Kajian Performansi Pengering Surya Metode Tidak Langsung (Indirect Solar Dryer) Kolektor Plat Datar Bersirip
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. PENGERINGAN
Pengeringan adalah proses pengurangan kelebihan air yang (kelembaban)
sederhana untuk mencapai standar spesifikasi kandungan kelembaban dari suatu
bahan. Pengeringan ini penting adalah untuk mengurangi kadar air bahan
makanan pada umumnya memiliki kadar air sekitar 25-80%, tetapi untuk hasil
pertanian sekitar 70% [12].
Pengeringan untuk hasil pertanian sudah dilakukan sejak zaman dahulu
dengan berbagai tujuan, antara lain untuk memperpanjang umur penyimpanan,
meningkatkan mutu dan menjamin ketersediaan hasil pertanian yang bersifat
musiman. Di negara-negara yang hanya memiliki 2 musim seperti Indonesia,
pengawetan hasil pertanian dengan cara pengeringan merupakan metode yang
umum dilakukan. Selain prosesnya mudah, cara ini juga lebih murah karena
ketersediaan sinar matahari yang melimpah sepanjang tahun [13].
Pengeringan bertujuan untuk mengurangi kadar air produk sampai tingkat
tertentu ataupun biasa disebut titik ketimbangan sehingga dapat mencegah
tumbuhnya jamur dan mikroorganisme yang dapat menyebabkan terjadinya
penurunan mutu. Selain itu juga untuk menurunkan kadar air sehingga mencegah
kerusakan pada hasil pertanian [14].
Proses pengeringan berbagai hasil pertanian umumnya menggunakan
matahari langsung di bawah langit yang terbuka tanpa menggunakan alat
pengering. Metode konvensional ini yang paling banyak digunakan oleh daerah
perkotaan dan pedesaan di negara-negara berkembang. Pengeringan dengan
matahari langsung ini berlangsung relatif lambat sehingga dapat menyebabkan
kerugian bagi para petani. Akibat lainnya adalah hasil pertanian terkontaminasi
oleh debu, serangga, tikus, dan hewan lain sehingga menurunkan kualitas
makanan dan akhirnya tidak dapat dijual [15].
Adapun teknik pengeringan yang dilakukan petani yaitu teknik pengeringan
dengan matahari secara alami dan teknik pengeringan dengan udara panas buatan
yang biasa juga disebut dengan oven. Pemilihan teknik pengeringan sangat
6
Universitas Sumatera Utara
tergantung pada skala produksi dan keterjangkauan dari segi biaya. Saat ini,
pengeringan dengan matahari secara alami masih merupakan metode yang paling
banyak digunakan terutama oleh petani [16].
2.2. PENGERINGAN SURYA (SOLAR DRYING SISTEM)
Surya atau yang lebih dikenal dengan matahari merupakan sebuah bola
besar yang terdiri dari bahan gas panas yang menjadi sumber energi yang sangat
besar yang disebut juga dengan energi surya. Diameter yang dimiliki matahari
adalah sekitar 1,39 x 106 Km dan jaraknya dari bumi adalah sekitar 1,5 x 108 Km.
Suhu pada permukaan matahari dapat mencapai 5762 K. Besarnya daya yang
keluar dari permukaan matahari sekitar 3,7 x 1023 KW. Daya rata-rata yang
diterima dari matahari persatuan luas dalam arah tegak lurus radiasi datang di luar
atmosfer bumi pada pada batas atmosfer bumi adalah 1353 W/m2. Daya matahari
inilah yang dikonversi menjadi energi surya [17].
Energi surya merupakan salah satu sumber energi yang tidak akan pernah
habis. Energi surya dipancarkan ke bumi secara radiasi, yaitu perpindahan panas
dalam bentuk gelombang elektromaknetik tanpa medium perantara. Energi surya
juga merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang dimanfaatkan untuk
berbagai kepentingan yang dapat menggantikan fungsi dari bahan bakar minyak.
Untuk mengubah radiasi matahari menjadi energi panas dibutuhkan kolektor
surya. Kolektor tersebut akan dipasangkan pada suatu alat pengering energi surya
[18,19].
