Jurnal Asiimetrik: Jurnal Ilmiah Rekayasa Dan Inovasi Terakreditasi “ Peringkat 4” oleh Kemenristek/BRIN, Nomor SK: 200/M/KPT/2020 Volume 3 Nomor 2 Tahun 2021, Juli 2021, Halaman 115-122. Website : http://journal.univpancasila.ac.id/index.php/asiimetrik/

## Proses Simulasi Sistem Concentrated Solar Power Equipment

## Simulation Process of Concentrated Solar Power Equipment
Arief Kurnia 1 dan Dwi Rahmalina 2 *
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila, Jakarta 12640, Indonesia
2 Program Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila, Jakarta 12640, Indonesia

## Informasi artikel
Diterima: 22/04/2021 Direvisi:
20/05/2021
Disetujui:
17/06/2021

## Abstract
The  increase  in  the  use  of  electrical  energy  in  Indonesia  is  currently increasing from year to year and the population in Indonesia is increasing very rapidly, therefore we need an energy utilization technology that does not need a lot of money to operate it. Because Indonesia is located on the equator  which  makes  Indonesia  has  a  great  potential  for  sun  exposure. Utilization of solar energy can be done by using a technology to generate electricity from solar energy sources, namely Concentrated Solar Power (CSP) technology. Concentrated Solar Power (CSP) is a technology that uses solar energy that produces electrical energy from a component that converts heat energy  into  electrical  energy  using  a  Stirling  engine.  In  this  research,  the solar energy utilization device developed is a Ground Base type Concentrated Solar Power (CSP) device equipped with a liquid fluid delivery system in the form  of  a  piping  system  and  a  Stirling  engine.  By  using  a  satellite  dish measuring 6 feet or 1830 mm, and also added a drive system to move the parabola according to the point of efficient solar heat reception .
Keywords: Concentrated Solar Power (CSP) , piping system, energy utilization.

## Abstrak
Peningkatan  pemakaian  energi  listrik  di  Indonesia  saat  ini  meningkat  dari tahun  ke  tahun  serta  angka  populasi  di  Indonesia  yang  meningkat  sangat pesat, oleh karena itu dibutuhkan suatu teknologi pemanfaatan energi yang tidak  perlu  banyak  biaya  saat  mengoperasikan  nya.  Dikarenakan  Indonesia terletak  pada  garis  khatulistiwa  yang  membuat  Indonesia  memiliki  potensi besar  terpapar  sinar  matahari.  Pemanfaatan  energi  matahari  ini  dapat dilakukan  dengan  menggunakan  suatu  teknologi  untuk  menghasilkan  listrik dari sumber energi matahari, yaitu teknologi Concentrated Solar Power(CSP). Concentrated  Solar  Power(CSP) merupakan  suatu  teknologi  pemanfaatan energi  matahari  yang  menghasilkan  energi  listrik  dari  suatu  komponen pengubah  energi  panas  menjadi  energi  listrik  menggunakan  mesin  S tirling engine. Pada  penelitian  ini,  alat  pemanfaatan  energi  matahari  yang dikembangkan  yaitu  alat Concentrated  Solar  Power(CSP) tipe Ground  Base yang dilengkapi sistem penghantar fluida cair berupa sistem pemipaan dan mesin penggerak S tirling engine . Dengan menggunakan parabola berukuran 6 feet atau  1830  mm,  dan  juga  ditambahkan  sistem  penggerak  untuk menggerakkan parabola sesuai dengan titik penerimaan panas matahari yang efisien.
Kata Kunci: Concentrated Solar Power (CSP), sistem pemipaan, pemanfaatan energi.
* Penulis Korespondensi. Tel.: - ; Handphone: +62 816 774 504 email : drahmalina@univpancasila.ac.id

