Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor dan Surya Untuk Mengeringkan Biji Kakao

(1)

PENGUJIAN ALAT

PENGERING HIBRIDA POMPA KALOR

DAN SURYA UNTUK MENGERINGKAN BIJI KAKAO

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Oleh :

SABDA TUAH RAJA BANGUN (100401106)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N


(2)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ungkapkan atas kehadirat Allah SWT karena dengan Rahmat dan Hidayah-Nya penulis diberikan kesehatan, kesempatan dan kemampuan sehingga dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor dan Surya Untuk Mengeringkan Biji Kakao

Dalam mengerjakan skripsi ini banyak kesulitan dan tantangan yang dihadapi oleh penulis, tetapi berkat bimbingan, dorongan serta bantuan dari semua pihak baik berupa moril maupun materi akhirnya skripsi ini dapat diselesaikan. Pada kesempatan ini dengan kerendahan hati hati penulis menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada:

1. Ketua Departemen Teknik Mesin, Bapak Dr.Eng Ikhwansyah Isranuri, yang telah mengijinkan topik skripsi ini kepada penulis.

2. Sekretaris Departemen Teknik Mesin bapak Ir. Syahril Gultom M.T yang telah menizinkan mengarahkan ke dosen pembimbing.

3. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT selaku pembimbing yang telah memberikan waktu dan pemikiran untuk memberikan masukan kepada penulis.

4. Ibu Dr. Ir. Sari Farah Dina M.T yang telah menyumbangkan ide-ide dalam pengerjaan skripsi ini dan juga materilnya.

5. Kedua orang tua tercinta penulis Ir.Sahudin Bangun dan ibu Amanita Br Sinulingga, yang telah membesarkan dan mendidik penulis selama ini dengan segala kasih sayang.

6. Abang dan adik saya Alm Tua Bastari Prima Bangun S.P, Kharisma P Bangun, dan Intania C S Bangun.

7. Para dosen di program studi Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan saran maupun dorongan kepada penulis.

8. Ka.Lab Instalasi Uap bapak Ir.Jaya Arjuna dan Ka.Lab Foundry bapak Suprianto ST.MT. yang telah mengizinkan menggunakan laboraturium tersebut untuk pembuatan skripsi ini.


(3)

9. Bapak Sarjana ST atas bantuan teknis dan nonteknisnya, dalam membantu skripsi kami.

10.Seluruh rekan-rekan mahasiswa S1 dan satu team khususnya Budi Harry Cipta dan Nico Hermanto serta rekan Ekstensi yang selalu menyediakan waktu untuk saling mengingatkan dan memberikan kritik dan saran kepada penulis.

11.Staf/karyawan program studi Departemen Teknik Mesin USU

12.Seluruh pihak yang telah membantu yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Dalam Penulisan skripsi ini penulis menyadari tentunya masih banyak terdapat kekurangan dikarenakan keterbatasan dan kemampuan yang penulis miliki, untuk itu penulis mengharapkan saran maupun sumbangan pemikiran dari semua pihak yang sifatnya membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhirnya semoga skripsi ini berguna dan bermanfaat bagi semua pihak. Terimakasih

Medan, Juni 2015


(4)

ABSTRAK

Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor dan Surya untuk Mengeringkan Biji Kakao dilatar belakangi dengan dibutuhkannya alat pengering biji kakao yang bekerja pada temperatur dan kelembapan udara yang rendah dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat malam hari dan saat hujan, hal ini diperlukan karena selama ini pengeringan biji kakao dilakukan dengan menjemur langsung dibawah sinar matahari dan dengan tambahan bantuan angin (bergantung pada cuaca). Seiring dengan berkembangnya teknologi industri pengering yang khususnya untuk tanaman pangan yang nilai ekonomisnya tinggi, herbal dan obat-obatan membutuhkan pengeringan dengan temperature rendah dan kelembapan rendah untuk menghindari kerusakan pada bahan dan juga kandungannya, yang tidak bergantung pada cuaca, hemat energy dan ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan melakukan pengujian yang meliputi penghitungan kinerja Pompa kalor (COP), perhitungan Total Performance, perhitungan konsumsi energy (SEC), perhitungan laju ekstraksi (SMER) dan mengetahui karakteristik pengeringan biji kakao. Adapun variabel dalam penelitian ini adalah kecepatan udara yang mengalir dalam ruang pengering bervariasi dan biji kakao yang diuji memiliki kadar air yang berbeda serta waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan bahan. Dari hasil penelitian diperoleh: temperatur udara rata-rata ruang pengering pada proses pengeringan biji kakao dengan sistem pompa kalor hibrida untuk sample 1 39.85oC, sample 2 41.690C dan sample 3 44.030C dan kelembaban udara rata-rata untuk sample 1 55.93%, sample 2 54,58% dan sample 3 50,31%, COP dari pompa kalor adalah 4,4328 dan Total Performance (TP) sistem pompa kalor adalah 11,06; SEC untuk masing-masing sample yang dikeringkan adalah: sample 1 5,8137 kWh/kg, sample 2 4.017 kWh/kg dan sample 3 3.467 kWh/kg. secara bersamaan diperoleh nilai SMER sample 1 0.172 kg/kWh, sample 2 0.24892 kg/kWh dan sample 3 0.28836 kg/kWh. Kadar air untuk sample 2 7,2 % dan sample 3 sebesar 6.13%.

Kata Kunci: Coefficient of Performance(COP),Total Performance (TP), Specific

Energi Consumption(SEC), Specific moisture extraction rate(SMER), Pengering,

Pompa Kalor, kadar air.


(5)

ABSTRACT

Testing of Equipment Dryer Heat Pumps and Solar Hybrid Drying Cocoa Beans for background with cocoa beans needed dryers that work in temperatures and low humidity can be used not only during daylight hours but also at night and when it rains, it is needed because during this drying cocoa beans carried out by direct drying under the sun and with the addition help of the wind (dependent on weather). In line with the development of industrial technologies dryers are especially for food crops of high economic value, herbs and medicines require drying with low temperature and low humidity to avoid damage to material as well as its contents, which do not depend on the weather, energy-efficient and eco friendly. This study aimed to test the heat pump covers the Coefficient of Performance (COP), the calculation of the Total Performance (TP), the calculation of Specific Energy Consumption (SEC), the calculation of the Specific Moisture extraction rate (SMER) and determine the characteristics of cocoa beans drying. The variables in this study is the velocity of air flowing through the drying chamber is varied and cocoa beans tested had different moisture content as well as the time required to dry the material. The result showed: the average air temperature in the drying chamber drying process cocoa beans with a hybrid heat pump system for 39.85 0C sample 1, sample 2 is 41.69 0C and sample 3 44.03 0C and air humidity average 55.93% for sample 1, sample 2 54.58% and 50.31% of sample 3, the COP of the heat pump is 4.4328 and Total Performance (TP) heat pump system is 11.06; SEC for each sample is dried: sample 1 5.8137 kWh / kg, sample 2 4,017 kWh / kg and sample 3 3,467 kWh / kg. simultaneously obtained sample value Smer 1 0172 kg / kWh, sample 2 0.24892 kg / kWh and sample 3 0.28836 kg / kWh. The water content of 7.2% for sample 2 and sample 3 at 6.13%.

Keywords: Coefficient of Performance (COP), Total Performance (TP), Specific

Energy Consumption (SEC), Specific Moisture Extraction Rate (SMER), dryer, heat pump, moisture content.


(6)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR GRAFIK ... ix

DAFTAR SIMBOL ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang 1 1.2 Tujuan Penelitian ... 3

1.3 Perumusan Masalah 3 1.4 Batasan Masalah 4 1.5 Manfaat Penelitian ……… 4

1.6 Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Pengenalan 5 2.2 Heat Pump 7 2.2.1 Dasar dari pompa kalor……… 7

2.2.2 Refrigerant……… 8

2.2.3 Aplikasi Pompa Kalor……….. 9

2.3 Pengering Pompa Kalor 9 2.3.1 Klasifikasi Pompa Kalor……….. 10

2.3.2 Ulasan mengenai Pompa Kalor-pengering tambahan (Heat Pump-Assisted Dryer……… 11

2.3.2.1Sistem pengering Pompa Kalor dengan media Udara.. 11


(7)

2.3.3. Sistem Pompa Kalor Dengan Cairan Kimia……… 15

2.3.4 Pengering Pompa Kalor bersumber dari Bumi (Geothermal)……. 17

2.3.5 Klasifikasi Sistematis Pompa Kalor kombinasi Kolektor Surya (SAHP)……….. 19

2.3.6 Klasifikasi Sistematis Pompa Kalor kombinasi Kolektor Surya (SAHP)……… 21

2.3.6.1 Energi Surya membantu Sistem Pengering Pompa Kalor………. 23

2.3.6.2 Sistem Pengering Pompa Kalor Hybrid terintegrasi Surya (SAHPD)……….. 30

2.3.6.3 Sistem Pompa Kalor Kimia Terintegrasi Pengeringan Surya……….. 34

2.4 Tren dimasa depan dalam penelitian dan pengembangan SAHPD 40 2.5 Kesimpulan 42 2.6 Review jurnal-jurnal yang berkaitan dengan Pengering Pompa Kalor 43 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 52

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 52 3.2 Metode Pengujian 52 3.2.1 Pemilihan Heat Pump atau Pompa Kalor 52 3.2.2 Perancangan Solar Collector atau Kolektor Surya 53 3.3 Alat dan Bahan 53 3.3.1 Peralatan Pengujian 53 1. Heat Pump ………… …...53

2. Solar Collector………. 54

3. Ruang Pengering……….. 55

4. Kontrol Panel……… 56

5. Load Cell………. 56

6. Rh (Relative Humidity) Meter………. 58


(8)

8. Pressure Gauge……… 61

9. Agilient 34972A………... 62

10.Clamp Meter Digital……… 63

3.3.2 Bahan 64 3.4 Data Penelitian 65 3.5 Diagram Alir Penelitian 66 3.6 Set-Up Eksperimental……… 68

BAB IV Hasil Dan Pembahasan ... 70

4.1 Hasil Penelitian 70 4.1.1 Data hasil Pengeringan 70 1. Kecepatan Udara………... 70

2. Temperatur dan kelembapan udara……….. 71

3. Tekanan Refrigerant……….. 71

4.1.2 Menghitung Coefficient of performance(COP) pompa kalor… 72 4.1.3 Kolektor Surya………. 75

4.1.4 Menghitung SMER dan SEC………. 82

1.Sample Kakao 1………. 83

2. Sample Kakao 2……….. 90

3. Sample Kakao 3……….. 95


(9)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 99

5.1 Kesimpulan 99

5.2 Saran 99

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


(10)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Diagram siklus dasar pompa kalor dengan media udara ... 8

Gambar 2.2 Skema diagram pompa kalor ... 10

Gambar 2.3 Klasifikasi Pompa Kalor... 11

Gambar 2.4 Type standart dari Pompa kalor kimia... 16

Gambar 2.5 Skema Diagram SAHP ... 21

Gambar 2.6 Pengering Surya untuk kacang dilengkapi dengan pompa kalor absorpsi dan penyimpanan panas ... 25

Gambar 2.7 Sistem Kompleks pengering pompa kalor dikombinasikan dengan surya ... 26

Gambar 2.8 Skema diagram pengering pompa kalor dibantu surya dan pemanas air ... 29

Gambar 2.9 Skematik diagram Pompa kalor dibantu pengeringan Surya menggunakan kolektor surya multifungsi ... 29

Gambar 2.10 Kapasitas pengeringan pompa kalor: mengurangi kelmbapan udara dari 80% menjadi 45%, dan meningkatkan suhu udara dari 30 sampai 400C di 20 menit………. 31

Gambar 2.11 Variasi suhu udara di ruang pengering dengan menggunakan kolektor surya multifungsi di radiasi matahari dari 440 W / m2 ... .32

Gambar 2.12 Suhu dan kelembaban relatif udara dalam pengeringan ketika kolektor surya bertindak sebagai pendingin. ... 33

