin /  
dimana  A  adalah  isolasi  ekstraterestrial  nyata  (pada  m  =  0  )  dan  B  adalah  koefisien kepunahan  atmosfir.  Harga  B  tergantung  pada  waktu  dari  tahun  dan  jumlah  uap  air  yang terdapat di atmosfir.
Arus energi surya total  i I pada permukaan bumi dari setiap orientasi dan kemiringan dengan  sudut  insiden  adalah  sama  dengan  jumlah  komponen  surya  langsung  cos DN I ,
komponen  difusi  surya  d I yang  datang  dari  langit,  dan  radiasi  gelombang  pendek  yang direfleksikan dari permukaan- permukaan yang mengelilinginya dibumi r I :
r d DN i I i I I       cos
komponen  refleksi r I tergantung  pada  karakteristik  refleksi  dan  geometri  permukaan  yang mengelilinginya.  Jumlah  radiasi  yang  direfleksikan  dapat  dihitung  dengan  menggunakan metoda  radiasi  konvensional.  Kecuali  untuk  pemakaian-  pemakaian  khusus, r I biasanya bukanlah komponen utama dalam kebanyakan perhitungan- perhitungan energi surya.
Komponen  difusi  surya  d I adalah  sukar  untuk  dihitung  karena sifat tak  langsung  dari komponen surya langsung. Isolasi surya difusi dapat ditaksir dengan persamaan persamaan berikut :
ss DN d F CI I   dimana  C  adalah  angka  perbandingan  antara  difusi  dengan  radiasi  surya  langsung  yang jatuh  pada  permukaan  horizontal  dan ss F adalah  faktor  sudut  antara  permukaan  dan  langit.
Harga  C  ditabelkan  bersama-  sama  A  dan  B  pada  lampiran,  dan ss F dapat  diperkirakan dengan persamaan :

## METODOLOGI PENELITIAN
Start
- Ketinggian maks dan min selama satu tahun pada 60 LS,  (  )
- Sudut  datang  matahari  pada  suatu permukaan sembarang (100) - Titik balik musim panas (21 juli) dan titik balik musim dingin (21 des) - Deklinasi maks,  = 23,5 
- ketinggian maks 60 LS,  (  )
a
- Ketinggian maks dan min selama satu tahun pada 60 LS dan,  (  ) - Azimuth permukaan kolektor,  - Sudut kemiringan permukaan kolektor,  (  )
- Azimuth permukaan matahri maks pada 60 LS,  (  )
- Sudut datang matahari pada60 LS, Cos  (  ) - Iradiasi nyata matahari, A (W/m2)
- Koefisien pemadaman atmosfir (tak berdimensi) - Radiasi langsung dari matahari pada60 LS, IDN (W/m2) - Sudut kemiringan dari permukaan, (  )
- Angka  perbandingan  antara  difusi  dengan radiasi  surya  langsung  yang  jatuh  pada permukaan horizontal, C (tak berdimensi) - Radiasi langsung dari matahari, IDN (W/m2) - Faktor  sudut  antara  permukaan  kolektor  dan langit, FSS (  ) b - Iradiasi pada suatu permukaan, i I  (W/m2)
- Absorpsivitas/ emisivitas permukaan kolektor, SU  - Total iradiasi matahari pada suatu permukaan , i I  (W/m2)
Stop

