BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Studi dan Pembuatan - Analisa Saluran Pengering Pakan Ternak Dengan Bentuk Balok Pada Sistem Pompa Kalor Dengan Daya 1 Pk

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Studi dan Pembuatan

Bahan yang di gunakan untuk merancang saluran pengering pakan ternak sistem pompa kalor adalah: a)

Aluminium foil

Glass woll j) Elbow e)

c) Kawat i) Besi rang-rang d)

h) Cat

b) Besi siku

f) Lem goat, dextone

Plat seng

d) Grinda i) Meter

Penelitian dilakukan di laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan dilaksanakan selama +4 bulan.

h) Gergaji besih

c) Bor besi

g) Tang

b) Martil

f) Gunting plat

Rivet

Alat yang digunakan untuk merancang saluran pengering pakan ternak sistem pompa kalor adalah : a)

3.2 Alat dan Bahan Perancangan Saluran Pengering 3.2.1 Alat.

3.2.2 Bahan

Gambar 3.1: saluran pengering bentuk Balok Saluran Pengering pakan ternak dengan Bentuk balok Spesifikasi:

Tinggi 100 cm
Tinggi kaki 104 cm
luas Penampang 40 x 40 cm
Ukuran pipa aluran masuk udara (in) 3 inc
Ukuran Saluran keluar udara (out) 1 inc
Panjang Pipa aluran Masuk (in) 50 cm

Panjang pipa Saluran Keluar (out) 10 cm
Kapasitas 1 kg
Bahan yang dikeringkan Daun sawit yang sudah dicaca

3.2.3 Alat dan Bahan Dalam Melakukan Pengujian

a) Alat

Peralatan yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel penelitian, antara lain:

1. Rh (Relative Humidity) Meter

Merupakan alat ukur suhu dan kelembaban udara. Jenis Rh meter yang digunakan adalah EL-USB-2-LCD (High Accuracy Humidity,

Temperature and Dew Point Data Logger with LCD).

Gambar 3.2 Rh Meter

Spesifikasi: :

Relative Humidity

: 0 – 100

Measurement range (%) : ±0.1

: ±2.0* ±4

Repeatability (short term) (%RH)

: 0.5

Accuracy (overall error) (%RH)

: 0.5

Internal resolution (%RH)

Temperature
Measurement range (°C /°F) : -35/-31 - +80/+176

Long term stability (%RH/yr)

Repeatability (°C/°F) : ±0.1/±0.2

Accuracy (overall error) (°C /°F) : ±0.3/±0.6 - ±1.5/±3
Internal resolution (°C /°F) : 0.5/1 Dew Point
Accuracy (overall error) (°C /°F) : ±1.1 /±2** Logging rate : every 10s every 12hr Operating temperature range

(°C/°F) : -35/-31 - +80/+176) 2.

Hot Wire Anemometer Digunakan untuk mengukur kecepatan udara yang keluar dari mesin pengering system pompa kalor. Jenis Annemometer yang digunakan adalah Hot Wire Annemometer.

Air Velocity Range Resolution Accuracy

m/s 0.1 to 25.0 m/s 0.1 m/s ±5% ± 0.1 m/s km/h 0.3 to 90.0 km/h 0.1 km/h ±5% ± 0.1 km/h ft/min 20 to 4925 fit/min 1 ft/min

±5% ± 0.1 fit/min MPH 0.2 to 55.8 MPH

0.1 MPH ±5% ± 0.1

MPH Knots 0.2 to 48.5 knots 0.1 knots

±5% ± 0.1 knots Air termperatur

C to 50 C

32 F to 122 F

0.1 C / 0.1 F

0.1 C / 1.8 F 3.

Blower Blower digunakan untuk mentransfer udara panas dari kondensor kesaluran pengering sehingga proses pengeringan akan lebih cepat dan efektif

Blower merek TOSITA

Arus = 2 amper - Ukuran = 3inc
Frekuensi = 50/60 Hz - Pase = 1
Putaran = 3000/3600 Rpm - Tegangan = 220 Volt

