## EFEK TEKANAN PADA PERFORMANSI PEMANAS AIR TENAGA SURYA SISTEM PIPA PANAS DENGAN FLUIDA KERJA R718

## EFFECT OF PRESSURE ON THE PERFORMANCE OF A HEAT PIPE SOLAR WATER HEATER USING R718 AS A WORKING FLUID
Himsar Ambarita
Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jl. Almamater Kampus USU, Medan, 20155, Indonesia Email: himsar@usu.ac.id

## Abstrak
Pada penelitian ini dilakukan pengujian pemanas air tenaga surya sistem pipa panas yang menggunakan air (R178) sebagai refrigeran. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan efek dari tekanan vakum awal terhadap performansi pemanas air. Sebuah alat uji yang terdiri dari tiga pemanas air tenaga surya dengan tekanan awal yang berbeda telah dirancang bangun. Tekanan vakum pada masing-masing pipa panas divariasikan mulai dari 35 cm Hg, 40 cm Hg, dan 45 cm Hg. Pengujian dilakukan sebanyak 3 tahapan pada intensitas radiasi surya yang berbeda. Intensitas radiasi rata-rata pada tahap I, tahap II, dan  tahap  III  masing-masing  adalah  497,76  W/m 2 ,  405,27  W/m 2 ,  333,83  W/m 2 .  Hasil  pengujian menunjukan temperatur maksimum air panas yang dihasilkan bervariasi mulai dari 51,14 o C dan 62,22 o C. Pada tahap I (intensitas tinggi), pada tekanan vakum 35 cm Hg, 40 cm Hg, dan 45 cm Hg efisiensi thermal pemanas air adalah 30,94%, 32,01% dan 34,38%. Kesimpulan penelitian ini adalah R178 dapat digunakan sebagai refrigeran pada pemanas air tenaga surya dengan performansi yang cukup baik dan semakin tinggi tekanan vakum awal pipa panas, maka efisiensi thermal akan semakin tinggi. Efisiensi yang  tertinggi  adalah  45,92%  yang  terjadi  pada  tekanan  vakum  45  cm  Hg  pada  intensitas  rata-rata 333,83 W/m 2 .
Kata kunci : PATS, Kolektor, Pipa Panas, Refrigeran, R718

## Abstract
In this work a heat pipe type solar water heater using R178 as a refrigerant is studied experimentally. The objective is to investigate the effect  of initial vacuum pressure on the performance of the solar water heater. An experimental apparatus that consists of three difference solar water heaters has been designed and fabricated. The heat pipe is filled with  R178 and vacuumed at an initial pressure. The pressure is varied from 35 cm Hg, 40 cm Hg, and 45 cm Hg. The experimental apparatus is tested by exposing to solar irradiance in  Medan  city  of  Indonesia.  The  experiments  are  carried  out for three different days. The averaged solar intensity at the first, second and third experiments are 497.76 W/m 2 , 405.27 W/m 2 , and 333.83 W/m 2 , respectively. The results show that maximum temperature of the hot water varies from 51.14 o C and 62.22 o C. In the first experiment, thermal efficiency of the solar water heater at initial vacuum pressure 35 cm Hg, 40 cm Hg, and 45 cm Hg are 30,94%, 32,01% and 34,38%, respectively. The similar trends are also shown in the second and third experiments. These facts suggest that R178 can be used as a refrigerant in a heat pipe solar water heater with a good performance. The higher vacuum initial pressure of the heat pipe results in higher thermal efficiency. The higest thermal efficiency of the present study is 45.92%. It occurs at initial pressure and average irridiance of 45 cm Hg and 333.83W/m 2 .
Keywords : Solar water heater, Collector, Heat pipe, Refrigerant, R718

