BAB II TINJAUAN PUSTAKA. 2.1 Pendingin Termoelektrik Sejarah Perkembangan Termoelektrik

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Dalam tinjauan pustaka, akan dibahas mengenai termoelektrik sebagai alternatif penganti refrigeran, energi surya yang merupakan sumber energi terbarukan, dan dinamika fluida komputasi yang digunakan untuk membantu analisis serta aliran fluida yang mengalir.

2.1 Pendingin Termoelektrik 2.1.1 Sejarah Perkembangan Termoelektrik Termoelektrik merupakan alat yang dapat mengubah energi elektrik menjadi energi termal. Konsep termoelektrik pertama sekali diperkenalkan oleh T.J. Seebeck pada tahun 1821. Seebeck menunjukkan bahwa medan magnet dapat diproduksi dengan membuat perbedaan panas di antara dua konduktor elektrik yang berbeda[3]. Tiga belas tahun setelah penemuan Seeback, J. Peltier menemukan efek termoelektrikyang kedua. Dia menemukan bahwa bagian dari arus listrik yang dilalui oleh dua konduktor elektrikdapat menghasilkan panas dan dingin bergantung pada arah pergerakan elektronnya. Pada awalnya, tidak terlihat adanya hubungan antara penemuan Seeback dan Peltier.Namun, pada 1855, W. Thomson menemukan keterkaitan antara dua penemuan tersebut. Dengan menerapkan teori termodinamika, dia mendapatkan hubungan antara koefisien yang ditetapkan Seebeck dan efek Peltier. Thomson menemukan bahwa perlu adanya teori ketiga dari termoelektrik untuk menunjukkan keterkaitan yang terdapat dalam sebuah konduktor yang homogen. Efek ini dikenal sebagai efek Thomson, yaitu: terdiri dari pemanasan dan pendinginan

yangmemiliki kemampuan keterbalikan ketika berlangsungnya pemanasan dan pendinginan dengan aliran arus elektron.

2.1.2 Prinsip Kerja Termoelektrik Efek

Peltier

merupakan

dasar

dari

teknologi

pendingin

termoelektrik saat ini. Teknologi termoelektrik memanfaatkan efek Seebeck yang memaksa munculnya tegangan yang digunakan untuk menjalankan arus

[9]

. Modul pendingin termoelektrik tersebut bekerja

berdasarkan efek Peltieryang berfungsi apabila arus listrik DC dialirkan ke elemen Peltier yang terdiri dari beberapa pasangan semikonduktor tipe N (semikonduktor dengan tingkat energi lebih tinggi) dan tipe P (semikonduktor dengan tingkat energi yang lebih rendah) [13].

Gambar 2.1 Modul Pendingin Termoelektrik[21] Gambar diatas menunjukan aliran elektron dari semikonduktor tipe-pmenuju semikonduktor tipe-n. Agar elektron pada tipe-p dapat mengalir, maka elektron akan menyerap kalor yang mengakibatkan sisi tersebut menjadi dingin, sedangkan pelepasan kalor ke lingkungan terjadi

pada sisi panas sehingga elektron pada tipe-n dapat mengalir menuju semikonduktor tipe-p. Hasilnya, nilai kalor yang dilepaskan pada sisi panas sama dengan nilai kalor yang diserap pada sisi dingin ditambah dengan daya yang diberikan ke modul termoelektrik [10]. 𝑞𝑞ℎ = 𝑞𝑞𝑐𝑐 + 𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖 ……………………………………………………....... (2.1) Keterangan : q h = laju perpindahan panas yang dilepaskan pada permukaan panas elemen Peltier[Watt]

q c = laju perpindahan panas yang diserap pada permukaan dingin elemen Peltier

[Watt]

Pin = daya input [Watt] Pada kondisi ideal, jumlah kalor yang diserap pada sisi dingin dan dilepas pada sisi panas bergantung pada koefisien Peltier dan arus listrik yang digunakan. Pada saat dioperasikan, jumlah kalor yang diserap pada sisi dingin akan berkurang dikarenakan oleh dua faktor, yaitu kalor yang terbentuk pada material semikonduktor akibat perbedaan temperatur antara sisi dingin dan sisi panas modul (conducted heat) dan Joule Heat yang nilainya akan sama dengan kuadrat dari arus listrik yang digunakan, sehingga pada kondisi apapun kesetimbangan termal yang terjadi karena efek Peltier pada sisi dingin, akan sama dengan jumlah kalor yang terbentuk pada semikonduktor dijumlahkan dengan 1 ½ Joule heat.

