Kajian Performansi Pengering Surya Metode Tidak Langsung (Indirect Solar Dryer) Kolektor Plat Datar Bersirip
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Energi surya merupakan sumber energi yang tidak pernah habis, sehingga
menjadi potensi sumber energi untuk berbagai kebutuhan. Penggunaan energi ini
akan mengurangi kebutuhan energi tak terbarukan, menciptakan lapangan kerja
dan merangsang pertumbuhan ekonomi. Salah satu penggunaan energi surya
dilakukan dalam pengeringan. Pengeringan dengan energi surya yang lebih
dikenal dengan penjemuran langsung telah dilakukan sejak zaman dulu [1,2].
Indonesia terletak di daerah khatulistiwa, yaitu pada 6 oLU –11 oLS dan 95
o
BT – 141 oBT. Dengan memperhatikan peredaran matahari dalam setahun yang
berada pada daerah 23,5 oLU dan 23,5 oLS mengakibatkan suhu di Indonesia
cukup tinggi (antara 26 ºC – 35 ºC) dan bila saat cuaca cerah akan disinari
matahari selama 7-8 jam dalam sehari. Potensi energi surya rata-rata nasional
adalah 16 MJ/hari [3]. Potensi energi surya ini dapat dimanfaatkan untuk proses
pengeringan hasil pertanian.
Pada umumnya lebih dari 80% hasil pertanian yang diproduksi oleh petani
kecil di negara-negara berkembang seperti Indonesia dikeringkan dengan
penjemuran langsung karena energi ini dipandang sebagai energi yang bersih
ramah lingkungan, sederhana, murah, dan tidak memerlukan peralatan mekanis
yang mahal seperti yang digunakan pada pengering buatan. Namun cara
konvensional ini memiliki beberapa keterbatasan, di antaranya tenaga kerja yang
cukup intensif, luas area cukup besar, sangat bergantung pada kestabilan kondisi
cuaca, dan dapat mengurangi kualitas dan hasil akhir dari produk yang
dikeringkan [4,5].
Untuk menambah kelayakan energi surya dapat dilakukan dengan
memanfaatkan teknologi energi surya buatan (solar dryer) baik secara langsung
(direct) maupun tidak langsung (indirect). Pengering buatan ini dapat
meningkatkan kualitas hasil pertanian jika dibandingkan dengan penjemuran
langsung. Pemilihan jenis pengering buatan ini disesuaikan dengan hasil pertanian
1
Universitas Sumatera Utara
yang akan dikeringkan [4]. Pengering surya buatan menaikkan temperatur udara
panas matahari dari 35 oC hingga mencapai 45 – 60 oC pada siang hari (sunshine)
[6]. Oleh karena itu, teknologi energi surya buatan tersebut perlu dilakukan
pengamatan terus-menerus untuk mencapai kenaikan temperatur udara panas yang
maksimum.
Berikut ini adalah penelitian yang telah dilakukan mengenai alat pengering
surya buatan terhadap hasil pertanian:
Tabel 1.1 Penelitian Sebelumnya Tentang Alat Pengering Surya
Nama
Bolaji and
Tahun
2008
Ayoola [7]
Saravakumar
2010
Judul Penelitian
Hasil Penelitian
Performance
Kenaikan suhu udara di dalam ruang
Evaluation of a
pengering sekitar 24oC (74%) selama
Mixed-Mode Solar
sekitar tiga jam setelah jam12.00
Dryer
siang.
Forced and convection Telah dirancang, dibuat, dan diselidiki
and
flat plate solar air
sebuah alat pengering surya tidak
Mayilsamy
heaters with and
langsung terintegrasi dengan bahan
[8]
without thermal
penyimpan panas. Kolektor dengan
storage
bahan penyimpan panas
memungkinkan untuk menjaga suhu
udara secara konsisten dalam kolektor
bahkan selama matahari tidak bersinar
(pukul 17.00-19.00). Dimasukkannya
bahan penyimpan panas juga dapat
meningkatkan suhu keluaran kolektor
dan efisiensi kolektor.
Azimi, et al.
[9]
2012
Experimental Study
Kolektor dapat menaikkan suhu
on Eggplant Drying
lingkungan menjadi lebih dari 45 °C
by an Indirect Solar
pada saat puncak intensitas matahari
Dryer and Open Sun
pada siang hari. Evaluasi faktor
Drying
efektivitas dan efisiensi kolektor
berbanding terbalik dengan proses
pengeringan.
2
Universitas Sumatera Utara
Nama
Aissa, et al.
