Studi Simulasi Numerik dan Eksperimental Pengaruh Penambahan Fin Berbentuk Prisma Segitiga yang Dimiringkan Terhadap Arah Aliran yang Dipasang pada Bagian Bawah Plat Absorber Berbentuk V Terhadap Efisiensi Kolektor Surya Pemanas Udara
Alifia Masitha Harina dan Djatmiko Ichsani
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : djatmiko@me.its.ac.id
Abstrak—Energi  merupakan  hal  yang  sangat  penting bagi  kehidupan  manusia,  karena  hampir  semua  aktivitas yang  dilakukan  manusia  selalu  membutuhkan  energi. Kebutuhan  masyarakat  terhadap  energi  tidak  dapat diperbarui meningkat tiap tahunnya. Hal ini menunjukkan ketergantungan  terhadap  sumber  energi  yang  tidak  dapat diperbarui  menjadi  masalah  yang  cukup  serius.  Untuk menanggulangi masalah ketergantungan manusia terhadap sumber  energi  yang  tidak  dapat  diperbarui  maka digunakan  energi  alternatif  dan  salah  satunya  adalah energi  surya.  Tugas  akhir  kali  ini  dilakukan  untuk meningkatkan efisiensi dari kolektor surya pemanas udara. Simulasi  numerik  dilakukan  untuk  mengetahui  pengaruh penambahan  fin  dengan  variasi  ketinggian  segitiga  fin  (3 mm, 4 mm, dan 5 mm), jarak antar fin (0,25L; 0,5L; 0,75L), dan sudut kemiringan fin (22,5 o ; 45 o ; dan 67,5 o ). Ekperimen dilakukan  untuk  menguji  performansi  dan  efisiensi  Solar Air Heater dari hasil simulasi numerik yang paling optimal dengan  memvariasikan  laju  aliran  massa  (0,002;  0,004; 0,006;  dan  0,008  kg/s)  dan  intensitas  radiasi  (431,  575,  dan 719  Watt/m 2 ).  Hasil  yang  didapatkan  yaitu  berdasarkan simulasi  numerik  variasi  fin  dengan  tinggi  segitiga  3  mm, jarak 0,5L, dan sudut 75 o adalah pemodelan paling optimal. Lalu  berdasarkan  eksperimen  nilai  energi  berguna  (Qu) tertinggi  yaitu  96,925  dicapai  ketika  intensitas  radiasi 718,954  W/m 2 dan  laju  aliran  massa  0,008  kg/s,  serta efisiensi  tertinggi  yaitu  0,9256  dicapai  ketika  intensitas radiasi 431,372 W/m 2 dan laju aliran massa 0,008 kg/s.
Kata  Kunci—  Kolektor  surya,  V-corrugated  absorber plate, energi berguna, efisiensi kolektor, obstacle, fin.

## I. P ENDAHULUAN
nergi  menjadi  bagian  vital  dalam  kehidupan manusia.  karena  hampir  semua  aktivitas  yang dilakukan  manusia  selalu  membutuhkan  energi.  Energi itu sendiri dibagi menjadi dua macam, yaitu energi yang tidak  dapat  diperbarui  ( non-renewable  energy )  dan energi yang dapat diperbarui ( renewable energy ). Energi yang  tidak  dapat  diperbarui  yaitu  energi  fosil,  yang semakin  hari  semakin  habis  persediannya.  Sedangkan energi  yang  dapat  diperbarui  adalah  energi  yang  dapat dimanfaatkan  kembali  seperti  energi  matahari.  Energi
surya merupakan salah satu energi yang dapat diperbarui ( renewable  energy )  yang  ramah,  murah,  dan  mudah didapatkan  terutama  di  negara  Indonesia  yang  terletak pada garis khatulistiwa. Energi surya dapat dikonversikan  menjadi  energi  termal  dalam  suatu kolektor  surya  ( solar  collector ),  energi  termal  tersebut dapat  digunakan  untuk  memanaskan  air  atau  udara. Kolektor  surya  pemanas  udara  pada  dasarnya  hanya terdiri  dari  plat  penyerap  yang  menyerap  radiasi  surya, saluran tempat udara mengalir, kaca penutup, dan blower untuk  mengalirkan  udara.  Kolektor  surya  memilki berbagai  macam  variasi  untuk  meningkatkan  efisiensi termalnya,  metode  pertama  dengan  mengganti  plat penyerap  panas  yang  berbentuk flat  plate  absorber menjadi V-corrugated absorber , yang dapat meningkatkan  intensitas  radiasi  cahaya  matahari  yang diserap oleh absorber . Metode kedua dengan penambahan obstacle pada area perpindahan panas yang berfungsi  sebagai  pengganggu  aliran  fluida  sehingga menciptakan  turbulensi  yang  dapat  meningkatkan koefisien  konveksi.  Dan  metode  ketiga  adanya penambahan fin pada  plat absorber yang  dapat memperluas  area  perpindahan  panas,  sehingga  dapat mengoptimalkan  peningkatan  temperatur  fluida  yang dihasilkan.  Metode  ketiga  ini  yang  akan  dibahas  lebih lanjut  pada  penelitian  ini  untuk  menciptakan  rancangan fin yang  dapat  meningkatkan  perpindahan  panas  secara konveksi namun dengan kerugian tekanan minimum.

