BAB 4 ANALISIS KESEIMBANGAN ENERGI
PADA RUANG PENGERING Pendahuluan
Pengeringan kacang mete bertujuan selain untuk memperpanjang umur simpan juga dalam rangka untuk memudahkan proses pengupasan. Salah satu
parameter penting untuk menghasilkan kondisi pengeringan kacang mete yang sesuai adalah temperatur udara pengeringan. Jika temperatur terlalu rendah, maka
jamur akan tumbuh dan menyebabkan pembusukan, selain itu kulit ari menjadi lengket dan menyulitkan proses pengupasan. Pada temperatur yang terlalu tinggi,
akan terjadi case hardening, dimana bagian terluar kacang mete kering tetapi bagian dalam kacang mete tetap basah. Untuk pabrik yang telah maju pengeringan
dilakukan dengan menggunakan alat pengeringoven yang dialiri udara panas ± 75
o
C selama 4 – 6 jam Hepi 2004. Berdasarkan temperatur pengeringan tersebut maka pengeringan komoditi kacang mete yang dirancang pada penelitian
ini menggunakan temperatur udara dalam ruang pengering sebesar 60
o
C dengan menggunakan energi panas tambahan selain pemanfaatan energi surya.
Selanjutnya distribusi temperatur udara pengering selama proses pengeringan berlangsung perlu diketahui untuk memastikan bahwa pengering yang dirancang
sesuai dengan kebutuhan energi untuk pengeringan kacang mete. Untuk mengetahui distribusi temperatur dapat digunakan analisis keseimbangan energy
dalam ruang pengering, yang merupakan suatu perhitungan untuk mengetahui besar energi input dan output yang dibatasi oleh bentuk komoditas, ruang
pengering, sumber energi masuk dan kondisi udara lingkungan sekitar. Melalui analisis keseimbangan energi ini dapat diketahui pula, kehilangan energi panas
melalui dinding pengering selama proses pengeringan berlangsung serta besarnya energi tambahan dari bahan bakar batu bara yang harus disuplai ke dalam ruang
pengering, pada saat tersedia energi matahari atau tidak ada energi matahari kondisi mendung, hujan atau malam hari. Hasil analisis ini nantinya akan
diperlukan dalam rangka merancang bangun ruang pengering dan komponen- komponen yang ada di dalamnya.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian pada bab ini adalah : 1. Mengaplikasikan dan menguji pemodelan matematika guna mengetahui
variasi temperatur pada permukaan plat penyerap, permukaan komoditi kacang mete dan temperatur udara dalam ruang pengering
2. Menganalisis besarnya energi panas akibat adanya radiasi matahari maupun energi panas yang hilang selama pengeringan serta besarnya energi panas
tambahan yang harus disuplai ke dalam ruang pengering, baik pada saat ada radiasi matahari maupun pada saat tidak ada radiasi matahari..
Manfaat Penelitian
Manfaat dari percobaan pada bab ini adalah: diperoleh data dan parameter yang diperlukan untuk rancang bangun pemanas tambahan alat penukar kalor dan
tungku pembakaran sehingga temperatur udara dalam ruang pengering sesuai dengan yang diharapkan
Pendekatan Teori
Disain ruang pengering yang akan digunakan pada sistim pengering surya GHE tipe kabinet serta letak komoditi dalam ruang pengering adalah sebagaimana
ditunjukkan pada Gambar 12. Oleh karena itu analisis perpindahan energi panas pada pengeringan kacang mete melibatkan jenis komoditi, dimensi dan jenis
dinding yang digunakan pada ruang pengering.