## Pendahuluan
Pemanasan  global  yang  diakibatkan  oleh meningkatnya  emisi  gas-gas  rumah  kaca  (GRK) diyakini  akan  mengancam  keberlangsungan  hidup manusia  di  Bumi.  Untuk  menghindari  Bumi  dari kehancuran,  banyak  negara  telah  menetapkan komitmen  untuk  mengurangi  emisi  GRK.  Indonesia, pertama sekali mengeluarkan komitmen pengurangan emisi GRK pada pertemuan UNFCCC/COP 13 di Bali
tahun  2007  yang  menyebutkan  secara  sukarela  akan mengurangi  emisi  26%  dari  laju  emisi  normal ( Business-as-Usual /BAU) pada tahun 2020 dan target ini bisa menjadi 41% dengan bantuan asing. Target ini kemudian direvisi lagi pada pertemuan UNFCC/COP21  di  Paris  tahun  2015  menjadi  29% dibawah  BAU  pada  tahun  2039  dan  menjadi  41% dengan bantuan asing. Komitmen ini telah memberikan  tantangan  bagi  pemerintah  dan  juga peneliti  untuk  mengurangi  emisi  GRK  tanpa  harus
mengurangi  laju  pembangunan.  Sumber  emisi  GRK dapat  dibagi  atas  beberapa  sektor,  salah  satunya adalah  sektor  energi.  Pada  sektor  ini  emisi  GRK dihasilkan dari kegiatan pembakaran bahan bakar fosil untuk  menghasilkan  kerja  ( work )  dan  atau  listrik. Salah  satu  solusi  mengurangi  emisi  GRK  adalah meningkatkan  penggunaan  energi  terbarukan  seperti energi surya.
Energy  surya  dapat  digunakan  sebagai  sumber energi untuk menggantikan penggunaan energi  fosil. Salah satu subsektor energi yang menghasilkan emisi GRK  adalah  penggunaan  bahan  bakar  fosil  dan  atau energi listrik untuk pemanas air. Menggunakan energi surya  sebagai  sumber  panas  pada  pemanas  air merupakan  salah  satu  aplikasi  yang  cukup  potensial untuk  mengurangi  emisi.  Hal  ini  telah  banyak mendorong para peneliti untuk melakukan penelitian pemanas air tenaga surya (PATS) untuk mendapatkan alat yang optimum serta ramah terhadap lingkungan.
Penelitian  PATS  sudah  banyak  dilakukan  oleh para peneliti [9]. Penelitian ini fokus pada PATS yang menggunakan  pipa  panas  ( heat  pipe )  untuk menghantarkan panas dari kolektor ke tangki air yang dipanaskan.  Di  dalam  pipa  panas  digunakan  fluida kerja  ( working  fluid )  atau  biasa  disebut  refrigeran. Beberapa  peneliti  telah  melaporkan  penelitiannya tentang PATS sistem pipa panas. Soin dkk. [7,8] telah meneliti  performansi  pemanas  air  pipa  panas  yang menggunakan refrigeran aceton dan ether . Parameter yang  diteliti  adalah  efek  dari  isolasi  dan  volume refrigeran di dalam pipa  panas  terhadap performansi PATS. Chun dkk. [11] melakukan kajian eksperimental terhadap pemanas air domestik dengan sistem  pipa  panas.  Beberapa  konfigurasi  sistem dengan  fluida kerja  yang  berbeda antara  lain aceton, methanol, ethanol , air, dan campuran etanol dan  air. Joudi  dan  Al-Tabbakh  [5]  melakukan  simulasi  pada pemanas  air  domestik  sistem  pipa  panas  dengan menggunakan  refrigeran  R11  sebagai  fluida  kerja. Hasilnya  menunjukkan  bahwa  sistem  pipa  panas dengan  fluida  kerja  yang  berubah  fasa  mempunyai efisiensi 20% lebih tinggi dibandingkan dengan fluida kerja satu fasa. Selain mempunyai efisiensi yang lebih tinggi juga respon yang lebih baik.
Radhwan dkk. [1] melakukan kajian eksperimental  performansi  dari  PATS  sistem  pipa panas dengan refrigeran R11 yang bersirkulasi secara natural  dan  aliran  paksa.  Hasilnya  menunjukkan kemiringan  kondensor  mempunyai  efek  yang signifikan  pada  aliran  secara  natural  tetapi  tidak mempunyai  efek  pada  aliran  paksa.  Payakaruk  dkk. [10]  melakukan  study  pada  thermosyphon  yang miring dimana fluid kerja yang digunakan adalah R22, R123, dan R134a. Efek dari beberapa rasio pengisian ( filling  ratio )  yaitu  50%,  80%,  dan  100%  juga  telah diuji.  Hasilnya  menunjukkan  rasio  pengisian  pipa panas  tidak  mempunyai  efek  terhadap  rasio  dari karakteristik perpindahan panas pada sudut berapapun
