## Pengaruh Jarak Kerapatan Penghalang Spiral Terhadap Unjuk Kerja Kolektor Surya Tipe Plat Datar
1 Dody Prasetiyo Guritno, 2 Ikhwanul Qiram, 3 Dewi Sartika
1) Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas PGRI Banyuwangi
2) Prodi Teknik Mesin Universitas PGRI Banyuwangi, Jl. Ikan Tongkol 22 Banyuwangi Email: ikhwanulqiram@gmail.com

## ABSTRACT
The  solar  collector  is  a  device  that  serves  to  collect  solar  radiation  and  convert  it into  useful  energy  of calories. Solar water heater collectors are heat  exchangers that convert  solar radiation energy into thermal energy in  water. This research is done by modifying the existing pipe in solar collector, where in the pipe is given a barrier in the form of spiral stainless wire with the difference of size that is 0.5 cm, 1 cm, and 2 cm. This study was conducted for nine days. The result of this research proved that the distance of spiral barrier in solar  collector  has  an  effect  on  efficiency,  the  more  smaller  of  spiral  barrier  distance  make  the  collector efficiency increases. It’s caused by the flow of water fluid in the pipe collided with the spiral shaft and formed following the spiral groove so as to increase the water temperature difference higher, with the higher water temperature difference then the value of  solar energy useful  solar collector is increases. The increased heat energy is useful to the efficiency of solar collectors, where the efficiency of collectors will increase as well. The discharge flow also affects the collector efficiency, more greater rate of  water flow, the collector's efficiency will decrease. It’s because the residence time of water in the heating pipe is shorter and the mass flow rate is greater. Furthermore, the value of solar energy useful solar collector is getting down so that collector efficiency is getting down anyway. The maximum collector efficiency occurs at 0.5 cm spiral barrier distance with 1 liter / minute water discharge of 24.72%, while minimum efficiency occurs at 2 cm spiral barrier distance with water discharge of 3 liter / minute that is 11.75%.
Keywords: Solar Collector, Compact Distance, Helical Obstacle, Performance Efficiency