Gambar 2.13 Para kolektor panas matahari multifungsi sebagai pendingin. ... 33

Gambar 2.14 Kolektor panas matahari multifungsi bertindak sebagai evaporator .. 34

Gambar 2.15 Diagram skematik surya hibrida pengering pompa kalor kimia ... 36

Gambar 2.16 Radiasi per jam rata-rata di Malaysia pada bulan Desember ... 37

Gambar 2.17 Suhu lingkungan rata di Malaysia pada bulan Desember ... 38

Gambar 2.18 Sistem fraksi surya ... 39


(11)

Gambar 2.19 COP of SACHPD ... 39

Gambar 2.20 System power output ... 40

Gambar 3.1 Pompa Kalor ... 54

Gambar 3.2 Solar Collector ... 55

Gambar 3.3 Ruang pengering ... 55

Gambar 3.4 Kontrol Panel ... 56

Gambar 3.5 Aluminium S Type Load Cell ... 57

Gambar 3.6 Rh Meter ... 58

Gambar 3.7 Hot Wire Anemometer ... 59

Gambar 3.8 Pressure gauge ... 61

Gambar 3.9 Agilient 34972 A ... 62

Gambar 3.10 Clamp Meter Digital ... 63

Gambar 3.11 Biji Kakao basah... 64

Gambar 3.12 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian ... 66

Gambar 3.13 Set Up Eksperimental………. . 69

Gambar 3.14 Foto Aplikasi Lapangan………. 69

Gambar 4.1 Grafik waktu vs intesitas radiasi tanggal 10 Mei 2015……….. 76

Gambar 4.2 Grafik waktu vs temperature kolektor 1 tanggal 10 Mei 2015……...76

Gambar 4.3 Grafik waktu vs temperature kolektor 2 tanggal 10 Mei 2015……...77

Gambar 4.4 Grafik waktu vs intensitas radiasi tanggal 13 Mei 2015 ……….78

Gambar 4.5 Grafik waktu vs temperature kolektor 1 tanggal 13 Mei 2015……...78

Gambar 4.6 Grafik waktu vs temperature kolektor 2 pada tanggal 13 Mei 2015.. 80

Gambar 4.7 Grafik waktu vs intesitas radiasi tanggal 15 Mei 2015……….. 80

Gambar 4.8 Grafik waktu vs temperature kolektor 1 tanggal 15 Mei 2015……... 81

Gambar 4.9 Grafik waktu vs temperatur kolektor 2 tanggal 15 Mei 2015……….82

Gambar 4.10 Sample Kakao 1……….. 84

Gambar 4.11 Penurunan berat biji kakao sampel 1 hari pertama………. 84

Gambar 4.12 Grafik Rh, T ruang pengering Hari pertama……….. 85

Gambar 4.13 Penurunan berat biji kakao sampel 1 hari kedua……….85

Gambar 4.14 Grafik Rh, T ruang pengering hari kedua ……… 86

Gambar 4.15 Penurunan berat biji kakao sample 1 hari ketiga……….86

Gambar 4.16 Grafik Rh, T ruang pengering hari ketiga………... 87

Gambar 4.17 Sample Biji Kakao 2………90


(12)

Gambar 4.19 Grafik Rh, T ruang pengering hari pertama………91

Gambar 4.20 Penurunan biji kakao sample 2 hari kedua………. 92

Gambar 4.21 Grafik Rh,T Ruang pengering hari kedua………92

Gambar 4.22 Biji kakao sample 3………. 95

Gambar 4.23 Grafik penurunan berat biji kakao sample 3 hari pertama ………. 96

Gambar 4.24 Grafik Rh,T ruang pengering hari pertama……….96

Gambar 4.25 Grafik penurunan berat biji kakao sample 3 hari kedua………..97

Gambar 4.26 Grafik Rh,T Ruang pengering hari kedua………97


(13)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Refrigeran ... 9

Tabel 2.2 Agricultural and marine product ... 13

Tabel 4.1 Kecepatan dan temperatur udara menuju ruang pengering ... 71

Tabel 4.2 Data temperatur dan kelembaban………72

Tabel 4.3 Data termodinamik refrigeran R22……….. 75

Tabel 4.4 Laju pengeringan, SMER dan SEC biji kakao Hybrida dan pompa kalor 90 Tabel 4.5 Laju pengeringan, SMER dan SEC biji kakao 2……… 95

Tabel 4.6 Laju pengeringan, SMER dan SEC biji kakao 3……… 97

Tabel 4.7 Temperatur dan kelembaban rata-rata udara, pengeringan Biji kakao sample 3………. 98


(14)

DAFTAR NOTASI

Lambang Keterangan Satuan

Pgauge Tekanan pressure gauge kPa

Pabsolut Tekanan 1 atm kPa

̇ Energi untuk kompressor watt

̇ Energi untuk fan dan blower watt

Coefficient of performance Heat Pump

̇ Kalor kondensor kW

̇ LajuAliran Massa Udara kg/s

Berat Jenis Udara kg/m3

A Luas Penampang Saluran Udara m2

P Panjang Penampang m

L

Lebar Penampang m

v Kecepatan Udara m/s

Panas jenis spesifik udara

Suhu Udara Keluar Kondensor K Suhu Udara Masuk Kondensor K

̇ LajuAliranRefrigeran kg/s

Entalpi Dalam Kondisi Vapor kJ/kg Entalpi Dalam Kondisi Vapor kJ/kg Entalpi Dalam Kondisi Liquid kJ/kg Entalpi Dalam Kondisi Liquid kJ/kg

Kalor Evaporator kW

TP Total Performance


(15)

ABSTRAK

Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor dan Surya untuk Mengeringkan Biji Kakao dilatar belakangi dengan dibutuhkannya alat pengering biji kakao yang bekerja pada temperatur dan kelembapan udara yang rendah dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat malam hari dan saat hujan, hal ini diperlukan karena selama ini pengeringan biji kakao dilakukan dengan menjemur langsung dibawah sinar matahari dan dengan tambahan bantuan angin (bergantung pada cuaca). Seiring dengan berkembangnya teknologi industri pengering yang khususnya untuk tanaman pangan yang nilai ekonomisnya tinggi, herbal dan obat-obatan membutuhkan pengeringan dengan temperature rendah dan kelembapan rendah untuk menghindari kerusakan pada bahan dan juga kandungannya, yang tidak bergantung pada cuaca, hemat energy dan ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan melakukan pengujian yang meliputi penghitungan kinerja Pompa kalor (COP), perhitungan Total Performance, perhitungan konsumsi energy (SEC), perhitungan laju ekstraksi (SMER) dan mengetahui karakteristik pengeringan biji kakao. Adapun variabel dalam penelitian ini adalah kecepatan udara yang mengalir dalam ruang pengering bervariasi dan biji kakao yang diuji memiliki kadar air yang berbeda serta waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan bahan. Dari hasil penelitian diperoleh: temperatur udara rata-rata ruang pengering pada proses pengeringan biji kakao dengan sistem pompa kalor hibrida untuk sample 1 39.85oC, sample 2 41.690C dan sample 3 44.030C dan kelembaban udara rata-rata untuk sample 1 55.93%, sample 2 54,58% dan sample 3 50,31%, COP dari pompa kalor adalah 4,4328 dan Total Performance (TP) sistem pompa kalor adalah 11,06; SEC untuk masing-masing sample yang dikeringkan adalah: sample 1 5,8137 kWh/kg, sample 2 4.017 kWh/kg dan sample 3 3.467 kWh/kg. secara bersamaan diperoleh nilai SMER sample 1 0.172 kg/kWh, sample 2 0.24892 kg/kWh dan sample 3 0.28836 kg/kWh. Kadar air untuk sample 2 7,2 % dan sample 3 sebesar 6.13%.

Kata Kunci: Coefficient of Performance(COP),Total Performance (TP), Specific

Energi Consumption(SEC), Specific moisture extraction rate(SMER), Pengering,


(16)

ABSTRACT

Testing of Equipment Dryer Heat Pumps and Solar Hybrid Drying Cocoa Beans for background with cocoa beans needed dryers that work in temperatures and low humidity can be used not only during daylight hours but also at night and when it rains, it is needed because during this drying cocoa beans carried out by direct drying under the sun and with the addition help of the wind (dependent on weather). In line with the development of industrial technologies dryers are especially for food crops of high economic value, herbs and medicines require drying with low temperature and low humidity to avoid damage to material as well as its contents, which do not depend on the weather, energy-efficient and eco friendly. This study aimed to test the heat pump covers the Coefficient of Performance (COP), the calculation of the Total Performance (TP), the calculation of Specific Energy Consumption (SEC), the calculation of the Specific Moisture extraction rate (SMER) and determine the characteristics of cocoa beans drying. The variables in this study is the velocity of air flowing through the drying chamber is varied and cocoa beans tested had different moisture content as well as the time required to dry the material. The result showed: the average air temperature in the drying chamber drying process cocoa beans with a hybrid heat pump system for 39.85 0C sample 1, sample 2 is 41.69 0C and sample 3 44.03 0C and air humidity average 55.93% for sample 1, sample 2 54.58% and 50.31% of sample 3, the COP of the heat pump is 4.4328 and Total Performance (TP) heat pump system is 11.06; SEC for each sample is dried: sample 1 5.8137 kWh / kg, sample 2 4,017 kWh / kg and sample 3 3,467 kWh / kg. simultaneously obtained sample value Smer 1 0172 kg / kWh, sample 2 0.24892 kg / kWh and sample 3 0.28836 kg / kWh. The water content of 7.2% for sample 2 and sample 3 at 6.13%.

Keywords: Coefficient of Performance (COP), Total Performance (TP), Specific

Energy Consumption (SEC), Specific Moisture Extraction Rate (SMER), dryer, heat pump, moisture content.


(17)

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Mesin pengering saat ini sedang berkembang pesat. Banyak sektor industry yang menggunakan mesin pengering dalam berbagai proses pengeringan. Mulai dari skala rumah tangga hingga skala industri produksi. Berbagai Perusahaan di bidang pertanian, kesehatan, produksi makanan memerlukan mesin pengering bahan dalam pekerjaannya. Untuk mendapatkan hasil produk dengan kualitas yang baik diperlukan bahan pendukung yang berkualitas pula. Sebagian bahan yang berkualitas baik di peroleh dengan perlakuan berupa pengeringan terlebih dahulu. Perusahaan yang berhubungan dengan bahan herbal dapat menyerahkan pengeringan bahannya kepada perusahaan jasa pengolahan bahan herbal atau membeli langsung bahan herbal pada perusahaan pengering tanaman herbal yang ada telah di keringkan dan diolah terlebih dahulu. Bagi perusahaan besar, memiliki alat pengering sendiri dan langsung mengolahnya sesuai kebutuhan bukan suatu permasalahan. Tetapi untuk perusahaan pengolahan bahan herbal skala kecil-menengah, khususnya yang langsung memperoleh tanaman herbal dengan sangat mudah, letaknya sangat dekat dengan sumber dan menanam langsung tanaman herbal tersebut, tentulah merugikan jika harus mengeluarkan biaya transportasi untuk mengirimkan tanaman herbal ke perusahaan pengering terlebih dahulu atau jika membeli bahan dari perusahaan pengolahan herbal yang lain yang harganya lebih tinggi. Ini disebabkan karena pengeringan terbuka atau secara konvensional, langsung ke sinar matahari dan di letakkan terbuka dan disusun langsung di area terbuka ternyata merusak bahan-bahan yang akan diolah. Kurang tepat jika perusahaan tersebut memaksakan untuk membeli alat pengering yang ada dipasaran yang relatif mahal, dan tidak semudah yang dibayangkan untuk biaya dan efisiensi. Solusi yang tepat adalah memiliki dan menggunakan alat pengering sendiri yang murah, sederhana dan tepat guna serta ramah lingkungan.