terhadap  posisi  vertikal.  Tetapi  sifat  fluida  kerja berpengaruh  pada  rasio  perpindahan  panas  ini. Mathioulakis  dan  Belessiotis  [2]  mempublikasikan hasil kajian teoritis dan eksperimen dari  sifat energy dari  PATS  pipa  panas  dengan  refrigeran  ethanol. Hasilnya  menunjukkan  bahwa  efisiensi  dapat mencapai 60%.
Enaburekhan  dan  Yakasai  [4]  melakukan penelitian secara eksperiment untuk membandingkan performansi  PATS  sistem  pipa  panas  yang  diisi dengan  refrigeran  serta  diuji  pada  kondisi  radiasi  di Nigeria. Refrigeran yang diuji adalah R134a, R12, dan ethanol .    Hasil  penelitian  menunjukkan  efisiensi maksimum  pada  masing-masing  refrigeran  adalah 40,63%  untuk  R12,  50.78%  untuk ethanol dan 56.59%  untuk  R134a.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa refrigeran  terbaik  adalah  R134a.  Esen  dan  Esen  [6] melakukan  pengujian  terhadap  performansi  pemanas air sistem pipa panas dengan menggunakan refrigeran yang  berbeda  dan  diuji  pada  kondisi  di  Turki.  Tiga prototip dengan dimensi yang sama tetapi diisi dengan refrigeran  yang  berbeda  yaitu  R134a,  R407C  dan R410A diuji pada beberapa kondisi cuaca dan beban yang berbeda. Performansi sistem pada kondisi langit cerah  dengan  dan  tanpa  beban  telah  dievaluasi. Kesimpulan pengujian tersebut adalah R410 menunjukkan  performansi  yang  terbaik  karena menghasilkan    efisiensi  yang  tertinggi,  yaitu  sekitar 54.06% sampai 55.98%.
Literatur  yang  disebut  di  atas  menunjukkan bahwa  PATS  sistem  pipa  panas  yang  diisi  oleh refrigeran telah  mendapat perhatian khusus dari para peneliti.  Fokus  penelitian-penelitian  tersebut  adalah mencari  refrigeran  terbaik  untuk  menghasilkan performansi yang tertinggi. Beberapa refrigeran yang sudah  diuji  antara  lain  adalah  R11,  R22, ethanol , R134a,  R407,  dan  R410.  Sebagai  catatan,  semua refrigeran  ini  dikenal  sebagai  bahan  kimia  yang mempunyai dampak kurang baik terhadap lingkungan. Hal  ini  menjadi  latar  belakang  penelitian  ini,  yaitu menggunakan  refrigeran  yang  ramah  terhadap lingkungan. Pada penelitian ini diajukan PATS sistem pipa  panas  dengan  menggunakan  air  sebagai refrigeran.  Sebagai  catatan,  air  sebagai  refrigeran mempunyai  nama  khusus  yaitu  R718.  Beberapa penelitian  awal  telah  dilakukan  oleh  peneliti  untuk menguji  perbandingan  performansi  refrigeran  R718 dengan  refrigeran  lainnya.  Ambarita  dan  Sitepu  [3] melakukan pengujian untuk membandingkan performansi PATS sistem pipa panas yang menggunakan  R718  dan  R141b.  Pada  pengujian dengan radiasi matahari kota Medan R141b lebih baik daripada  R718.  Tetapi  tekanan  kerja  dan  kondisi kemiringan  dari  alat  uji  yang  digunakan  belum dioptimasi. Pada pengujian tersebut efisiensi thermal yang didapat juga masih cukup rendah, yaitu 34%.
Berdasarkan penelusuran literatur dan penelitian awal  yang  sudah  dilakukan,  maka  perlu  dilakukan
penelitian  lanjutan  PATS  sistem  pipa  panas  dengan menggunakan R718 sebagai refrigeran. Pada penelitian  ini  karakteristik  dan  performansi  PATS sistem pipa panas dengan menggunakan R178 sebagai refrigeran  akan  dikaji  secara  eksperimen.  Salah  satu parameter  yang  menentukan  performansi  PATS sistem  pipa  panas  adalah  tekanan  awal  refrigeran  di dalam  pipa. Pada penelitian  ini parameter yang akan dikaji  adalah  efek  dari  perbedaan  tekanan  awal refrigeran  pada  pipa  panas  terhadap  performansi PATS.  Hasil  yang  diharapkan  dari  penelitian  ini adalah  untuk  memberikan  informasi  penting  untuk pengembangan pemanas air tenaga surya yang efektif dan efisien.

