UNJUK KERJA PENGERING KOPRA ENERGI SURYA JENIS ALIRAN PAKSA PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN...

i

UNJUK KERJA PENGERING KOPRA

ENERGI SURYA JENIS ALIRAN PAKSA

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh:

RICKY PRASTYO PUTRANTO

NIM: 115214064

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2012

ii

PERFORMANCE OF FORCE FLOW

SOLAR ENERGY COPRA DRYER

FINAL PROJECT

Presented as partial fulfillment of requirements

to obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

Presented by:

RICKY PRASTYO PUTRANTO

NIM: 115214064

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHONOLGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2012

iii

iv

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat

karya yang pernah diajukan di dalam Perguruan Tinggi, dan sepanjang

pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau

diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini

dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 14 Juli 2012

Penulis

Ricky Prastyo Putranto

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Ricky Prastyo Putranto

Nomor Mahasiswa : 115214064

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

UNJUK KERJA PENGERING KOPRA

ENERGI SURYA JENIS ALIRAN PAKSA

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas

Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis

tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya

selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 14 Juli 2012

Yang menyatakan


vii

INTISARI

Indonesia memiliki sumber daya alam berupa kopra yang melimpah untuk

dijadikan sebagai bahan pembuatan minyak kelapa. Mesin pengering kopra

dengan sumber panas dari pembakaran batok dan sabut kelapa menimbulkan

polusi udara yang mencemari lingkungan dan membahayakan kesehatan bagi para

pekerja. Salah satu alternatif pengganti sumber panas yang ramah lingkungan

adalah sumber panas dari energi surya. Dengan pemanfaatan energi surya, hasil

sisa pengolahan kopra yakni batok dan sabut kelapa dapat diolah menjadi produk

yang bernilai jual. Penelitian ini bertujuan untuk (1) membuat model pengering

kopra menggunakan energi surya jenis aliran paksa, (2) meneliti efisiensi

pengambilan kadar air maksimum, (3) meneliti efisiensi kolektor maksimum, (4)

meneliti efisiensi sistem pengeringan maksimum, (5) meneliti penurunan massa

kopra maksimum.

Alat pengering ini menggunakan kolektor ½ parabola dengan luas 1 m2,

kolektor plat datar dengan luas 0,5 m2

dan menggunakan penukar kalor jenis pipa

bersirip dengan fluida berupa air. Variabel yang divariasikan, kecepatan udara

masuk ruang pengering, massa kopra, jenis kolektor dan terbuka atau tertutupnya

kaca dengan alumunium foil diatas ruang pengering. Variabel yang diukur

temperatur masuk dan keluar penukar kalor, temperature udara keluar ruang

pengering, temperatur penerima kalor kolektor, temperature masuk dan keluar air

di penukar kalor.

Hasil penelitian menunjukkan efisiensi pengambilan kadar air maksimum

sebesar 84,67% pada variasi laju aliran massa udara 0,2 kg/s, penutup kaca

terbuka, kolektor ½ parabola dan massa kopra 1 kg. Efisiensi sistem pengering

maksimum dicapai sebesar 9,69% pada variasi variasi laju aliran massa udara 0,2

kg/s, penutup kaca tertutup, kolektor plat datar dan massa kopra 1 kg. Efisiensi

kolektor maksimum dicapai sebesar 99,16% pada variasi laju aliran massa udara

0,2 kg/s, penutup kaca tertutup, kolektor plat datar dan massa kopra 1 kg.

Penurunan massa kopra maksimum dicapai sebesar 210 gram pada variasi laju

aliran massa udara 0,2 kg/s, penutup kaca terbuka, kolektor ½ parabola dan

massa kopra 2 kg.

Kata kunci: pengering kopra, energi surya, aliran paksa

viii

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas berkat,

kasih, rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas

Akhir ini sebagai salah satu syarat menyelesaikan studi di Program Studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Tugas Akhir ini berjudul “Unjuk Kerja Pengering Kopra Energi Surya Jenis

Aliran Paksa”.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua

pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, khususnya

kepada:

1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Bapak Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas

Akhir.

4. Para dosen Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang

telah memberikan bekal untuk menyusun tugas akhir ini.

5. Bapak Kasto dan Ibu Surati selaku orangtua penulis yang telah

memberikan dukungan dana dan dukungan spiritual sehingga penulisan

tugas akhir ini dapat diselesaikan.

ix

6. Kakakku Dody dan Ayun selaku keluarga penulis yang telah memberi

dukungan spiritual dan memberi inspirasi.

7. Teman-teman penulis baik dari Teknik Mesin, PMK Apostolos, dan

Sangkakala yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu yang telah

memberi inspirasi dan semangat dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari bahwa penulisan Tugas

Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu dengan hati terbuka

penulis akan menerima segala kritik, dan saran dari setiap pembaca.

Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi

semua pihak yang membacanya.

Yogyakarta, 14 Juli 2012

Penulis


x

DAFTAR ISI

halaman

Halaman Judul .............................................................................................. i

Title Page...................................................................................................... ii

Halaman Persetujuan Pembimbing ................................................................ iii

Halaman Pengesahan .................................................................................... iv

Halaman Pernyataan Keaslian ....................................................................... v

Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi ..................................................... vi

Intisari .......................................................................................................... vii

Kata Pengantar .............................................................................................. viii

Daftar Isi ....................................................................................................... x

Daftar Gambar .............................................................................................. xii

Daftar Tabel .................................................................................................. xv

BAB I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah.............................................................. 1

1.2. Perumusan Masalah .................................................................... 2

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian..................................................... 2

1.4. Batasan Masalah ......................................................................... 3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori ................................................................................. 5

xi

2.2. Persamaan Yang Digunakan ....................................................... 11

2.3. Penelitian Terdahulu ................................................................... 15

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Skema Alat ................................................................................. 18

3.2. Langkah Penelitian ..................................................................... 21

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian ........................................................................... 25

4.2. Pembahasan ................................................................................ 32

BAB V. PENUTUP

5.1. Kesimpulan................................................................................. 45

5.2. Saran .......................................................................................... 45

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 47

LAMPIRAN ................................................................................................. 49

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Alat pengering energi surya tipe aliran udara alami. ............... 5

Gambar 2.2 Alat pengering energi surya jenis aliran udara paksa............... 6

Gambar 2.3 Skema alat pengering energi surya tipe aliran udara paksa. ..... 6

Gambar 2.4 (a) Sistem Kolektor Termal Solar Pond, (b) Sistem Kolektor

Termal Plat Datar. .................................................................. 8

Gambar 2.5 Sistem kolektor termal parabola (a) Parabola biasa, (b)

Parabola Scheffler .................................................................. 9

Gambar 2.6 Bagian parabola scheffler di parabola biasa ............................ 10

Gambar 2.7 Sistem kolektor termal Heliostat ............................................. 11

Gambar 3.1 Skema alat penelitian dengan kolektor ½ parabola.................. 18

Gambar 3.2 Skema alat penelitian dengan kolektor plat datar .................... 19

Gambar 3.3 Ruang pengering tampak atas ................................................. 20

Gambar 3.4 Ruang pengering tampak depan .............................................. 20

Gambar 3.5 Ruang pengering tampak belakang ......................................... 20

Gambar 3.6 Penukar kalor (a) Tampak depan, (b) Tampak kiri .................. 21

Gambar 3.7 Kolektor ½ parabola tampak atas ............................................ 21

Gambar 3.8 Kolektor plat datar (a) Tampak depan, (b) Tampak samping ... 21

Gambar 4.1 Grafik hubungan RH dan energi surya terhadap waktu pada

data penelitian variasi satu (aliran udara 0,2 kg/s, kaca

terbuka, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola). ................... 37

xiii


data penelitian variasi dua (aliran udara 0,1 kg/s, kaca

terbuka, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola) .................... 38


data penelitian variasi tiga (aliran udara 0,2 kg/s, kaca

tertutup, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola) .................... 38


data penelitian variasi empat (aliran udara 0,2 kg/s, kaca



data penelitian variasi lima (aliran udara 0,2 kg/s, kaca

tertutup, massa kopra 1 kg, kolektor plat datar) ...................... 39

Gambar 4.6 Grafik efisiensi pengambilan kadar air ................................... 40

Gambar 4.7 Grafik efisiensi sistem pengering ............................................ 41

Gambar 4.8 Grafik efisiensi sistem pengering pada variasi 3 dan 5 ............ 42

Gambar 4.9 Grafik efisiensi sistem pengering pada variasi 1 dan 3 ............ 43

Gambar 4.10 Grafik efisiensi kolektor ......................................................... 44

Gambar 4.11 Grafik penurunan massa kopra ............................................... 44