Gambar 12 Letak komoditi dan bentuk ruang pengering
Perpindahan Energi dalam Ruang Pengering
Energi surya yang di terima di konversi menjadi panas, sebagian diserap oleh plastik penutup, sebagian dipantulkan kembali ke udara dan sebagian besar
diteruskan ke plat penyerap yang ada di dalam ruang pengering. Dengan menyerap panas maka temperatur dinding yang terbuat dari bahan plastik maupun
aluminium akan naik. Demikian pula dengan temperatur plat penyerap yang di cat hitam. Namun, temperatur plat penyerap akan lebih tinggi dari pada plastik
penutup yang juga digunakan sebagai dinding ruang pengering, karena energi surya yang diserap oleh plat penyerap lebih banyak dari pada yang diserap oleh
plastik penutup. Plat penyerap yang diletakkan sebagai alas dalam ruang pengering telah dicat hitam dan terbuat dari bahan aluminium dengan
konduktivitas panas tinggi. Karena temperatur plat penyerap lebih tinggi dari pada temperatur udara sekitar, maka ada perpindahan panas yang tidak diinginkan dari
plat ke lingkungan. Demikian pula dinding ruang pengering yang terbuat dari aluminium. Hal ini membuat panas yang ada dalam ruang pengering keluar ke
lingkungan yang memiliki temperatur yang lebih rendah. Besar laju perpindahan panas konveksi dari suatu permukaan secara alami
bebas ataupun paksa didapat dengan hukum pendinginan Newton, yakni Kreith 1998:
T hA
q
k
10 Untuk perpindahan panas secara konveksi bebas di mana plat horizontal
dengan permukaan panas menghadap ke atas, bentuk persamaan yang digunakan adalah:
11 8
3 1
8 3
1
10 Pr
10 5
Pr 16
, 10
2 Pr
Pr 13
.
L L
L L
Gr Gr
Nu Gr
Gr Nu
. 11
Sedangkan koefisien perpindahan panas konveksi bergantung pada jenis dan kecepatan aliran fluida, bentuk geometri permukaan dan sifat fisik fluida
seperti konduktivitas thermal, viskositas, massa jenis. Adapun nilai koefisien perpindahan panas konveksi di atas bidang datar sepanjang jarak l dapat di
peroleh melalui persamaan berikut :
l k
Nu h
12
Dimana k adalah konduktivitas thermal, sedangkan Nu adalah bilangan Nusselt yang didapat secara empiris yang besarnya bergantung dari bilangan
Reynolds dan bilangan Prandtl untuk konveksi paksa, dan bergantung pada bilangan Rayleigh untuk konveksi bebas, yakni :
Ra = GrPr 13
Pr
2 3
L T
T g
Ra
rg pl
L
14 Angka Nusselt rata-rata untuk aliran laminar sepanjang plat rata pada perpindahan
panas secara konveksi paksa dapat di peroleh melalui peramaan yakni:
2 1
3 1
Re Pr
664 .
Nu
15
Korelasi untuk aliran turbulen sepanjang plat rata pada perpindahan panas secara konveksi paksa telah dikembangkan oleh Whitaker dengan bentuk persamaan,
yakni:
43 ,
8 ,
Pr Re
029 .
x x
Nu
16 Perbandingan bilangan Grashof dan kuadrat bilangan Reynolds memberikan
petunjuk tentang pengaruh gaya apung pada konveksi paksa, bebas maupun gabungan dari konveksi paksa dan bebas pada aliran udara dalam suatu
pengeringan, yakni Donald 1977:
1 Re
] [
2 2
2 3
L
L rg
pl
Gr L
V L
T T
g
17 Besarnya laju perpindahan panas radiasi Wiranto 1992 adalah:
q
n
= I A τ α
18
Analisis perhitungan yang melibatkan Persamaan 10 hingga Persamaan 18
diperlihatkan pada Lampiran 8. Energi yang Hilang Selama Pengeringan
Pada semua sistim pengering kacang mete, temperatur udara di sekitar kacang mete yang berada dalam ruang pengering adalah hal yang paling penting
untuk dipertimbangkan, karena setiap perubahan temperatur akan berpengaruh terhadap jumlah perpindahan panas dalam ruang pengeringan kacang mete. Selain
itu perpindahan panas pada suatu bangunan ruang pengering dipengaruhi oleh jenis bahan yang digunakan, oleh faktor geometris seperti ukuran maupun
bentuknya, adanya sumber-sumber kalor dan faktor-faktor iklim. Berbagai prosedur perhitungan beban pemanasan telah dikembangkan, dan semuanya
didasarkan pada suatu evaluasi yang sistimatik dari komponen-komponen panas yang hilang atau yang diperoleh.
