TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  UNJUK KERJA PENGERING KOPRA ENERGI SURYA JENIS ALIRAN PAKSA TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Disusun oleh: RICKY PRASTYO PUTRANTO NIM: 115214064 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2012

  PERFORMANCE OF FORCE FLOW SOLAR ENERGY COPRA DRYER FINAL PROJECT Presented as partial fulfillment of requirements to obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering Presented by: RICKY PRASTYO PUTRANTO NIM: 115214064 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHONOLGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2012

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat

karya yang pernah diajukan di dalam Perguruan Tinggi, dan sepanjang

pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau

diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini

dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 14 Juli 2012 Penulis Ricky Prastyo Putranto

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Ricky Prastyo Putranto Nomor Mahasiswa : 115214064

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

  

UNJUK KERJA PENGERING KOPRA

ENERGI SURYA JENIS ALIRAN PAKSA

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas

Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis

tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya

selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

  Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 14 Juli 2012 Yang menyatakan Ricky Prastyo Putranto

  

INTISARI

Indonesia memiliki sumber daya alam berupa kopra yang melimpah untuk

dijadikan sebagai bahan pembuatan minyak kelapa. Mesin pengering kopra

dengan sumber panas dari pembakaran batok dan sabut kelapa menimbulkan

polusi udara yang mencemari lingkungan dan membahayakan kesehatan bagi para

pekerja. Salah satu alternatif pengganti sumber panas yang ramah lingkungan

adalah sumber panas dari energi surya. Dengan pemanfaatan energi surya, hasil

sisa pengolahan kopra yakni batok dan sabut kelapa dapat diolah menjadi produk

yang bernilai jual. Penelitian ini bertujuan untuk (1) membuat model pengering

kopra menggunakan energi surya jenis aliran paksa, (2) meneliti efisiensi

pengambilan kadar air maksimum, (3) meneliti efisiensi kolektor maksimum, (4)

meneliti efisiensi sistem pengeringan maksimum, (5) meneliti penurunan massa

kopra maksimum.

  2 Alat pengering ini menggunakan kolektor ½ parabola dengan luas 1 m ,

  2

kolektor plat datar dengan luas 0,5 m dan menggunakan penukar kalor jenis pipa

bersirip dengan fluida berupa air. Variabel yang divariasikan, kecepatan udara

masuk ruang pengering, massa kopra, jenis kolektor dan terbuka atau tertutupnya

kaca dengan alumunium foil diatas ruang pengering. Variabel yang diukur

temperatur masuk dan keluar penukar kalor, temperature udara keluar ruang

pengering, temperatur penerima kalor kolektor, temperature masuk dan keluar air

di penukar kalor.

  Hasil penelitian menunjukkan efisiensi pengambilan kadar air maksimum

sebesar 84,67% pada variasi laju aliran massa udara 0,2 kg/s, penutup kaca

terbuka, kolektor ½ parabola dan massa kopra 1 kg. Efisiensi sistem pengering

maksimum dicapai sebesar 9,69% pada variasi variasi laju aliran massa udara 0,2

kg/s, penutup kaca tertutup, kolektor plat datar dan massa kopra 1 kg. Efisiensi

kolektor maksimum dicapai sebesar 99,16% pada variasi laju aliran massa udara

0,2 kg/s, penutup kaca tertutup, kolektor plat datar dan massa kopra 1 kg.

Penurunan massa kopra maksimum dicapai sebesar 210 gram pada variasi laju

aliran massa udara 0,2 kg/s, penutup kaca terbuka, kolektor ½ parabola dan

massa kopra 2 kg.

  Kata kunci: pengering kopra, energi surya, aliran paksa

KATA PENGANTAR

  Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas berkat,

kasih, rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas

Akhir ini sebagai salah satu syarat menyelesaikan studi di Program Studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  

Tugas Akhir ini berjudul “Unjuk Kerja Pengering Kopra Energi Surya Jenis

Aliran Paksa ”.

  Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua

pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, khususnya

kepada:

  1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

  4. Para dosen Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan bekal untuk menyusun tugas akhir ini.

  5. Bapak Kasto dan Ibu Surati selaku orangtua penulis yang telah memberikan dukungan dana dan dukungan spiritual sehingga penulisan tugas akhir ini dapat diselesaikan.

6. Kakakku Dody dan Ayun selaku keluarga penulis yang telah memberi dukungan spiritual dan memberi inspirasi.

  7. Teman-teman penulis baik dari Teknik Mesin, PMK Apostolos, dan Sangkakala yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu yang telah memberi inspirasi dan semangat dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari bahwa penulisan Tugas

Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu dengan hati terbuka

penulis akan menerima segala kritik, dan saran dari setiap pembaca.

  Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.

  Yogyakarta, 14 Juli 2012 Penulis Ricky Prastyo Putranto

  

DAFTAR ISI

halaman

Halaman Judul .............................................................................................. i

  

Title Page...................................................................................................... ii

Halaman Persetujuan Pembimbing ................................................................ iii

Halaman Pengesahan .................................................................................... iv

Halaman Pernyataan Keaslian ....................................................................... v

Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi ..................................................... vi

Intisari .......................................................................................................... vii

Kata Pengantar .............................................................................................. viii

Daftar Isi ....................................................................................................... x

Daftar Gambar .............................................................................................. xii

Daftar Tabel .................................................................................................. xv

BAB I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah..............................................................

  1

1.2. Perumusan Masalah ....................................................................

  2

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian.....................................................

  2

1.4. Batasan Masalah .........................................................................

  3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori .................................................................................

  5

  2.2. Persamaan Yang Digunakan ....................................................... 11

  2.3. Penelitian Terdahulu ................................................................... 15

  BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

  3.1. Skema Alat ................................................................................. 18

  3.2. Langkah Penelitian ..................................................................... 21

  BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1. Hasil Penelitian ........................................................................... 25

  4.2. Pembahasan ................................................................................ 32

  BAB V. PENUTUP

  5.1. Kesimpulan................................................................................. 45

  5.2. Saran .......................................................................................... 45

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 47

LAMPIRAN ................................................................................................. 49

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Alat pengering energi surya tipe aliran udara alami. ...............

Gambar 3.3 Ruang pengering tampak atas ................................................. 20Gambar 4.1 Grafik hubungan RH dan energi surya terhadap waktu pada data penelitian variasi satu (aliran udara 0,2 kg/s, kacaGambar 3.8 Kolektor plat datar (a) Tampak depan, (b) Tampak samping ... 21Gambar 3.7 Kolektor ½ parabola tampak atas ............................................ 21Gambar 3.6 Penukar kalor (a) Tampak depan, (b) Tampak kiri .................. 21Gambar 3.5 Ruang pengering tampak belakang ......................................... 20Gambar 3.4 Ruang pengering tampak depan .............................................. 20Gambar 3.2 Skema alat penelitian dengan kolektor plat datar .................... 19

  5 Gambar 2.2 Alat pengering energi surya jenis aliran udara paksa...............

Gambar 3.1 Skema alat penelitian dengan kolektor ½ parabola.................. 18Gambar 2.7 Sistem kolektor termal Heliostat ............................................. 11

  9 Gambar 2.6 Bagian parabola scheffler di parabola biasa ............................ 10

  8 Gambar 2.5 Sistem kolektor termal parabola (a) Parabola biasa, (b) Parabola Scheffler ..................................................................

  6 Gambar 2.4 (a) Sistem Kolektor Termal Solar Pond, (b) Sistem Kolektor Termal Plat Datar. ..................................................................

  6 Gambar 2.3 Skema alat pengering energi surya tipe aliran udara paksa. .....

  terbuka, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola). ................... 37

Gambar 4.2 Grafik hubungan RH dan energi surya terhadap waktu pada data penelitian variasi dua (aliran udara 0,1 kg/s, kaca

  terbuka, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola) .................... 38

Gambar 4.3 Grafik hubungan RH dan energi surya terhadap waktu pada data penelitian variasi tiga (aliran udara 0,2 kg/s, kaca

  tertutup, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola) .................... 38

Gambar 4.4 Grafik hubungan RH dan energi surya terhadap waktu pada data penelitian variasi empat (aliran udara 0,2 kg/s, kaca

  terbuka, massa kopra 2 kg, kolektor ½ parabola) .................... 39

Gambar 4.5 Grafik hubungan RH dan energi surya terhadap waktu pada data penelitian variasi lima (aliran udara 0,2 kg/s, kaca

  tertutup, massa kopra 1 kg, kolektor plat datar) ...................... 39

Gambar 4.6 Grafik efisiensi pengambilan kadar air ................................... 40Gambar 4.7 Grafik efisiensi sistem pengering ............................................ 41Gambar 4.8 Grafik efisiensi sistem pengering pada variasi 3 dan 5 ............ 42Gambar 4.9 Grafik efisiensi sistem pengering pada variasi 1 dan 3 ............ 43Gambar 4.10 Grafik efisiensi kolektor ......................................................... 44Gambar 4.11 Grafik penurunan massa kopra ............................................... 44Gambar 6.1 Ruang pengering kopra .......................................................... 49Gambar 6.2 Penerima kalor dari kolektor ½ parabola ................................ 49Gambar 6.3 Alat penelitian menggunakan kolektor ½ parabola ................. 50Gambar 6.4 Alat penelitian menggunakan kolektor plat datar .................... 50Gambar 6.5 Alat pendukung pengambilan data .......................................... 51Gambar 6.7 Buah kelapa (kopra) yang dikeringkan ................................... 51