Daya = 370 wat

Laptop Laptop digunakan untuk memindahkan data dari Rh (Relative Humidity) Meter dan mengelolah data

Gambar: 3.5 Leptop TOSIBA (L640) 6 .Hygrometer Higrometer merupakan alat ukur untuk kelembapan udara Rh (Relative

Humidity ) sekitar dengan sistem manual

Gambar: 3.6 Hygrometer

7 Timbangan Digital

Timbangan digital disini berfungsi sebagai alat pengukur massa berat dalam satuan gram(gr) yaitu menimbang pakan ternak yang belum dilakukan pengeringan dan setelah dilakukan pengeringan

Gambar: 3.7 Timbangan Digital

Spespikasi alat pengering: Spespikasi saluran pengering ;

Panjang = 202 cm -Tinggi = 100 cm
Lebar = 63 cm -Tinggi Kaki = 110 cm
Tinggi = 87 cm -luas penampang = 40x40cm
Tinggi kaki = 24 cm -Diameter saluran masuk udara = 3 inc
Daya 1 Pk -Diameter saluran keluar udara = 2 inc

b) Bahan 1.

PakanTernak Bahan yang menjadi objek pengeringan pada penelitian ini adalah pakan ternak.Pakan ternak yang akan dikeringkan merupakan pakan yang dibuat dari daun kelapa sawit yang sudah di cacah sampai halus

Gambar: 3.10. Daun sawit yang sudah dicaca

3.3. Data Penelitian

Adapun data yang direncakan akan dikumpulkan dan selanjutnya dilakukan analisis dalam penelitian ini antara lain adalah sebagai berikut :

1. Massa Pakan Ternak (M)

Massa dari pakan di ukur pada saat keadaan basah (M b ) dan pada saat keadaan kering (M ).

k 2.

Waktu pengeringan (t) Waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk mengeringkan pakan yaitu lima menit sekali pada sekali percobaan pada saat basah sampai pada saat keadaan kering (berat basah sampai berat kering).

3. Temperatur (T) Temperatur yang di ukur adalah temperatur udara pada saat masuk ke evaporator (T ), keluar evaporator (T ), saluran masuk pengering (T ) dan

in out in saluran keluar pengering (T out ).

4. Kelembaban udara (Rh) Kelembaban udara yang diukur pada titik saat masuk ke evaporator (Rh ), keluar

evaporator (Rh

2 ), saluran masuk pengering(Rh 3 ) dan saluran luar pengering

(Rh 4 ).

5. Kecepatan aliran udara (v) Udara yang keluar dari mesin pengering dan diukur kecepatannya.

6. Kuat arus ( I ) 7.

Tegangan ( V )

3.3.1. Metode Pelaksanaan Penelitian

Dalam pelaksanaan penelitian ini dilakukan kegiatan yang meliputi beberapa tahapan yang digambarkan dalam bentuk diagram berikut:

Massa Pakan tenak (kg)
Temperatur (
Kelembaban udara (%)
Kecepatan aliran udara (m/s)
Waktu (menit)

`Gambar 3.10 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian Mulai

Studi Literatur

Usulan Penelitian

Tahap Persiapan: 1.

Persiapan Saluran Pengering Pakan ternak Bentuk balok 2. Pengujian Mesin Pengering

Pengumpulan data:

Kesimpulan/Laporan Selesai

Tidak Ya

Pengolahan dan Analisis Data

Ya Tidak

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Grafik Hasil Pengujian

Dari pengujian didapat grafik suhu masuk, suhu keluar , rasio humiditas masuk dan rasio humiditas keluar dan dwe-point masuk dan dew-point keluar pada saluran pengering .Adapun grafik tersebut seperti dibawah ini :

Gambar :4.1.Grafik Temperatur vs Waktu pada saluran masuk

14:10 dan pada waktu 14:30..

