## P-ISSN 2407-0475 E-ISSN 2338-8439

## Vol. 7, No. 1, April 2019
Jurnal  Keteknikan  Pertanian  (JTEP)  terakreditasi  berdasarkan  SK  Dirjen  Penguatan  Riset  dan Pengembangan  Kementerian  Ristek  Dikti  Nomor  I/E/KPT/2015  tanggal  21  September  2015.  Selain  itu, JTEP  juga  telah  terdaftar  pada  Crossref  dan  telah  memiliki  Digital  Object  Identifier  (DOI)  dan  telah terindeks  pada  ISJD,  IPI,  Google  Scholar  dan  DOAJ.  JTEP  terbit  tiga  kali  setahun  yaitu  bulan  April, Agustus  dan  Desember,  berisi  15  naskah  untuk  setiap  nomornya  baik  dalam  edisi  cetak  maupun  edisi online. Mulai edisi ini ada perubahan dan penambahan anggota Dewan Redaksi jurnal berdasarkan SK Nomor  01/  KEP/KP/I/2019  yang  dimaksudkan  untuk  meningkatkan  pelayanan  dan  pengelolaan  naskah sehingga  penerbitannya  tepat  waktu.  Jurnal  berkala  ilmiah  ini  berkiprah  dalam  pengembangan  ilmu keteknikan  untuk  pertanian  tropika  dan lingkungan  hayati.  Penulis  makalah  tidak dibatasi  pada anggota PERTETA tetapi  terbuka  bagi  masyarakat  umum.  Lingkup  makalah,  antara  lain  meliputi  teknik sumberdaya  lahan  dan  air,  alat  dan  mesin  budidaya  pertanian,  lingkungan  dan  bangunan  pertanian, energi  alternatif  dan  elektrifikasi,  ergonomika  dan  elektronika  pertanian,  teknik  pengolahan  pangan  dan hasil  pertanian,  manajemen  dan  sistem  informasi  pertanian.  Makalah  dikelompokkan  dalam invited paper yang  menyajikan  isu  aktual  nasional  dan  internasional, review perkembangan  penelitian,  atau penerapan  ilmu  dan  teknologi, technical  paper hasil  penelitian,  penerapan,  atau  diseminasi,  serta research  methodology berkaitan pengembangan  modul,  metode,  prosedur,  program  aplikasi,  dan lain sebagainya.  Penulisan naskah  harus  mengikuti  panduan  penulisan  seperti  tercantum  pada  website dan naskah dikirim secara elektronik ( online submission ) melalui http://journal.ipb.ac.id/index.php/jtep.

## Penanggungjawab:
Ketua Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian,IPB Ketua Perhimpunan Teknik Pertanian Indonesia
Dewan Redaksi: Ketua : Yohanes Aris Purwanto (Scopus ID: 6506369700, IPB University) Anggota : Abdul Hamid Adom (Scopus ID: 6506600412, University Malaysia Perlis) ( editorial board ) Addy Wahyudie (Scopus ID: 35306119500, United Arab Emirates University) Budi Indra Setiawan (Scopus ID: 55574122266, IPB University)
Balasuriya M.S. Jinendra (Scopus ID: 30467710700, University of Ruhuna)
Bambang Purwantana (Scopus ID: 6506901423, Universitas Gadjah Mada)
Bambang Susilo (Scopus ID: 54418036400, Universitas Brawijaya) Daniel Saputera (Scopus ID: 6507392012, Universitas Sriwjaya) Han Shuqing (Scopus ID: 55039915600, China Agricultural University)
Hiroshi Shimizu (Scopus ID: 7404366016, Kyoto University)
I Made Anom Sutrisna Wijaya (Scopus ID: 56530783200, Universitas Udayana) Agus Arif Munawar (Scopus ID: 56515099300, Universitas Syahkuala) Armansyah H. Tambunan (Scopus ID: 57196349366, IPB University) Kudang Boro Seminar (Scopus ID: 54897890200, IPB University) M. Rahman (Scopus ID: 7404134933, Bangladesh Agricultural University) Machmud Achmad (Scopus ID: 57191342583, Universitas Hasanuddin)
Muhammad Makky (Scopus ID: 55630259900, Universitas Andalas)
Muhammad Yulianto (Scopus ID: 54407688300, IPB University & Waseda University) Nanik Purwanti ((Scopus ID: 23101232200, IPB University & Teagasc
Food Research Center Irlandia)
Pastor P. Garcia (Scopus ID: 57188872339, Visayas State University) Rosnah Shamsudin (Scopus ID: 6507783529, Universitas Putra Malaysia) Salengke (Scopus ID: 6507093353, Universitas Hasanuddin) Sate Sampattagul (Scopus ID: 7801640861, Chiang Mai University) Subramaniam Sathivel (Scopus ID: 6602242315, Louisiana State University) Shinichiro Kuroki (Scopus ID: 57052393500, Kobe University) Siswoyo Soekarno (Scopus ID: 57200222075, Universitas Jember) Tetsuya Araki (Scopus ID: 55628028600, The University of Tokyo) Tusan Park (Scopus ID: 57202780408, Kyungpook National University)