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian variasi satu (aliran udara 0,2 kg/s, kaca terbuka, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola) .................... 25Tabel 4.2 Data penelitian variasi dua (aliran udara 0,1 kg/s, kaca terbuka, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola) .................... 26Tabel 4.3 Data penelitian variasi tiga (aliran udara 0,2 kg/s, kaca tertutup, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola) .................... 28Tabel 4.4 Data penelitian variasi empat (aliran udara 0,2 kg/s, kaca terbuka, massa kopra 2 kg, kolektor ½ parabola) .................... 29Tabel 4.5 Data penelitian variasi lima (aliran udara 0,2 kg/s, kaca tertutup, massa kopra 1 kg, kolektor plat datar) ...................... 31

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Indonesia memiliki sumber daya alam yang melimpah, salah satunya adalah

pemanfaatan buah kopra untuk dijadikan sebagai bahan pembuatan minyak kelapa.

  

Dari pembuatan buah kopra kering yang siap untuk diolah menjadi minyak kelapa,

diperlukan sebuah alat untuk mempercepat pengeringan kopra itu sendiri. Petani kopra

yang masih tradisional, banyak yang belum menggunakan alat pengering untuk

membantu mempercepat pengeringan. Sedangkan untuk petani yang memiliki modal

kerja cukup besar dan berorientasi pada jumlah kopra yang dihasilkan, mereka

memakai mesin pengering untuk mempercepat pengeringan.

  Untuk memperoleh buah kopra kering yang berkualitas baik, mesin yang

digunakan adalah mesin pengering yang sumber panasnya tidak langsung mengenai

bahan yang dipanaskan. Pada umumnya sumber panas yang digunakan adalah

pembakaran dari batok dan kulit kelapa itu sendiri. Sumber panas itu dipilih karena

biaya yang murah dan mudah didapat serta memanfaatkan dari batok serta kulit kelapa

itu sendiri. Adapun sumber energi untuk menggerakkan kipas yang berfungsi untuk

mengalirkan udara panas dari penukar kalor ke ruang pengeringan menggunakan

mesin diesel atau menggunakan motor listrik.

  Akibat yang ditimbulkan dari penggunaan sumber panas dari pembakaran

batok dan kulit kelapa adalah polusi udara yang dapat mencemari lingkungan dan

membahayakan kesehatan bagi para pekerja. Apabila panas yang digunakan dari

  

sumber energi surya, maka batok kelapa dan sabut kelapa yang menjadi sisa dari

pengolahan kopra dapat diolah menjadi suatu produk yang memiliki nilai tambah.

  

Sebagai contoh batok kelapa dapat dimanfaatkan menjadi arang aktif yang bernilai

jual. Sabut dapat dijual sebagai untuk bahan kerajinan dan dapat dibuat menjadi

cocomesh sebagai bahan reklamasi daerah pertambangan. Dari latar belakang inilah

penulis ingin membuat alat pengering buah kopra dengan sumber panas dari energi

surya. Energi surya adalah energi yang bebas dari polusi dan bisa kita dapatkan setiap

hari.

1.2 Perumusan Masalah

  Dari penelitian ini penulis dapat merumuskan beberapa masalah sebagai berikut: 1.

  Energi surya yang digunakan untuk mengeringkan kopra dapat digunakan secara langsung atau tidak langsung.

  2. Pengeringan dengan energi surya tak langsung menggunakan penukar kalor, dimana energi surya digunakan untuk memanaskan air. Sebuah penukar kalor dan kipas digunakan untuk memindahkan panas dari air ke udara.

3. Pengeringan dengan energi surya, secara langsung ke ruang pengeringan.

  Pada ruang pengeringan di bagian atasnya dipasang kaca untuk meneruskan energi termal surya sekaligus sebagai penjebak gelombang energi termal dari surya. Sebuah kipas ditambahkan untuk membuat aliran udara masuk ke ruang pengering.

1.3 Tujuan dan Manfaat

  Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah: 1.

  Membuat model pengering kopra energi surya jenis aliran paksa.

  2. Meneliti efisiensi pengambilan kadar air maksimum.

  3. Meneliti efisiensi kolektor maksimum.

  4. Meneliti efisiensi sistem pengering maksimum.

  5. Meneliti penurunan massa kopra maksimum. Manfaat yang diperoleh dalam penelitian ini adalah: 1.

  Menambah kepustakaan tentang teknologi pengering energi surya.

