Rancang Bangun Alat Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan Alat Penukar Kalor dan Produk yang Dikeringkan adalah Cabai Merah Keriting

RANCANG BANGUN ALAT PENGERING BAHAN PERTANIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN ALAT PENUKAR KALOR

DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH CABAI MERAH KERITING

TUGAS SARJANA

Tugas Sarjana yang Diajukan Sebagai Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

CHAIRIL ANWAR NIM. 120421003

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

RANCANG BANGUN ALAT PENGERING BAHAN PERTANIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN ALAT PENUKAR KALOR

DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH CABAI MERAH KERITING

CHAIRIL ANWAR NIM. 120421003

Telah Disetujui dari Hasil Seminar Tugas Sarjana Priode Ke- 241 Pada Tanggal 9 Oktober 2015

Disetujui Oleh:

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkatnya karunia-Nya, sehingga dapat menyelesikan tugas sarjana ini dengan baik.

Adapun judul dari tugas sarjana ini adalah Rancang Bangun Alat Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan Alat Penukar Kalor.

Tugas sarjana ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis banyak kesulitan dan kendala akan tetapi penulis juga mendapat dukungan dari berbagai pihak berupa semangat, doa dan nasehat yang terus menopang penulis dalam menyelesaikan laporan ini. Maka pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST.MT., selaku dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis;

2. Ibu Dr. Ir. Sari Farah Dina., Selaku pembimbing lapangan yang telah banyak membantu penulis selama proses penyusunan laporan tugas sarjana ini mulai dari awal hingga akhir;

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri., selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara;

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT., selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara;

5. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc., Selaku Koordinator Program Pendidikan Sarjana Ekstensi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara;

6. Seluruh Dosen dan Staf Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara;

7. Instansi Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan yang telah menjadi investor dalam pembuatan alat yang penulis rancang;

8. Ayahanda dan Ibunda yang selalu mendoakan, memberikan semangat dan bantuan baik secara moril maupun materil kepada penulis sejak awal perkuliahan hingga selesai laporan tugas sarjana ini;

9. Abang dan kakak-kakak saya yang terus mendoakan, mendukung dan memberikan motivasi kepada penulis;

10. Rekan-rekan satu tim tugas sarjana, Daniel Adri H Nababan dan Much. Shiddieq Munadzar yang telah meluangkan waktunya bersama untuk berdiskusi dan bertukar pikiran serta memberikaan kritik dan saran terhadap penulis;

11. Seluruh mahasiswa/i Departemen Teknik Mesin Ekstensi maupun Reguler yang telah memberikan dukungan dan semangat kepada penulis;

12. Dan semua pihak yang telah banyak membantu dalam penulisan laporan tugas sarjana ini yang namanya tidak bisa penulis tuliskan satu persatu.

Walaupun penulis sudah berusaha semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan kritikan dan saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan tugas sarjana ini.

Akhir kata penulis berharap semoga laporan tugas sarjana ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya, baik sebagai bahan masukkan maupun sebagai bahan perbandingan. Terima kasih.

Medan, September 2015 Penulis,

CHAIRIL ANWAR NIM. 120421003

ABSTRAK

Kajian pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dilatar belakangi dengan dibutuhkannya alat pengering bahan pertanian yang dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat hari hujan, hal ini mengingat selama ini pengeringan bahan pertanian dilakukan dengan menjemur langsung bahan pertanian di bawah sinar matahari dan tambahan bantuan angin (bergantung pada cuaca). Cuaca yang tidak menentu akan sangat mempengaruhi kualitas dari hasil bahan yang dikeringkan. Kadar air yang terlalu tinggi akibat panas yang tidak cukup untuk mengurangi kadar air akan memicu berkembangnya mikroba atau jamur yang dapat mengakibatkan pembusukkan. Oleh karena itu, dirancang sebuah alat untuk membantu dalam hal memaksimalkan pengeringan hasil pertanian. Pompa kalor dapat dimanfaatkan sebagai alat pengering. Penelitian ini bertujuan melakukan kajian yang meliputi perhitungan Coefficient of performance (COP) pompa kalor, perhitungan Total Performance (TP), perhitungan Specific Energy Consumtion (SEC), perhitungan Specific Moisture Extraction Rate (SMER) dan mengetahui karakteristik pengeringan cabai merah keriting. Dari hasil penelitian diperoleh: temperatur udara rata-rata masuk ruang pengering adalah 54,170C dan kelembaban udara rata-rata adalah 23,36 %, COP dari pompa kalor adalah 3,4 dan Total Performance (TP) sistem pompa kalor adalah 8,28; SEC bahan yang dikeringkan secara bersamaan adalah 17,54 – 31,25 kWh/kg. SMER bahan yang dikeringkan secara bersamaan adalah 0,032 – 0,057 kg/kWh. Karakteristik dari proses pengeringan yang dilakukan memperlihatkan bahwa daya yang dibutuhkan untuk pengeringan bahan cabai merah keriting belah lebih rendah dibandingkan dengan cabai merah keriting utuh.

ABSTRACT

This agriculture product with heat pump dryer sudy was based in order to design dryer which can be used not only at sunny day but rainy day also, because drying process was done by sunshine and wind. Uncertain weather will be have impact on product quality. Highly moisture as a result less heat to decrease moisture will increase microbe population. So, we design a dryer to optimize this drying product. Heat pump can be used as a dryer. This research was made in order to study about Coefficient of performance (COP), Total Performance (TP), Specific Energy Consumtion (SEC) and Specific Moisture Extraction Rate (SMER) calculation and to know the characteristic of red chili. From this research, verrieved: average temperature in drying box 54,170C and relative humidity 23,36 %, COP of heat pump 3,4, Total Performance of heat pump 8,28; SEC of drying process 17,54 – 31,25 kWh/kg. SMER of drying process 0,032 – 0,057 kg/kWh. This characteristic from drying process show that power required to dry cutin half red chili lower than whole red chili.

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ………. i

ABSTRAK ……… iii

ABSTRACT……….... iv

DAFTAR ISI ………. v

DAFTAR TABEL ……… viii

DAFTAR GAMBAR ……… ix

DAFTAR NOTASI ………... xiii

BAB I PENDAHULUAN ……….. 1

1.1 Latar Belakang ……….. 1

1.2 Perumusan Masalah ………... 2

1.3 Tujuan Penelitian ………... 3

1.3.1 Tujuan Umum ……….. 3

1.3.2 Tujuan Khusus ……….. 3

1.4 Manfaat Penelitian ………. 3

1.5 Sistematika Penulisan ……… 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ………... 6

2.1 Pengeringan ……… 6

2.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Pengeringan …. 7 2.3 Jenis-Jenis Pengeringan ……….. 7

2.4 Pompa Kalor (Heat Pump)……….. 9

2.4.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ………. 10

2.4.2 Pengering Pompa Kalor ……… 13

BAB III METODE PENELITIAN ………... 19

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ……… 19

3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan ……… 19

3.2.1 Alat ……… 19

3.2.2 Bahan ……… 31

3.3 Metode Pelaksanaan Penelitian ……….. 39

3.4 Eksperimental Set Up………. 41

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ……… 43

4.1 Rancang Bangun Alat ………. 43

4.1.1 Rangka Utama ……….. 44

4.1.2 Ruang Penngering ……… 45

4.1.3 Baki/wadah ……… 45

4.1.4 Evaporator ……… 46

4.1.5 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate……….. 47

4.1.6 Ruang Kondensor ………. 47

4.1.7 Pressure Gauge………. 48

4.1.8 Kontrol Panel ……… 48

4.1.9 Dudukan Alat Pengering ……… 49

4.2 Prinsip Kerja ………... 50

4.3 Analisa Performansi Teknis ……… 50

4.3.1 Data Hasil Pengukuran ………. 50

4.3.2 Menghitung Coefficient of Performance (COP) Pompa Kalor ……… 52

4.3.3 Pengukuran Temperatur dan Relative Humidity(RH) …. 56 4.4 Proses Pembuatan (Manufacturing Process)……….. 58

4.4.1 Proses Pemotongan ……… 59

4.4.2 Proses Penyambungan ……….. 60

4.4.3 Proses Pemasangan/perakitan ………... 61

4.5 Prosedur Pengoperasian Kerja Alat Pengering Bahan

Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan APK ……… 61

4.6 Hasil Pengujian Cabai Merah Keriting ……….. 62

4.6.1 Cabai Merah Keriting Utuh ……….. 62

4.6.2 Cabai Merah Keriting Belah ………. 65

4.6.3 Hasil Pengukuran Relative Humidity (RH) Pada Pengeringan Cabai Merah Keriting Utuh dan Cabai Merah Keriting Belah ……… 68

4.7 Pembahasan ……… 74

4.7.1 Kinerja Pompa Kalor ……… 74

4.7.2 Karakteristik Pengeringan ……… 75

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ………... 76

5.1 Kesimpulan ………. 76

5.2 Saran ……….. 77 DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Kecepatan dan Temperatur Udara Menuju Kondensor ……… 51

Tabel 4.2 Data Temperatur dan Kelembaban ……….. 51

Tabel 4.3 Data Termodinamik Refrigeran R22 ……… 54

Tabel 4.4 Interpolasi Nilai Entalpi ………….……… 54

Tabel 4.5 Temperatur dan RH Udara Masuk Ruang Pengering ………. 56

Tabel 4.6 Temperatur dan RH Udara Keluar Ruang Pengering ……….. 57

Tabel 4.7 Moisture Ratio Pada Pengeringan Cabai Merah Utuh ……… 63

Tabel 4.8 Moisture Ratio Pada Pengeringan Cabai Merah Belah ……… 66

Tabel 4.9 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering Pada Tanggal 3 September 2015 ………. 68

Tabel 4.10 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering Pada Tanggal 4 September 2015 ………. 69

Tabel 4.11 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering Pada Tanggal 5 September 2015 ………. 70

Tabel 4.12 Temperatur dan RH Saat Udara Keluar Ruang Pengering Pada Tanggal 3 September 2015 ………. 71

Tabel 4.13 Temperatur dan RH Saat Udara Keluar Ruang Pengering Pada Tanggal 4 September 2015 ………. 72

Tabel 4.14 Temperatur dan RH Saat Udara Keluar Ruang Pengering Pada Tanggal 5 September 2015 ………. 73

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Refrigerator dan Pompa Kalor (Heat Pump)……… 10

Gambar 2.2 Skema Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ………. 11

Gambar 2.3 Diagram T-s dan Diagram P-h dari Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ……… 12