## Peralatan Eksperimen
Pada  penelitian  ini  telah  dirancangbangun sebuah alat uji yang dapat melakukan pengujian pada tiga  PATS  secara  simultan.  Pada  Gambar  1 ditampilkan  skema  dari  PATS  yang  digunakan. Seperti yang terlihat pada gambar, 3 PATS dapat diuji secara bersamaan. Hal ini dilakukan untuk memastikan  bahwa  ketiga  PATS  mendapat  paparan radiasi matahari yang sama saat diuji.

## Gambar 1. Diagram alat uji
PATS yang diuji terdiri dari 3 komponen utama, yaitu  kolektor  surya,  pipa  panas,  dan  tangki penyimpan  air  yang  dipanaskan.  Pada  penelitian  ini, jenis kolektor surya yang digunakan adalah plat datar dengan luas masing-masing kolektor adalah 0,2 m  1m.  Untuk  mengurangi  kehilangan  panas,  pada  sisi bawah  dan  samping  kolektor  diisolasi  dengan menggunakan rockwool dengan  ketebalan  10  cm. Sementara  pada  bagian  atas  ditutup  dengan menggunakan kaca ganda yang jaraknya 5 cm. Jarak kaca penutup yang paling bawah dengan plat kolektor adalah  10  cm.  Kemudian  panas  dari  kolektor  akan dihantarkan ke tangki air dengan  menggunakan  pipa
panas  yang  bekerja  dengan  prinsip  evaporasi  dan kondensasi. Pipa panas yang digunakan adalah sebuah pipa  yang  dihubungkan  membentuk  kurva  tertutup dengan  ukuran  pipa  ¾  inci.  Panjang  masing-masing pipa adalah 100 cm dan jarak antar pipa adalah 10 cm. Masing-masing  PATS  digunakan  memanaskan  air sebanyak 4 liter yang berada di dalam tangki.
Pada  saat  pengujian,  dilakukan  pengukuran parameter  yang  akan  digunakan  untuk  melakukan analysis.  Parameter  yang  diukur  pada  setiap  PATS adalah  tekanan  fluida  kerja  di  dalam  pipa  panas, temperatur plat kolektor, dan temperatur air panas di dalam  tangki.  Pengukuran  temperatur  dilakukan dengan  menggunakan  thermokopel type-J dengan akurasi  0,1 o C.  Hasil  pengukuran  temperatur  akan direkam  setiap  1  menit  dengan  menggunakan data logger AGILENT  yang  dapat  beroperasi  20  saluran pengukuran.  Tekanan  diukur  dengan  menggunakan manifold  gauge yang  mempunyai  ketelitian  1  psi. Pengumpulan  hasil  pengukuran  tekanan  dilakukan secara manual dengan melakukan pencatatan setiap 1 jam.
Kondisi  cuaca  pada  saat  pengujian  diukur dengan  menggunakan  HOBO microstation  data logger .  Parameter  cuaca  yang  diukur  adalah temperatur  dan  kelembaban  relatif  (RH),  radiasi energi surya dan kecepatan angin. Temperatur dan RH diukur  dengan  menggunakan temperature  RH  smart sensor yang memiliki akurasi 0.2 o C dan  2.5% RH. Sementara kecepatan angin diukur dengan menggunakan wind  smart  sensor yang  memiliki akurasi  1.1  m/s.  Dan  radiasi  matahari  diukur dengan menggunakan pyranometer smart sensor yang mempunyai  ketelitian  ±  10,0  W/m 2 atau  ±  5%  dan tambahan temperature error 0,38 W/m 2 /°C dari 25 °C (0,21  W/m 2 /°F  dari  77  °F).  Resolusi pyranometer yang digunakan adalah 1,5 W/m 2 .
Prinsip  kerja  alat  ini  secara  ringkas  dapat dijelaskan sebagai berikut. Energi surya yang sampai ke  plat  kolektor  akan  digunakan  memanaskan  plat kolektor.  Panas  dari  plat  kolektor  akan  digunakan memanaskan pipa panas dan naiknya temperatur pipa akan  membuat  R178  di  dalam  pipa  akan  mendidih. Hal ini bisa terjadi karena tekanan refrigeran di dalam pipa  berada  di  bawah  tekanan  atmosfer  atau  dalam kondisi  vakum.  Refrigeran  yang  mendidih  akan mengalir ke dalam tangki air. Karena temperatur air di dalam  tangki  rendah,  maka  refrigeran  akan mengalami  kondensasi  dan  refrigeran  cair  akan kembali  turun  ke  pipa  di  kolektor  dan  selanjutnya refrigeran ini akan melakukan siklus.

## Parameter Analysis
Berdasarkan prinsip kerja  yang dijelaskan pada bagian  sebelumnya,  maka  tekanan  kerja  awal  pipa panas  akan  mempengaruhi  performansi  dari  PATS. Pada  penelitian  ini  tekanan  kerja  awal  akan divariasikan  untuk  mengetahui  efeknya  terhadap
performansi  PATS.  Pada  masing-masing  tekanan akan  dilakukan  pengukuran  temperatur  dan  kondisi cuaca.  Hasil  pengukuran  ini  akan  digunakan  untuk melakukan analysis.
Besarnya  energi  radiasi  yang  diterima  oleh kolektor  surya  akan  dihitung  dengan  menggunakan persamaan (1).
i Q A Idt  
(1)
Dimana A (m 2 )  adalah  luas  kolektor  dan I (W/m 2 ) adalah  radiasi  surya  yang  diterima  kolektor  pada posisi  datar/horizontal.  Tetapi,  pada  penelitian  ini, kolektor yang digunakan dipasang dengan kemiringan  terhadap  horizontal.  Maka  nilai  intensitas  akan berubah dan dihitung dengan persamaan (2).
1 cos 1 cos 2 2 b b d g I I I R I                            (2)
Dimana I  (W/m 2 )  adalah  intensitas  radiasi  yang diterima kolektor yang dimiringkan.
Panas yang dibawa oleh uap refrigeran ke dalam tangki air akan digunakan untuk memanaskan air dari temperatur  awal i T ( o C)  menjadi  temperatur  saat diukur w T ( o C).  Panas  ini  akan  disebut  panas  yang berguna dan dihitung dengan menggunakan persamaan (3).
  u w w w i Q m c T T   (3)
Dimana w m (kg) adalah massa air di dalam tangki dan
w c (J/kgK)  adalah  panas  jenis  air  yang  dipanaskan.
Kemudian  performansi  PATS  ini  akan  dinyatakan dengan  efisiensi  thermal  yang  dihitung  dengan menggunakan persamaan (4).
u in Q Q   (4)
Paramete-parameter  ini  akan  dihitung  dengan menggunakan data hasil pengukuran.