## ANALISA DAN PEMBAHASAN
Data untuk menghitung iradiasi surya.
- Lokasi kolektor = 60LS
- Sudut kemiringan kolektor (  )   = 100 Perhitungan sudut datang matahari pada suatu permukaan.
Ketinggian  maksimum  matahari  yang  terjadi  selama  setahun  pada  60LS,  ketinggian maksimum  jatuh  pada  titik  balik  musim  panas  ketika  =  +23,50  tanggal  21  juni  pukul  12 siang, H=0 (karena sudut segaris dengan matahari).
sin cos cos cos sin sin L H L      0 0 0
0
sin cos 6 cos 0cos 23,5 sin 6 sin 23,5   
= (0.99) (1) (0.92) + (0.10) (0.39) = (0.91) + (0.04) = 0.949  = 71.60
Ketinggian  minimum  matahari  yang  terjadi  selama  setahun  pada  60LS,  ketinggian maksimum  jatuh  pada  titik  balik  musim  dingin  ketika  =  -23,50  tanggal  21  desmber  pukul, H=1800 (tengah malam).
sin cos cos cos sin sin L H L      0 0 0 0 0 5 , 23 sin . 6 sin 5 , 23 cos . 180 cos . 6 cos sin     
= (0.99) (-1) (0.92) + (0.10) (-0.39) = (-0.91) + (-0.04) = -0.949  = -71.60
Langkah  berikutnya  yaitu  menentukan  sudut  datang  sinar  matahari  pada  permukaan horizontal.
Pada 60LS sudut datang maksimum, yaitu: 0
90 hor     0 0 6 , 71 90   hor  = 18,40
sudut datang minimum, yaitu:
0 90 hor     ) 6 , 71 ( 90 0 0    hor  = 161,60
Tahap selanjutnya yaitu menghitung azimuth permukaan – matahari,  . Azimuth permukaan- matahari maksimum pada 60LS, yaitu : Azimuth permukaan,  yaitu 800
Azimuth matahari,
   cos sin cos sin 1 H   = 6 , 71 cos 0 sin 5 , 23 cos sin 1   
= 0
jadi Azimuth permukaan- matahari maksimum pada 60LS, yaitu :
     = 0 + 800 = 800 untuk 60LS        0 0 0 0 0 10 cos 6 , 71 sin 10 sin 0 cos 6 , 71 cos cos    = 0,9850
Perhitungan radiasi langsung dari matahari (IDN) untuk 60LS pada musim panas
exp( / sin ) DN A I B  
Dimana : A = Iradiasi nyata matahari, W/M2 =  1230 W/M2 (desember dan januari) =  1080 W/M2 (pertengahan musim panas)
B
= Koefisien pemadaman atmosfir, tak berdimensi Musim dingin = 0,14 Musim panas = 0,21
2 2 36 , 986 949 , 0 21 , 0 exp 1230 M W M W I DN        
Perhitungan radiasi total matahari pada suatu permukaan
untuk 60LS r d DN i I i I I       cos karena, ss DN d F CI I   dimana C adalah angka perbandingan antara difusi dengan radiasi surya langsung yang jatuh pada permukaan horizontal dan ss F adalah faktor sudut antara permukaan dan langit. maka kita cari ss F terlebih dahulu
2 cos 1    ss F = 2 10 cos 1 0   ss F
= 0,992
dengan C = 0,134 pada lampiran 1
maka,
ss DN d F CI I   = 992 , 0 36 , 986 134 , 0 x x I d   = 131,16 W/M2  cos DN I = 986,36 x 0,985 maka r d DN i I i I I       cos = ss DN DN F CI I   cos
= 986,36 x 0,985 + 131,16 = 1103,12 W/M2 Jadi absorpsivitas untuk tembaga yang dicat hitam, pada lampiran 2 didapat  SU = 0,30-0,50 Maka arus energi yang terserap, yaitu :
 
 i su i xI I  = 0,95 x 1103,12 = 1047,9 W/M2 (1 W/M2 = 0.3170 Btu/ft2) = 332,204 Btu/ft2