Gambar 2.4 Diagram Pengering Bahan Pertanian Pompa Kalor ………. 13

Gambar 2.5 Skema Pengeringan ……….. 14

Gambar 3.1 Air Conditioner (AC) ……… 20

Gambar 3.2 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate ……….. 21

Gambar 3.3 Exhaust Fan ……….. 21

Gambar 3.4 Kontrol Panel ……… 22

Gambar 3.5 Mesin Las Listrik 900 Watt ……….. 23

Gambar 3.6 Gerinda Potong ………. 23

Gambar 3.7 Gerinda Tangan ……… 23

Gambar 3.8 Bor Tangan ……… 24

Gambar 3.9 Meteran ………. 24

Gambar 3.10 Penggaris Siku ……… 24

Gambar 3.11 Spidol ……….. 25

Gambar 3.12 Gunting Seng ……….. 25

Gambar 3.13 Alat Tembak Paku Rivet ………. 25

Gambar 3.15 Laptop ……… 26

Gambar 3.16 Timbangan Duduk Digital ……….. 27

Gambar 3.17 Agilent 34972 A……….. 27

Gambar 3.18 RH Meter ……… 28

Gambar 3.19 Hot Wire Anemometer ……… 29

Gambar 3.20 Pressure Gauge ………... 31

Gambar 3.21 Cabai Merah Keriting ………. 32

Gambar 3.22 Besi Hollow Galvanis ………. 32

Gambar 3.23 Besi Hollow Stainless Steel……… 33

Gambar 3.24 Besi Siku Galvanis ………. 33

Gambar 3.25 Pelat Aluminium ………. 34

Gambar 3.26 Rockwool Insulation ……….. 34

Gambar 3.27 Aluminium Foil……….. 35

Gambar 3.28 Kaca ……… 35

Gambar 3.29 Kasa Stainless Steel……… 36

Gambar 3.30 Roda Trolley………... 36

Gambar 3.31 Pipa PVC ……… 37

Gambar 3.32 Sambunngan ElbowPipa PVC ……….. 37

Gambar 3.33 Kabel NYM ……… 38

Gambar 3.34 Gagang Pintu ……….. 38

Gambar 3.36 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Penelitian ………. 40

Gambar 3.37 Eksperimental Set Up………. 41

Gambar 4.1 Alat Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan APK ……… 43

Gambar 4.2 Rangka Utama ……….. 44

Gambar 4.3 Ruang Pengering ……….. 45

Gambar 4.4 Baki/wadah ……… 46

Gambar 4.5 Evaporator ……… 46

Gambar 4.6 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate ……….. 47

Gambar 4.7 Ruang Kondensor ………. 47

Gambar 4.8 Pressure Gauge ………. 48

Gaambar 4.9 Kontrol Panel ……….. 49

Gambar 4.10 Dudukan Alat Pengering ……….. 49

Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Masuk Ruang Pengering ……….. 57

Gambar 4.12 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Keluar Ruang Pengering ……….. 58

Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Moisture Ratio dengan Waktu Pengeringan Pada Cabai Merah Utuh ………. 64

Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Moisture Ratio dengan Waktu Pengeringan Pada Cabai Merah Belah ………... 66

Gambar 4.15 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Masuk Ruang Pengering 3 September 2015 ……… 68

Gambar 4.16 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Masuk Ruang Pengering 4 September 2015 ………. 69

Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada

Saat Udara Masuk Ruang Pengering 5 September 2015 ………. 70

Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada

Saat Udara Keluar Ruang Pengering 3 September 2015 ……… 71 Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada

Saat Udara Keluar Ruang Pengering 4 September 2015 ……… 72

Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada

DAFTAR NOTASI

A Luas penampang saluran udara m2 AC Air conditioner

APK Alat penukar kalor

COPPK,h Coefficient of performance

Cpud Panas spesifik udara kJ/kg . K

h1 Entalpi refrigeran keluar evaporator, masuk kompresor kJ/kg

h2 Entalpi refrigeran keluar kompresor, masuk kondensor kJ/kg

h3 Entalpi refrigeran keluar kondensor, masuk katup ekspansi kJ/kg

h4 Entalpi refrigeran keluar katup eksapansi, masuk ke evaporator kJ/kg

Laju aliran massa udara kg/s Laju aliran massa refrigeran kg/s

P Tekanan kPa

Kalor yang dilepaskan kondensor kWh Qe Kalor yang diserap oleh evaporator Kw

RH Relative humidity atau kelembaban udara realtif % SEC Specific energy consumption kWh/kg SMER specific moisture extraction rate kg/kWh

t Waktu detik

T Temperatur oC

Ti,udara Suhu rata-rata udara masuk kondensor K To,udara Suhu rata-rata udara keluar kondensor K TP Total performance

v Kecepatan aliran udara m/s

Kerja Kompresor kW

Wf Berat kering kg

Energi menggerakkan kipas kW Win Kerja (enrgi) yang masuk ke dalam sistem kW

Wo Berat basah kg

ABSTRAK

Kajian pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dilatar belakangi dengan dibutuhkannya alat pengering bahan pertanian yang dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat hari hujan, hal ini mengingat selama ini pengeringan bahan pertanian dilakukan dengan menjemur langsung bahan pertanian di bawah sinar matahari dan tambahan bantuan angin (bergantung pada cuaca). Cuaca yang tidak menentu akan sangat mempengaruhi kualitas dari hasil bahan yang dikeringkan. Kadar air yang terlalu tinggi akibat panas yang tidak cukup untuk mengurangi kadar air akan memicu berkembangnya mikroba atau jamur yang dapat mengakibatkan pembusukkan. Oleh karena itu, dirancang sebuah alat untuk membantu dalam hal memaksimalkan pengeringan hasil pertanian. Pompa kalor dapat dimanfaatkan sebagai alat pengering. Penelitian ini bertujuan melakukan kajian yang meliputi perhitungan Coefficient of performance (COP) pompa kalor, perhitungan Total Performance (TP), perhitungan Specific Energy Consumtion (SEC), perhitungan Specific Moisture Extraction Rate (SMER) dan mengetahui karakteristik pengeringan cabai merah keriting. Dari hasil penelitian diperoleh: temperatur udara rata-rata masuk ruang pengering adalah 54,170C dan kelembaban udara rata-rata adalah 23,36 %, COP dari pompa kalor adalah 3,4 dan Total Performance (TP) sistem pompa kalor adalah 8,28; SEC bahan yang dikeringkan secara bersamaan adalah 17,54 – 31,25 kWh/kg. SMER bahan yang dikeringkan secara bersamaan adalah 0,032 – 0,057 kg/kWh. Karakteristik dari proses pengeringan yang dilakukan memperlihatkan bahwa daya yang dibutuhkan untuk pengeringan bahan cabai merah keriting belah lebih rendah dibandingkan dengan cabai merah keriting utuh.

ABSTRACT

This agriculture product with heat pump dryer sudy was based in order to design dryer which can be used not only at sunny day but rainy day also, because drying process was done by sunshine and wind. Uncertain weather will be have impact on product quality. Highly moisture as a result less heat to decrease moisture will increase microbe population. So, we design a dryer to optimize this drying product. Heat pump can be used as a dryer. This research was made in order to study about Coefficient of performance (COP), Total Performance (TP), Specific Energy Consumtion (SEC) and Specific Moisture Extraction Rate (SMER) calculation and to know the characteristic of red chili. From this research, verrieved: average temperature in drying box 54,170C and relative humidity 23,36 %, COP of heat pump 3,4, Total Performance of heat pump 8,28; SEC of drying process 17,54 – 31,25 kWh/kg. SMER of drying process 0,032 – 0,057 kg/kWh. This characteristic from drying process show that power required to dry cutin half red chili lower than whole red chili.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengeringan hasil pertanian maupun perkebunan secara alami ataupun dengan menjemur secara langsung di luar ruangan dengan menggunakan panas sinar matahari dan tambahan bantuan angin sudah terjadi selama beratus-ratus tahun. Apalagi jika melihat dari letak geografis Indonesia maka pengeringan secara konvensional sangatlah cocok. Tetapi seiring dengan kemajuan zaman, pengeringan hasil pertanian maupun perkebunan tidak lagi hanya dilakukan dengan cara konvensional tersebut melainkan dengan membuat alat yang mampu menghasilkan panas sebagai pengganti panas dari sinar matahari. Pemakaian alat ini mempunyai keuntungan, yaitu tidak bergantung kepada cuaca (dapat dilakukan pada malam hari dan pada saat terjadi hujan) [1,3].

Salah satu teknologi yang dapat digunakan sebagai pengering adalah alat pengering sistem pompa kalor. Dimana alat pengering sistem pompa kalor merupakan alat yang memindahkan panas dari satu lokasi (sumber) ke lokasi lainnya menggunakan kerja mekanis. Sebagian besar teknologi pompa kalor memindahkan panas dari sumber panas yang bertemperatur rendah ke lokasi bertemperatur lebih tinggi. Contoh yang paling umum adalah lemari es, freezer, pendingin ruangan, dan sebagainya. Pompa kalor bisa disamakan dengan alat kalor yang beroperasi dengan cara terbalik [3].

Alat pengering sistem pompa kalor sangat dibutuhkan untuk pengeringan bahan pertanian ataupun perkebunan, terutama memberikan waktu yang cepat, yang tidak tergantung kepada cuaca dan juga hemat energi.

Pompa kalor merupakan salah satu sistem yang dapat dimanfaatkan sebagai pengering yang berpotensi menghemat energi [2].

Pada penelitian sebelumnya telah digunakan pompa kalor sistem tertutup tetapi udara panas dari ruang pengering terbuang percuma. Sehingga efisiensi pompa kalor rendah.

Untuk menanggulangi hal tersebut, maka digunakan metode dengan penambahan alat penukar kalor barupa flat plate heat exchanger. Dimana alat penukar kalor (APK) berfungsi memanfaatkan udara panas buangan dari ruang pengering untuk menaikkan temperatur udara yang berasal dari evaporator yang selanjutnya dialirkan ke kondensor.

1.2Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas terlihat bahwa pemanfaatan alat pengering sistem pompa kalor dengan APK perlu terus dikembangkan, hal ini disebabkan bahwa alat pengering sistem pompa kalor dengan APK ini dapat digunakan setiap saat dan cepat.

Beberapa permasalahan yang akan diselesaikan dalam rancang bangun ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana model fisik unit alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK;

2. Bagaimana prinsip kerja alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK;

3. Bagaimana perhitungan nilai parameter-parameter yang mempengaruhi performansi alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK;

4. Bagaimana proses pembuatan dan prosedur pengoperasian alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK;

5. Bagaimana hasil pengeringan cabai merah keriting dengan menggunakan alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor.

