12 produk yang diinginkan, mengurangi biaya produksi karena harganya murah dan
tidak mengakibatkan korosi peralatan [32] Jumlah energi kimia adsorben yang diterimadilepas selama malam hari
dihitung berdasarkan pendekatan perubahan entalpi udara didalam box pengering menggunakan persamaan sebagai berikut [31]:
= − .
ℎ − 2.4
2.6 KINETIKA PENGERINGAN
Setiap material yang akan dikeringkan memiliki karakteristik kinetika pengeringan yang berbeda-beda bergantung terhadap struktur internal dari
material yang akan dikeringkan. Kinetika pengeringan memperlihatkan perubahan kandungan air yang terdapat dalam material untuk setiap waktu saat dilakukan
proses pengeringan. Dari kinetika pengeringan dapat diketahui jumlah air dari material yang telah diuapkan, waktu pengeringan, konsumsi energi. Parameter-
parameter dalam proses pengeringan untuk mendapatkan data kinetika pengeringan adalah:
2.6.1 Moisture Content
Moisture Content X menunjukkan kandungan air yang terdapat dalam material untuk tiap satuan massa padatan. Moisture content X dibagi dalam 2
macam yaitu basis kering dan basis basah. Moisture content basis kering menunjukkan rasio antara kandungan air dalam material terhadap berat material
kering. Sedangkan moisture content basis basah menunjukkan rasio antara kandungan air kg dalam material terhadap berat material basah[33].
2.6.2 Drying rate
Drying rate N, kgm2.s menunjukkan laju penguapan air untuk tiap satuan luas dari permukaan yang kontak antara material dengan fluida panas.
Laju pengeringan secara matematis ditulis [31]:
R
+ ,
-
, +
2.5 Dimana :
A = Luas permukaan bahan
Universitas Sumatera Utara
13 R = Laju pengeringan
W
1
-W
2
= Selisih berat bahan t
2
-t
1
= Selisih waktu pengeringan Karakteristik pengeringan bahan dapat ditampilkan dalam bentuk kurva
penurunan kadar air MR bahan terhadap waktu pengeringan [31].
k k
k i
M M
- M
M Mk
- M
= MR
2.6
2.6.3 Difusivitas
Tingkat pengeringan biji kakao ditentukan oleh difusi uap air dari dalam ke lapisan permukaan, yang dapat diwakili oleh hukum kedua Fick tentang difusi
untuk difusi unsteady-state. Dengan asumsi bahwa biji kakao dapat dianggap sama dengan bola, difusi dinyatakan sebagai :
. .0
= 1
2 .
,
.3
,
2.7 Dimana r adalah jari-jari m dan t adalah waktu s, De adalah difusivitas efektif
m
2
s
-1
. Dengan asumsi kadar air awal seragam dan efektif difusivitas konstan di seluruh sampel, Crank 1999 memberikan solusi analitis persamaan untuk objek
bola sebagai berikut: MR
=
4 5
,
∑
7
,
8
exp −
7
,
5
,
= 3
,
?
2.8
Di mana m-ms mo-ms adalah rasio kelembaban MR, r adalah jari-jari bola, t adalah waktu dan De adalah difusivitas efektif. Jika n = 1, untuk jangka waktu
yang panjang pengeringan Persamaan 2.2 dapat dibuat linear sebagai berikut: Ln MR = Ln
4 5
,
−
5
,
= 3
,
A
2.9 Difusivitas efektif didapat dari plot data Ln MR terhadap waktu s data
dengan kemiringan K1, sebagai berikut : K
1
=
5
,
= 3
,
A
2.10 Koefisien difusi menilai bahwa difusivitas efektif bervariasi dengan suhu
sesuai dengan fungsi Arrhenius :
Universitas Sumatera Utara
14 D
e
= D exp
−
B C D EFG, I
A
2.11 Dimana D adalah koefisien difusivitas untuk suhu yang tak terbatas, E adalah
energi aktivasi untuk kelembaban difusi, R adalah konstanta gas R = 8,314 J mol- 1 K-1 dan T adalah suhu pengeringan º C [34].