## Kolektor
Perhitungan koefisien kerugian total, UL
- Temperatur rata- rata, Tm adalah

 2 / c p m T T T   dimana:
Tp = temperatur pelat (K) Tc = temperatur penutup kaca (K) Tm = temperatur rata- rata (K) Maka :
  K T m 366 2 / 331 401    - Koefisien konveksi (alam) dalam, hi
h h i  2 1 . /   dimana : 1  = Tahanan perpindahan panas pada temperatur lingkungan
2  = Tahanan perpindahan panas pada kaca
3  = Tahanan perpindahan panas pada pelat penyerap h = Koefisien konveksi alam, W/(m2.K)
  2 / 1 3 / 1 1 200 137 m m xT T    =   90 . 0 338 . 566 137 338 200 366 137 2 / 1 3 / 1 2 / 1 3 / 1 1     x 
50 2 c p T T    = 4 . 1 50 331 401 2       2 3 / 2 3 200 1428 m m T T    =   73 . 0 366 200 366 1428
2 3 / 2 3     Oleh karena itu, 3 2 . .   z = 2.5 x 1.4 x 0.73 = 2.55
didapat 4 . / 2 1    i h , maka koefisien konveksi dalam;
hi = 4x 0.9 x 1.4 = 5.04 W/(m2.K)
Perhitungan laju aliran panas pada pelat penyerap Konduksi
  watt W dx dT kA q        
dimana : k  adalah  konduktifitas  panas,  W/(m.K);  A  adalah  luas  penampang  tegak  lurus  pada  aliran panas, m2.dan dT/dx adalah gradien temperatur dalam arah aliran panas, -K/m. misalkan tidak ada panas yang hilang dari sisi- sisi permukaan atas dan bawahnya. maka :
Watt m K x m x K m W q 772 1 401 005 . 0 ) . /( 385 2   Konveksi     watt W T T hA q w  
dimana : h adalah koefisien konveksi, W/(m2.K); A adalah luas permukaan, m2,Tw adalah temperatur dinding; dan T adalah temperatur fluida, K. maka :
  Watt K K m Kx m W q 4 . 80 300 401 005 . 0 . / 2 . 159 2 2    Radiasi   1 1 1 2 1 4 2 4 1        T T A q
dimana :  1 dan  2 adalah emisivitas dari pelat- pelat penyerap dan kaca.  adalah konstanta Stefan Boltzmann 5.67 x 10-8 W/(m2.K4); A adalah luas bidang, m2; dan temperatur adalah derajat Kelvin pangkat empat K4. Maka :
  2 4 4 2 2 / 09 . 0 1 94 . 0 1 023 . 0 1 331 401 005 . 0 .K4) W/(m 8 - 10 x 5.67 m W m x q     
Radiasi  surya  adalah  radiasi  gelombang  pendek  yang  diserap  oleh  pelat  penyerap sebuah  kolektor  surya  dan  diubah  menjadi  panas.  Oleh  sebab  itu  pelat  penyerap  harus memiliki  harga  yang  setingi-  tingginya  dalam  batas  yang  masih  praktis.  Pelat  penyerap, yang  menjadi  panas,  memancarkan  radiasi  termal  dalam  daerah  panjang  gelombang  yang panjang  (inframerah).  Kerugian  radiasi  ini  dapat  dikurangi  sehingga  sangat  kecil  dengan menggunakan  permukaan  khusus  yang  memiliki  harga  absorpsivitas  yang  tinggi  (  tinggi) dalam daerah panjang gelombang pendek (radiasi surya) dan harga emisivitas yang rendah (  rendah).
Tangki penyimpan air Perhitungan tinggi tabung Volume tabung =  .r2.t Dimana : r = Jari- jari dalam tabung (ft) V = Volume air (ft3) Maka :
2 . r V t   m ft ft x ft
41 . 2 92 . 7
656 . 0 14 . 3 69 . 10 2 3   