1.3 Tujuan Penelitian

1.3.1. Tujuan Umum

Tujuan umum dilakukannya penelitian ini adalah melakukan kajian terhadap alat pengering bahan pertanian dengan sistem pompa kalor dengan APK.

1.3.2. Tujuan Khusus

Tujuan khusus dilakukan rancang bangun ini adalah:

1. Mengetahui model fisik unit pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK

2. Mengetahui prinsip kerja alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK

3. Mengetahui perhitungan parameter-parameter yang mempengaruhi performansi alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK

4. Mengetahui proses pembuatan dan prosedur pengoperasian alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK

5. Mengetahui hasil pengeringan cabai merah keriting dengan menggunakan alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Menghasilkan prototipe alat pengering sistem pompa kalor dengan APK 2. Menghasilkan rekomendasi alat pengering bahan pertanian

3. Sebagai wacana dalam sistem pompa kalor dengan APK untuk penelitian lebih lanjut.

1.5Sistematika Penulisan

Agar penulisan tugas sarjana ini tersusun secara sistematis dan mudah untuk dipahami, maka tugas sarjana ini disusun kedalam beberapa bagian , yaitu [4 halaman 4,5]:

BAB I Pendahuluan

Membahas mengenai latar belakang dari judul tugas sarjana, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.

BAB II Tinjauan Pustaka

Membahas mengenai dasar teori-teori yang berhubungan dengan penulisan tugas sarjana dan digunakan sebagai landasan dalam memecahkan masalah. Dasar teori diperoleh sebagai sumber dan literatur, diantaranya: buku-buku literatur, jurnal, e-book dan website.

BAB III Metode Penelitian

Membahas mengenai metode yang akan digunakan untuk menyelesaikan penulisan tugas sarjana. Pada Bab ini dibahas mengenai langkah-langkah penelitian dan analisa data yang akan digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dari topik yang diangkat, dan beberapa aspek yang menunjang metode penelitian.

BAB IV Hasil dan Pembahasan

Pada Bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai data-data yang telah diperoleh dari hasil penelitian yang telah dilakukan.

BAB V Kesimpulan dan Saran

Di dalam Bab ini berisi kesimpulan dari penulisan tugas sarjana dan saran-saran yang digunakan sebagai tindak lanjut dari penelitian yang telah dilakukan.

Daftar Pustaka

Di dalam daftar pustaka berisi semua sumber bacaan yangn digunakan sebagai bahan acuan dalam penulisan laporan tugas sarjana ini.

Lampiran

Di dalam lampiran berisikan semua dokumen yang digunakan dalam penelitian dan dalam penulisan hasil-hasil analisis data yang tidak dicantumkan dalam naskah laporan tugas sarjana ini. Setiap lampiran diberi nomor urut.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengeringan

Pengeringan adalah proses mengurangi kadar air dari suatu bahan [1]. Dasar dari proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan kandungan air dari bahan akan mengakibatkan berkurangnya kadar air dalam bahan tersebut.

Prinsip pengeringan biasanya akan melibatkan dua kejadian yaitu panas yang diberikan pada bahan dan air harus dikeluarkan dari bahan. Dua fenomena ini menyangkut pindah panas ke dalam dan pindah massa ke luar. Yang dimaksud dengan pindah panas adalah peristiwa perpindahan energi dari udara ke dalam bahan yang dapat menyebabkan berpindahnya sejumlah massa (kandungan air) karena gaya dorong untuk keluar dari bahan (pindah massa).

Dalam pengeringan umumnya diinginkan kecepatan pengeringan yang maksimum, oleh karena itu diusahakan untuk mempercepat pindah panas dan pindah massa. Perpindahan panas dalam proses pengeringan dapat terjadi melalui dua cara yaitu pengeringan langsung dan pengeringan tidak langsung. Pengeringan langsung yaitu sumber panas berhubungan dengan bahan yang dikeringkan, sedangkan pengeringan tidak langsung yaitu panas dari sumber panas dilewatkan melalui permukaan benda padat (conventer) dan conventer tersebut yang berhubungan dengan bahan. Setelah panas sampai ke bahan maka air dari sel-sel bahan akan bergerak ke permukaan bahan kemudian keluar [1halaman 6].

2.2Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Pengeringan.

Proses pengeringan suatu bahan tergantung pada 2 faktor, yaitu faktor eksternal dan faktor internal. Penghilangan air sebagai uap dari permukaan material tergantung pada kondisi eksternal, yaitu temperatur (Temperature) yang tinggi, laju udara (Air Flow) yang tinggi, kelembaban udara (air Humidity) yang rendah, luas permukaan terbuka dan tekanan (Pressure). Pergerakan kelembaban internal pada material (Kondisi Internal) yang dikeringkan adalah fungsi dari sifat fisik zat padat (luas permukaan), suhu dan kadar air. Pada proses pengeringan salah satu dari kondisi ini memungkinkan menjadi faktor pembatas yang mengatur laju pengeringan, meskipun keduanya dapat berproses secara berkesinambungan.

Laju pengeringan biasanya meningkat di awal pengeringan kemudian konstan dan selanjutnya semakin menurun seiring berjalannya waktu dan berkurangnya kandungan air pada bahan yang dikeringkan. Laju Pengeringan merupakan jumlah kandungan air bahan yang diuapkan tiap satuan berat kering bahan dan tiap satuan waktu [6].

2.3 Jenis – Jenis Pengeringan

Jenis-jenis pengeringan berdasarkan karakteristik umum dari beberapa pengering konvensional dibagi atas 8 bagian, yaitu : (Arun S. Mujumdar, Chung Lim Law. 2009).

1. Baki atau wadah

Pengeringan jenis baki atau wadah adalah dengan meletakkan material yang akan dikeringkan pada baki yang lansung berhubungan dengan media pengering. Cara perpindahan panas yang umum digunakan adalah konveksi dan perpindahan panas secara konduksi juga dimungkinkan dengan memanaskan baki tersebut.

2. Rotari

Pada jenis ini ruang pengering berbentuk silinder berputar sementara material yang dikeringkan jatuh di dalam ruang pengering. Medium pengering, umumnya udara panas, dimasukkan ke ruang pengering dan bersentuhan dengan material yang dikeringkan dengan arah menyilang. Alat penukar kalor yang dipasang di dalam ruang pengering untuk memungkinkan terjadinya konduksi.

3. Flash

Pengering dengan flash (flash dryer) digunakan untuk mengeringkan kandungan air yang ada di permukaan produk yang akan dikeringkan. Materi yang dikeringkan dimasukkan dan mengalir bersama medium pengering dan proses pengeringan terjadi saat aliran medium pengering ikut membawa produk yang dikeringkan. Setelah proses pengeringan selesai, produk yang dikeringkan akan dipisahkan dengan menggunakan hydrocyclone.

4. Spray

Teknik pengeringan spray umumnya digunakan untuk mengeringkan produk yang berbentuk cair atau larutan suspensi menjadi produk padat. Contohnya, proses pengeringan susu cair menjadi susu bubuk dan pengeringan produk-produk farmasi. Cara kerjanya adalah cairan yang akan dikeringkan dibuat dalam bentuk tetesan oleh atomizer dan dijatuhkan dari bagian atas. Medium pengering (umumnya udara panas) dialirkan dengan arah berlawanan atau searah dengan jatuhnya tetesan. Produk yang dikeringkan akan berbentuk padatan dan terbawa bersama medium pengering dan selanjutnya dipisahkan dengan hydrocyclone. 5. Fluidized bed

dibandingkan dengan jenis wadah, jenis ini mempunyai luas kontak yang lebih besar.

6. Vacum

Pengeringan dengan memanfaatkan ruangan bertekanan udara rendah. Dimana pada ruangan tersebut tidak terjadi perpindahan panas, tetapi yang terjadi adalah perpindahan massa pada suhu rendah.

7. Membekukan

Pengeringan dengan menggunakan suhu yang sangat rendah. Biasanya digunakan pada produk-produk yang bernilai sangat tinggi, seperti produk farmasi dan zat-zat kimia lainnya.

8. Batch dryer

Pengeringan jenis ini hanya baik digunakan pada jumlah material yang sangat sedikit, seperti penggunaan pompa panas termasuk pompa panas kimia.

Pada bagian tugas sarjana ini akan dilakukan simulasi pada pengeringan tipe Baki (wadah) dengan menggunakan udara panas yang berasal dari kondensor air conditioner (AC) sebagai sumber energi pemanas yang akan di alirkan ke dalam ruang pengering.

2.4 Pompa Kalor (Heat Pump)

Pompa kalor (heat pump) adalah suatu perangkat yang mendistribusikan panas dari media suhu rendah ke suhu tinggi. Pompa kalor merupakan perangkat yang sama dengan mesin pendingin (refrigerator), perbedaannya hanya pada tujuan akhir. Mesin pendingin bertujuan menjaga ruangan pada suhu rendah (dingin) dengan membuang panas dari ruangan. Sedangkan pompa kalor bertujuan menjaga ruangan berada pada suhu yang tinggi (panas). Hal ini diilustrasikan seperti pada gambar 2.1.

R Wnet,in (required input) QH QL (desired output) COLD Refrigerated space WARM environment COLD environment HP Wnet,in (required input) QH (desired output) QL WARM house

a. Refrigerator b. Heat pump Gambar 2.1 Refrigerator dan Pompa Kalor (Heat Pump) [7]

Pompa kalor memanfaatkan sifat fisik dari penguapan dan pengembunan dari suatu fluida yang disebut dengan refrigerant. Pada aplikasi sistem pemanas, ventilasi dan pendingin ruangan, pompa kalor merujuk pada alat pendinginan kompresi-uap yang mencakup saluran pembalik dan penukar panas sehingga arah aliran panas dapat dibalik. Secara umum, pompa kalor mengambil panas dari udara atau dari permukaan. Beberapa jenis pompa kalor mengambil panas udara tidak bekerja dengan baik setelah temperatur jatuh di bawah -50C (230F) [1].

2.4.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap

Siklus refrigerasi kompresi uap merupakan silkus yang paling umum digunakan untuk mesin pendingin dan pompa kalor. Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah :

1. Kompresor, berfungsi untuk memindahkan uap refrigeran dari evaporator dan menaikkan tekanan dan temperatur uap refrigeran ke suatu titik di mana uap tersebut dapat berkondensasi dengan normal sesuai dengan media pendinginnya.