Gambar 2.2 Arah aliran elektron pada modul termoelektrik[20] Selain ukuran yang relatif kecil, modul termoelektrik memiliki keunggulan lain, yaitu: • Modul termoelektrik tidak memiliki bagian yang bergerak, sehingga untukperawatan lebih mudah. • Pengujian usia pakai membuktikan bahwa modul termoelektrik bisa digunakan selama kurang lebih 100.000 jam sehingga memiliki ketahanan yang lebih baik. • Modul termoelektrik tidak memiliki kandungan chloroflourocarbons (CFC) atau material lainnya sehingga ramah terhadap lingkungan. • Modul termoelektrik dapat dioperasikan pada lingkungan yang sensitif karena tidak adanya ketergantungan terhadap posisi peletakan

2.1.3 Efek Peltier Pada

tahun

1834,

pembuat

jam

dan

paruh

waktu

fisikawanPerancis, Jean Charles Peltier Athanase menemukan bahwa arus listrik menghasilkan pemanasan atau pendinginan di persimpangan dua logam berbeda.Pada 1838, Lenz menunjukkan bahwa ketergantungan pada

arah aliran arus, panas dapat dihapus dari persimpangan untuk membekukan air menjadi es, atau dengan membalik arus, panas dapat dihasilkan untuk melelehkan es.Panas yang diserap atau diciptakan di persimpangan sebanding dengan arus listrik.Perbandingan konstan dikenal sebagai koefisien Peltier[6]. Jika arus DC dialirkan ke sepasang keping yang berbeda, maka sisi yang satu akan menjadi panas, sedangkan di sisi lain akan menjadi dingin tergantung dari kombinasi 2 material. Peltier mencoba merubah arus yang dialirkan dan menemukan tiap rataan pendinginan dan pemanasan pada pasangan material yang berbeda [2].

2.1.4 Peredam Panas (Heat Sink) Sistem pendingin termoelektrik yang baik tidak terlepas dari alat pendamping yang bagus yang dikenal dengan peredam panas. Desain dan pemilihan peredam panassangat krusial dan mempengaruhi secara keseluruhan pada sistem kerja termoelektrik dalam mempercepat laju pendinginan[5]. Peredam panas yang optimal akan meningkatkan koefisien perfomansi dari sistem pendingin termoelektrik. Hal ini dapat dilakukan dengan memaksimalkan luas permukaan atau menggunakan peredam panas yang mempunyai kapasitas penyimpanan kalor yang besar sehingga dapat menjaga peredam panas pada temperatur rendah. Peredam

panas

plat

bersirip

banyak

digunakan

untuk

meningkatkan pelepasan panas pada komponen mikroelektronik dan komponen elektronik penghasil panas lainnya. Plat bersirip peredam panas berfungsi untuk menurunkan tahanan termal dan temperatur operasi komponen. Perpindahan panas yang terjadi pada peredam panasadalah perpindahan panas secara konduksi dan konveksi. Pada proses ini, perpindahan panas konveksi lebih dominan dibanding dengan perpindahan panas secara konduksi[4].

2.1.5 Efek-Efek Pendinginan Termoelektrik Efek pendinginan termoelektrik merupakan gejala termal yang muncul pada suatu termokopel. Ada lima efek yang mempengaruhi atau terjadi pada sistem pendinginan termoelektrik, yaitu efek Seebeck, efek Joule, efek konduksi, efek Peltier, dan efek Thomson[7]. a. Efek Seebeck Thomas J. Seebeck merupakan orang pertama yang menemukan fenomena termoelektrik. Apabila dua buah material yang berbeda jenis digabung lalu pada salah satu ujungnya diberi sumber panas maka akan mengalir arus. Koefisien Seebeck (S) disebut juga daya termoelektrik, seperti pada persamaan berikut: 𝛼𝛼 =

𝑑𝑑𝑑𝑑𝑠𝑠

α

= koefisien Seebeck

𝑇𝑇

………………….………..………...……………...………..... (2.2)

Keterangan: [Volt/K]