2. Hasil dari penelitian ini diharapkan mempu untuk diaplikasikan secara nyata dalam pembuatan pengering kopra energi surya.

  3. Ketergantungan sumber panas dari energi pembakaran biomass dapat dikurangi, sehingga dapat tercipta lingkungan yang bebas polusi udara dan sehat bagi pekerja pembuat kopra.

1.4 Batasan Masalah

  Batasan dari penelitian ini adalah : 1.

  Pada peneltian ini dibuat sebuah model pengering tenaga surya secara tidak langsung menggunakan penukar kalor, dimana fluida yang digunakan berupa air dengan sumber energi panas dari energi surya.

  2 2.

  , luas kolektor jenis Luas kolektor model ½ reflektor parabola adalah ± 1 m

  2 plat datar 0,5 m dan luas penampang penerima cahaya matahari secara

  2 langsung ke dalam ruang pengering adalah 0,279 m .

  3. Udara mengalir ke dalam ruang pengering menggunakan bantuan kipas dimana variasi kecepatan sebesar 2,06 m/s dan 1,05 m/s. Maka laju aliran massa udara yang divariasikan sebesar 0,2 kg/s dan 0,1 kg/s.

  4. Bahan yang dikeringkan adalah kopra dengan variasi massa 1 kg dan 2 kg.

  5. Kopra dipergunakan dalam penelitian memiliki kualitas yang berbeda, baik dari umur buah kelapa maupun tebal dan tipis daging kelapa. Hal ini disebabkan karena sulit menemukan kopra dengan kualitas yang sama.

  6. Perhitungan berat massa kopra yang dikeringkan dilakukan diawal dan akhir proses penelitian.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

  Pada umumnya konstruksi alat pengering hasil pertanian menggunakan absorber pelat (Gambar 2.1 dan 2.2). Bagian utama dari pengering tipe ini adalah absorber (terletak dalam kotak kolektor) yang akan menerima energi surya yang datang dan mengkonversikannya menjadi panas. Absorber ini berfungsi untuk memanasi udara luar yang mengalir ke kotak tempat bahan yang akan dikeringkan secara alami seperti Gambar 2.1 atau dapat juga dengan bantuan blower seperti Gambar 2.2. Udara yang sudah dipanasi absorber ini akan mengalir menembus hasil pertanian yang akan dikeringkan. Pada saat udara panas ini menembus hasil pertanian terjadi perpindahan panas dan massa air dari hasil pertanian ke udara panas tersebut, proses ini disebut proses pengeringan.

Gambar 2.1 Alat pengering energi surya jenis aliran udara alami.Gambar 2.2 Alat pengering energi surya jenis aliran udara paksa.Gambar 2.3 Skema alat pengering energi surya tipe aliran udara paksa.

  Blower Kolektor Plat Datar Ruang Pengering Prinsip kerja dari alat pengering energi surya pada Gambar 2.1 adalah udara yang masuk ke kolektor dipanasi oleh sinar matahari dan di sirkulasikan melalui lapisan tempat bahan dikeringkan dengan konveksi alami. Udara yang bertemperatur tinggi yang melalui lapisan tempat bahan dikeringkan, sehingga terjadi proses pengeringan. Cerobong memberikan tarikan tambahan, yang diciptakan oleh perbedaan massa jenis antara udara di dalam dan di luar pengering.

  Sedangkan prinsip kerja dari alat pengering energi surya pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3 adalah udara yang masuk lewat pipa bagian bawah lalu diteruskan melewati kolektor plat datar untuk dipanaskan. Udara yang telah panas lalu naik, berkumpul dipipa bagian atas lalu masuk ruang pengering.

  Sirkulasi udara ini dilakukan dengan bantuan blower.

  Secara umum ada empat sistem termal yang dapat mengkonversi energi surya menjadi panas. Keempat sistem termal itu adalah Solar Pond, Plat Datar, Parabolik dan Heliostat. Sistem Solar Pond menggunakan suatu kolam yang berisi suatu fluida yang dapat menyimpan panas, contoh seperti Gambar 2.4. (a).

  Sistem plat datar seperti pada Gambar 2.4 (b) adalah jenis kolektor yang terbuat dari sebuah plat logam yang diberi warna hitam. Pemberian warna hitam dimaksudkan agar radiasi surya dapat semaksimal mungkin di serap oleh plat logam itu sendiri. Jenis ini paling banyak digunakan sebagai pemanas fluida air, walaupun ada yang digunakan sebagai pemanas udara.

  (a) (b)

Gambar 2.4 (a) Sistem Kolektor Termal Solar Pond, (b) Sistem Kolektor Termal Plat Datar.

