Volume 15  No.1 Januari 2023 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## PENGARUH BENTUK TURBULATORS TERHADAP EFISIENSI SOLAR AIR HEATER DENGAN PENAMBAHAN SENSIBLE HEAT STORAGE MATERIALS
Faradin. A 1 , Intan. H 2,* , Mahros. D 3 1,2,3 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Jember, Jalan. Kalimantan No. 37, Kampus Tegalboto, Jember, Jawa Timur Universitas, 68121
*Email: intanhardiatama@gmail.com Diterima: 23 November 2022 Direvisi: 25 Desember 2022 Disetujui: 31 Januari 2023

## ABSTRAK
Indonesia merupakan negara khatulistiwa. Hal tersebut menjadikan Indonesia memiliki sumber energi matahari  di  Indonesia  sangat  melimpah.  Salah  satu  alat  yang  dapat  dikembangkan  menggunakan energi matahari adalah solar air heater. Pada aplikasinya solar air heater memiliki kelemahan salah satunya  adalah  koefisien  perpindahan  panas  yang  rendah.  Pada  penelitian  ini  digunakan turbulators dan sensible heat storage materials guna meningkatkan koefisien perpindahan panasnya. Tujuan dari penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  pengaruh  variasi  bentuk turbulators dan  jarak  setiap turbulator- nya  yaitu  2,5  cm  dan  3,5  cm  terhadap  efisiensi solar  air  heater .  Pengujian  dilakukan dengan  menggunakan  tiga  lampu  halogen  sebagai  pengganti  sinar  radiasi  matahari.  Sinar  radiasi dikendalikan  dengan dimmer dan  dilakukan  monitoring  melalui  multimeter  digital.  Nilai  intensitas radiasi  yang  digunakan  adalah  577  W/m 2 ;  675,6  W/m 2 ;  730,2  W/m 2 ;  dan  881,2  W/m 2 . Blower digunakan  sebagai  konveksi  paksa  dengan  laju  aliran  massanya  0,0083  kg/s.  Hasil  penelitian menunjukkan  bentuk crimp  turbulators mampu  meningkatkan  efisiensi  dua  kali  lipat  lebih  besar dibandingkan  bentuk staggered  turbulators yaitu  25%  dan  50%  masing-masing  pada crimp turbulators dan staggered  turbulators. Penambahan  jarak turbulator pada crimp  turbulators mampu meningkatkan  efisiensinya  sebesar  5%.  Namun  penambahan  jarak turbulator pada staggered turbulators menurunkan  efisiensinya  sebesar  5%.  Hal  ini  membuktikan  bahwa  perlu  adanya pengaturan jarak agar mencapai kinerja solar air heater yang optimal.
Kata kunci: absorber, turbulators, solar air heater, reattachment point.

## ABSTRACT
Indonesia is an equatorial country. This makes Indonesia has a very abundant source of solar energy in  Indonesia.  One  of  the  tools  that  can  be  developed  using  solar  energy  is  solar  air  heaters.  In  its application,  solar  air  heaters  have  weaknesses,  one  of  which  is  the  low  heat  transfer  coefficient.  In this  study  a  reasonable  amount  of  turbulator  and  heat  storage  material  is  used  to  increase  the proportion  of  heat  research.  The  purpose  of  this  research  is  to  study  the  variation  of  turbulator variations and the distance of each turbulator that is 2.5 cm and 3.5 cm to the efficiency of solar air heaters.  Tests  carried  out  using  three  halogen  lamps  as  solar  radiation.  The  radiation  beam  is
controlled  with  a  dimmer  and  monitored  via  a  digital  multimeter.  The  value  of  the  intensity  of radiation  used  is  577  W/m 2 ;  675.6  W/m 2 ;  730.2  W/m 2 ;  and  881.2  W/m 2 .  Blowers  are  used  as forced convection with mass flow rates of 0.0083 kg/s. The results show that the shape of the crimp turbulator can  increase  efficiency  twice  as  much  as  the  staggered  turbulator,  which  is  25%  and  50%, respectively  for  each  crimp  turbulator  and  staggered  turbulator.  The  addition  of  the  turbulator distance  in  the  crimp  turbulator  can  increase  efficiency  by  5%.  However,  the  magnitude  of  the turbulator  in  the  staggered  turbulator  decreases  efficiency  by  5%.  This  proves  the  importance  of spacing so that it can achieve optimal results.
Keywords : absorber, turbulators, solar air heater, reattachment point.

## PENDAHULUAN
Menyikapi cadangan energi yang semakin menipis, menghemat energi merupakan langkah cerdas. Namun, peningkatan konsumsi energi sebagai indikator kemajuan  ekonomi  Indonesia  tetap  harus difasilitasi  dengan  keberadaan  sumber  energi yang  mendukung.  Menghadapi  tantangan tersebut,  negara  kita  perlu  memperluas pemanfaatan sumber energi lain untuk menggantikan  pemakaian  energi  minyak  dan fosil.  Salah  satu  cara  efektif  yang  dapat dikembangkan untuk mengatasi masalah krisis energi yang terjadi adalah dengan menggunakan energi terbarukan. Energi terbarukan  adalah  energi  yang  berasal  dari proses  alam  yang  berkelanjutan  seperti  tenaga surya,  tenaga  angin,  panas  bumi,  dan  lainnya. Salah satu peralatan yang dapat dikembangkan dengan  menggunakan  sumber  energi  matahari adalah  pemanas  udara  surya  atau solar  air heater.  Solar  air  heater (SAH)  merupakan sebuah  alat  penukar  kalor  yang  berfungsi untuk  menaikkan  temperatur  udara  yang masuk ke dalam kolektor dengan memanfaatkan  energi  panas  dari  matahari (Naili dkk., 2017).