y = 19560x ³ - 33794x ² + 19446x - 37215 R² = 0,129

70 12:57 13:26 13:55 14:24 14:52

Tem per a tur ( C ) Waktu

Temperatur Masuk (°C)

Celsius Poly. (Celsius )

Temperatur Saluran Keluar (°C )

50 y = 23880x3 - 41599x2

)

24142x - 46637

40 R² = 0,396

(

30 tur a

Celsius

20 per

Poly. (Celsius )

10 Tem 12:57 13:26 13:55 14:24 14:52 Waktu

Gambar :4.2.Grafik Temperatur vs Waktu pada saluran keluar

13:05

Rasio hummiditas (%rh) saluran masuk

35 ) ₃ ₂ y = -12938x + 22164x

30 %

12643x + 24040

(

25 R² = 0,089 as it

20 id m

15 Humidity(%rh) m

10 u

Poly. (Humidity(%rh)) h

5 io as R

12:57 13:26 13:55 14:24 14:52 Waktu

Gambar :4.3.Grafik kelembapan udara(Ratio hummidity)RH (%) vs Waktu

udara minimum adalah 18 % pada waktu 13:15 .

Rasio hummiditas (%rh) saluan keluar

60 )

50 % ³ ² y = -47299x + 82581x

(

48038x + 93143

40 it

R² = 0,338 id

30 m

Humidity(%rh)

20 m u

Poly. (Humidity(%rh)) h

10 io as R

12:57 13:26 13:55 14:24 14:52 Waktu

Gambar :4.4.Grafik kelembapan udara(Ratio hummidity)RH out (%) vs Waktu

minimum adalah 29,5 % pada waktu 13:55

Temperatur dew point (°C) saluran masuk

35 ₄ ₃

30 y = 3E+06x - 7E+06x ₂

6E+06x - 2E+06x + 30371

)

25 (

R² = 0,037

20 tur a

15 dew point(ｰC) per

10 Poly. (dew point(ｰC))

Tem

5 12:57 13:26 13:55 14:24 14:52 Waktu

Gambar :4.5.Grafik temperatur dew point saluran masuk vs Waktu

13:50 dan pada waktu 14:30

Gambar :4.6.Grafik temperatur dew point saluran keluar vs Waktu

1000 1200 12:57 13:12 13:26 13:40 13:55 14:09 14:24 14:38 14:52

3E+07x ² - 1E+07x + 2E+06 R² = 0,999 200 400 600 800

Tem per a tur ( c ) Waktu

Temperatur dew point(°C) saluran keluar

⁴

40 12:57 13:26 13:55 14:24 14:52

y = 1E+08x ⁵ - 4E+08x ⁴ + 5E+ 08x ³ - 3E+08x ² + 8E+07x - 1E+07 R² = 0,031

sedangkan penurunan berat minimum adalah 20 gram pada waktu 14:40

Gambar :4.7.Grafik penurunan berat pakan ternak vs Waktu

waktu 14:20 .

B e ra t ( g ra m ) Waktu

Berat (gram)

4.2 Perhitungan Hasil Pengujian

4.2.1. Perhitungan Sifat-sifat Thermodinamik Udara Pada Saluran Masuk

Tekanan uap saturasi masuk saluran pengering dihitung dengan menggunakan persamaan:

3 Ln(p ) = C /T + C + C T + C T + C T + C ln T ws in 1 in

2 3 in 4 in 5 in 6 in

Dimana nilai T in dapat dilihat pada tabel ,dan lampiran 1 T in = 50,5+273 = 323,5 K

3 -2

ln(p ws ) in = -5,8002206 x 10 /323,5 + 1,3914993 + -4,8640239 x 10 x 323,5 +

5 -8

4,1764768 x 10 x 323,5 + -1,4452093 x 10 x 323,5 + 6,5459673 x 323,5 x ln(323,5) ln(p ws ) in = 9.438747151 Pa p = exp (9.438747151) Pa

ws(in)