## 1. PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  negara  yang terletak  pada  garis  khatulistiwa  yang membuat  Indonesia  memiliki  potensi  besar mendapatkan  sinar  matahari  sepanjang tahun.  Dimana  Indonesia  memiliki  potensi energi  matahari  sebesar  4,8  kWh/m 2 setiap hari. Atau dapat dikatakan memiliki potensi 6  hingga  10  kali  lebih  besar  untuk membangkitkan  listrik  melalui  energi matahari dibandingkan negara-negara Eropa. (Nugroho, 2017)
Teknologi  CSP  dirancang  menggunakan panel  -  panel  yang  berfungsi  sebagai pemantul sinar matahari ke arah penerima/ receiver yang  dipasang  pada  titik  fokus (Suwandi,  dkk,  2021).  Terdapat  beberapa jenis dari  teknologi ini yaitu : Linear Fresnel Reflector(LFR) , Solar Tower, Parabolic Dish, Parabolic  Through .  Dan  dari  beberapa  jenis teknologi  tersebut,  yang  memiliki  rasio konsentrasi lebih dari 1000 ⁰ C dan temperatur yang dapat dihasilkan 1000 ⁰ C - 1600 ⁰ C yaitu jenis Parabolic  Dish .  (Aishwarya  dan Dhivyabharathi,  2011)  Penelitian  aliran dalam pipa pertama kali dilakukan oleh Julius Weisbach tahun 1850 yang meneliti rugi pada permukaan pipa, kemudian dilanjutkan oleh Henry  Darcy  pada  tahun  1857  dengan melakukan  eksperimen  aliran  pipa  dan mengungkap efek kekasaran pada hambatan pipa yang dikenal dengan persamaan Darcy- Weisbach.  Apabila  fluida  mengalir  melalui suatu  percabangan  maka  akan  terjadi separasi  yang  mengakibatkan  terjadinya kehilangan  tekanan  ( headloss) pada  setiap percabangan  pipa  akibat  gesekan  atau perlengkapan  pipa  (Eswanto  dan  Syahputra, 2017) Simulasi fluent merupakan  salah  satu perangkat  lunak  simulasi  yang  digunakan utuk  menganalisa  karakteristik  suatu  alat dengan  sistem  fluida  pada  masalah  yang kompleks  (Rosyadi,  dkk.,  2017).  Pembuatan simulasi  dimulai  dengan  penggambaran model  dari  benda  atau  alat  yang  akan disimulasikan.  Kemudian  dilakukan  juga model  aliran  dan  perpindahan  panas  dari fluida  yang  akan  disimulasikan.  Dengan menggambar  bentuk mesh secara  numeris
dan  mengetahui  tipe  aliran  perpindahan panas  yang  digunakan,  akan  memudahkan dalam  proses  meshing  suatu  model  pada simulasi fluent (Tuakia, 2008).
Pada  dasarnya  aliran  fluida    yang mengalir  di  dalam  pipa  akan  mengalami penurunan  tekanan  seiring  dengan  panjang pipa  serta  disebabkan  oleh  gesekan  pada permukaan  yang  dilalui  oleh  aliran  fluida tersebut, kehilangan tekanan (heatloss) dan juga  ketika  suatu  aliran  fluida  melewati sambungan  pipa,  belokan,  katup,  dan sebagainya  (Waspodo,  2017;  Eswanto  dan Syahputra, 2017).
Berikut  alat  yang  dibuat  pada  tahun 2019,  dengan  tanpa  menggunakan  alat transportasi aliran fluida (Priagung, 2019).
Gambar 1. Skema peralatan CSP (Priagung, 2019)
Dan  dibawah  ini  merupakan  alat  yang dibuat pada tahun 2020, dengan menggunakan alat transportasi aliran fluida
Gambar 2. Desain Sistem pemipaan yang dikembangkan
Pada penelitian ini, terdapat komponen tambahan yaitu, yaitu sistem pemipaan yang berfungsi sebagai   alat   transportasi   cairan
fluida yang telah di panaskan oleh pantulan sinar  matahari  menuju  ke  mesin  S tirling engine . Berbeda  dengan    alat   sebelumnya yang langsung menggunakan energi matahari langsug menuju mesin S tirling engine .