## Redaksi Pelaksana:
Ketua : Usman Ahmad (Scopus ID: 55947981500, Institut Pertanian Bogor) Sekretaris : Lenny Saulia (Scopus ID: 16744818700, Institut Pertanian Bogor) Bendahara : Dyah Wulandani (Scopus ID: 1883926600, IPB University) Anggota : Satyanto Krido Saptomo (Scopus ID: 6507219391, IPB University) Slamet Widodo (Scopus ID: 22636442900, IPB University) Liyantono (Scopus ID: 54906200300, IPB University)
Leopold Oscar Nelwan (Scopus ID: 56088768900, IPB University) I Wayan Astika (Scopus ID: 43461110500, Institut Pertanian Bogor) Agus Ghautsun Niam ( Scopus ID: 57205687481, IPB University) Administrasi
: Diana Nursolehat (Institut Pertanian Bogor)
Penerbit: Perhimpunan Teknik Pertanian Indonesia (PERTETA) bekerjasama dengan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
Alamat: Jurnal Keteknikan Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
Fakultas Teknologi Pertanian, Kampus Institut Pertanian Bogor, Bogor
16680. Telp. 0251-8624 503, Fax 0251-8623 026, E-mail: jtep@ipb.ac.id atau jurnaltep@yahoo.com Website: web.ipb.ac.id/~jtep atau http://journal.ipb.ac.id/index.php/jtep
Rekening: BRI, KCP-IPB, No.0595-01-003461-50-9 a/n: Jurnal Keteknikan Pertanian
Percetakan: PT. Binakerta Makmur Saputra, Jakarta

## Ucapan Terima Kasih
Redaksi  Jurnal  Keteknikan  Pertanian  mengucapkan  terima  kasih  kepada  para  Mitra  Bebestari  yang  telah menelaan  (me- review )  Naskah  pada  penerbitan  Vol.  7  No.  1  April  2019.  Ucapan  terima  kasih  disampaikan kepada:  Prof.Dr.Ir.  Bambang  Purwantana,  M.Agr  (Departemen  Teknik  Pertanian  dan  Biosistem,  Fakultas Teknologi  Pertanian,  Universitas  Gadjah  Mada),  Prof.Dr.Ir.  Daniel  Saputra,  MS  (Fakultas  Pertanian, Universitas Sriwijaya), Prof.Dr.Ir. Slamet Budijanto, M.Agr (Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi  Pertanian,  Instiut  Pertanian  Bogor),  Dr.Ir.  Edward  Saleh,  MS  (Fakultas  Pertanian,  Universitas Sriwijaya), Dr. Bambang Haryanto , MS. (Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi), Dr.Ir. Hermantoro, MS. (INSTIPERYogyakarta),  Dr.Ir.  I  Wayan  Astika,  MS  (Departemen  Teknik  Mesin  dan  Biosistem,  Fakultas Teknologi  Pertanian,  Instiut Pertanian Bogor), Dr.Ir.  Lenny  Saulia, STP,  M.Si  (Departemen  Teknik  Mesin  dan Biosistem,  Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Instiut  Pertanian  Bogor),  Dr.Ir.  I  Wayan  Budiastra,  M.Agr (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Instiut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Gatot Pramuhadi,  M.Si  (Departemen  Teknik  Mesin  dan  Biosistem,  Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Instiut  Pertanian Bogor), Dr. Satyanto Krido Saptomo, STP, M.Si (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian,  Instiut  Pertanian  Bogor),  Dr.Ir.  Yuli  Suharnoto,  M.Eng  (Departemen  Teknik  Sipil  dan  Lingkungan, Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Instiut  Pertanian  Bogor),  Dr.Ir.  Roh  Santoso  Budi  Waspodo,  MT  (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Instiut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Arief Sabdoyuwono, M.Sc  (Departemen  Teknik  Sipil  dan  Lingkungan,  Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Instiut  Pertanian  Bogor),  Dr. Radi,  STP,  M.Eng.  (Departemen  Teknik  Pertanian  dan  Biosistem,  Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Universitas Gadjah  Mada),  Andri  Prima  Nugroho,  STP,  M.Sc,  Ph.D.  (Departemen  Teknik  Pertanian  dan  Biosistem, Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Universitas  Gadjah  Mada),  Dr.  Sri  Rahayoe,  STP,  MP.  (Departemen  Teknik Pertanian  dan  Biosistem,  Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Universitas  Gadjah  Mada),  Diding  Suhandy,  STP, M.Agr,  Ph.D  (Jurusan  Teknik  Pertanian.  Universitas  Lampung),  Eni  Sumarni,  STP,  M.Si  (Fakultas  Pertanian, Universitas  Jenderal  Soedirman),  Dr.  Noor  Roufiq  Ahmadi,  STP,  MP  (Pusat  Penelitian  dan  Pengembangan Hortikultura),  Dr.  Kurniawan  Yuniarto,  STP,  MP  (Fakultas  Teknologi  Pangan  dan  Agroindustri  Universitas Mataram),  Dr.  Andasuryani, STP,  M.Si  (Fakultas  Teknologi  Pertanian, Universitas  Andalas),  Moh.  Agita Tjandra, M.Sc, Ph.D (Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Andalas).

## Technical Paper

## Analisis Teknis Kolektor Surya Tipe Pelat Datar Glazed dan Unglazed pada Berbagai Laju Aliran Debit dan Suhu Inlet
Technical Analysis of Glazed and Unglazed Flat Plate Solar Collectors at Several Water Flow Rate and Inlet Temperature
Rustam Efendi, Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan, Institut Pertanian Bogor. Email: rustamefendi000@gmail.com
Leopold Oscar Nelwan, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Email: lonelwan@yahoo.com
Dyah Wulandani, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Email: dwulandani@yahoo.com

