analisis pindah panas pada sistem pemanas...

ANALISIS PINDAH PANAS PADA SISTEM PEMANAS

TAMBAHAN ALAT PENGERING SURYA HIBRID-TIPE

RAK BERPUTAR UNTUK SAWUT UBI JALAR

ADITYA NUGRAHA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Pindah Panas

pada Sistem Pemanas Tambahan Alat Pengering Surya Hibrid-Tipe Rak Berputar

untuk Sawut Ubi Jalar adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi

pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi

mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan

maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan

dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, Juli 2014

Aditya Nugraha NIM F14090052

ABSTRAK

ADITYA NUGRAHA. Analisis Pindah Panas pada Sistem Pemanas Tambahan

Alat Pengering Surya Hibrid-Tipe Rak Berputar untuk Sawut Ubi Jalar.

Dibimbing oleh DYAH WULANDANI.

Pemanas tambahan pada alat pengering ERK-Hybrid merupakan bagian

yang penting dalam proses pengeringan. Kehilangan panas pada sistem tersebut

mempengaruhi proses pengeringan. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan

analisis pindah panas yang terjadi pada sistem pemanas tambahan untuk mencari

efisiensi sistem pemanasan air dan efektivitas heat exchanger, serta menentukan

model matematis pendugaan suhu pada sistem ruang pengering. Berdasarkan hasil

pengujian, didapatkan efisiensi sistem pemanasan air dan tungku sebesar 52-56

persen, kehilangan panas terbesar terjadi pada lubang udara masuk tungku sebesar

1800-2525 watt. Rata-rata nilai efektivitas pada HE1 dan HE2 adalah 0.35 dan

0.65, sementara nilai NTU sebesar 0.42 dan 1.21. Pemodelan simulasi pendugaan

suhu ruang pengering ini dapat digunakan yang memiliki error sebesar 5%.

Berdasarkan hasil analisis pindah panas ini, terjadi kehilangan panas yang cukup

besar pada sistem pemanasan air dan tungku, sehingga perlu modifikasi pada

sistem tersebut. Beberapa modifikasi untuk meningkatkan suhu ruang pengering

antara lain membuat penutup pada tungku, memperbesar luasan permukaan HE2,

meningkatkan daya pompa dan kipas serta laju pemasukkan bahan bakar.

Kata kunci: pindah panas, heat exchanger, efisiensi, efektivitas

ABSTRACT

ADITYA NUGRAHA. Heat Transfer Analysis Of Auxiliary Heater System Of

Hybrid Solardryer-Rotating Rack Type For Sweet Potatos Grates. Supervised by

DYAH WULANDANI.

Auxiliary heater on GHE-Hybrid heating instrument is one of important part

in heating process. Heat loss on the system can affect heating process. The aim of

this research is to find water heating system efficiency and effectiveness of the

heat exchanger, and determine the mathematical model of energy balance on

drying stove system by analyzing heat transfer occured on auxiliary heater. Based

on result, efficiency on water heating system and stove was 52-56 %, the highest

heat loss on inlet air in the stove was 1800-2525 watt. The average of the

effectiveness of the HE1 and HE2 respectively were 0.35 and 0.65, while the value

of NTU respectively were 0.42 and 1.21. This estimation of simulation modeling

can be applied, indicated by error of 5%. Base on the heat transfer analysis, stove

and water heating system yield the highest heat loss, so auxiliary heater system

need to be modified, such as: by adding the cover stove, expanding HE2 heat

transfer area, increasing pump power and fan, and increasing biomass input rate.

Key words: heat transfer, heat exchanger, efficiency, efectiveness

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknologi Pertanian

pada

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

ANALISIS PINDAH PANAS PADA SISTEM PEMANAS

TAMBAHAN ALAT PENGERING SURYA HIBRID-TIPE

RAK BERPUTAR UNTUK SAWUT UBI JALAR

ADITYA NUGRAHA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

Judul Skripsi : Analisis Pindah Panas pada Sistem Pemanas Tambahan Alat

Pengering Surya Hibrid-Tipe Rak Berputar untuk Sawut Ubi Jalar

Nama : Aditya Nugraha

NIM : F14090052

Disetujui oleh

Diketahui oleh

Dr Ir Desrial, MEng

Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

Dr Ir Dyah Wulandani, MSi

Pembimbing

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala

karunia-Nya sehingga tugas akhir ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih

dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2013 ini ialah pengeringan,

dengan judul Analisis Pindah Panas pada Sistem Pemanas Tambahan Alat

Pengering Surya Hibrid-Tipe Rak Berputar untuk Sawut Ubi Jalar.