= 12565.96379 Pa Tekanan uap air masuk saluran pengering pada udara dapat dihitung dengan persamaan: p w(in) = RH in x p ws(in) RH = %RH in x 0,01

= 26 x 0,01 = 0,26 p w(in) = 0,26 x 12565.96379 Pa

= 3267,150585 Pa Rasio humiditas masuk saluran pengering dihitung dengan persamaan :

( ) = 0,62198 −

( )

3267,150585

= 0,62198 101325

3267,150585

−

= 0,02072350488 kg uap / kg udara = 2072350488 g/kg Volume spesifik udara masuk saluran pengering dihitung dengan persamaan:

287,055( + 273) ) (1 + 1,6078 = 287,055(323,5)

(1+1,6078 0,02072350488 ) =

101325

= 0.947016 m /kg Maka density (ρ) :

1 =

0.947016

= 1,055948387 kg/m Temperatur dew poin masuk saluran pengering dihitung dengan persamaan :

4030( + 235) = − 235

( ) 4030 + 235)ln ) − ( ⁡(

4030 (50,5+235)

235

4030 −(50,5+235)ln⁡(0,26)

= 25,6 ˚C

4.2.2. Perhitungan Sifat-sifat Thermodinamik Udara Pada Saluran Keluar

Tekanan uap saturasi keluar saluran pengering dihitung dengan menggunakan persamaan:

3 T out + C

4 T out + C

5 T out + C 6 ln T out

Dimana nilai T

out

dapat dilihat pada tabel pada lampiran 1 T out = 38,5+273 = 311,5 K

3 -2

ln(p ws ) out = -5,8002206 x 10 /311,5 + 1,3914993 + -4,8640239 x 10 x 311,5 +

5 2 -8

4,1764768 x 10 x 311,5 + -1,4452093 x 10 x 311,5 + 6,5459673 x 311,5 x ln(311,5) ln(p ws ) out = 8.818493335 Pa p ws(out) = exp (8.818493335) Pa = 6758.074795 Pa

Tekanan uap air keluar saluran pengering pada udara dapat dihitung dengan persamaan: p

Volume spesifik keluar saluran pengering dihitung dengan persamaan:

0.915772247 = 1.03772176 kg/m

/kg Maka density (ρ) :

101325 = 0.915772247 m

= 287,055(311,5 ) (1+1,6078 0,023461724 )

= 287,055( + 273) (1 + 1,6078 )

3683.150763 = 0.023461724 kg uap / kg udara = 23,461724 g/kg

w(out)

101325 −

3683.150763

( ) = 0,62198

= 0,62198 ( ) −

Rasio humiditas keluar saluran pengering dihitung dengan persamaan :

RH out = %RH out x 0,01 = 54,5 x 0,01 = 0,545 p w(out) = 0,545 x 6758.074795 Pa = 3683.150763 Pa

ws(out)

x p

out

= RH

3 Temperatur dew poin keluar saluran pengering dihitung dengan persamaan:

4030( + 235) = − 235

( ) 4030 + 235)ln ) − ( ⁡(

4030( 38,5 + 235) = 235 4030 38,5 + 235)ln − ( ⁡(0,54) −

= 27,7 ˚C

43. Menghitung laju Perpindahan Panas yang terjadi pada Saluran Pengering

Dimana: saluran pengering yang digunakan berbentuk balok dengan Panjang 100 cm = 1 m, Lebar 40 cm = 0,4 m Tebal plat seng = 0,5mm = 0,0005 m Dilapisi glasswool setebal 2,5 cm = 0,025 m K untuk plat seng = 166 w/m.k K untuk glasswool = 0,046 w/m.k L = 40 cm

T = 100 cm Gambar : 4.5 Bentuk Saluran pengering Pada perhitungan ini diambil nilai rata-rata T in dan T out yaitu : sebesar = 50 C atau 323. K Diasumsikan Nilai udarah sekitar T = 31,86 C atau 304,86 K

 Untuk mencari nilai hi maka dilakukan perhitungan sebagai berikut: Bagian dalam berupa konveksi paksa pada suhu rata-rata 50 C

V = 24,78 m/s

4 4.