Oleh karena itu, melihat dan mempelajari penelitian-penelitian sebelumnya tentang prinsip heat pump sederhana dan solar collector yang memenuhi konsep alat pengering. Maka dalam penelitian ini digunakanlah prinsip heat pump sederhana namun juga modifikasinya dengan prinsip solar collector. Dewasa ini dinamakan solar assisted


(18)

heat pump drier. Mengingat energi surya menjadi energi yang menjanjikan untuk masa ke depan. Sehingga pemanfaatan energi surya menjadi maksimal dalam dunia keteknikan, khususnya teknik pengeringan. Konsep alat pengering ini murah (dengan menggunakan bahan-bahan yang mudah didapat di pasaran), mudah dirakit (di

assembling) dan ukurannya bisa di sesuaikan untuk usaha berskala kecil ataupun besar. Peralatan pengering yang berkapasitas besar memerlukan lahan atau tempat yang begitu luas. Dimana lahan tersebut harus mendapat cahaya matahari sepenuhnya seluas lahan tersebut untuk di manfaatkan oleh solar collector ,serta heat pump yang berkapasitas besar. Selain itu ruang pengering yang besar setidaknya membutuhkan alat angkat dalam memindahkannya. Dalam penelitian ini, digunakan kaki roda pada alat pengeringnya agar dapat memindahkannya, serta ruangan pengering yang berukuran 2x2x1 meter. Tentunya alat pengering dalam penelitian ini tidak kapasitas besar namun sangat mudah di modifikasinya bila rancangan selanjutnya untuk kapasitas besar. Sehingga tidak mematokkan ukuran alat pengeringnya.

Sistem ini juga tidak menggunakan temperatur yang tinggi bagi seperti perusahaan pengering yang sebagaimana sistem yang lain (misalnya sistem boiler). Telah diketahui bahwa temperatur pengeringan bahan untuk olahan herbal tidak memerlukan temperatur yang tinggi namun temperatur sedang (40⁰C-70⁰C) dengan kelembapan udara yang rendah (udara kering). Konsep utama pengeringannya adalah mendapat suhu dan kelembapan yang diinginkan serta COP heat pump yang baik.

Berawal dari konsep-konsep sederhana ini, sangat menjanjikan untuk kedepannya dapat juga dikembangkan sistem yang lebih efektif dan efisien dalam pengeringan semua bahan untuk pengolahan berbagai produk serta menjawab isu global dengan menghasilkan produk yang ramah lingkungan.

1.2. Tujuan Penelitian

Tujuan pengeringan dari sistem pengering ini yaitu:

1. Mengetahui waktu pengeringan, SMER, SEC dan Kadar air pengeringan bahan. 2. Penelitian ini di tujukan untuk meningkatkan kualitas dan harga tanaman pangan

yang nilai ekonomisnya tinggi seperti herbal, sayuran, buah-buahan dan obat-obatan. 3. Mengeringkan bahan dengan temperatur rendah sehingga bahan yang dikeringkan

tidak beresiko rusak. (permukaan menjadi hitam dan keriput).


(19)

4. Mengetahui kelembapan udara di ruang pengering selama proses pengeringan

1.3. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas terlihat bahwa pemanfaatan pompa kalor (heat pump) dan kolektor surya (solar collector) untuk proses pengeringan bahan makanan dan herbal perlu terus dikembangkan, dikarenakan kemampuannya mengeringkan pada temperatur rendah, biaya rendah, operasi bisa dilakukan dibawah kondisi ruangan lembab dan terutama ramah lingkungan. Pengeringan terhadap bahan makanan dan herbal perlu agar bisa tahan lama, efektif dan efisien dalam pengiriman kemana saja. Untuk itu, perlu pembahasan dan pengembangan desain awal untuk membuat sistem pengering menggunakan pompa kalor (heat pump) dan kolektor surya (solar collector).


(20)

1.4. Batasan Masalah

Dalam penelitian ini,memiliki beberapa batasan masalah,yaitu :

1. Pada pengujian ini hanya dibatasi untuk mencari SMER, SEC dan Kadar air saja. 2. Fisiologis bahan pada saat pengeringan dengan alat pengering tidak dibahas detail.

1.5. Manfaat Penelitian

Penelitian ini merupakan suatu upaya yang dilakukan agar dapat diaplikasikan ke perusahaan berskala kecil, menengah hingga besar dalam pengeringan bahan herbal, sayuran, buah-buahan dan lainnya.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari 5 bab. BAB I merupakan pendahuluan. Bab ini memberikan gambaran menyeluruh mengenai tugas akhir yang meliputi pembahasan latar belakang, tujuan penulisan, perumusan masalah, manfaat penulisan dan sistematika penulisan. BAB II adalah tinjauan pustaka, dimana pada bab ini berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk menganalisa persoalan. BAB III merupakan metode penelitian yang berisikan metode dari pengerjaan meliputi langkah-langkah pengolahan dan analisa data. BAB IV adalah hasil dan pembahasan yang berisi tentang hasil pengujian eksperimental. BAB V merupakan kesimpulan dan saran yang berisikan jawaban dari tujuan penelitian.


(21)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengenalan

Pemanfaatan pompa kalor untuk pengering sangat menarik dan praktis. Pengering pompa kalor memiliki koefisien kinerja yang tinggi dan berpotensi memperbaiki kualitas produk yang dikeringkan karena kemampuan pompa kalor untuk beroperasi pada suhu yang lebih rendah. Keuntungan utamanya yaitu pengering kompatibel dan pada suhu rendah. Bagi perkembangan pengering pompa kalor, teknologi pompa kalor digunakan untuk meningkatkan nilai ekonomis dan efisiensi pengering udara panas konvensional. Penurun kadar air di alat pengering pompa kalor menerima banyak perhatian karena kemampuannya untuk membalikkan panas laten dan mentransfernya ke pengeringan udara yang mampu mengeringkan pada temperatur rendah, biaya rendah dan operasi bahkan di bawah kondisi ruangan lembab dan menyebabkan pencemaran lingkungan yang minimum [1]. Perlu diingat bahwa jika pengering bekerja secara efisien, udara keluar harus memiliki suhu yang dekat dengan temperatur wet bulb dan juga pada kelembaban yang tinggi. Oleh karena itu, sebagian besar entalpi gas panas laten dalam uap air dan harus mengembalikan panas , bila memungkinkan, termasuk kondensasi uap air dari udara pengeringan. Metode ini diterapkan dalam Penurun kadar air di alat pengering pompa kalor [2].

Tiga keunggulan utama dari pengering pompa kalor adalah [3]: 1. Pengeringan pada suhu rendah dapat meningkatkan kualitas.

2. Efisiensi energi yang tertinggi dicapai karena keduanya sensible dan panas laten evaporasi diperlukan.

3. Kondisi Pengering dan karena laju pengeringan tidak dipengaruhi oleh kondisi pengeringan.


(22)

Prinsip dari pompa kalor, sama dengan yang terlibat dalam siklus pendinginan, telah dikenal selama lebih dari 100 tahun. Dalam tiga dekade terakhir, aplikasi pompa kalor telah dibatasi hanya oleh kondisi ekonomi [2]. Perlu dicatat bahwa melawan keunggulan ini, menggunakan energi listrik yang umumnya lebih mahal daripada bentuk-bentuk dari energi lain dan munculnya krisis energi pada awal tahun 1970 menyebabkan beberapa kekhawatiran terkait untuk menemukan sumber energi alternatif untuk pembangkit listrik dalam bidang industri, oleh karena itu, penerapan pompa kalor pengeringan terbatas.

Siklus refrigerasi tradisional digerakkan oleh listrik atau panas, yang sangat meningkatkan konsumsi listrik dan energi fosil. The International Institute of Refrigeration di Paris (IIF / IIR) memperkirakan bahwa sekitar 15% dari seluruh listrik diproduksi di seluruh dunia digunakan untuk pendinginan dan AC proses dari berbagai jenis, dan konsumsi energi untuk sistem pendingin udara baru-baru ini diperkirakan 45% dari seluruh rumah tangga dan bangunan komersial. Selain itu, konsumsi beban puncak listrik selama musim panas sedang ditegakkan kembali oleh penyebaran peralatan AC [4-6].

Agar mengoptimalkan kualitas produk tanaman pangan khusus seperti herbal, ginseng, dll, diperlukan pengeringan pada suhu rendah (30-45 0C) dan kelembaban relatif. Ini merupakan pertimbangan penting karena tumbuhan ini memiliki nilai komersial yang relatif tinggi serta nilai obat tersebut. Pengeringan Suhu tinggi memperburuk struktur material dan menyebabkan tidak cocoknya untuk digunakan lebih lanjut [7]. Pengeringan suhu rendah untuk tanaman khusus mengurangi resiko kerugian dalam kandungan gizi dan kerusakan sifat fisik. Sistem pengeringan menggabungkan pompa kalor di mana memanaskan baik sensible dan laten yang diperoleh kembali dari pembuangan udara. Panas ini kemudian didaur ulang kembali melalui pengering dengan memanaskan udara yang masuk pengering [8]. Pompa kalor saat ini relatif sedikit dipasang di industri. Namun, peraturan lingkungan hidup menjadi lebih ketat, pompa kalor industri dapat menjadi teknologi penting untuk mengurangi emisi, meningkatkan efisiensi [9], dan membatasi penggunaan air tanah untuk pendinginan. Pompa kalor digunakan secara luas dalam pengurangan kadar uap air dan pengeringan pada proses industri dengan suhu rendah dan sedang (maksimum 100 0C). Aplikasi utama mengering pulp dan kertas, berbagai produk makanan, kayu dan potongan kayu. Karena pengeringan dijalankan dalam sistem tertutup, bau dari pengeringan produk makanan, dll berkurang [10].

Untuk memperoleh keuntungan dari sumber energi bebas dan terbarukan yang disediakan oleh cahaya matahari banyak telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir untuk mengembangkan sistem pengeringan solar terutama untuk melestarikan pertanian dan produk hutan [11]. Teknologi pengeringan surya menawarkan alternatif yang dapat memproses produk dalam kondisi bersih, higienis dan sanitasi [12] dengan biaya nol, berlimpah di alam, murah, terbarukan, dampak lingkungan yang rendah dan merupakan sumber yang baik dari energi panas, tetapi memiliki beberapa kelemahan. Pertama, intensitas radiasi adalah fungsi dari waktu. Ini adalah keadaan dan menuntut strategi pengendalian yang memadai dan sarana yang diperlukan untuk kontrol tersebut. Masalah lain disebabkan oleh kepadatan energi yang rendah dari radiasi matahari yang membutuhkan penggunaan pengumpul


(23)

energi dengan permukaan besar [13]. Ketiga, mungkin perlu untuk menyesuaikan kinetika pengeringan produk dengan densitas radiasi matahari, parameter lain untuk kualitas produk termal terkait waktu yang bervariasi seperti tekstur dan warna dapat mengalami penurunan yang signifikan. Oleh karena itu, sangat penting bahwa, metode ilmiah yang lebih untuk pengeringan telah muncul disebut sebagai pengeringan surya yang diatur[12].

Gabungan pompa kalor dan panas matahari dapat mengatasi kesulitan-kesulitan ini dan memenuhi permintaan penting dalam industri pengeringan sehubungan dengan kontrol kualitas produk, mengurangi konsumsi energi dan mengurangi dampak lingkungan. Untuk bahan panas yang sensitif dapat meningkatkan kontrol kualitas yang ingin dicapai karena suhu pengeringan rendah dan udara bebas dari luar. Konsumsi energi berkurang dicapai karena koefisien kinerja yang tinggi dari pompa kalor dan efisiensi termal yang tinggi pada pengering ketika dirancang dengan baik [14].

Tulisan ini menyajikan kemajuan sistem dalam pengeringan yang mengkombinasikan kolektor surya yang dibantu pompa kalor pada penelitian dan pengembangan arah di lapangan.

2.2. Heat pump

Pompa kalor adalah pendingin (refrigerators) yang meningkatkan energi yang didapat dengan mendinginkan dari energi bersuhu rendah ke tingkat suhu yang lebih tinggi dengan bantuan eksternal (pendorong) energi dan dikirim dari kompresor ke refrigeran [15- 17]. Pompa kalor merujuk pada fakta bahwa baik pendinginan dan kinerja pemanasan pada refrigerator yang digunakan [17].