Pada  penerapannya,  umumnya  SAH menggunakan smooth  duct (pelat  halus  dan datar).    Namun  pada  aplikasinya  terdapat permasalahan,  diantaranya  efisiensi  termal yang  rendah.  Salah  satu  penyebabnya  adalah perpindahan  panas  konveksi  antara  pelat penyerap  dengan  aliran  udara  yang  rendah. Koefisien konveksi yang rendah bisa disebabkan  karena  kerugian  panas  ke  udara lingkungan.  Hal  ini  bisa  ditingkatkan  dengan meningkatkan  intensitas  turbulensi  dengan memecah laminar  sublayer .  Menciptakan aliran  turbulen  dalam  SAH  dengan  kekasaran buatan  telah  terbukti  kemampuannya  untuk meningkatkan performa thermo-hydraulic sehingga nilai perpindahan panas meningkat.
Bermacam-macam geometri dari kekasaran buatan diteliti, mulai dari perbedaan bentuk ribs seperti thin  ribs (Sharma  dkk.,
2017), multiple V-shaped baffles and ribs (Jalil dkk.,  2018),  dan rectangular  ribs (Komolafe dkk., 2019). Selain itu, dengan penambahan fin pada  pelat  penyerap  untuk  memperluas  area perpindahan  panas  juga  dapat  meningkatkan efisiensi  SAH  (Hosseini  dkk.,  2017).  Upaya pasif yang dapat dilakukan untuk meningkatkan  nilai  perpindahan  panas  adalah dengan penggunaan turbulators pada permukaan pelat penyerap. Penelitian mengenai  pengaruh  penambahan turbulators, telah dilakukan oleh para ilmuwan dengan cara menciptakan  alat-alat  uji  yang  memodelkan saluran  pemanas  udara  surya.  Abdullah  dkk.,
(2018) melakukan penelitian dengan memberikan turbulators pada  pelat  penyerap SAH yang bertujuan memperluas area perpindahan  panas  dan  menciptakan  aliran turbulen.  Hasilnya,  efisiensi  meningkat  senilai 20% daripada tanpa penggunaan turbulators. Turbulators harus  diatur  dan  dijaga jaraknya  sebanding  dengan  dimensi  saluran. Hal  ini  bertujuan  untuk  menghindari  kerugian gesekan yang dapat menyebabkan terganggunya  aliran  sehingga  menaikkan  daya perpompaan. Selain itu, penambahan penyimpanan energi serta warna pelat penyerap  juga  menjadi  parameter  untuk peningkatan  performa  SAH.  Penggunaan heat storage  material yang  sederhana  dan  mudah diaplikasikan  dengan  batu  kerikil  dapat meningkatkan  keandalan  untuk  menghasilkan keluaran  sistem  yang  optimal  (ShazibUddin dkk., 2016).
Turbulator pada  dasarnya  adalah  teknik untuk meningkatkan perpindahan panas secara pasif  sehingga  kinerja  termohidrolik  dari pemanas surya dapat ditingkatkan. Penggunaan turbulator untuk  meningkatkan  perpindahan panas  pada  konveksi  paksa  yang  kemudian
Jurnal Teknologi 15 (1) pp 175-188 © 2023
harus  membutuhkan  perubahan  aliran  pada permukaan perpindahan panas menjadi turbulen.  Namun,  energi  untuk  membuat turbulensi  berasal  dari  kipas  atau blower dan bila  terjadi  turbulensi  berlebihan  maka  daya yang  dibutuhkan  juga  harus  tinggi  untuk membuat  aliran  udara  melalui  saluran.  Oleh karena  itu,  diharapkan  bahwa  turbulensi  harus dibuat  di  daerah  yang  sangat  dekat  dengan permukaan  perpindahan  panas  yaitu  daerah laminar sublayer . Laminar sublayer adalah kondisi dimana lapis  batas  kecepatan  fluida  berupa  aliran laminar.  Pada  Gambar  1.  ditunjukkan  profil kecepatan  daerah  laminar  dan  turbulen. Awalnya  aliran  dalam  lapis  batas  yang  terjadi adalah  sepenuhnya  laminar.  Namun  semakin jauh  jarak  aliran  fluida,  maka  ketebalan  lapis batas  berkembang  dari  tepi  depan  ( leading edge) dan pada satu jarak kritis x c . Efek inersia menjadi cukup besar dibandingkan dengan aksi redaman  kekentalan.  Sehingga  gangguan  kecil dalam  aliran  mulai  berkembang.  Setelah gangguan  ini  menjadi  kuat,  keteraturan  aliran viskos  terganggu  kemudian  aliran  laminar bertransisi menjadi aliran turbulen.
Gambar  1. Profil  kecepatan  daerah  laminar dan turbulen (Incropera, 2011)
Aliran  turbulen  pada  fluida  di  dalam solar  air  heater memiliki  berbagai  manfaat untuk meningkatkan efisiensinya. Aliran fluida yang turbulen dapat menahan fluida kerja lebih lama  di  dalam solar  air  heater sehingga penyerapan  panas  oleh  fluida  kerja  dapat menjadi  optimal.  Aliran  fluida  tersebut  juga akan  mendistribusikan  suhunya  semakin  rata pada  seluruh  bagian solar  air  heater. Hal tersebut dapat meningkatkan koefisien perpindahan  panas solar  air  heater. Aliran fluida  yang  lebih  turbulen  juga  dapat meningkatkan  laju  ekstraksi  panas  dari  pelat absorber yang menerima panas radiasi . Hal ini mengakibatkan  tahanan  termal  bahan  tersebut akan  berkurang  sehingga  panas  pada  pelat absorber akan  dilepaskan  di  lingkungan
sekitarnya  dan  terserap  oleh  fluida  kerjanya. Meningkatnya  koefisien  perpindahan  panas pada slar  air  heater akan  meningkatkan  juga nilai  efisiensinya.  Nilai  efisiensi  yang  lebih tinggi  menunjukkan  unjuk  kerja solar  air heater yang optimal.