  Sistem Parabolik seperti pada Gambar 2.5 (a) adalah sistem yang menggunakan reflektor yang berbentuk parabola. Dengan menggunakan reflektor berbentuk parabola ini, energi surya yang diterima difokuskan pada suatu titik. Pemfokusan ini menyebabkan temperatur yang ada di titik dapat o o mencapai 150 C

C. Beberapa pengembangan dari sistem termal ini salah

• – 800 satunya adalah penemuan dari Wolfgang Scheffler yang menemukan reflektor yang dinamai dari dirinya sendiri yakni parabola scheffler dimana titik fokus dari parabola ini tetap pada suatu titik tanpa harus memindahkan titik fokus sesuai arah datangnya sinar matahari. Untuk menjaga agar titik fokus tetap, parabola schfflernya harus berputar secara teratur sesuai dengan waktu penyinaran matahari, sedangkan titik fokusnya tetap pada suatu tempat tanpa bergerak. Hal inilah yang membedakan antara parabola schffler dan parabola biasa.

  (a) (b)

Gambar 2.5 Sistem Kolektor Termal Parabola (a) Parabola biasa,

  (b) Parabola Scheffler Pada parabola biasa, titik fokus harus ikut berpindah sesuai arah datangnya matahari. Parabola scheffler pada dasarnya diambil dari bentuk parabola itu sendiri, lihat Gambar 2.6. Pada Gambar 2.6 terlihat bahwa parabola scheffler merupakan bagian kecil dari parabola itu sendiri. Karena diambil dari ½ parabola dan sisi sebelah kanan dan kiri di perkecil sehingga membentuk pola seperti elips maka parabola scheffler dapat menjaga titik fokus tetap di depan. Adapun pergerakan matahari dapat diatasi dengan memutar parabola scheffler saat matahari terbit dari timur ke barat. Perputaran parabola scheffler ini dapat diatasi dengan penambahan mechanical tracking atau electrikal tracking.

Gambar 2.6 Bagian parabola scheffler di parabola biasa

  Sistem termal Heliostat merupakan sistem kolektor yang menggunakan banyak sekali reflektor datar yang disusun mengelilingi suatu titik di menara atau bangunan, lihat Gambar 2.7. Pola pergerakan cermin diatur secara elektronik sesuai arah datangnya sinar matahari. Cermin-cermin yang berjumlah sangat banyak itu mampu menghasilkan suhu temperatur yang sangat tinggi pada bidang yang difokuskan. Suhu yang mampu dihasilkan dari sistem ini 250 o o

  C C.

• – 1000

Gambar 2.7 Sistem Kolektor Termal Heliostat

2.2 Persamaan yang Digunakan

  Untuk mengetahui unjuk kerja dari sistem pengering maka diperlukan persamaan yang dapat membantu mengetahui unjuk kerja sistem. Hal yang perlu dilakukan pertama kali adalah menghitung energi berguna. Energi berguna ini adalah jumlah energi yang dipindahkan dari sumber energi ke tempat yang lain.

  Persamaanya dapat dinyatakan sebagai berikut: = .

  . 1 − 2 ….(1) dimana: Q = energi berguna (W) u

  ṁ = laju aliran massa fluida (kg/s) C P = panas spesifik fluida (J/kg.°C) T 1 = temperatur fluida akhir (°C) T

  2 = temperatur fluida awal (°C) Untuk untuk menghitung laju aliran massa dari fluida udara menggunakan persamaan: = . .

  ….(2) dimana: A = Luas penampang saluran masuk udara (m²) v = Kecepatan udara masuk saluran (m/s) ρ = Massa jenis fluida udara (kg/m

  3 ) Apabila fluida yang digunakan adalah air maka untuk mengetahui laju aliran massa dapat menggunakan persamaan sebagi berikut: = .

  ….(3) dimana: Q = Debit air (m

  3 /s) ρ

  = Massa jenis air (kg/m

  3 ) Dalam sistem pengering diperlukan energi untuk menguapkan air yang terdapat pada bahan yang akan dikeringkan. Untuk menghitung energi yang dibutuhkan untuk menguapkan air digunakan persamaan sebagai berikut.

  = .

  ….(4) dengan:

: Kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan uap air (MJ/kg)

  : laju massa air yang menguap (kg/detik)

  : Entalpi uap jenuh (kJ/kg) Unjuk kerja sistem pengering dapat diketahui dengan menghitung efisiensi dari kolektor, efisiensi sistem pengering dan efisiensi pengambilan kadar air. Efisiensi kolektor ( ) didefinisikan sebagai perbandingan antara energi berguna dengan total energi surya yang datang ke kolektor, dan dapat dinyatakan dengan persamaan:

  = .

  .

  ….(5) dengan : Q U : Energi berguna ( W) A C

  : Luas kolektor surya (m

  

2

) .