## Hasil dan Diskusi
PATS yang telah dibuat diuji di lantai 4 Gedung Pascasarjana  Teknik  Mesin  USU,  Medan  Indonesia. Koordinat  pengujian  adalah  3 o 34' North dan  98 o 40' East .  Penelitian  dibagi  atas  tiga  tahapan  pengujian, dimana  setiap  tahapan  terdiri  dari  3  PATS  yang dioperasikan pada tekanan yang berbeda mulai dari 35 cm Hg, 40 cm Hg dan 45 cm Hg. Semakin tinggi nilai tekanan  awal  ini  maka  semakin  vakum  kondisi  di dalam  pipa  panas.  Untuk  memudahkan  diskusi masing-masing  PATS  akan  dibedakan  dengan tekanan awalnya. Dengan kata lain PATS 35 artinya pemanas air tenaga surya pipa panas dengan tekanan
vakum  awal  35  cm  Hg.  Demikian  juga  untuk  PATS 40  dan  PATS  45  masing-masing  menyatakan  saat tekanan  vakum  awal  40  cm  Hg  dan  45  cm  Hg. Pembahasan  hasil akan dibagi atas dua bagian. Pada bagian pertama akan ditampilkan karakteristik PATS pada saat diuji. Pada bagian kedua akan ditampilkan perbandingan  performansi  PATS  pada  setiap kelompok pengujian.

## a. Karakteristik PATS
Karakteristik  operasi  dari  PATS  45  pada pengujian  tahap  I  ditampilkan  pada  Gambar  2.  Pada gambar  ditampilkan  radiasi  surya  hasil  pengukuran dan  temperatur  plat  kolektor  pada  PATS  dan temperatur  air  pada  tangki  1.  Pengujian  dilakukan mulai pukul 8.00 WIB dan berakhir pukul 16.00 WIB. Pada  gambar  dapat  dilihat  mulai  pukul  8.00  WIB sampai  dengan  pukul  11.00  WIB,  radiasi  matahari meningkat dengan meningkatnya waktu. Pada rentang waktu  ini,  langit  cukup  cerah  dimana  tidak  terdapat penurunan radiasi yang tiba-tiba. Tetapi setelah pukul 12.00 WIB, pada waktu tertentu radiasi matahari turun secara  tiba-tiba.  Hal  ini  terjadi  karena  radiasi  surya telah  diblok  oleh  awan  untuk  sampai  ke  permukaan kolektor.  Hasil  pengukuran  menunjukkan  selama pengujian,  radiasi  rata-rata  adalah  sebesar  497,76 W/m 2 .  Nilai  ini  dikategorikan  dengan  kondisi  langit yang cerah. Energi surya yang diterima oleh masing- masing kolektor surya dihitung dengan menggunakan persamaan (1) dan persamaan (2) dan hasilnya adalah 1,4 MJ.