Dengan selesainya penelitian hingga tersusunnya skripsi ini, penulis ingin

menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada:

1. Dr Ir Dyah Wulandani, MSi selaku dosen pembimbing tugas akhir yang

telah memberikan nasihat kepada penulis dalam penelitian hingga

penyelesaian tugas akhir skripsi ini.

2. Dr Ir Leopold Oscar Nelwan, MSi dan Dr Ir Y.Aris Purwanto, MSc selaku

dosen penguji yang telah memberikan masukan yang berharga bagi penulis.

3. Bapak Andi Riva’i dan Ibu Nunung Akhirwati selaku orang tua yang telah

memberikan banyak dorongan, motivasi, semangat dan doa sehingga

penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Elsamila, Stephani, Andreas, Endah, Ivan, Nopri, Tika, Adytia, Desi, Jarwo,

Naufal, Rizki, Gumi, koi, Anisa, Trihadi dan teman-teman Orion TMB 46

yang membantu selama penulis melakukan penelitian.

5. Iqbal, Anggar, Dito, Ihsan, Lutfi, dan Reza dari Dermaga Regensi B22 yang

telah memberikan dukungan penulis selama penelitian.

6. Bapak Harto, Bapak Darma dan Mas Firman yang telah membantu penulis

dalam penelitian, serta seluruh staff UPT TMB IPB yang telah membantu

dalam proses administrasi.

Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat.

Bogor, Juli 2014

Aditya Nugraha

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

DAFTAR SIMBOL vii

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 2

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

TINJAUAN PUSTAKA 2

Ubi Jalar 2

Pengeringan Efek Rumah Kaca (ERK) 3

Sistem Pemanas Tambahan 3

Perpindahan Panas 5

METODE 5

Waktu dan Tempat Penelitian 5

Bahan 5

Alat 5

Prosedur Penelitian 6

Parameter Pengukuran 9

Analisis Data 11

HASIL DAN PEMBAHASAN 14

Sistem Pemanasan Air dan Tungku 14

Efektivitas dan NTU Heat Exchanger 16

Pemodelan Tanpa Beban Pengeringan 16

Modifikasi Sistem Pemanas Tambahan 19

SIMPULAN DAN SARAN 22

Simpulan 22

Saran dan Rekomendasi 22

DAFTAR PUSTAKA 22

LAMPIRAN 24

RIWAYAT HIDUP 52

DAFTAR TABEL

1 Parameter yang digunakan dalam simulasi pengeringan tanpa beban 9

2 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem pemanasan air dan tungku 14

3 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem tungku 15

4 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem pemanasan air 15

5 Kehilangan panas pada sistem pemanasan air dan tungku 15

6 Efektivitas dan NTU heat exchanger 16

7 Suhu rata-rata, nilai error hasil validasi 20

8 Skenario modifikasi dan hasil simulasi ruang pengering 20

9 Parameter untuk perhitungan NTU dan ϵ HE1 48

10 Parameter untuk perhitungan heat exchanger dalam pengering 49

11 Parameter untuk menghitung kehilangan panas pada tungku 50

DAFTAR GAMBAR

1 Ubi jalar 2

2 Konfigurasi dari penukar panas aliran tertutup. (a) Counterflow.

(b) Parallelflow. (c) Crossflow. 4

3 Pengering ERK-hybrid tipe rak berputar 6

4 Pemanas tambahan pada pengering ERK rak berputar 6

5 Diagram alir tahapan penelitian 7

6 Skema aliran pindah panas pada sistem pemanas tambahan 8

7 Aliran pindah panas seluruh sistem pengering ERK rak berputar 8

8 Titik-titik pengukuran suhu 10

9 Kehilangan panas pada sistem pemanasan air 12

10 Skema aliran pindah panas penukar kalor dalam tangki pemanas air 13

11 Validasi simulasi suhu ruang pengering 18

12 Validasi simulasi suhu absorber 19

13 Validasi simulasi suhu air dalam heat exchanger 19

14 Grafik perbandingan suhu simulasi pengeringan 21

15 Wilayah-wilayah di dalam tabung-tabung vertikal 38

16 Desain perbaikan pada tungku (dalam mm) 51

DAFTAR LAMPIRAN

1 Data nilai-nilai hasil pengukuran pada tanpa beban (percobaan 1) 24

2 Data nilai-nilai hasil pengukuran dengan beban (percobaan 2) 27

2

3 Data nilai-nilai hasil pengukuran dengan beban (percobaan 3) 29

4 Koreksi-koreksi untuk beberapa situasi konveksi bebas 31

5 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada ruang pengering 31

6 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada absorber 35

7 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada sistem pemanasan air 36