## Perhitungan  tebal isolasi
Dari lampiran 10, isolasi untuk silinder vertical ukuran 80 gal, yaitu 0,47. maka R Value R value  = multiplier dari tabel X (suhu storage – suhu lingkungan) = 0,47 ft2.h/Btu X (1100F X 860F) = 11.28  (0F.ft2.h)/Btu maka  untuk  mencari  tebal  isolasi,  yaitu  dari  lampiran  9  untuk  isolasi  dari  fiberglass  3,85 (0F.ft2.h)/Btu.in (untuk 2 inci, maka 7,7 0F.ft2.h)/Btu) dan untuk concrete/ beton dengan tebal 4 inci, maka 1,12 0F.ft2.h)/Btu, jadi total Rvalue, yaitu 8,82 0F.ft2.h/Btu
in
t R R t Value 28 . 1 tu.in F.ft2.h)/B ( 8.82 tu F.ft2.h)/B ( 11.28 0 0    Perhitungan  luas permukaan tangki 4 2 D Dt A tk    
dimana :
tk A = Luas permukaan tangki (ft2)
D = Diameter dalam tangki (ft) t =  Tinggi tabung (ft2) maka : 2 2 2 97 . 33 4 72 . 1 92 . 7 312 . 1 14 . 3 4 ft ft ft ftX D Dt A tk             
Perhitungan  kehilangan kalor pada luas permukaan tangki
tk A R T q  
Dimana:  T = Suhu maksimum pada tangki (0F)
R = R Value (0F.ft2.h)/Btu A = Luas permukaan tangki ft2
Maka,   hari Btu jam Btu ft F A R T q tk / 72 . 1734 / 28 . 72 97 . 33 /Btu (0F.ft2.h) 11.28 86 110 2 0      
Perhitungan  kalor yang digunakan/ diperlukan
  33 . 8 ) ( Cp T T V Q source set hw   Dimana : hw Q
= Kalor yang diperlukan(Btu)
V = Volume air yang diperlukan per hari (gallon)
8.33 = Berat air per gallon (Lb/gal), Tsource= Suhu air masuk (0F) Cp = panas spesifik (1 Btu/(lb.0F), Tset= Suhu set point/ yang diinginkan (0F) Maka :      Btu gal lb F gal Q hw 4 , 10662 / 33 , 8 F Btu/(lb. 1 27 43 ) 80 ( 0 0  

## 
Perhitungan  kehilangan kalor pada luas permukaan pipa Diketahui :
Panjang pipa = 40 ft
Ukuran pipa = ¾ 1n
Karena menurut referensi 5 hal 114, bahwa kehilangan panas per tahun itu kira- kira sebesar 20-25 %, maka heat loss pada luas permukaan pipa sebesar
Apipa = (4/12) x 40 ft =41.9 ft2
  h a set hw hw by s N T T A U Q   . tan
Dimana :
Uhw
= Kehilangan kalor pada tangki dan pipa/th
Ahw = Luas area tangki dan pipa Ta = Suhu lingkungan Tset
= Suhu keluaran yang diinginkan
Nh = Jumlah hari beroperasi
Maka :
  hari Btu x ft ft Q dby s / 3 . 2731 6 86 110 4 9 . 41 4 97 . 33 2 2 tan           Maka : Total energi yang diperlukan, adalah hari Btu Q Q dby s hw / 7 . 13393 3 , 2731 4 , 10662 tan    
Maka kehilangan kalor per hari sebesar
796 . 0 7 , 13393 4 , 10662   total hw Q Q 1-0,796 = 0,20 = 20 % Pompa dan pipa Perhitungan kerugian gesek pada pipa lurus xL D C Q hf 85 , 4 85 , 1 85 , 1 666 . 10 
Dimana : C : koefisien untuk besi cor baru, seperti tabel pada lampiran 3 Q : Laju aliran (m3/s) L : Panjang pipa (m) Maka :
m x m x s m x h f 2 . 12
02 . 0 130 /
000050466 . 0 666 . 10 85 . 4 85 . 1 3 85 . 1  = 03 . 0
 f h m
Perhitungan head total pompa
g v h h h H d p a 2 2 1     
Dimana: H  : Head total pompa (m) ha : Head statis total (m) Head ini adalah perbedaan tinggi antara muka air sisi keluar dan disisi isap ; tanda positip (+) dipakai apabila muka air disisi keluar daripada sisi isap.
 hp : Perbedaan head tekanan  yang bekerja pada kedua permukaan air (m),  hp = hp1 – hp2 hl : Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, dll (m) hl = hid + his v2/2g : Head kecepatan keluar (m) g : Percepatan gravitasi ( = 9,8 m/s2) Maka: H = 5.5m +0 + 0.03 m + 2 (0.000768 m) + 2(0.0006426 m) + 0.00131 m Htotal = 5.533 meter
Perhitungan NPSH yang tersedia
is s v sv h h p pa h      
dimana :
sv h = NPSH yang tersedia (m)
pa = Tekanan atmosfir (kgf/m2)
v p = Tekanan uap jenuh (kgf/m2)
 = Berat zat cair persatuan volume (kgf/m3)
s h = Head isap statis (m)
s h adalah positip (+) jika pompa terletak diatas permukaan zat cair  yang diisap, dan negatip (-) jika dibawah.
is h = Kerugian head didalam pipa isap (m)
Dimana : - Tekanan atmosfir = 1.0332 Kgf/cm2 = 100332 Kgf/m2
- Temperatur air = 270C
- Kerugian  head  pipa  isap  telah  didapat  sebelumnya,  yaitu  kerugian  belokan  + kerugian pipa lurus, yaitu 0.03 m + 0.000768 m + 0.0006426 m = 0.03 m
- Dari rujukan 15 hal 24 pada lampiran 3, untuk suhu 270C didapat
 = 0.9957 kgf/l = 995.7 kgf/m3 Pv = 0.04325 kgf/cm2 = 432.5 kgf/m2 Maka :
is s v sv h h p pa h       = m h sv 686 . 8 25 . 0 1 7 . 995 5 . 432
7 . 995 10332     