## II. U RAIAN P ENELITIAN

## Prinsip Kerja Kolektor Surya Pemanas Udara
Kolektor  surya  merupakan  alat  yang  mampu  merubah energi  radiasi  matahari  menjadi  energi  panas.  Besarnya energi  panas  yang  dipindahkan  oleh  kolektor  surya tergantung  dari  intensitas  matahari  tiap  waktu  dan kemampuan  kolektor  untuk  menyerap  radiasi  matahari. Pada  dasarnya,  suatu  kolektor  surya  terdiri  dari  plat absorber yang umumnya dicat hitam, kaca penutup yang transparan  terhadap  radiasi  matahari  yang  dipasang  di atas  plat absorber untuk  mengurangi  kehilangan  kalor
E
secara  konveksi  dan  radiasi  ke  atmosfer,  serta  isolasi termal  di  bagian  bawah  dan  samping  kiri  kanan  untuk mengurangi  kehilangan  kalor  secara  konduksi.  Plat absorber dapat  berupa  plat  datar  maupun  plat  yang ditekuk  sehingga  membentuk  saluran  penampang segitiga atau plat tipe v-corrugated .
Sinar  radiasi  matahari  mula-mula  menembus  kaca penutup,  kemudian  mengenai  plat absorber atau penyerap  yang  kemudian  meyalurkan  kalor  tersebut  ke fluida yang mengalir pada saluran di bawah dan atau atas plat penyerap. Karena menerima kalor dari plat penyerap, maka  temperatur  fluida  mengalami  kenaikan  ketika keluar  dari  kolektor  surya.  Fluida  kerja  dalam  kolektor dapat berupa air atau udara.
Analisa Energi Berguna pada Kolektor Surya (Q U )
Energi berupa panas yang berguna dari kolektor surya pemanas udara tipe aliran di bawah plat absorber dengan plat gelombang bentuk-V dijabarkan dalam persamaan di bawah ini : 𝐐 𝐮 = 𝐦̇ 𝐂 𝐩 [𝐓 𝐟,𝐨𝐮𝐭 − 𝐓 𝐟,𝐢𝐧 ] (2.1)
atau
𝐐 𝐮 = 𝐀 𝐜 . 𝐅 𝐑 [𝐒 − 𝐔 𝐋 (𝐓 𝐟,𝐢𝐧 − 𝐓 𝐚𝐦𝐛 )] (2.2)
dengan persamaan radiasi surya yang diserap adalah:
𝐒 = 𝟏, 𝟎𝟏 𝐱 𝛕 𝐜𝐠 𝐱 𝛂 𝐚𝐛𝐬 𝐱 𝐈 𝐓 (2.3)
dengan :
Q u = energi berguna (Watt)
ṁ = laju alir massa fluida atau mass flow rate (m/s) C p = panas jenis fluida atau spesifik heat of fluid (J/Kg. o C) S = radiasi matahari per satuan luas yang diserap
( 𝑊 𝑚 2 )
U L = koefisien kehilangan panas total ( 𝑊 𝑚 2 .𝐾 ) T f,in = temperatur fluida masuk ducting channel (K) T f,out = temperatur fluida keluar ducting channel (K) T amb = temperatur lingkungan (K) F R = collector heat removal factor τ cg = transmisivitas cover glass α abs = absorbsivitas plat absorber
I T = Intensitas radiasi matahari ( 𝑊 𝑚 2 )
Analisa Efisiensi Kolektor Surya ( 𝜂 )
Energi  yang  berguna  secara  teoritis  pada  kolektor surya  telah  dijelaskan  di  atas.  Sedangkan  efisiensi kolektor  surya  pemanas  udara  tipe  aliran  di  bawah  plat absorber dengan  plat  gelombang  bentuk-V  dijabarkan dalam persamaan di bawah ini:
𝛈 = 𝐐 𝐮 𝐀 𝐚𝐛𝐬 .𝐈 𝐓 ×  𝟏𝟎𝟎% (2.4)
dengan : η
= efisiensi kolektor surya
Q 𝑢 = energi berguna (Watt)
A 𝑎𝑏𝑠 = luasan efektif kolektor (m 2 ) I T = Intensitas radiasi matahari ( 𝑊 𝑚 2 )
Penurunan Tekanan pada Kolektor Surya
Tekanan aliran pada saluran kolektor surya diasumsikan incompressible  flu i d yang  mengalir  pada pipa  atau duct .  Tekanan  menurun  sepanjang duct diakibatkan oleh pengecilan luasan (kenaikan kecepatan) atau  ada  beda  ketinggian  (nilai  z  meningkat).  Pada
kenyataannya,  aliran  dalam  pipa  atau duct mengalami pengaruh  gesekan  yang  signifikan  karena  alirannya turbulen.  Sehingga  persamaan  Bernoulli  tidak  dapat diaplikasikan.  Pengaruh  gesekan  akan  menyebabkan penurunan  nilai  pada  persamaan  Bernoulli  (tidak konstan).  Penurunan  nilai  ini  dinyatakan  sebagai loss  of mechanical energy .