Tahun
2012
[10]
Judul Penelitian
Hasil Penelitian
An Experimental
Kenaikan suhu udara keluaran dari
Investigation of
pemanas udara di atas suhu
Forced Convection
lingkungan adalah sekitar 10-25 °C
Flat Plate Solar Air
selama pengujian berjalan.
Heater with Storage
Material
Arikundo dan 2014
Rancang Bangun
Panas radiasi rata-rata yang dapat
Mulfi [11]
Prototype Kolektor
diserap kolektor adalah 372,21 watt.
Surya Tipe Plat Datar
Kehilangan panas rata-rata pada
untuk Penghasil Panas
kolektor adalah 161,32 watt. Efisiensi
pada Pengering
teoritis rata-rata dari kolektor surya
Produk Pertanian dan
40,13%.
Perkebunan
Akan tetapi, pengering surya buatan baik langsung maupun tidak langsung
memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing karena prinsip kerja mereka
berdasarkan metode pengumpulan energi surya dan kemudian dikonversikan
menjadi energi panas yang dibutuhkan. Pengering surya buatan tidak langsung
(indirect solar dryer) dapat menjaga kualitas lebih baik daripada penjemuran
langsung dan memiliki efisiensi yang lebih baik daripada pengering surya buatan
langsung (direct solar dryer).
Atas dasar pemikiran yang telah dipaparkan maka penulis ingin melakukan
kajian performansi dari pengering surya metode tidak langsung (indirect solar
dryer) yang terdiri dari ruang pengering dan kolektor surya tipe plat datar bersirip
untuk mendapatkan informasi penting mengenai kenaikan temperatur udara
menuju ruang pengeringan dengan pengaruh variasi bukaan kolektor surya pada
saat pengeringan sehingga penelitian ini akan dapat dikembangkan untuk skala
industri.
3
Universitas Sumatera Utara
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Pada umumnya lebih dari 80% hasil pertanian yang diproduksi oleh petani
kecil di negara-negara berkembang dikeringkan dengan penjemuran langsung.
Namun, penjemuran langsung ini dapat mengurangi kualitas dan hasil akhir dari
produk yang dikeringkan sehingga kurang layak untuk dilakukan terus-menerus.
Untuk menambah kelayakan energi ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan
teknologi energi surya buatan tidak langsung (indirect solar dryer) dengan sistem
kolektor plat datar bersirip sehingga menaikkan temperatur udara pemanas dari 35
o
C hingga mencapai 45 – 60 oC pada siang hari (sunshine) dan tetap menjaga
kualitas dan hasil akhir produk. Pengaruh bukaan pada kolektor surya diharapkan
dapat menaikkan temperatur udara menuju ruang pengering di atas temperatur
lingkungan. Oleh karena itu, penelitian ini diarahkan kepada berapa kenaikan
temperatur yang dapat dicapai dengan pengaruh bukaan kolektor surya pada
pengering surya metode tidak langsung (indirect solar dryer).
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengkaji performansi pengering surya metode tidak langsung (indirect
solar dryer) kolektor plat datar bersirip dengan memvariasikan bukaan
kolektor.
2. Menghitung kisaran rata-rata intensitas radiasi matahari dan temperatur
plat dalam kolektor untuk setiap variasi selama penelitian berlangsung.
3. Menghitung rata-rata efisiensi kolektor surya yang dapat dicapai dan
mempelajari faktor yang mempengaruhinya.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi mengenai performansi pengering surya metode
tidak langsung (indirect solar dryer) kolektor plat datar bersirip dengan
memvariasikan bukaan kolektor.
4
Universitas Sumatera Utara
2. Memberikan informasi mengenai kisaran rata-rata intensitas radiasi
matahari dan temperatur plat dalam kolektor untuk setiap variasi selama
penelitian berlangsung.
3. Memberikan informasi mengenai rata-rata efisiensi kolektor surya yang
dapat dicapai dan mempelajari faktor yang mempengaruhinya.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Energi Baru/Terbarukan Balai Riset
dan Standarisasi Industri, Medan. Adapun peralatan utama yang akan digunakan
adalah pengering surya dengan ruang pengering dan kolektor surya. Kolektor
surya yang digunakan dalam penelitian ini adalah kolektor plat datar bersirip yang
terdiri dari 4 lapisan, yaitu kayu, styrofoam, rockwoll, dan plat absorber.