## Abstract
Researches on glazed and unglazed flat plate type solar collectors have been carried out previously for the purposes of water heaters and air heaters. However, studies related to the comparison of glazed and unglazed solar collectors especially to heat air suitable for rice drying have not been carried out yet. The purpose of this study was to compare the performance of glazed and unglazed solar collectors in the same weather conditions to heating the water for various water flow rates and inlet temperatures. The research approach used in this study is the experimental approach. Parameters measured include inlet temperature, outlet temperature, ambient temperature, flow rate, wind speed, and irradiation. The collector test uses four collectors (two unglazed and two glazed). The test results show that the highest efficiency is shown by the glazed collectors, which is 63%, while the unglazed collector efficiency is 54%. Both of the efficiencies occured at a flow rate of 3 liters/minute, inlet temperature of 40°C and at noon time. The cost per watt (useful energy) of glazed flat plate solar collector was less than unglazed flat plate solar collector.
Keywords: glazed and unglazed solar collector, solar collector efficiency, useful energy , inlet temperature, flow rate

## Abstrak
Salah satu cara untuk memanfaatkan energi surya adalah dengan menggunakan kolektor surya sebagai alat untuk mengubah energi matahari menjadi energi panas. Penelitian tentang kolektor surya tipe plat datar glazed dan unglazed telah dilakukan sebelumnya untuk keperluan pemanas air dan pemanas udara. Namun, studi yang terkait dengan kombinasi kolektor surya glazed dan unglazed khususnya yang akan digunakan untuk pemanasan udara yang sesuai dengan gabah belum dilakukan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membandingkan kinerja kolektor surya glazed dan unglazed dalam kondisi cuaca yang sama untuk memanaskan air pada berbagai laju aliran air dan suhu inlet. Pendekatan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah pendekatan eksperimental, dimana data diperoleh dari proses pengukuran di lapangan. Parameter yang diukur meliputi suhu inlet, suhu outlet, suhu lingkungan, laju aliran, kecepatan angin dan iradiasi surya. Pengujian kolektor menggunakan empat buah kolektor (dua glazed dan dua unglazed ). Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada kolektor glazed , efisiensi tertingginya adalah 63%, sedangkan kolektor unglazed adalah 54%. Kedua efisiensi tersebut terjadi laju aliran 3 liter/menit dan suhu inlet 40 °C dan waktu tengah hari. Biaya per watt (energi berguna) kolektor surya pelat datar glazed lebih rendah daripada kolektor surya pelat datar unglazed .
Kata kunci : kolektor surya glazed dan unglazed, efesiensi kolektor surya, energi berguna, suhu inlet, laju aliran
Diterima: 2 Agustus 2017; Disetujui: 10 Oktober 2018
, April 2019
Vol. 7 No. 1, p 113-120
P-ISSN 2407-0475 E-ISSN 2338-8439
Efendi, et al.

## Latar Belakang
Energi surya merupakan energi yang tersedia secara sederhana dan ekonomis serta bisa dimanfaatkan sebagai sumber utama dalam proses pemanasan air. Pemanasan air dengan menggunakan prinsip pindah panas dari suatu benda hitam yang memiliki kemampuan menyerap panas. Dalam hal ini, prinsip pindah panas yang terjadi adalah radiasi, konveksi, dan konduksi (Cengel dan Ghajar 2003). Salah satu upaya pemanfaatkan energi surya sebagai pemanas air yakni dengan menggunakan kolektor surya. Kolektor surya merupakan suatu alat yang dapat mengkonversi energi surya menjadi energi panas (Duffie dan Beckman 1980). Oleh karena itu kolektor surya dapat digunakan sebagai pemanas air. Kolektor surya saat ini yang sering kali digunakan untuk pemanas air adalah kolektor surya tipe pelat datar dengan menggunakan penutup transparan (glazed) maupun tanpa penutup transparan ( unglazed) (Belessiotis dan Delyannis 2011). Kolektor surya tipe pelat datar glazed (KSPDG) ada yang menggunakan satu glazed dan ada pula yang dua glazed . Beberapa kajian yang dilakukan oleh Vettrivel dan Mathiazhagan (2017); Tirtoatmodjo dan Handoyo (1999); Akhtar dan Mullick (2012) menunjukkan bahwa penggunaan dua glazed memiliki kinerja lebih tinggi daripada hanya menggunakan satu glazed . Disisi lain ada pula yang melakukan penelitian dengan ketebalan dan jumlah glazed pada kolektor surya. Hal tersebut sangat berpengaruh pada efisiensi yang dihasilkan (Arata dan Geddes 1985; Agbo dan Okoroigwe 2007; Bakari et al., 2014; Ihaddadene et al., 2014). Sementara itu, menurut Kutscher et al., (1993) kolektor surya tipe pelat datar unglazed (KSPDU) sangat mudah kehilangan panas, karena panas yang terserap oleh absorber tidak terperangkap sehingga panas yang berada di atas permukaan absorber tertiup oleh udara lingkungan. Meskipun demikian, hal tersebut dapat diminimalkan dengan mempertimbangkan kecepatan angin pada suatu lingkungan dan sudut kemiringan dari kolektor surya (Kumar dan Mullick 2010). Hal serupa juga dinyatakan dalam penelitian Al-damook dan Khalil (2017), bahwa KSPDU memiliki efisiensi yang baik dalam penyediaan energi panas selama musim dingin. Iceri et al., (2013) mendapatkan bahwa kolektor surya tipe pelat datar glazed dan unglazed untuk pemanas  air,  dari  segi  efisiensi  panas  yang dihasilkan tipe glazed lebih baik dibandingkan dengan tipe unglazed. Namun pada penelitian suhu inlet tidak ditetapkan pada satu nilai tertentu. Khalil et al., (2016) menyatakan bahwa penggunaan kolektor surya yang terintegrasi dengan heat exchanger (radiator) dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan proses pengeringan gabah, dalam proses charging dan discharging kolektor surya
mampu menghasilkan udara panas maksimum sebesar 44.2°C.
Berdasarkan informasi yang perlu dikaji lebih dalam terutama pada kombinasi kolektor surya tipe pelat datar glazed dan unglazed dalam berbagai kondisi. Oleh karena itu dilakukanlah penelitian dalam rangka mengoptimalkan pemanfaatan energi surya melalui pengujian perbandingan kolektor surya unglazed dan lazed. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis kinerja kolektor surya pelat datar glazed dan unglazed untuk berbagai posisi matahari, laju aliran dan suhu inlet dalam pemanasan air.