𝑑𝑑𝑑𝑑𝑠𝑠 = potensial termoelektrik terinduksi [Volt]

T

= temperatur

[K]

b. Efek Joule Akibat timbulnya arus listrik dalam rangkaian karena adanya efek Seebeck, maka akan timbul panas. Hal ini sesuai dengan hukum joule pada persamaan berikut: qj= I2 .R……………………………………………………………..... (2.3) Keterangan: qj

= laju perpindahan panas akibat efek Seebeck [Watt]

I

= arus

[Ampere]

R

= tahanan

[Ohm]

c. Efek Konduksi Panas akan merambat secara konduksi dari permukaan yang panas ke permukaan yang dingin. Perambatan tersebut bersifat irreversible dan

disebut efek konduktivitas. Besarnya perambatan tersebut dinyatakan dalam persamaan: qkond= U.(Th-Tc)

……...………..……………………………… (2.4)

Keterangan: qkond = laju perpindahan panasakibat efek konduksi [Watt] U

= konduktivitas termal

[Watt/K]

Th

= temperatur permukaan panas

[K]

Tc

= temperatur permukaan dingin

[K]

d. Efek Peltier Pada saat arus mengalir melalui termokopel,temperaturakan berubah dan panas akan diserap pada salah satu permukaan, sementara permukaan yang lainnya akan membuang panas. Jika sumber arus dibalik, maka permukaan yang panas menjadi dingin dan sebaliknya. Gejala ini disebut efek Peltier yang merupakan dasar pendinginan termoelektrik. Dari percobaan diketahui, bahwa perpindahan panas sebanding terhadap arus yang mengalir. Persamaan dari efek Peltier adalah sebagai berikut: 𝑞𝑞

𝜋𝜋𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝐼𝐼 ……………………………………………………...……… (2.5) 𝑎𝑎𝑎𝑎

Keterangan: 𝜋𝜋𝑎𝑎𝑎𝑎 = koefisien Peltier

[Volt]

q

= laju perpindahan panas [Watt]

I

= arus

[Ampere]

e. Efek Thomson Pada tahun 1854, seorang berkebangsaan Inggris yang bernama William Thomson mengemukakan hasil penelitiannya bahwa terdapat penyerapan atau pengeluaran panas bolak-balik dalam konduktor homogen mengenai perbedaan panas dan perbedaan listrik secara simultan. Koefisien Thomson dapat dinyatakan dalam: 𝑞𝑞

𝜏𝜏 = 𝐼𝐼.𝛥𝛥𝛥𝛥 ………..…………………………………...……..…..……. (2.6)

Keterangan: 𝜏𝜏

= koefisien Thomson

q

= laju perpindahan panas [Watt]

I

= arus

[Volt/K]

[Ampere]

𝛥𝛥𝛥𝛥 = perbedaan temperatur [K] 2.1.6 Perpindahan Kalor Perpindahan kalor atau heat transfer merupakan ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur diantara benda atau material. Energi yang berpindah ini dinamakan kalor atau panas (heat). Perpindahan kalor ini tidak hanya menjelaskan bagaimana energi kalor itu berpindah dari satu benda ke benda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Adapun modus perpindahan kalornya dapat terjadi dengan tigacara yaitu [11]: a. Perpindahan kalor secara konduksi Perpindahan

kalor

secara

konduksi

terjadi

dikarenakan

perpindahan energi dari partikel yang memiliki energi lebih tinggi ke partikel yang energinya lebih rendah akibatadanya interaksi antara kedua partikel. Jadi, jika pada suatu benda terdapat gradien, maka akanterjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah sehingga laju perpindahan kalor berbanding dengan gradien suhunya. Berdasarkan hukum Fourier, perpindahan kalor secara konduksi dapat dirumuskan sebagai berikut: 𝑞𝑞𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝐴𝐴𝑐𝑐

𝑇𝑇1 −𝑇𝑇2

𝑞𝑞𝑘𝑘

= laju perpindahan kalor

k

= koefisien termal bahan

𝑙𝑙

…………..…….......……………………………........ (2.7)

Keterangan: [Watt]

(T1-T2)/l = gradien suhu ke arah perpindahankalor [oC/m] [W/m.oC]

Ac

= luas benda

[m2]