Pada ruang pengeringan kacang mete, beban pemanasan umumnya dibagi dalam dua kelompok yaitu beban panas pada dinding ruang pengering dan beban
panas pada ventilasi. Beban Panas pada Dinding Ruang Pengering
Perpindahan panas dapat terjadi melalui dinding ruang pengering kacang mete, dan hal ini dapat menyebabkan kehilangan ataupun kerugian panas dalam
ruang pengering tersebut sebesar Holman 1989:
Tl Trg
A U
q
d d
19
Beban Panas Pada Ventilasi
Kualitas udara dalam ruang pengering kacang mete harus dijaga dan diatur kelembabannya dengan cara mengurangi kandungan air dalam udara ataupun
dengan memasukkan udara segar dalam ruangan pengering kacang mete. Ventilasi memegang peranan penting dalam kedua proses tersebut. Biasanya ventilasi udara
diambil dari udara luar dan udara yang didaurkan, udara luar diperlukan untuk proses pencampuran.
Ventilasi didefinisikan sebagai kegiatan pemasukkan udara segar secara alamiah atau mekanis kedalam ruangan Stoeckher et al. 1989, tentu saja udara
yang dimasukkan tersebut harus juga dikeluarkan dengan cara alamiah yaitu eksfiltrasi atau secara mekanis. Ventilasi menimbulkan beban yang berarti bagi
peralatan penghangatan atau pendinginan. Karena itu ventilasi merupakan faktor utama dalam penggunaan energi.
Untuk alat pengering dengan siklus terbuka, yakni udara panas dari luar alat pengering dialirkan masuk ke dalam ruang pengering lalu dikeluarkan melalui
ventilasi. Besarnya panas yang hilang melalui ventilasi tersebut adalah Iynkaran 1993:
v v
h m
qv
20
Dari beberapa uraian di atas menjelaskan bahwa, perpindahan panas akibat penggunaan ventilasi maupun perpindahan panas pada dinding ruang pengeringan
kacang mete merupakan beban pemanasan selama proses pengeringan berlangsung. Dan hal ini akan mengakibatkan kehilangan energi panas sebesar:
q
out
= q
d
+ q
v
21 Keseimbangan Energi
Energi surya yang diterima oleh ruang pengering dikonversi menjadi panas, sebagian diserap oleh plastik penutup, sebagian dipantulkan kembali ke
udara dan sebagian besar diteruskan ke plat penyerap aluminium yang ada di dalam ruang pengering dinding tegak dan alas pengering. Plat penyerap
berwarna hitam menyerap panas dan mengemisikannya ke dalam ruang pengering, sehingga suhu udara pengering meningkat. Perpindahan energi yang
dianalisis meliputi perpindahan energy yang terjadi antara udara pengering, udara lingkungan, dinding plastik, dinding aluminium, alas pengering dan produk
dengan sumber panas dari energy matahari dan pembakaran batu bara. Ruang pengering yang digunakan pada alat pengering surya GHE tipe
kabinet pada penelitian ini mengalami laju aliran udara akibat pengoperasian blower sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 13.
Energi Surya 0.1 m
q
v
T
rg
V
rg
q
d
q
n
q
p
Blower 0.2 m q
k
Gambar 13 Perpindahan energi panas pada ruang pengering qo
APK
l
h m
Bentuk persamaan keseimbangan energi adalah Iynkaran 1993:
} {
} {
. .
d v
d v
q h
m Q
q h
m Q
qd qv
Q system
the leaving
energy the
all of
sum system
the entering
energy the
all of
Sum
22
} }
{ }
{ }
{
l rg
v v
v v
l l
l l
APK l
rg v
v v
v l
l l
l APK
T T
A U
h V
A h
V A
qn qo
T T
A U
h V
A h
V A
qn qo
23
Besarnya laju perpindahan panas yang dibutuhkan dari alat penukar kalor adalah:
i l
l l
l rg
v v
v v
APK
h V
A A
I T
T UA
h V
A qo
24
Dimana: T
cp m
qo
APK
25
merupakan jumlah laju perpindahan panas yang diperoleh dari hasil pembakaran bahan bakar batubara atau jumlah laju perpindahan panas yang akan dipindahkan
ke alat penukar kalor. S edangkan ΔT merupakan selisih temperatur saat udara
masuk dan keluar alat penukar kalor. Jadi bentuk keseimbangan energi panas pada alat pengering yang
digunakan pada penelitian ini adalah:
.