Gambar 6.1 Ruang pengering kopra .......................................................... 49

Gambar 6.2 Penerima kalor dari kolektor ½ parabola ................................ 49

Gambar 6.3 Alat penelitian menggunakan kolektor ½ parabola ................. 50

Gambar 6.4 Alat penelitian menggunakan kolektor plat datar .................... 50

Gambar 6.5 Alat pendukung pengambilan data .......................................... 51

xiv

Gambar 6.7 Buah kelapa (kopra) yang dikeringkan ................................... 51

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian variasi satu (aliran udara 0,2 kg/s, kaca


Tabel 4.2 Data penelitian variasi dua (aliran udara 0,1 kg/s, kaca


Tabel 4.3 Data penelitian variasi tiga (aliran udara 0,2 kg/s, kaca

tertutup, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola) .................... 28

Tabel 4.4 Data penelitian variasi empat (aliran udara 0,2 kg/s, kaca


Tabel 4.5 Data penelitian variasi lima (aliran udara 0,2 kg/s, kaca

tertutup, massa kopra 1 kg, kolektor plat datar) ...................... 31

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia memiliki sumber daya alam yang melimpah, salah satunya adalah

pemanfaatan buah kopra untuk dijadikan sebagai bahan pembuatan minyak kelapa.

Dari pembuatan buah kopra kering yang siap untuk diolah menjadi minyak kelapa,

diperlukan sebuah alat untuk mempercepat pengeringan kopra itu sendiri. Petani kopra

yang masih tradisional, banyak yang belum menggunakan alat pengering untuk

membantu mempercepat pengeringan. Sedangkan untuk petani yang memiliki modal

kerja cukup besar dan berorientasi pada jumlah kopra yang dihasilkan, mereka

memakai mesin pengering untuk mempercepat pengeringan.

Untuk memperoleh buah kopra kering yang berkualitas baik, mesin yang

digunakan adalah mesin pengering yang sumber panasnya tidak langsung mengenai

bahan yang dipanaskan. Pada umumnya sumber panas yang digunakan adalah

pembakaran dari batok dan kulit kelapa itu sendiri. Sumber panas itu dipilih karena

biaya yang murah dan mudah didapat serta memanfaatkan dari batok serta kulit kelapa

itu sendiri. Adapun sumber energi untuk menggerakkan kipas yang berfungsi untuk

mengalirkan udara panas dari penukar kalor ke ruang pengeringan menggunakan

mesin diesel atau menggunakan motor listrik.

Akibat yang ditimbulkan dari penggunaan sumber panas dari pembakaran

batok dan kulit kelapa adalah polusi udara yang dapat mencemari lingkungan dan

membahayakan kesehatan bagi para pekerja. Apabila panas yang digunakan dari

2

sumber energi surya, maka batok kelapa dan sabut kelapa yang menjadi sisa dari

pengolahan kopra dapat diolah menjadi suatu produk yang memiliki nilai tambah.

Sebagai contoh batok kelapa dapat dimanfaatkan menjadi arang aktif yang bernilai

jual. Sabut dapat dijual sebagai untuk bahan kerajinan dan dapat dibuat menjadi

cocomesh sebagai bahan reklamasi daerah pertambangan. Dari latar belakang inilah

penulis ingin membuat alat pengering buah kopra dengan sumber panas dari energi

surya. Energi surya adalah energi yang bebas dari polusi dan bisa kita dapatkan setiap

hari.

1.2 Perumusan Masalah

Dari penelitian ini penulis dapat merumuskan beberapa masalah sebagai berikut:

1. Energi surya yang digunakan untuk mengeringkan kopra dapat digunakan

secara langsung atau tidak langsung.

2. Pengeringan dengan energi surya tak langsung menggunakan penukar

kalor, dimana energi surya digunakan untuk memanaskan air. Sebuah

penukar kalor dan kipas digunakan untuk memindahkan panas dari air ke

udara.

3. Pengeringan dengan energi surya, secara langsung ke ruang pengeringan.

Pada ruang pengeringan di bagian atasnya dipasang kaca untuk

meneruskan energi termal surya sekaligus sebagai penjebak gelombang

energi termal dari surya. Sebuah kipas ditambahkan untuk membuat aliran

udara masuk ke ruang pengering.

3

1.3 Tujuan dan Manfaat

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:

1. Membuat model pengering kopra energi surya jenis aliran paksa.

2. Meneliti efisiensi pengambilan kadar air maksimum.

3. Meneliti efisiensi kolektor maksimum.

4. Meneliti efisiensi sistem pengering maksimum.

5. Meneliti penurunan massa kopra maksimum.

Manfaat yang diperoleh dalam penelitian ini adalah:

1. Menambah kepustakaan tentang teknologi pengering energi surya.

2. Hasil dari penelitian ini diharapkan mempu untuk diaplikasikan secara nyata

dalam pembuatan pengering kopra energi surya.

3. Ketergantungan sumber panas dari energi pembakaran biomass dapat

dikurangi, sehingga dapat tercipta lingkungan yang bebas polusi udara dan

sehat bagi pekerja pembuat kopra.

1.4 Batasan Masalah

Batasan dari penelitian ini adalah :

1. Pada peneltian ini dibuat sebuah model pengering tenaga surya secara tidak

langsung menggunakan penukar kalor, dimana fluida yang digunakan

berupa air dengan sumber energi panas dari energi surya.

2. Luas kolektor model ½ reflektor parabola adalah ± 1 m2, luas kolektor jenis

plat datar 0,5 m2 dan luas penampang penerima cahaya matahari secara

langsung ke dalam ruang pengering adalah 0,279 m2.

4

3. Udara mengalir ke dalam ruang pengering menggunakan bantuan kipas

dimana variasi kecepatan sebesar 2,06 m/s dan 1,05 m/s. Maka laju aliran

massa udara yang divariasikan sebesar 0,2 kg/s dan 0,1 kg/s.

4. Bahan yang dikeringkan adalah kopra dengan variasi massa 1 kg dan 2 kg.

5. Kopra dipergunakan dalam penelitian memiliki kualitas yang berbeda, baik

dari umur buah kelapa maupun tebal dan tipis daging kelapa. Hal ini

disebabkan karena sulit menemukan kopra dengan kualitas yang sama.

6. Perhitungan berat massa kopra yang dikeringkan dilakukan diawal dan akhir

proses penelitian.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

Pada umumnya konstruksi alat pengering hasil pertanian menggunakan

absorber pelat (Gambar 2.1 dan 2.2). Bagian utama dari pengering tipe ini

adalah absorber (terletak dalam kotak kolektor) yang akan menerima energi

surya yang datang dan mengkonversikannya menjadi panas. Absorber ini

berfungsi untuk memanasi udara luar yang mengalir ke kotak tempat bahan yang

akan dikeringkan secara alami seperti Gambar 2.1 atau dapat juga dengan

bantuan blower seperti Gambar 2.2. Udara yang sudah dipanasi absorber ini

akan mengalir menembus hasil pertanian yang akan dikeringkan. Pada saat udara

panas ini menembus hasil pertanian terjadi perpindahan panas dan massa air dari

hasil pertanian ke udara panas tersebut, proses ini disebut proses pengeringan.

Gambar 2.1 Alat pengering energi surya jenis aliran udara alami.

6

Gambar 2.2 Alat pengering energi surya jenis aliran udara paksa.

Gambar 2.3 Skema alat pengering energi surya tipe aliran udara paksa.

Blower

Kolektor Plat Datar

Ruang Pengering

7

Prinsip kerja dari alat pengering energi surya pada Gambar 2.1 adalah

udara yang masuk ke kolektor dipanasi oleh sinar matahari dan di sirkulasikan

melalui lapisan tempat bahan dikeringkan dengan konveksi alami. Udara yang

bertemperatur tinggi yang melalui lapisan tempat bahan dikeringkan, sehingga

terjadi proses pengeringan. Cerobong memberikan tarikan tambahan, yang

diciptakan oleh perbedaan massa jenis antara udara di dalam dan di luar

pengering.

Sedangkan prinsip kerja dari alat pengering energi surya pada Gambar 2.2

dan Gambar 2.3 adalah udara yang masuk lewat pipa bagian bawah lalu

diteruskan melewati kolektor plat datar untuk dipanaskan. Udara yang telah

panas lalu naik, berkumpul dipipa bagian atas lalu masuk ruang pengering.

Sirkulasi udara ini dilakukan dengan bantuan blower.

Secara umum ada empat sistem termal yang dapat mengkonversi energi

surya menjadi panas. Keempat sistem termal itu adalah Solar Pond, Plat Datar,

Parabolik dan Heliostat. Sistem Solar Pond menggunakan suatu kolam yang

berisi suatu fluida yang dapat menyimpan panas, contoh seperti Gambar 2.4. (a).

