PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA SURYA DENGAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH UBI KAYU DENGAN BENTUK PRODUK BUJUR SANGKAR

PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA SURYA DENGAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH UBI KAYU DENGAN BENTUK PRODUK BUJUR SANGKAR SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

APRIZAL NASUTION NIM. 110421034 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini yang berjudul : “PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA SURYA DENGAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH UBI KAYU DENGAN BENTUK PRODUK BUJUR SANGKAR ”

Dalam penyusunan tugas akhir ini bukan semata karena kemampuan penyusun, tapi juga karena adanya campur tangan berbagai pihak yang mau meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran dalam penyelesaian tugas akhir ini. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan banyak terima kasih kepada: 1.

Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc selaku Dosen pembimbing dan dosen wali penulis, yang telah membantu dalam bimbingan, saran, serta dukungan dalam penulisan laporan tugas akhir ini.

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

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

4. Kedua orang tua penulis, yang tidak pernah putus-putusnya memberikan

dukungan, do’a serta kasih sayangnya yang tidak terhingga kepada penulis.

5. Abang dan adik penulis, yang selalu memberikan semangat dan dukungan kepada penulis.

6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin.

7. Rekan-rekan satu tim skripsi yaitu Andri M Sijabat dan Muhardityah yang telah bersama-sama berjuang untuk menyelesaikan skripsi dan saling bertukar pikiran selama proses penyusunan skripsi.

8. Ibu S. Farah Dina yang juga telah membantu penulis selama proses penyusunan skripsi ini mulai dari awal sampai akhir.

9. Ucapan terima-kasih juga kepada seluruh mahasiswa Teknik Mesin Ekstensi 2011 dan rekan-rekan yang tidak bisa disebutkan satu-persatu, para abang senior

Magister Teknik Mesin, semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

10. Kepada pihak-pihak lain yang turut membantu penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu.

Dalam menyelesaikan tulisan ini penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya skripsi ini. Penulis sadar bahwa skripsi ini masih kurang sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang dapat membangun den mendukung penulis demi tercapainya isi tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.

Medan, Juni 2014 Aprizal Nasution NIM : 110421034

ABSTRAK

Telah dirancang sebuah alat pengering hasil pertanian berukuran 2m x 1m x 1m yang menggunakan kolektor surya plat datar menggunakan plat seng sebagai

absorber yang berukuran 2m x 1,761m serta menggunakan panas matahari

sebagai sumber energinya. Pada kolektor surya, radiasi matahari yang jatuh di permukaan kolektor akan diserap oleh plat absorber yang diteruskan oleh kaca sehingga panas yang dihasilkan oleh absorber akan mengalir ke dalam box pengering secara konveksi natural. Di dalam ruang box pengering panas mengalir melewati produk yang diletakkan di atas tray dan membawa kadar air produk dengan mengalami proses penguapan dan membawa uap air keluar melewati

. Salah satu produk hasil pertanian yang dikeringkan alat pengering ini

chimney

adalah Ubi Kayu. Pengujian dilakukan pada pukul 09:00

– 17:00 WIB pada saat kondisi cuaca cerah. Efisiensi rata-rata kolektor surya alat pengering adalah 69,70%.

Kata kunci : pengeringan, ubi kayu kolektor surya, plat absorber, konveksi natural

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .......................................................................................i ABSTRAK..........................................................................................................iii DAFTAR ISI ......................................................................................................iv DAFTAR TABEL..............................................................................................vi DAFTAR GAMBAR .........................................................................................viii DAFTAR GRAFIK ...........................................................................................x DAFTAR SIMBOL ...........................................................................................xi

2.2 Jenis - Jenis Pengeringan.........................................................................6

2.4 Kolektor Surya.........................................................................................20

2.3.3 Rumusan Radiasi Surya..................................................................13

2.3.2 Teori Dasar Radiasi Surya ..............................................................11

2.3.1 Karakteristik Matahari................................................................9

2.3 Matahari (Surya) ......................................................................................9

2.2.1 Konsep Dasar Pengeringan ..................................................................8

2.1 Pengeringan Hasil Pertanian dan Perkebunan.........................................6

BAB I PENDAHULUAN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

1.5 Sistematika Penulisan..............................................................................4

1.4 Manfaat Pengujian...................................................................................4

1.3 Tujuan Pengujian.....................................................................................3

1.2 Batasan Masalah......................................................................................3

1.1 Latar Belakang ........................................................................................1

2.5 Perpindahan Panas ...................................................................................25

2.5.1 Perpindahan Panas Konduksi .........................................................25

2.5.2 Perpindahan Panas Konveksi .........................................................26

2.5.3 Perpindahan Panas Radiasi .............................................................28

2.5.4 Perpindahan Massa .........................................................................29

BAB III METODOLOGI PENGUJIAN

3.1 Waktu dan Tempat Pengujian..................................................................31

3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan .............................................................31