Penggunaan  material  penyimpan  panas  dapat meningkatkan perpindahan panas serta mempertahankannya. Terdapat dua jenis sistem  penyimpanan  panas  pada  pemanas udara  surya  yaitu phase  change  heat  storage material dan sensible  heat  storage  materials .
Pada  penelitian  ini  akan  digunakan  sistem penyimpanan panas yaitu sensible heat storage materials.
Sensible  heat  storage  materials adalah sistem penyimpan panas pada solar air heater dengan  menggunakan  material thermal  mass. Material thermal  mass adalah  material  yang memiliki  sifat density dan specific  heat capacity yang  tinggi  (Laela,  2015).  Material thermal  mass pada  saat  terdapat  radiasi matahari  akan  menyimpan  kalor  dari  radiasi matahari  dan  akan  melepaskannya  ketika sudah  tidak  terdapat  lagi  radiasi  matahari. Parameter  yang  perlu  diperhatikan  dalam pemilihan  materialnya  adalah  pada  kerapatan massa  ( density )  dan  ketebalan  material. Semakin tinggi kerapatan massa material maka semakin  mudah  material  tersebut  dalam menyimpan  panas.  Semakin  tebal  material maka semakin lama kemampuan penyimpanan panas material tersebut tinggi (Laela, 2015).
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui  pengaruh  bentuk  turbulators  pada pelat  absorber  terhadap  efisiensi  solar  air heater, mengetahui pengaruh jarak pada setiap spesimen  turbulators  pada  pelat  absorber terhadap  efisiensi  solar  air  heater,  dan mengetahui  perbandingan  efisiensi  solar  air heater dengan bentuk turbulators staggered dan crimp.

## METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  metode  eksperimental, yaitu  metode  pengamatan  secara  langsung. Metode  ini  digunakan  untuk  membandingkan efisiensi  dari  solar  air  heater  menggunakan bentuk  turbulators  staggered  dengan  crimp. Jarak  setiap turbulators pada  masing-masing bentuk turbulators juga diteliti dalam penelitian ini. Sebagai tambahannya digunakan sensible  heat  storage  materials sebagai
material  penyimpan  panas  dan  juga  berguna untuk  meningkatkan  kalor  dalam solar  air heater .  Penelitian  dilakukan  di  dalam  ruangan Berikut  spesifikasi  bahan  yang  digunakan dalam  penelitian  ini  sesuai  yang  ditunjukkan Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi bahan
Bahan Spesifikasi Rangka bahan tebal triplek 1,8 cm Insulasi bahan tebal styrofoam 2 cm Sensible  heat  storage materials bahan ukuran batu alam lava 3-5 cm Absorber bahan tebal ukuran alumunium 0,5 cm 91,0 x 71,0 cm Turbulators bahan tebal diameter aluminium 0,5 mm 2,5 cm Cover bahan tebal dimensi tempered glass 0,5 cm 90 x 78 cm Bentuk staggered turbulators
menggunakan  panjang  aluminiumnya  adalah 10  cm  pada  setiap turbulator yang  digunakan.
Sedangkan crimp turbulators menggunakan 71 cm  pada  setiap  panjang turbulator yang digunakan. Berikut adalah spesifikasi turbulators yang  digunakan  seperti  yang ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Spesifikasi turbulators
Jenis turbulators Jarak antar turbulator Jumlah turbulators Staggered 2,5 cm 122 3,5 cm 86 Crimp 2,5 cm 25 3,5 cm 34
Desain  dan  bentuk turbulators yang digunakan  seperti  yang  terlihat  pada  Gambar 2., Gambar 3., Gambar 4., dan Gambar 5.
(a) (b)
Gambar  2. Staggered  turbulators dengan jarak  tiap turbulator yaitu  2,5  cm  dalam bentuk (a) eksperimen dan (b) modelling
(a) (b)
Gambar  3. Staggered  turbulators dengan jarak  tiap turbulator yaitu  3,5  cm  dalam bentuk (a) eksperimen dan (b) modelling
Jurnal Teknologi 15 (1) pp 175-188 © 2023
(a) (b)
Gambar  4. Crimp  turbulators dengan  jarak tiap turbulator yaitu  2,5  cm  dalam  bentuk  (a) eksperimen dan (b) modelling
(a) (b)
Gambar  5. Crimp  turbulators dengan  jarak tiap turbulator yaitu  3,5  cm  dalam  bentuk  (a) eksperimen dan (b) modelling
Penambahan sensible  heat  storage materials yang  digunakan  disusun  secara rock bed  integrade. Bahan  yang  digunakan  berupa batu lava berukuran 3-5 cm. Total keseluruhan batu  lava  yang  digunakan  adalah  24  kg. Berikut  gambaran  penyusunan sensible  heat storage  materials sesuai  ditunjukkan  pada Gambar 6.
Gambar  6. Penyusunan sensible  heat  storage materials pada solar air heater
Penyusunan  alat  dan  bahan  yang dilakukan  dalam  penelitian  ini  guna  mencapai hasil  pengukuran  yang  optimal  dapat  dilihat pada  Gambar  7. Pengambilan  data  dilakukan dengan kondisi lingkungan dianggap ideal dan udara  di  sekeliling  kolektor  surya  dianggap udara diam. Fluida kerja pada solar air heater merupakan  udara  dengan  propertis  konstan (tidak  terpengaruh  dengan  suhu)  dan  bersifat inkompresibel. Laju aliran massa pada seluruh bagian collector dianggap seragam. Perpindahan  panas  berada  dalam  kondisi steady state. Contact resistance pada turbulators dengan  pelat  penyerap  tidak diperhitungkan  atau  diabaikan.  Data-data  lain yang  diperlukan  dalam  perencanaan  dan analisa  diambil  sesuai  dengan  literatur  yang relevan.