Data kadar air eksperimental biji kakao yang diperoleh dipasang ke 3 model pengeringan yang ditampilkan dalam Tabel 2.1 berikut ini :
Tabel 2.1 Model Kinetika Pengeringan yang Digunakan [35] Model
Pengeringan Bentuk
Eksponensial Bentuk Linear
Logaritma Mr = a exp -kt + c
Ln MR = ln a – kt + ln c
Page Mr = exp -kt
n
ln -ln MR = ln k + n ln t
Newton Mr = exp -kt
ln MR = -kt
Handerson - Pabes
Mr = a exp -kt ln MR = ln a – kt
Tujuan dari pemasangan adalah untuk mengetahui model paling cocok untuk menggambarkan kurva pengeringan biji kakao. Koefisien determinasi R²
adalah kriteria utama untuk memilih model terbaik untuk menggambarkan kurva pengeringan. Selain R², parameter statistik, seperti berkurangnya chi-square x²,
root mean square error RMSE, mean bias error MBE, dan t dihitung untuk mengevaluasi pemasangan sebuah model untuk data eksperimen. Nilai tertinggi
R² dan nilai terendah x², RMSE, MBE, nilai t yang digunakan untuk menentukan yang terbaik cocok [21].
2.12 2.13
2.14
Universitas Sumatera Utara
15 di mana MR
exp,i
adalah i
th
rasio eksperimen yang diamati, MR
pred,i
adalah i
th
rasio kelembaban prediksi, N jumlah pengamatan dan n adalah jumlah konstanta.
Keseimbangan energi pada absorber diperoleh dengan menyamakan total panas yang diperoleh dengan total panas yang hilang oleh absorber panas dari
kolektor surya. Sehubungan dengan itu, LA
c
= Q
u
+ Q
cond
+ Q
conv
+ Q
R
+ Q
P
2.15 Dimana :
I = Tingkat total insiden radiasi pada permukaan absorber itu Wm
-2
. Ac = Collector m
2
. Qu = Tingkat energi yang berguna dikumpulkan oleh udara W.
Qcond = Tingkat kerugian konduksi dari absorber W. Qconv = Tingkat kerugian konvektif dari absorber W.
QR = Tingkat panjang gelombang re-radiasi dari absorber W. Q
P
= Tingkat kerugian refleksi dari absorber W. Istilah kehilangan tiga panas Qcond, Qconv dan Q
R
biasanya digabungkan menjadi satu jangka QL, yaitu :
Q
L
= Qcond + Qconv + Q
R
2.16 L
AC =
τ I
T
A
C
2.17 Energi yang dipancarkan oleh absorber :
Q
P
= ρ τI
T
A
C
2.18 di mana,
ρ = Koefisien Refleksi penyerap.
T = Transmitansi penutup. Persamaan 2.12, 2.13, 2.14 disubstitusikan ke persamaan 2.6 menjadi :
τ I
T
A
C
= Q
U
+ Q
L
+ ρ τI
T
A
C
2.19 Q
U
= τI
T
A
C
1 – ρ - Q
L
2.20 Untuk absorber 1 – ρ = α karenanya,
Q
U
= ατ I
T
A
C
- Q
L
2.21 Q
L
terdiri dari konveksi konduksi dan bagian radiasi. itu adalah disajikan dalam bentuk berikut :
2.10
Universitas Sumatera Utara
16 Q
L
= U
L
A
C
T
C
– T
a
2.22 U
L
= keseluruhan koefisien perpindahan panas dari absorber Wm
-2
K
-1
. Tc = Suhu kolektor penyerap K.
T
a
= suhu udara ambient K. Dari Pers. 2.21 dan 2.22 energi yang berguna yang diperoleh oleh kolektor
adalah dinyatakan sebagai: Q
U
= ατ I
T
A
C
- U
L
A
C
T
C
– T
a
2.23 Di mana
Absorbsi = α Oleh karena itu, energi per satuan luas q
u
dari kolektor adalah: q
u =
ατ I
T
- U
L
T
C
– T
a
2.24 Jika udara panas meninggalkan kolektor berada pada suhu kolektor, yang
panas yang diperoleh oleh Q
g
udara: Q
g
= m’ Cp T
C
– T
a
2.25 Dimana :
m’ = Massa udara meninggalkan pengering per satuan waktu kg s
- 1
Cp = kapasitas khusus panas udara kJ kg
- 1
K
- 1
[36].
2.7 KONSUMSI ENERGI SPESIFIK KES