2. Kondensor, berfungsi melakukan perpindahan kalor melalui permukaannya dari uap refrigeran ke media pendingin kondensor. 3. Katup Ekspansi, berfungsi untuk mengatur jumlah refrigeran yang

mengalir ke evaporator dan menurunkan tekanan dan temperatur refrigeran cair yang masuk ke evaporator, sehingga refrigeran cair akan menguap dalam evaporator pada tekanan rendah.

4. Evaporator, berfungsi melakukan perpindahan kalor dari ruangan yang didinginkan ke refrigerant yang mengalir di dalamnya melalui permukaan dindingnya.

Siklus refrigerasi kompresi uap ini dapat digambarkan seperti gambar berikut:

Condenser

Evaporator

Compressor Expansion

valve

Win

WARM environment

1 2 3

4

QH

COLD Refrigerated

space

QL

a. Diagram T-s b. Diagram P-h

Gambar 2.3. Diagram T-s dan diagram P-h dari Siklus Refrigrasi Kompresi Uap [7]

Dari gambar di atas, siklus ini terdiri dari 4 proses, yaitu: 1-2 : Proses Kompresi

Proses berlangsung dalam kompresor dan berlangsung secara isentropik adiabatik. Refrigeran meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian masuk dalam kompresor, selanjutnya oleh kompresor uap dinaikkan tekanannya menjadi uap bertekanan dan temperaturnya meningkat.

2-3 : Proses Kondensasi (Pelepasan Panas)

Proses berlangsung dalam kondensor. Refrigeran yang berasal dari kompresor dengan tekanan tinggi dan temperatur tinggi masuk kedalam kondensor untuk mengubah wujudnya menjadi cair. Terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan lingkungan (udara) sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigeran mengembun

3-4 : Proses Ekspansi

Refrigeran (dalam wujud cair jenuh) mengalir melalui katup ekspansi. Refrigeran mengalami ekspansi pada entalpi konstan dan berlangsung secara irreversibel. Terjadi penurunan tekanan dan temperatur.

4-1 : Proses Evaporasi (Penyerapan Panas)

Proses terjadi di dalam evaporator dan berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan dan temperatur konstan). Refrigeran (fasa campuran uap-cair) mengalir melalui evaporator. Panas dari lingkungan diserap refrigeran melalui evaporator.

2.4.2 Pengering Pompa Kalor

Prinsip kerja pengering bahan pertanian sistem pompa kalor diilustrasikan seperti gambar 2.4 pompa kalor memberikan panas dengan mengekstraksi energi dari udara sekitar. Panas kering udara diproses memasuki ruang pengering dan berinteraksi dengan bahan pertanian.

Udara lembab yang hangat dari ruang pengering digunakan kembali untuk menaikkan temperatur udara yang keluar dari evaporator di dalam alat penukar kalor yang nantinya akan dialirkan ke kondensor dan kembali ke ruang pengering.

Keterangan gambar:

1. Alat pengering pompa kalor 2. Udara panas dari kondensor

3. Udara panas memenuhi ruang pengering 4. Udara lingkungan diserap evaporator

5. Udara dari ruang pengering dan evaporator di kondisikan dalam alat penukar kalor

Melalui skema siklus refrigerasi kompresi uap, panas yang dikeluarkan oleh kondensor dimanfaatkan untuk mengeringkan bahan pertanian. Udara panas dari kondensor dialirkan ke ruang pengering, selanjutnya udara hasil pengeringan menjadi lembab (basah). Udara dari ruang pengeringan kemudian dialirkan ke alat penukar kalor untuk menaikkan udara dingin yang keluar dari evaporator, udara tersebut selanjutnya akan menuju kondensor. Demikian seterusnya siklus udara pengering tersebut bersirkulasi. Skema dari pengering bahan pertanian ini terlihat pada gambar 2.5.

Kinerja alat pengering salah satunya dapat ditentukan dari efisiensi pengeringan. Efisiensi pengeringan merupakan perbandingan antara energi yang digunakan untuk menguapkan kandungan air bahan dengan energi untuk memanaskan udara pengering. Efisiensi pengeringan biasanya dinyatakan dalam persen. Semakin tinggi nilai efisiensi pengeringan maka alat pengering tersebut semakin baik.

2.5 Perhitungan Performansi Teknis

Perhitungan efisiensi pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan:

………. (2.1)

Dimana:

Qp adalah energi yang digunakan untuk pengeringan (kJ)

Q adalah energi untuk memanaskan udara pengering (kJ)

Nilai laju ekstraksi air spesifik atau specific moisture extraction rate (SMER) merupakan perbandingan jumlah air yang dapat diuapkan dari bahan dengan energi listrik yang digunakan tiap jam atau energi yang dibutuhkan untuk menghilangkan 1 kg air [8]. Dinyatakan dalam kg/kWh.

Perhitungan SMER menggunakan persamaan:

………. (2.2)

Dimana :

adalah jumlah air yang diuapkan (kg/h)

adalah energi yang digunakan untuk proses pengeringan (kW)

yang hilang, dinyatakan dalam kWh/kg dan dihitung dengan menggunakan persamaan:

………. (2.3)

Dimana:

adalah specific energy consumption (kWh/kg)

Laju pengeringan (drying rate; kg/jam), dihitung dengan menggunakan persamaan [9]:

……… (2.4)

Dimana :

adalah berat bahan pertanian sebelum pengeringan (kg) adalah bahan pertanian setelah pengeringan (kg) adalah waktu pengeringan (jam)

Kinerja dari pompa kalor dinyatakan dalam coefficient of performance (COP), yang didefenisikan sebagai perbandingan antara kalor yang dilepaskan oleh kondensor dengan kerja (energi) yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor [10] :

……… (2.5)

Dimana :

adalah kalor yang dilepaskan oleh kondensor (kW)

adalah kerja (energi) yang masuk dalam kompresor (kW)

Kalor yang dilepaskan oleh kondensor dihitung dengan persamaan:

Dimana:

adalah laju aliran massa udara (kg/s)

adalah panas spesifik udara ( )

adalah suhu rata-rata udara keluar kondensor (K)

adalah suhu rata-rata udara masuk kondensor (K)

Kerja yang masuk ke dalam sistem (kerja kompresor) di hitung dengan persamaan:

……….. (2.7)

Dimana:

adalah laju aliran massa refrigeran (kg/s)

h1 diperoleh dari tekanan pada saluran keluar evaporator

h2 diperoleh dari tekanan pada saluran keluar kompresor

Sebuah Sistem kompresi uap dengan memanfaatkan evaporator dan kondensor sekaligus disebut dengan sistem kompresi uap hibrid. Kinerja dari sebuah sistem kompresi uap hibrid dinyatakan dengan Total Performance (TP) yang menyatakan jumlah beban maksimum pada ruang pendinginan dan ruang pengeringan dibandingkan dengan daya kompresi, yang dirumuskan dengan:

………... (2.8) Dimana:

adalah kalor yang diserap oleh evaporator (kW)

Kalor yang diserap oleh evaporator dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan pada bulan Maret 2015 sampai dengan bulan September 2015. Kegiatan penelitian ini mencakup perancangan dan pembuatan alat, pengujian sampai dengan pengambilan dan pengolahan data. Lokasi pembuatan alat bertempat di Bengkel Las Rudi Karya Jalan Pasar Baru No. 34 Padang Bulan Medan, Sumatera Utara dan Lokasi pengujian alat bertempat di Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan yaitu di Jalan Sisingamangaraja No. 24 Medan, Sumatera Utara.

3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan

3.2.1 Alat

Adapun alat-alat yang digunakan dalam rancang bangun alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK ini terbagi menjadi 3 bagian yaitu:

1. Alat utama

Alat utama yang digunakan pada alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK adalah sebagai berikut:

a. Air conditioner (AC)

Air conditioner (AC) digunakan sebagai pompa kalor yang dirancang untuk mengeringkan bahan pertanian. Dimana AC yang digunakan bermerek Polytron tipe PA-1105 dengan spesifikasi sebagai berikut:

Gambar 3.1 Air conditioner (AC) Spesifikasi:

 Kapasitas pendinginan : 9000 Btu/h  Rata-rata tegangan dan frekuensi : 220 V dan 50 Hz  Kuat arus rata-rata : 4.3 A

 Konsumsi daya rata-rata : 950 W  Refrigeran : R22 b. Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate

Alat penukar kalor tipe flat plate ini digunakan untuk menaikkan temperatur udara yang berasal dari evaporator menuju kondensor dengan cara memanfaatkan udara panas buangan yang berasal dari ruang pengering. Di dalam alat penukar kalor ini terjadi perpindahan panas secara konveksi-konduksi melalui plat-plat yang tersusun di dalam alat penukar kalor. Yang mana nantinya udara yang berasal dari evaporator akan diteruskan ke kondensor sedangkan udara yang berasal dari ruang pengering akan dibuang ke lingkungan sekitar.

Gambar 3.2 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate c. Exhaust fan

Exhaust fan berfungsi untuk menghasilkan udara bertekanan dan mensirkulasikan udara panas dan memberikan kecepatan pada udara di ruang pengering. Model exhaust fan yang digunakan BPT12-13B3 ceiling exhaust fan dengan merek Visalux. Dimensinya adalah 265x185x265mm, dengan daya 30 watt, tegangan 220V~50Hz serta memiliki berat 1,4kg.

d. Kontrol Panel

Kontrol panel terdiri dari sekumpulan alat kontrol yang bertujuan untuk mengatur atau mensetting kerja pada alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK.

Gambar 3.4 Kontrol Panel Keterangan:

1. Display termostat 2. Lampu indikator 3. Saklar

4. Voltmeter 5. Amperemeter 6. Switch exhaust fan 2. Alat Bantu

Berikut adalah alat bantu pembuatan alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK.

a. Mesin Las Listrik 900 Watt

Mesin las listrik 900 watt digunakan untuk menyambung besi hollow dalam pembuatan rangka alat pengering dan juga menyambung besi siku dalam pembuatan dudukan alat pengering

4

5 1

2

3

Gambar 3.5 Mesin Las Listrik 900 Watt b. Gerinda Potong

Gerinda potong digunakan untuk memotong besi hollow ataupun besi siku yang akan digunakan sebagai penyusun rangka alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK.

Gambar 3.6 Gerinda Potong c. Gerinda Tangan

Gerinda tangan digunakan untuk merapikan bekas sambungan las dan juga digunakan utuk memotong pelat aluminium dalam pembuatan alat pengering bahan pertanian ini.

d. Bor Tangan

Bor tangan digunakan untuk melubangi pelat aluminium yang digunakan sebagai dinding alat pengering. Bagian yang telah dilubangi segera di rivet dengan alat tembak rivet.