Pada  aliran  turbulen,  penurunan  tekanan  tidak  dapat dihitung  secara  analitis  melainkan  eksperimental.  Pada aliran fully  developed ,  penurunan  tekanan  dipengaruhi oleh  gesekan  pada  saluran  horizontal  dengan  luas  area konstan,  yaitu  diameter  (D),  panjang  saluran  (L), kekasaran  permukaan  (e),  kecepatan  rata-rata  aliran  ( V ̅ ), massa jenis fluida (ρ), dan viskositas fluida (µ).
Pada  penelitian  ini,  penurunan  tekanan  diukur menggunakan Magnetic  Differential  Pressure  Gage , maka  koefisien  friksi  aliran  dapat  dicari  dengan persamaan :
( 𝐏 𝟏 𝛒 + 𝛂 𝟏 𝐕 𝟏 𝟐 𝟐 + 𝐠𝐳 𝟏 ) − ( 𝐏 𝟐 𝛒 + 𝛂 𝟐 𝐕 𝟐 𝟐 𝟐 + 𝐠𝐳 𝟐 ) =
𝐇𝐞𝐚𝐝 𝐥𝐨𝐬𝐬 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 (2.5)
𝐇 𝐥𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 = 𝐇 𝐥𝐦𝐚𝐣𝐨𝐫 +   𝐇 𝐥𝐦𝐢𝐧𝐨𝐫 (2.6)
𝐇 𝐥𝐦𝐚𝐣𝐨𝐫 = 𝐟 𝐋 𝐃 𝐕 𝟐 𝟐 (2.7) ( 𝐏 𝟏 𝛒 ) −   ( 𝐏 𝟐 𝛒 ) = 𝐟 𝐋 𝐃 𝐕 𝟐 𝟐 (2.8)
𝐟  = ∆𝐏 𝐋 𝐃𝐡 𝛒 𝐕𝟐 𝟐 (2.9)
Asumsi yang digunakan yakni :
1. Aliran steady dan incompressible flow 2. Aliran fully developed turbulent flow (α 1 = α 2 =1) 3. Arah  aliran  horizontal  sehingga  tidak  ada  beda ketinggian dalam saluran ( 𝑧 1 = 𝑧 2 ) 4. Luas  penampang  aliran  konstan  sehingga  tidak kecepatan  rata-rata  masuk  dan  keluar  saluran  sama ( 𝑉 1 ̅ = 𝑉 2 ̅ ) 5. Tidak ada fitting pada saluran (he at loss minor = 0)

## III. M ETODE P ENELITIAN

## Simulasi Numerik
Simulasi  numerik  dilakukan  dengan  menggunakan metode Computational  Fluid  Dynamics (CFD)  dengan software Fluent  6.3.26  dan software GAMBIT  2.4.6 untuk  membuat  model  awal  dan  melakukan  diskritisasi ( meshing ) pada model seperti Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Model v-corrugated absorber.
Pemakaian fin perlu diperhitungkan untuk mendapatkan Q usefull yang paling optimal. Penggunaan fin untuk memperluas area perpindahan panas fluida kerja di dalam  kolektor  surya  serta  menimbulkan  olakan  pada sisi-sisi  miring  plat absorber . Fin yang  digunakan berbentuk  prisma  segitiga.  Pemilihan  tinggi  segitiga, jarak, dan sudut kemiringan fin digunakan untuk mencari posisi yang paling optimal, sehingga dapat mengoptimalkan  peningkatan  temperatur  fluida  yang dihasilkan,  dapat  dilihat  pada  Gambar  3.2.  Tinggi segitiga  pada fin prisma  segitiga  yang  digunakan  dalam penelitian ini divariasikan yaitu 3 mm, 4 mm, dan 5 mm. Jarak  antar fin dalam  penelitian  ini  divariasikan  yaitu 0,25L; 0,5L; 0,75L. L adalah jarak antar obstacle , yakni 50  mm.  Sudut  kemiringan fin dalam  penelitian  ini divariasikan  yaitu  22,5 o ;  45 o ;  dan  67,5 o .  Pemilihan fin yang  paling  optimum  berdasarkan  hasil  simulasi  yakni perbedaan temperatur dan tekanan masuk dan keluar.