2.2.1 Dasar dari pompa kalor

Dalam pompa kalor, pendinginan dan pengurangan kadar uap air dari udara dilakukan dalam evaporator sebagai refrigeran suhu rendah memasuki evaporator sebagai campuran cair dan uap yang diuapkan dengan masukan panas dari beban (Gambar. 1). Uap refrigeran memasuki garis hisap kompresor dalam kondisi jenuh atau sedikit superheated yang menimbulkan tekanan dan, akibatnya, suhu pendingin. Tekanan tinggi dan suhu uap refrigeran memasuki penukar panas kondensor yang menggunakan udara ambien atau air untuk mendinginkan refrigeran ke suhu jenuhnya sebelum sepenuhnya kondensasi ke kondisi cair setelah kondensor [18]. Pada kondensor, refrigeran mengalami dua fase kondensasi, berubah dari uap ke fase cair. Selama proses ini, panas dibuang oleh kondensor untuk memanaskan udara atau air di sekitarnya. Sebuah perangkat throttling seperti katup, lubang pelat, atau pipa kapiler digunakan untuk memperluas refrigeran cair yang menyebabkan beberapa refrigeran menguap karena suhu dan tekanan berkurang. Setelah proses ekspansi, pendingin memasuki evaporator dalam keadaan dua fase. Siklus berulang lagi [19].


(24)

Gambar 2.1.Diagram siklus dasar pompa kalor dengan media udara 2.2.2 Refrigerants

Refrigeran adalah fluida yang bekerja di siklus kompresi uap mekanik. Selama beberapa dekade terakhir, CFC dan hidro chlorofluorocarbon (HCFC) telah banyak digunakan dalam pendingin, panas pompa kalor dan bidang AC karena termodinamika dan kimia karakteristik yang sangat baik mereka [20]. Molina dan Rowland [21] pada tahun 1974, menyatakan bahwa CFC mungkin bertanggung jawab atas kerusakan lapisan ozon stratosfer dan sejak itu banyak upaya yang dikeluarkan untuk menguji apakah saran mereka benar. Akibatnya pada tahun 1987 [22], banyak negara menandatangani Protokol Montreal untuk mengatur produksi dan perdagangan bahan perusak lapisan ozon, menyadari bahwa penipisan lapisan ozon adalah isu lingkungan global. Sebagai hasil dari perjanjian internasional ini, CFC-benar dihapus per Januari 1996 di negara-negara maju saat mereka diizinkan untuk digunakan lebih lanjut selama 10 tahun di negara-negara berkembang. Dalam rangka untuk mengisi kesenjangan yang disebabkan oleh fase-keluar dari CFC, pendingin, AC industri dan industri makanan telah melakukan kegiatan penelitian dan pengembangan yang luas untuk menemukan alternatif refrigeran murni. Ada sejumlah besar refrigeran alternatif di pasar. Tabel 1 mencantumkan beberapa alternatif ini [23]. Dalam ASHRAE Standard 34 [24], refrigeran diklasifikasikan sesuai dengan bahaya yang terlibat dalam penggunaannya. Klasifikasi toksisitas dan mudah terbakar menghasilkan enam kelompok keamanan (A1, A2, A3, B1, B2, dan B3) untuk pendingin. Kelompok A1 pendingin yang paling tidak berbahaya, Grup B3 yang paling berbahaya.


(25)

2.2.3 Aplikasi Pompa Kalor

Ada beberapa aplikasi pemanasan dan pendinginan yang tidak bisa mendapatkan keuntungan dari teknologi pompa kalor dan dengan demikian memberikan efisiensi energi yang signifikan.

Pompa kalor juga bisa untuk mengklaim panas gratis atau limbah dari sejumlah tempat seperti: udara ambien, air tanah, tanah itu sendiri, aplikasi komersial di mana panas yang tidak diinginkan akan dibuang.

Teknologi pompa kalor dapat digunakan di dalam negeri dan aplikasi komersial yang beragam seperti pemanas ruangan atau pendinginan untuk manusia demi kenyamanan dalam kantor, rumah, pemanas udara dan segala macam instalasi perumahan. Mereka juga dapat ditemukan dalam aplikasi komersial di mana sejumlah besar air yang tersedia untuk pengeringan, kolam renang dan produksi pabrik [25].

2.3 Pengering Pompa Kalor

Ada berbagai cara untuk pengeringan bahan basah dan seringkali diperlukan untuk membandingkan efisiensi dari metode yang berbeda. Parameter yang mudah digunakan adalah 'efektivitas' yang mengacu pada jumlah air yang diambil per masukan satuan energi, dinyatakan dalam kg H2O kW h-1 [26]. Metode pengeringan

yang paling sederhana adalah untuk meniup udara panas di atas bahan lembab dan untuk membuang udara lembab ke atmosfer [27,28]. Peningkatan dapat dilakukan dengan cara menghitung ulang sebagian dari udara tetapi jumlah peningkatan dibatasi dan itu adalah dengan mengorbankan peningkatan waktu pengeringan.

Salah satu cara yang paling efisien serta dapat dikendalikan untuk mengeringkan bahan basah adalah dengan menggunakan pengeringan pompa kalor. Selama bertahun-tahun pompa kalor telah dikenal sebagai metode yang efisien energi. untuk pengeringan adalah perbedaan panas panas yang dihasilkan oleh kondensor dan panas dingin evaporator akan menggunakan secara bersamaan selama operasi. Panas dari kondensor akan diproduksi panas dan akan digunakan untuk memanaskan material dan panas dingin dari evaporator akan digunakan dalam proses (Gbr. 2).

Penerapan pompa kalor di bidang pertanian mulai dengan penggunaannya sebagai perangkat tambahan untuk pemanas. Penelitian dan pengembangan selanjutnya telah menghasilkan pengembangan proses pengeringan yang berjalan hanya dengan pompa kalor. Penggunaan komersial pengering pompa kalor yang


(26)

terintegrasi telah dilaporkan di banyak bagian Eropa, Asia dan Australia di mana teknologi telah diterapkan terutama di sektor pengolahan makanan laut [29].

2.3.1 Klasifikasi Pompa Kalor

Sumber panas yang paling umum untuk pengeringan aplikasi udara, tanah dan sumber bahan kimia dengan pompa kalor. Di antaranya, yang bersumber dari pompa air panas telah banyak digunakan dalam aplikasi pengeringan. Skema klasifikasi untuk pengering pompa kalor diberikan pada Gambar. 3.

Gambar 2.2 Skema diagram pompa kalor

Gambar 2.3. Klasifikasi Pompa Kalor

2.3.2 Ulasan mengenai Pompa Kalor-pengering tambahan (Heat Pump-Assisted Dryer)


(27)

Kemampuan pompa kalor untuk mengkonversi panas laten kondensasi uap ke dalam panas sensibel dari aliran udara yang melewati kondensor membuat mereka menarik dalam aplikasi pengeringan terutama bila dikombinasikan dengan kemampuan untuk menghasilkan kondisi pengeringan yang terkendali dengan baik [30]. Untuk alasan ini pengering pompa kalor telah digunakan selama puluhan tahun di pembakaran kayu untuk mengurangi kelembapan udara dan meningkatkan kualitas kayu [31].

2.3.2.1Sistem pengering Pompa Kalor dengan media Udara

Mengikuti tren secara umum untuk meningkatkan kualitas produk dan mengurangi konsumsi energi, banyak peneliti telah mengakui fitur khusus pompa kalor, yang telah menghasilkan pertumbuhan yang cepat dari kedua teori dan penelitian tentang pengeringan pompa kalor dengan media udara (Tabel 2) diterapkan.

Keuntungan utama dan keterbatasan pengering pompa kalor adalah sebagai berikut [66]:

keuntungan:

 Efisiensi energi yang lebih tinggi dengan profil temperatur terkontrol untuk memenuhi persyaratan produk.

 Kualitas produk yang lebih baik dengan profil temperatur terkontrol untuk memenuhi persyaratan produk

 Beragam pengeringan kondisi biasanya dari -200C sampai 100 0C (dengan pemanasan tambahan) layak.

 Output Produk yang konsiten

 Kontrol yang sangat baik bagi lingkungan untuk produk bernilai tinggi dan mengurangi konsumsi listrik untuk produk bernilai rendah.

 Cocok untuk produk bernilai tinggi dan bernilai rendah.

 Memungkinkan pengolahan Aseptik.

 Fitur lain dari pengering pompa kalor adalah sifat konsumsi energi yang rendah [67,68].

 Studi awal menemukan bahwa kualitas warna dan aroma produk pertanian kering dengan menggunakan pompa kalor lebih baik dari produk mereka yang


(28)

menggunakan pengering udara panas konvensional [38,41,43,53].

 Pemanas tambahan mungkin diperlukan untuk pengeringan bersuhu tinggi karena tingkat tekanan kritis beberapa refrigeran.


(29)

(30)

(31)

 Biaya modal awal mungkin tinggi karena banyak komponen pendingin. Sistem Membutuhkan waktu steady state untuk mencapai kondisi pengeringan yang diinginkan.

 Diperlukan perawatan secara berkala untuk komponen.

 Kebocoran refrigeran ke lingkungan dapat terjadi jika ada keretakan pada pipa karena sistem bertekanan.

2.3.3 Sistem Pompa Kalor Dengan Cairan Kimia

Pompa kalor kimia (CHP) adalah sistem manajemen energi panas yang memiliki beberapa kegunaan memungkinkan sejumlah fungsi simultan dan tidak memerlukan masukan energi mekanik. Penggunaan ini termasuk penyimpanan panas energi, pompa kalor, meningkatkan kualitas panas dan pendinginan [69,70]. Di antara proses industri, unit usaha tertentu seperti pengeringan, distilasi, penguapan dan kondensasi berurusan dengan sejumlah besar perubahan entalpi dimana CHP dapat secara efektif dimanfaatkan [71]. Dalam beberapa tahun terakhir beberapa penelitian telah dilakukan dalam menggunakan panas kimia sistem pompa pengeringan.

Sebuah sistem pompa kalor kimia (CHP) memanfaatan energi panas ramah lingkungan yang efektif dalam pengeringan diusulkan dari sudut pandang penghematan energi dan dampak lingkungan. CHPs dapat menyimpan energi panas dalam bentuk energi kimia dengan reaksi endotermik dan melepaskannya di berbagai tingkat suhu untuk kebutuhan panas dengan exo / reaksi endotermik. CHPs memiliki potensi untuk mengembalikan panas dan penurunan kadar uap air dalam proses pengeringan dengan penyimpanan panas dan pelepasan panas pada suhu rendah /tinggi. Dalam penelitian ini, penulis memperkirakan potensi aplikasi CHP dengan sistem pengeringan untuk keperluan industri. Beberapa sistem gabungan CHPs dan pengering yang diusulkan sebagai pengering pompa kalor kimia (CHPD). Potensi komersial CHPDs dibahas [72].

Hasil dari studi eksperimental dari pompa kalor kimia (CHP) dibantu pengering konvektif (Gbr. 4) menunjukkan bahwa hal itu dapat digunakan untuk produksi air panas untuk bets pengeringan menggunakan suhu udara ambien pada tahap pelepasan kalor. Unit CHP dapat dioperasikan untuk meningkatkan tingkat suhu dan juga untuk mengurangi kelembapan udara, yang merupakan fitur


(32)

reaktor silinder tunggal untuk mempelajari efek dari kondisi pertukaran panas pada produksi udara panas. Hasil menunjukkan bahwa produksi udara panas ditingkatkan dengan memperbesar alat penukar kalor, meningkatkan kecepatan transfer kalor dengan menggunakan jala stainless dan meningkatkan laju aliran udara [73].

Hasil penyelidikan eksperimental pada pengendalian produksi udara panas menggunakan sepasang pompa kalor kimia (CHP) disajikan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan bagaimana CHP dibantu pengering bets dapat dioperasikan secara efektif. CHP menggunakan terkenal CaO / H2O / Ca (OH) 2 hidrasi / dehidrasi reaksi, yang reversibel. Suhu udara panas dapat dikendalikan dengan mengatur suhu reaktor, dan tekanan, serta tenaga panas yang disediakan untuk itu. Hal ini menunjukkan bahwa udara panas dapat diproduksi baik dalam penyimpanan panas dan pelepasan panas bertahap CHP [74].