  : Intensitas energi surya yang datang (W/m

  2 ) Efisiensi pengambilan kadar air (  P ) didefinisikan sebagai perbandingan uap air yang dipindahkan (diambil) oleh udara dalam alat pengering dengan kapasitas teoritis udara menyerap uap air, dan dapat dinyatakan dengan persamaan:

  = _

  − _

_

  − _

  ….(6) dengan :

  _

: kelembaban relatif udara keluar alat pengering

  _

: kelembaban relatif udara masuk alat pengering

  _ : kelembaban jenuh adiabatis udara masuk alat pengering Dimana besarnya tingkat kelembaban udara (RH) menyatakan banyaknya komposisi kadar air yang terkandung dalam udara (Cengel, 1989), dan dinyatakan dalam persamaan :

  

2

….(8) dengan : P g2 : Tekanan uap air jenuh pada temperatur basah (kPa)

  −

  

1

  2

  2

  1 +

  −

  2

  =

  1

  P : Tekanan udara luar (kPa) diperoleh dengan persamaan :

  2 −

  =

  0.622

  2 =

  2 O/kg udara kering) P g1 : Tekanan uap air jenuh pada temperatur kering (kPa) P : Tekanan udara luar (kPa) diperoleh dengan persamaan :

  2 : Kelembaban spesifik udara jenuh (kg H

  2 O/kg udara kering) ω

  1 : Kelembaban spesifik udara (kg H

  1 ….(7) dengan : ω

  1

  0.622+

  

2

  2 ….(9) dengan : o C p : Panas spesifik udara (1.005 kJ/kg

  C) : Kelembaban spesifik (kg H O/kg udara kering)

  2

  2 ω h fg2 : Entalpi penguapan pada temperatur basah (kJ/kg) h g1 : Entalpi uap jenuh pada temperatur kering (kJ/kg) h : Entalpi cair jenuh pada temperatur basah (kJ/kg) f2 o

  T 1 : Temperatur udara kering (

  C) o

  T : Temperatur udara basah (

  C)

2 Sedangkan Efisiensi sistem pengering (  S ) didefinisikan sebagai

  perbandingan antara energi yang digunakan untuk menguapkan air dari kopra yang dikeringkan dengan energi yang datang pada alat pengering, dan dapat dinyatakan dengan persamaan: .

  = ….(10) .

  

.

dengan : : laju massa air yang menguap (kg/detik)

  : kalor laten dari air yang menguap saat temperatur pengering (J/kg)

  

2

A C : luas kolektor surya (m )

  2 : intensitas energi surya yang datang (W/m ) .

2.3 Penelitian Terdahulu

  Pengeringan didefinisikan sebagai operasi perpindahan panas secara simultan dengan perubahan fase untuk memindahkan sejumlah relatif kecil air dan cairan lainnya dari suatu system yang terdiri dari banyak komponen, sehingga diperoleh bahan padat kering yang masih mengandung sejumlah sisa air yang aman untuk dapat disimpan lama (Taib, Said dan Wiratmaja, 1988). Didalam proses pengeringan akan terjadi beberapa proses : a) proses pemindahan panas dari udara pengering kedalam bahan lembab yang akan dikeringkan, b) proses pemindahan massa air (uap air) dari dalam bahan kepermukaan yang dikeringkan dan kemudian diikuti oleh pemindahan uap air dari permukaan bahan masuk kedalam aliran udara pengering. Kedua proses ini berlangsung secara simultan dan saling mempengaruh, namun demikian dapat dianalisa secara terpisah antara kedua proses tersebut (Muljoharjo, 1987). Pengeringan merupakan cara terbaik dalam pengawetan bahan makanan dan pengering energi surya merupakan teknologi yang sesuai bagi kelestarian alam (Scanlin, 1997).

  Pengeringan dengan penjemuran langsung (tradisional) sering menghasilkan kualitas pengeringan yang buruk. Hal ini disebabkan bahan yang dijemur langsung tidak terlindungi dari debu, hujan, angin, serangga, burung atau binatang lain. Kontaminasi dengan mikroorganisme yang terdapat di tanah dapat membahayakan kesehatan (Häuser et. Al,2009). Kelemahan utama dari pengering energi surya adalah kecilnya koefisien perpindahan panas antara pelat absorber dan udara yang dipanasi, sehingga menyebabkan efisiensi kolektor yang rendah. Beberapa modifikasi telah banyak diusulkan meliputi penggunaan sirip (Garg et al., 1991), penggunaan absorber dengan permukaan kasar

  (Choudhury et al., 1988), dan penggunaan absorber porus (Sharma et. al., 1991).