Pengeringan dengan energi surya merupakan penerapan sistem energi surya
yang paling menarik dan menjanjikan di negara-negara tropis dan subtropis
seperti Indonesia. Pengembangan teknis pengeringan energi surya ini dapat
dilaksanakan dalam dua arah. Pertama, sederhana, memiliki daya rendah, berumur
pendek, dan efisiensi pengeringan relatif rendah. Kedua, efisiensi pengeringan
tinggi, memiliki daya tinggi, dan berumur panjang [20].
Terdapat tiga jenis pengeringan, yaitu: (i) dengan matahari yang terbuka, (ii)
secara langsung dengan energi surya dan (iii) tidak langsung dengan energi surya.
Prinsip kerja dari ketiga jenis ini terutama tergantung pada metode pengumpulan
7
Universitas Sumatera Utara
energi surya pengumpulan dan konversinya menjadi energi panas yang berguna
[3].
2.2.1. PENJEMURAN LANGSUNG (OPEN SUN DRYING)
Hasil pertanian umumnya disebar di lahan yang luas, tikar, atau lantai
semen di mana mereka dapat menerima energi matahari panjang gelombang yang
pendek selama sehari dan juga sirkulasi udara yang alami. Sebagian dari energi
akan dipantulkan kembali dan sisanya akan diserap oleh permukaan hasil
pertanian yang dikeringkan dan hasilnya tergantung pada warna tanaman tersebut.
Radiasi yang diserap akan diubah menjadi energi panas dan temperatur
bahan mulai meningkat. Namun, akan terjadi beberapa kerugian salah satunya
adalah terjadi kehilangan panas secara konveksi melalui angin yang bertiup di atas
permukaan hasil pertanian [21].
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Penjemuran Langsung
[3]
2.2.2
PENGERINGAN SECARA LANGSUNG (DIRECT SOLAR DRYING)
Pengering ini disebut juga dengan pengering kabinet. Sebagian dari radiasi
matahari pada kaca penutup akan dipantulkan kembali ke atmosfer dan sisanya
akan ditransmisikan dalam pengering kabin. Selanjutnya, bagian radiasi yang
8
Universitas Sumatera Utara
ditransmisikan tersebut akan dipantulkan kembali ke permukaan tanaman. Bagian
itulah yang akan diserap oleh permukaan tanaman.
Karena radiasi matahari yang serap, maka temperatur tanaman akan
meningkat dan radiasi tidak lagi kembali ke atmosfir karena adanya kaca penutup
tidak seperti pengeringan dengan matahari terbuka. Dengan demikian temperatur
tanaman dalam ruang pengering akan meningkat. Namun, kerugian terjadi secara
konvektif dalam ruang pengering dari hasil pertanian yang dikeringkan.
Kelembaban akan diambil oleh udara yang masuk ke dalam ruangan dari bawah
dan keluar juga melalui lubang lain yang berada di atas [3].
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Pengeringan secara Langsung
[21]
2.2.3 PENGERINGAN SECARA TIDAK LANGSUNG (INDIRECT
SOLAR DRYING)
Hasil pertanian pada pengering tidak langsung ini akan ditempatkan pada
nampan atau rak pada lemari pengeringan dan sebuah unit pemanas terpisah yang
disebut dengan kolektor surya yang akan digunakan untuk memanaskan udara
yang masuk ke dalam kabinet. Udara yang dipanaskan akan mengalir melewati
yang basah sehingga terjadi perpindahan panas secara konveksi antara udara
panas dengan tanaman yang basah. Pengeringan terjadi karena adanya perbedaan
konsentrasi uap air antara pengeringan udara dan udara di sekitar permukaan
tanaman.
9
Universitas Sumatera Utara
Pengeringan tidak langsung memberikan kontrol pengeringan yang lebih
baik dan kualitas produk yang dikeringkan lebih baik daripada pengeringan
dengan matahari terbuka. Pengeringan tidak langsung ini juga memiliki efisiensi
yang lebih besar daripada pengeringan langsung. Namun, struktur pengeringa
yang relatif rumit membutuhkan investasi modal yang lebih besar dalam
peralatannya dan dikenakan biaya pemeliharaan lebih besar dari unit pengeringan
langsung [21].