## 2. METODOLOGI
Diagram  alir  penelitian  ini  terdapat  2 software  yang  digunakan  yaitu  software Solidworks 2018  yang  berfungsi  untuk membuat  desain  geometri  sistem  dan software Ansys  Fluent 2019  yang  berfungsi untuk menganalisa desain yang telah di buat.
Gambar 3. Diagram alir metode penelitian
Berikut beberapa tahapan-tahapannya:
1. Pembuatan geometri dan mesh Pada tahapan ini, proses pembuatan desain komponen sistem pemipaan yang di buat  menggunakan software Solidworks 2018  yang  selanjutnya  akan  dianalisa untuk  mendapatkan  hasil  dari  suatu
sistem  pemipaan  yang  dibuat,  seperti gambar di bawah ini :
a) Receiver
Gambar  4  menampilkan  desain receiver sedangkan tabel 1,
menyajikan  spesifikasi  desain  dari receiver .
Gambar 4. Receiver
Tabel 1. Spesifikasi receiver No. Keterangan Ukuran (mm) 1. Diameter bawah (keseluruhan) 200 2. Diameter atas(keseluruhan) 100 3. Tinggi receiver 129 4. Diameter luar pipa receiver 12,7 5. Diameter dalam pipa receiver 6,35 b) Cavity (penutup receiver ) Gambar 5 menampilkan desain cavity sedangkan  tabel  2,  menyajikan spesifikasi desain dari cavity .
Gambar 5. Cavity Tabel 2. Spesifikasi Cavity No. Keterangan Ukuran (mm) 1.  Diameter bawah (keseluruhan) 300 2.  Diameter atas (keseluruhan) 200 3.  Tinggi Cavity
Pembuatan Geometri dan
Mesh Pengidentifikasian Bidang Batas Pada Geometri Pengecekan Mesh Penentuan Kondisi Batas Hasil Simulasi Aliran Mesh Sesuai? Tidak Ya Mulai Proses Numerik Simulasi Iterasi Error? Ya Tidak Selesai
c) Pipa Penghantar Fluida
Gambar  6  menampilkan  desain  pipa penghantar fluida sedangkan tabel 3, menyajikan  spesifikasi  desain  dari pipa penghantar fluida.
Gambar 6. Pipa penghantar fluida
Tabel 3. Spesifikasi pipa penghantar
fluida No. Keterangan Ukuran (mm) 1. Tinggi (keseluruhan) 825 2. Diameter Luar pipa 12,7 3. Diameter dalam pipa 6,4 Setelah  membuat  desain  pada aplikasi  software Solidworks selanjutnya dipindahkan  ke software Ansys  Fluent yang digunakan untuk menganalisa aliran pada sistem tersebut.
2. Pengidentifikasian  bidang  batas  pada geometri Pada  tahapan  ini,  komponen- komponen yang telah di desain selanjutnya  di  analisa  menggunakan software  Ansys  Fluent dengan  beberapa tahapan  lagi,  yaitu  pengidentifikasian batasan  geometri  untuk  mengetahui bagian  masuk  aliran  serta  keluar  dari suatu sistem yang akan di analisa. Berikut pengidentifikasian  batasan  yang  di  buat, seperti:
a) Inlet Gambar  7  menampilkan  titik inlet untuk input sistem  sedangkan gambar  8,  menyajikan  tampilan penamaan titik inlet .
Gambar 7. Pemilihan titik inlet
Pada  batasan inlet ini  dipilih  titik masuk yang nantinya akan digunakan sebagai  tempat  masuk  dari  fluida yang digunakan.
Gambar 8. Penamaan titik inlet
b) Outlet
Pada  batasan outlet ini  dipilih  titik ke luar yang nantinya akan digunakan sebagai  tempat  ke  luar  dari  fluida yang  digunakan  seperti  tersaji  pada gambar  9.  Sedangkan  gambar  10 menampilkan  layar software untuk penamaan titik outlet .
Gambar 9. Pemilihan titik outlet
Gambar 10. Penamaan titik outlet
c) Wall
Gambar  11  menampilkan batasan wall ini dipilih titik bagian dinding ter luar  pada  sistem  yang  dibuat.
Sedangkan gambar 12 adalah tampilan penamaan pada software .
Gambar 11. Pemilihan titik wall
Gambar 12. Penamaan titik wall