3.2.1 Alat .................................................................................................31

3.2.2 Bahan ..............................................................................................38

3.3 Experimental Set Up ................................................................................41

3.4 Prosedur Pengujian ..................................................................................43

3.5 Diagram Alir Pengujian ...........................................................................44

BAB IV DATA DAN ANALISIS DATA

4.1 Analisa Radiasi Surya (Solar Radiation).................................................45

4.1.1 Analisa Radiasi Surya (Solar Radiation) Untuk Sampel 1 Pada Tanggal 14 April 2014 ........................................................................................45

4.1.2 Analisa Radiasi Surya (Solar Radiation) Untuk Sampel 1 Pada Tanggal 15 April 2014 ........................................................................................52

4.1.3 Analisa Radiasi Surya (Solar Radiation) Untuk Sampel 2 Pada Tanggal 16 April 2014 ........................................................................................54

4.1.4 Analisa Radiasi Surya (Solar Radiation) Untuk Sampel 2 Pada Tanggal 17 April 2014 ........................................................................................57

4.2 Hasil Pengukuran Temperatur Ruang Pengering dan Inti Ubi kayu ........59

4.2.1 Hasil Pengukuran Temperatur Pengeringan Sampel 1 ...................59

4.2.2 Hasil Pengukuran Temperatur Pengeringan Sampel 2 ...................60

4.3 Analisa Model Persamaan Pengeringan Ubi kayu ..................................61

4.3.1 Analisa Moisture Ratio (MR) Pada Pengeringan Ubi kayu............61

4.4 Efisiensi Alat Pengering ....................................................................67

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ..............................................................................................72

5.2 Saran ........................................................................................................72

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Urutan Hari Berdasarkan Bulan ............................................................ 14Tabel 2.2 Faktor Koreksi Iklim ............................................................................. 18Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer ....................................................................... 34Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor.......................................................... 35Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus..................................................... 36Tabel 3.4 Spesifikasi T and RH Smart Sensor ...................................................... 36Tabel 3.5 Spesifikasi Load Cell ............................................................................ 38Tabel 4.1 Data Radiasi Pengukuran 14 April 2014 ............................................... 45Tabel 4.2 Perhitungan Urutan Hari Berdasarkan Bulan........................................ 46Tabel 4.3 Data Radiasi Pada Kondisi Langit Cerah 14 April 2014 ...................... 50Tabel 4.4 Perbandingan Radiasi Pengukuran dan Radiasi Pada Kondisi

Langit Cerah 14 April 2014 ................................................................. 51

Tabel 4.5 Data Radiasi Pengukuran 15 April 2014............................................... 52Tabel 4.6 Data Radiasi Pada Kondisi Langit Cerah 15 April 2014 ...................... 53Tabel 4.7 Perbandingan Radiasi Pengukuran dan Radiasi Pada Kondisi

Langit Cerah 15 April 2014 ................................................................. 53

Tabel 4.8 Data Radiasi Pengukuran 16 April 2014 ............................................... 54Tabel 4.9 Data Radiasi Pada Kondisi Langit Cerah 16 April 2014 ...................... 55Tabel 4.10 Perbandingan Radiasi Pengukuran dan Radiasi Pada Kondisi

Langit Cerah 16 April 2014 ................................................................ 56

Tabel 4.11 Data Radiasi Pengukuran 17 April 2014............................................. 57Tabel 4.12 Data Radiasi Pada Kondisi Langit Cerah 17 April 2014 .................... 57Tabel 4.13 Perbandingan Radiasi Pengukuran dan Radiasi Pada Kondisi

Langit Cerah 17 April 2014 ................................................................ 58

Tabel 4.14 Moisture ratio ubi kayu sampel pertama ............................................ 62Tabel 4.15 Moisture ratio ubi kayu sampel kedua................................................ 64Tabel 4.16 Perbandingan massa ubi kayu yang dikeringkan menggunakan alat pengering dan yang dikeringkan langsung dibawah

sinar matahari ...................................................................................... 66

Tabel 4.17 Data Perhitungan Panas dan Efisiensi Kolektor

Tanggal 25 Maret 2014 ....................................................................... 68

Tabel 4.18 Data Perhitungan Panas dan Efisiensi Kolektor

Tanggal 10 April 2014 ........................................................................ 70