## Perhitungan NPSH yang diperlukan
Kecepatan spesifik pada efisiensi terbaik adalah
5 . 37 53 . 5 055 . 0 2450 4 / 3 2 / 1 4 / 3 2 / 1    svN N s H Q n
Dari  gambar  3-29,  =  0.01  untuk  ns  = 5 . 37 maka menurut  persamaan  (3.53),  NPSH yang diperlukan (HsvN) pada titik efisiensi terbaik (100%) adalah HsvN =  HN = 0.01 x 5.53 m = 0.0553 m Dalam gambar 3-30 untuk Q/QN = 1,0, Hsv/HsvN = 1,0 Jadi NPSH yang diperlukan pada titik 100 % QN adalah : Hsv = 1,0HsvN = 1,0 x 0.0553 m = 0.0553 m Jadi  dengan  hasil  ini  maka  maka  kavitasi  tidak  terjadi,  karena  NPSH  yang  tersedia lebih besar dari NPSH yang diperlukan.

## Perhitungan biaya listrik
Harga per Kwh  = Rp 495 (untuk industri/ I3),_
Total hari
= 360 hari ( satu tahun)
Pompa Daya
= 195,5 Watt
Pompa aktif/hari = 8 jam Maka penggunaan listrik/tahun :
Penggunaan listrik/hari x jumlah hari dalam satu tahun 8 jam x 360 hari = 2880 jam / tahun sehingga dengan daya pompa 195,5 Watt, maka daya listrik / tahun dapat diketahui : Daya listrik pada pompa x penggunaan listrik 0.1955 KWatt x 2880 jam / tahun = 563.04Kwh Jika harga listrik per/kwh Rp 495,_ maka biaya listrik / tahun adalah : Harga listrik / kwh x daya listrik / jam Rp 495 / kwh x 563.04 Kwh = Rp278705,_