## Eksperimen
Pengambilan  data  eksperimen  dilakukan  setelah test section hasil simulasi menghasilkan data yang diinginkan yakni  tinggi  segitia  dan  sudut fin paling  optimum.  Pada eksperimen  digunakan  variabel  kontrol  yaitu  kecepatan blower dan  intensitas  radiasi  lampu  halogen.  Kecepatan udara yang dihasilkan blower diatur dengan menggunakan  inverter.  Variasi  laju  aliran  massa  udara meliputi  0,002  kg/s;  0,004  kg/s;  0,006  kg/s;  dan  0,008 kg/s.  Lampu  halogen  sebagai  pengganti  matahari digunakan  sebanyak  5  buah  lampu  dengan  masing- masing  daya  500  watt.  Lampu  halogen  disusun  paralel dan  terhubung  dengan voltage  regulator . Voltage regulator berfungsi sebagai pengatur tegangan. Pyranometer digunakan untuk mengetahui besar intensitas yang diterima kolektor surya. Variasi intensitas radiasi lampu yakni sebesar 431, 575, dan 719 W/m 2 .
Selama  pengujian  kolektor  surya  tersebut  terdapat parameter  yang  diukur  yaitu  temperatur  fluida  kerja masuk kedalam ducting channel (T f,in ), temperatur fluida kerja  keluar ducting  channel (T f,out ),  temperatur  udara ambient (T amb ),  temperatur  plat absorber (T abs ), temperatur cover  glass (T cg ),  temperatur fin (T fin ), temperatur base (T base ),  temperatur  isolasi  (T iso ), intensitas  radiasi  ektraterrestrial  (I T ),  kecepatan  fluida kerja  (v f ),  dan  Δ pressure .  Berikut  adalah  gambaran sistem  kerja  yang  digunakan  dalam  eksperimen, ditunjukkan pada Gambar 3.2 di bawah.
Gambar 3.2 Sistem kerja pada eksperimen.

## IV. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## Hasil Simulasi Numerik
Simulasi  dilakukan  pada  variasi  tinggi  segitiga fin prisma  segitiga,  jarak fin terhadap obstacle ,  dan  sudut kemiringan fin dengan  satu  variasi  intensitas,  430 Watt/m 2 ,  dan  kecepatan  fluida  masuk,  6,5  m/s. Selanjutnya,  dari  simulasi  yang  dilakukan  untuk  tiap
variasi, global  properties yang  dihasilkan  yaitu perbedaan temperatur masuk dan keluar serta penurunan tekanan  aliran.  Simulasi  pada  saluran  tanpa fin juga dilakukan  untuk  membandingan  pengaruh  fin  terhadap peningkatan  temperatur  dan  penurunan  tekanan.  Hasil simulasi dapat dilihat pada Tabel 3.1.
T ABEL 3.1 H ASIL SIMULASI KOLEKTOR SURYA DENGAN VARIASI TINGGI , JARAK , DAN SUDUT FIN FIN ∆T(K)  ∆P (Pa)
RASIO Tinggi  Jarak  Sudut
∆T ∆P ∆T/∆P
3 mm 0.25L 22.5 o 9.059  437.525  0.022  1.202 0.0182 45 o 9.252  303.795  0.001  0.529 0.0018 67.5 o 9.486  229.879  0.024  0.157 0.1549 0.5L 22.5 o 9.014  426.618  0.027  1.147 0.0233 45 o 9.200  319.176  0.007  0.606 0.0109 67.5 o 9.621  229.625  0.039  0.156 0.249 0.75L 22.5 o 9.086  488.495  0.019  1.458 0.0130 45 o 9.172  324.588  0.010  0.633 0.0152 67.5 o 9.432  227.592  0.018  0.145 0.1271 4 mm 0.25L 22.5 o 9.256  553.351  0.001  1.785 0.0003 45 o 9.271  432.140  0.001  1.175 0.0009 67.5 o 9.387  340.222  0.014  0.712 0.0191 0.5L 22.5 o 9.236  546.627  0.003  1.751 0.0015 45 o 9.248  464.536  0.001  1.338 0.0011 67.5 o 9.400  350.399  0.015  0.763 0.0197 0.75L 22.5 o 9.397  641.658  0.015  2.229 0.0066 45 o 9.359  485.128  0.011  1.441 0.0073 67.5 o 9.442  355.752  0.020  0.790 0.0247
5 mm 0.25L 22.5 o 9.589  712.973  0.035  2.588 0.0137 45 o 9.564  414.737  0.033  1.087 0.0301 67.5 o 9.624  265.395  0.039  0.336 0.1168 0.5L 22.5 o 9.535  714.515  0.030  2.596 0.0114 45 o 9.592  435.719  0.036  1.193 0.0301 67.5 o 9.779  262.324  0.056  0.320 0.1747 0.75L 22.5 o 9.719  845.931  0.049  3.257 0.0152 45 o 9.771  435.301  0.055  1.191 0.0463 67.5 o 9.729  260.506  0.051  0.311 0.1625 Tanpa fin 9.261  198.722