Gambar 7. Penyusunan pengujian solar air heater
Lampu  halogen  yang  ditunjukkan dengan  jumlah  tiga  buah  digunakan  sebagai pengganti  radiasi  matahari.  Penyangga  yang digunakan  sebagai  tempat  lampu  serta  untuk mengatur  ketinggian  lampu  guna  mencapai nilai  intensitas  radiasi  lampu  sesuai  yang direncanakan.  Fluida  kerja  berupa  udara dihasilkan dari blower. Data logger digunakan untuk  melihat  hasil  pengukuran  temperatur dari thermocouple type K
Stavolt yang  berfungsi  menstabilkan arus blower agar  kecepatan  fluida  kerjanya tetap. Fluida kerja berupa udara masuk melalui inlet yang  ditunjukkan  dengan  kecepatan  3,5 m/s. Pada inlet ditempatkan thermocouple type K untuk  mengukur  temperatur  fluida  kerja ketika  memasuki solar  air  heater. Dimmer yang  berfungsi  mengatur  besar  dan/atau kecilnya  intensitas  radiasi  lampu  halogen. Kemudian besarnya daya lampu akan dipantau secara real  time melalui  multimeter  digital. Area solar  air  collector dimana  dalam  area tersebut ditempatkan insulasi berupa styrofoam, sensible heat storage materials, dan pelat  penyerap  dengan turbulators secara staggered dan crimp. Pada area inilah solar air heater mendapat  penyinaran  dari  lampu halogen. Sensible  heat  storage  materials disusun secara bed integrated sesuai penelitian yang telah dilakukan ShazibUddin (2016).
Udara kemudian keluar melalui outlet. Pada outlet ditempatkan  sensor thermocouple type K untuk mengukur temperatur udara yang telah  dicapai  setelah  mengalir  dalam solar  air heater dan mengalami peningkatan temperatur pada area solar air collector. Hasil pengukuran sensor  suhu  yang  ditempatkan  pada inlet dan outlet akan  terukur  oleh  termometer.  Efisiensi solar  air  heater bergantung  pada  hasil pengukuran  temperatur  yang  dicapai  pada inlet , outlet, dan  besar  daya  pada blower . Lamanya  waktu  pengujian  dipantau  melalui stopwatch .  Adapun  parameter-parameter  yang diukur  dalam  penelitian  ini  adalah  suhu  udara masuk dan suhu udara keluar solar air heater .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik  perpindahan  panas  pada saluran  pemanas  udara  surya  bergantung  pada hasil  pengukuran  suhu  masuk  dan  keluarnya. Karakter  intensitas  radiasi  serta  bentuk turbulators  yang  digunakan  mempengaruhi hasil  pengukurannya.  Jarak  tiap  turbulators juga  menjadi  salah  satu  pengaruh  dalam menentukan  karakter  perpindahan  panas  solar air  heater.  Kecepatan  fluida  kerja  yang digunakan adalah kecepatan tetap dengan nilai 3,5  m/s.  Karakter  intensitas  radiasi  yang digunakan  bervariasi  mulai  dari  557  W/m 2 ; 675,6  W/m 2 ;  730,2  W/m 2 ;  dan  881,2  W/m 2 . Efisiensi solar  air  heater diteliti  dengan membandingkan  penggunaannya  pada  bentuk crimp  turbulators dan staggered  turbulators. Jarak  antar turbulator pada  setiap  bentuk
turbulators yang digunakan juga diteliti dalam penelitian  ini.  Hasil  energi  berguna  dan efisiensi solar  air  heater di  lakukan  analisis berdasakan bentuk turbulators yang digunakan.  Berdasarkan  hasil  pengujian  yang telah  dilakukan  diperoleh  data  seperti  yang ditampilkan  pada  Tabel  3.  yaitu  data  hasil pengukuran  pada  suhu  udara  masuk  dan keluar.
Jurnal Teknologi 15 (1) pp 175-188 © 2023
Dari  data-data  yang  diperoleh  dari hasil  pengujian  dilakukan  pengolahan  data untuk  mengetahui  performa  dari solar  air heater .  Pengolahan  data-data  yang  dilakukan adalah sebagai berikut.
Berikut merupakan contoh perhitungan untuk mengetahui energi berguna dan efisiensi pada solar  air  heater. Contoh  perhitungan yang  digunakan  adalah  menggunakan  bentuk crimp turbulators dengan jarak tiap turbulator adalah  3,5  cm.  Adapun  data-data  yang diperoleh  dari  pengujian solar  air  heater menggunakan crimp  turbulators dengan  jarak tiap turbulator yaitu  3,5  cm  adalah  sebagai berikut:
a. Laju aliran massa (ṁ) = 0,0083 kg/s
b. Specific heat udara (Cp) = 1007 J/kg.K
c. Intensitas radiasi (I) = 881,2 W/m 2
d. Suhu udara masuk menit ke 30 = 34,9 o C = 307,9 K
e. Suhu udara keluar menit ke 30 = 68,5 o C
= 341,5 K
f. Suhu udara masuk menit ke 60 = 35,5 o C = 308,5 K
g. Suhu udara keluar menit ke 60 = 71,5 o C
= 344,5 K
h. Luas permukaan pelat absorber (A) = 0,65 m 2
Menghitung Energi Berguna (Qu) Solar Air Heater pada menit ke 30 dan 60.
a. Qu pada menit ke 30
̇
⁄ (             )
b. Qu pada menit ke 60
̇
⁄ (           )
Menghitung Efisiensi (ɳ) Solar Air Heater pada menit ke 30 dan 60.
a. Efisiensi pada menit ke 30
b. Efisiensi pada menit ke 60
Hasil  perhitungan  energi  berguna  dan efisiensi  solar  air  heater  berdasarkan  bentuk turbulators-nya disajikan pada Tabel 4. berikut ini.