## 1. PENDAULUAN
Wilayah  indonesia  merupakan  suatu  negara  yang dilalui garis khatulistiwa serta berada pada daerah tropis sehingga  mempunyai  suatu  keuntungan  yang  cukup besar yaitu adanya sinar matahari secara berkesinambungan  sepanjang  tahun.  Energi  matahari umumnya  dimanfaatkan  oleh  masyarakat  untuk pengeringan  baju,  kayu,  dan  hasil  pertanian,  namun pemanfaatan energi matahari ini tidak dilakukan secara optimal. Salah satu contoh pemanfaatan energi matahari yaitu  pengeringan  gabah,  dimana  gabah  hanya diletakkan  pada  sebuah  area yang luas  dan membutuhkan  waktu  yang  cukup  lama  untuk mengeringkannya,  oleh  karena  itu  perlu  dilakukan sebuah penelitian agar energi  matahari  yang ada  dapat dimanfaatkan dengan semaksimal mungkin [1].
Pemanfaatan  energi  matahari  yang  ada  saat  ini dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan menggunakan teknologi surya  fotovoltaik dan teknologi surya termal [2]. Teknologi surya termal adalah pemanfaatan energi surya secara langsung tanpa diubah menjadi energi lain terlebih dahulu, salah satu contohnya seperti pengering dan pemanas air. Salah satu alternatif untuk memenuhi kebutuhan air panas adalah dengan menggunakan media surya sebagai suppli energinya [3].
Energi surya dikategorikan sebagai sumber alternatif energi yang sangat ramah lingkungan. Energi surya juga
dikategorikan sebagai energi terbarukan yang dihasilkan dari panas dan cahaya matahari yang tidak mengurangi sumber  daya  alam  serta  produksinya  tidak  akan  ada habisnya  [4].  Penggunaan  energi  alternatif  dari  energi surya dapat memberikan manfaat terhadap penghematan konsumsi  listrik  dan  atau  diesel  yang  secara konvensional digunakan untuk membangkitkan energi. Pemanfaatan  energi  panas  dari  sinar  matahari membutuhkan  suatu  peralatan  yang  berfungsi  untuk mengumpulkan energi panas yang datang dari matahari, peralatan ini disebut kolektor surya.
Kolektor  surya  adalah  sebuah  alat  yang  berfungsi untuk mengumpulkan radiasi matahari dan mengubahnya  menjadi  energi  kalor  yang  berguna  [5], sedangkan  kolektor  surya  pemanas  air  adalah  alat penukar  kalor  yang  mengkonversi  energi  radiasi matahari  menjadi  energi  termal  pada  air.  Dalam aplikasinya,  energi  radiasi  matahari  diserap  oleh  pelat kolektor dan dipindahkan ke air. Selanjutnya, air panas digunakan untuk kebutuhan penyediaan air panas pada perumahan, bangunan komersial dan industri [6].
Kolektor surya terdiri dari beberapa macam bentuk, akan tetapi kolektor surya yang sering digunakan adalah tipe pelat datar. Banyak peneliti telah menciptakan dan mengembangkan  tentang  perpindahan  panas,  seperti penelitian terdahulu yang telah dilakukan [7]. Penelitian tersebut  berisi  tentang  penerapan  termodinamika,
dimana dilakukan modifikasi pada pipa.
Berdasarkan  permasalahan  dari  kolektor  surya adalah  bagaimana  meningkatkan  unjuk  kerja  berupa efesiensi  dari  kolektor  surya  bisa  ditingkatkan semaksimal mungkin. Dalam meningkatkan unjuk kerja dilakukan penelitian dengan berbagai macam cara, baik memodifikasi,  menambah  perlengkapan,  menguji material  yang  dipakai  dan  sebagainya.  Dalam  hal  ini pipa-pipa dalam kolektor surya nantinya akan divariasi dengan  penambahan  penghalang  spiral  yang  bertujuan untuk  menghambat  laju  aliran  fluida  dari  perpindahan dingin menuju panas.
II. METODOLOGI PENELITIAN 1. Variabel bebas pada penelitian ini adalah:
a. Jarak penghalang spiral: 0.5; dan 2 cm
b. Dedit air: 1, 2 dan 3 liter/menit
2. Variabel  terikat  pada  penelitian  ini  yaitu  beda temperatur suhu air masuk (T in ) dan suhu air keluar (T out ) serta intensitas radiasi matahari.
Gambar 1. Skema alat penelitian
Alat a. Termokopel untuk pengukuran suhu.
b. Flowmeter untuk  mencatat  volume  air  yang dialirkan.
c. Stopwatch untuk mengukur waktu aliran.
d. Pompa air untuk sirkulasi air.
e. Kran air ukuran 0,5 inchi untuk pengaturan debit air.

## Bahan
a. Kaca  dengan  ketebatan  5  mm  untuk  penutup kolektor.
b. Papan kayu tebal 2 cm untuk dinding kolektor.
c. Pelat aluminium tebal 1,2 mm untuk absorber .
d. Pipa aquarium dan sambungannya dengan diameter 0,5 inchi untuk mengalirkan air.
e. Tandon untuk menampung air.
f. Styrofoam tebal 2 cm untuk isolator.
g. Fluida yang digunakan adalah air.
h. Cat hitam untuk pengecatan bahan absorber.