Gambar 2.4. Type standart dari Pompa kalor kimia


(33)

2.3.4 Pengering Pompa Kalor bersumber dari Bumi (Geothermal)

Sebuah pompa kalor yang bersumber dari dalam tanah (Bumi) (GSHP) mengubah energi bumi menjadi energi yang berguna untuk panas dan dingin. Ini menyediakan panas suhu rendah dengan mengekstraksi dari tanah atau reservoar air. Ini sebenarnya dapat menghasilkan lebih banyak energi daripada yang digunakannya, karena memperoleh energi bebas tambahan dari tanah [75]. Ada berbagai penelitian pada pompa kalor sistem geothermal (GSHP) [76-96], sedangkan, beberapa studi telah dilakukan mengenai pemanfaatan jenis pompa kalor untuk aplikasi pengeringan.

Sebuah pompa kalor Geothermal (GSHP) menggunakan tanah sebagai sumber panas dalam modus operasi memanaskan dan heat sink dalam pendinginan. Dalam modus pemanas, GSHP menyerap panas dari tanah dan menggunakannya untuk kalor fluida kerja. GSHPs merupakan alternatif yang efisien untuk metode konvensional rumah pendingin karena mereka menggunakan tanah sebagai sumber energi atau tenggelam daripada menggunakan udara ambien. Tanah adalah media pertukaran panas termal lebih stabil dari pada udara, pada dasarnya tidak terbatas dan selalu tersedia. Para GSHPs bertukar kalor dengan tanah, dan mempertahankan tingkat kinerja yang tinggi bahkan di iklim dingin [97].

Penilaian sumber energik dari dalam tanah (atau panas bumi) pengeringan system HP (GSHP) disajikan. Sistem ini dirancang, dibangun dan diuji di Solar Energy Institute of Ege University, Izmir, Turki. Distruksi exergi di masing-masing komponen dari sistem secara keseluruhan ditentukan untuk nilai rata-rata parameter eksperimental diukur. Exergi efisiensi komponen sistem bertekad untuk menilai kinerja mereka dan untuk menjelaskan


(34)

potensi untuk perbaikan. nilai COP untuk unit GSHP dan keseluruhan sistem pengeringan GSHP ditemukan berkisar antara 1,63-2,88 dan 1,45-2,65, masing-masing, sementara yang sesuai dengan nilai-nilai efisiensi exergi secara produk / bahan bakar ditemukan 21,1 dan 15,5% pada negara yang bersuhu mati 27,8 0C. Tingkat ekstraksi kelembaban udara tertentu (SMER) atas dasar sistem diperoleh menjadi 0,122 kg kW-1 h-1 . Untuk sistem pengeringan, yang disebut kelembaban udara tertentu tingkat exergetic (SMExR), yang didefinisikan sebagai rasio kelembaban dihapus dalam kg ke input exergi di kW h, juga diusulkan oleh penulis. Dengan SMExR seluruh GSHP sistem pengeringan ditemukan 5.11 kg kW -1 h-1 [98].

Analisis exergi proses pengeringan lapisan tunggal dari daun mint di tanah sumber pompa kalor tray dryer, yang dirancang dan dibangun di Solar Energy Institute, Universitas Ege, Izmir, Turki disajikan. Proses pengeringan diwujudkan pada tiga varian suhu udara pengeringan 40, 45 dan 50 0C, dan laju aliran massa 0,01-0,05 kg/s pada kelembaban relatif konstan 16%. Efek dari suhu dan laju aliran massa pada kerugian exergi, efisiensi exergi dan potensi perbaikan proses pengeringan diselidiki. Efisiensi exergi maksimum ruang pengering diperoleh pada suhu 50 0C dan laju aliran massa udara pengeringan 0,05 kg/s. Nilai efisiensi exergi diperoleh bervariasi dari 76,03% menjadi 97,24% pada pengeringan suhu udara 40-50 0C dengan laju aliran massa udara pengeringan dari 0,01-0,05 kg s-1 [99].

Analisis exergi dari proses pengeringan lapisan tunggal daun laurel di tanah bersumber panas dari pompa kalor dilemari pengeringan, yang dirancang dan dibangun di Solar Energy Institute, Universitas Ege, Izmir, Turki menunjukkan. Efek dari pengeringan suhu udara pada kerugian exergi, efisiensi exergi dan


(35)

potensi peningkatan exergetic dari proses pengeringan diselidiki. Hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi exergi dari pengering meningkat dengan meningkatnya suhu udara pengeringan. Selain itu, daun salam yang cukup dikeringkan pada suhu berkisar 40-50

0

C dengan kelembaban relatif yang bervariasi 16-19% dan kecepatan udara pengeringan 0,5 ms-1 selama periode pengeringan 9 jam. Nilai efisiensi exergi diperoleh berkisar 81,35-87,48% berdasarkan inflow, dan outflow losses exergi, dan 9,11-15,48% berdasarkan atas bahan baku produk / bahan bakar antara suhu pengeringan udara yang sama dengan laju aliran massa udara pengeringan 0,12 kg s-1 [100].

2.3.5 Klasifikasi Sistematis Pompa Kalor kombinasi Kolektor Surya (SAHP)

Sebuah sistem pompa kalor dibantu surya terdiri dari unit siklus kompresi uap yang dikombinasikan dengan kolektor surya dan sistem gabungan ini memiliki koefisien kinerja yang tinggi [101-103]. Kolektor surya dibantu sistem pompa kalor dapat diklasifikasikan ke sistem SAHP konvensional dan langsung ekspansi ke sistem SAHP (DX-SAHP). Dalam sistem langsung (Gbr. 5), sistem kolektor surya tidak bertindak sebagai evaporator dan itu terdiri atas satu pompa kalor (evaporator, kondensor, kompresor dan katup ekspansi) dan kolektor surya. Sistem DX-SAHP pada dasarnya terdiri dari kolektor surya, penukar panas sebagai kondensor, katup ekspansi termostatik dan kompresor. Kolektor surya digunakan sebagai evaporator dari sistem pompa kalor. Refrigeran langsung menguap dalam solar kolektor-evaporator karena masukan energi surya, di mana perubahan fasa dari cair ke uap terjadi. Dengan demikian, tidak seperti sistem SAHP konvensional, di mana dua komponen sistem yang terpisah


(36)

digunakan untuk tujuan yang sama, kedua proses, yaitu mengumpulkan energi matahari dan menguapkan refrigeran, yang direalisasikan hanya dalam satu unit [104]. Hal ini menyebabkan beberapa keunggulan dibandingkan sistem SAHP konvensional [104]:

a) Penguapan langsung dari refrigeran dalam evaporator ke kolektor surya mengakibatkan koefisien perpindahan panas yang lebih tinggi.

b) Penggunaan kolektor surya sebagai evaporator mengurangi biaya sistem secara keseluruhan karena kebutuhan untuk evaporator tambahan dalam sistem SAHP tradisional dihilangkan.

c) Masalah yang mungkin terjadi pada kolektor air (yaitu korosi, beku pada saat malam), dihilangkan karena penggunaan refrigeran sebagai fluida kerja, menyebabkan sistem yang lebih optimal.

d) Menggunakan refrigeran sebagai fluida kerja dalam hasil siklus pompa kalor pada suhu rendah selama proses penguapan dalam kolektor surya, yang menyebabkan kerugian sistem yang lebih rendah karena nilai kerugian kolektor adalah fungsi dari kolektor ke perbedaan suhu lingkungan.

e) Kolektor, termasuk kolektor kosong plat datar, bekerja pada nilai efisiensi tinggi berdasarkan kolektor untuk perbedaan suhu lingkungan rendah, yang juga mengurangi biaya pembuatan kolektor.


(37)

Gambar 2.5. Skema Diagram SAHP

2.3.6 Deskripsi singkat dari Pengering Pompa Kalor Dibantu Solar Kolektor (SAHPD)

Pompa kalor telah diketahui menjadi lebih efisien energi bila digunakan dengan operasi pengeringan. Keuntungan utama dari pengering pompa kalor muncul dari kemampuan pompa kalor untuk memulihkan energi dari pembuangan udara serta kemampuan mereka untuk mengontrol mereka suhu udara pengering dan kelembaban [105].

Ada berbagai desain SAHPD tergantung pada sifat dari aplikasi langsung seperti satu dengan dan tanpa fasilitas penyimpanan kalor. Gambar. 6 menggambarkan skema sistem SAHPD yang disederhanakan. Ini merupakan gambaran skematik dari berbagai komponen pendingin dan integrasi sistem surya dengan ruang pengering. Inlet pengeringan udara melewati ruang pengering dan mengambil uap air dari produk [105]. Udara lembab dari pengering dilewatkan melalui evaporator dari pompa panas yang bertindak sebagai dehumidifier [106]. Selama proses penurunan kadar uap air, udara lembab pertama didinginkan


(38)

bijaksana untuk titik embun. Hasil pendinginan lebih lanjut dalam air yang terkondensasi dari udara. Kedua panas sensibel dan laten kemudian diserap oleh evaporator untuk mendidihkan refrigeran. Panas kembali dipompakan ke kondensor, di mana ia dipanaskan oleh fluida kerja kondensasi. Pada kolektor surya, radiasi matahari dari matahari diubah menjadi kalor sensibel. udara melewati jumlah pipa di panel ini kemudian memanas. Udara panas ini memasuki kondensor. Udara dipanaskan dan kadar uap menyerap lebih banyak panas dari kondensor dan kemudian salah satu yang suhu yang lebih tinggi dan benar kadar uap yang mudah mengalir melalui ruang pengering untuk aplikasi pengeringan.

Seperti banyak sistem mekanis, perangkat SAHPD memiliki kelebihan dan kekurangan. Potensi keuntungan dari SAHPD [105]:

1) Konversi energi alam yang mudah untuk pemanasan langsung dan penyimpanan mengakibatkan penghematan yang signifikan dari energi dan efisiensi sistem yang lebih baik.

2) Kualitas produk yang lebih baik, waktu kondisi pengeringan dikendalikan dengan baik untuk memenuhi kebutuhan produksi tertentu.

3) Mudah untuk melaksanakan kontrol strategi.

4) Karena pompa kalor mengkonsumsi lebih sedikit energi primer dari sistem pemanas konvensional, alat ini adalah sebuah teknologi penting untuk mengurangi emisi gas yang membahayakan lingkungan, seperti karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2) dan nitrogen oksida (NOx). Namun, dampak lingkungan secara keseluruhan dari pompa kalor listrik sangat tergantung pada bagaimana listrik dihasilkan. Pompa kalor didorong oleh listrik dari, misalnya, pembangkit


(39)

listrik tenaga air atau energi terbarukan, mengurangi emisi lebih signifikan daripada jika listrik yang dihasilkan oleh batu bara, minyak atau pembangkit listrik berbahan bakar gas [10].

Kekurangannya sebagai berikut [107]:

1) Biaya modal yang lebih tinggi yang dikeluarkan untuk panel surya tambahan, blower, tangki penyimpanan, dll 2) Jumlah energi matahari yang tersedia bervariasi secara

signifikan sepanjang hari.

2.3.6.1Energi Surya membantu Sistem Pengering Pompa Kalor

Menggabungkan kolektor surya dan HPD di tempat-tempat di mana sumber energi matahari yang melimpah tersedia dapat lebih meningkatkan efisiensi suhu pengeringan dan energi dari sistem pengeringan secara keseluruhan. Koleksi energi surya dan disisihkan untuk penggunaan masa depan dalam bahan perubahan fasa seperti lilin parafin untuk pemakaian energi sensibel udara pengeringan mengakibatkan sarana yang lebih murah dengan menggunakan suhu pengeringan yang lebih tinggi dibandingkan pada sistem pemanas konvensional. Selanjutnya, sistem tersebut menawarkan fleksibilitas operasi dengan pompa kalor, tata surya, atau pada kedua sistem saling melengkapi. Sebuah eksperimen kolektor surya mengguncang sistem tempat penyimpanan untuk pengeringan kacang telah dievaluasi oleh Troger dan Butler [107,108].