Pemilihan fin menggunakan rasio antara perbandingan peningkatan  temperatur  terhadap  penurunan  tekanan ketika  ditambahkan fin ,  dapat  dinyatakan  secara matematis | ∆T fin −∆T tanpa fin ∆T tanpa fin | | ∆P fin −∆P tanpa fin ∆P tanpa fin | ⁄ . Rasio yang  diharapkan  yakni  dengan  nilai  terbesar  dengan peningkatan  temperatur  terbesar  dengan  penurunan tekanan  terkecil.  Rasio  tersebut  menunjukkan  besar energy gain yang  dihasilkan  per energy supply yang dibutuhkan. Energy gain dihitung menggunakan persamaan Q = ṁ f x C p x (∆T fin − ∆T tanpa fin ) ,  dimana ṁ f adalah laju aliran massa udara (kg/s), C p adalah panas jenis  fluida  atau spesifik  heat  of  fluid (J/Kg. o C), ∆T adalah beda temperatur keluar dan masuk udara. Energy supply dihitung menggunakan persamaan P = V̇ (∆P fin −   ∆P tanpa fin ) ,  dimana  P  adalah  daya  yang dibutuhkan (Watt), V̇ adalah debit aliran udara (m 3 /s), ∆P adalah penurunan tekanan (Pascal).
Gambar 3.3 Grafik ∆T/∆P = f(Sudut kemiringan fin ) pada semua variasi
Hasil perhitungan rasio tertinggi adalah tinggi segitiga 3  mm,  sudut  kemiringan  67,5 o ,  dan  jarak  0,5L  dengan nilai 0,2499, rasio terendah adalah tinggi segitiga 4 mm, sudut  kemiringan  22,5 o ,  dan  jarak  0,25L  dengan  nilai 0.0003,  sehingga Fin tersebut  disimpulkan  sebagai fin paling  optimal. Fin optimal  didapatkan  pada  variasi sudut  paling  besar  yaitu  67,5 o ,  oleh  karena  itu  simulasi dilanjutkan pada fin tinggi segitiga 3 mm dan jarak 0,5L dengan  memvariasikan  sudut  kemiringan  yang  lebih besar,  yaitu  70 o ;72,5 o ;  75 o ;  77,5 o ;  dan  80 o dengan harapan dapat memperoleh nilai rasio (∆T/∆P) yang lebih tinggi  dari  variasi  sebelumnya.  Hasil  simulasi  variasi sudut dapat dilihat pada Tabel 4.2.
T ABEL 3. 2 H ASIL SIMULASI KOLEKTOR SURYA DENGAN VARIASI SUDUT PADA FIN 3 MM DAN JARAK 0.50L
FIN
∆T (K)  ∆P (Pa) RASIO Sudut  Tinggi  Jarak ∆T ∆P ∆T/∆P 70 o 3 mm 0.5L 9.565  221.782  0.033  0.116  0.2827 72.5 o 9.414  218.036  0.017  0.097  0.1701 75 o 9.591  213.509  0.036  0.074  0.4788 77.5 o 9.497  211.827  0.025  0.066  0.3855 80 o 9.377  208.652  0.012  0.050  0.2501
Pada  Tabel  3.2  dapat  dilihat  bahwa  pada  variasi tambahan  rasio  tertinggi  yang  didapatkan  yaitu  0,4788 dengan  sudut  kemiringan  75 o ,  nilai  tersebut  jauh  lebih tinggi  dibandingkan  dengan  rasio  pada fin optimal dengan sudut kemiringan 67.5 o sebelumnya yaitu 0,2499. Dari hasil simulasi yang telah dilakukan dan perhitungan rasio  penurunan  temperatur  dengan  penurunan  tekanan, didapatkan fin paling optimal dengan tinggi segitiga fin 3 mm,  sudut  kemiringan fin 75 o ,  dan  jarak fin terhadap obstacle 0.5L.  Pada  Gambar  4.2  dapat  dilihat  vektor kecepatan fluida kerja pada variasi fin paling optimal.
(a)
Gambar  3.4  (a)  menunjukkan  vektor  kecepatan  fluida kerja  yang  dilihat  dari  sumbu-Y  dengan iso  value 0,015 m  pada  sumbu  X.  Gambar  4.8  (b)  menunjukkan  vektor kecepatan fluida kerja yang dilihat dari sumbu-Z dengan iso  value 0,005  m  pada  sumbu  Y.  Setelah  fluida mengenai obstacle dan fin terlihat  ada  aliran  balik  dan menimbulkan vortex serta meningkatkan kecepatan aliran udara  di  atas  dan  samping obstacle .  Keadaan  ini membuat lebih banyak udara yang bersinggungan dengan plat absorber dan fin yang panas, sehingga udara ke luar kolektor  pada  temperatur  yang  lebih  tingi. Vortex merupakan  ciri  bahwa  aliran  menjadi  turbulen.  Ketika aliran  menjadi  turbulen,  partikel  fluida  menunjukkan gerakan  tambahan  yang  dapat  meningkatkan  kecepatan energi  dan  pertukaran  momentum  diantara  partikel sehingga  dapat  meningkatkan  perpindahan  kalor  dan koefisien gesek aliran.