Tabel 3 . Data hasil pengukuran pada suhu udara masuk dan keluar
Jenis turbulators Waktu (menit) Intensitas Radiasi (I, W/m 2 ) Suhu pada saluran masuk (Tin, o C) Suhu pada saluran keluar (Tout, o C) I 1 I 2 I 3 I 4 T 1 T 2 T 3 T 4 T 1 T 2 T 3 T 4 Staggered 2,5 cm 30 577,0 675,6 730,2 881,2 34,7 35,5 35,5 34,2 47,3 48,5 50,5 50,9 60 577,0 675,6 730,2 881,2 34,6 35,4 35,4 34,4 48,0 50,0 51,4 53,0 Staggered 3,5 cm 30 577,0 675,6 730,2 881,2 36,4 36,6 36,1 36,8 45,6 48,3 48,4 51,5 60 577,0 675,6 730,2 881,2 36,3 36,6 36,0 36,9 46,1 49,1 49,4 52,1 Crimp 2,5 cm 30 577,0 675,6 730,2 881,2 34,8 38,6 35,0 35,2 52,5 59,7 60,4 64,5 60 577,0 675,6 730,2 881,2 35,0 39,1 35,5 35,2 54,9 62,8 62,2 66,7 Crimp 3,5 cm 30 577,0 675,6 730,2 881,2 34,1 37,8 36,0 34,9 57,5 63,6 65,4 68,5 60 577,0 675,6 730,2 881,2 34,1 38,3 35,8 35,5 60,9 65,8 68,5 71,5
Dari  hasil  pengolahan  data  yang  telah dilakukan  menghasilkan  grafik  hubungan energi  berguna  terhadap  karakter  intensitas radiasi dan efisiensi terhadap karakter intensitas radiasi. Analisis data yang dilakukan berdasarkan  grafik  yang  dihasilkan  adalah sebagai berikut.
Yang  pertama  adalah  analisis  energi berguna  terhadap  karakter  intensitas  radiasi berdasarkan  bentuk  turbulators.  Hubungan energi  berguna  terhadap  karakter  intensitas radiasi berdasarkan bentuk turbulators disajikan  dalam  bentuk  grafik.  Hubungan antara energi berguna solar air heater terhadap karakter  intensitas  radiasi  berdasarkan  bentuk turbulators  yang  digunakan  ditunjukkan  pada Gambar 8.
Energi  berguna  dengan  nilai  yang tertinggi  terdapat  pada turbulators berbentuk crimp dengan  jarak  tiap turbulators yaitu  3,5
cm  pada  intensitas  radiasi yang  tertinggi  yaitu 881,3  W/m 2 bernilai  300,02  W  pada  menit  ke 60. Sedangkan nilai terendah energi bergunanya  yaitu  pada  bentuk turbulators staggered dengan  jarak  tiap turbulator yaitu 3,5  cm  pada  intensitas  radiasi  yang  terkecil yaitu  577  W/m 2 bernilai  82,18  W  pada  menit ke 30.
Bentuk crimp turbulators cenderung memiliki nilai energi berguna yang lebih besar dibandingkan dengan bentuk staggered turbulators .  Pada  seluruh  karakter  intensitas radiasi menit ke 60 crimp turbulators memiliki rata-rata nilai hasil energi berguna mencapai 2 kali  lebih  tinggi  dibandingkan staggered turbulators dimana  nilainya  adalah  233,87  W dan  117,98  W  masing-masing  pada crimp
turbulators dan staggered turbulators .  Hal  ini membuktikan bahwa bentuk crimp turbulators memiliki  kemampuan  menghasilkan  intensitas
Tabel 4. Energi berguna dan efisiensi solar air heater Jenis turbulators Waktu (menit) Intensitas Radiasi (I, W/m 2 ) Energi Berguna (Qu, W) Efisiensi ( 𝜂 , %) I 1 I 2 I 3 I 4 Qu 1 Qu 2 Qu 3 Qu 4 𝜂 1 𝜂 2 𝜂 3 𝜂 4 Staggered 2,5 cm 30 577,0 675,6 730,2 881,2 104,14 108,88 124,93 139,07 28% 25% 26% 24% 60 577,0 675,6 730,2 881,2 111,13 121,27 133,25 154,21 30% 28% 28% 27% Staggered 3,5 cm 30 577,0 675,6 730,2 881,2 76,69 97,48 102,56 121,86 20% 22% 22% 21% 60 577,0 675,6 730,2 881,2 82,18 104,06 111,13 126,60 22% 24% 23% 22% Crimp 2,5 cm 30 577,0 675,6 730,2 881,2 147,72 175,51 211,52 243,88 39% 40% 45% 43% 60 577,0 675,6 730,2 881,2 165,52 197,47 222,50 262,09 44% 45% 47% 46% Crimp 3,5 cm 30 577,0 675,6 730,2 881,2 194,30 214,02 244,38 280,14 52% 49% 51% 49% 60 577,0 675,6 730,2 881,2 222,34 228,57 272,41 300,02 59% 52% 57% 52%
55.00 75.00 95.00 115.00 135.00 155.00 175.00 195.00 215.00 235.00 255.00 275.00 295.00 315.00 550.0 600.0 650.0 700.0 750.0 800.0 850.0 900.0 Q u ( Wa tt ) Intensitas radiasi (Watt/m 2 )
Qu = f(I) pada bentuk turbulators
Crimp 3,5 cm menit ke 60 Crimp 3,5 cm menit ke 30
Crimp 2,5 cm menit ke 60
Crimp 2,5 cm menit ke 30 Staggered 2,5 cm menit ke 60 Staggered 2,5 cm menit ke 30 Staggered 3,5 cm menit ke 60 Staggered 3,5 cm menit ke 30
Gambar  8. Grafik  hubungan  energi  berguna  terhadap  karakter  intensitas  radiasi  berdasarkan bentuk turbulators
Jurnal Teknologi 15 (1) pp 175-188 © 2023
turbulensi  yang  lebih  tinggi  serta  kemampuan penyerapan panas yang lebih tinggi juga.