  2 Penelitian pengering energi surya dengan luas kolektor 1,64m yang dilengkapi

  2 8 sampai 32 sirip segi empat dengan luas total sirip 0,384 m dapat menaikkan temperatur udara keluar dan efisiensi kolektor. Sirip dipasang di dalam kolektor dengan dua variasi pemasangan yaitu sirip dapat bergerak bebas dan tetap (Kurtbas, 2006).

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Skema Alat

  Pada penelitian ini rancangan sistem pengering berbeda dengan sistem pengering tenaga surya pada umumnya. Sistem ini menggunakan penukar kalor jenis pipa bersirip dan pemanasan secara langsung oleh energi matahari. Gambar 3.1 adalah skema alat yang digunakan dalam penelitian.

  Ruang Pengering Kaca Penerima Kalor Penukar Kalor

  Kolektor ½ Parabola Kipas Pompa Sirkulasi Fluida Air

Gambar 3.1 Skema alat penelitian dengan kolektor ½ parabola.

  Bagian-bagian utama dari alat pada Gambar 3.1:

  a) Kolektor ½ Parabola dengan luas permukaan ± 1m².

  b) Ruang pengering ukuran 1 x 0,33 x 0,25 m.

  c) d) Penukar kalor model pipa bersirip.

  e) Kipas angin.

  f) Pompa air dengan debit 2,16 L/m .

  Ruang Pengering Kolektor plat datar Kaca Penukar Kalor Kipas

  Pompa Sirkulasi Air

Gambar 3.2 Skema alat penelitian dengan kolektor plat datar.

  Bagian-bagian utama dari alat pada Gambar 3.2 hampir sama dengan

Gambar 3.1. Yang menjadi perbedaan adalah kolektor yang digunakan. Kolektor

  2 yang digunakan adalah jenis plat datar dengan luas permukaan ± 0,5 m . Gambar 3.3 sampai Gambar 3.8 adalah gambar dimensi alat penelitian yang digunakan.

  Satuan yang dipergunakan dalam (cm).

Gambar 3.3 Ruang pengering tampak atas.Gambar 3.4 Ruang pengering tampak depan.Gambar 3.5 Ruang pengering tampak belakang.

  (a) (b) Gambar 3.6 Penukar kalor (a) Tampak depan, (b) Tampak kiri.

Gambar 3.7 Kolektor ½ parabola tampak atas

  (a) (b)

Gambar 3.8 Kolektor plat datar (a) Tampak depan, (b) tampak samping

3.2 Langkah Penelitian

  Langkah penelitian dimulai dengan menentukan variasi data yang akan diambil dari pengujian alat. Adapun variabel yang akan divariasikan saat

  1. Laju aliran massa udara yang masuk ke ruang pengering sebesar 0,2 kg/s dan 0,1 kg/s.

  2. Penambahan pemanasan langsung diatas benda yang dikeringkan dengan membuka atau menutup kaca menggunakan alumunium foil yang diletakkan diatas ruang pengering.

  3. Massa kopra yang dikeringkan sebesar 1 kg dan 2 kg.

  4. Jenis kolektor plat datar dengan luas 0,5 m

  2 dan kolektor ½ parabola dengan luas 1 m

  2 .

  Setelah menentukan variabel data yang divariasikan, lalu menentukan variabel yang akan diukur. Berikut ini adalah variabel yang akan diukur saat melakukan penelitian: 1.

  Energi surya yang datang (G

T ).

  2. Temperatur udara masuk penukar kalor yakni temperatur kering (T₁) dan temperatur basah (T 2 ).

  3. Temperatur udara keluar penukar kalor yakni temperatur kering (T 3 ) dan temperatur basah (T 4 ).

  4. Temperatur udara keluar dari ruang pengering yakni temperatur kering (T 5 ) dan temperatur basah (T

6 ).

  5. Temperatur masuk penukar kalor (T 7 ).

  6. Temperatur keluar penukar kalor (T 8 ).

  7. Temperatur penerima kolektor surya (T 9 ).

  8. Massa bahan yang dikeringkan (M)

  Dengan mengetahui variabel yang divariasikan serta variabel yang akan diukur, maka penelitian dapat dilakukan. Dalam melakukan penelitian harus melalui prosedur yang sama, agar hasil penelitian dapat dicapai dengan sempurna. Berikut ini prosedur yang harus dilakukan saat melakukan penelitian:

  1. Penelitian diawali dengan mempersiapkan alat seperti Gambar 3.1 atau penelitian menggunakan variasi seperti Gambar 3.2.

  2. Pengambilan data dilakukan selama 3 jam dari jam efektif matahari yakni dari pukul 10.30 sampai 13.30 WIB.

  3. Pengambilan data dilakukan dengan menvariasikan kecepatan udara, penambahan pemanasan langsung dengan membuka tutup alumunium foil diatas kaca dan jumlah massa kopra yang dikeringkan.