Chauhan et al. [107,109] mempelajari karakteristik pengeringan ketumbar stasioner dalam kapasitas 0,5 t / bets dalam tempat pengering digabungkan dengan pemanas udara


(40)

surya dan unit penyimpanan batuan untuk menerima udara panas selama tidak adanya sinar matahari. Mereka menemukan bahwa untuk mengurangi air rata-rata butir ketumbar dari 28,2 (basis kering) 11,4% (basis kering) membutuhkan 27 jam sinar matahari kumulatif. Menggunakan penyimpanan d panas dari batuan sistem penyimpanan energi, pengurangan kelembaban yang sama dapat dicapai dengan hanya 18 jam kumulatif sinar matahari. Sistem pasokan energi matahari yang diusulkan dalam bagian ini terdiri dari kolektor surya, blower, tangki penyimpanan perubahan fasa, udara-katup, dan pipa seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6. Tergantung pada jenis bahan pengeringan yang menentukan suhu udara, udara dapat diterbangkan dengan terbuka partial discharge penuh mengedarkan atau modus peredaran debit penuh.

Gambar. 7 menunjukkan susunan skematik pengering surya dilengkapi dengan pompa kalor absorpsi dan penyimpanan panas [110,111]. Sebagian dari entalpi masuk udara luar digunakan interposing sistem pompa 2-untuk menguapkan air disemprotkan dalam evaporator 3. uap air masuk ke dalam air garam disemprotkan ke dalam tangki 4. Pompa 5 mengumpan air garam melalui penukar kalor regenerator 6 menjadi boiler bertekanan tinggi 7. Air dalam boiler disuling dengan bantuan energi matahari yang diperoleh dalam kolektor 10 dan disimpan dalam tangki air 11, dan dengan menggunakan energi tambahan A ke sejauh diperlukan cairan yang kental diarahkan kembali ke tangki 4 melalui regenerator 6. uap air tekanan tinggi mengembun di kondenser 8 dan dengan bantuan sistem penukar pompa kalor 9 menghangatkan udara sehingga kadar air berkurang, yang dipasok ke pengering. Dengan terkondensasi air bertekanan


(41)

tinggi mengalir melalui katup ekspansi E mendingin dan tiba di evaporator 3. Sistem ini awalnya dirancang untuk pengeringan kacang.

Gambar 2.6 Pengering Surya untuk kacang dilengkapi dengan pompa kalor absorpsi dan penyimpanan panas [111].

Gambar. 7 menggambarkan skema sistem yang lengkap dengan pompa kalor [111,112]. Bagian dari udara lembab meninggalkan pengering yang mengalir melalui penukar kalor penguapan 9 dari pompa panas, dan sebagian proporsional kadar air terkondensasi. Masukan panas ke media kerja pompa panas (dilengkapi dengan energi input kompresor 10 dan dengan bantuan penukar panas kondensor 11) dapat diambil ke dalam sistem air panas. Tergantung pada negara sekitar, udara meninggalkan alat penukar kalor 9 dapat dikembalikan untuk memanaskan penukar 6 dari pengering.Dalam kasus pengering terhubung ke sistem energi pemeliharaan ternak pertanian, pompa panas dapat juga digunakan untuk pendinginan susu dan memproduksi air panas pada waktu yang sama.


(42)

Gambar 2.7.Sistem Kompleks pengering pompa kalor dikombinasikan dengan surya [111].

Sistem kolektor dengan fluida medium 5 yang dibangun di atas bangunan pengeringan terhubung ke siklus tertutup. Sistem ini dapat memiliki modus operasi yang berbeda. Ketika katup 2 dan 3 ditutup, sistem kolektor bekerja pada alat penukar kalor dengan fluida udara 6 dan berfungsi sebagai pengering 7. Dengan katup 1 dan 3 ditutup, tangki air panas dihangatkan 8. Dalam posisi transisi dari katup 1 dan 2 (katup 3 ditutup), dua mode sebagian dapat beroperasi secara bersamaan. Jika katup 1 dan 4 ditutup, udara pengeringan dipanaskan dalam penukar kalor 6 dengan menggunakan cadangan air panas penyimpan kalor 8. udara meninggalkan pengering memiliki hampir tidak memiliki entalpi yang sama ketika memasuki pengering. Sebagian besar dari entalpi digunakan pada pengeringan dapat kembali dengan kondensasi yang menyerap uap air . Untuk tujuan ini pompa kalor dapat dimasukkan dalam sistem energi.


(43)

peralatan Pengeringan surya dibantu dengan pompa kalor dan dikombinasikan dengan penyimpan panas telah dikembangkan untuk pengeringan kacang [113,114].

Sebuah pompa kalor hybrid dibantu pengering surya dengan modul fotovoltaik diusulkan oleh Bhattacharya et al. [115]. Sistem ini dirancang untuk proses pengeringan sayuran dan buah-buahan.

Hawlader et al. [117] dirancang dan dibangun pengering pompa kalor dibantu kolektor surya dan pemanas air, seperti ditunjukkan pada Gambar. 9. eksperimental set-up terdiri dari dua jalur terpisah yang digunakan untuk udara dan refrigerant. Kolektor surya udara, kondensor berpendingin udara, pemanas tambahan, blower, unit pengering , evaporator, dan suhu dan aliran perangkat kontrol berada di jalur udara. Jalur pendingin terdiri dari unit pompa kalor kompresi uap , pada kolektor evaporator, kompresor jenis terbuka yang bekerja bolak-balik, regulator tekanan evaporator, katup ekspansi, tangki kondensor, dan unit fan-coil. Kedua evaporator yang terhubung secara paralel pada katup ekspansi individu. Evaporator 1 bertindak sebagai penangkap uap air dan Evaporator 2 tampil sebagai kolektor evaporator. Sebuah kolektor surya plat datar kosong digunakan sebagai evaporator dan R134a sebagai refrigeran. Nilai-nilai COP, diperoleh dari simulasi dan percobaan yang 7.0, dan 5.0, masing-masing, sedangkan fraksi surya (SF) nilai 0,65 dan 0,61 yang diperoleh dari simulasi dan percobaan, masing-masing.

Dalam studi lain Hawlader dan Jahangeer [118], mempresentasikan kinerja pengering pompa kalor dibantu surya dan pemanas air diselidiki nilai COP 7,5 untuk kecepatan kompresor diamati 1800 rpm . Dalam pengeringan kacang hijau, Nilai rendemen kelembaban 0,65 untuk beban bahan 20 kg dan kecepatan kompresor diperoleh 1200 rpm.

Di Negara China bagian Utara, produk pertanian dapat dipanen atas kelembapan penyimpanan yang aman untuk mencegah kerugian lahan yang berlebihan. Sebuah pengering pompa kalor dibantu sistem surya (SAHP) dengan tangki penyimpanan energi telah diusulkan untuk memenuhi


(44)

permintaan di bidang ini. Sistem pengeringan dirancang sedemikian rupa sehingga beberapa komponen dapat diisolasi tergantung pada pola cuaca dan kondisi penggunaan. Kinerja seluruh sistem telah dimodelkan dan diselidiki di bawah hari musim panas khas kota Baoding, China. Hasil menunjukkan bahwa koefisien kinerja (COP) dari sistem pengeringan SAHP adalah 5,369, sementara itu 3,411 tanpa masukan energi surya. Dengan tangki penyimpanan energi, sistem pengeringan SAHP melakukan lebih stabil dan memodulasi ketidak sesuaian antara radiasi matahari dan energi yang dibutuhkan di malam hari. Diskusi lain pada nomor kolektor, waktu pengeringan dan suhu pengeringan juga diproses, yang akan membantu untuk menerapkan sistem di China [119].

Percobaan dilakukan pada pengering pompa kalor dibantu energi surya dengan Hawlader et al. [120] untuk membandingkan kinerja evaporator-kolektor dan evaporator-kolektor udara yang digunakan dalam sistem surya yang terintegrasi. Ditemukan bahwa evaporator-kolektor yang dilakukan lebih baik daripada kolektor udara dalam sistem pengeringan pompa kalor dibantu surya. Efisiensi kolektor udara dibangkitkan karena laju aliran massa yang lebih tinggi dari udara dan penggunaan alat penangkap uap dalam sistem. Kisaran efisiensi kolektor udara, dengan dan tanpa dehumidifier, ditemukan sekitar 0,72-0,76 dan 0,42-0,48, masing-masing. Ia juga mengungkapkan bahwa efisiensi evaporator-kolektor lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor udara dan meningkat dengan peningkatan laju aliran massa refrigeran. Efisiensi maksimum evaporator-kolektor 0,87 terhadap efisiensi kolektor udara maksimum yang diperoleh 0,76 .


(45)

Gambar 2.8.Skema diagram pengering pompa kalor dibantu surya dan pemanas air [117,118,120].


(46)

Gambar 2.9. Skematik diagram Pompa kalor dibantu pengeringan Surya menggunakan kolektor surya multifungsi 126-128].

2.3.6.2 Sistem Pengering Pompa Kalor Hybrid terintegrasi Surya (SAHPD)

Di negara-negara tropis seperti Malaysia yang memiliki kelembaban relatif yang tinggi 70-90% menganggap setiap tahun [121-123], masalah kelembaban, ketidakpastian cuaca dan intensitas radiasi matahari yang tak terduga sangat tinggi [124], oleh karena itu, pengering pompa kalor menggunakan kolektor panas matahari multifungsi yang dirancang dan belajar di Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM) mempertimbangkan faktor-faktor di atas [125]. Sistem ini terdiri dari lima komponen utama: sistem kompresi uap pompa kalor, kolektor panas matahari multifungsi, pengeringan ruang, saluran udara dan kolektor surya saluran udara panas (Gambar 10.). Kolektor panas matahari multifungsi melekat pada sistem yang digunakan untuk mempertahankan kekuasaan dalam ruang pengering dan juga untuk meningkatkan efisiensi sistem dan terdiri dari batang aluminium dan sirip untuk mentransfer panas ke dan dari udara yang melewatinya. Kolektor ditutupi oleh lembaran plastik transparan di atas, dan terisolasi oleh karet busa di bagian bawah. Kolektor multifungsi dirancang untuk beroperasi sebagai kolektor panas selama jam sinar matahari dan sebagai evaporator selama jam malam atau ketika radiasi matahari tidak cukup. Oleh karena itu, akan meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem dan juga memperpanjang waktu operasi [126-128].

Empat set percobaan dilakukan di laboratorium dengan dan tanpa kolektor panas matahari multifungsi, percobaan pertama dilakukan dengan pompa kalor sebagai sumber panas untuk keperluan pengeringan tanpa kolektor surya, dalam hal ini pompa kalor


(47)

menyediakan proses pengeringan lambat, tapi itu penyerap uap air yang baik. Butuh 80 menit untuk meningkatkan suhu udara di ruang pengering dari 30 sampai 40 0C. Selama periode tersebut, kelembaban menurun dari 80% menjadi 45% (Gambar. 11) dan setelah 180 menit operasi, kelembaban udara di evaporator menurun menjadi 24% dan suhu udara di ruang pengering meningkat menjadi 47 0C. Percobaan dilakukan pada tanpa beban pengeringan.

Percobaan kedua dilakukan dengan kolektor panas multifungsi yang melekat pada sistem. Oleh karena itu panas tambahan dari energi surya dikumpulkan untuk melengkapi aktivitas pengeringan. Sebuah simulator surya dengan 12 benjolan halogen, dengan kapasitas 150W masing-masing, digunakan dalam percobaan. Pada radiasi matahari konstan 440 W / m2, suhu udara di ruang pengering meningkat 34-38

0

C di 20 menit. Jika sistem yang digunakan pompa kalor saja, butuh waktu 25 menit untuk mencapai suhu yang sama. Menggabungkan dua sumber panas akan membuat pengeringan lebih efisien, dan pada saat yang sama, mengurangi daya yang digunakan untuk pompa kalor (Gbr. 12)


(48)

Gambar 2.10 kapasitas pengeringan pompa kalor: mengurangi kelembaban udara dari 80% menjadi 45%, dan meningkatkan suhu

udara dari 30 sampai 40 0C di 20 menit.