Pada  intensitas  radiasi  tertinggi  yaitu 881,2  W/m 2 menit  ke  60  nilai  energi bergunanya  adalah  154,21  W;  126,60  W; 262,09 W; dan 300,02 W masing-masing pada staggered turbulators 2,5  cm, staggered turbulators 3,5  cm, crimp turbulators 2,5  cm dan crimp turbulators 3,5  cm.  Pada  bentuk turbulators dan  intensitas  radiasi  yang  sama crimp turbulators dengan  jarak  3,5  cm memiliki  nilai  energi  berguna  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  jaraknya  yang  2,5  cm. Pada  seluruh  karakter  intensitas  radiasi  menit ke  60  perbandingan  hasil  energi  bergunanya pada jarak yang 3,5 cm mencapai 1,2 kali lebih besar daripada pada jarak yang 2,5 cm. Hal ini berkaitan dengan adanya peningkatan intensitas turbulensi aliran dikarenakan meningkatnya energi kinetik turbulensi (Komolafe  dkk.,  2019).  Seiring  dengan meningkatnya  energi  kinetik  turbulensi  maka aliran  fluida  akan  menjadi  lebih  turbulen. Aliran turbulensi dalam solar air heater dapat meningkatkan  laju  ekstraksi  panas  dari  pelat absorber (Nurseto,  2017).  Sehingga  dapat meningkatkan  perpindahan  panas  dari  pelat absorber ke  fluida  kerja.  Bertambahnya  jarak turbulators pada  bentuk crimp turbulators membuktikan bahwa reattachment point fluida kerja yang tercipta akan semakin optimal.
Namun  tidak  semua  jarak  yang  lebih
panjang akan meningkatkan intensitas turbulensi  aliran  fluida  dan  menciptakan reattachment  point fluida  kerja  yang  lebih optimal. Staggered turbulators dengan  jarak 2,5  cm  memiliki  nilai  energi  berguna  yang lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  jaraknya yang  3,5  cm.  Pada  seluruh  karakter  intensitas radiasi  menit  ke  60  dengan  jarak  antar turbulator 2,5 cm menghasilkan energi berguna 1,2  kali  lebih  besar  dibandingkan  pada  jarak 3,5 cm. Hal ini terjadi dikarenakan tidak semua jarak yang lebih besar akan menciptakan aliran yang  lebih  turbulen  sehingga  menghasilkan reattachment point yang  optimal.  Maka terdapat  nilai  jarak turbulators yang  optimal adalah  jarak  antar turbulators yang  telah memungkinkan  terjadinya reattachment point fluida  kerja  di  dekat turbulators selanjutnya (Yadav  dan  Bhagoria,  2014).  Maka  aliran fluida yang terjadi akan terdefleksi ke atas dan diharapkan dapat memicu instabilitas boundary layer serta  mempercepat  transisi aliran  menjadi  turbulen.  Transisi  aliran  yang terjadi lebih awal diharapkan mampu meningkatkan turbulensi aliran sehingga lokasi separasi  dapat  lebih  mundur  (Putra  dkk., 2019).  Sehingga  area wake yang  tercipta  akan lebih kecil dan reattachment point fluida kerja dapat tercipta menjadi lebih optimal.
Kemudian  pada  analisis  selanjutnya adalah  analisis  efisiensi  terhadap  karakter intensitas radiasi berdasarkan bentuk 18% 23% 28% 33% 38% 43% 48% 53% 58% 63% 550.0 600.0 650.0 700.0 750.0 800.0 850.0 900.0
Eff isi ens i (% ) Intensitas radiasi (Watt/m2)

## Effisiensi = f(I) pada variasi absorber
Crimp 3,5 cm menit ke 60 Crimp 3,5 cm menit ke 30
Crimp 2,5 cm menit ke 60
Crimp 2,5 cm menit ke 30
Staggered 2,5 cm menit ke 60 Staggered 2,5 cm menit ke 30 Staggered 3,5 cm menit ke 60
Staggered 3,5 cm menit ke 30
Gambar 9. Grafik hubungan efisiensi terhadap karakter intensitas radiasi berdasarkan bentuk
turbulators. Berikut  analisisnya  dalam  bentuk grafik sesuai yang ditunjukkan Gambar 9.
Temperatur ambient  solar  air  heater akan naik dan/atau turun selaras dengan radiasi yang  diberikan.  Seiring  dengan  turunnya intensitas  radiasi  maka  temperatur  udara sekitar  akan  turun  dikarenakan heat  loss (Sudhakar dan Cheralathan, 2017). Pada setiap bentuk turbulators selisih  nilai  efisiensi  pada intensitas  radiasi  675,6  W/m 2 sampai  730,2 W/m 2 ; nilainya terlihat lebih kecil dibandingkan  dengan  yang  lain.  Hal  ini dikarenakan  selisih  intensitas  radiasi  yang digunakan  lebih  kecil  daripada  yang  lainnya yaitu senilai 54,6 W/m 2 . Pada intensitas radiasi yang  lainnya  yaitu  577  W/m 2 sampai  675,6 W/m 2 nilai  selisihnya  adalah  98,6  W/m 2 . Sedangkan pada intensitas radiasi 730,2 W/m 2 sampai 881,2 W/m 2 nilai selisihnya adalah 151 W/m 2 . Bentuk crimp  turbulators memiliki kecenderungan nilai efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan bentuk staggered turbulators . Hal ini selaras dengan hasil energi bergunanya  karena  besar  efisiensi  berbanding lurus  dengan  kalor  yang  diterima  udara  dan berbanding  terbalik  dengan  radiasi  yang diterima  pelat absorber (Ali,  2017) . Rata-rata nilai  efisiensi  crimp turbulators pada  seluruh karakter  intensitas  radiasi  yang  digunakan  di menit  ke  60  mencapai  50  %  dan  bentuk staggered  turbulators  mencapai  25  %.  Hal  ini menunjukkan  bahwa  kinerja solar  air  heater untuk  bentuk crimp turbulators mencapai  dua kali  lipat  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan bentuk staggered turbulators .  Hal  ini  sesuai dengan hasil nilai energi berguna.