Variabel yang digunakan adalah :
a. Variabel tetap :
Pengeringan di bawah matahari yang berlangsung dari pukul 09.00 – 17.00
WIB.
b. Variabel berubah :
Bukaan kolektor : - Terbuka 100%
- Terbuka 15%
- Terbuka 75%
- Tertutup 100%
Alat yang digunakan untuk pengukuran adalah :
1. Hobo Microstation Data Logger.
2. T data logger.
3. Termolaser.
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Energi surya merupakan sumber energi yang tidak pernah habis, sehingga
menjadi potensi sumber energi untuk berbagai kebutuhan. Penggunaan energi ini
akan mengurangi kebutuhan energi tak terbarukan, menciptakan lapangan kerja
dan merangsang pertumbuhan ekonomi. Salah satu penggunaan energi surya
dilakukan dalam pengeringan. Pengeringan dengan energi surya yang lebih
dikenal dengan penjemuran langsung telah dilakukan sejak zaman dulu [1,2].
Indonesia terletak di daerah khatulistiwa, yaitu pada 6 oLU –11 oLS dan 95
o
BT – 141 oBT. Dengan memperhatikan peredaran matahari dalam setahun yang
berada pada daerah 23,5 oLU dan 23,5 oLS mengakibatkan suhu di Indonesia
cukup tinggi (antara 26 ºC – 35 ºC) dan bila saat cuaca cerah akan disinari
matahari selama 7-8 jam dalam sehari. Potensi energi surya rata-rata nasional
adalah 16 MJ/hari [3]. Potensi energi surya ini dapat dimanfaatkan untuk proses
pengeringan hasil pertanian.
Pada umumnya lebih dari 80% hasil pertanian yang diproduksi oleh petani
kecil di negara-negara berkembang seperti Indonesia dikeringkan dengan
penjemuran langsung karena energi ini dipandang sebagai energi yang bersih
ramah lingkungan, sederhana, murah, dan tidak memerlukan peralatan mekanis
yang mahal seperti yang digunakan pada pengering buatan. Namun cara
konvensional ini memiliki beberapa keterbatasan, di antaranya tenaga kerja yang
cukup intensif, luas area cukup besar, sangat bergantung pada kestabilan kondisi
cuaca, dan dapat mengurangi kualitas dan hasil akhir dari produk yang
dikeringkan [4,5].
Untuk menambah kelayakan energi surya dapat dilakukan dengan
memanfaatkan teknologi energi surya buatan (solar dryer) baik secara langsung
(direct) maupun tidak langsung (indirect). Pengering buatan ini dapat
meningkatkan kualitas hasil pertanian jika dibandingkan dengan penjemuran
langsung. Pemilihan jenis pengering buatan ini disesuaikan dengan hasil pertanian
1
Universitas Sumatera Utara
yang akan dikeringkan [4]. Pengering surya buatan menaikkan temperatur udara
panas matahari dari 35 oC hingga mencapai 45 – 60 oC pada siang hari (sunshine)
[6]. Oleh karena itu, teknologi energi surya buatan tersebut perlu dilakukan
pengamatan terus-menerus untuk mencapai kenaikan temperatur udara panas yang
maksimum.
Berikut ini adalah penelitian yang telah dilakukan mengenai alat pengering
surya buatan terhadap hasil pertanian:
Tabel 1.1 Penelitian Sebelumnya Tentang Alat Pengering Surya
Nama
Bolaji and
Tahun
2008
Ayoola [7]
Saravakumar
2010
Judul Penelitian
Hasil Penelitian
Performance
Kenaikan suhu udara di dalam ruang
Evaluation of a
pengering sekitar 24oC (74%) selama
Mixed-Mode Solar
sekitar tiga jam setelah jam12.00
Dryer
siang.
Forced and convection Telah dirancang, dibuat, dan diselidiki
and
flat plate solar air
sebuah alat pengering surya tidak
Mayilsamy
heaters with and
langsung terintegrasi dengan bahan
[8]
without thermal
penyimpan panas. Kolektor dengan
storage
bahan penyimpan panas
memungkinkan untuk menjaga suhu
udara secara konsisten dalam kolektor
bahkan selama matahari tidak bersinar
(pukul 17.00-19.00). Dimasukkannya
bahan penyimpan panas juga dapat
meningkatkan suhu keluaran kolektor
dan efisiensi kolektor.
Azimi, et al.
[9]
2012
Experimental Study
Kolektor dapat menaikkan suhu
on Eggplant Drying
lingkungan menjadi lebih dari 45 °C
by an Indirect Solar
pada saat puncak intensitas matahari
Dryer and Open Sun
pada siang hari. Evaluasi faktor
Drying
efektivitas dan efisiensi kolektor
berbanding terbalik dengan proses
pengeringan.
2
Universitas Sumatera Utara
Nama
Aissa, et al.
Tahun
2012
[10]
Judul Penelitian
Hasil Penelitian
An Experimental
Kenaikan suhu udara keluaran dari
Investigation of
pemanas udara di atas suhu
Forced Convection
lingkungan adalah sekitar 10-25 °C
Flat Plate Solar Air
selama pengujian berjalan.