Gambar 2.11.Variasi suhu udara di ruang pengering dengan menggunakan kolektor surya multifungsi di radiasi matahari dari 440

W / m2.

Percobaan ketiga dilakukan ketika kolektor termal bertindak sebagai sistem pendingin, untuk mendinginkan udara sebelum memasuki evaporator. Selama operasi, kolektor panas matahari multifungsi ditutup untuk tidak membiarkan udara luar untuk masuk ke sistem, dan simulator solar dimatikan. Sistem ini bekerja tanpa tambahan panas dari radiasi matahari, karena itu hanya pompa panas mempertahankan suhu udara di ruang pengering. Suhu udara di ruang pengering adalah 55 0C dan kelembaban adalah 15% dan kelembaban dalam kolektor panas matahari multifungsi ditemukan 20%. Ini berarti bahwa kolektor memindahkan panas dari ruang pengeringan dan membawanya ke ruang penguapan untuk proses penguapan (Gambar. 12 dan 13).


(49)

Gambar 2.12.Suhu dan kelembaban relatif udara dalam pengeringan ketika kolektor surya bertindak sebagai pendingin.

Gambar 2.13Para kolektor panas matahari multifungsi sebagai pendingin. Perhatikan bahwa daya untuk kompresor mulai meningkat

setelah 15 menit operasi.

Akhirnya, percobaan keempat dioperasikan di mana kolektor termal bertindak sebagai pengeringan evaporator menguapkan udara sebelum memasuki ruang pengering; percobaan dilakukan pada lingkungan suhu rendah. Selama proses pengeringan, lingkungan Suhu


(50)

ditetapkan pada 5-20 0C. Pendingin udara luar ruang pengering akan mendinginkan batang aluminium dan sirip; air tersebut dalam udara panas dengan kelembaban tinggi di ruang pengering akan kondensat. Dengan kata lain kolektor termal bertindak sebagai evaporator untuk menghapus bagian air dalam udara lembab dan panas di ruang pengering (Gbr. 15).

Gambar 2.14Kolektor panas matahari multifungsi bertindak sebagai evaporator (untuk kondensat air di ruang pengering).

Hasil awal dari karya eksperimental mengungkapkan bahwa sistem ini ramah lingkungan dan dapat digunakan di mana saja di negara empat musim. Sistem siap untuk pengeringan produk berkualitas tinggi. Penelitian lebih lanjut sedang dilakukan pada sistem untuk mempelajari kinerjanya dalam berbagai kondisi.

2.3.6.3 Sistem Pompa Kalor Kimia Terintegrasi Pengeringan Surya Integrasi sistem panas matahari untuk pompa kalor kimia (CHP) akan membantu memperluas pemanfaatan CHPs dan juga untuk banyak aplikasi di daerah tropis [72].

Kerja energi surya di pompa kalor kimia yang telah dilaporkan di mana panas yang disimpan dalam zat kimia dalam CHP dan


(51)

disimpulkan bahwa dalam sistem ini panas tidak memiliki kerugian akibat perbedaan suhu [129], dan sumber suhu rendah seperti energi panas matahari dapat ditingkatkan untuk memenuhi untuk memenuhi persyaratan di tingkat yang lebih tinggi dengan reaksi eksotermis. Kolektor surya yang terintegrasi langsung ke reaktor kimia tubular bentuk U sebagai penerima / reaktor dikembangkan untuk mereformasi metana [130].

Sebuah desain penyimpan energi berbasis amonia dan transportasi tata surya termokimia telah dikembangkan menggunakan katalis mengajukan tabung langsung iradiasi (receiver / reaktor). Studi eksperimental menunjukkan bahwa tabung sederhana dan tabung penukar kontra aliran panas yang memadai untuk memperoleh efisiensi penyimpanan yang lebih tinggi [131].

Sebuah pompa kalor adsorpsi surya memanfaatkan pasangan air-zeolit menggunakan lapisan zeolit diteruskan pada kawat stainless steel gauzes yang telah dikembangkan. Mereka ditempatkan secara vertikal di kolektor. Kolektor surya terdiri dari dua ruang berbeda. Variasi COP surya untuk gradien termal (0-30 0C) adalah antara 0,06 dan 0,13 [132].

Di antara aplikasi surya membantu pompa kalor kimia , sistem pengering belum dilaporkan sampai sekarang, tetapi baru-baru ini surya membantu pengering pompa kalor kimia (SACHPD) telah dirancang, dibuat dan diuji di Malaysia. Diagram skematik sistem ditunjukkan pada Gambar. 15 [133]. Sistem ini terdiri dari empat komponen rata-rata kolektor surya (diungsikan jenis tabung), tangki penyimpanan, unit pompa panas kimia dan ruang pengering . Dalam penelitian ini, tangki silinder dipilih sebagai tangki penyimpanan. Unit pompa kalor kimia mengandung reaktor, evaporator dan kondensor. Dalam panas kimia pompa reaktor gas padat ditambah dengan


(52)

kondensor atau evaporator. Reaktor mengandung garam yang bereaksi dengan gas, reaksi yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

Gambar 2.15 Diagram skematik surya membantu pengering pompa kalor kimia [133].

CaCl2 .2NH3 + 6NH3 CaCl2. 8NH3 + 6ΔHr

Ruang pengeringan berisi beberapa nampan untuk menahan bahan pengeringan dan terekspos terhadap aliran udara.

Umumnya kerja pompa kalor kimia terjadi dalam dua tahap: adsorpsi dan desorpsi. Tahap adsorpsi adalah tahap produksi dingin, dan ini diikuti oleh tahap regenerasi, di mana dekomposisi berlangsung. Selama fase produksi, perubahan amonia cair-gas menghasilkan dingin pada suhu rendah dalam evaporator. Pada saat yang sama, reaksi kimia antara amonia gas dan padat akan melepas panas reaksi pada suhu yang lebih tinggi. Udara yang masuk dipanaskan oleh kondensasi refrigeran (amonia) dan memasuki pengering inlet pada kondisi pengeringan dan mengaktifkan pengoperasian pengeringan. Setelah proses pengeringan, bagian dari aliran udara lembab meninggalkan ruang pengering dialihkan melalui evaporator, di mana ia didinginkan, dan penurunan kadar uap air terjadi sebagai panas diberikan sampai dengan refrigerant (amonia). Udara kemudian melewati kondensor di


(53)

mana ia dipanaskan oleh refrigeran kondensasi dan kemudian ke ruang pengering. Bahan kering adalah serai.

Serangkaian percobaan telah dilakukan pada kondisi yang bervariasi selama 2 hari untuk mengevaluasi kinerja surya membantu pengering pompa kalor kimia di bawah kondisi meteorologi dari Malaysia. Dua hari representatif untuk kondisi yang jelas dan berawan disajikan. Nilai rata-rata per jam dari radiasi matahari untuk hari cerah dan berawan khas pada bulan Desember untuk Malaysia menunjukkan (Gambar. 17), sedangkan nilai rata-rata suhu lingkungan untuk hari-hari yang sama menunjukkan pada Gambar. 18.


(54)

Gambar 2.17 Suhu lingkungan rata di Malaysia pada bulan Desember

Nilai maksimum fraksi solar dari percobaan pada hari-hari cerah dan berawan adalah 0,713 dan 0,322, masing-masing (Gambar 18.); sedangkan koefisien kinerja CHP (COPh) nilai maksimum 2 dan 1,42 (Gambar. 19) yang diperoleh dari percobaan pada hari-hari cerah dan berawan, masing-masing [134-136].


(55)

Gambar 2.18. Sistem fraksi surya

Gambar 2.19 COP of SACHPD

Total output energi sistem dari percobaan pada hari yang cerah adalah 51 kWh terhadap 25 kWh pada hari berawan (Gbr. 20). Setiap pengurangan energi pada kondensor sebagai akibat dari penurunan radiasi matahari akan menurunkan koefisien kinerja serta efisiensi pengeringan [135].


(56)

Gambar 2.20System power output.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengurangan energi di kondensor sebagai akibat dari penurunan radiasi matahari akan menurunkan koefisien kinerja serta efisiensi pengeringan [135,136].

2.4. Tren dimasa depan dalam penelitian dan pengembangan SAHPD

Pemanfaatan bebas dan energi terbarukan tenaga surya juga sebagai sumber dasar adalah jalan ke depan dalam penelitian dan pengembangan SAHPD. Ini memiliki beberapa keuntungan termasuk rendah karbon dan kompatibilitas suhu menyimpan energi panas dan kemampuan untuk memanfaatkan limbah panas dengan mengekstraksi panas dari mereka dan kemudian mengompresi untuk menaikkan suhu secara signifikan, efisien penggunaan energi panas untuk pengeringan aplikasi dapat diperoleh dengan menggunakan sumber air, kimia dan pompa kalor geothermal sistem yang ramah lingkungan.

Melihat ke arah masa depan teknologi SAHPD, mungkin untuk mempertimbangkan tuntutan baru untuk efisiensi energi yang lebih baik , dampak lingkungan yang lebih rendah, dan pemanfaatan energi terbarukan untuk pengeringan dan kualitas produk yang lebih baik dengan biaya total yang lebih rendah. Saat ini, kekuatan pendorong utama untuk inovasi dalam


(1)

341 5/18/2015 13:46 45 87.5 10 40 28.2

342 5/18/2015 13:47 45 87.5 10 40 28.2

343 5/18/2015 13:48 45 87.5 10 40 28.2

344 5/18/2015 13:49 45.5 87.5 10 39.5 28.5

345 5/18/2015 13:50 45.5 87.5 10 38.5 28

346 5/18/2015 13:51 45.5 87.5 10 38.5 28

347 5/18/2015 13:52 45.5 87.5 10 38.5 28

348 5/18/2015 13:53 45.5 87.5 10 38 27.8

349 5/18/2015 13:54 45.5 87.5 10 38 27.8

350 5/18/2015 13:55 45.5 87.5 10 37.5 27.6

351 5/18/2015 13:56 45.5 87.5 10 37.5 27.6

352 5/18/2015 13:57 45.5 87.5 10 37.5 27.6

353 5/18/2015 13:58 45.5 87.5 10 37.5 27.6

354 5/18/2015 13:59 45.5 87.5 10 37.5 27.6

355 5/18/2015 14:00 45.5 87.5 10 36.5 27.1

356 5/18/2015 14:01 45.5 87.5 10 36.5 27.1

357 5/18/2015 14:02 45.5 87.5 10 36.5 27.1

358 5/18/2015 14:03 45.5 87.5 10 36.5 27.1

359 5/18/2015 14:04 45.5 87.5 10 36.5 27.1

360 5/18/2015 14:05 45.5 87.5 10 37 27.3

361 5/18/2015 14:06 45.5 87.5 10 37.5 27.6

362 5/18/2015 14:07 45.5 87.5 10 37 27.3

363 5/18/2015 14:08 45.5 87.5 10 36.5 27.1

364 5/18/2015 14:09 45.5 87.5 10 36.5 27.1

365 5/18/2015 14:10 45.5 87.5 10 36.5 27.1

366 5/18/2015 14:11 45.5 87.5 10 36.5 27.1

367 5/18/2015 14:12 45.5 87.5 10 36.5 27.1

368 5/18/2015 14:13 45.5 87.5 10 36.5 27.1

369 5/18/2015 14:14 45.5 87.5 10 36.5 27.1

370 5/18/2015 14:15 45.5 87.5 10 36.5 27.1

371 5/18/2015 14:16 45.5 87.5 10 36.5 27.1

372 5/18/2015 14:17 45.5 87.5 10 36.5 27.1

373 5/18/2015 14:18 45.5 87.5 10 36 26.9

374 5/18/2015 14:19 45.5 87.5 10 36.5 27.1

375 5/18/2015 14:20 45 87.5 10 36.5 26.7

376 5/18/2015 14:21 45 87.5 10 37 26.9

377 5/18/2015 14:22 44.5 87.5 10 36.5 26.2

378 5/18/2015 14:23 44.5 87.5 10 36.5 26.2

379 5/18/2015 14:24 44 87.5 10 37.5 26.3

380 5/18/2015 14:25 43.5 87.5 10 37.5 25.8


(2)