l l
l l
l rg
v v
v v
h V
A A
I T
T UA
h V
A T
cp m
26 Rate energy in q
in
merupakan penjumlahan dari laju perpindahan panas dari alat penukar kalor q
APK
, laju perpindahan panas radiasi matahari q
n
. Rate energy in pada ruangan alat pengering dapat diperoleh sebagaimana
berikut:
l l
l l
APK v
l l
l n
APK n
APK in
h V
A A
I qo
h V
A q
qo q
q q
27
Rate energi out q
out
merupakan penjumlahan dari laju perpindahan panas yang keluar melalui dinding q
d
dan laju perpindahan panas yang hilang melaui ventilasi q
v
, yakni:
v v
v l
rg v
v v
l rg
v v
d out
h V
A R
T T
h V
A T
T A
U h
m T
A U
q q
q
28
Metode Penelitian
Waktu dan Tempat Pengamatan dan percobaan alat pengering telah dilakukan sejak bulan
Juni 2005. Sedangkan kelanjutan Percobaan secara langsung diadakan tahun 2009 yakni setelah ada saran-saran dari Pembimbing melalui ujian prelim. Pembuatan
alat pengering ini dilakukan di Laboratorium, FTI, Univ. Jayabaya, Jakarta dan di Laboratorium FATETA, IPB.
Alat dan Bahan Alat dan Bahan yang digunakan pada percobaan ini, terdiri dari 1 buah
ruang pengering, absorber, rak pengering, termokopel, anemometer, data logger, blower, 30 kg kacang mete, alat ukur waktu, dan alat pengupas kacang mete.
Sedangkan ruang pengering surya GHE tipe kabinet berbentuk persegi empat dengan dinding bagian depan yang merupakan pintu ruang pengering dan dinding
bagian belakang terbuat dari bahan plastik transparan sedangkan dinding bagian kiri dan dinding bagian kanan serta bagian alas ruang pengering ditempatkan plat
penyerap absorber yang permukaannya dicat hitam, sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 14.
Gambar 14 Ruang pengering surya GHE tipe kabinet Ruang pengering surya GHE tipe kabinet yang digunakan pada penelitian
ini terdiri dari beberapa bagian yakni: 1. Plat Penyerap
Komponen utama dari alat pengering energi matahari tipe kabinet adalah plat penyerap yang diletakkan dibagian dasar dan dinding dalam ruang pengering
penyerap panas terbuat dari pelat aluminium yang permukaan atasnya rata dan dicat hitam.
2. Rak Pengering Rak pengering merupakan tempat bahan-bahan komoditi yang akan
dikeringkan dan ditempatkan dalam ruang pengering. Kacang mete yang merupakan komoditi yang akan dikeringkan dihamparkan di atas permukaan
rak pengering berlubang dengan diameter lubang 4 mm. 3. Saluran Udara Ventilasi
Alat pengering surya GHE tipe kabinet membutuhkan saluran udara ventilasi yang dipasang pada langit-langit atap. Udara panas dari dalam ruang
pengering akan terkonveksi bebas dan keluar melalui saluran udara ventilasi yang di pasang pada langit-langit atap. Dinding saluran udara ventilasi
tersebut terbuat dari plat logam dengan ukuran panjang 10 cm dan lebar 10 cm. Saluran udara ventilasi ini digunakan juga untuk membuang udara
lembab dari dalam ruang pengering. 4. Pegas
Pegas disambung dengan alas dan berada dalam ruang pengering. Pegas ini berjumlah empat buah dan digunakan sebagai tumpuan rak pengering.
5. Dinding Ruang Pengering Ruang pengering ini menggunakan dinding yang terbuat dari plat aluminium
dan plastik yang masing-masing memiliki dimensi sebagaimana dimensi ruang pengering yakni panjang dan lebar sebesar 1 m.