Kecenderungan  nilai  energi  berguna crimp turbulators adalah  2  kali lebih tinggi  daripada staggered turbulators pada  seluruh  karakter intensitas radiasi menit ke 60.
Pada  bentuk turbulators yang  sama terdapat  perubahan  nilai  efisiensi  dengan berubahnya  jarak  antar turbulators . Crimp turbulators dengan  jarak  antar turbulators 3,5 cm  memiliki  kecenderungan  nilai  efisiensi lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  jaraknya yang  2,5  cm.  Pada  seluruh  karakter  intensitas radiasi  menit  ke  60 crimp turbulators 3,5  cm dapat  mencapai  nilai  rata-rata  efisiensi  10  % lebih  tinggi  dibandingkan crimp turbulators , dimana nilai efisiensi crimp turbulators 3,5 cm adalah  55  %  dan crimp turbulators 2,5  cm adalah 45 %. Hal ini membuktikan bahwa pada
crimp turbulators
seiring dengan bertambahnya  jarak  antar turbulators maka nilai efisiensinya akan meningkat.
Namun berbeda pada staggered turbulators . Pada staggered turbulators 3,5 cm memiliki  kecenderungan  nilai  efisiensi  lebih rendah dibandingkan staggered turbulators 2,5 cm.  Pada  seluruh  karakter  intensitas  radiasi menit  ke  60  rata-rata  nilai  efisiensi staggered turbulators 3,5  cm  dapat  mencapai  5  %  lebih kecil  dibandingkan staggered turbulators 2,5 cm,  dimana  nilainya  adalah  28  %  dan  23  % masing-masing pada staggered turbulators 3,5 cm  dan staggered turbulators 2,5  cm.  Pada staggered turbulators dapat  disimpulkan bahwa  dengan  bertambahnya  jarak  antar turbulators nilai  efisiensinya  akan  semakin rendah. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Abdullah  dkk  (2018) staggered  turbulators dapat  ditingkatkan  koefisien  perpindahan panasnya  dengan  menambahkan  jarak  antar turbulator . Sehingga intensitas turbulensi akan naik dan penggabungan kembali
aliran/ reattachment  point yang  tercipta  akan semakin optimal.

## KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan  serta  pengolahan  dan  analisis  data yang  telah  dilaksanakan  terdapat  beberapa kesimpulan.  Adapun  poin-poin  kesimpulan dari penelitian ini disajikan sebagai berikut.
a. Solar air heater dengan bentuk turbulators
staggered cenderung
menghasilkan  efisiensi  yang  lebih  rendah dibandingkan dengan turbulators berbentuk crimp. Hal  ini  menunjukkan bahwa turbulators berbentuk crimp dapat mengoptimalkan  penyerapan  kalor  oleh fluida kerja yang diterima pelat absorber . Penerapan turbulators berbentuk crimp pada solar  air  heater juga  dapat menciptakan  aliran  fluida  kerja  lebih turbulen.  Sehingga  laju  ekstraksi  panas dari pelat absorber dapat lebih ditingkatkan.
b. Pada bentuk staggered turbulators semakin  panjang  jarak turbulators-nya semakin  rendah  kecenderungan  nilai efisiensinya.  Namun  pada  bentuk crimp turbulators semakin  panjang  jarak  tiap turbulators- nya maka kecenderungan nilai efisiensi solar  air  heater semakin  tinggi.
Jurnal Teknologi 15 (1) pp 175-188 © 2023
Hal ini dipengaruhi oleh sifat aliran fluida di  dalam solar  air  heater. Sifat  aliran fluida  berbeda-beda  berdasarkan  bentuk turbulators yang digunakan. Aliran fluida yang  lebih  turbulen  dapat  menciptakan area wake yang  lebih  kecil  diantara turbulator agar dapat menciptakan reattachment  point yang  lebih  optimal guna meningkatkan koefisien perpindahan panas pada solar air heater
c. Nilai  efisiensi  bentuk turbulators  crimp mencapai 2 kali lebih besar dibandingkan bentuk turbulators  staggered pada  rata- rata  seluruh  karakter  intensitas  radiasi. Kecenderungan  nilai efisiensi  optimum solar  air  heater dicapai  pada  penerapan turbulators dengan  bentuk crimp pada jarak  tiap turbulators -nya  yaitu  3,5  cm pada  karakter  intensitas  radiasi  yang terendah.  Sedangkan  kecenderungan  nilai efisiensi  minimum solar  air  heater dicapai pada penerapan turbulators berbentuk staggered dengan  jarak  tiap turbulator- nya  yaitu  3,5  cm  di  intensitas radiasi  yang  tertinggi.  Nilai  karakter intensitas  radiasi  yang  tinggi  dapat menciptakan  lebih  banyak heat  loss pada solar air heater dibandingkan menggunakan  nilai  karakter  intensitas radiasi  yang  lebih  rendah . Sehingga efisiensi  yang  dicapai  akan  semakin rendah seiring bertambahnya nilai karakter intensitas radiasi yang digunakan.

## DAFTAR PUSTAKA
Abdullah,  A.S.,  M.M.A.  Al-sood,  Z.M. Omara,  M.A.  Bek,  dan  A.E.  Kabeel. 2018.  Performance  evaluation  of  a new  counter  flow  double  pass  solar air  heater  with  turbulators. Solar Energy. 173(2018): 398-406.
A.Cengel, Y. 2003. Heat Transfer A Practical Approach 2nd Edition.
A.Komolafe, C., I.O. Oluwaleye, O. Awogbemi,  dan  C.O.  Osueke.  2019.