## KESIMPULAN
Luas permukaan kolektor yang direncanakan pada pemanas air tenaga surya ini sudah cukup  luas,  sehingga  energi  matahari  yang  terserap  makin  besar,  sehingga  hal  ini merupakan  salah  satu  faktor  yang  mempengaruhi  besar  atau  kecilnya  kalor  yang  diterima dan  sudut  kemiringan  kolektor  juga  mempengaruhi  intensitas  radiasi  matahari  dan  masih banyak lagi faktor yang mempengaruhinya.
Susunan  bahan  pada  kolektor  seperti  kaca,  pelat,  isolasi,  dan  pipa  transfer  sangat berpengaruh terhadap penyerapan energi dan kerugian panas panas yang dihasilkan, karena setiap  bahan  mempunyai  konduktifitas  (  daya  serap  )  dan  emisivitas  (daya  pancar)  yang berbeda – beda.
Tangki  penyimpan  pada  umumnya  mempnyai  isolasi  yang  baik  sebagai  penyimpan kalor,  sehingga  kalor  yang  keluar  tidak  terlalu  besar,  maka  dalam  perencanaan    ini  isolasi yang  digunakan  sudah  cukup  baik,  hal  ini  terbukti  setelah  dilakukan  perhitungan.  Dan suhu air  keluaran  menentukan  waktu  yang  diperlukan  untuk  memanaskan  air  tersebut,  semakin besar  suhu  dan  kapasitas  air  yang  dibutuhkan  atau  diinginkan  maka  semakin  lama  waktu yang  diperlukan  dan  sebaliknya.  Hal  ini  juga  berlaku  untuk  elemen  pemanas,  tetapi  disini berlaku terhadap besarnya daya dalam dan kapasitas air yang digunakan, jika semakin besar maka waktu yang diperlukan akan lebih cepat dan juga sebaliknya demikian.
Pompa sirkulasi disini menggunakan pipa  yang relatip pendek, sehingga kavitasi tidak terjadi, karena NPSH  yang tersedia lebih besar  dari NPSH yang diperlukan. Dan mengenai biaya  listrik    yang  diperlukan  pada  sistim  pemanas  air  ini  yang  menggunakan  listrik  seperti pompa,  kontrol,  dan  elemen  pemanas,  hal  ini  tergantung  pada  daya  dan  lamanya  waktu beroperasi dalam setiap harinya dan dari perhitungan biaya yang telah didapat hasilnya tidak terlalu mahal untuk industri perumahan khususnya apertemen yang mempunyai pemasukan yang besar.

## SARAN
1.  Sudut  datang  dari  kolektor  jangan  melebihi  dari  600,  karena  transmitansi  (masuknya sinar  matahari)  akan  turun  tajam,  dimana  intensitas  radiasi  langsung  yang  masuk kedalam kolektor merupakan hasil kali dari transmitansi, radiasi langsung dari matahari, dan  sudut  datang  maka  intensitas  radiasi  matahari  akan  turun  tajam  bila  sudut  datang naik hingga melebihi 600.
2.  Permintaan  energi  matahari  seringkali  tidak  bersamaan  waktunya  dengan  saat pengumpulannya,  maka  dibutuhkan  penyimpan  kalor  yang  mempunyai  loses  yang rendah  yang  hal  ini  dapat  dicapai  apabila  isolasi  pada  pipa  sirkulasi  dan  tangki  baik, sehingga  hal  ini  akan  memerlukan  biaya  tambahan  dan  sebaiknya  dicari  bahan  yang murah dengan nilai konduktifitas yang baik (kecil).
3.  Pemasangan  pompa  sebaiknya  lebih  rendah  dari  tangki,  sehingga  permukaan  zat  cair didalam  tangki  lebih  tinggi  daripada  sisi  isap  pompa  agar  mendapatkan  harga  NPSH yang tersedia menjadi positip.
4.  Penggunaan  elemen  pemanas  diaktifkan  pada  saat  energi  yang  dibutuhkan  untuk memanaskan air tidak memenuhi, sehingga hal itu akan menghemat biaya listrik.

## DAFTAR PUSTAKA
1.  Martin, Goerge H. Kinematika dan Dinamika Teknik . Edisi Kedua, Erlangga, 1992.
2.  Nasar, Syed A. Handbook Of Electric Machines . Mc Graw-Hill.
3.  Petrovsky, N. Marine Internal Combustion Engines . Mir Publisher, Moskow. 4.  Parker, Earl R . Material Data Book . Mc Graw-Hill Book Inc, New York, 1978.
5.  Ronald J,Baird & David T, Baird Industrial Plastics . The Goodheart Willcox Company Inc, South Holland, Illinois, 1982.
6.  Sularso. Pompa dan kompresor . P.T. Pradnya Paramita, Jakarta, 1985.