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Pengeringan secara Tidak Langsung
[3]
2.3. JENIS-JENIS PENGERING SURYA
Pengering surya secara umum dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori
luas, yaitu aktif dan pasif. Pengering pasif hanya menggunakan gerakan alami
udara panas. Pengering dapat dibuat dengan mudah dan murah. Pengering ini
sesuai untuk pertanian kecil di mana bahan bangunan untuk membuat pengering
seperti kayu sudah tersedia.
Pengering pasif langsung adalah suatu pengering di mana produk langsung
terkena sinar matahari. Pengering pasif langsung adalah yang terbaik untuk
pengeringan kecil secara batch untuk buah-buahan dan sayuran seperti pisang,
nanas, mangga, kentang, wortel dan kacang Perancis. Pengering ini terdiri dari
ruang pengering yang ditutupi oleh penutup transparan yang terbuat dari kaca atau
plastik. Ruang pengering biasanya kotak yang terisolasi dengan lubang udara di
10
Universitas Sumatera Utara
dalamnya untuk memungkinkan udara masuk dan keluar kotak. Sampel produk
ditempatkan pada baki berlubang yang memungkinkan udara mengalir melalui
produk [3].
Gambar 2.4 Pengering Surya Pasif
[21]
Pengering surya aktif dirancang menggabungkan cara eksternal, seperti
kipas atau pompa, untuk memindahkan energi surya dalam bentuk udara panas
dari kolektor ke tempat pengeringan. Kolektor tersebut harus diposisikan pada
sudut yang tepat untuk mengoptimalkan pengumpulan energi surya. Dalam
sebuah pengering aktif, udara yang dipanaskan mengalir melalui ruang pengering
surya sedemikian rupa untuk mengeringkan sebanyak mungkin luas permukaan
produk. Produk yang dikeringkan ditempatkan pada rak pengeringan atau nampan
dan udara panas memungkinkan mengalir ke semua sisi makanan. Udara panas
akan mengalir melalui nampan makanan ditumpuk [3].
11
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Pengering Surya Aktif
[21]
2.4
HASIL PERKEBUNAN DAN PERTANIAN
Indonesia dikenal sebagai negara agraris karena sebagian besar
penduduknya mempunyai pencaharian di bidang pertanian atau bercocok tanam.
Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa negara ini memiliki lahan seluas lebih
dari 31 juta Ha yang telah siap tanam. Pertanian di Indonesia menghasilkan
berbagai macam tumbuhan komoditi ekspor, antara lain padi, jagung, kedelai,
sayur-sayuran, cabai, ubi, dan singkong.
Khususnya hasil perkebunan dan pertanian di Sumatera Utara. Hingga kini,
perkebunan tetap menjadi primadona perekonomian provinsi. Perkebunan tersebut
dikelola oleh perusahaan swasta maupun negara. Sumatera Utara menghasilkan
karet, coklat, teh, kelapa sawit, kopi, cengkeh, kelapa, kayu manis, dan tembakau.
Komoditas tersebut telah diekspor ke berbagai negara dan memberikan
sumbangan devisa yang sangat besar bagi Indonesia. Selain komoditas
perkebunan, Sumatera Utara juga dikenal sebagai penghasil komoditas
holtikultura (sayur-mayur dan buah-buahan) [22].
2.5. KOLEKTOR SURYA
Pengering surya adalah suatu sistem pengering yang memanfaatkan energi
surya. Sistem pengering surya terdiri dari dua bagian utama yaitu kolektor surya
12
Universitas Sumatera Utara
dan ruang pengering. Kolektor surya adalah suatu alat yang dapat mengumpulkan
atau menyerap radiasi surya dan mengkonversikan menjadi panas [23].
Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen utama,
yaitu: [23, 24]
1. Penutup berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju
lingkungan. Biasanya berupa bahan transparan.
2. Absorber berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari.
Biasanya menggunakan bahan yang berwarna hitam.
3. Isolator berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari
absorber menuju lingkungan.
4. Rangka berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor.
Merupakan rangka yang kokoh, mudah dibentuk dan tahan lama.
Prinsip kerja kolektor surya adalah radiasi akan diserap oleh plat absorber
kemudian dikonversi menjadi panas sehingga temperatur plat akan bertambah.
Lalu panas akan mengalir melalui plat absorber. Perpindahan panas akan terjadi
secara konduksi, konveksi, dan radiasi [23].