Sistem plat datar seperti pada Gambar 2.4 (b) adalah jenis kolektor yang terbuat

dari sebuah plat logam yang diberi warna hitam. Pemberian warna hitam

dimaksudkan agar radiasi surya dapat semaksimal mungkin di serap oleh plat

logam itu sendiri. Jenis ini paling banyak digunakan sebagai pemanas fluida air,

walaupun ada yang digunakan sebagai pemanas udara.

8

(a) (b)

Gambar 2.4 (a) Sistem Kolektor Termal Solar Pond, (b) Sistem Kolektor

Termal Plat Datar.

Sistem Parabolik seperti pada Gambar 2.5 (a) adalah sistem yang

menggunakan reflektor yang berbentuk parabola. Dengan menggunakan

reflektor berbentuk parabola ini, energi surya yang diterima difokuskan pada

suatu titik. Pemfokusan ini menyebabkan temperatur yang ada di titik dapat

mencapai 150 o

C – 800 oC. Beberapa pengembangan dari sistem termal ini salah

satunya adalah penemuan dari Wolfgang Scheffler yang menemukan reflektor

yang dinamai dari dirinya sendiri yakni parabola scheffler dimana titik fokus

dari parabola ini tetap pada suatu titik tanpa harus memindahkan titik fokus

sesuai arah datangnya sinar matahari. Untuk menjaga agar titik fokus tetap,

parabola schfflernya harus berputar secara teratur sesuai dengan waktu

penyinaran matahari, sedangkan titik fokusnya tetap pada suatu tempat tanpa

bergerak. Hal inilah yang membedakan antara parabola schffler dan parabola

biasa.

9

(a) (b)

Gambar 2.5 Sistem Kolektor Termal Parabola (a) Parabola biasa,

(b) Parabola Scheffler

Pada parabola biasa, titik fokus harus ikut berpindah sesuai arah datangnya

matahari. Parabola scheffler pada dasarnya diambil dari bentuk parabola itu

sendiri, lihat Gambar 2.6. Pada Gambar 2.6 terlihat bahwa parabola scheffler

merupakan bagian kecil dari parabola itu sendiri. Karena diambil dari ½

parabola dan sisi sebelah kanan dan kiri di perkecil sehingga membentuk pola

seperti elips maka parabola scheffler dapat menjaga titik fokus tetap di depan.

Adapun pergerakan matahari dapat diatasi dengan memutar parabola scheffler

saat matahari terbit dari timur ke barat. Perputaran parabola scheffler ini dapat

diatasi dengan penambahan mechanical tracking atau electrikal tracking.

10

Gambar 2.6 Bagian parabola scheffler di parabola biasa

Sistem termal Heliostat merupakan sistem kolektor yang menggunakan

banyak sekali reflektor datar yang disusun mengelilingi suatu titik di menara

atau bangunan, lihat Gambar 2.7. Pola pergerakan cermin diatur secara

elektronik sesuai arah datangnya sinar matahari. Cermin-cermin yang berjumlah

sangat banyak itu mampu menghasilkan suhu temperatur yang sangat tinggi

pada bidang yang difokuskan. Suhu yang mampu dihasilkan dari sistem ini 250

oC – 1000

oC.

11

Gambar 2.7 Sistem Kolektor Termal Heliostat

2.2 Persamaan yang Digunakan

Untuk mengetahui unjuk kerja dari sistem pengering maka diperlukan

persamaan yang dapat membantu mengetahui unjuk kerja sistem. Hal yang perlu

dilakukan pertama kali adalah menghitung energi berguna. Energi berguna ini

adalah jumlah energi yang dipindahkan dari sumber energi ke tempat yang lain.

Persamaanya dapat dinyatakan sebagai berikut:

𝑄𝑢 = 𝑚 . 𝐶𝑝 . 𝑇1 − 𝑇2 ….(1)

dimana:

Qu = energi berguna (W)

ṁ = laju aliran massa fluida (kg/s)

CP = panas spesifik fluida (J/kg.°C)

T1 = temperatur fluida akhir (°C)

T2 = temperatur fluida awal (°C)

12

Untuk untuk menghitung laju aliran massa dari fluida udara menggunakan

persamaan:

𝑚 = 𝐴 . 𝑣 . 𝜌 ….(2)

dimana:

A = Luas penampang saluran masuk udara (m²)

v = Kecepatan udara masuk saluran (m/s)

ρ = Massa jenis fluida udara (kg/m3)

Apabila fluida yang digunakan adalah air maka untuk mengetahui laju aliran

massa dapat menggunakan persamaan sebagi berikut:

𝑚 = 𝑄 . 𝜌 ….(3)

dimana:

Q = Debit air (m3/s)

ρ = Massa jenis air (kg/m3)

Dalam sistem pengering diperlukan energi untuk menguapkan air yang

terdapat pada bahan yang akan dikeringkan. Untuk menghitung energi yang

dibutuhkan untuk menguapkan air digunakan persamaan sebagai berikut.

𝑄 = 𝑚𝑤 . 𝑕𝑓𝑔 ….(4)

dengan:

𝑄 : Kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan uap air (MJ/kg)

𝑚𝑤 : laju massa air yang menguap (kg/detik)

13

𝑕𝑓𝑔 : Entalpi uap jenuh (kJ/kg)

Unjuk kerja sistem pengering dapat diketahui dengan menghitung efisiensi

dari kolektor, efisiensi sistem pengering dan efisiensi pengambilan kadar air.

Efisiensi kolektor (𝜂𝑐 ) didefinisikan sebagai perbandingan antara energi berguna

dengan total energi surya yang datang ke kolektor, dan dapat dinyatakan dengan

persamaan:

𝜂𝑐 =𝑄𝑢

𝐴𝑐 . 𝐺.𝑑𝑡𝑡

0

….(5)

dengan :

QU : Energi berguna ( W)

AC : Luas kolektor surya (m2)

𝐺. 𝑑𝑡𝑡

0 : Intensitas energi surya yang datang (W/m

2)

Efisiensi pengambilan kadar air (P) didefinisikan sebagai perbandingan

uap air yang dipindahkan (diambil) oleh udara dalam alat pengering dengan

kapasitas teoritis udara menyerap uap air, dan dapat dinyatakan dengan

persamaan:

𝜂𝑝 =𝑅𝐻𝑜𝑢𝑡 _𝑝−𝑅𝐻𝑜𝑢𝑡 _𝑐

𝑅𝐻𝑖𝑛 _𝑐−𝑅𝐻𝑜𝑢𝑡 _𝑐 ….(6)

dengan :

𝑅𝐻𝑜𝑢𝑡 _𝑝 : kelembaban relatif udara keluar alat pengering

𝑅𝐻𝑜𝑢𝑡 _𝑐 : kelembaban relatif udara masuk alat pengering

14

𝑅𝐻𝑖𝑛 _𝑐 : kelembaban jenuh adiabatis udara masuk alat pengering

Dimana besarnya tingkat kelembaban udara (RH) menyatakan banyaknya

komposisi kadar air yang terkandung dalam udara (Cengel, 1989), dan

dinyatakan dalam persamaan :

𝑅𝐻 =𝜔2𝑃

0.622+𝜔1 𝑃𝑔1

….(7)

dengan :

ω1 : Kelembaban spesifik udara (kg H2O/kg udara kering)

ω2 : Kelembaban spesifik udara jenuh (kg H2O/kg udara kering)

Pg1 : Tekanan uap air jenuh pada temperatur kering (kPa)

P : Tekanan udara luar (kPa)

diperoleh dengan persamaan :

𝜔2 =0.622𝑃𝑔2

𝑃−𝑃𝑔2

….(8)

dengan :

Pg2 : Tekanan uap air jenuh pada temperatur basah (kPa)

P : Tekanan udara luar (kPa)

diperoleh dengan persamaan :

𝜔1 =𝐶𝑝 𝑇2−𝑇1 +𝜔2𝑕𝑓𝑔 2

𝑕𝑔1−𝑕𝑓2

….(9)

dengan :

15

Cp : Panas spesifik udara (1.005 kJ/kgoC)

ω2 : Kelembaban spesifik (kg H2O/kg udara kering)

hfg2 : Entalpi penguapan pada temperatur basah (kJ/kg)

hg1 : Entalpi uap jenuh pada temperatur kering (kJ/kg)

hf2 : Entalpi cair jenuh pada temperatur basah (kJ/kg)

T1 : Temperatur udara kering (oC)

T2 : Temperatur udara basah (oC)