## II. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
TABEL 1

## LAJU PERUBAHAN SUHU RUANG KOLEKTOR

## .
Gambar  2.  Grafik  Laju  perubahan  suhu  terhadap  nilai radiasi cahaya matahari
Gambar 2 menunjukkan bahwa nilai radiasi cahaya matahari cenderung naik mulai pukul 07.00 WIB sampai dengan  pukul  11.15  WIB  dan  cenderung  turun  pada pukul  11.15  WIB  sampai  dengan  pukul  15.00  WIB. Kenaikan  tertinggi  terjadi  pada  pukul  11.15  WIB dengan nilai radiasi matahari sebesar 648.25 W/m 2 . Laju perubahan  suhu  juga  cenderung  mengikuti  kenaikan radiasi  sinar  cahaya  matahari.  Hal  ini  membuktikan bahwa  hasil  pengukuran  nilai  radiasi  cahaya  matahari sudah  sesuai  dengan  kejadian  di  alam,  dimana  radiasi cahaya  matahari  pada  pagi  hari  cenderung  rendah  dan
pada siang hari akan semakin panas serta semakin sore cenderung semakin turun.
Gambar 3. Grafik beda suhu air Gambar 3 menunjukkan bahwa semakin kecil jarak penghalang  spiral  maka  selisih  suhu  air  akan  semakin besar.  Selain  itu  semakin  besar  debit  aliran  air  maka selisih  suhu  air  akan  semakin  turun.  Selisih  suhu  air terbesar  terjadi  pada  variasi  jarak    penghalang    spiral 0.5  cm  dengan  debit  aliran  1  liter/menit  yaitu  sebesar 2,99 0 C sedangkan  selisih suhu  air terkecil terjadi  pada variasi jarak penghalang spiral 2 cm dengan  debit  aliran 3 liter/menit  yaitu  sebesar 1.47 0 C.
Gambar 4. Grafik nilai energi kalor Gambar 4 menunjukkan bahwa semakin kecil jarak penghalang  spiral  maka  nilai  kalor  kolektor  akan semakin besar. Selain itu semakin besar debit aliran air maka  nilai  energi  kalor  kolektor  semakin  turun.  Nilai energi kalor kolektor tertinggi terjadi pada variasi jarak penghalang  spiral  0.5  cm  dengan  debit  aliran  1 liter/menit  yaitu  sebesar  213.33  Watt  sedangkan  nilai kalor  kolektor  terkecil  terjadi  pada  variasi  jarak penghalang spiral 2 cm dengan debit aliran 3 liter/menit yaitu sebesar 105.15 Watt.
Gambar 5 menunjukkan bahwa semakin kecil jarak jarak  penghalang  spiral  maka  efisiensi  kolektor  akan semakin besar. Selain itu semakin besar debit aliran air maka  efisiensi  kolektor  semakin  turun.  Efisiensi kolektor  maksimum  terjadi  pada  variasi  jarak penghalang  spiral  0.5  cm  dengan  debit  aliran  1 liter/menit  yaitu  sebesar  24.72  %  sedangkan  efisiensi kolektor minimum terjadi pada variasi jarak penghalang spiral  2  cm  dengan    debit    aliran    3   liter/menit   yaitu sebesar 11.49 %.
Dari  hasil  pengolahan  dan  analisa  data  didapatkan jarak  penghalang  spiral  kolektor  surya  tipe  pelat  datar berpengaruh  terhadap  proses  pemanasan  air  dalam  hal ini  merupakan  beda  suhu  air  dalam  pipa  pemanas. Semakin kecil jarak penghalang spiral maka beda suhu air  didalam  pipa  pemanas  akan  semakin  meningkat. Debit aliran air  juga  mempengaruhi proses pemanasan air, dimana semakin besar debit aliran air maka suhu air akan menurun.
Beda  suhu  air  maksimum  terjadi  pada  jarak penghalang spiral 0.5 cm dengan debit air 1  liter/menit yaitu sebesar 2.99 0 C, sedangkan beda suhu air minimum terjadi pada jarak penghalang spiral 2 cm dengan debit air  3  liter/menit  yaitu  1.47 0 C.  Jarak  penghalang  spiral berpengaruh  terhadap  nilai  energi  kalor  berguna, semakin kecil jarak penghalang spiral maka nilai energi kalor  berguna  semakin  meningkat.  Nilai  energi  kalor berguna maksimum terjadi pada jarak penghalang spiral 0.5  cm  dengan  debit  air  1  liter/menit  yaitu  sebesar 213.33  Watt,  sedangkan  nilai  energi  kalor  berguna minimum  terjadi  pada  jarak  penghalang  spiral  2  cm dengan debit air 3 liter/menit yaitu 105.15 Watt.
Jarak  penghalang  spiral  juga  berpengaruh  terhadap efisiensi kolektor, semakin kecil jarak penghalang spiral maka  efisiensi  kolektor  semakin  meningkat.  Efisiensi kolektor maksimum terjadi pada jarak penghalang spiral 0.5  cm  dengan  debit  air  1  liter/menit  yaitu  sebesar 24.72%,  sedangkan  efisiensi  minimum  terjadi  pada jarak  penghalang  spiral  2  cm  dengan  debit  air  3 liter/menit yaitu 11.75%.