2.6. PERPINDAHAN PANAS
2.6.1. PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI
Konduksi adalah proses perpindahan panas yang mengalir dari benda yang
bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah melalui
benda penghubung yang diam (tidak dalam mengalir). Besar kecil perpindahan
panas ditentukan oleh karakteristik zat dan benda yang dilalui panas pada waktu
perpindahan dari satu benda ke benda lain. Pada alat ini terjadi pada peristiwa
kehilangan panas dari kolektor surya.
Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum
Fourrier.
.
Qc = − kA
dT
dx
(2.1)
Dimana:
13
Universitas Sumatera Utara
Q c = laju perpindahan panas (Watt); k = konduktivitas thermal (W/m.K); A =
dT
= gradien temperatur
dx
luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2);
dalam aliran panas (K/m).
Nilai angka konduktifitas termal menunjukan beberapa cepat kalor
mengalir dalam bahan tertentu.
Peristiwa perpindahan konduksi pada mesin pengering tenaga surya terjadi
pada sisi-sisi kolektor yang diisolasi oleh rockwoll, sterofoam dan kayu. Energi
panas hilang (Qloss) berpindah dari ruang dalam (kanal) kolektor menuju
temperatur yang lebih dingin (temperatur lingkungan) [24,25].
2.6.2. PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI
Konveksi merupakan proses perpindahan panas dari benda yang
bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah melalui
media, dimana media tersebut haruslah memiliki sifat fluida (konduktivitas
termal, kalor spesifik dan densitas). Syarat utama mekanisme perpindahan panas
konveksi adalah adanya aliran fluida. Perpindahan panas konveksi pada
pengering terjadi pada fluida kerja yang digunakan (udara).
Jika suatu plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber
gerakan dari luar, maka udara itu akan bergerak sebagai akibat terjadinya gradien
densitas di dekat plat itu, peristiwa ini dinamakan konveksi alamiah (natural
convection) atau konveksi bebas (free convection), untuk konveksi paksa (forced
convection) terjadi apabila udara itu dihembuskan pada plat dengan fan.
Perpindahan panas konveksi pada saluran kolektor sangat dipengaruhi oleh
bilangan Reynold, apakah laminar maupun turbulent. Bilangan Reynold pada plat
datar dirumuskan sebagai berikut:
Re =
Dimana :
ρVL
µ
(2.2)
Re = bilangan Reynold
L = panjang kolektor (m)
µ = viskositas dinamik (kg/m.s)
ρ = massa jenis (kg/m3)
V = kecepatan rata-rata dari fluida (m/s)
Dengan pembagian jenis aliran berdasarkan bilangan Reynold sebagai berikut:
14
Universitas Sumatera Utara
Re < 5x105
untuk aliran Laminar
Re > 5x105
untuk aliran Turbulen
Untuk laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai
berikut:
Qh = hA(Ts - T∞)
(2.3)
Dimana :
Qh = laju perpindahan panas (Watt); h = koefisien konveksi (W/m2.K); A = luas
permukaan kolektor surya (m2); Ts = temperatur dinding (K); T∞ = temperatur
udara lingkungan (K) [24,25].
2.6.3. PERPINDAHAN PANAS RADIASI
Radiasi adalah proses perpindahan panas dari benda bertemperatur tinggi
ke benda bertemperatur rendah dimana tidak diperlukan zat atau benda
penghubung,
serta
panas
memancar
dengan
cara
radiasi
gelombang
elektromagnetik. Perpindahan panas radiasi pada alat ini terjadi pada absorber
kolektor surya. Peristiwa radiasi yang dipancarkan oleh matahari, dan
dikonversikan dalam bentuk panas terjadi pada plat absorber serta adanya
pengaruh dari emisifitas permukaan benda hitam (plat absorber).
Perpindahan panas secara radiasi dirumuskan sebagai berikut:
.
Qr = ε .σ . A.(T1 − T2 )
4
4
(2.4)
Dimana:
Qr = laju perpindahan panas radiasi (W); A = luas permukaan (m2); ε = emisivitas
panas permukaan (0 ≤ ε ≤ 1); σ = konstanta Stefan Boltzmann (5,67 x 10-8
W/m2K4) [24,25].