## Gambar 2. Karakteristik PATS 45 pada Pengujian I
Pada  Gambar  2  juga  ditunjukkan  temperatur pada  permukaan  plat  kolektor  dan  temperatur  air  di dalam tangki. Temperatur plat, sejak pukul 8.00WIB meningkat dengan  meningkatnya waktu. Temperatur tertinggi adalah 92 o C pada pukul 10.39 WIB. Setelah pukul  12.00  WIB  temperatur  plat  turun  secara signifikan.  Hal  ini  disebabkan  oleh  radiasi  juga mengalami  penurunan.  Temperatur  air  di  dalam tangki  mengalami  kenaikan  mulai  pukul  8.00WIB sampai mencapai temperatur maksimum. Temperatur maksimum  air  di  dalam  tangki  adalah  62,22 o C  pada pukul  12.23  WIB.  Setelah  mencapai  temperatur
maksimum  ini,  temperatur  air  di  dalam  tangki  akan terus  menurun,  hingga  akhirnya  mencapai  47,24 o C pada  akhir  pengujian.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa setelah pukul 12.23 WIB, kolektor surya tidak dapat lagi melakukan fungsinya untuk memanaskan air. Hal ini  diakibatkan  dua  hal.  Pertama  terjadi  kehilangan panas dari tangki ke lingkungan yang cukup besar dan kedua  temperatur  plat  tidak  mampu  lagi  untuk mengubah  fasa  refrigeran  di  dalam  pipa  meskipun temperaturnya masih lebih tinggi dari temperatur air. Bahkan  setelah  pukul  15.11  WIB  temperatur  air  di dalam tangki menjadi lebih tinggi dari temperatur plat kolekter.  Perbedaan  temperatur  maksimum  air  di dalam tangki dan temperatur air di akhir pengujian ada sebesar  14,98 o C.  Hal  ini  menunjukkan  kehilangan energi  yang  cukup  besar  dari  air  di  dalam  tangki  ke lingkungan.
Pada  kondisi  yang  sama  dengan  pengujian  I, dilakukan lagi pengujian pada hari yang berbeda dan disebut pengujian II dan pengujian III. Karena harinya berbeda,  maka  karakteristik  panas  radiasi  yang diterima kolektor juga berbeda. Gambar 3 menunjukkan radiasi, temperatur plat, dan temperatur air  yang  diukur  pada  PATS  45.  Pada  gambar  dapat dilihat  karena  karakteristik  radiasi  surya  berbeda dengan  pengujian  I,  maka  temperatur  plat  kolektor juga mengalami sedikit perbedaan. Hasil pengukuran menunjukkan  selama  pengujian,  radiasi  rata-rata adalah  sebesar  405,27  W/m 2 .  Nilai  ini  dikategorikan dengan  kondisi  langit  yang  sedang  atau  tidak  cerah. Pada pengujian  ini setelah pukul 11.30  WIB, radiasi surya  mengalami  penurunan  yang  cukup  signifikan karena langit sudah banyak di tutup awan.
Pada Gambar 4 ditampilkan pengujian tahap III. Hasil  pengukuran  menunjukkan  selama  pengujian, radiasi rata-rata adalah sebesar 333,83 W/m 2 . Nilai ini dikategorikan  dengan  kondisi  langit  mendung. Dengan  kata  lain,  radiasi  surya  yang  datang  ke permukaan bumi diblok oleh awan, sebagai akibatnya radiasi  yang  mencapai  permukaan  kolektor  banyak yang rendah. Hal ini sangat mempengaruhi tempertur pada  permukaan  kolektor  dan  juga  temperatur  air panas yang dihasilkan.
Gambar 3. Karakteristik PATS 45 pada Pengujian II

## Gambar 4. Karakteristik PATS 45 pada Pengujian III
Temperatur  plat  kolektor  dan  temperatur  air  di dalam  tangki  untuk  PATS  35  dan  PATS  40  saat pengujian tahap I, tahap II, dan tahap III juga diukur tetapi  tidak  ditampilkan  dalam  bentuk  grafik.  Hasil pengukuran  akan  digunakan  dalam  melakukan analysis performansi pada bagian berikut.

## b. Perbandingan Performansi
Berdasarkan data hasil pengujian, telah dilakukan  analysis  untuk  menghitung  performansi PATS.  Performansi  PATS  pada  tahap  I  pengujian ditampilkan pada Tabel 1. Pada tahap I ini intensitas radiasi  rata-rata  yang  diterima  oleh  kolektor  adalah 497,76  W/m 2 dan  energi  radiasi  yang  diterima masing-masing kolektor selama pengujian adalah 1,41 MJ.  Pada  PATS  35,  temperatur  air  di  dalam  tangki naik  dari  30,48 o C  menjadi  56,39 o C.  Dengan menggunakan persamaan (4), efisiensi thermal PATS 35  pada  tahap  I  pengujian  ini  adalah  30,94%.  Jika tekanan vakum di dalam pipa panas lebih diturunkan lagi ke 40 cm Hg, temperatur maksimum air menjadi 59,13 o C dengan efisiensi thermal 32,01%. Kemudian temperatur  maksimum  dan  efisiensi  thermal  untuk PATS 45 masing-masing adalah 62,22 o C dan 34,38%. Hal  ini  menunjukkan  penurunan  tekanan  akan menaikkan efisiensi dan temperatur maksimum air di dalam tangki.
Tabel 1. Performansi Pengujian Tahap I Parameter Tekanan kerja awal 35 cm Hg 40 cm Hg 45 cm Hg Temperatur awal air 30,48 o C 32,33 o C 33,43 o C Temperatur maximum air 56,39 o C 59,13 o C 62,22 o C Intensitas rata-rata 497,76 W/m 2 Energi di tiap kolektor 1,40 MJ Efisiensi Termal 30,94% 32,01% 34,38%
Hasil  analysis  untuk  pengujian  tahap  II ditampilkan  pada  Tabel  2.  Pada  tahap  ini,  intensitas radiasi  rata-rata  selama  pengujian  adalah  405,27 W/m 2 dan  energi  yang  diterima  masing-masing kolektor  adalah  1,14  MJ.  Jika  dibandingkan  dengan pengujian  tahap  I,  maka  pengujian  tahap  II  ini mempunyai  intensitas  radiasi  matahari  dan  energi yang  diterima  masing-masing  kolektor  yang  lebih kecil.  Hasil  pengujian  menunjukkan  temperatur maksimum  dan  efisiensi  thermal  PATS  35  masing- masing  adalah  57,59 o C  dan  43,81%.  Jika  tekanan vakum di dalam pipa panas diturunkan menjadi 40 cm Hg dan 45 cm Hg, maka data pengujian menunjukkan temperatur maksimum air di dalam pipa dan efisiensi thermal akan meningkat.