Gambar 2.3 Proses Perpindahan Kalor Secara Konduksi[1]

b. Perpindahan kalor secara konveksi Perpindahan kalor secara konveksi terdiri dari 2 mekanisme, yang pertama terjadinya perpindahan energi akibat gerak acak fluida dan yang kedua akibat pergerakan fluida secara makro. Pergerakan fluida yang memiliki perbedaan temperatur akan meningkatkan perpindahan kalor. Perpindahan kalor secara konveksi dibedakan menjadi 2, yaitu: i. Konveksi paksa Konveksi paksa terjadi dimana fluida dialirkan oleh media lain seperti fan, pompa atau kompresor. ii. Konveksi alamiah Konveksi alamiah terjadi dimana pergerakan fluida secara alamiah disebabkan oleh adanya gaya apung (buoyancy force) yang meningkat karena perbedaan densitas.

Persamaan dasar untuk perpindahan kalor secara konveksi dapat dirumuskan sebagai berikut: qk= h.A.(Ts- T∞).………………………………...……….………...... (2.8) Keterangan : qk

= laju perpindahan kalor

[Watt]

Ts

= suhu permukaan

[oC]

T∞

= suhu fluida

[oC]

A

= luas permukaan

[m2]

h

= koefisien perpindahan kalor konveksi [W/m2.oC]

Gambar 2.4 Proses Perpindahan Kalor Secara Konveksi Pada Suatu Plat[1] c. Perpindahan kalor secara radiasi Berlainan dengan mekanisme konduksi dan konveksi dimana perpindahan energinya terjadi melalui bahan perantara, pada perpindahan kalor secara radiasi terjadi karena radiasi elektro magnetik atau daerahdaerah hampa dimana mekanismenya berupa sinaran atau radiasi elektromagnetik. Pembahasan secara termodinamika menunjukkan bahwa penyinar ideal atau benda hitam, memancarkan energi dengan laju yang sebanding dengan pangkat empat suhu absolut benda itu dan berbanding lurus dengan luas permukaan. Persamaan dasar untuk perpindahan kalor radiasi adalah: qrad= 𝜀𝜀.σ.A.(Ts4-T∞4)............................................................................. (2.9) Keterangan :

qrad = laju perpindahan kalor radiasi [Watt] 𝜀𝜀

= emisivitas termal material

σ

= konstanta Stefan-Boltzman

[W/m2.K4]

A

= luas permukaan

[m2]

Ts = suhu permukaan

[K]

T∞ = suhu fluida

[K]

2.1.7Perhitungan Pendinginan Sistem Termoelektrik Bahan termoelektrik merupakan semikonduktor yang merupakan benda padat ataupun logam yang mempunyai nilai diantaranya nilai resistansi konduktor dan isolator. Permukaan dingin menyerap panas dari produk yang dikondisikan, bagian ini mempunyai fungsi yang sama dengan evaporator pada sistem pendinginan kompresi uap. Permukaan panasmengeluarkan atau membuang panas ke luar, bagian ini mempunyai fungsi yang sama dengan kondensor[7]. Sama halnya dengan kondensor yang menggunakan sirip-sirip untuk mempercepat pembuangan panasnya, termoelektrik pada sisi permukaanpanasjuga

ditambahkan

dengan

peredam

panas

untuk

mempercepat proses pembuangan panas. Sumber arus searah pada termoelektrik mempunyai fungsi yang sama dengan kompresor pada sistem kompresi uap. Pengeluaran dan penyerapan panas hanya terjadi pada kedua sisi permukaan.Besarnya kalor yang diserap dan dikeluarkan adalah sebagai berikut: qc= 2.α. Tc.I – I2 (R/2) – K.(Th– Tc) ………………………...…..….. (2.10) qh=2.α. Th.I – K.ΔT + ½ .I2.R………………….……………............ (2.11) Keterangan: qc

= laju perpindahanpanas yang diserap

[Watt]

qh

= laju perpindahan panas yang dilepas

[Watt]

ΔT = perbedaan temperatur

[K]

α

= kekuatan termoelektrik dari 2 material [Volt/K]

R

= tahanan total

[Ohm]

K

= konduktifitas termal dari 2 material

[Watt/K]

I

= arus yang mengalir

[Ampere]

Th

= temperatur permukaan panas

[K]

Tc

= temperatur permukaan dingin

[K]

a. Luas permukaan elemen Luas permukaan elemen dapat dihitung dengan persamaan berikut: 𝐴𝐴 =