3. Pengecekan mesh Tahapan ini berfungsi untuk memberi Batasan  yang  akan  menampilkan  hasil simulasi dari parameter yang dimasukkan pada  batasan  tersebut.  Gambar  13 memperlohatkan proses
kalkulasi
software untuk  mendapatkan  mesh.
Sedangkan  gambar  14  adalah  hasil  dari meshing .
Gambar 13. Proses Mesh
Gambar 14. Hasil Meshing
4. Penetuan kondisi batas
Tahapan  ini  merupakan  tahapan  yang menentukan  hasil  simulasi,  karena semua  data  parameter  yang  telah ditentukan serta dihitung akan dimasukkan  untuk  di  proses.  Data fluida  yang  digunakan  yaitu  fluida penghantar  panas  Therminol  vp-1, seperti pada tabel 4, berikut ini:
Tabel 4. Parameter fluida No. Data Keterangan 1.  Density 8978  kg/m3 2. CP (Spesific Heat) 381J/kg.k 3. Thermal Conductivity 387,6  w/m.k
Data  Material  yang  digunakan  pada material yang digunakan yaitu material tembaga. Berikut disajikan pada tabel 5.
Tabel 5. Parameter material
No. Data Keterangan 1.  Density 1015 kg/m3 2. CP (Spesific Heat) 1719 J/kg.k 3. Thermal Conductivity 0,1300 w/m.k 4.  Viscosity 0,00128 kg/m.s Setelah dihitung dan ditentukan parameter  dari  fluida  dan  material yang digunakan, langkah selanjutnya masukkan  data  parameter  yang dibutuhkan  pada  batasan-batasan yang  sebelumnya  dibuat  seperti batasan inlet, outlet, dan wall .
a) Data Inlet Berikut  terdapat  data  yang harus  dimasukkan  pada  bagian Inlet pipa, yaitu: Tabel 6. Data pada batasan Inlet No. Data Keterangan 1. Kecepatan masuk 2 m/s 2. Tekanan masuk 155521 Pascal 3. Temperatur masuk 40 ⁰ C (313,15 K
b) Data Outlet
Berikut  tabel  data  yang  harus dimasukkan  pada  bagian outlet
pipa: Tabel 7. Data pada batasan outlet 5. Proses Numerik Simulasi
Pada tahapan ini proses simulasi akan dilakukan  dan  akan  menghasilkan  suatu grafik  serta  parameter  pendukung lainnya. Pada penelitian simulasi aliran ini iterasi/perhitungan
simulasi
yang digunakan yaitu 100 iterasi.
Gambar 12. Proses simulasi dengan iterasi 100
Dan  apabila  hasil  simulasi  ini  telah convergen /tanpa  error  maka  akan ditampilkan dalam bentuk grafik.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Perhitungan
1) Menentukan debit aliran fluida Diketahui  bahwa  kecepatan  rata-rata fluida  2  m/s    dan  luas  penampang sebesar  2,826  m 2 ,  maka  dilakukan perhitungan sebagai berikut:
Q = V × A (1) = 2 × 2,826 = 5,652 m 3 /s Dengan : Q = Debit cairan (m 3 /s) V  = Kecepatan rata-rata fluida (m/s) A  = Luas penampang (m 2 )
2) Menentukan head total pada sistem Diketahui  tekanan  statis  155521  Pa, berat  jenis  fluida  8000  kg/m 2 .s 2 , kecepatan  rata-rata  fluida  2  m/s 2 , kecepatan gravitasi 9,81 m/s 2 , ketinggian  3,8  m,  maka  perhitungan sebagai berikut:
𝐻 = ! " + # ! $.& + 𝑧 (2)
No. Data
Keterangan 1. Tekanan keluar 120000 Pascal 2. Temperatur keluar 80 ⁰ C ( 353,15 K )
= 155521 Pa 800 kg/m $ . s $ + 2 $ m/s 2.9,81 m/s $ + 3,8 𝑚 = 23,443 m
Dengan: H = Tinggi tekanan total (m) P = Tekanan statis (Pa) γ =  Berat jenis fluida (kg/m 2 .S 2 ) V= Kecepatan rata-rata fluida (m/s) g = Kecepatan gravitasi (m/s 2 ) Z = Ketinggian (m)
3) Menentukan laju aliran fluida
Diketahui massa jenis 1015 kg/m 3 , kalor jenis  1719000  J/kg,  dan  perbandingan temperatur  40 ⁰ C.  Maka  dilakukan perhitungan sebagai berikut.
Q = m × c × Δ T (3) = 1015 kg/m 3 × 1719000 J/kg × 40 ⁰ C
= 70 Joule
Dengan : m = massa jenis (kg/m3) c = kalor jenis (J/kg.c) Q = Laju aliran kalor ( Joule ) W = Power ( Joule )