15
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. PENGERINGAN
Pengeringan adalah proses pengurangan kelebihan air yang (kelembaban)
sederhana untuk mencapai standar spesifikasi kandungan kelembaban dari suatu
bahan. Pengeringan ini penting adalah untuk mengurangi kadar air bahan
makanan pada umumnya memiliki kadar air sekitar 25-80%, tetapi untuk hasil
pertanian sekitar 70% [12].
Pengeringan untuk hasil pertanian sudah dilakukan sejak zaman dahulu
dengan berbagai tujuan, antara lain untuk memperpanjang umur penyimpanan,
meningkatkan mutu dan menjamin ketersediaan hasil pertanian yang bersifat
musiman. Di negara-negara yang hanya memiliki 2 musim seperti Indonesia,
pengawetan hasil pertanian dengan cara pengeringan merupakan metode yang
umum dilakukan. Selain prosesnya mudah, cara ini juga lebih murah karena
ketersediaan sinar matahari yang melimpah sepanjang tahun [13].
Pengeringan bertujuan untuk mengurangi kadar air produk sampai tingkat
tertentu ataupun biasa disebut titik ketimbangan sehingga dapat mencegah
tumbuhnya jamur dan mikroorganisme yang dapat menyebabkan terjadinya
penurunan mutu. Selain itu juga untuk menurunkan kadar air sehingga mencegah
kerusakan pada hasil pertanian [14].
Proses pengeringan berbagai hasil pertanian umumnya menggunakan
matahari langsung di bawah langit yang terbuka tanpa menggunakan alat
pengering. Metode konvensional ini yang paling banyak digunakan oleh daerah
perkotaan dan pedesaan di negara-negara berkembang. Pengeringan dengan
matahari langsung ini berlangsung relatif lambat sehingga dapat menyebabkan
kerugian bagi para petani. Akibat lainnya adalah hasil pertanian terkontaminasi
oleh debu, serangga, tikus, dan hewan lain sehingga menurunkan kualitas
makanan dan akhirnya tidak dapat dijual [15].
Adapun teknik pengeringan yang dilakukan petani yaitu teknik pengeringan
dengan matahari secara alami dan teknik pengeringan dengan udara panas buatan
yang biasa juga disebut dengan oven. Pemilihan teknik pengeringan sangat
6
Universitas Sumatera Utara
tergantung pada skala produksi dan keterjangkauan dari segi biaya. Saat ini,
pengeringan dengan matahari secara alami masih merupakan metode yang paling
banyak digunakan terutama oleh petani [16].
2.2. PENGERINGAN SURYA (SOLAR DRYING SISTEM)
Surya atau yang lebih dikenal dengan matahari merupakan sebuah bola
besar yang terdiri dari bahan gas panas yang menjadi sumber energi yang sangat
besar yang disebut juga dengan energi surya. Diameter yang dimiliki matahari
adalah sekitar 1,39 x 106 Km dan jaraknya dari bumi adalah sekitar 1,5 x 108 Km.
Suhu pada permukaan matahari dapat mencapai 5762 K. Besarnya daya yang
keluar dari permukaan matahari sekitar 3,7 x 1023 KW. Daya rata-rata yang
diterima dari matahari persatuan luas dalam arah tegak lurus radiasi datang di luar
atmosfer bumi pada pada batas atmosfer bumi adalah 1353 W/m2. Daya matahari
inilah yang dikonversi menjadi energi surya [17].
Energi surya merupakan salah satu sumber energi yang tidak akan pernah
habis. Energi surya dipancarkan ke bumi secara radiasi, yaitu perpindahan panas
dalam bentuk gelombang elektromaknetik tanpa medium perantara. Energi surya
juga merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang dimanfaatkan untuk
berbagai kepentingan yang dapat menggantikan fungsi dari bahan bakar minyak.
Untuk mengubah radiasi matahari menjadi energi panas dibutuhkan kolektor
surya. Kolektor tersebut akan dipasangkan pada suatu alat pengering energi surya
[18,19].