Gambar 3.8 Bor Tangan e. Meteran

Meteran digunakan untuk mengukur bahan yang akan dipotong.

Gambar 3.9 Meteran f.Penggaris Siku

Penggaris siku digunakan untuk membuat tanda persegi ataupun sudut 45 derajat dan 90 derajt pada pelat, besi siku ataupun besi hollow dalam proses pembuatan alat pengering sistem pompa kalor dengan APK.

g. Spidol

Spidol digunakan untuk melukis ataupun menggambar pada pelat, besi siku dan juga besi hollow yang akan dipotong sesuai gambar yang telah dibuat.

Gambar 3.11 Spidol

h. Gunting Seng

Gunting seng digunakan untuk memtong pelat aluminium yang telah digambar sebelumnya dan juga digunakan untuk memotong rockwool sesuai dengan keinginan.

Gambar 3.12 Gunting Seng i. Alat Tembak Paku Rivet

Alat tembak paku rivet digunakan untuk menembakkan paku rivet pada pelat aluminium yang akan digunakan sebagai dinding alat pengering. Dimana fungsi dari paku rivet itu sendiri adalah sebagai alat penyambung pada aluminium, sebab pelat aluminium sangat sulit untuk disolder dan dilas.

j.Alat Tembak Lem Silikon

Alat tembak lem silikon digunakan untuk menembakkan lem silikon pada sudut-sudut pelat yang terdapat celah. Dimana fungsi dari lem silikon adalah mencegah terjadinya kebocoran.

Gambar 3.14 Alat Tembak Lem Silikon

3. Alat pendukung dan alat ukur

Adapun alat pendukung dan alat ukur yang digunakan dalam pengujian alat pengering bahan pertanian system pompa kalor dengan APK adalah:

a. Laptop

Laptop digunakan untuk menyimpan dan mengolah data yang telah diperoleh dari Agilent dan Rh (Relative Humidity) meter.

b. Timbangan Digital

Timbangan digital digunakan untuk megukur berat produk yang dikeringkan secara berkala yaitu setiap satu jam sekali. Alat ini digunakan selama pengeringan berlangsung tujuannya untuk menngetahui pengurangan berat produk selama proses pengeringan. Jenis timbangan digital yang digunakan adalah timbangan duduk digital.

Gambar 3.16 Timbangan Duduk Digital c. Agilent 34972 A

Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya. Pencatatan data pengukuran disimpan pada flashdisk yang dihubungkan pada bagian belakang alat ini.

Spesifikasi Alat:  Daya 35 Watt

 Jumlah saluran termokopel 20 buah  Tegangan 250 Volt

 Mempunyai 3 saluran utama  Ketelitian termokopel 0,03o C

 Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik  Mempunyai 8 tombol panel dan sistem kontrol

 Fungsional antara lain pembacaan suhu termokopel, Resistance Temperature Detector (RTD), dan termistor, serta arus listrik AC

d. RH (Relative Humidity) Meter

RH meter digunakan untuk mengukur suhu dan kelembaban udara yang mengalir di dalam saluran udara pada pompa kalor. Jenis RH meter yang digunakan adalah EL-USB-2 (High Accuracy Humidity, Temperature and Dew Point Data Logger).

Gambar 3.18 RH Meter

Spesifikasi:

 Temperature range : -400F to 1580F (-400C to 700C)

 Humidity range : 0 to 100% RH

 Long battery life : 1 year 3.6V Lithium battery

 Comes with Windows 98, 2000, XP and Vista Compatible Analisys Software

 Complete with Protective USB Cap, Mounting Bracket and Software

e. Hot Wire Anemometer

Digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara yang mengalir di dalam suatu aliran. Jenis Anemometer yang digunakan adalah Hot wire anemometer Krisbow KW0600653.

Gambar 3.19 Hot Wire Anemometer

General Spesifications

Display 46.7 mm x 60 mm LCD display

Dual function meter’s display

Measurement m/s (meters per second) Km/h (kilometers per hour0 Ft/min (feet per minute) MPH (miles per hour)

Knot (nautical miles per hour) Temp. oC, oF

Data hold

Memory Maximum and minimum with recall Sampling Approx. 0.8 sec

Operating Humidity Less than 80% RH Power Supply 9V battery

Power Current Approx. DC 60-90 mA Weight 280g

Dimension 210mmx75mmx50mm Accessories Hot wire sensor 9V battery

Electrical Specifications

Air Velocity

Measurement: Range: Resolution: Accuracy: m/s 0.1 – 25.0 m/s 0.01 m/s ±(5%+ 1d) reading or ±(1%+ 1d) full scale Km/h 0.3 – 90.0 km/h 0.1 km/h

Ft/min 20 – 4925/min 1ft/min MPH 0.2 – 55.8

MPH

0.1MPH Knot 0.2 – 55.8knots 0.1knots Temperature

Measuring Range

0oC to 50oC (32oF to 122oF)

Accuracy ±1oC/1.8oF

f.Pressure Gauge

Digunakan untuk mengukur tekanan refrigran yang masuk kompresor, keluar kompresor dan juga masuk ke katup ekspansi.

Gambar 3.20 Pressure Gauge Spesifikasi :

 Dimensi : diameter 66mm

 Kisaran tekanan : -1 …14 Bar / -30”Hg… + 200 psi  Sambungan : 1/4" SAE (Bottom Connection)

3.2.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terbagi menjadi 2 yaitu:

1. Bahan uji

Yang menjadi bahan uji dalam proses pengeringan ini adalah cabai merah keriting yang memiliki kadar air sekitar ±78,50% (kadar air cabai sudah diteliti sebelumnya di Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan pada tanggal 3 September 2015). Sebelum dikeringkan cabai merah keriting dibuang tankainya dan dicuci bersih, lalu cabai di rendam ke waterbath dengan temperatur 600C selama 10 menit. Hal ini dilakukan guna mempertahankan warna pada cabai merah keriting.

Gambar 3.21 Cabai Merah Keriting

2. Bahan penyusun alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK

Berikut adalah bahan penyusun alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK.

a. Besi hollow galvanis

Bahan ini digunakan sebagai rangka alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK dimana dimensi besi hollow yang digunakan adalah 40x40x5800mm dengan tebal 1.5mm.

b. Besi hollow stainless steel

Bahan ini digunakan sebagai rangka baki atau wadah daripada cabai yang akan dikeringkan. Dimana besi hollow stainless steel yang digunakan adalah 20x20x5800mm dengan tebal 1.5mm.

Gambar 3.23 Besi HollowStainless Steel c. Besi siku galvanis

Bahan ini digunakan sebagai dudukan alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK dan juga sebagai dudukan baki atau wadah dari pada cabai yang akan dikeringkan. Dimana dimensi besi siku yang digunakan untuk dudukan alat pengering ini adalah 40x40x5800mm sedangkan besi siku yang digunakan untuk dudukan baki atau wadah cabai adalah 20x20x5800mm.

d. Pelat Aluminium

Bahan ini digunakan sebagai dinding ataupun penutup daripada alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK. Dimensi daripada pelat aluminium yang digunakan adalah 2000x900x0.8mm.

Gambar 3.25 Pelat Aluminium e. Rockwool Insulation

Bahan ini digunakan untuk menahan panas keluar dari ruang kondensor, pipa-pipa dan ruang pengering pada alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK. Ukuran rockwool yang digunakan adalah 6000x1000x50mm dengan density 60Kg.

f. Aluminium foil

Bahan ini digunakan untuk membungkus atau membalut rockwool yang dipasang pada alat pengering. Sifat daripada aluminium foil itu sendiri mampu meredam panas sehingga panas yang ada di dalam ruangan tidak mudah untuk keluar atau terbuang.

Gambar 3.27 Aluminium foil g. Kaca

Bahan ini dipasang dibagian pintu depan dan pintu belakang alat pengering pompa kalor dengan APK. Hal ini dibuat guna mempermudah kita untuk melihat dari luar bahan pertanian yang dikeringkan dan juga untuk melihat komponen-komponen penyusun alat pengering pompa kalor dengan APK pada bagian pintu belakang alat. Kaca yang digunakan adalah kaca dengan ketebalan 5mm.

h. Kassa stainless steel

Bahan ini digunakan sebagai wadah bahan pertanian yang akan dikeringkan. Hal ini dipilih dikarenakan bahan kassa stainless steel tidak akan merubah kandungan gizi maupun vitamin bahan pertanian yang akan dikeringkan walau pada temperatur yang tinggi.

Gambar 3.29 Kassa Stainless Steel i. Roda trolley

Roda trolley digunakan untuk memudahkan dalam memindahkan alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK ke tempat yang diinginkan. Roda trolley yang digunakan berdiameter 4 inchi dengan tipe hidup, mati dan rem.

j. Pipa PVC

Bahan ini digunakan sebagai penguhubung antara ruangan evaporator dengan APK, APK dengan ruang kondensor, ruang kondensor dengan ruang pengering dan ruang penering dengan APK. Pipa PVC yang digunakan berdiameter 3 inchi dan 4 inchi.

Gambar 3.31 Pipa PVC

k. Sambungan elbow pipa PVC

Bahan ini digunakan sebagai sambungan pipa PVC. Dalam alat pengering ini sambungan pipa PVC yang digunakan berupa sambungan elbow dengan sudut 900 yang berdiameter 3 inchi dan 4 inchi.

l. Kabel NYM

Kabel NYM digunakan sebagai media penghantar untuk menyalurkan arus listrik ke alat pengering. Kabel NYM dipilih karena memiliki keunggulan yang lebih baik, dengan isolasi ganda yang mampu mencegah kerusakan.

Gambar 3.33 Kabel NYM

m.Gagang Pintu

Gagang pintu digunakan untuk memudahkan kita dalam membuka dan menutup pintu alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK.

n. Engsel Pintu

Engsel pintu digunakan sebagai alat bantu yang dipasang pada pintu agar mudah dibuka dan ditutup.

Gambar 3.35 Engsel Pintu

3.3 Metode Pelaksanaan Penelitian

Dalam pelaksanaan penelitian ini dilakukan kegiatan yang meliputi beberapa tahapan yang digambarkan dalam bentuk diagram yang tergambar seperti ditunjukkan pada gambar 3.36 di bawah ini.