Heater with Storage
Material
Arikundo dan 2014
Rancang Bangun
Panas radiasi rata-rata yang dapat
Mulfi [11]
Prototype Kolektor
diserap kolektor adalah 372,21 watt.
Surya Tipe Plat Datar
Kehilangan panas rata-rata pada
untuk Penghasil Panas
kolektor adalah 161,32 watt. Efisiensi
pada Pengering
teoritis rata-rata dari kolektor surya
Produk Pertanian dan
40,13%.
Perkebunan
Akan tetapi, pengering surya buatan baik langsung maupun tidak langsung
memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing karena prinsip kerja mereka
berdasarkan metode pengumpulan energi surya dan kemudian dikonversikan
menjadi energi panas yang dibutuhkan. Pengering surya buatan tidak langsung
(indirect solar dryer) dapat menjaga kualitas lebih baik daripada penjemuran
langsung dan memiliki efisiensi yang lebih baik daripada pengering surya buatan
langsung (direct solar dryer).
Atas dasar pemikiran yang telah dipaparkan maka penulis ingin melakukan
kajian performansi dari pengering surya metode tidak langsung (indirect solar
dryer) yang terdiri dari ruang pengering dan kolektor surya tipe plat datar bersirip
untuk mendapatkan informasi penting mengenai kenaikan temperatur udara
menuju ruang pengeringan dengan pengaruh variasi bukaan kolektor surya pada
saat pengeringan sehingga penelitian ini akan dapat dikembangkan untuk skala
industri.
3
Universitas Sumatera Utara
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Pada umumnya lebih dari 80% hasil pertanian yang diproduksi oleh petani
kecil di negara-negara berkembang dikeringkan dengan penjemuran langsung.
Namun, penjemuran langsung ini dapat mengurangi kualitas dan hasil akhir dari
produk yang dikeringkan sehingga kurang layak untuk dilakukan terus-menerus.
Untuk menambah kelayakan energi ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan
teknologi energi surya buatan tidak langsung (indirect solar dryer) dengan sistem
kolektor plat datar bersirip sehingga menaikkan temperatur udara pemanas dari 35
o
C hingga mencapai 45 – 60 oC pada siang hari (sunshine) dan tetap menjaga
kualitas dan hasil akhir produk. Pengaruh bukaan pada kolektor surya diharapkan
dapat menaikkan temperatur udara menuju ruang pengering di atas temperatur
lingkungan. Oleh karena itu, penelitian ini diarahkan kepada berapa kenaikan
temperatur yang dapat dicapai dengan pengaruh bukaan kolektor surya pada
pengering surya metode tidak langsung (indirect solar dryer).
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengkaji performansi pengering surya metode tidak langsung (indirect
solar dryer) kolektor plat datar bersirip dengan memvariasikan bukaan
kolektor.
2. Menghitung kisaran rata-rata intensitas radiasi matahari dan temperatur
plat dalam kolektor untuk setiap variasi selama penelitian berlangsung.
3. Menghitung rata-rata efisiensi kolektor surya yang dapat dicapai dan
mempelajari faktor yang mempengaruhinya.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi mengenai performansi pengering surya metode
tidak langsung (indirect solar dryer) kolektor plat datar bersirip dengan
memvariasikan bukaan kolektor.
4
Universitas Sumatera Utara
2. Memberikan informasi mengenai kisaran rata-rata intensitas radiasi
matahari dan temperatur plat dalam kolektor untuk setiap variasi selama
penelitian berlangsung.
3. Memberikan informasi mengenai rata-rata efisiensi kolektor surya yang
dapat dicapai dan mempelajari faktor yang mempengaruhinya.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Energi Baru/Terbarukan Balai Riset
dan Standarisasi Industri, Medan. Adapun peralatan utama yang akan digunakan
adalah pengering surya dengan ruang pengering dan kolektor surya. Kolektor
surya yang digunakan dalam penelitian ini adalah kolektor plat datar bersirip yang
terdiri dari 4 lapisan, yaitu kayu, styrofoam, rockwoll, dan plat absorber.
Variabel yang digunakan adalah :
a. Variabel tetap :
Pengeringan di bawah matahari yang berlangsung dari pukul 09.00 – 17.00
WIB.
b. Variabel berubah :
Bukaan kolektor : - Terbuka 100%
- Terbuka 15%
- Terbuka 75%
- Tertutup 100%
Alat yang digunakan untuk pengukuran adalah :
1. Hobo Microstation Data Logger.
2. T data logger.
3. Termolaser.
5
Universitas Sumatera Utara