Percobaan Tanpa Menggunakan Kacang Mete
Percobaan yang dilakukan guna menganalisis keseimbangan energi ini tidak menggunakan komoditi pertanian dalam ruang pengering dan hanya
menggunakan energi panas dari energi surya. Percobaan ini perlu dilakukan guna mengetahui secara langsung variasi temperatur, temperatur maksimal serta
memprediksi penggunaan energi panas tambahan dalam mengkonstankan temperatur. Informasi tersebut dapat dijadikan pertimbangan pada saat rancang
bangun, menentukan posisi alat penggetar, menentukan posisi alat manual dalam menaikkan dan menurunkan bahan bakar pada tungku pembakar, bentuk alat
pengering serta pada saat pembuatan alat pengering. Percobaan ini diawali dengan persiapan dan pemasangan alat ukur
temperatur, alat ukur radiasi surya dan alat ukur kecepatan aliran udara. Penempatan alat-alat ukur yang dipasang tersebut disesuaikan dengan kebutuhan
data yang kelak akan digunakan sebagai pertimbangan dalam membuat alat pengering komoditi kacang mete. Selanjutnya pengukuran radiasi surya,
temperatur udara lingkungan, temperatur dinding ruangan, variasi temperatur udara dalam ruang pengering, temperatur plat absorber, dan waktu pengambilan
data dicatat selama percobaan dilakukan. Demikian pula jenis material dinding maupun material plat penyerap perlu di catat sehingga besarnya emissivitas
material dapat diketahui.
Percobaan Dengan Menggunakan Kacang Mete Percobaan ini merupakan kelanjutan dari percobaan sebelumnya tentang
getaran namun percobaan ini telah menggunakan sinar matahari sebagai sumber panas guna mengetahui variasi temperatur. Variasi temperatur dalam ruang
pengering merupakan hal utama yang perlu diperhatikan. Percobaan ini menggunakan kacang mete yang telah digunakan pada percobaan sebelumnya
atau perconaan pertama yakni kacang mete gelondongan dan kacang mete yang hanya mempunyai kulit ari. Kacang mete tersebut diletakkan di atas rak pengering
sebagaimana Gambar 15.
Gambar 15 Kacang mete dalam ruang pengering surya GHE tipe kabinet Percobaan ini dilakukan pada pagi hari hingga sore hari dan menggunakan
komoditi kacang mete. Pengukuran diawali dengan mempersiapkan alat pengering, kemudian bahan komoditi kacang mete dimasukkan ke dalam ruang
pengering dan diletakkan di atas rak pengering. Setelah alat-alat ukur ditempatkan sesuai dengan yang diharapkan maka selanjutnya diadakan pengambilan data.
Alat pengering pada percobaan ini belum menggunakan alat penukar kalor, tungku pembakaran maupun bahan bakar padat, sehingga energi panas yang
digunakan hanya bersumber dari energi surya dan data-data dari hasil pengukuran hanya berasal dari kondisi dalam ruang pengering serta lingkungan.
Parameter Pengukuran Untuk memperoleh data yang diperlukan dalam analisis keseimbangan
energi panas ini maka beberapa data yang diperlukan adalah : 1. Jenis material dan dimensi ruang pengering
2. Temperatur permukaan material dinding ruangan dan temperatur plat absorber, temperatur udara lingkungan, temperatur udara dalam ruang
pengering, dan temperatur permukaan kacang mete. 3. Waktu yang dibutuhkan selama percobaan.
4. Kecepatan aliran udara 5. Radiasi surya
Hasil Dan Pembahasan
Setelah dilakukan analisis maka diperoleh besarnya panas radiasi sebesar qn = 0.4 kW. Sedangkan panas yang hilang melalui dinding qd = 1.1 kW dan yang
hilang melalui ventilasi sebesar qv = 20.4 kW. Bila terdapat radiasi matahari sebesar qn maka besarnya energi panas tambahan yang dibutuhkan guna mencapai
temperatur ruang pengering Trg = 60
o
C adalah q
APK
= 19.25 kW, sedangkan bila tidak ada radiasi matahari maka q
APK
= 23.3 kW. Selanjutnya variasi temperatur pada percobaan yang dilakukan dengan
selisih waktu 15 menit setiap pengambilan data sebagaimana Gambar 16 dan Gambar 17. Sedangkan Tabel data tentang variasi temperatur pada percobaan ini
diperlihatkan pada Lampiran 1 dan Lampiran 2.