## Bahan dan Metode
Peralatan dan Bahan Peralatan yang akan digunakan pada penelitian ini adalah peralatan pengujian kinerja kolektor. Peralatan untuk pengujian kinerja kolektor surya antara lain: (1) Modul National Instrument (NI cDAQ- 9178) digunakan untuk pembacaan data pada saat pengukuran suhu , (2) termokopel tipe-K sebagai sensor untuk pengukuran suhu yang dihubungkan ke Modul National Instrument (NI cDAQ-9178) dan terunduh ke komputer , (3) pyranometer EKO MS- 040 untuk mengukur iradiasi surya , (4) flowmeter sebagai alat untuk mengukur laju aliran debit air, (5) gate valve berfungsi untuk mengatur debit air, (6) anemometer merek Kanomax-6501 untuk mengukur kecepatan angin dan (7) tiga buah water heater berfungsi untuk memanaskan air di dalam tangki. Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah (1) dua buah kolektor surya tipe pelat datar glazed dan dua buah kolektor surya tipe unglazed dengan dimensi 3 x 1 m (Nelwan et al., 2017), (2)
Parameter Spesifikasi Kolektor 3 x 1 x 0.106 m Pelat absorber Aluminium Dimensi pelat absorber 3 x 0.95 m (2.85m 2 ), tebal 1 mm Tebal penutup transparan 3 mm (0.84) ( polycarbonate ) Material bingkai kolektor Aluminium (0.0254 x 0.1016 m) Kemiringan kolektor 6 o ke arah utara Sealant Silicone rubber Insulasi bawah Glass wool dan samping (tebal 50 dan 25 mm) Warna pelat absorber Pipa (saluran air) Darklight (Hitam buram) Tembaga (1/2 inchi) Jarak antara pipa (W) 19 cm Jumlah pipa 5 batang (@3 m) Tabel 1. Spesifikasi Kolektor Surya.

## Volume 7, 2019
satu  buah  tangki  kapasitas  20  liter.  Spesifikasi kolektor surya yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1. Komponen kolektor yang diuji dapat dilihat pada Gambar 1.

## Metode Pengujian Perbandingan Kinerja
Kolektor Surya Pengujian perbandingan kolektor surya dilakukan dengan melakukan pengaturan awal instalasi model selang paralel dengan empat buah kolektor surya yang masing-masing terintegrasi dengan dua buah pompa, satu buah tangki air berkapasitas 20 liter, tiga buah heat  exchanger (radiator), tiga buah water heater dengan daya masing-masing 1000 W per buah, dan satu buah blower. Water heater dinyalakan untuk memanaskan air di dalam tangki hingga mencapai suhu yang diinginkan. Pompa air dinyalakan ketika suhu air di dalam tangki telah mencapai suhu yang telah ditentukan. Selanjutnya air dialirkan menuju inlet kolektor, air akan mengalami peningkatan suhu saat berada
di dalam kolektor akibat perpindahan panas yang diserap oleh pelat absorber . Pengaturan suhu diatur dengan menggunakan blower dengan prinsip pindah panas secara konveksi paksa ketika air berada di dalam heat exchanger (radiator). Kondisi suhu air akan selalu terjaga dengan bantuan water heater . Adapun skema pengujian perbandingan kolektor surya dapat dilihat pada Gambar 2.
Setup Pengujian Perbandingan Kolektor Surya Pengujian ini dilakukan dengan penentuan dua level laju aliran debit air dan dua level suhu pada tiga waktu: pagi, siang, dan sore. Hal ini bertujuan untuk mengetahui sejauh mana kinerja kolektor tipe pelat datar glazed dan unglazed . Skenario pengujian ini dilakukan berdasarkan ASHRAE Standard 93- 2003 (American Society of Heating 2003) untuk melihat efisiensi kolektor dengan memperhitungkan iradiasi, suhu lingkungan, pengaturan suhu inlet dengan water heater . Pengujian dilakukan pada kondisi cuaca yang cerah dan sudut kemiringan kolektor 6 derajat, laju aliran dan suhu ditentukan sebagaimana yang terlihat pada Tabel 2. Parameter yang diukur meliputi suhu inlet , suhu outlet , suhu lingkungan menggunakan termokopel type-K yang terhubung dengan recorder NI cDAQ-9178 perdetik, iradiasi matahari diukur menggunakan pyranometer EKO MS-040 yang terhubung dengan recorder NI cDAQ-9178 perdetik, laju aliran debit diukur menggunakan flowmeter , kecepatan angin diukur menggunakan anemometer Kanomax setiap 10 menit.
Analisis Kolektor Surya Data yang digunakan dalam perhitungan energi berguna dan efisiensi merupakan data hasil perekaman selama proses pengujian. Dari data tersebut dirata-ratakan setiap 10 menit, kemudian dimasukkan ke dalam persamaan.
Energi berguna (Qu) yang bersumber dari kolektor surya pelat datar merupakan energi yang dapat dimanfaatkan dalam proses pemanasan fluida  kerja.  Energi  berguna  yang  diterima  oleh kolektor surya dapat dihitung dengan menggunakan
Gambar 1. (a) Potongan kolektor surya glazed (b) Potongan kolektor surya unglazed dan (c) kolektor surya tampak atas.
text 3 4 5 1 2 3 4 5 1 a b c text 3 4 5 1 2 3 4 5 1 a b c Keterangan: 1. Absorber 2. Cover 3.  Pipa fluida 4.  Box kolektor 5. Insulasi Gambar 2. Skema rangkaian pengujian perbandingan kolektor surya. Unglazed Unglazed By pass II V1 Glazed Glazed V4 V2 V3 Tank WH F1 F2 F4 F3 Pump I Pump II Blower By pass I Stop valve II Stop valve I Valve by pass Valve by pass Heat exchanger pyranometer anemometer Keterangan: V1 – V4: gate valve F1 – F4: flowmeter WH: water heater
: thermocoule
persamaan 1.
Qu = ṁc p (T fi – T fo ) (1) ṁ : laju aliran massa air (kg/s) c p : panas jenis (kj/kg °C) T fi : Suhu inlet (°C) T fo : Suhu oulet (°C)
Laju aliran massa dihitung dengan menggunakan persamaan:
ṁ = Vair.pair (2)
V air : laju aliran debit (m³/s) ρ air : massa jenis air (kg/m³)
Efiensi  kolektor  merupakan  pembagian  nilai energi berguna yang dihasilkan kolektor surya dengan nilai iradiasi surya yang diterima kolektor. Perhitungan efisiensi kolektor surya dalam satuan waktu (jam) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (Duffie dan Beckman 1980):
(3) I  : Iradiasi (W/m 2 ) Ac  : Luas kolektor (m 2 )
Iradiasi Threshold Perhitungan iradiasi threshold (iradiasi minimum ketika sistem tidak menerima energi akan tetapi melepaskan energi untuk mempertahankan suhu inlet tetap konstan). Nilai K 1 dan K 2 diperoleh dari plot data efisiensi terhadap (T fi -T fo )/I T atau X * dengan meggunakan linear least square (regresi linear) di Microsoft Excel (Gupta et al. 2015). Nilai efisiensi yang negatif tetap digunakan tetapi dinyatakan dengan nol (0) karena tidak menghasilkan Qu .
(4)
T fi : Suhu inlet (°C) T a : Suhu lingkungan (°C) I T : Iradiasi Total (W/m 2 ) K 1 : Nilai F R .τ.α F R : faktor penghilangan panas τα  : sifat optik kolektor K 2 : Nilai F R . U L U L : Total kehilangan panas (W/m 2 °C)
(5)
(6)
I Th : Iradiasi threshold (W/m 2 )
Perhitungan konveksi kehilangan panas karena angin ( hw ) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 7 (Duffie dan Beckman 1980).
hw = 5.7 + 3.6 v
(7)
v : kecepatan angin (W/m 2° C)
Analisis Biaya Biaya material per kolektor meliputi: pelat absorber , box kolektor dan insulasi, pipa tembaga, polycarbonate ( cover ). Biaya material tersebut dibandingkan dengan energi berguna yang dihasilkan selama proses pengujian kolektor. Biaya material pembuatan per kolektor surya pelat datar glazed dan unglazed dapat dilihat pada Tabel 3.