Sedangkan Efisiensi sistem pengering (S) didefinisikan sebagai

perbandingan antara energi yang digunakan untuk menguapkan air dari kopra

yang dikeringkan dengan energi yang datang pada alat pengering, dan dapat

dinyatakan dengan persamaan:

𝜂𝑠 =𝑚𝑤 .𝑕𝑓𝑔

𝐴𝑐 . 𝐺 .𝑑𝑡𝑡

0

….(10)

dengan :

𝑚𝑤 : laju massa air yang menguap (kg/detik)

𝑕𝑓𝑔 : kalor laten dari air yang menguap saat temperatur pengering

(J/kg)

AC : luas kolektor surya (m2)

𝐺. 𝑑𝑡𝑡

0 : intensitas energi surya yang datang (W/m

2)

2.3 Penelitian Terdahulu

16

Pengeringan didefinisikan sebagai operasi perpindahan panas secara simultan

dengan perubahan fase untuk memindahkan sejumlah relatif kecil air dan cairan

lainnya dari suatu system yang terdiri dari banyak komponen, sehingga

diperoleh bahan padat kering yang masih mengandung sejumlah sisa air yang

aman untuk dapat disimpan lama (Taib, Said dan Wiratmaja, 1988). Didalam

proses pengeringan akan terjadi beberapa proses : a) proses pemindahan panas

dari udara pengering kedalam bahan lembab yang akan dikeringkan, b) proses

pemindahan massa air (uap air) dari dalam bahan kepermukaan yang

dikeringkan dan kemudian diikuti oleh pemindahan uap air dari permukaan

bahan masuk kedalam aliran udara pengering. Kedua proses ini berlangsung

secara simultan dan saling mempengaruh, namun demikian dapat dianalisa

secara terpisah antara kedua proses tersebut (Muljoharjo, 1987). Pengeringan

merupakan cara terbaik dalam pengawetan bahan makanan dan pengering energi

surya merupakan teknologi yang sesuai bagi kelestarian alam (Scanlin, 1997).

Pengeringan dengan penjemuran langsung (tradisional) sering menghasilkan

kualitas pengeringan yang buruk. Hal ini disebabkan bahan yang dijemur

langsung tidak terlindungi dari debu, hujan, angin, serangga, burung atau

binatang lain. Kontaminasi dengan mikroorganisme yang terdapat di tanah dapat

membahayakan kesehatan (Häuser et. Al,2009). Kelemahan utama dari

pengering energi surya adalah kecilnya koefisien perpindahan panas antara pelat

absorber dan udara yang dipanasi, sehingga menyebabkan efisiensi kolektor

yang rendah. Beberapa modifikasi telah banyak diusulkan meliputi penggunaan

sirip (Garg et al., 1991), penggunaan absorber dengan permukaan kasar

17

(Choudhury et al., 1988), dan penggunaan absorber porus (Sharma et. al., 1991).

Penelitian pengering energi surya dengan luas kolektor 1,64m2 yang dilengkapi

8 sampai 32 sirip segi empat dengan luas total sirip 0,384 m2 dapat menaikkan

temperatur udara keluar dan efisiensi kolektor. Sirip dipasang di dalam kolektor

dengan dua variasi pemasangan yaitu sirip dapat bergerak bebas dan tetap

(Kurtbas, 2006).

18

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Skema Alat

Pada penelitian ini rancangan sistem pengering berbeda dengan sistem

pengering tenaga surya pada umumnya. Sistem ini menggunakan penukar kalor

jenis pipa bersirip dan pemanasan secara langsung oleh energi matahari. Gambar

3.1 adalah skema alat yang digunakan dalam penelitian.

Gambar 3.1 Skema alat penelitian dengan kolektor ½ parabola.

Bagian-bagian utama dari alat pada Gambar 3.1:

a) Kolektor ½ Parabola dengan luas permukaan ± 1m².

b) Ruang pengering ukuran 1 x 0,33 x 0,25 m.

c) Penerima kalor berbentuk segiempat 0,15 x 0,15 m.

Kolektor ½ Parabola

Ruang Pengering

Kipas

Penukar Kalor

Penerima Kalor

Kaca

Pompa Sirkulasi Fluida Air

19

d) Penukar kalor model pipa bersirip.

e) Kipas angin.

f) Pompa air dengan debit 2,16 L/m .

Gambar 3.2 Skema alat penelitian dengan kolektor plat datar.

Bagian-bagian utama dari alat pada Gambar 3.2 hampir sama dengan

Gambar 3.1. Yang menjadi perbedaan adalah kolektor yang digunakan. Kolektor

yang digunakan adalah jenis plat datar dengan luas permukaan ± 0,5 m2. Gambar

3.3 sampai Gambar 3.8 adalah gambar dimensi alat penelitian yang digunakan.

Satuan yang dipergunakan dalam (cm).

Kolektor plat datar

Ruang Pengering

Kipas

Penukar Kalor

Kaca

Pompa Sirkulasi Air

20

Gambar 3.3 Ruang pengering tampak atas.

Gambar 3.4 Ruang pengering tampak depan.

Gambar 3.5 Ruang pengering tampak belakang.

21

(a) (b)

Gambar 3.6 Penukar kalor (a) Tampak depan, (b) Tampak kiri.

Gambar 3.7 Kolektor ½ parabola tampak atas

(a) (b)

Gambar 3.8 Kolektor plat datar (a) Tampak depan, (b) tampak samping

3.2 Langkah Penelitian

Langkah penelitian dimulai dengan menentukan variasi data yang akan

diambil dari pengujian alat. Adapun variabel yang akan divariasikan saat

pengambilan data adalah:

22

1. Laju aliran massa udara yang masuk ke ruang pengering sebesar 0,2 kg/s

dan 0,1 kg/s.

2. Penambahan pemanasan langsung diatas benda yang dikeringkan dengan

membuka atau menutup kaca menggunakan alumunium foil yang

diletakkan diatas ruang pengering.

3. Massa kopra yang dikeringkan sebesar 1 kg dan 2 kg.

4. Jenis kolektor plat datar dengan luas 0,5 m2 dan kolektor ½ parabola

dengan luas 1 m2.

Setelah menentukan variabel data yang divariasikan, lalu menentukan

variabel yang akan diukur. Berikut ini adalah variabel yang akan diukur saat

melakukan penelitian:

1. Energi surya yang datang (GT).

2. Temperatur udara masuk penukar kalor yakni temperatur kering (T₁) dan

temperatur basah (T2).

3. Temperatur udara keluar penukar kalor yakni temperatur kering (T3) dan

temperatur basah (T4).

4. Temperatur udara keluar dari ruang pengering yakni temperatur kering

(T5) dan temperatur basah (T6).

5. Temperatur masuk penukar kalor (T7).

6. Temperatur keluar penukar kalor (T8).

7. Temperatur penerima kolektor surya (T9).

8. Massa bahan yang dikeringkan (M)

23

Dengan mengetahui variabel yang divariasikan serta variabel yang akan

diukur, maka penelitian dapat dilakukan. Dalam melakukan penelitian harus

melalui prosedur yang sama, agar hasil penelitian dapat dicapai dengan

sempurna. Berikut ini prosedur yang harus dilakukan saat melakukan penelitian:

1. Penelitian diawali dengan mempersiapkan alat seperti Gambar 3.1 atau

penelitian menggunakan variasi seperti Gambar 3.2.

2. Pengambilan data dilakukan selama 3 jam dari jam efektif matahari yakni dari

pukul 10.30 sampai 13.30 WIB.

3. Pengambilan data dilakukan dengan menvariasikan kecepatan udara,

penambahan pemanasan langsung dengan membuka tutup alumunium foil

diatas kaca dan jumlah massa kopra yang dikeringkan.

4. Pada variasi data suatu parameter, nilai parameter yang lain sama.

5. Data yang dicatat adalah konstanta energi surya yang datang (G), temperatur

kering dan basah udara masuk penukar kalor (T1 dan T2), temperatur kering

dan basah udara keluar penukar kalor (T3 dan T4), temperatur kering dan

basah udara keluar ruang pengering (T5 dan T6), temperatur air masuk

penukar kalor (T7), temperatur air keluar penukar kalor (T8), Temperatur

penerima kolektor surya (T9) dan penurunan massa bahan yang dikeringkan

(M).

6. Pengambilan data dari parameter yang lain dilakukan pada hari yang berbeda

dengan tujuan agar temperatur alat kembali pada kondisi semula.