5 10
15 20
25 30
35 40
45 50
1 2
3 4
5 6
7
Waktu jam T
e m
p er
a tu
r R
u an
g P
e n
g e
ri n
g o
C
Trg bawah oC
Gambar 16 Variasi temperatur dalam ruang pengering tanpa beban produk dan hanya menggunakan energi surya
5 10
15 20
25 30
35 40
45
1 2
3 4
5 6
7 Waktu jam
T em
p e
ra tu
r R
u an
g Pe
n g
er in
g o
C
Trg atas oC Trg bawah oC
Gambar 17 Variasi temperatur dalam ruang pengering dengan menggunakan komoditi kacang mete dan hanya menggunakan energi surya
Data-data pada Gambar 16 dan Gambar 17 menjelaskan bahwa selama percobaan berlangsung, temperatur ruang pengering bervariasi selama satu hari
pengukuran. Selain itu temperatur rata-rata dalam ruang pengering masih relatif jauh dari yang diharapkan yakni 60
o
C, sehingga untuk mengeringkan kacang mete perlu ditambahkan energi panas dari bahan bakar padat. Penggunaan bahan
bakar padat diprediksi mampu meningkatkan temperatur udara dalam ruang pengering hingga 60
o
C namun demikian temperatur tersebut tidak akan mampu dikonstankan selama percobaan berlangsung. Oleh sebab itu posisi bahan bakar
padat yang berada dalam tungku pembakaran harus dapat dinaikkan dan diturunkan guna meningkatkan temperatur serta mengkonstankan temperatur yang
bervariasi dalam ruang pengering selama percobaan berlangsung. Perubahan temperatur dalam ruang pengering dapat dipredikisi dengan
membuat model matematik di mana pengeringannya hanya menggunakan energi panas dari sinar matahari. Model matematik tersebut dapat dianalisis sebagaimana
Persamaan 29 hingga Persamaan 31.
] Ta
Trg cp
m Tp
Trg A
h Tl
Trg UA
Trg T
A h
dt dT
cp m
i p
w abs
abs rg
rg
29
] [
i abs
abs abs
abs abs
Trg T
A h
A I
dt dT
cp m
30 ]
[
fg v
i i
p p
p
h m
p T
Trg A
h dt
dT cp
m
31 Data-data persamaan diperlihatkan pada Lampiran 6.
Gambar 18 hingga Gambar 20 merupakan hasil analisis dari Persamaan 29 hingga Persamaan 31 yang memperlihatkan perbandingan temperatur dari hasil
analisis model matematik dan percobaan atau eksperimen dimana pengambilan data percobaan dilakukan setiap 15 menit mulai jam 09.45 sampai 15.45, yakni:
5 10
15 20
25 30
35 40
1 2
3 4
5 6
7 Waktu jam
T emp
er at
u r
R u
an g
P en
g er
in g
o C
Trg MM oC Trg EXP oC
Gambar 18 Perbandingan temperatur ruang pengering kacang mete dengan menggunakan analisis model matematik T
rg
MM dan menggunakan eksperimen T
rg
EXP. dimana kacang mete sebagai komoditi yang sedang dikeringkan dan hanya menggunakan sumber panas dari sinar marahari
27 28
29 30
31 32
33 34
1 2
3 4
5 6
7 8
Waktu jam T
em p
er at
u r
k a
ca n
g m
e te
G e
lo n
d o
n g
an o
C
Tgel MMoC Tgel EXP oC
Gambar 19 Perbandingan temperatur permukaan kacang mete dengan menggunakan analisis model matematik T
gel
MM dan menggunakan eksperimen T
gel
EXP., dimana kacang mete sebagai komoditi yang sedang dikeringkan dan hanya menggunakan sumber panas dari sinar marahari
5 10
15 20
25 30
35 40
45
1 2
3 4
5 6
7 Waktu jam
T em
p e
ra tu
r A
b so
rb e
r o
C
Tabs MM oC Tabs Exp oC
Gambar 20 Perbandingan temperatur permukaan plat penyerap Absorber dengan menggunakan analisis model matematik T
abs
MM dan menggunakan eksperimen T
abs
EXP., dimana kacang mete sebagai komoditi yang sedang dikeringkan dan hanya menggunakan sumber panas dari sinar marahari
Hasil analisis melalui pembuatan model matematika sebagaimana Gambar 18 hingga Gambar 20 memperlihatkan bahwa variasi temperatur maupun besarnya
tempearatur yang diperoleh melalui model matematika relatif hampir sama dengan variasi temperatur maupun besarnya temperatur yang diperoleh selama percobaan
tahun 2009. Kondisi ini disebabkan oleh temperatur udara lingkungan yang selalu tidak konstan sehingga menyebabkan kondisi dalam ruang pengering bervariasi.