D h = = 4.

) 2ab 2(0,4 1)

D h = = = 0, 5714 m

a+b 0,4+1

Dari lampiran 3 pada suhu 304,86 K di proleh :

µ = 3,324 x 10 kg/m.s Pr = 0,7791 K = 0,0507 w/mk

5 P 1,0132

1,09297 kg/m

ρ = = = R.T 287(323) 1,09297

. . 24,78 0,5714

Re = =

5 µ 3,324

= 463343,7 Maka Re = 463343,7 (aliran Turbulen)

0.8 1/3

Nu = 0,023 Re Pr

0.8 1/3

= 0,023 (463343,7) (0,7791) = 185,48

NuK 185,48x0,0507

h = =

D 0,5714

h = 16,458 w/m k

hi = 16,458 w/m k  yaitu dengan konveksi alami

Untuk mencari Nilai h Tf = Temperatur filim Ts = Temperatur surface (permukaan) 35,86 C Tr = temperatur udara 31,86 C

Tf =

2 35,86+31.86

= = 33,86 C = 306,86 K

2 Dari lampiran 3 pada suhu 306,86 K diproleh :

K = 0,02512 w/mk Pr = 0,70951

2 V = 16,3856 X 10 (m /s)

1 =

306,86

= 0.00326

3 (Pr ) . ( − )( ℎ)

Gr =

3 9,8.0,00326 (35,86 (Pr ) −31,86)( ℎ)

6 16,3856

10 0,001692

6 16,3856

= 1032,59

1/4 Nu = 0,53 (Gr) Nu = 0,53.258,15 Nu = 136,81

h = Nu

ℎ 0,02512 = 136,81

0,5714

ho = 6,0148 w/m k

= 0,152 + 7,5301x10

1 + R 2 + R 3 + R

Tahanan termal total adalah : R total = R

1 2,40592 = 0,4157

1 6,0148 0,4 1

1 ℎ0 =

4 =

1,385 R

0,0255 0.0184 =

0,4 1 =

3 = = 0,0255 0.046

66.4 = 7,5301x10

Tahanan termal masing-masing adalah : Ti

= 0,0005

0,0005 166 0,4 1

= =

0,152 R

1 6,5832 =

1 16,458 x0.4x1 =

1 ℎ =

1 =

1,385 + 0,4157 = 1,9536

−

Q total =

323 −304,86 =

1,9536

= 9,286 W

4.3.1 Laju Pengeringan

Laju pengeringan (drying rate) adalah banyaknya air yang diuapkan tiap satuan waktu atau penurunan kadar air bahan dalam satuan waktu.

Laju pengeringan dapat di hitung dengan rumus : Dimana : m d = Laju pengeringan (kg/jm) w = Berat pakan sebelum pengeringan (kg) w = Berat pakan setelah pengeringan (kg)

t = waktu pengeringan (jam)  laju pengeringan pakan ternak pada percobaan pertama

− = ̇

1 − 0,962

̇ �

= 0,456 0,083

 laju pengeringan pakan ternak pada percobaan kedua

1 − 0,929

̇ �

= 0,228 0,166

= 0,456 kg/jam

SMER =

1 −0,962 0,083

̇ = −

 Pada 5 menit pertama :

= laju pengeringan (kg/jam) Wc = Daya kompresor (kW) Wb = Daya blower (kW)

ṁ

Untuk menghitung nilai laju ekstraksi air spesifik (SMER) . pengeringan diperoleh dengan rumus :

4.3.2. Penurunan Kadar Air Pakan Ternak Selama Pengeringan

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 kadar air pada 1 kg pakan ternak . Dinyatakan dalam kg/kWh.