  4. Pada variasi data suatu parameter, nilai parameter yang lain sama.

  5. Data yang dicatat adalah konstanta energi surya yang datang (G), temperatur kering dan basah udara masuk penukar kalor (T 1 dan T 2 ), temperatur kering dan basah udara keluar penukar kalor (T

  3 dan T

  4 ), temperatur kering dan basah udara keluar ruang pengering (T

  5 dan T 6 ), temperatur air masuk penukar kalor (T 7 ), temperatur air keluar penukar kalor (T 8 ), Temperatur penerima kolektor surya (T

  9 ) dan penurunan massa bahan yang dikeringkan (M).

  6. Pengambilan data dari parameter yang lain dilakukan pada hari yang berbeda dengan tujuan agar temperatur alat kembali pada kondisi semula.

  Setelah pengambilan data dari masing-masing variabel yang divariasikan sudah selesai dilakukan, maka hal yang akan dilakukan selanjutnya adalah melakukan perhitungan dan analisa. Perhitungan dilakukan pada parameter- parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1) sampai dengan persamaan (10). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan:

  1. Hubungan efisiensi kolektor, efisiensi pengambilan kadar air dan efisiensi sistem pengering dengan energi surya yang datang.

  2. Hubungan massa kopra yang dikeringkan terhadap waktu dan jenis variasi.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

  20

  24

  22

  39 11.35 930

  34

  32

  39

  22

  26

  23

  23

  25

  38 11.40 925

  35

  33

  39

  24

  28

  20

  24

  20

  19

  39 11.45 921

  32

  31

  37

  21

  27

  20

  24

  22

  39 11.25 927

  30

  39

  37

  19

  28

  21

  24

  23

  40 11.30 934

  33

  30

  23

  30

  32

  27

  39 12.00 910

  34

  33

  39

  22

  28

  20

  28

  41 12.05 912

  25

  35

  34

  39

  21

  28

  20

  26

  25

  41

  24

  20

  39 11.20 919

  38

  38

  21

  30

  22

  23

  22

  40 11.50 916

  34

  29

  22

  28

  31

  22

  26

  25

  41 11.55 913

  34

  32

  39

  22

  32

  

Di bawah ini disajikan data pengambilan data variasi satu. Data variasi satu

adalah data yang diambil saat kondisi laju aliran massa udara yang masuk ke ruang pengering sebesar 0,2 kg/s, penutup kaca diatas ruang pengering dilepas, berat kopra sebesar 1 kg dan menggunakan kolektor ½ parabola.

Tabel 4.1 Data penelitian variasi satu (aliran udara 0,2 kg/s, kaca terbuka, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola).

  36

  19

  24

  17

  18

  18

  37 10.45 902

  32

  31

  21

  30

  24

  17

  19

  19

  39 10.50 920

  31

  31

  36

  22

  33

  31

  17

  19

  Waktu Gt T ₁ T ₂ T ₃ T ₄ T ₅ T ₆ T ₇ T ₈ T ₉ Massa Kering Basah Kering Basah Kering Basah In Out Reciefer Pukul W/m² ˚C ˚C ˚C ˚C ˚C ˚C ˚C ˚C ˚C Kg

  10.30 863

  27

  27

  31

  15

  24

  19

  20

  40

  40 10.40 884

  1 10.35 874

  30

  27

  31

  16

  28

  21

  20

  20

  24

  20

  23

  26

  19

  22

  21

  39 11.10 920

  32

  30

  36

  18

  20

  19

  22

  22

  39 11.15 920

  32

  29

  39

  19

  25

  20

  24

  38

  19

  39 11.00 820

  38 10.55 870

  31

  30

  34

  17

  25

  19

  20

  20

  32

  30

  30

  37

  19

  24

  19

  21

  20

  39 11.05 870

  32

  22

Tabel 4.1 Data penelitian variasi satu (aliran udara 0,2 kg/s, kaca terbuka, massa kopra 1 kg, kolektor ½ parabola).

  37 13.20 858

  32

  32

  34

  18

  39

  30

  39

  38

  33

  38

  31

  33

  17

  39

  31

  40

  38

  39 13.25 849

  37

  40 13.15 867

  39

  31

  16

  18

  32

  27

  37

  36

  39 13.05 856

  34

  31

  36

  31

  30

  22

  37

  36

  39 13.10 876

  32

  32

  36

  21

  37

  33

  16

  31

  21

  34

  1 10.35 816

  34

  30

  33

  26

  27

  25

  18

  21

  37 10.40 830

  37

  33

  36

  24

  28

  27

  25

  23

  19

  23

  39

  30

  32

  38

  38

  37 13.30 840

  32

  31