## Hasil Eksperimen
Penelitian  dan  pengambilan  data  dilakukan  di Laboratorium  Perpindahan  Panas  dan  Massa  Teknik Mesin  ITS  untuk  mengetahui  pengaruh  penambahan fin prisma segitiga pada kolektor surya v-corrugated dengan obstacle berbentuk  paruh  dengan  sudut  paruh  30 o . Penelitian  ini  menggunakan  variasi  laju  aliran  massa udara  yaitu  0,002;  0,004;  0,006;  dan  0,008  kg/s,  dan variasi  intensitas  cahaya  lampu  yaitu  3,3;  4,4;  dan  5,5 mVolt,  serta holding  time 10  menit  tiap  pergantian kecepatan  dan  intensitas  cahaya.  Berdasarkan  data-data yang diperoleh, selanjutnya dilakukan perhitungan untuk dapat  mengetahui  performansi  dari  kolektor  surya  untuk kemudian  hasil  perhitungan  tersebut  dilakukan  analisa. Perhitungan  dan  analisa  yang  dilakukan  dibatasi  oleh asumsi-asumsi  yang  disebutkan  pada  subbab  batasan masalah.
Energi berguna adalah besar energi panas yang diserap oleh  fluida  kerja  untuk  menaikkan  temperatur  keluar. Terdapat dua  energi  berguna  dari kolektor  surya dengan tinjauan  termodinamika  (Qu termo )  dan perpindahan  panas (Qu perpan ). Pada Gambar 3.5 yang menampilkan grafik Qu fungsi  laju  aliran  massa  pada  variasi  intensitas  radiasi, dapat  dilihat  bahwa  tren  kedua  grafik  Qu  berubah terhadap  besarnya  laju  aliran  massa  yang  diberikan, semakin  besar  laju  aliran  massa  yang  diberikan  maka nilai  Qu  juga  akan  semakin  tinggi,  begitu  pula  dengan besar intensitas radiasi yang diberikan.
(a)
-0.100 0.000 0.100 0.200 0.300 0 22.5 45 67.5 90 ∆T/∆ P Sudut kemiringan fin ∆T/∆P = f(Sudut kemiringan fin) 3mm 0.25L 3mm 0.50L
3mm 0.75L
4mm 0.25L 4mm 0.50L 4mm 0.75L
0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 Qu (Wat t) mass flow rate (kg/s) Qu termo = f(ṁ) pada variasi intensitas 431.372 575.163 718.954
(b)
Gambar 3.5 Grafik Qu fungsi laju aliran massa pada variasi intensitas radiasi. (a) Qu termo, (b) Qu perpan.
Pada grafik Qu termo , nilai tertinggi dihasilkan pada laju aliran massa 0.008 kg/s dengan intensitas radiasi 718.954 W/m 2 ,  yaitu  96.9248  Watt.  Begitu  pula  nilai  Qu perpan tertinggi  dihasilkan  pada  laju  aliran  massa  0.008  kg/s dengan  intensitas  radiasi  718.954  W/m 2 ,  yaitu  51.98851 Watt.  Hal  tersebut  terjadi  karena  perhitungan  Qu termo dipengaruhi  oleh  besar  laju  aliran  massa  dan  beda temperatur  yang  dihasilkan.  Pada  intensitas  radiasi  yang sama,  semakin  kecil  laju  aliran  massa  yang  dialirkan maka semakin mudah fluida kerja untuk menyerap panas dan  menghasilkan  beda  temperatur  yang  besar.  Ketika beda  temperatur  besar  tetapi  laju  aliran  massa  kecil makan nilai Qu termo yang didapatkan kecil. Dari grafik di atas,  0.008  kg/s  adalah  laju  aliran  massa  optimal  untuk menghasilkan Qu termo paling besar.