24

Setelah pengambilan data dari masing-masing variabel yang divariasikan

sudah selesai dilakukan, maka hal yang akan dilakukan selanjutnya adalah

melakukan perhitungan dan analisa. Perhitungan dilakukan pada parameter-

parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1) sampai dengan

persamaan (10). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik

hubungan:

1. Hubungan efisiensi kolektor, efisiensi pengambilan kadar air dan efisiensi

sistem pengering dengan energi surya yang datang.

2. Hubungan massa kopra yang dikeringkan terhadap waktu dan jenis variasi.

25

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Di bawah ini disajikan data pengambilan data variasi satu. Data variasi satu

adalah data yang diambil saat kondisi laju aliran massa udara yang masuk ke ruang

pengering sebesar 0,2 kg/s, penutup kaca diatas ruang pengering dilepas, berat kopra

sebesar 1 kg dan menggunakan kolektor ½ parabola.

Tabel 4.1 Data penelitian variasi satu (aliran udara 0,2 kg/s, kaca terbuka, massa

kopra 1 kg, kolektor ½ parabola).

Waktu Gt T₁ T₂ T₃ T₄ T₅ T₆ T₇ T₈ T₉

Massa Kering Basah Kering Basah Kering Basah In Out Reciefer

Pukul W/m² ˚C ˚C ˚C ˚C ˚C ˚C ˚C ˚C ˚C Kg

10.30 863 27 27 31 15 24 19 20 19 40 1

10.35 874 30 27 31 16 28 21 20 20 40

10.40 884 31 30 33 19 24 17 18 18 37

10.45 902 32 31 36 21 24 17 19 19 39

10.50 920 31 31 36 22 24 17 20 19 38

10.55 870 31 30 34 17 25 19 20 20 39

11.00 820 32 30 37 19 24 19 21 20 39

11.05 870 32 30 38 19 24 19 22 21 39

11.10 920 32 30 36 18 26 20 22 22 39

11.15 920 32 29 39 19 25 20 23 22 39

11.20 919 32 31 37 21 27 20 24 22 39

11.25 927 32 30 37 19 28 21 24 23 40

11.30 934 33 30 39 19 25 20 24 22 39

11.35 930 34 32 39 22 26 20 23 23 38

11.40 925 35 33 39 24 28 20 24 23 39

11.45 921 32 30 38 21 30 22 23 22 40

11.50 916 34 29 38 22 31 22 26 25 41

11.55 913 34 32 39 22 28 20 25 24 39

12.00 910 34 33 39 22 28 20 28 27 41

12.05 912 35 34 39 21 28 20 26 25 41

26

Tabel 4.1 Data penelitian variasi satu (aliran udara 0,2 kg/s, kaca terbuka, massa

kopra 1 kg, kolektor ½ parabola). …(lanjutan)




12.10 913 35 34 39 23 27 20 26 25 40

12.15 909 33 32 39 22 29 21 29 28 43

12.20 905 35 34 39 21 29 21 27 25 40

12.25 905 35 35 39 19 28 20 30 28 41

12.30 904 35 34 39 21 28 20 30 29 40

12.35 898 34 34 39 22 31 21 30 29 45

12.40 892 32 32 37 18 31 22 28 27 40

12.45 877 32 31 37 17 31 27 29 28 40

12.50 862 35 31 37 18 31 29 29 28 40

12.55 849 34 31 37 19 34 30 29 29 40

13.00 836 35 31 37 18 32 27 37 36 39

13.05 856 34 31 36 16 31 22 37 36 39

13.10 876 32 32 36 21 37 30 39 38 40

13.15 867 32 32 34 18 39 30 39 38 37

13.20 858 33 31 33 17 39 31 40 38 39

13.25 849 37 33 31 16 39 32 38 38 37

13.30 840 32 31 31 16 38 30 38 37 34 0,821

Berikutnya adalah pengambilan data penelitian pada data variasi kedua. Data

variasi kedua adalah data yang diambil saat laju aliran massa udara yang masuk ke

ruang pengering sebesar 0,1 kg/s, penutup kaca diatas ruang pengering dilepas, berat

kopra sebesar 1 kg dan menggunakan kolektor ½ parabola.

Tabel 4.2 Data penelitian variasi dua (aliran udara 0,1 kg/s, kaca terbuka, massa





10.30 801 34 30 33 23 26 23 21 19 34 1

10.35 816 34 30 33 26 27 25 21 18 37

10.40 830 37 33 36 24 28 27 25 23 37

27

Tabel 4.2 Data penelitian variasi dua (aliran udara 0,1 kg/s, kaca terbuka, massa





10.45 833 32 31 34 19 28 25 23 21 39

10.50 835 32 31 32 21 30 27 23 21 39

10.55 804 32 31 33 19 33 29 27 24 39

11.00 772 32 21 38 22 25 21 24 22 38

11.05 803 32 30 38 22 27 22 24 22 39

11.10 833 31 30 34 19 32 28 25 22 40

11.15 838 30 30 34 19 31 25 25 24 40

11.20 842 31 29 37 23 31 27 39 37 39

11.25 843 30 29 34 27 30 27 39 37 40

11.30 844 29 29 34 17 31 27 40 36 40

11.35 845 29 27 33 17 30 25 40 38 40

11.40 846 32 31 34 19 33 29 40 38 40

11.45 813 32 31 36 19 29 24 25 22 38

11.50 780 33 32 37 24 34 29 37 35 37

11.55 813 35 32 38 26 34 30 38 37 36

12.00 845 32 31 34 21 29 22 28 27 37

12.05 844 33 32 34 23 30 23 29 28 37

12.10 842 34 31 36 18 29 23 24 23 38

12.15 856 32 30 33 18 29 22 33 36 39

12.20 870 32 30 32 18 30 23 24 22 39

12.25 849 31 30 31 16 30 21 27 23 39

12.30 828 32 31 34 19 29 23 38 36 39

12.35 849 33 32 34 17 29 22 29 28 39

12.40 870 32 31 34 17 30 23 24 22 39

12.45 865 33 32 32 16 31 24 27 25 39

12.50 860 33 32 34 18 30 23 39 38 40

12.55 841 33 32 31 17 32 27 30 29 40

13.00 821 33 32 33 17 27 24 29 25 40

13.05 832 33 32 32 18 38 30 32 31 41

13.10 843 32 31 34 22 33 27 24 23 41

13.15 833 35 34 33 18 32 30 22 22 39

13.20 822 33 32 33 19 40 33 25 28 39

13.25 563 32 32 34 22 40 32 23 24 38

13.30 304 32 32 31 21 39 31 31 24 38 0,817

28

Selanjutnya adalah pengambilan data penelitian untuk variasi tiga. Data

penelitian variasi tiga adalah data yang diambil saat laju aliran massa udara yang

masuk ke ruang pengering sebesar 0,2 kg/s, penutup kaca diatas ruang pengering

terpasang, berat kopra sebesar 1 kg dan menggunakan kolektor ½ parabola.

Tabel 4.3 Data penelitian variasi tiga (aliran udara 0,2 kg/s, kaca tertutup, massa





10.30 776 32 26 29 21 25 16 25 22 32 1

10.35 858 32 31 32 26 31 22 28 24 36

10.40 940 27 26 27 21 28 16 19 15 33

10.45 934 26 26 29 19 25 15 16 14 33

10.50 928 27 26 30 22 27 17 20 17 36

10.55 558 31 30 31 22 25 19 22 20 36

11.00 188 34 31 34 29 32 25 30 28 37

11.05 483 32 29 31 25 30 23 29 27 36

11.10 777 27 25 29 18 22 17 19 17 34

11.15 768 27 27 29 19 23 16 19 17 34

11.20 759 29 26 29 19 24 17 22 18 37

11.25 789 30 29 31 23 25 22 23 19 38

11.30 818 27 26 30 22 26 19 21 18 38

11.35 844 29 29 31 22 26 19 22 17 39

11.40 869 29 29 31 21 25 17 20 17 38

11.45 869 30 30 31 22 26 16 20 16 38

11.50 868 30 27 31 23 27 20 22 18 39

11.55 818 30 27 31 23 28 20 22 17 39

12.00 767 30 29 31 22 25 19 22 18 39

12.05 802 32 31 32 22 25 19 23 19 39

12.10 836 31 31 32 23 26 20 22 19 39

12.15 840 31 31 33 23 27 20 24 21 39

12.20 844 32 32 33 23 28 17 22 20 38

12.25 838 32 31 33 24 29 21 24 21 39

12.30 831 33 31 33 25 29 22 27 23 40

12.35 826 33 30 33 24 28 19 22 19 39

12.40 821 32 32 33 24 29 22 24 22 39

29

Tabel 4.3 Data penelitian variasi tiga (aliran udara 0,2 kg/s, kaca tertutup, massa





12.45 822 32 32 33 23 28 21 23 21 39

12.50 822 34 32 36 25 31 22 28 22 39

12.55 801 33 30 31 24 30 23 27 22 40

13.00 780 33 33 32 23 28 20 22 19 39

13.05 713 32 32 33 23 29 22 25 21 39

13.10 645 32 32 39 23 28 25 23 21 39

13.15 575 32 32 39 24 29 30 24 21 40

13.20 505 33 32 39 24 29 30 22 19 39

13.25 545 32 32 39 24 29 30 30 28 40

13.30 585 32 32 39 24 28 30 35 32 40 0,854

Data selanjutnya adalah data penelitian pada variasi empat. Variasi empat adalah

data yang diambil saat laju aliran massa udara yang masuk ke ruang pengering sebesar

0,1 kg/s, penutup kaca diatas ruang pengering dilepas, berat kopra sebesar 2 kg dan

menggunakan kolektor ½ parabola.