Pengeringan dengan energi surya merupakan penerapan sistem energi surya
yang paling menarik dan menjanjikan di negara-negara tropis dan subtropis
seperti Indonesia. Pengembangan teknis pengeringan energi surya ini dapat
dilaksanakan dalam dua arah. Pertama, sederhana, memiliki daya rendah, berumur
pendek, dan efisiensi pengeringan relatif rendah. Kedua, efisiensi pengeringan
tinggi, memiliki daya tinggi, dan berumur panjang [20].
Terdapat tiga jenis pengeringan, yaitu: (i) dengan matahari yang terbuka, (ii)
secara langsung dengan energi surya dan (iii) tidak langsung dengan energi surya.
Prinsip kerja dari ketiga jenis ini terutama tergantung pada metode pengumpulan
7
Universitas Sumatera Utara
energi surya pengumpulan dan konversinya menjadi energi panas yang berguna
[3].
2.2.1. PENJEMURAN LANGSUNG (OPEN SUN DRYING)
Hasil pertanian umumnya disebar di lahan yang luas, tikar, atau lantai
semen di mana mereka dapat menerima energi matahari panjang gelombang yang
pendek selama sehari dan juga sirkulasi udara yang alami. Sebagian dari energi
akan dipantulkan kembali dan sisanya akan diserap oleh permukaan hasil
pertanian yang dikeringkan dan hasilnya tergantung pada warna tanaman tersebut.
Radiasi yang diserap akan diubah menjadi energi panas dan temperatur
bahan mulai meningkat. Namun, akan terjadi beberapa kerugian salah satunya
adalah terjadi kehilangan panas secara konveksi melalui angin yang bertiup di atas
permukaan hasil pertanian [21].
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Penjemuran Langsung
[3]
2.2.2
PENGERINGAN SECARA LANGSUNG (DIRECT SOLAR DRYING)
Pengering ini disebut juga dengan pengering kabinet. Sebagian dari radiasi
matahari pada kaca penutup akan dipantulkan kembali ke atmosfer dan sisanya
akan ditransmisikan dalam pengering kabin. Selanjutnya, bagian radiasi yang
8
Universitas Sumatera Utara
ditransmisikan tersebut akan dipantulkan kembali ke permukaan tanaman. Bagian
itulah yang akan diserap oleh permukaan tanaman.
Karena radiasi matahari yang serap, maka temperatur tanaman akan
meningkat dan radiasi tidak lagi kembali ke atmosfir karena adanya kaca penutup
tidak seperti pengeringan dengan matahari terbuka. Dengan demikian temperatur
tanaman dalam ruang pengering akan meningkat. Namun, kerugian terjadi secara
konvektif dalam ruang pengering dari hasil pertanian yang dikeringkan.
Kelembaban akan diambil oleh udara yang masuk ke dalam ruangan dari bawah
dan keluar juga melalui lubang lain yang berada di atas [3].
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Pengeringan secara Langsung
[21]
2.2.3 PENGERINGAN SECARA TIDAK LANGSUNG (INDIRECT
SOLAR DRYING)
Hasil pertanian pada pengering tidak langsung ini akan ditempatkan pada
nampan atau rak pada lemari pengeringan dan sebuah unit pemanas terpisah yang
disebut dengan kolektor surya yang akan digunakan untuk memanaskan udara
yang masuk ke dalam kabinet. Udara yang dipanaskan akan mengalir melewati
yang basah sehingga terjadi perpindahan panas secara konveksi antara udara
panas dengan tanaman yang basah. Pengeringan terjadi karena adanya perbedaan
konsentrasi uap air antara pengeringan udara dan udara di sekitar permukaan
tanaman.
9
Universitas Sumatera Utara
Pengeringan tidak langsung memberikan kontrol pengeringan yang lebih
baik dan kualitas produk yang dikeringkan lebih baik daripada pengeringan
dengan matahari terbuka. Pengeringan tidak langsung ini juga memiliki efisiensi
yang lebih besar daripada pengeringan langsung. Namun, struktur pengeringa
yang relatif rumit membutuhkan investasi modal yang lebih besar dalam
peralatannya dan dikenakan biaya pemeliharaan lebih besar dari unit pengeringan
langsung [21].