Dari  hasil  perhitungan  Qu termo dan  Qu perpan tedapat selisih  yang  cukup  tinggi.  Qu termo dihitung  dengan perumusan  termodinamika, Qu termo = ṁ C p [T f,out − T f,in ] , dengan  mengasumsikan  laju  aliran  massa  yang  masuk dan keluar sama atau tidak ada kebocoran dalam saluran. Rumus Qu perpan = A c . F R [S − U L (T f,in − T amb )] menunjukkan  bahwa  besar  Qu perpan dipengaruhi  oleh besar intensitas yang diterima dan energi hilang (Q loss = A c . (U T (T abs − T amb ))) .  A c adalah  luasan  efektif  plat absorber .  F R adalah  faktor  pelepasan  panas  plat absorber .  T f,in adalah  temperatur  masuk  udara.  T amb adalah temperatur sekitar. Jika perumusan U T dijabarkan maka,  nilainya  bergantung  pada  koefisien  konveksi  dan radiasi  pada  plat absorber dan cover  glass .  Perbedaan hasil  perhitungan  energi  berguna  dikarenakan  dalam melakukan  perhitungan  desain  terdapat  banyak  asumsi yang  digunakan  seperti  faktor  pelepasan  panas  (F R ), koefisien  absorsivitas  plat absorber ,  dan  transmisivitas kaca  dalam  menghitung  jumlah  intensitas  radiasi  yang diterima  kolektor  surya  (S),  serta  asumsi  dalam perhitungan overall  heat  coefficient  total (U L ),  sehingga hasil  yang  didapatkan  kurang  mendekati  kondisi  aktual eksperimen. Dengan demikian, nilai  Qu  yang  digunakan didasarkan pada perhitungan termodinamika.
Berdasarkan  perhitungan  yang  telah  dilakukan,  unjuk kerja  dari  kolektor  surya  dapat  dilihat  dari  nilai efisiensinya.  Efisiensi  merupakan  perbandingan  antara energi  yang  berguna  dengan  energi  yang  masuk.  Nilai efisiensi menunjukkan baik atau tidaknya kolektor surya yang  diuji  dalam  mentransfer  energi  panas  ke  fluida kerja. Pada Gambar 3.6 dapat dilihat jika efisiensi desain paling  tinggi  yaitu  0,926  pada  laju  aliran  massa  0,008 kg/s dan intensitas radiasi 431,372 W/m 2 .
Gambar 3.6 Grafik efisiensi fungsi laju aliran massa pada variasi intensitas radiasi.
Besar  efisiensi  sebanding  dengan  kalor  yang  diterima udara  dan  berbanding  terbalik  dengan  intensitas  radiasi yang diterima plat absorber . Hal ini sesuai dengan rumus (2.4)  sehingga  tren  grafik  naik.  Efisiensi  desain  paling tinggi terjadi pada variasi intensitas paling rendah, hal ini dapat  terjadi  dikarenakan  perumusan  efisiensi  jika dijabarkan yaitu η = 1 − Q loss A c .I T dimana Q loss = A C . (U T (T abs − T amb )) .  Efisiensi  dipengaruhi  oleh overall heat  coefficient  top (U T ),  pada  perhitungan  U T dipengaruhi  oleh  temperatur  plat absorber dan cover glass . Semakin kecil intensitas radiasi maka U T semakin kecil  dan  Q u termo  semakin  besar,  dengan  demikian efisiensi  yang  dihasilkan  akan  besar  saat  intensitas rendah.
Penurunan  tekanan  adalah  hasil  dari  gaya  gesek  pada fluida  ketika  mengalir  melalui  saluran.  Penurunan tekanan pada eksperimen ini diukur dengan menggunakan differential  magnetic  pressure  gage selama  proses  pemanasan  pada  tiap  variasi Reynolds number .
Gambar 3.7 Grafik koefisien friksi aliran fungsi Reynolds number pada intensitas 719 W/m 2 .
Pada  Gambar  3.7  dapat  dilihat  grafik  koefisien  friksi aliran  (f)  fungsi Reynolds  number (Re)  pada  intensitas 718.954  W/m 2 .  Koefisien  friksi  paling  besar  pada Reynolds number 1281. Tren grafik menurun meunjukkan  koefisien  friksi  aliran  berkurang  seiring bertambahnya  Re,  hal  ini  bersesuaian  dengan  diagram moody . Besarnya Reynolds number sebanding dengan kecepatan  aliran  (v).  Saat  aliran  adalahaliran  laminar, nilai  koefisien  gesek  dipengaruhi  oleh Reynolds  number dan  kekasaran  permukaan  saluran  ( roughness ,  e/D), maka  semakin  besar Reynolds  number mengakibatkan semakin  kecil  nilai  koefisien  gesek.  Sedangkan  saat aliran  adalah  aliran  turbulen,  nilai  f  cenderung  konstan terhadap kenaikan Reynolds number .
Penambahan obstacle dan fin mengakibatkan penurunan  tekanan  maka  energi  yang  diperlukan  untuk
0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 Qu (Wat t) mass flow rate (kg/s) Qu perpan = f(ṁ) pada variasi intensitas 431.372 575.163 718.954 0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000 0.000 0.005 0.010 Effi ci ency mass flow rate (kg/s) Effisiensi = f(ṁ) 431.372 575.163 718.954 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 K oe fisi en f rik si (f ) Reynolds number Koefisien Friksi = f(Re) pada intensitas 719 W/m 2
mengalirkan  udara  semakin  besar.  Energi  yang diperlukan  dapat  dihitung  dengan  persamaan P =   V̇ ∆P , dimana P adalah daya yang dibutuhkan (Watt), V̇ adalah debit  aliran  udara  (m 3 /s), ∆P adalah  penurunan  tekanan (Pascal). Ketika penurunan tekanan semakin besar maka akan menyebabkan kenaikan daya blower .