Usulan Penelitian Studi Literatur

Gambar 3.36 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Penelitian

Buku Referensi, Jurnal-jurnal Pendukung, dan Internet

Start

Tahap Persiapan:

1. Membuat Alat Pengering Pompa Kalor 2. Pengujian Alat Pengering

ya

Finish

Kesimpulan/ Pembuatan Laporan

Pengolahan dan Analisis Data Tidak

Validasi

Merancang dan mendesain alat pengering pompa kalor

Tidak

3.4 Experimental Set Up

Udara yang mengalir dalam sistem berlangsung secara terbuka, seperti terlihat pada gambar 3.37. Dimana udara sekitar dihisap oleh blower evaporator dan dialirkan melewati alat penukar kalor tipe flat plate menuju kondensor, udara yang dialirkan melewati kondensor merupakan udara bersuhu rendah dan kering. Setelah melewati kondensor suhu udara menjadi naik (kondensor melepaskan panas) dan kelembaban udara turun. Kemudian udara dihisap oleh Exhaust fan dan diteruskan ke ruang pengering untuk mengeringkan bahan pertanian. Setelah melewati ruang pengering suhu udara mulai turun dan kelembaban udara naik, hal ini disebabkan udara menyerap uap air yang ada pada bahan pertanian yang dikeringkan (terjadinya perpindahan massa). Sebelum dibuang ke lingkungan sekitar udara yang melewati ruang pengering selanjutnya dialirkan melewati alat penukar kalor tipe flat plate tujuannya untuk menaikkan suhu udara yang keluar dari evaporator menuju kondensor, selanjutnya udara yang berasal dari ruang pengering dibuang ke lingkungan sekitar. Demikian selanjutnya proses ini berlangsung secara berulang.

Pada gambar 3.37 juga diperlihatkan titik-titik penempatan alat-alat ukur yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel yang menjadi objek penelitian dan selanjutnya menjadi bahan untuk proses analisis lebih lanjut.

Pengukuran suhu dan kelembaban udara dilakukan pada titik 1 dan 2, yaitu pada saat udara akan masuk ke ruang pengering dan keluar ruang pengering dengan menempatkan Rh meter pada masing-masing titik tersebut. Sedangkan pengukuran kecepatan udara yang mengalir dalam saluran dilakukan pada tutuk dimana udara akan masuk ke dalam ruang pengering dengan menempatkan hot wire anemometer.

Untuk mengukur berat bahan pertanian yang dikeringkan dengan menggunakan timbangan duduk digital, Selanjutnya alat-alat pengukuran tersebut akan dihubungkan ke Laptop untuk memindahkan data yang terekam pada alat-alat pengukuran tersebut. Data yang diperoleh ini selanjutnya akan diolah dan dilakukan analisis untuk mendapatkan hasil dari

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Rancang Bangun Alat

Alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK ini dirancang dengan dimensi keseluruhan yaitu 1800mm x 1300mm x 1600mm.

Gambar 4.1 Alat Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan Alat Penukar Kalor

Berikut adalah komponen utama dari alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK:

1. Rangka Utama 2. Ruang Pengering

1 2

3 4

5 6

7

8 9

4. Evaporator

5. Alat Penukar Kalor tipe Flat Plate 6. Ruang Kondensor

7. Pressure Gauge 8. Kontrol Panel

9. Dudukan Alat Pengering 10. Roda

4.1.1 Rangka Utama

Rangka utama dari alat pengering ini memiliki fungsi sebagai tempat/dudukan daripada evaporator, APK tipe Flat Plate, ruang kondensor dan juga ruang pengering. Rangka utama ini harus kuat dan juga kokoh, maka bahan yang dipilih yaitu besi hollow galvanis 40mm x 40mm x 5800mm dengan ketebalan 1,8mm. pada rancang bangun ini, rangka utama memiliki dimensi PxLxT yaitu 1798mm x 1298mm x 1498mm.

4.1.2 Ruang Pengering

Ruang pengering dirancang sebagai tempat bahan pertanian yang akan dikeringkan, ruang pengering diharapkan mampu menjaga panas yang diperoleh dari kondensor. Agar panas diruang pengering tidak mudah terbuang keluar maka dinding ruang pengering dirancang disusun dengan 3 bagian yaitu bagian dalam dilapisi oleh pelat aluminium foil dengan ketebalan 0,5mm, bagian tengah dilapisi isolator berupa rockwool dengan density 60 Kg dan ketebalan 50mm dan bagian luar dilapisi oleh pelat aluminium dengan ketebalan 0,8mm. Ruang pengering dirancang mampu menampung bahan uji (cabai merah keriting) sebanyak 3 Kg maka dibuatlah dimensi dari pada ruang pengering yaitu PxLxT (500mm x 500mm x 500mm) yang terbagi dalam 3 buah baki/wadah.

Gambar 4.3 Ruang Pengering 4.1.3 Baki/wadah

Baki/wadah dirancang dengan besi hollow stainless steel 20mm x 20mm dengan tebal 1,5mm dan juga kassa stainless steel. Hal ini dipilih dikarenakan bahan stainless steel tidak akan merubah kandungan gizi

Ruang Pengering

maupun vitamin bahan pertanian yang dikeringkan walau pada temperatur yang tinggi. Baki/wadah dibuat sebanyak 3 buah dengan dimensi 497mm x 495mm.

Gambar 4.4 Baki/ wadah

4.1.4 Evaporator

Evaporator merupakan bagian dari AC split yang digunakan pada alat pengering ini, dimana AC split yang digunakan bermerek Polytron tipe PA-1105 dengan spesifikasi sebagai berikut:

 Kapasitas pendinginan : 9000 Btu/h  Rata-rata tegangan dan frekuensi : 220 V dan 50 Hz  Kuat arus rata-rata : 4.3 A

 Konsumsi daya rata-rata : 950 W  Refrigeran : R22

4.1.5 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate

Alat penukar kalor tipe Flat Plate dirancang untuk menaikan temperatur udara yang berasal dari evaporator menuju kondensor dengan cara memanfaatkan udara panas buangan yang berasal dari ruang pengering. APK ini dibuat dengan dimensi PxLxT yaitu 310mm x 180mm x 325mm dengan bahan pelat seng dengan ketebalan 0,1mm.

Gambar 4.6 Alat Penukar Kalor tipe Flat Plate

4.1.6 Ruang Kondensor

Ruang kondensor dirancang sebagai tempat dari pada kondensor AC split dan juga kompresor AC serta kipas. Ketiga alat ini merupakan komponen dari AC split merek Polytron tipe PA-1105.

Gambar 5.7 Ruang Kondensor

Kipas Kondensor

4.1.7 Pressure Gauge

Pressure Gauge dirancang untuk mengukur tekanan refrigeran yang masuk ke kompresor, keluar kompresor dan juga keluar kondensor. Pressure Gauge yang digunakan bermerek Dove dengan dimensi 66mm dan kisaran tekanan ( -1 s/d 14 Bar /-30”Hg… +200Psi) dan (-1 s/d 35 Bar / -30”Hg …+500Psi) dimana tipe sambungan yaitu ¼” SAE (Buttom Connection).

Gambar 4.8 Pressure Gauge

4.1.8 Kontrol Panel

Kontrol panel dirancang sebagai alat kontrol yang bertujuan untuk mengatur atau mensetting kerja pada alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK. Kontrol panel ini dibuat dengan dimensi 300mm x 400mm dengan tebal 100mm. Dimana kontrol panel itu sendiri terdiri dari 1 buah thermostat, 2 buah lampu indicator, 1 buah saklar, 1 buah voltmeter, 1 buah amperemeter dan 1 buah switch exhaust fan.

Gambar 4.9 Kontrol Panel

4.1.9 Dudukan Alat Pengering

Sesuai dengan bahan yang dipakai pada alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK maka dudukan alat pengering ini haruslah kuat dan kokoh untuk menopang alat tersebut. Dimana dudukan alat pengering ini didesain dengan menggunakan bahan besi siku galvanis 40mm x 40mm dan tebal 1,8mm dengan diberi roda trolley ukuran 4 inchi pada setiap sudut dudukan. Dudukan alat pengering memiliki dimensi panjang 1804mm, lebar 1304mm dan tinggi dari lantai 150mm.

Voltmeter

Amperemeter Termostat

Lampu Indikator

Saklar

Switch Exhaust Fan

4.2 Prinsip Kerja

Prinsip kerja alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK adalah dimana pompa kalor memberikan panas dengan mengekstaksi energi dari udara sekitar. Panas kering udara diproses memasuki ruang pengering dan berinteraksi dengan bahan pertanian yang akan dikeringkan.

Udara lembab dan hangat dari ruang pengering diteruskan ke APK untuk menaikkan temperatur udara yang keluar dari evaporator yang akan dialirkan ke kondensor dan kembali ke ruang pengering. Demikian seterusnya siklus udara pengering tersebut bersirkulasi.

4.3 Analisa Performansi Teknis

4.3.1 Data Hasil Pengukuran

Proses pengumpulan data dilakukan pada Senin, 2 Agustus 2015, Pukul 9.30 WIB s/d selesai. Awal mula mesin pompa kalor dihidupkan selama ± 90 menit atau temperatur ruang pengering mencapai 37,6 0C selama ± 5 jam. Adapun data yang diperoleh dari hasil pengukuran yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Kecepatan Udara

Udara yang mengalir dalam sistem pengeringan bervariasi kecepatannya. Pengukuran kecepatan dilakukan pada titik dimana udara akan masuk ke kondensor dengan menggunakan hot wire anemometer. Adapun data hasil pengukuran kecepatan udara ini diperlihatkan pada tabel 4.1. Dimana data yang diperoleh adalah kecepatan udara dan temperatur rata-rata.