## Analisa simulasi
Analisis  simulasi  ini  dilakukan  pada software  Ansys  Fluent 2019,  analisis  ini diperlukan untuk mengetahui:
a) Distribusi temperatur
b) Penurunan tekanan
c) Kecepatan alir yang ideal
Gambar  9  menampilkan  hasil  simulasi pada analisa tekanan aliran yang dilakukan, didapatkan  nilai  tekanan  aliran  pada  titik masuk aliran yaitu sebesar 1774 Pa dan pada titik keluar aliran yaitu sebesar 1196 Pa.
Gambar 10. Hasil analisa temperatur aliran fluida
Pada  analisa  temperatur  aliran  yang dilakukan, didapatkan nilai temperatur aliran pada titik masuk aliran yaitu sebesar 313,2 K dan  pada  titik  keluar  aliran  yaitu  sebesar 311,6 K, seperti yang tersaji pada gambar 10.
Gambar 11. Hasil analisa kecepatan aliran fluida
Gambar  11,  memperlihatkan  analisa kecepatan aliran yang dilakukan, didapatkan nilai kecepatan aliran fluida pada titik masuk yaitu sebesar 3,414 m/s dan pada titik keluar aliran fluida yaitu sebesar 2,048 m/s.

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan  dari  hasil  simulasi  yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa, dari  material  yang  digunakan  nilai  tekanan aliran  masuk  lebih  besar  dari  pada  aliran keluar.  Hal  terserbut  terjadi  karena  ada gesekan  antara  permukaan  pipa  dengan fluida panas.
Untuk  nilai  temperatur  aliran,  nilai termperatur  masuk  lebih  besar  dari  pada nilai temperatur keluar. Hal tersebut terjadi karena jarak antara pipa yang jauh.
Sedangkan nilai kecepatan aliran, lebih besar  pada  kecepatan  aliran  masuk dibandingkan  dengan  kecepatan  aliran keluar, karena terdapat banyak pembelokan fluida  sehingga  membut  kecepatan  aliran menjadi menurun.

## DAFTAR PUSTAKA
Ainul Ghurri, 2014. Dasar-Dasar Mekanika Fluida , Denpasar: Universitas Udayana. Eswanto,  E.  and  Syahputra,  D.,  2017.  Analisa distribusi kapasitas aliran fluida di daerah percabangan  pada  sistem  perpipaan. JTT ( Jurnal Teknologi Terapan ), 3(1), pp. 7-11.
Firman Tuakia, 2008. Dasar-dasar CFD
menggunakan fluent , Jakarta. Nugroho,  A.A.,  2017.  Pembangkit  Listrik  Tenaga
Surya  Menggunakan  Stirlling  Engine’, Peranan  Ipteks  Menuju  Industri  Masa Depan. Seminar  Nasional:  Peranan  Ipteks Menuju  Industri  Masa  Depan  (PIMIMD) . Padang, hal. 6-8. Priagung  Habibillah,  2019.  Perancangan  Sistem Concentrated  Solar  Power  (CSP)  tipe parabolic, Tugas Akhir S-1 , Fakultas Teknik
Universitas Pancasila, Jakarta.
R.  Aishwarya  dan  K.  Dhivyabharathi,  2011.  Solar powered stirling engine for selfgenerating electricity. In International Conference on Recent  Advancements  in  Electrical,
Electronics  and  Control  Engineering , Chennai, India.
Rosyadi, I., Sudrajad, A., Satria, D., Yusuf, Y. dan
Wijaya,  K.T.,  2017.  Analisa  Laju  Aliran Fluida  pada  Mesin  Pengering  Konveyor Pneumatik  dengan  Menggunakan  Simulasi CFD. FLYWHEEL:  Jurnal  Teknik  Mesin Untirta , 2(1), hal. 48-51. Royce A. Francis A.Francis, S. D. Guikema, dan L. Henneman, 2014. Bayesian Belief Networks
for predicting drinking water distribution system pipe breaks , America: BBNs. Suwandi, A., Prastyo, T. dan Rahmalina, D., 2021. Optimasi  Rasio  Konsentrasi  Dish  Engine Menggunakan Metode Root Cause Analysis. Jurnal Teknologi Rekayasa , 6 (1), hal. 109- 114.
Waspodo,  W.,  2017.  Analisa  Head  Loss  Sistem Jaringan  Pipa  Pada  Sambungan  Pipa Kombinasi  Diameter  Berbeda. Suara Teknik: Jurnal Ilmiah , 8(1). Hal. 1-12.