## V. K ESIMPULAN
Dari  penelitian  kolektor  surya v-corrugated  absorber dengan  penambahan obstacle dan fin prisma  segitiga dapat disimpulakan yaitu sebagai berikut :
1. Berdasarkan  hasil  simulasi  numerik  pada  kolektor  , fin prisma segitiga dengan tinggi segitiga 3 mm, jarak 0,5L  terhadap obstacle ,  dan  sudut  kemiringan  75 o adalah fin paling  optimal  dengan  beda  temperatur 9,591 K dan penurunan tekanan 213,509 Pa.
2. Berdasarkan  hasil  eksperimen,  kenaikan  temperatur udara  tertinggi  sebagai  hasil  perpindahan  kalor  dari plat absorber , yaitu 20,00 K, dicapai ketika intensitas radiasi  718,954  W/m 2 ,  laju  aliran  massa  0,002  kg/s dengan penurunan tekanan aliran sebesar 8 Pa.
3. Energi  berguna  (Qu)  kolektor  surya  tertinggi  yaitu 96,925  W,  dicapai  ketika  intensitas  radiasi  718,954 W/m 2 , laju aliran massa 0,008 kg/s.
4. Efisiensi  kolektor  surya  tertinggi  yaitu  0,9256, dicapai  ketika  intensitas  radiasi  431,372  W/m 2 ,  laju aliran massa 0,008 kg/s.
5. Penurunan tekanan berbanding lurus dengan penambahan Reynolds  number .  Penurunan  tekanan paling kecil dicapai pada Reynolds number 1281 yaitu 8 Pa, sedangkan penurunan tekanan paling besar pada Reynolds number 3202,67 yaitu 56 Pa.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Allah SWT, hanya karena tuntunan-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas  Akhir  ini.  Prof.  Dr.  Ir.  Djatmiko  Ichsani,  M.Eng, selaku  dosen  pembimbing  yang  selalu  memberikan bimbingan dan arahan dalam penulisan Tugas Akhir ini.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Arieffani,  Febry.  2010.  Studi  Simulasi  Numerik  dan Eksperimental Unjuk Kerja Kolektor Surya V-Groove Absorber dengan Penambahan Obstacle berbentuk Segitiga yang Disusun Sejajar.  Tugas  Akhir.  Tidak  dipublikasikan.  Surabaya:  Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[2] Bhushan,  B.  &  Singh,  R.  2010. A  Review  on  Methodology  of Artificial  Roughness  used  in  Duct  of  Solar  Air  Heaters .  India: Beant College of Engineering and Technology, Gurdaspur.
[3] Duffie,  J.A.  and  W.A.  Beckman.  1991. Solar  Engineering  of Thermal Processes . Second Edition. John Willey and Sons Inc., New York.
[4] Handoyo,  Ekadewi  A.  2014.  Peningkatan  Kinerja  Kolektor Surya  Tipe  V-Corrugated  Absorber  Plate  Menggunakan Obstacle  yang  Ditekuk  Secara  Vertikal.  Tugas  Akhir.  Tidak dipublikasikan. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[5] Incropera,  Frank.P.,  David  P.  Dewitt,  Theodore  L.  Bergman, Adrienne  S.  Lavine.  2011. Fundamentals  of  Heat  and  Mass Transfer .Seventh  Edition.  John  Wiley  and  Sons  Inc.,  New York.
[6] Iqlima,  Mirza.  2012.  Studi  Eksperimental  dan  Analisa  Medan Kecepatan  pada  Performansi  Kolektor  Surya  V-Corrugated Absorber  dengan  Penambahan  Obstacle  Berbentuk  Paruh dengan Variasi Sudut Paruh. Tugas Akhir. Tidak dipublikasikan. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[7] Karim, Md Azharul and M.N.A Hawladerb. 2004. Performance Investigation  of  Flat-Plate,  V-Corrugated  and  Finned  Air Collectors . Australia: University of Melbourne, Victoria.
[8] Randall, K. R., B.A. Meyer, M.M. El-Wakil, and J.W. Mitchell. 1978. Interferometric Investigations of Convection in Slat, Flat Plate,  and  Vee-Corrugated  Solar  Collectors. University  of Wisconsin-Madison.
[9] Said, Sudirman. 2014. Outlook Energi Indonesia 2014. Jakarta.
[10] Tuakia,  Firman.  2008.  Dasar-dasar  CFD  Menggunakan FLUENT. Penerbit Informatika. Bandung