4.3.3. Nilai Laju Ekstraksi Air Spesifikc (Spesific Moisture Extraction Rate)

x 100 % = 74,1 %

741 1000

100% =

Massa pakan ternak setelah pengeringan

Penurunan kadar air pakan ternak selama proses pengeringan berlangsung dihitung berdasarkan komponen massa berikut: Kadar air (%) =

Dimana : ṁ

Wb = V b x I b = 220 x 2 = 440 watt = 0,44 kW

ṁ

SMER =

0,456

0,99+0,44

= 0,31888 kg/kWh 

Pada 5 menit kedua :

− = ̇

1 −0,929 =

0,166

= 0,228 kg/jam Wc = V c x I c

= 220 x 4,5 = 990 watt = 0,99 kW

Wb = V b x I b = 220 x 2 = 440 watt = 0,44 kW

ṁ

SMER =

0,228

0,99+0,44

= 0,159441 kg/kWh

4.3.4. Konsumsi Energi Spesifik (Specific Energy Consumption)

Energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption (SEC) adalah perbandingan energi yang dikonsumsi dengan kandungan air yang hilang dinyatakan dalam kWh/kg. Untuk menghitung konsumsi energi spesifik (SEC) menggunakan rumus sebagai berikut :

 Pada 5 menit pertama:

SEC =

1 SEC =

1 0,31888

= 3.135965 kWh/kg 

Pada 5 menit kedua : SEC =

1 SEC =

1 0,159441

= 6,27193 kWh/kg

4.4.2 Biaya Pokok Produksi

Dalam menentukan biaya produksi diperoleh dengan menggunakan persamaan energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption (SEC) yang dinyatakan dalam kWh/kg dikali dengan tarif dasar listrik. Untuk harga tarif dasar listrik dibebankan sebesar Rp 1139 per kWh. Sumber : [http://bisnis.liputan6.com/read/2100185/ini-daftar-tarif-listrik-terbaru-usai-naik- per-1-september

] 

Pada 5 menit pertama: Biaya Pokok Produksi = SEC x Tarif dasar listrik

= 3.135965 kWh/kg x Rp 1139,- = Rp 3571

 Pada 5 menit ke dua :

Biaya Pokok Produksi = 6,27193 SEC x Tarif dasar listrik = kWh/kg x Rp 1139,- = Rp 7143

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisa data dan pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Nilai laju perpindahan panas pada saluran pengering pakan ternak berbentuk balok dengan tinggi 100 cm dan luas penampang 40x40 cm adalah 9,286 W

2. Nilai laju pengeringan pakan ternak pada saluran pengering pakan ternak berbentuk balok adalah 0.1554 kg/jam dan nilai penurunan kadar air sebesar 74,1 %.

3. Nilai laju ekstraksi air spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) saat proses pengeringan yang berlangsung selama 1,6 jam adalah 0.108671 kg/kWh.

4. Konsumsi energi spesifik (Spesific Energi Consumption) untuk mesin pengering pakan ternak sistem pompa kalor dengan daya 1 PK selama 1,6 jam saat proses pengeringan adalah 9,202059 kWh/kg.

5. Biaya yang dibutuhkan untuk proses pengeringan pakan ternak dengan pengering sistem pompa kalor daya 1 PK selama 1,6 jam saat proses pengeringan adalah Rp 10481- per kilogram.

5.2 Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penulis menyarankan beberapa hal berikut:

1. Perlu adanya penambahan sejenis alat pengaduk di saluran pengering agar proses pengeringan merata sehingga pengeringan akan menjadi lebih maksimal dan efektif.

2. Perlu adanya penelitian lebih lanjut mengenai standart kadar air yang harus terdapat dalam pakan ternak dari daun sawit sehingga proses pengeringan pakan ternak dapat diatur sesuai pengeringan yang dibutuhkan.

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Studi dan Pembuatan - Analisa Saluran Pengering Pakan Ternak Dengan Bentuk Balok Pada Sistem Pompa Kalor Dengan Daya 1 Pk