Tabel 4.1 Kecepatan dan Temperatur Udara Menuju Kondensor

No. Jam ke Kecepatan Udara (m/s)

Temperatur (0C)

1 I 0,39 35,6

2 II 0,15 39,8 3 III 0,30 41,0 4 IV 0,31 40,8

5 V 0,25 40,1

6 VI 0,22 41,8

Rata-rata 0,27 40,31

2. Temperatur dan Kelembaban Udara

Pengukuran temperatur dan kelembaban udara dilakukan dengan menggunakan alat ukur Rh meter, dimana Rh meter diletakkan pada 2 titik pengukuran, yaitu pada saat udara keluar kondensor menuju ruang pengering dan udara pada saat keluar ruang pengering menuju APK. Adapun data temperatur dan kelembaban terlihat pada tabel 4.2 di bawah ini:

Tabel 4.2 Data Temperatur dan Kelembaban

No. Titik

Pengukuran

Temperatur (0C)

Kelembaban (%)

Rata-rata Maks Min Rata-rata Maks Min

1 Titik 1 54,17 57,2 31,4 23,36 65,9 17,5

2 Titik 2 45,43 48,6 31,1 35,24 69,1 26,6

Keterangan:

Titik 1 : Udara Masuk Ruang Pengering Titik 2 : Udara Keluar Ruang Pengering

3. Tekanan Refrigeran

refrigeran masuk ke kompresor (titik A), keluar kompresor (titik B) dan keluar kondensor (titik C). Hasil pengukuran untuk masing-masing titik tersebut adalah:

 Titik A; P1gage = 40 Psi = 377,115 kPa, tekanan absolutnya adalah

P1abs = 477,115 kPa = 0,477 MPa

 Titik B; P2gage = 250 Psi = 1825,01 kPa, tekanan absolutnya

adalah P2abs = 1925,01 kPa = 1,925 MPa

 Titik C; P3gage = 200 Psi = 1480,27 kPa, tekanan absolutnya

adalah P3abs = 1580,27 kPa = 1,580 MPa

4.3.2 Menghitung Coefficient of performance (COP)Pompa Kalor

Coefficient of performance (COP) pompa kalor adalah perbandingan antara kalor yang dilepas oleh kondensor dengan kerja (energi) yang di konsumsi dalam siklus. Dimana energi yang dikonsumsi pada siklus ini adalah :

1. Energi menggerakkan kompressor; 2. Energi menggerakkan kipas;

Coefficient of performance (COP) pompa kalor dihitung dari persamaan (2.5), yaitu:

Atau:

Dimana:

Kalor yang dilepaskan oleh kondensor dihitung dengan persamaan (2.6), yaitu:

Laju aliran massa udara:

Dimana:

adalah density(berat jenis) udara, ρ = 1,22 kg/m3. A adalah luas penampang saluran udara, dimana:

Panjang, = 0,6m dan Lebar, = 0,5m

adalah kecepatan udara mengalir dalam saluran kondensor. Untuk kecepatan udara 0,27 m/s diperoleh laju aliran massa udara adalah:

Panas jenis spesifik udara:

Suhu rata-rata udara keluar kondensor: = 327,17 K Suhu rata-rata udara masuk kondensor: = 313,31 K Kalor yang dilepaskan oleh kondensor adalah:

Sedangkan laju aliran refrigeran dihitung dengan menggunakan persamaan:

Dari hasil pengukuran tekanan refrigeran, dengan menggunakan tabel dan diagram refrigeran R22 DuPont (Lampiran 1), diperoleh data termodinamik refrigeran R22 seperti terlihat pada tabel 4.3 berikut: Tabel 4.3 Data Termodinamik Refrigeran R22 DuPont

Titik T, (oC)

p, (kPa)

h, (kJ/kg) 1 -1,32 477 404,57 2 79,8 1925 446,966 3 41,23 1580 251,3 4 -1,32 477 251,3

Data pada tabel 4.3 diperoleh berdasarkan perhitungan dengan cara interpolasi pada tabel R22 yang dijelaskan sebagai berikut:

Tabel 4.4 Interpolasi Nilai Entalpi p,

(kPa)

h, (kJ/kg) 466,4 404,3

477 X 482,0 404,7

Dengan cara yang sama diperoleh nilai h2 superheated pada tekanan 1925 kPa adalah 446,966 kJ/kg, dan h3 liquid pada tekanan 1580 kPa adalah 251,3 kJ/kg. berdasarkan siklus kompresi uap ideal nilai h4 sama dengan h3 yaitu 251,3 kJ/kg dimana tekanan h4 sama dengan h1 yaitu 477 kPa.

Selanjutnya nilai laju aliran massa refrigeran diperoleh:

Maka energi (daya) kompresor adalah:

Kalor yang diserap oleh evaporator sebesar:

Daya menggerakkan kipas (fan) diperoleh sebesar 0,105kW

Maka coefficient of performance (COP) dari pompa kalor dengan kecepatan udara mengalir melalui kondensor sebesar 0,27m/s diperoleh:

Total Performance (TP) diperoleh:

4.3.3 Pengukuran Temperatur dan Relative Humidity (RH)

Pengambilan data temperatur dan relative humidity dilakukan pada tanggal 2 Agustus 2015 dengan menggunakan alat RHT meter. Dimana pemasangan RHT meter di tempatkan pada 2 titik yaitu pada saat udara masuk ruang pengering dan udara keluar ruang pengering.

Tabel 4.5 Temperatur dan RH Udara Masuk Ruang Pengering

No.

Waktu

(WIB)

Temperatur

(◦C)

Relative Humidity

(%) 1 11:07:13 31.4 65.9 2 11:37:13 49.6 29.1 3 12:07:13 52.8 24.8 4 12:37:13 53.6 23.6 5 13:07:13 55.6 21.6 6 13:37:13 56.3 21.1 7 14:07:13 56.4 20.8 8 14:37:13 57 20.6 9 15:07:13 56.9 20 10 15:37:13 56.6 19.2 11 16:07:13 57 17.8

Grafik perbandingan Temperatur, RH dan Waktu pada saat udara masuk ke ruang pengering dapat dilihat pada gambar 4.11.

60 55 50 45 40 35 30 T emp erat ur (°C)

12:00 13:00 14:00 15:00 16:00

Waktu (WIB) 70 60 50 40 30 20 Rel at iv e Hu mi di ty (% ) Temperatur Relative Humidity

Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Temperatur, Rh dan Waktu Pada Saat Udara Masuk Ruang Pengering

Kelembaban udara masuk ruang pengeringan rata-rata dari pompa kalor ini sebesar 23,36% dan temperatur rata-rata 54,170C. Dimana kelembaban udara maksimum sebesar 65,9% pada temperatur 31,40C dan kelembaban udara minimum sebesar 17,5% pada temperatur 56,60C.

Tabel 4.6 Temperatur dan RH Udara Keluar Ruang Pengering

No. Waktu (WIB) Temperatur (◦C) Relative Humidity (%)

1 11:07:14 31.1 69.1 2 11:37:14 41.1 43.6 3 12:07:14 43.6 38.5 4 12:37:14 45.3 35.4 5 13:07:14 46.2 33.9 6 13:37:14 46.3 33.9 7 14:07:14 47.3 32.2 8 14:37:14 47.9 31.7 9 15:07:14 48.2 30.5 10 15:37:14 47.9 29.2 11 16:07:14 47.6 28

Grafik perbandingan Temperatur, RH dan Waktu pada saat udara keluar ke ruang pengering dapat dilihat pada gambar 4.12.

48 44 40 36 32 T emp erat u r (°C)

12:00 13:00 14:00 15:00 16:00

Waktu (WIB) 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 Rel at iv e Hu mi d ity (% ) Temperatur Relative Humidity

Gambar 4.12 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Keluar Ruang Pengering

Setelah udara melewati ruang pengeringan kelembaban udara naik menjadi rata-rata 35,24% dan temperatur rata-rata 45,430C. Dimana kelembaban udara maksimum sebesar 69,1% pada temperatur 31,10C dan kelembaban udara minimum sebesar 26,6% pada temperatur 48,10C.

4.4 Proses Pembuatan (Manufacturing Process)

Dalam proses pembuatan alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK ini perlu diperhatikan beberapa hal antara lain ketelitian ukuran, pemotongan bahan, penyambungan dan proses pemasangan serta Finishing. Hal ini perlu diperhatikan guna hasil yang diperoleh sesuai dengan apa yang telah dirancang sebelumnya.

4.4.1 Proses Pemotongan

Proses pemotongan dilakukan dengan menggunakan beberapa alat pemotong diantaranya gergaji besi, gerinda potong, gerinda tangan, bor tangan, gunting seng dan cutter.

1. Pemotongan bahan untuk rangka utama

Bahan yang digunakan untuk pembuatan rangka utama adalah besi hollow dengan ukuran 40mm x 40mm dengan tebal 1,8mm. Dimana alat yang digunakan untuk memotong bahan untuk rangka utama ini adalah mesin gerinda potong.

2. Pemotongan bahan untuk rangka pintu

Bahan yang digunakan untuk membuat rangka pintu adalah besi hollow dengan ukuran 30mm x 30mm dengan tebal 1,6mm. Alat yang digunakan untuk memotong bahan tersebut adalah mesin gerinda potong.

3. Pemotongan bahan untuk dinding penutup dan dinding pintu

Bahan yang digunakan untuk dinding penutup dan dinding pintu alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK ini adalah pelat lembaran jenis aluminium dengan ukuran 1800mm x 1000mm dengan ketebalan 0,8mm. Dimana alat yang digunakan untuk memotong pelat aluminium ini adalah gerinda tangan.

4. Pemotongan bahan untuk pembuatan baki/wadah

Bahan yang digunakan untuk pembuatan baki/wadah adalah besi hollow stainless steel dengan ukuran 20mm x 20mm dengan tebal 1,5mm dan juga kasa stainless steel sebagai wadah produk yang akan dikeringkan. Sedangkan alat yang digunakan untuk memotong besi hollow stainless steel tersebut adalah mesin gerinda potong dan gunting seng digunakan untuk memotong kasa stainless steel.

5. Pemotongan bahan untuk saluran udara

Bahan yang digunakan untuk saluran udara pada alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK ini adalah pipa

PVC dengan diameter 3 inchi dan 4 inchi. Alat yang digunakan untuk memotong pipa PVC ini adalah gergaji besi.

4.4.2 Proses Penyambungan

Proses penyambungan dalam pembuatan alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK ini adalah dengan menggunakan las listrik, engsel, lem silikon, baut-mur dan sambungan keling,

1. Penyambungan rangka utama

Proses penyambungan rangka utama dengan las listrik. 2. Penyambungan dinding penutup dan dinding pintu

Proses penyambungan dinding penutup alat pengering dan juga dinding pintu menggunakan sambungan keling.

3. Penyambungan rangka baki/wadah

Proses penyambungan baki/wadah pada alat pengering menggunakan las listrik.

4. Penyambungan pintu dengan rangka utama

Proses penyambungan pintu pada rangka utama menggunakan sambungan engsel kupu-kupu pada bagian depan dan engsel jantan-betina pada bagian pintu belakang.

5. Penyambungan kaca pada bagian pintu

Proses penyambungan kaca pada pintu menggunakan lem silikon.

6. Penyambungan komponen-komponen alat di dalam lemari pengering Proses penyambungan komponen alat seperti APK, kondensor, kipas dan juga evaporator dengan mengngunakan sambungan baut-mur.

7. Penyambungan roda dengan tempat dudukan lemari pengering Proses penyambungan roda dengan tempat dudukan lemari pengering adalah dengan menggunakan las listrik.

4.4.3 Proses Pemasangan/perakitan

Dalam proses pemasangan/perakitan komponen-komponen pada alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK adalah dengan menggunakan paku keling dan baut-mur.