## Hasil dan Pembahasan
Efisiensi KSPDG dan KSPDU Pengujian ini berlangsung secara steady state dalam tiga waktu (pagi, siang, dan sore) dengan perlakuan suhu 40°C dan laju aliran debit 3 liter/ menit, 1.8 liter/menit. Kinerja kolektor dapat diamati dari  nilai  efisiensi  yang  diplot  terhadap (T fi -T a )/I T . Nilai (T fi -T a )/I T merupakan nilai perbandingan antara selisih suhu inlet dan lingkungan dibagi dengan
Tabel 2. Perlakuan laju aliran debit dan suhu.
Suhu air inlet Laju aliran Pengujian ( o C) (liter/menit) (08.00 – 09.00) (WIB)  (11.30 – 12.30) (WIB)  (15.00 – 16.00) (WIB) 39-41 3 √ √ √ 1,8 √ √ √ 54-56 3 √ √ √ 1,8 √ √ √ Tabel 3. Biaya material kolektor surya. Material Kolektor KPSDG (3 x 1 m)  KPSDU (3x 1m) (Rp/kolektor) (Rp/kolektor) Pelat absorber (Rp) 590,700 590,700 Box kolektor (Rp) 1,475,440 1,475,440 Pipa tembaga 672,000 672,000 (saluran fluida) (Rp) Polycarbonate 456,000 ─ (cover) (Rp) Total (Rp) 3,194,140 2,738,140
Volume 7, 2019
Tabel 4. Efisiensi (η) rata-rata kolektor.
Suhu Inlet  Laju aliran debit Waktu η Rata-rata kolektor  η Rata-rata kolektor  Iradiasi rata-rata (°C) (Liter/menit) KPSDU KPSDG (W/m 2 ) 08:00 - 09:00 26% 40% 403.89 40 3 11:30 - 12:30 53% 64% 626.16 15:00 - 16:00 32% 32% 260.91 08:00 - 09:00 26% 33% 357.10 40 1.8 11:30 - 12:30 38% 50% 508.95 15:00 - 16:00 32% 46% 402.42 08:00 - 09:00 4% 6% 312.48 55 3 11:30 - 12:30 26% 37% 560.23 15:00 - 16:00 9% 20% 351.40 08:00 - 09:00 4% 11% 320.98 55 1.8 11:30 - 12:30 26% 33% 589.79 15:00 - 16:00 0% 0% 163.75
Gambar 4. Grafik hubungan efisiensi terhadap (T fi -T a )/ I T (perlakuan laju aliran 1,8 liter/menit dan suhu inlet
40°C). 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,00 0,02 0,04 0,06
0,08
η (% ) (T fi -T a )/I T (°C m²/W)
η KSPDU (pagi) η KSPDG (pagi)
η KSPDU (siang) η KSPDG (siang) η KSPDU (sore) η KSPDG (sore) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,00 0,02 0,04 0,06
0,08
η (% ) (T fi -T a )/I T (°C m²/W)
η KSPDU (pagi) η KSPDG (pagi) η KSPDU (siang) η KSPDG (siang) η KSPDU (sore) η KSPDG (sore)
Gambar 3. Grafik hubungan efisiensi terhadap (T fi - T a )/I T (perlakuan laju aliran 3 liter/menit dan suhu inlet 40°C).
Tabel 5. Iradiasi threshold pada berbagai laju aliran dan suhu inlet.
Waktu  Laju aliran T a T fi Jenis K 1 K 2 X* ITh v angin hw (WIB) (L/m) (°C) (°C) kolektor (W/m²) (m/s) (W/m 2° C) pagi 3  26.97 40 KSPDU 0.5324 8.6949 0.0612 196.47  1.06  9.73 31.16 55 389.34 0.40 7.22 siang    34.22 40    0.6134 10.4030 0.0590  81.07 1.06  9.73 34.05 55 355.30 0.69 8.32 sore    33.16 40    0.5684 9.5572 0.0595 98.20 0.73  8.47 35.37 55 330.06 1.54 11.55 pagi 1.8 26.88  40 0.4913 6.7050 0.0733 165.41  0.84  8.89 28.26 55 364.93 0.71 8.40 siang    33.45 40    0.4518 5.8355 0.0774 71.68 0.89  9.08 33.56 55 276.92 1.03 9.61 sore    33.80 40    0.4368 7.8970 0.0553  94.01 1.18  10.18 31.74 55 420.52 0.86 8.97 pagi 3  26.97 40 KSPDG 0.6690 8.4144 0.0795 151.31  1.06  9.73 31.16 55 299.85 0.40 7.22 siang    34.22 40    0.6983 8.0699 0.0865 55.24 1.06  9.73 34.05 55 242.11 0.69 8.32 sore    33.16 40    0.4417 4.2097 0.1049 55.66 0.73  8.47 35.37 55 187.09 1.54 11.55 pagi 1.8 26.88 40    0.5557 5.6228 0.0988 122.64  0.84  8.89 28.26 55 270.57 0.71 8.40 siang    33.45 40    0.5706 6.3060 0.0905 61.34 0.89  9.08 33.56 55 236.94 1.03 9.61 sore    33.80 40    0.5187 4.8162 0.1077 48.28 1.18  10.18 31.74 55 215.97 0.86 8.97
Keterangan :  X * : (T fi -T a )/I T ketika η = 0 atau bila di bawah nilai tersebut maka perolehan efisiensi negatif, T fi : suhu inlet , T a : suhu lingkungan, v : kecepatan angin, ITh : iradiasi threshold , hw : koefisien perpindahan panas karena udara
Efendi, et al.
iradiasi.  Gambar  3  dan  4  menunjukkan  grafik hubungan tersebut pada pengujian kolektor dengan laju aliran debit dan suhu inlet yang konstan. Pengujian pada pagi dan siang menunjukkan bahwa perlakuan laju aliran 3 liter/menit menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan laju aliran 1.8 liter/menit. Namun di sore hari perlakuan laju  aliran  1.8  liter/menit  menghasilkan  efisiensi tinggi dibandingkan dengan laju aliran 3 liter/menit. Perlakuan dengan variasi laju aliran yang dilakukan oleh Gupta et al., (2015), menunjukkan bahwa laju aliran  2.5  liter/menit  menghasilkan  efisiensi  lebih tinggi dibandingkan dengan laju aliran 2 liter/menit dan 1.5 liter/menit. Hanya saja hal tersebut juga sangat dipengaruhi oleh sudut kemiringan kolektor terhadap sudut datangnya iradiasi.