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Pengeringan secara Tidak Langsung
[3]
2.3. JENIS-JENIS PENGERING SURYA
Pengering surya secara umum dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori
luas, yaitu aktif dan pasif. Pengering pasif hanya menggunakan gerakan alami
udara panas. Pengering dapat dibuat dengan mudah dan murah. Pengering ini
sesuai untuk pertanian kecil di mana bahan bangunan untuk membuat pengering
seperti kayu sudah tersedia.
Pengering pasif langsung adalah suatu pengering di mana produk langsung
terkena sinar matahari. Pengering pasif langsung adalah yang terbaik untuk
pengeringan kecil secara batch untuk buah-buahan dan sayuran seperti pisang,
nanas, mangga, kentang, wortel dan kacang Perancis. Pengering ini terdiri dari
ruang pengering yang ditutupi oleh penutup transparan yang terbuat dari kaca atau
plastik. Ruang pengering biasanya kotak yang terisolasi dengan lubang udara di
10
Universitas Sumatera Utara
dalamnya untuk memungkinkan udara masuk dan keluar kotak. Sampel produk
ditempatkan pada baki berlubang yang memungkinkan udara mengalir melalui
produk [3].
Gambar 2.4 Pengering Surya Pasif
[21]
Pengering surya aktif dirancang menggabungkan cara eksternal, seperti
kipas atau pompa, untuk memindahkan energi surya dalam bentuk udara panas
dari kolektor ke tempat pengeringan. Kolektor tersebut harus diposisikan pada
sudut yang tepat untuk mengoptimalkan pengumpulan energi surya. Dalam
sebuah pengering aktif, udara yang dipanaskan mengalir melalui ruang pengering
surya sedemikian rupa untuk mengeringkan sebanyak mungkin luas permukaan
produk. Produk yang dikeringkan ditempatkan pada rak pengeringan atau nampan
dan udara panas memungkinkan mengalir ke semua sisi makanan. Udara panas
akan mengalir melalui nampan makanan ditumpuk [3].
11
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Pengering Surya Aktif
[21]
2.4
HASIL PERKEBUNAN DAN PERTANIAN
Indonesia dikenal sebagai negara agraris karena sebagian besar
penduduknya mempunyai pencaharian di bidang pertanian atau bercocok tanam.
Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa negara ini memiliki lahan seluas lebih
dari 31 juta Ha yang telah siap tanam. Pertanian di Indonesia menghasilkan
berbagai macam tumbuhan komoditi ekspor, antara lain padi, jagung, kedelai,
sayur-sayuran, cabai, ubi, dan singkong.
Khususnya hasil perkebunan dan pertanian di Sumatera Utara. Hingga kini,
perkebunan tetap menjadi primadona perekonomian provinsi. Perkebunan tersebut
dikelola oleh perusahaan swasta maupun negara. Sumatera Utara menghasilkan
karet, coklat, teh, kelapa sawit, kopi, cengkeh, kelapa, kayu manis, dan tembakau.
Komoditas tersebut telah diekspor ke berbagai negara dan memberikan
sumbangan devisa yang sangat besar bagi Indonesia. Selain komoditas
perkebunan, Sumatera Utara juga dikenal sebagai penghasil komoditas
holtikultura (sayur-mayur dan buah-buahan) [22].
2.5. KOLEKTOR SURYA
Pengering surya adalah suatu sistem pengering yang memanfaatkan energi
surya. Sistem pengering surya terdiri dari dua bagian utama yaitu kolektor surya
12
Universitas Sumatera Utara
dan ruang pengering. Kolektor surya adalah suatu alat yang dapat mengumpulkan
atau menyerap radiasi surya dan mengkonversikan menjadi panas [23].
Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen utama,
yaitu: [23, 24]
1. Penutup berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju
lingkungan. Biasanya berupa bahan transparan.
2. Absorber berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari.
Biasanya menggunakan bahan yang berwarna hitam.
3. Isolator berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari
absorber menuju lingkungan.
4. Rangka berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor.
Merupakan rangka yang kokoh, mudah dibentuk dan tahan lama.
Prinsip kerja kolektor surya adalah radiasi akan diserap oleh plat absorber
kemudian dikonversi menjadi panas sehingga temperatur plat akan bertambah.
Lalu panas akan mengalir melalui plat absorber. Perpindahan panas akan terjadi
secara konduksi, konveksi, dan radiasi [23].