1. Pemasangan dinding

Dalam proses pemasangan keseluruhan dinding pada alat pengering ini menggunakan paku keling dengan diameter 5mm. 2. Pemasangan komponen-komponen di dalam lemari pengering

Pemasangan komponen-komponen seperti kondensor, kipas, APK dan juga evaporator dengan menggunakan baut-mur M10. 3. Pemasangan isolator rockwool

Pemasangan rockwool pada dinding ruang pengering dan juga ruang kondensor menggunakan paku keling dimameter 5mm.

4.4.4 Proses Finishing

Proses finishing dilakukan pada saat selesai proses pengelasan dengan las listrik dengan cara penggerindaan dengan gerinda tangan. Selanjutnya proses finishing yang dilakukan adalah pengecatan rangka utama maupun dudukan lemari pengering yang telah selesai dibuat.

4.5 Prosedur Pengoperasian Kerja Alat Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan APK

Adapun cara pengoperasian kerja alat pengering bahan pertanian adalah sebagai berikut:

1. Cabai merah keriting dicuci bersih dan dibuang tangkainya

2. Cabai direndam ke dalam waterbath degan temperatur 600C selama 10 menit guna mempertahankan warna pada cabai, selanjutnya ditiriskan 3. Letakkan cabai pada baki/wadah yang terdapat pada alat pengering,

5. Naikkan stutt yang ada di dalam kontrol panel 6. Putar sakelar utama ke posisi ON

7. Putar sakelar fan ke posisi ON

8. Atur suhu maksimal thermostat sebesar 600C

9. Pengeringan dilakukan 8 jam setiap harinya atau sesuai kebutuhan

10.Seletah melakukan proses pengeringan putar sakelar fan ke posisi OFF dan sakelar utama ke posisi OFF

11.Turunkan stutt yang ada ada di dalam kontrol panel 12.Cabutlah stop kontak dari sumber arus listrik.

4.6 Hasil Pengujian Cabai Merah Keriting

4.6.1 Cabai Merah Keriting Utuh

1. Hasil Pengujian Moisture Ratio (MR)

Sebelumnya cabai merah keriting diuji kadar airnya pada 3 September 2015 di labolatorium makanan minumam dan bahan pertanian milik Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan dan diperoleh kadar airnya ±78,50% (Lampiran 5). Sebelum dikeringkan cabai merah keriting ini dibuang tangkainya dan dicuci bersih, lalu cabai direndam ke waterbath dengan temperatur 600C selama 10 menit. Hal ini dilakukan guna mempertahankan warna pada cabai merah keriting.

Berikut adalah data-data yang diambil pada saat pengujian pengeringan cabai merah keriting utuh.

Berat awal : 200 gr

Kadar air : 157 gr (78,50%) Berat akhir : 43 gr

Kadar air akhir masa : 10% Masa cabai kering : 63 gr

Perhitungan nilai Moisture Ratio (MR) hasil pengujian pengeringan pada cabai merah keriting adalah sebagai berikut:

Nilai MR awal pengujian pada pukul 10.30 WIB adalah:

Nilai MR pengujian pada pukul 11.30 WIB adalah:

Dengan menggunakan cara yang sama nilai MR berikutnya pada pengeringan cabai merah keriting utuh dapat dilihat pada tabel 4.7 di bawah ini:

Tabel 4.7 Moisture Ratio Pada Pengeringan Cabai Merah Utuh Tanggal Pukul Masa Kadar air kadar air MR

(WIB) (gr) (%) (gr)

3-Sep-15

10,30 200 68.5 137 1

11,30 194 65.5 131 0.956204

12,30 186 61.5 123 0.897811

13,30 177 57 114 0.832116

14,30 170 53.5 107 0.781022

15,30 160 48.5 97 0.708029

16,30 154 45.5 91 0.664233

4-Sep-15

09,30 136 36.5 73 0.532846

10,30 132 34.5 69 0.503649

11,30 127 32 64 0.467153

12,30 121 29 58 0.423357

13,30 118 27.5 55 0.401459

14,30 109 23 46 0.335766

15,30 102 19.5 39 0.284671

16,30 95 16 32 0.233576

5-Sep-15

10,00 81 9 18 0.131386

11,00 77 7 14 0.102189

12,00 70 3.5 7 0.051095

Grafik perbandingan Moisture Ratio dengan waktu pengeringan pada pengeringan cabai merah keriting utuh dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Mo is tu re Rati o 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Waktu (Jam) Moisture Ratio

Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Moisture Ratio dengan Waktu Pengeringan Pada Pengeringan Cabai Merah Keriting Utuh

2. Hasil Perhitungan SMER dan SEC

Dari data yang didapat, maka dapat dihitung laju pengeringan untuk cabai merah kering utuh sebagai berikut:

Laju pengeringan:

Dimana :

Wo = 200 gr = 0,2 kg

Wf = 63 gr = 0,063 kg

Diperoleh SMER:

Sedangkan SEC diperoleh:

4.6.2 Cabai Merah Keriting Belah

1. Hasil Pengujian Moisture Ratio (MR)

Perhitungan nilai Moisture Ratio dari hasil pengeringan cabai merah keriting belah adalah sebagai berikut:

Berat awal : 200 gr

Kadar air : 157 gr (78,50%)

Berat akhir : 43 gr

Kadar air akhir masa : 10%

Masa cabai kering : 63 gr

Dengan menggunakan cara yang sama dengan cabai merah keriting utuh untuk mencari nilai MR berikutnya pada pengeringan cabai merah keriting belah dapat dilihat pada tabel 4.8 berikut:

Tabel 4.8 Moisture Ratio Pada Pengeringan Cabai Merah Belah Tanggal Pukul Masa Kadar air kadar air MR

(WIB) (gr) (%) (gr)

3-Sep-15

10,30 200 68.5 137 1 11,30 175 56 112 0.817518 12,30 169 53 106 0.773723 13,30 152 44.5 89 0.649635 14,30 134 35.5 71 0.518248 15,30 119 28 56 0.408759 16,30 106 21.5 43 0.313868

4-Sep-15

09,30 81 9 18 0.131386 10,30 77 7 14 0.102189 11,30 71 4 8 0.058394 12,30 64 0.5 1 0.007299

Grafik Moisture Ratio pada pengeringan cabai merah keriting utuh dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Mo is tu re Rati o 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Waktu (Jam) Moisture Ratio

Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Moisture Ratio dengan Waktu Pengeringan Pada Pengeringan Cabai Merah Keriting Belah

2. Hasil Perhitungan SMER dan SEC

Dari data yang didapat, maka dapat dihitung laju pengeringan untuk cabai merah kering belah sebagai berikut:

Laju pengeringan:

Dimana :

Wo = 200 gr = 0,2 kg

Wf = 63 gr = 0,063 kg

t = 10 jam

Diperoleh SMER:

4.6.3 Hasil Pengukuran Relative Humidity (RH) Pada Pengeringan Cabai Merah Keriting Utuh dan Cabai Merah Keriting Belah

Pengukuran RH pada pengeringan cabai merah keriting utuh dan belah tidak jauh berbeda dikarenakan pengujiannya dilakukan secara bersamaan yang membedakan hanyalah lama waktu pengeringannya saja.

Tabel 4.9 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering pada tanggal 3 September 2015

No. Waktu (WIB) Temperatur (◦C) Relative Humidity (%)

1 10:28:45 31.5 67.4 2 11:28:45 49.9 28.8 3 12:28:45 54.5 23.8 4 13:28:45 55.7 23 5 14:28:45 56.4 20.9 6 15:28:45 57.3 19.8 7 16:28:45 57.5 18.7

Catatan : Untuk data yang lebih lengkap lihat pada lampiran 10

Grafik perbandingan Temperatur, RH dan Waktu pada saat udara masuk ke ruang pengering dapat dilihat pada gambar 4.15.

60 55 50 45 40 35 30 T emp erat u r (°C)

11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00

Waktu (WIB) 70 60 50 40 30 20 Rel at iv e Hu mi d ity (% ) Temperatur Relative Humidity

Udara Masuk Ruang Pengering Pada 3 September 2015 Kelembaban udara masuk ruang pengeringan rata-rata dari pompa kalor ini pada tanggal 3 september 2015 sebesar 25,35% dan temperatur rata-rata sebesar 53,350C. Dimana kelembaban udara maksimum sebesar 67,4% dan kelembaban udara minimum sebesar 18,5% serta temperatur udara maksimum 57,80C dan temperatur udara minimum sebesar 31,50C.

Tabel 4.10 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering pada tanggal 4 September 2015

No. Waktu (WIB) Temperatur (◦C) Relative Humidity (%)

1 9:31:20 29.8 72.8 2 10:31:20 42.7 40.2 3 11:31:20 49.9 26.4 4 12:31:20 54.3 22.4 5 13:31:20 55.1 21.4 6 14:31:20 55.2 21.7 7 15:31:20 56.1 21.6 8 16:31:20 56.5 23.8

Catatan : Untuk data yang lebih lengkap lihat pada lampiran 10

Grafik perbandingan Temperatur, RH dan Waktu pada saat udara masuk ke ruang pengering dapat dilihat pada gambar 4.16.

60 55 50 45 40 35 30 T emp erat ur (°C)

10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00

Waktu (WIB) 70 60 50 40 30 20 Rel at iv e Hu mi di ty (% ) Temperatur Relative Humidity

Udara Masuk Ruang Pengering Pada 4 September 2015 Kelembaban udara masuk ruang pengeringan rata-rata dari pompa kalor ini pada tanggal 4 september 2015 sebesar 28,85% dan temperatur rata-rata sebesar 51,120C. Dimana kelembaban udara maksimum sebesar 72,8% dan kelembaban udara minimum sebesar 20,7% serta temperatur udara maksimum 57,50C dan temperatur udara minimum sebesar 29,80C.

Tabel 4.11 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering pada tanggal 5 September 2015

No. Waktu (WIB) Temperatur (◦C) Relative Humidity (%) 1 9:59:36 29.9 74.8 2 10:59:36 52.3 27.4 3 11:59:36 57.3 21.6 4 12:59:36 60.1 18.5

Catatan : Untuk data yang lebih lengkap lihat pada lampiran 10

Grafik perbandingan Temperatur, RH dan Waktu pada saat udara masuk ke ruang pengering dapat dilihat pada gambar 4.17.

60 55 50 45 40 35 30 T emp erat ur (°C)

10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00

Waktu (WIB) 70 60 50 40 30 20 Rel at iv e Hu mi di ty (% ) Temperatur Relative Humidity