Hasil analisis temperatur melalui model matematika yang relatif sama dengan temperatur yang diperoleh melalui percobaan menunjukkan bahwa analisis model
matematika ini dapat digunakan untuk menganalisis besarnya energi panas tambahan yang harus disuplai kedalam ruang pengering guna meningkatkan
temperatur udara dalam ruang pengering hingga 60
o
C. Energi panas tambahan yang disuplai dari bahan bakar batubara dapat
meningkatkan temperatur udara dalam ruang pengering. Besarnya energi panas tambahan yang harus disuplai guna memenuhi kebutuhan pengeringan dapat
dianalisis dengan keseimbangan energi yakni diperoleh sebesar q
APK
= 23.3 kJdet. Dengan memasukkan nilai panas dari q
APK
sebesar 23.3 kJdet ke dalam analisis model matematik sebagaimana analisis yang ditunjukkan pada persamaan
32. Distribusi suhu ruang pengering sepanjang waktu dapat diduga seperti yang ditampilkan dalam Gambar 21.
APK i
p i
w i
abs abs
i l
rg rg
q Tp
Trg A
h Tl
Trg A
U Trg
T A
h Trg
Tl Cp
m dt
dT cp
m
] [
.
32
Gambar 21 yang memperlihatkan bahwa dengan energi panas tambahan dari alat penukar kalor sebesar q
APK
= 23.3 kJdet, temperatur udara dalam ruang pengering naik sebesar 59
o
C pada sekitar detik ke-10 dan temperatur ruang pengering akan mencapai 60
o
C pada detik ke-97.
10 20
30 40
50 60
70
20 40
60 80
100 120
Waktu detik
T em
p .
ru a
n g
p en
g e
ri n
g o
C
Gambar 21 Temperatur ruang pengering kacang mete dengan analisis model matematik T
rg
MM dimana panas keluar apk sebesar q
APK
= 23.3 kJdet Hasil dan pembahasan yang diperolah pada bab ini merupakan
acuan ataupun data pada saat melakukan analisis dan rancang bangun serta percobaan alat penukar kalor dengan q
APK
= 23.3 kJdet, maupun penempatan alat manual yang dapat menaikkan dan menurunkan bahan bakar padat pada ruang
bakar sehingga hasilnya diprediksi mampu menaikkan dan mengkonstankan temperatur dalam ruang pengering.
Simpulan
Hasil penelitian pada bab ini dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Temperatur udara sebelum menggunakan alat penukar kalor, baik melalui
percobaan maupun pemodelan matematik berfluktuasi dan temperatur ruang pengering relatif jauh dari yang diharapkan yakni 60
o
C. 2. Besarnya panas yang hilang melalui dinding qd = 1.1 kW dan yang hilang
melalui ventilasi sebesar qv = 20.4 kW. Bila ada radiasi matahari sebesar qn = 0.4.kW maka besarnya energi panas tambahan yang dibutuhkan guna
mencapai temperatur ruang pengering Trg = 60
o
C adalah q
APK
= 19.25 kW sedangkan bila tidak ada radiasi matahari maka q
APK
= 23.3 kW.
BAB 5 RANCANG BANGUN ALAT PENUKAR KALOR
Kategori