2.6. PERPINDAHAN PANAS
2.6.1. PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI
Konduksi adalah proses perpindahan panas yang mengalir dari benda yang
bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah melalui
benda penghubung yang diam (tidak dalam mengalir). Besar kecil perpindahan
panas ditentukan oleh karakteristik zat dan benda yang dilalui panas pada waktu
perpindahan dari satu benda ke benda lain. Pada alat ini terjadi pada peristiwa
kehilangan panas dari kolektor surya.
Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum
Fourrier.
.
Qc = − kA
dT
dx
(2.1)
Dimana:
13
Universitas Sumatera Utara
Q c = laju perpindahan panas (Watt); k = konduktivitas thermal (W/m.K); A =
dT
= gradien temperatur
dx
luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2);
dalam aliran panas (K/m).
Nilai angka konduktifitas termal menunjukan beberapa cepat kalor
mengalir dalam bahan tertentu.
Peristiwa perpindahan konduksi pada mesin pengering tenaga surya terjadi
pada sisi-sisi kolektor yang diisolasi oleh rockwoll, sterofoam dan kayu. Energi
panas hilang (Qloss) berpindah dari ruang dalam (kanal) kolektor menuju
temperatur yang lebih dingin (temperatur lingkungan) [24,25].
2.6.2. PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI
Konveksi merupakan proses perpindahan panas dari benda yang
bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah melalui
media, dimana media tersebut haruslah memiliki sifat fluida (konduktivitas
termal, kalor spesifik dan densitas). Syarat utama mekanisme perpindahan panas
konveksi adalah adanya aliran fluida. Perpindahan panas konveksi pada
pengering terjadi pada fluida kerja yang digunakan (udara).
Jika suatu plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber
gerakan dari luar, maka udara itu akan bergerak sebagai akibat terjadinya gradien
densitas di dekat plat itu, peristiwa ini dinamakan konveksi alamiah (natural
convection) atau konveksi bebas (free convection), untuk konveksi paksa (forced
convection) terjadi apabila udara itu dihembuskan pada plat dengan fan.
Perpindahan panas konveksi pada saluran kolektor sangat dipengaruhi oleh
bilangan Reynold, apakah laminar maupun turbulent. Bilangan Reynold pada plat
datar dirumuskan sebagai berikut:
Re =
Dimana :
ρVL
µ
(2.2)
Re = bilangan Reynold
L = panjang kolektor (m)
µ = viskositas dinamik (kg/m.s)
ρ = massa jenis (kg/m3)
V = kecepatan rata-rata dari fluida (m/s)
Dengan pembagian jenis aliran berdasarkan bilangan Reynold sebagai berikut:
14
Universitas Sumatera Utara
Re < 5x105
untuk aliran Laminar
Re > 5x105
untuk aliran Turbulen
Untuk laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai
berikut:
Qh = hA(Ts - T∞)
(2.3)
Dimana :
Qh = laju perpindahan panas (Watt); h = koefisien konveksi (W/m2.K); A = luas
permukaan kolektor surya (m2); Ts = temperatur dinding (K); T∞ = temperatur
udara lingkungan (K) [24,25].
2.6.3. PERPINDAHAN PANAS RADIASI
Radiasi adalah proses perpindahan panas dari benda bertemperatur tinggi
ke benda bertemperatur rendah dimana tidak diperlukan zat atau benda
penghubung,
serta
panas
memancar
dengan
cara
radiasi
gelombang
elektromagnetik. Perpindahan panas radiasi pada alat ini terjadi pada absorber
kolektor surya. Peristiwa radiasi yang dipancarkan oleh matahari, dan
dikonversikan dalam bentuk panas terjadi pada plat absorber serta adanya
pengaruh dari emisifitas permukaan benda hitam (plat absorber).
Perpindahan panas secara radiasi dirumuskan sebagai berikut:
.
Qr = ε .σ . A.(T1 − T2 )
4
4
(2.4)
Dimana:
Qr = laju perpindahan panas radiasi (W); A = luas permukaan (m2); ε = emisivitas
panas permukaan (0 ≤ ε ≤ 1); σ = konstanta Stefan Boltzmann (5,67 x 10-8
W/m2K4) [24,25].
15
Universitas Sumatera Utara