## Tabel 2. Performansi Pengujian Tahap II
Parameter Tekanan kerja awal [cm Hg] 35 cm Hg 40 cm Hg 45 cm Hg Temperatur awal air 26,57 o C 27,31 o C 27,4 o C Temperatur maximum air 57,59 o C 58,20 o C 58,62 o C Intensitas rata-rata 405,27 W/m 2 Energi di tiap kolektor 1,14 MJ Efisiensi Termal 43,81% 45,08% 45,57%

## Tabel 3. Performansi Pengujian Tahap III
Parameter Tekanan kerja awal [cm Hg] 35 cm Hg 40 cm Hg 45 cm Hg Temperatur awal air 28,00 o C 28,04 o C 28,53 o C Temperatur maximum air 51,14 o C 51,45 o C 54,46 o C Intensitas rata-rata 333,83 W/m 2 Energi di tiap kolektor 0,94 MJ Efisiensi Termal 40,98% 41,45% 45,92%
Analysis  performansi  pada  pengujian  tahap  III ditampilkan  pada  Tabel  3.  Data  pada  tabel menunjukkan  intensitas  radiasi  rata-rata  pada pengujian  ini  adalah  333,83  W/m 2 dan  energi  yang diterima masing-masing kolektor adalah 0,94 MJ. Jika dibandingkan  dengan  radiasi  pada  pengujian  tahap  I dan  tahap  II,  maka  pengujian  tahap  III  ini  dapat dikatakan pada kondisi langit yang mendung. Karena mendung  maka  temperatur  maksimum  air  di  dalam
tangki  juga  lebih  rendah  daripada  pengujian sebelumnya. Pada tahap III ini temperatur maksimum air di dalam tangki untuk tekanan 35 cm Hg, 40  cm Hg,  dan  45  cm  Hg  masing-masing  adalah  51,14 o C, 51,45 o C dan 54,46 o C. Dengan kata lain masih lebih rendah daripada penelitian tahap I dan tahap II.  Data pada tabel juga menunjukkan semakin rendah tekanan vakum  maka  temperatur  dan  efisiensi  thermal  akan semakin tinggi.
Perbedaan  pengujian  tahap  I,  II,  dan  III  adalah kondisi  cuaca  dan  dalam  hal  ini  adalah  intensitas radiasi.  Intensitas  radiasi  tertinggi  terjadi  pada pengujian  tahap  I,  kemudian  menurun  pada  tahap  II dan  yang  terkecil  adalah  tahap  III.  Data  pada  tabel menunjukkan,  semakin  kecil  intensitas  radiasi  maka semakin  kecil  temperatur  maksimum  air  di  dalam tangki.  Hal  ini  disebabkan  energi  yang  diterima  air semakin kecil pula. Kemudian, semakin kecil radiasi yang diterima kolektor, efisiensi thermal PATS justru semakin  besar.  Hal  ini  dikarenakan  menurunnya kenaikan  energi  berguna  yang  didapatkan  dari kenaikan  temperatur  air  tidak  sebanding  dengan kecilnya  energi  radiasi  yang  diterima  kolektor. Dengan  kata  lain  tingginya  efisiensi  kolektor  pada intensitas  radiasi  yang  kecil  tidak  menggambarkan performansi  PATS  yang  semakin  baik.  Maka  perlu diusulkan parameter lain yang menyatakan performansi dari PATS ini.