Tabel  4  memperlihatkan  efisiensi  rata-rata dari masing-masing kolektor pada berbagai perlakuan. Bila dibandingkan kolektor glazed dan unglazed , maka efisiensi tertinggi rata-rata KSPDU sebesar 53% dan KPSDG sebesar 64%. Secara keseluruhan, kedua tipe kolektor memiliki kinerja yang  baik,  namun  efisiensi  kolektor glazed lebih unggul dibandingkan dengan unglazed . Hal ini sejalan dengan penelitian yang telah dilakukan oleh Rohorua (2013). Kecepatan angin pada pengujian laju aliran 3 liter/menit di pagi hari sebesar 1.06 m/s  dengan  koefisien  perpindah  panas  udara rata-rata 9.73 W/m²°C (Tabel 5), di siang dan sore hari berturut-turut 1.06 m/s dan 0.73 m/s dengan koefisien pindah panas udara 9.73 W/m²°C dan 8.47 W/m²°C. Sedangkan pengujian laju aliran 1,8 liter/ menit, kecepatan angin di waktu pagi sebesar 0.84 m/s, koefisien pindah panas udara 8.89 W/m²°C, di waktu siang dan sore berturut-turut 0.89 m/s dan 1.18  m/s,  koefisien  pindah  panas  udara  9.08  dan 10.18 W/m²°C. Bila dilihat koefisien pindah panas udara  tidak  begitu  mempengaruhi  nilai  efisiensi yang dihasilkan.
Efisiensi  yang  dihasilkan  dari  perlakuan  laju aliran pada suhu inlet 55 o C memperlihatkan bahwa secara keseluruhan laju aliran 3 liter/menit lebih tinggi dibandingkan dengan laju aliran 1,8 liter/menit sebagaimana yang diperlihatkan pada
Gambar 5 dan 6. Kecepatan angin pada pengujian dengan laju aliran 3 liter/menit memperlihatkan bahwa,  di  pagi  hari  sebesar  0,4  m/s,  koefisiensi pindah panas udara rata-rata 7,22 W/m²°C, di siang dan sore hari berturut-turut 0,69 m/s dan 1,54 m/s, koefisien pindah panas udara sebesar 8,32 W/m²°C dan 11,55 W/m²°C (Tabel 5). Sedangkan kecepatan angin pada pengujian dengan laju aliran 1,8 liter/ menit dengan tiga waktu tersebut. Kecepatan angin di  pagi  hari  sebesar  0,71  m/s  dengan  koefisien pindah panas konveksi sebesar 8,40 W/m²°C, di siang dan sore hari berturut-turut 1,03 m/s dan 0,86 m/s, koefisien pindah panas udara 9,61 dan 8,97 W/ m²°C. Dengan demikian, koefisiensi pindah panas udara tidak begitu berdampak pada kinerja kolektor.
Iradiasi Threshold Kisaran iradiasi threshold pada KSPDU adalah 81.07-420.52 W/m 2 sedangkan KSPDG 48.28- 299.85 W/m 2 sebagaimana yang dirangkum pada Tabel 5. Iradiasi threshold merupakan iradiasi yang nilai  η=0.  Sebagaimana  yang  telah  diperkirakan karena kehilangan panasnya yang lebih besar, iradiasi threshold dari KSPDU secara keseluruhan lebih tinggi dibandingkan KSPDG untuk kondisi pengoperasian yang sama. Hal tersebut membuktikan bahwa KSPDU memerlukan energi input yang lebih besar dibandingkan KSPDG untuk mengatasi kehilangan panas yang besar di bagian atas akibat ketiadaan cover . Nilai K 1 secara umum lebih tinggi pada KSPDG, karena nilai tersebut berasosiasi dengan faktor penghilangan panas (F R ) selain hasil kali transmisivitas dan absorptivitas. Sebaliknya nilai K 2 yang berasosiasi dengan U L secara umum lebih tinggi pada kolektor KSPDU yang memang cukup beralasan karena dengan tidak adanya cover , kehilangan panas pada kolektor ini lebih besar. Hal ini sejalan dengan penelitian Kutscher et al., (1993) bahwa kehilangan panas itu disebabkan oleh konveksi bebas di atas kolektor karena tidak adanya cover yang memerangkap panas. Nilai FR τ.α KSPDG lebih besar daripada FR τ.α KSPDU , namun nilai τ.α KSPDG lebih kecil dari pada τ.α 0 10 20 30 40 50 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 η (% ) (T fi -T a )/I T (°C m²/W)
η KSPDU (pagi) η KSPDG (pagi)
η KSPDU (siang) η KSPDG (siang) η KSPDU (sore) η KSPDG (sore)
Gambar 5. Grafik hubungan efisiensi (T fi -T a )/I T (perlakuan laju aliran 3 liter/menit dan suhu inlet 55°C). Gambar 6. Grafik hubungan efisiensi terhadap (T fi -T a )/ I T (perlakuan laju aliran 1,8 liter/menit dan suhu inlet
55°C). 0 10 20 30 40 50 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 η (% ) (T fi -T a )/I T (°C m²/W)
η KSPDU (pagi) η KSPDG (pagi)
η KSPDU (siang) η KSPDG (siang) η KSPDU (sore) η KSPDG (sore)
KSPDU karena KSPDU tidak menggunakan cover dan nilai transimivitasnya adalah satu. Tetapi nilai FR KSPDG lebih besar dibandingkan dengan KSPDU sehingga nilai K 1 KSPDG menjadi tinggi. Besarnya nilai FR U L KPSDU didukung juga oleh penelitian Kalogirou (2009). Bila dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Gupta et al. (2015), F R U L KSPDG yang dihasilkan jauh lebih tinggi dibandingkan penelitian ini.
Biaya per watt (energi berguna) Biaya material per KSPDG adalah Rp.3,194,140 dan KSPDU sebesar Rp.2,738,140. Perbandingan antara kedua kolektor dihitung berdasarkan biaya dan nilai energi berguna kolektor. Hasil perhitungan disajikan pada Tabel 6.
Berdasarkan Tabel 6 dapat diketahui bahwa besarnya biaya material per watt (energi berguna) KSDPG lebih murah dibandingkan dengan KSPDU pada suhu inlet 55°C. KSPDG dan KSPDU pada suhu inlet 40°C tidak berbeda jauh. Hal ini menjadi pertimbangan sebaiknya KPSDU dioperasikan pada suhu inlet rendah. Walaupun biaya pembuatan KSPDG lebih mahal, namun peningkatan energi berguna per Watt menunjukkan nilai biaya yang lebih rendah sehingga penggunaan kolektor surya KSPDG lebih menguntungkan dibanding kolektor surya KSPDU.