π .𝑑𝑑 2 4

………….....………………………...………………..….. (2.12)

Keterangan: A = luas permukaan elemen [cm2] d = diameter dari elemen

[cm]

b. Tahanan material Tahanan total dari 2 material dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: 𝐿𝐿

𝑅𝑅 = 2 �𝜌𝜌 𝐴𝐴 +

2𝑟𝑟 𝐴𝐴

�................................................................................ (2.13)

Keterangan: R = tahanan total dari 2 material

[ohm]

L = panjang elemen

[cm]

A = luas penampang elemen

[cm2]

ρ

= tahanan listrik

[Ohm cm]

r

= hubungan tahanan listrik

[Ohm cm2]

c. Konduktifitas termal Besarnya konduktifitas termal dari 2 material dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: 𝐾𝐾 = 2𝑘𝑘

𝐴𝐴 𝐿𝐿

……..………...…………………………………………... (2.14)

Keterangan:

K = konduktivitas termal dari elemen [Watt/K] k

= koefisien termal dari elemen

[Watt/cm.K]

A = ukuran elemen

[cm2]

L = panjang elemen

[cm]

d. Arus optimum Arus optimum yang mengalir pada termoelektrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: 𝐼𝐼𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 =

2.𝛼𝛼.(𝑇𝑇1− 𝑇𝑇0 )

𝑅𝑅��1+𝑍𝑍.𝑇𝑇𝑚𝑚 − 1�

…….………......…………...……………...….. (2.15)

Keterangan: Iopt = arus optimum

[Ampere]

α

= kekuatan termoelektrik

[V/K]

R

= tahanan jenis

[Ohm]

T1 = temperatur permukaan panas [K] T0 = temperatur permukaan dingin [K] = figure of merit

[K-1]

Tm = temperatur rata-rata

[K]

Z

Temperatur rata-rata dihitung dengan menggunakan rumus: 𝑇𝑇𝑚𝑚 =

𝑇𝑇1 +𝑇𝑇0 2

……..………...………………………….……..……….. (2.16)

2.2 Energi Surya 2.2.1Sejarah Energi Surya Energi surya adalah sumber energi tertua yang pernah digunakan. Pemakaian energi surya pertama yang dikenal adalah dalam pengeringan makanan pengawet. Pada abad ke-18, tungku pembakaran energi surya telah digunakan dalam melelehkan besi, tembaga, dan logam lainnya yang digunakan untuk dikonstruksi menjadi besi halus, lensa kacamata ataupun cermin. Tungku tersebut digunakan di seluruh Eropa dan Timur Tengah [19]

.

Satu dari penggunaan pertama yang terbesar adalah tungku surya yang dibangun oleh ahli kimia terkenal dari Prancis, Lavoisier, di sekitar tahun 1774, mengkonstruksi lensa kuat untuk mengkonsentrasi radiasi surya. Tungku ini dapat mencapai panas yang luar biasa dengan suhu 1750oC. Tungku tersebut menggunakan sebuah lensa dengan panjang 1,32 m ditambah lensa sekunder dengan panjang 0,2 m untuk mendapatkan temperatur tersebut.

Gambar 2.5Solar Furnace [6] Pada abad ke-19, percobaan dilakukan untuk mengkonversi energi surya ke bentuk lain didasarkan pada generasi uap tekanan rendah untuk mengoperasikan mesin-mesin uap. August Monchot merintis bidang ini dengan mengkonstruksi dan mengoperasikan beberapa mesin uap tenaga surya diantara tahun 1864 dan 1878 di Eropa dan Afrika Utara. 2.2.2 Pengertian Energi Surya Energi surya adalah energi yang berasal dari sinar dan panas dari matahari.

Energi

ini

dapat

dimanfaatkan

dengan

menggunakan

serangkaian teknologi seperti pemanas surya, fotovoltaik surya, listrik panas surya, arsitektur surya, dan fotosintesis buatan[17].