Experimental investigation and
thermal  analysis  of  solar  air  heater having  rectangular  rib  roughness  on the absorber plate. Thermal Engineering 14: 1-9. Ali, Sulaiman. 2017. Studi Simulasi Numerik dan Eksperimental Pengaruh
Penambahan Fins Berbentuk Setengah  Silinder  Disusun  Secara Staggered terhadap  Kinerja  Kolektor Surya  Pemanas  Udara  dengan  Plat Penyerap V-Corrugated  Absorber .
Skripsi. Surabaya:  Fakultas  Industri Institut Teknologi Sepuluh November. Alvarez, G., J. Arce, L. Lira, dan M.R. Heras. 2004.  Thermal  performance  of  an  air solar  collector  with  an  absorber  plate made  of  recyclable  aluminium  cans. Solar Energy. 77(2004): 107-113.
Bhagoria,  J.L.,  Saini,  J.S.  dan  Solanki,  S.C. 2002.  Heat  transfer  coefficient  and friction factor correlations for rectangular  solar  air  heater  duct having  transverse  wedge  shaped  rib roughness  on  the  absorber  plate, Renewable Energi. 25: 341-369.
Dewi,  N.  H.,  A.  G.  Safitra,  dan  L.  Diana. Studi  eksperimen solar  air  heater dengan  variasi  sudut  gelombang bentuk-v. Jurnal  Mekanika  dan Energi Pens 1: 24-29.
Gawande, V.B., dkk. 2016. Experimental and CFD investigation of convection heat transfer  in  solar  air  heater  with reverse  L-shaped  ribs. Solar  Energy . Vol. 131: 275-295 Holman,  J.  P.  1986. Heat  Transfer .  Sixth Edition. Jakarta: Erlangga. Terjemahan  oleh  E.  Jasifi.  1995. Perpindahan Kalor. Cetakan Keenam. Jakarta: Erlangga.
Hosseini,  S.  S.,  A.  Ramiar,  dan  Ali  A.  R. 2017.  Numerical  investigation  of rectangular  fin  geometry  effect  on solar chimney. Energy and Buildings. Vol 155: 296-307
Incropera  at  all.  "Fundamentals  of  Heat  and Mass transfer 5th Edition "Wiley. Jalil, M. Jalal., dkk. 2018. Performance study of  solar  air  heater  with  thermally conducted  multi  v  shaped  baffles  and ribs . University of Technology. Iraq. Kabeel,  A.  E.,  A.  Khalil,  dan  M.E.  Zayed. 2016.  Experimental  investigation  of thermal  performance  of  flat  and  v- corrugated plate solar air heaters with and  without  PCM  as  thermal  energy storage. Energy  Conversion  and Management . 113: 264-272.
Kalogirou,  S.,  Y.  Tripanagnostopoulos,  dan M.  Souliotis.  2005.  Performance  of solar  systems  employing  collectors with  colored  absorber. Energy  and Buildings. Vol. 37: 824-835 Karwa, R., S.C. Solanki, dan J.S. Saini. 2001. Thermo-hydraulic  performance  of solar  air  heaters  having  integral chamfered  rib  roughness  on  absorber plates. Energy . Vol. 26: 161-176 Komolafe,  C.  A.,  dkk.  2019.  Experimental investigation  and  thermal  analysis  of solar air heater having rectangular rib roughness  on  the  absorber  plate. Elsevier Ltd. Vol. 14: 1-9. Latifah,  N.  L.  2015. Fisika  Bangunan  1.
Jakarta: Griya Kreasi (Penebar Swadaya Grup). Murali, G., K. R. K. Reddy, M. T. S. Kumar,
J. SaiManikanta, dan V. N. K. Reddy. 2018. Performance of solar aluminium  can  air  heater  using sensible  heat  storage. International
Journal  of  Mechanical  Engineering and  Technology  (IJMET). 9(4):  145- 155. Nurseto,  Aji.  2017.  Simulasi  Numerik
Pengaruh Kekasaran Permukaan Chamfered  Continuous  Rib terhadap Perpindahan  Panas  Pada Solar  Air Heater . Skripsi. Solo: Fakultas
Teknik Universitas Sebelas Maret.
Putra, P. R., B. Amin, dan N. Hidayat. 2019. Karakteristik  aliran  pada  saluran udara dengan penambahan square dan circular  turbulator  di  dekat  silinder sirkular  tunggal. Jurnal  Inovasi Vokational dan
Teknologi
(INVOTEK). 19(1): 1-8.
Saxena,  A.,  dan  V.  Goel.  2013.  Solar  air heater  with  thermal  heat  storages. Chinese  Journal  of  Engineering
2013: 1-11.
Sharma,  Sanjay  K.,  dan  Vilas  R.  K.  2017. Experimental
and
numerical investigation  of  forced  convective heat  transfer  in  solar  air  heater  with thin  ribs. Solar  Energy. Vol.  147: 277-291.
ShazibUddin,  Md.,  MasudParvez,  dan  Md.
EnamulHaque.  2016.  Construction and  performance  study  of  a  rock  bed integrated  green  house  type  solar  air
heater  with  solar  dryer. IOSR- JESTFT. 10(5): 30-36.
Stoecker,  W.F.  dan  W.J.  Jones.  1996.
Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Edisi 2. Jakarta: Erlangga.
Sudhakar,  P.,  dan  M.  Cheralathan.  2017. Experimental study on solar air heater using sensible thermal storage system. International  Journal  of Engineering Research & Technology. 8(12): 388-346.
Yadav, A.S., and Bhagoria, J.L. 2014. A CFD
Based Thermo-hydraulic Performance Analysis of an Artificially  Roughened  Solar  Air Heater Having Equilateral Trianggular Sectioned Rib Roughness on  the  Absorber  Plate. International Journal  of  Heat  and  Mass  Transfer . Vol. 70: 1016-1039.
Universitas  Jember.  2016.  Buku  Pedoman Penulisan Karya Ilmiah. Jember: UPT Penerbitan Universitas Jember.
Jurnal Teknologi 15 (1) pp 175-188 © 2023