Tabel 4.4 Data penelitian variasi empat (aliran udara 0,2 kg/s, kaca terbuka, massa





10.30 517 32 27 30 22 27 25 21 19 33 2

10.35 459 32 29 31 23 27 25 22 21 34

10.40 400 32 30 31 24 30 28 25 22 34

10.45 421 32 30 31 24 29 27 25 22 34

10.50 441 32 30 30 22 31 29 23 22 36

10.55 599 32 30 31 25 32 30 28 25 36

11.00 757 29 27 31 23 26 24 22 21 34

11.05 583 32 27 31 23 28 27 23 21 37

11.10 409 31 30 32 24 29 27 22 20 38

30

Tabel 4.4 Data penelitian variasi empat (aliran udara 0,2 kg/s, kaca terbuka, massa





11.15 406 32 30 33 24 30 27 25 22 38

11.20 403 32 31 33 25 30 28 27 25 38

11.25 419 32 31 31 24 33 30 28 27 39

11.30 434 33 31 32 24 31 30 25 24 38

11.35 353 32 30 32 24 31 29 23 22 38

11.40 272 35 32 36 28 31 27 23 23 37

11.45 486 33 32 31 26 31 29 24 24 38

11.50 700 32 30 34 25 30 27 24 23 38

11.55 558 37 32 36 29 34 31 29 28 39

12.00 416 34 32 34 26 31 29 27 25 37

12.05 522 34 31 34 26 29 27 24 24 37

12.10 627 30 30 31 24 30 27 24 22 39

12.15 620 30 30 32 24 31 28 22 21 39

12.20 613 32 31 33 24 31 28 23 22 38

12.25 495 33 32 34 26 32 30 29 27 40

12.30 377 34 32 37 28 32 30 30 29 39

12.35 421 32 32 36 26 32 30 28 27 39

12.40 465 32 32 36 25 31 29 25 25 39

12.45 454 34 32 37 26 32 30 28 27 39

12.50 442 33 32 34 26 34 30 28 27 40

13.00 251 32 32 36 26 34 30 25 25 40

13.05 211 37 33 37 29 37 32 31 30 39

13.10 171 38 33 37 31 39 35 35 33 39

13.15 146 38 32 37 30 38 33 35 33 39

13.20 121 37 32 37 30 37 31 35 33 38

13.25 171 35 32 37 30 36 30 35 32 37

13.30 221 32 31 31 26 34 30 31 30 37 1,79

Data penelitian yang terakhir adalah data penelitian variasi lima. Variasi lima

adalah data yang diambil saat laju aliran massa udara yang masuk ke ruang pengering

sebesar 0,2 kg/s, penutup kaca diatas ruang pengering terpasang, berat kopra sebesar 1

kg dan menggunakan kolektor plat datar.

31

Tabel 4.5 Data penelitian variasi lima (aliran udara 0,2 kg/s, kaca tertutup, massa

kopra 1 kg, kolektor plat datar).




10.30 80 29 27 30 25 28 23 30 30 32 1

10.35 365 24 24 29 24 23 22 30 27 31

10.40 650 24 23 29 24 24 22 31 29 31

10.45 769 25 23 30 24 24 20 30 28 39

10.50 887 24 24 30 24 26 22 31 30 44

10.55 912 24 24 31 24 26 22 32 30 39

11.00 937 24 24 31 24 23 20 35 33 46

11.05 539 24 24 31 24 24 21 36 35 49

11.10 141 26 25 31 25 29 22 35 33 45

11.15 535 24 24 31 24 26 21 36 35 48

11.20 928 24 24 31 24 27 21 38 36 49

11.25 642 25 23 32 24 28 21 39 38 52

11.30 355 25 25 32 26 28 22 39 37 53

11.35 638 27 26 33 26 29 22 38 37 53

11.40 921 25 24 33 26 27 22 39 38 54

11.50 941 26 24 34 26 30 22 41 38 58

11.55 532 29 27 36 25 31 24 41 37 60

12.00 123 30 27 36 24 31 24 39 37 52

12.05 225 32 32 36 26 31 27 39 37 53

12.10 326 30 29 34 24 31 27 36 35 48

12.15 226 32 32 34 26 34 28 38 37 49

12.20 125 32 32 33 26 33 28 36 35 43

12.25 506 29 26 33 26 28 22 39 38 53

12.30 887 27 24 34 18 27 22 40 39 59

12.35 539 30 29 34 24 31 25 41 39 56

12.40 190 31 31 34 24 33 27 38 37 48

12.45 448 30 29 34 22 33 25 39 38 54

12.50 705 30 30 34 21 30 27 39 38 56

12.55 769 35 33 34 28 37 30 38 38 46

13.00 832 30 30 34 24 30 25 36 35 51

13.05 869 27 27 34 26 30 24 38 36 51

13.10 905 27 26 33 26 30 24 37 36 54

13.15 824 32 30 33 28 36 28 36 35 53

13.20 743 33 30 33 26 37 28 38 36 48

32

Tabel 4.5 Data penelitian variasi lima (aliran udara 0,2 kg/s, kaca tertutup, massa

kopra 1 kg, kolektor plat datar). …(lanjutan)




13.25 696 33 30 32 26 36 27 36 35 53

13.30 649 33 30 31 26 31 27 35 33 48 0,871

4.2 Pembahasan

Pembahasan data penelitian ini meliputi perhitungan untuk menghitung

nilai kelembapan relatif, efisiensi pengambilan kadar air (ηp), nilai energi

berguna (Qu), efisiensi penukar kalor, efisiensi kolektor (ηc), efisiensi sistem

pengering (ηu) dan membuat analisa pembahasan berupa grafik. Grafik analisa

meliputi grafik perbandingan RH masuk penukar kalor, keluar penukar kalor,

keluar ruang pengering terhadap waktu dan daya surya yang diterima. Grafik

analisa yang lain adalah grafik efisiensi sistem pengambilan, efisiensi kolektor,

efisiensi sistem pengering dan penurunan massa kopra terhadap masing-masing

variasi.

Hal yang pertama dalam menghitung variabel data penelitian adalah

menghitung nilai kelembapan relatif (RH). Berikut ini adalah salah satu

perhitungan kelembapan relatif dari data penelitian variasi satu pukul 10.35 di

variabel T1 dan T2. Persaam untuk menghitung kelembapan relatif diambil dari

persamaan (7), (8) dan (9).

Variabel yang diketahui :

T1 = 30 ˚C cp = 1,005 kJ/kg.˚C

33

T2 = 27 ˚C hf2 = 114,261 kJ/kg

P2 = 101,325 kPa hg1 = 2554,758 kJ/kg

Pg1= 3,708 kPa hfg2. = 2435,517 kJ/kg

Pg2= 3,282 kPa

Perhitungan untuk ω2 dan ω1 adalah

𝜔2 =0,622𝑃𝑔2

𝑃2−𝑃𝑔2

𝜔2 =0,622 × 3,282

101,325 − 3,282

𝜔2 = 0,0208 kg H2O/kg udara kering

𝜔1 =𝐶𝑝 𝑇2 − 𝑇1 + 𝜔2𝑕𝑓𝑔2

𝑕𝑔1 − 𝑕𝑓2

𝜔1 =1,005 × 27 − 30 × 0,0208 × 2435,517

2554,758 − 114,261

𝜔1 = 0,0196 kg H2O/kg udara kering

.Setelah ω2 dan ω1 diketahui, maka kelembaban relatif (RH) dihitung dengan

persamaan (3) :

𝑅𝐻 =𝜔1𝑃2

0,622 + 𝜔2 𝑃𝑔1

𝑅𝐻 =0,0196 × 101,325

0,622 + 0,0208 × 3,708

𝑅𝐻 = 0,84

𝑅𝐻 = 84 %

34

Untuk mempercepat perhitungan RH dari masing-masing variabel setiap

variasi, perhitungan dilakukan di Ms. Excel. Setelah masing-masing variabel

selesai dihitung maka selanjutnya adalah menghitung nilai efisiensi sistem

pengambilan. Persamaan efisiensi sistem pengambilan menggunakan persamaan

(6).