## III. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Dari  hasil pengolahan dan analisa data maka dapat diambil kesimpulan :
1. Nilai  radiasi  matahari  berpengaruh  tehadap  unjuk kerja  kolektor  surya,  dimana  nilai  radiasi  matahari dan laju perubahan suhu sama-sama meningkat pada siang hari.
2. Beda  suhu  air  maksimum,  nilai  energi  kalor  serta efisiensi  terbesar  terjadi  pada  variasi  jarak penghalang  spiral  1cm  dengan  debit  aliran  1 liter/menit  yaitu  sebesar  2.99 0 C,  213.33  Watt  dan 24.72%.
3. Beda  suhu  air  minimum,  nilai  energi  kalor  serta efisiensi  terkecil  terjadi  pada  variasi  jarak penghalang  spiral  2  cm  dengan  debit  aliran  3 liter/menit  yaitu  sebesar  1.47 0 C,  105.15  Watt  dan 11.75%.
Saran Untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan cara: 1. Memvariasi bentuk penghalang aliran pipa pamanas. 2. Menguji bentuk  aliran air dalam pipa pemanas.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Putra,  I.N.G.P.,  2015. Analisis  Performansi Kolektor  Surya  Pelat  Datar  dengan  Variasi Sirip  Berlubang . Tugas akhir. Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Teknik Universitas Udayana.
Bali.
[2] Sitompul, R., 2011. Teknologi  Energi Terbarukan  Yang  Tepat  untuk  Aplikasi  di Masyarakat Pedesaan. Buku Manual Pelatihan
Progam  Nasional  Pemberdayaan  Masyarakat (PNPM) Mandiri.
[3] Sudrajat,  S.E.,  dan  Santoso,  I.,  2014. Perancangan  Solar  Water  Heater  Jenis  Plat Datar  Temperatur  Medium  untuk  Aplikasi Penghangat  Air  Mandi .  Jurnal  Teknologi, Volume 7 Nomor 2. Fakultas Teknik Program Studi  Teknik  Mesin  Universitas  Pancasakti Tegal. Jawa Tengah.
[4] Darwin.,  Syah,  H.,  dan  Yadi  S.,  2013. Studi Performansi  Alat  Pemanas  Air  dengan Menggunakan  Kolektor  Surya  Plat  Datar . Jurnal  Teknologi  dan  Industri  Pertanian Indonesia Vol. 5 No. 3. Program Studi Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Syiah
Kuala, Darussalam, Banda Aceh.
[5] Wijaya, A.F.C., 2010. Gerak Bumi dan Bulan.
Konsep Ilmu Pengetahuan Bumi dan Antariksa .  Digital  Learning  Lesson  Study
Jayapura.
[6] Jalaluddin.,  Arief,  E.,  Tarakka,  R.,  2015. Analisis Performansi Kolektor Surya Pemanas Air dengan Pelat Kolektor Bentuk-V .
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin  XIV  (SNTTM  XIV).  Jurusan  Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin,  Tamalanrea  Makassar.  Sulawesi Selatan. [7] Yazid, A.R.A., 2015. Pemodelan Perpindahan
Panas Air pada Pipa  dengan Penyisipan  Pita Terpilin . Tugas Akhir. Progam Studi
Matematika,  Fakultas  Sains  dan  Teknologi, Universitas  Islam  Negeri  Sunan  Kalijaga, Yogyakarta.