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Perbandingan radiasi pengukuran dengan radiasi pada kondisi langit cerah pada 14 april 2014 ...................................................................... 51 Grafik 4.2 Perbandingan radiasi pengukuran dengan radiasi pada kondisi langit cerah pada 15 april 2014 ...................................................................... 54 Grafik 4.3 Perbandingan radiasi pengukuran dengan radiasi pada kondisi langit cerah pada 16 april 2014 ...................................................................... 56 Grafik 4.4 Perbandingan radiasi pengukuran dengan radiasi pada kondisi langit cerah pada 17 april 2014 ...................................................................... 59 Grafik 4.5 Temperatur ruang pengering dan inti ubi kayu sampel 1 hari 1 .......... 59 Grafik 4.6 Temperatur ruang pengering dan inti ubi kayu sampel 1 hari 2 .......... 60 Grafik 4.7 Temperatur ruang pengering dan inti ubi kayu sampel 2 hari 1 .......... 60 Grafik 4.8 Temperatur ruang pengering dan inti ubi kayu sampel 2 hari 2 .......... 61 Grafik 4.9 Moisture ratio ubi kayu sampel pertama ............................................. 63 Grafik 4.10 Moisture ratio ubi kayu sampel kedua .............................................. 69 Grafik 4.11 Waktu vs Temperatur tanggal 25 Maret 2014 ................................... 69 Grafik 4.12 Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi tanggal 25 Maret 2014....................................................................... 74 Grafik 4.13 Waktu vs Temperatur tanggal 10 April 2014 .................................... 70 Grafik 4.14 Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi tanggal 10 April 2014........................................................................ 71

DAFTAR SIMBOL SIMBOL KETERANGAN SATUAN

2 A Luas Penampang m

A Altitude ( ketinggian dari permukaan laut ) km B Konstanta Yang Bergantung Pada n

Panas Jenis kJ/kg K cos z Cosines sudut zenith θ

D Lebar kolektor m

2 D eff Diffusifitas kelembaban efektif m /menit dT

  Gradien temperatur dalam aliran panas K/m

 

  E Faktor Persamaan Waktu menit

g Percepatan gravitasi (9.81) m/s Radiasi Matahari Yang Jatuh Langsung

2 Ke Permukaan Bumi W/m

2 Radiasi Difusi W/m

2 G on Radiasi Yang Diterima Atmosfer Bumi W/m

G sc Daya radiasi rata-rata yang diterima

atmosfer bumi (1367) W/m

2 Radiasi Total W/m

Gr L Bilangan Grashof

h Koefisien Perpindahan Panas Konveksi W/m K h m Koefisien perpindahan massa m/s

I Tanggal

I Intensitas radiasi W/m

k slope (drying constant) 1/menit k Konduktivitas Bahan Termal W/m K L Panjang kolektor m L Setengah dari ketebalan slab (ukuran ubi kayu) m Le Bilangan Lewis L loc Posisi Bujur

Lst Standart Meridian untuk waktu lokal

m Air mass

Moisture Ratio

M Massa spesimen pada saat pengeringan gr M e Massa kering specimen gr M i Massa awal specimen gr

Laju Aliran Massa Udara kg/s Nu Bilangan nusselt Re Bilangan Reynold ST Solar Time (Jam Matahari) STD Waktu Lokal T i Temperatur udara lingkungan K T r Temperatur udara sekitar K

s T Temperatur dinding K

C Δt

ω Sudut pergeseran semu matahari

δ Tebal lapisan batas m

δ Sudut deklinasi

θ Sudut posisi lintang

Sudut zenith

Selang waktu perhitungan s θz

∆ Perbedaan temperatur awal dan akhir

Kecepatan karakteristik yang merupakan fungsi jarak searah panjang plat (sumbu-y) m/s Profil kecepatan dalam lapisan batas

( )

V Kecepaatan rata-rata dari fluida m/s

2 Sc Bilangan schmidt

2 Qu Panas yang dimanfaatkan kolektor W/m

Watt Qin Panas yang diterima kolektor W/m

Watt Q h Laju perpindahan panas konveksi

Temperatur udara lingkungan K Temperatur Rata-Rata Keluar Dari Kolektor K t Waktu pengeringan menit u Kecepatan udara ruang pengering m/s Q c Laju perpindahan panas konduksi

∞

o Fraksi radiasi yang Dditeruskan untuk masuk ke atmosphere bumi Efisiensi

% µ Viskositas dinamik .

3 Massa Jenis kg/m

Emisivitas panas permukaan ε

4 Kontanta Stefan Boltzomann (5,67 x 10 ) W/m K

ζ Koefisien Udara 1/K

PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA SURYA DENGAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH UBI KAYU DENGAN BENTUK PRODUK BUJUR SANGKAR