Total energi surya yang diserap oleh atmosfer, lautan, dan daratan Bumi sekitar 3.850.000 eksajoule(EJ) per tahun. Pada tahun 2002, jumlah energi ini dalam waktu satu jam lebih besar dibandingkan jumlah energi yang digunakan dunia selama satu tahun. Fotosintesis menyerap sekitar 3.000 EJ per tahun dalam bentuk biomassa.Potensi teknis yang tersedia dari biomassa adalah 100-300 EJ per tahun. Jumlah energi surya yang mencapai permukaan planet Bumi dalam waktu satu tahun sangatlah besar. Jumlah ini diperkirakan dua kali lebih banyak dibandingkan dengan semua sumber daya alam Bumi tidak terbarukan yang bisa diperoleh, seperti batubara, minyak bumi, gas alam, dan uranium. Energi surya dapat dimanfaatkan pada berbagai tingkatan di seluruh dunia, yang utamanya bergantung pada jarak dari khatulistiwa. 2.2.3 Fotovoltaik (PV) Sel surya, atau sel fotovoltaik, adalah peralatan yang mengubah cahaya menjadi aliran listrik dengan menggunakan efek fotovoltaik. Sel fotovoltaik pertama dibuat oleh Charles Fritts pada tahun 1880an. Pada tahun 1931, seorang insinyur Jerman, Dr. Bruno Lange, membuat sel fotovoltaik menggunakan perak selenida daripadatembaga oksida. Walaupun sel selenium mengubah kurang dari 1% cahaya yang masuk menjadi listrik, Ernst Werner von Siemens dan James Clerk Maxwell melihat pentingnya penemuan ini[18]. Dengan mengikuti kerja Russel Ohl pada tahun 1940an, peneliti Gerald Pearson, Calvin Fuller, dan Daryl Chapin membuat sel surya silikon pada tahun 1954. Biaya sel surya ini 286 dollar AS per watt dan mencapai efisiensi 4,5 - 6 %.Menjelang tahun 2012, efisiensi yang tersedia melebihi 20% dan efisiensi maksimum fotovoltaik dari penelitian melebihi 40%. Produksi fotovoltaik telah berlipat setiap dua tahun, meningkat rata-rata 48 persen tiap tahun sejak 2002, menjadikannya teknologi energi dengan pertumbuhan tercepat di dunia. Pada akhir 2007, menurut data

awal, produksi global mencapai 12.400 megawatt. Secara kasar, 90% dari kapasitas generator ini meliputi sistem listrik terikat. Pemasangan seperti ini dilakukan di atas tanah (dan kadang-kadang digabungkan dengan pertanian dan penggarapan) atau dibangun di atap atau dinding bangunan, yang dikenal sebagai Building Integrated Photovoltaic atau BIPV.

Gambar 2.6 Fotovoltaik (PV)[18] 2.2.4 Perhitungan Solar Cell Sel surya menerima penyinaran matahari yang sangat bervariasi dalam satu hari. Hal ini dikarenakan, sinar matahari memiliki intensitas yang lebih besar pada siang hari dibandingkan dengan pagi hari[8]. Contoh ilustrasi perhitungan daya listrik yang dibutuhkan pada kotak pendingin: 1. Tentukan daya total yang dibutuhkan kotak pendingin Hitung berapa watt daya yang dibutuhkan sungap bahang, fan, peltier dan sebagainya serta berapa jam per hari pemakaiannya, sehingga didapatkan perhitungan daya dalam satuan watt jam per hari. 2. Menghitung kebutuhan modul surya Di Indonesia, umumnya energi surya dapat diserap dan dikonversikan ke dalam energi listrik dalam waktu 5 jam. Perhitungan kebutuhan modul surya adalah dengan membagi angka kebutuhan daya dengan 5 dan dihasilkan wattpeak.Lalu, wattpeak yang dihasilkan dari perhitungan dibagi lagi dengan nilai daya pada panel surya.

3. Kebutuhan baterai Ukuran baterai ditentukan berdasarkan tegangan dalam satuan Volt (V) dan daya dalam satuan ampere jam (Ampere Hour), dimana umumnya digunakan baterai dengan daya 12 V atau 24 V. 4. Menghitung kebutuhan solar charge controller Untuk menghitung kebutuhan solar charge controller, perlu diperhatikan Isc (short circuit current) dari solar panel. Kemudian, nilainya dikalikan dengan jumlah panel surya, maka didapat hasil nilai minimal dari solar charge controller.