## Kesimpulan
Pada  penelitian  ini  telah  dilakukan  pengujian PATS  sistem  pipa  panas  yang  menggunakan  air (R178) sebagai refrigeran. Sebuah alat uji yang terdiri dari  tiga  pemanas  air  tenaga  surya  dengan  tekanan awal  yang  berbeda  telah  dirancang  bangun.  Masing- masing PATS dioperasikan pada tekanan vakum yang berbeda.  Tekanan  vakum  pipa  panas  divariasikan mulai  dari  35  cm  Hg,  40  cm  Hg,  dan  45  cm  Hg. Masing-masing  PATS  diuji  dengan  pemaparan langsung pada radiasi  matahari. Pengujian dilakukan sebanyak  3  tahapan  pada  intensitas  rata-rata  497,76 W/m 2 ,  405,27  W/m 2 ,  dan  333,83  W/m 2 .  Setelah melakukan analisa terhadap hasil pengujian, kesimpulan  dari  penelitian  ini  antara  lain  adalah sebgai berikut:
 Temperatur maksimum air panas yang dihasilkan cukup tinggi dimana nilainya bervariasi mulai dari 51,14 o C dan 62,22 o C.
 Pada  pengujian  dengan  intensitas  rata-rata  yang tinggi,  efisiensi  thermal  PATS  pada  tekanan vakum  35  cm  Hg,  40  cm  Hg,  dan  45  cm  Hg masing-masing  sebesar  30,94%,  32,01%  dan 34,38%.
 Pada pengujian dengan intensitas rata-rata radiasi yang sedang, efisiensi thermal PATS pada tekanan
vakum  35  cm  Hg,  40  cm  Hg,  dan  45  cm  Hg meningkat menjadi 43,81%, 45,08% dan 45,57%.
 Pada pengujian dengan intensitas rata-rata radiasi yang rendah, efisiensi thermal PATS pada tekanan vakum  35  cm  Hg,  40  cm  Hg,  dan  45  cm  Hg menjadi 40,98%, 41,45% dan 45,92%.
 Semakin  tinggi  tekanan  vakum  maka  temperatur air panas yang dihasilkan akan semakin tinggi dan efisiensi thermal akan semakin tinggi.
 Semakin  tinggi  intensitas  radiasi  matahari  maka temperatur  air  panas  yang  dihasilkan  semakin tinggi,  tetapi  efisiensi  thermal  sistem  akan semakin rendah.
 Air  (R178)  dapat  digunakan  sebagai  refrigeran pada pemanas air tenaga surya dengan performansi yang cukup baik.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Ardiko Pardede  dan  Richart  Sembiring  atas  bantuan melakukan  pengambilan  data  hasil  pengujian  untuk menghasilkan tulisan ini.

## Daftar Pustaka
[1]. A.M.  Radhawan,  G.M.  Zaki,  and  A.  Jamil, Refrigerant-charged  integrated  solar  water heater, International Journal of Energy Research 14 (1990) 421 - 432.
[2]. E. Mathioulakis and V. Belessiotis, A new heat- pipe type solar domestic hot water system, Solar Energy 72(1) (2002) 13-20.
[3]. H. Ambarita and T. Sitepu, Experimental study on  a  prototype  solar  water  heater  using refrigerant R141b as a transfer fluid, IOP Conf. Series:  Materials  Science  and  Engineering  237 (2017) 012014.
[4]. J.  Enaburekhan  and  U.T. Yakasai,  Performance evaluation  of  refrigerant-charged  integrated solar  water  heater  in  northern  Nigeria, Desalination 243 (2009) 208-217.
[5]. K.A.  Joudi  and  A.A.  Al-Tabbakh,  Computer simulation  of  a  two  phase  thermosyphon  solar domestic hot water heating system, Energy Conv. Manage., 40 (1999) 775-793.
[6]. M.  Esen  and  H.  Esen,  Experimental investigation of a two-phase closed thermosyphon  solar  water  heater,  Solar  Energy 79 (2005) 459-468.
[7]. R.S. Soin, K. Sangameswar, D.P. Rao  and K.S. Rao,  Performance  of  flat  plate  solar  collector with  fluid  undeRgoing  phase  change,  Solar Energy 23(7) (1979) 67-73.
[8]. R.S. Soin, S. Raghuraman, and V. Murali, Two- phase  water  heater  model  and  long-term perfromance,  Solar  Energy  38  (2)  (1987)  105- 112.
[9]. S.  Jaisankar,  J.  Ananth,  S.  Thulasi,  S.T.
Jayasuthakar, and K.N. Sheeba, A comprehensive  review  on  solar  water  heaters, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011) 3045-3035.
[10]. T.  Payakaruk,  P.  Terdtoon,  and  S.  Ritthidech, Correlations to predict heat transfer characteristics  of  an  inclined  closed  two-phase thermosyphon  at  normal  operating  conditions, Applied  Thermal  Engineering  20  (2000)  781- 790.
[11]. W. Chun, Y.H. Kang, H.Y. Kwak and Y.S. Lee, An experimental study of the utilization of heat pipes for solar water heaters, Appl. Thermal Eng. 19(1999) 807-817.