382 5/18/2015 14:27 43 87.5 10 38.5 25.8

383 5/18/2015 14:28 43 87.5 10 38.5 25.8

384 5/18/2015 14:29 42.5 87.5 10 39.5 25.8

385 5/18/2015 14:30 42.5 87.5 10 39.5 25.8

386 5/18/2015 14:31 42 87.5 10 40 25.6

387 5/18/2015 14:32 42 87.5 10 40.5 25.8

388 5/18/2015 14:33 41.5 87.5 10 40.5 25.3

389 5/18/2015 14:34 41.5 87.5 10 41.5 25.8

390 5/18/2015 14:35 41.5 87.5 10 42.5 26.2

391 5/18/2015 14:36 41 87.5 10 43 25.9

392 5/18/2015 14:37 41 87.5 10 43 25.9

393 5/18/2015 14:38 41 87.5 10 43 25.9

394 5/18/2015 14:39 41.5 87.5 10 43 26.4

395 5/18/2015 14:40 41.5 87.5 10 43 26.4

396 5/18/2015 14:41 41.5 87.5 10 43 26.4

397 5/18/2015 14:42 41.5 87.5 10 43 26.4

398 5/18/2015 14:43 41.5 87.5 10 43 26.4

399 5/18/2015 14:44 41.5 87.5 10 40.5 25.3

400 5/18/2015 14:45 41 87.5 10 38.5 24.1

401 5/18/2015 14:46 40 87.5 10 39 23.4

402 5/18/2015 14:47 39.5 87.5 10 40 23.4

403 5/18/2015 14:48 38.5 87.5 10 41 22.9

404 5/18/2015 14:49 38 87.5 10 41.5 22.6

405 5/18/2015 14:50 37.5 87.5 10 42.5 22.6

406 5/18/2015 14:51 37 87.5 10 43.5 22.5

407 5/18/2015 14:52 37 87.5 10 43.5 22.5

408 5/18/2015 14:53 37 87.5 10 44.5 22.9

409 5/18/2015 14:54 37 87.5 10 44.5 22.9

410 5/18/2015 14:55 37 87.5 10 44.5 22.9

411 5/18/2015 14:56 37 87.5 10 45 23.1

412 5/18/2015 14:57 37 87.5 10 45 23.1

413 5/18/2015 14:58 37 87.5 10 45 23.1

414 5/18/2015 14:59 37 87.5 10 45 23.1

415 5/18/2015 15:00 37 87.5 10 45 23.1

416 5/18/2015 15:01 37.5 87.5 10 45.5 23.7

417 5/18/2015 15:02 37.5 87.5 10 45 23.5

418 5/18/2015 15:03 38 87.5 10 45 24

419 5/18/2015 15:04 38 87.5 10 49 25.4

420 5/18/2015 15:05 38.5 87.5 10 53 27.2

421 5/18/2015 15:06 39.5 87.5 10 51.5 27.6


(3)

423 5/18/2015 15:08 40.5 87.5 10 48.5 27.5

424 5/18/2015 15:09 41 87.5 10 47 27.4

425 5/18/2015 15:10 41.5 87.5 10 46.5 27.7

426 5/18/2015 15:11 42 87.5 10 46 28

427 5/18/2015 15:12 42 87.5 10 45 27.6

428 5/18/2015 15:13 42 87.5 10 45 27.6

429 5/18/2015 15:14 42.5 87.5 10 44 27.6

430 5/18/2015 15:15 42.5 87.5 10 44 27.6

431 5/18/2015 15:16 42.5 87.5 10 44 27.6

432 5/18/2015 15:17 42.5 87.5 10 43.5 27.5

433 5/18/2015 15:18 42.5 87.5 10 43.5 27.5

434 5/18/2015 15:19 43 87.5 10 43 27.7

435 5/18/2015 15:20 43 87.5 10 43 27.7

436 5/18/2015 15:21 43 87.5 10 43 27.7

437 5/18/2015 15:22 43 87.5 10 43 27.7

438 5/18/2015 15:23 43 87.5 10 43 27.7

439 5/18/2015 15:24 43 87.5 10 42.5 27.5

440 5/18/2015 15:25 43 87.5 10 42.5 27.5

441 5/18/2015 15:26 43 87.5 10 42 27.3

442 5/18/2015 15:27 43 87.5 10 42 27.3

443 5/18/2015 15:28 43 87.5 10 42 27.3

444 5/18/2015 15:29 43 87.5 10 42 27.3

445 5/18/2015 15:30 43.5 87.5 10 42 27.7

446 5/18/2015 15:31 43.5 87.5 10 42 27.7

447 5/18/2015 15:32 43.5 87.5 10 42 27.7

448 5/18/2015 15:33 43.5 87.5 10 41.5 27.5

449 5/18/2015 15:34 43.5 87.5 10 41.5 27.5

450 5/18/2015 15:35 43.5 87.5 10 41.5 27.5

451 5/18/2015 15:36 43.5 87.5 10 41.5 27.5

452 5/18/2015 15:37 43.5 87.5 10 41.5 27.5

453 5/18/2015 15:38 43.5 87.5 10 41.5 27.5

454 5/18/2015 15:39 43.5 87.5 10 41.5 27.5

455 5/18/2015 15:40 43.5 87.5 10 41 27.3

456 5/18/2015 15:41 43.5 87.5 10 41 27.3

457 5/18/2015 15:42 43.5 87.5 10 41 27.3

458 5/18/2015 15:43 43.5 87.5 10 41 27.3

459 5/18/2015 15:44 43.5 87.5 10 41 27.3

460 5/18/2015 15:45 43.5 87.5 10 41 27.3

461 5/18/2015 15:46 43.5 87.5 10 41 27.3

462 5/18/2015 15:47 43.5 87.5 10 41 27.3


(4)

464 5/18/2015 15:49 43.5 87.5 10 41 27.3

465 5/18/2015 15:50 43.5 87.5 10 41 27.3

466 5/18/2015 15:51 43.5 87.5 10 40 26.9

467 5/18/2015 15:52 43.5 87.5 10 40 26.9

468 5/18/2015 15:53 43.5 87.5 10 40 26.9

469 5/18/2015 15:54 43.5 87.5 10 40.5 27.1

470 5/18/2015 15:55 43.5 87.5 10 40.5 27.1

471 5/18/2015 15:56 43.5 87.5 10 40.5 27.1

472 5/18/2015 15:57 43.5 87.5 10 40.5 27.1

473 5/18/2015 15:58 43.5 87.5 10 41 27.3

474 5/18/2015 15:59 43.5 87.5 10 41 27.3

475 5/18/2015 16:00 43.5 87.5 10 41 27.3

476 5/18/2015 16:01 43.5 87.5 10 41 27.3

477 5/18/2015 16:02 43.5 87.5 10 41 27.3

478 5/18/2015 16:03 43.5 87.5 10 40.5 27.1

479 5/18/2015 16:04 43.5 87.5 10 41 27.3

480 5/18/2015 16:05 43.5 87.5 10 41 27.3

481 5/18/2015 16:06 43.5 87.5 10 41 27.3

482 5/18/2015 16:07 43.5 87.5 10 41 27.3

483 5/18/2015 16:08 43.5 87.5 10 41 27.3

484 5/18/2015 16:09 43.5 87.5 10 41 27.3

485 5/18/2015 16:10 43.5 87.5 10 41 27.3

486 5/18/2015 16:11 43.5 87.5 10 41 27.3

487 5/18/2015 16:12 43.5 87.5 10 41 27.3

488 5/18/2015 16:13 43.5 87.5 10 40.5 27.1

489 5/18/2015 16:14 43.5 87.5 10 41 27.3

490 5/18/2015 16:15 43.5 87.5 10 41 27.3

491 5/18/2015 16:16 43.5 87.5 10 41 27.3

492 5/18/2015 16:17 43.5 87.5 10 39 26.5

493 5/18/2015 16:18 43.5 87.5 10 37.5 25.8

494 5/18/2015 16:19 42.5 87.5 10 37.5 24.9

495 5/18/2015 16:20 41.5 87.5 10 38 24.3

496 5/18/2015 16:21 41 87.5 10 39 24.3

497 5/18/2015 16:22 40.5 87.5 10 39.5 24

498 5/18/2015 16:23 40 87.5 10 40.5 24

499 5/18/2015 16:24 39.5 87.5 10 41 23.8

500 5/18/2015 16:25 39 87.5 10 41.5 23.5

501 5/18/2015 16:26 39 87.5 10 41.5 23.5

502 5/18/2015 16:27 39 87.5 10 42 23.7

503 5/18/2015 16:28 39 87.5 10 42.5 23.9


(5)

505 5/18/2015 16:30 39 87.5 10 42.5 23.9

506 5/18/2015 16:31 39 87.5 10 42.5 23.9

507 5/18/2015 16:32 39.5 87.5 10 43 24.6

508 5/18/2015 16:33 39.5 87.5 10 42.5 24.4

509 5/18/2015 16:34 39.5 87.5 10 42.5 24.4

510 5/18/2015 16:35 40 87.5 10 42.5 24.8

511 5/18/2015 16:36 40.5 87.5 10 49.5 27.9

512 5/18/2015 16:37 41 87.5 10 49 28.1

513 5/18/2015 16:38 41.5 87.5 10 47.5 28.1

514 5/18/2015 16:39 42 87.5 10 45.5 27.8

515 5/18/2015 16:40 43 87.5 10 44.5 28.3

516 5/18/2015 16:41 43 87.5 10 44 28.1

517 5/18/2015 16:42 43.5 87.5 10 43 28.1

518 5/18/2015 16:43 44 87.5 10 42.5 28.4

519 5/18/2015 16:44 44 87.5 10 42 28.2

520 5/18/2015 16:45 44.5 87.5 10 42 28.6

521 5/18/2015 16:46 44.5 87.5 10 41 28.2

522 5/18/2015 16:47 44.5 87.5 10 41 28.2

523 5/18/2015 16:48 44.5 87.5 10 40.5 28

524 5/18/2015 16:49 44.5 87.5 10 40.5 28

525 5/18/2015 16:50 44.5 87.5 10 40 27.8

526 5/18/2015 16:51 44.5 87.5 10 40 27.8

527 5/18/2015 16:52 45 87.5 10 39 27.8

528 5/18/2015 16:53 45 87.5 10 39 27.8

529 5/18/2015 16:54 45 87.5 10 38.5 27.6

530 5/18/2015 16:55 45 87.5 10 38.5 27.6

531 5/18/2015 16:56 45 87.5 10 38.5 27.6

532 5/18/2015 16:57 45 87.5 10 38.5 27.6

533 5/18/2015 16:58 45 87.5 10 38.5 27.6

534 5/18/2015 16:59 44.5 87.5 10 38.5 27.1

535 5/18/2015 17:00 44.5 87.5 10 38.5 27.1

536 5/18/2015 17:01 44.5 87.5 10 38.5 27.1

537 5/18/2015 17:02 44.5 87.5 10 38.5 27.1

538 5/18/2015 17:03 44.5 87.5 10 38.5 27.1

539 5/18/2015 17:04 44.5 87.5 10 38.5 27.1

540 5/18/2015 17:05 44.5 87.5 10 38.5 27.1

541 5/18/2015 17:06 44.5 87.5 10 38.5 27.1

542 5/18/2015 17:07 44.5 87.5 10 38.5 27.1

543 5/18/2015 17:08 44.5 87.5 10 38.5 27.1

544 5/18/2015 17:09 44.5 87.5 10 38.5 27.1


(6)

546 5/18/2015 17:11 44 87.5 10 39 26.9

547 5/18/2015 17:12 44 87.5 10 37.5 26.3