2.2.5 Alasan Penggunaan Energi Surya pada Kotak Pendingin Energi surya merupakan energi yang telah tersedia di alam. Mengingat posisi Indonesia yang terletak di garis khatulistiwa, sumber energi dari matahari akan selalu ada. Dengan kelebihannya, energi surya dapat dipilih menjadi sumber energi kotak pendingin [12]: a. Ramah lingkungan, energi surya tidak menghasilkan polusi yang dapat mencemari lingkungan. b. Berkelanjutan, sehingga energi surya dapat dimanfaatkan setiap saat. c. Mengurangi polusi bunyi, dimana energi surya tidak memiliki bagian yang bergerak. d. Kotak pendingin tidak membutuhkan daya yang besar sehingga listrik yang dihasilkan oleh energi surya cukup untuk digunakan.

2.3 Computational Fluid Dynamics (CFD) Kasus-kasus dinamika fluida yang membutuhkan penyelesaian bantuan komputer dipelajari dalam bidang ilmu tersendiri yaitu dinamika fluida komputasi (CFD).Dinamika fluida komputasi, biasanya disingkat sebagai CFD (Computational Fluid Dynamics), adalah cabang dari mekanika fluida yang menggunakan metode numerik dan algoritma untuk memecahkan dan

menganalisis masalah yang melibatkan aliran fluida tersebut. Pada analisis ini, komputer digunakan untuk melakukan perhitungan yang diperlukan untuk mensimulasikan interaksi cairan dan gas dengan permukaan yang didefinisikan oleh kondisi batas, dengan kecepatan tinggi superkomputer, agar hasil analisis yang lebih baik dapat dicapai[16]. Dalam berbagai penelitian yang sedang berlangsung, telah banyak dihasilkan perangkat lunak yang meningkatkan akurasi dan kecepatan skenario simulasi yang kompleks seperti aliran transonik atau turbulen. Validasi awal dari perangkat lunak tersebut dilakukan dengan menggunakan terowongan angin dengan validasi akhir datang dalam tes penerbangan. Dewasa ini telah banyak software engineering yang dibuat untuk analisa CFD seperti ANSYS FLUENT, GAMBIT, dan lainnya. CFD dapat melakukan analisa terhadap suatu sistem dengan mengurangi biaya eksperimen dan tentunya waktu yang panjang dalam melakukan eksperimen tersebut. Hal lain yang mendasari penggunaan konsep CFD adalah pemahaman lebih dalam mengenai karakteristik aliran fluida dengan melihat hasil berupa grafik, vektor, ataupun kontur. Alasan penggunaan Ansys Fluent dalam analisis kotak pendingin dikarenakan memberikan kemudahan dalam memahami aliran fluida hasil analisa yang didukung dengan grafik, vektor, ataupun kontur sehingga pengguna dapat dengan cepat memahami hasil analisa yang didapat, sedangkan untuk Gambit lebih mudah digunakan dalam mendukung analisa padaFluent dengan memberikan kondisi batas serta meshing.

2.4 Aliran Fluida Aliran laminar adalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan yang membentuk garis-garis alir dan tidak berpotongan satu sama lain. Alirannya relatif mempunyai kecepatan rendah dan fluidanya bergerak sejajarserta mempunyai batasan-batasan yang berisi aliran fluida[14]. Laminar adalah ciri dari arus yang berkecepatan rendah, dan partikel sedimen dalam zona aliran berpindah dengan menggelinding (rolling) ataupun

terangkat (saltation). Pada laju aliran rendah, aliran laminar tergambar sebagai filamen panjang yang mengalir sepanjang aliran dimana aliran laminar mempunyai Bilangan Reynold lebih kecil dari 500.000. Aliran turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi. Akibatnya, garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan. Aliran turbulen mempunyai Bilangan Reynoldyang lebih besar dari 500.000.

Gambar 2.7 Aliran Laminar dan Turbulen[15] Faktor yang mempengaruhi aliran laminar dan turbulen adalah bilangan Reynold. Dalam mekanika fluida, bilangan Reynold adalah rasio antara gayainersia terhadap gaya viskos yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen. Bilangan Reynold merupakan salah satu bilangan tak berdimensi yang paling penting dalam mekanika fluida dan digunakan, seperti halnya dengan bilangan tak berdimensi lain, dengan memberikan kriteria untuk menentukan dynamic similitude. Jika dua pola aliran yang mirip secara geometris, memungkinkanadanya fluida yang berbeda dan laju alir yang