## Simpulan
Kolektor surya pemanas air telah berhasil diuji kinerja. Perlakuan suhu inlet yang tinggi yakni, 55ºC di siang hari dalam kondisi cuaca yang cerah mampu dipanaskan oleh KSPDG dan KSPDU. Efisiensi  kolektor  dengan  laju  aliran  3  liter/menit lebih baik dibandingkan laju aliran 1.8 liter/menit pada beberapa variasi suhu inlet, iradiasi, suhu lingkungan, dan kecepatan angin. Efisiensi KSPDG secara umum efisiensinya lebih tinggi dibandingkan dengan KPSDU. Iradiasi threshold KPSDU lebih besar yaitu berkisar 81.07-420.52 W/m 2 sedangkan KSPDG berkisar 48.28-299.85 W/m 2 . Biaya per watt (energi berguna) sangat bergantung pada suhu inlet dan laju aliran kolektor surya yang digunakan, kisaran biaya pada penelitian ini berkisar Rp.5,310/W sampai Rp.20,268/W. Umumnya biaya
tersebut lebih tinggi secara signifikan pada KSPDU kecuali pada saat suhu inlet 40°C dan pada laju aliran 3 liter/menit perbedaannya tidak besar yaitu KPSDG sebesar Rp.5,310/W dan KSPDU sebesar Rp. 5,570/W.