𝜂𝑝 =𝑅𝐻𝑜𝑢𝑡 _𝑝 − 𝑅𝐻𝑜𝑢𝑡 _𝑐

𝑅𝐻𝑖𝑛 _𝑐 − 𝑅𝐻𝑜𝑢𝑡 _𝑐

Berikut ini perhitungan sistem efisiensi dari data penelitian variasi satu. Efisiensi

yang dihitung adalah efisiensi rata-rata dari variabel data.

𝑅𝐻𝑜𝑢𝑡 _𝑝 = 63%

𝑅𝐻𝑜𝑢𝑡 _𝑐 = 24%

𝑅𝐻𝑖𝑛 _𝑐 = 91%

𝜂𝑝 =63% − 24%

91% − 24%= 58,2%

Setelah menghitung kelembapan relatif dan efisiensi sistem pengambilan.

Selanjutnya adalah menghitung energi berguna. Persamaan yang digunakan

untuk menghitung energi berguna diambil dari persamaan (1)

𝑄𝑢 = 𝑚 . 𝐶𝑝 . (𝑇1 − 𝑇2)

Untuk mengetahui laju aliran massa air yang keluar dan masuk penukar kalor

(𝑚) digunakan persamaan (3)

𝑚 = 𝑄 . 𝜌

35

dimana nilai debit (Q) adalah 2,14 L/m atau 3,56.10-5

m3/s dan 𝜌 rata-rata air

pada suhu 32 °C adalah 999,8 kg/m3. Maka dapat diketahui nilai

𝑚 = 𝑄 . 𝜌

𝑚 = 3,56. 10−5. 999,8 = 0,03566 kg/s

Bila laju aliran massa pada fluida air diketahui maka selanjutnya menghitung

energi berguna. Berikut ini adalah variabel perhitungan energi berguna pada

temperatur rata-rata suhu air yang masuk dan keluar penukar kalor pada data

variasi 5.

Cp air suhu rata-rata 36 °C = 4225 J/kg. °C

T1 = 37 °C

T2 = 35 °C

Maka,

𝑄𝑢 = 𝑚 . 𝐶𝑝 . 𝑇1 − 𝑇2

𝑄𝑢 = 0,03566 . 4225 . 37 − 35

𝑄𝑢 = 300,116 𝐽/𝑠

Setelah energi berguna sudah diketahui, langkah selanjutnya adalah

menghitung efisiensi kolektor. Efisiensi kolektor dapat dihitung dari persamaan

(5) yakni:

𝜂𝑐 =𝑄𝑢

𝐴𝑐 . 𝐺. 𝑑𝑡𝑡

0

Nilai 𝐺. 𝑑𝑡𝑡

0 diambil dari rata-rata energi surya yang diterima pada variasi lima

yakni sebesar 602 watt/m2.s . Adapun Ac adalah luas kolektor yang digunakan.

36

Pada variasi lima kolektor yang digunakan adalah kolektor plat datar, dengan

luas 0,5 m2. Maka besarnya nilai efisiensi kolektor adalah

𝜂𝑐 =300,116

0,5 . 602= 99,16%

Perhitungan selanjutnya adalah menghitung energi yang digunakan untuk

menguapkan air. Energi yang dibutuhkan untuk menguapkan air dituliskan

dengan persamaan (4) 𝑄 = 𝑚𝑤 . 𝑕𝑓𝑔 dimana 𝑚𝑤 adalah massa air yang

berkurang tiap 1 detik, dengan menghitung dari penurunan berat kopra dari

waktu pengambilan data selama 3 jam. Dari variasi data lima didapatkan nilai

𝑚𝑤 = 1,19. 10−5 𝑘𝑔/𝑠 dan nilai 𝑕𝑓𝑔 yang diambil dari rata-rata entalpi uap

jenuh udara yang keluar dari penukar kalor yakni sebesar 2,44. 106 𝑗/𝑘𝑔.

Sehingga didapatkan nilai energi yang dibutuhkan untuk mengupakan air per

satuan waktu adalah sebagai berikut.

𝑄 = 1,19. 10−5 . 2,44. 106 = 29,18 𝐽/𝑠

Perhitungan yang terakhir adalah menghitung nilai efisiensi dari sistem

pengering. Persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi sistem

pengering diambil dari persamaan (10). Berikut ini adalah perhitungan efisiensi

sistem pengering dari variasi data lima dimana nilai 𝐺. 𝑑𝑡𝑡

0 rata-rata energi

surya yang diterima sebesar 602 watt/m2.s . dan Ac sebesar 0,5 m

2.

𝜂𝑠 =𝑚𝑤 . 𝑕𝑓𝑔

𝐴𝑐 . 𝐺. 𝑑𝑡𝑡

0

𝜂𝑠 =29,18

0,5 .602= 9,69 %

37

Masing-masing variabel dari tiap-tiap variasi dihitung dengan

menggunakan Ms. Excel. Dalam perhitungan terdapat hasil-hasil yang tidak

valid. Hal ini disebabkan oleh ketidakakuratan alat ukur temperatur, sehingga

terjadi perbedaan antara temperatur yang terbaca dalam alat ukur dan temperatur

sebenarnya. Dalam menganalisis data penelitian dari masing-masing variasi,

maka hasil analisis dilakukan lewat pengamatan grafik. Berikut ini adalah grafik

hasil perhitungan data penelitian dan uraian singkat dari analisis masing-masing

grafik.

Gambar 4.1 Grafik hubungan RH dan energi surya terhadap waktu pada data

penelitian variasi satu (aliran udara 0,2 kg/s, kaca terbuka, massa kopra

1 kg, kolektor ½ parabola).

800

820

840

860

880

900

920

940

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150

Rai

dia

si S

ury

a (W

/m²)

Kel

emb

apan

Rel

atif

/RH

(%)

Waktu (menit)

RH in Penukar Kalor (%)

RH out Penukar Kalor (%)

RH out Ruang Pengering(%)

Gt (Energi Surya)

38


penelitian variasi dua (aliran udara 0,1 kg/s, kaca terbuka, massa kopra



penelitian variasi tiga (aliran udara 0,2 kg/s, kaca tertutup, massa kopra


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150

Rai

dia

si S

ury

a (W

/m²)

Kel

emb

apan

Rel

atif

/RH

(%)

Waktu (menit)



RH Out Ruang Pengering(%)

Gt (Energi Surya)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150

Rai

dia

si S

ury

a (W

/m²)

Kel

emb

apan

Rel

atif

/RH

(%)

Waktu (menit)




Gt (Energi Surya)

39


penelitian variasi empat (aliran udara 0,2 kg/s, kaca terbuka, massa



penelitian variasi lima (aliran udara 0,2 kg/s, kaca tertutup, massa kopra

1 kg, kolektor plat datar).

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150

Rai

dia

si S

ury

a (W

/m²)

Kel

emb

apan

Rel

atif

/RH

(%)

Waktu (menit)




Gt (Energi Surya)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150

Rai

dia

si S

ury

a (W

/m²)

Kel

emb

apan

Rel

atif

/RH

(%)

Waktu (menit)




Gt (Energi Surya)

40

Gambar 4.6 Grafik efisiensi pengambilan kadar air.