## Ucapan terima kasih
Sistem kolektor surya yang digunakan dalam penelitian ini merupakan hasil penelitian unggulan perguruan tinggi yang dibiayai oleh Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat Direktorat Jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi sesuai dengan Surat Perjanjian Penugasan Pelaksanaan Program Penelitian Nomor: 011/ SP2H/LT/DRPM/IV/2017 tanggal, 20 April  2017 dan Addendum Kontrak Nomor:  011/SP2H/LT/ DRPM/VIII/2017 tanggal, 21 Agustus  2017.

## Daftar Pustaka
Agbo S., E. Okoroigwe. 2007. Analysis of thermal  losses  in  the  flat-plate  collector  of  a Thermosyphon Solar water Heater. R J Phys 1(1):35-41.
Akhtar N., S.C. Mullick. 2012. Effect of absorption of solar radiation in glass-cover(s) on heat transfer coefficients  in  upward  heat  flow  in  single  and double  glazed  flat-plate  collectors.  Int  J  Heat Mass Tran 55(1-3):125-132. doi:10.1016/j. ijheatmasstransfer.2011.08.048 Al-damook A., W.H. Khalil. 2017. Experimental evaluation of an unglazed solar air collector for building space heating in Iraq. Renew Energ 112:498-509. doi:https://doi.org/10.1016/j. renene.2017.05.051 [ASHRAE ] American Society of Heating. 2003. Methods of Testing to Determine the Thermal Performance of Solar Collectors, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers. Atlanta [GA]. Arata, A.A., R.W. Geddes. 1985. Combination of  flat-plate  solar  collectors  of  different performance. Int J Sol Energ 3(6):355-371. doi:10.1080/01425918508914404 Bakari, R., R.J.A., Minja, K.N. Njau. 2014. Effect of glass thickness on performance of flat plate solar collectors for fruits drying. J Energy 2014:1-8. doi:10.1155/2014/247287 Belessiotis, V., E. Delyannis. 2011. Solar drying. Sol Energy 85(8):1665-1691. doi:10.1016/j. solener.2009.10.001 Cengel, Y.A., A.J. Ghajar. 2003. Heat and Mass Transfer : Fundamentals & Applications. 5thEd. McGraw-Hill Education. New York Duffie, J.A., W.A. Beckman. 1980. Solar Engineering Of Thermal Processes. 4thEd. J Wiley. New York
Tabel 6.  Perbandingan analisis biaya KSPDU dan

## KSPDG.
Parameter  Per unit KSPDG  Per unit KSPDU (Rp/Watt)  (Rp/Watt) Biaya P I 5.310 5.570 Biaya P II 6.076 6.978 Biaya P III 11.055 20.268 Biaya P IV 14.546 20.195
Efendi, et al.
Gupta, H.K., G.D. Agrawal, J. Mathur. 2015. Investigations for effect of Al2O3–H2O nanofluid flow rate on the efficiency of direct absorption solar collector. Case Studies in Thermal Engineering 5:70-78. doi:10.1016/j.csite.2015.01.002 Iceri, D.M., S.D.R. Oliveira, V.L. Scalon. 2013. Comparative analysis for glazed and unglazed collector for used in solar domestic hot watersystems. [Internet]. 22nd International Congress of Mechanical Engineering (COBEM 2013); November 3-7 2013; Brazile (BR): ABCM. hlm 2941-2951.
Ihaddadene, N., R. Ihaddadene, A. Mahdi. 2014. Effect of glazing number on the performance of a solar thermal collector. IJSR:1-6. Kalogirou S.A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems . Academic Press. Khalil, F.I, L.O.Nelwan, I.D.M. Subrata. 2016. Desain sistem kendali untuk pengering gabah dengan kolektor surya dan penyimpan panas. Jurnal Keteknikan Pertanian 4 (1):87 - 96 Kumar S., S.C. Mullick. 2010. Wind heat transfer coefficient  in  solar  collectors  in  outdoor conditions. Sol Energy 84(6):956-963. doi:10.1016/j.solener.2010.03.003
Kutscher, C.F., C.B. Christensen, G.M. Barker. 1993. Unglazed transpired solar collectors: Heat loss theory. J Sol Energ 115(3):182-188. doi:10.1115/1.2930047 Nelwan, L.O., I.D.M. Subrata, D. Wulandani. 2017. Pengembangan pengering surya untuk gabah menggunakan optimisasi kombinasi kolektor datar glazed dan unglazed serta sistem penyimpanan termal. Prosiding Seminar Hasil- Hasil Penelitian IPB . William, T.R. 2013. Experimental Investigation of The Performance of Abuilding Integrated Thermal Solar Collector for Domestic Water Heating [Tesis]. The University of Waikato. Tirtoatmodjo, R., E.A. Handoyo. 1999. Unjuk kerja pemanas air jenis kolektor surya plat datar dengan satu dan dua kaca penutup. J Tek Mesin 1(2):pp. 116-121.
Vettrivel, H., P. Mathiazhagan. 2017. Comparison study of solar flat plate collector with single and double glazing systems. IJRER 7(1):266-274.