Efisiensi pengambilan kadar air didefinisikan sebagai perbandingan uap air yang

dipindahkan (diambil) oleh udara dalam alat pengering dengan kapasitas teoritis udara

menyerap air. Dari grafik batang efisiensi pengambilan kadar air pada Gambar 4.6,

nilai tertinggi terdapat di variasi data keempat. Efisiensi pengambilan kadar air dari

variasi empat lebih besar 45,94% dari variasi satu. Meningkatnya efisiensi

pengambilan kadar air pada varisi data empat dipengaruhi oleh jumlah massa kopra

yang dikeringkan. Semakin besar massa kopra yang dikeringkan meningkatkan

konsentrasi uap air yang dilepas ke udara dibandingkan dengan massa kopra yang

kecil. Sehingga udara yang keluar dari ruang pengering dengan massa kopra lebih

besar mempunyai nilai kelembapan relatif yang lebih besar dibanding dengan massa

kopra yang lebih kecil. Hal ini dapat dilihat di Gambar 4.4 dan Gambar 4.1 tentang

grafik hubungan RH dan energi surya terhadap waktu.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

58.02

66.33

33.62

84.67

36.95%

Var 1 ( Aliran udara 0,2 kg/s, Kaca Terbuka, Massa kopra 1 Kg, Kolektor 1/2 Parabola)


Var 3 ( Aliran udara 0,2 kg/s, Kaca Tertutup, Massa kopra 1 Kg, Kolektor 1/2 Parabola)


Var 5 ( Aliran udara 0,2 kg/s, Kaca Tertutup, Massa kopra 1 Kg, Kolektor Plat Datar)

41

Gambar 4.7 Grafik efisiensi sistem pengering

Efisiensi sistem pengering didefinisikan sebagai perbandingan antara energi

yang digunakan untuk menguapkan air hasil pertanian yang dikeringkan dengan energi

yang datang pada alat pengering. Dari grafik batang pada Gambar 4.7 dan Gambar 4.8

diketahui bahwa efisiensi sistem pengering dengan menggunakan kolektor plat datar

pada variasi lima meningkat 121,62% daripada menggunakan kolektor ½ parabola

pada variasi tiga. Hal ini disebabkan kolektor plat datar ada selubung kaca yang

menyebabkan kalor tidak mudah lepas dari permukaan plat, berbeda dengan plat

penerima kalor dari kolektor ½ parabola yang tidak diberi selubung. Sehingga kalor

yang dilepas di penukar kalor dapat efektif.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

3.563.98

4.37

8.71

9.69

%






42

Gambar 4.8 Grafik efisiensi sistem pengering pada variasi 3 dan 5

Efisiensi sistem pengering pada variasi 1 dan 3 pada Gambar 4.9 menunjukkan

bahwa nilai efisiensi dari tertutupnya kaca pada ruang pengering meningkat 22,76%

dibanding penutup kaca yang terbuka. Hal ini dapat menunjukkan bahwa pada proses

pengeringan dengan menggunakan jenis aliran paksa, pada pemanasan langsung

menggunakan energi surya kepada benda yang dikeringkan tidak memberi hasil cukup

baik. Penyebab hal ini adalah karena kalor yang masuk ke dalam ruang pengering

lebih cepat hilang bersama udara yang mengalir ke dalam ruangan. Sehingga kalor

hanya memanasi udara yang mengalir dan tidak memanasi benda yang dikeringkan.

0

2

4

6

8

10

4.37

9.69

%



43

Gambar 4.9 Grafik efisiensi sistem pengering pada variasi 1 dan 3

Efisiensi kolektor adalah perbandingan jumlah energi yang dipindahkan penukar

kalor ke udara dengan total energi yang datang ke kolektor. Dari grafik batang

efisiensi kolektor pada Gambar 4.10 diketahui bahwa efisiensi kolektor dengan

menggunakan kolektor plat datar pada variasi lima meningkat 40,67% dibandingkan

dengan menggunakan kolektor ½ parabola pada variasi tiga. Hal ini disebabkan pada

kolektor plat datar fluida air terpanasi secara sempurna ketika melewati kolektor plat

datar, karena luas penyerapan kalor yang lebih besar dibanding dengan penerima kalor

dari kolektor ½ prabola. Sehingga panas yang dibuang ke udara lewat penukar kalor

lebih baik sehingga efisiensi kolektor meningkat.

Penurunan massa kopra pada masing-masing variasi ditunjukkan pada Gambar

4.11 . Penurunan massa pada variasi empat lebih besar 17,32% dibandingkan variasi

satu, dikarenakan jumlah massa yang lebih besar, sehingga nilai penurunan massa

0

1

2

3

4

5

3.56

4.37

%



44

lebih besar. Tetapi bila massa benda yang dikeringkan dihitung tiap 1 kg, maka

penurunan berat kopra pada variasi empat hanya sebesar 105 gram. Nilai penurunan

massa pada variasi empat ini lebih kecil dibanding variasi yang lain.

Gambar 4.10 Grafik efisiensi kolektor

Gambar 4.11 Grafik penurunan massa kopra

0

20

40

60

80

100

15.20

28.64

70.49

44.21

99.16

%






0

50

100

150

200

250

179 183

146

210

129

gram






45

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Telah dibuat pengering kopra energi surya jenis aliran paksa.

2. Efisiensi pengambilan kadar air maksimum dicapai sebesar 84,67% dengan

variasi laju aliran massa udara 0,2 kg/s, penutup kaca terbuka, kolektor ½

parabola dan massa kopra 1 kg.

3. Efisiensi sistem pengering maksimum sebesar 9,69% dengan variasi laju

aliran massa udara 0,2 kg/s, penutup kaca tertutup, kolektor plat datar dan

massa kopra 1 kg.

4. Efisiensi kolektor maksimum sebesar 99,16% dengan variasi laju aliran

massa udara 0,2 kg/s, penutup kaca tertutup, kolektor plat datar dan massa

kopra 1 kg.

5. Penurunan massa kopra maksimum sebesar 210 gram dengan variasi laju

aliran massa udara 0,2 kg/s, penutup kaca terbuka, kolektor ½ parabola dan

massa kopra 2 kg.

5.2 Saran

Setelah penulis menyelesaikan penelitian maka beberapa saran yang dapat

penulis berikan agar penelitian selanjutnya dapat lebih optimal adalah:

1. Perlunya kalibarasi alat ukur temperatur antara nilai suhu yang tercantum di

penampil termometer digital dengan nilai yang tercantum di termometer air

raksa pada waktu dan keadaan yang sama.

46

2. Pengecekan alat seperti termokopel selalu dilakukan sebelum pengambilan

data untuk mencegah bila ada termokopel yang rusak sehingga tidak

mengganggu saat pengambilan data.

3. Bahan yang digunakan untuk penelitian mempunyai sifat-sifat yang sama

untuk tiap percobaan, agar data penelitian dapat optimal.

47

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, W., (1995), Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita,pp

141-152.

Cengel, Y.A.,&, M.A., (1989) Thermodynamics an Enginering Aproach 5th

, Mc. Graw

Hill New York,pp 717-739.

Taib, Gunarif. Said, Gumbira dan Wiraatmadja, Sutedja, (1988), Operasi Pengeringan

Pada Pengolahan Hasil Pertanian. Jakarta: PT Melton Putera.

Choudhury C.; Anderson S.L.; Rekstad, J., (1988) A solar air heater for low

temperature applications, Solar Energy 40, pp 335-344.

Garg, H.P.; Choudhury, C.; , Datta, G., (1991), Theoretical analysis on a new finned

type solar air heater, Solar Energy, 16, pp1231-1238.

Häuser; Markus; Ankila; Omar, (2009) Morroco Solar Dryer Manual; Centre de

Développement des Energies Renouvelables (CER), http://lwww.gtz.de/gate/isat

Kurtbas, I.; Turgut, E. (2006), Experimental Investigation of Solar Air Heater with

Free and Fixed Fins: Efficiency and Exergy Loss, International Journal of Science &

Technology, Volume 1, No 1, 75-82.

Menteri Energi Dan Sumber Daya Mineral, (2003), Kebijakan Pengembangan Energi

Terbarukan Dan Konservasi Energi (Energi Hijau), Departemen Energi Dan Sumber

Daya Mineral, Jakarta

http://lwww.gtz.de/gate/isat

48

Scanlin, D., (1997), The Design, Construction And Use Of An Indirect, Through-Pass,

Solar Food Dryer, Home Power , Issue No. 57, pages 62 -72, February/March 1997.

Scanlin, D; Renner, M.; Domermuth, D.; Moody, H., (1999), Improving Solar Food

Dryers, Home Power, Issue No. 69, pages 24 -34, February / March 1999

Sharma, S.P.; Saini J.S.; Varma, K.K.; (1991), Thermal performance of packed-bed

solar air heaters, Solar Energy, 47, pp 59 - 67.

Solar Dryer. http://www.nepalsolar.com/products.php. Diakses pada tanggal 10 Juni

2012.

49

LAMPIRAN

Gambar 6.1 Ruang pengering kopra.

Gambar 6.2 Penerima kalor dari kolektor ½ parabola

50

c

Gambar 6.3 Alat penelitian menggunakan kolektor ½ parabola

Gambar 6.4 Alat penelitian menggunakan kolektor plat datar

51

(a) (b)

(c)

(d)

Gambar 6.5 Alat pendukung pengambilan data, (a) Anemometer; (b) Solarmeter;

(c) Termo Logger; (d) Timbangan Digital

Gambar 6.6 Buah kelapa (kopra) yang dikeringkan

Date post:	24-Mar-2023
Category:	Documents
Upload:	sanata-dharma
View:	0 times
Download:	0 times

UNJUK KERJA PENGERING KOPRA ENERGI SURYA JENIS ALIRAN PAKSA PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN...

Documents