8 Perhitungan untuk koefisien pindah panas tungku 46

9 Perhitungan efisiensi sistem pemanasan air dan tungku 47

10 Perhitungan NTU dan efektivitas penukar kalor 48

11 Perhitungan kehilangan panas pada tungku 50

12 Perhitungan kehilangan panas pada tungku yang telah dimodifikasi 51

13 Rekomendasi perbaikan pada tungku 51

DAFTAR SIMBOL

A Luas permukan pindah panas m2

Cp Panas jenis spesifik J Kg-1

ᵒC-1

Gr Bilangan Grashof -

h Koefisien pindah panas konveksi W m-2 0

C

H Nilai kalor suatu bahan J Kg-1

I Iradiasi surya W m-2

K Konduktivitas termal W m-1 0

C

L Panjang karakteristik m Massa bahan Kg

ṁ Laju aliran massa Kg s-1

Nu Bilangan Nusselt -

NTU number of heat transfer units -

Pr Bilangan Prandtl -

Q Panas dari suatu bahan -

Re Bilangan Reynold -

T Suhu hasil pengukuran 0C

T' Suhu hasil simulasi 0C

Δt Selang waktu s

U Koefisien pindah panas menyeluruh W m-2 0

C

ϵ Efektivitas penukar panas %

ɳ Efisiensi %

ɛ Emisivitas suatu bahan -

α Absorptivitas -

τ Transmivitas -

ρ Massa jenis -

μ Viskositas dinamik Kg m-1

s

3

σ Tetapan Stefan Boltzman ( 5,67 x 10-8

) W m-2

K-4

Indeks

a Air

a1 Air yang masuk ke HE dalam ruang pengering (air dalam tangki)

a2 Air keluaran HE dalam ruang pengering

abs Absorber

bb Bahan bakar biomassa

C Cerobong pada HE dalam tangki

dp Dinding ruang pengering

dTk Dinding tangki pemanas air

dTu Dinding tungku

HE1 Heat exchanger dalam tangki pemanas air

HE2 Heat exchanger dalam ruang pengering

L Lingkungan

Lu Lubang masukan udara pada tungku

pTu Penutup lubang pemasukan bahan bakar

r Ruang pengering

Tu Tungku

u Udara

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Ubi jalar merupakan salah satu produk pangan lokal yang potensial dan

prospektif untuk dikembangkan sebagai produk diversifikasi pangan. Ubi jalar

juga dapat diolah menjadi beranekaragam produk dan bahan baku industri seperti

pati, tepung, saus dan alkohol. Menurut Sarwono (2005), subtitusi terigu dengan

tepung ubi jalar pada industri makanan olahan akan mengurangi penggunaan

terigu 1.4 juta ton per tahun, disamping dapat menghemat penggunaan gula

hingga 20%.

Proses pengeringan ubi jalar selama ini dilakukan dengan cara tradisional

dan modern yaitu penjemuran langsung dibawah panas matahari dan

menggunakan mesin pengering rotari. Pengeringan penjemuran seperti ini

memang relatif murah, tetapi memiliki banyak kekurangan yaitu membutuhkan

lahan terbuka yang luas, tergantung pada penyinaran matahari, kelembaban dan

kondisi angin. Produk yang dihasilkan dari pengering dengan cara ini juga dapat

terkontaminasi material asing seperti debu dan tidak aman dari serangga. Hal

tersebut menyebabkan produk tersebut menjadi kurang higienis. Pengering rotari

merupakan salah satu pengering tipe kontinyu dan mempunyai kapasitas besar.

Masalah yang akan timbul pada pengering dengan kapasitas besar adalah kinerja

pengering dan serta konsumsi energi yang besar, serta biaya pengeringan yang

dikeluarkan lebih besar, sehingga kurang sesuai digunakan untuk UKM (Usaha

Kecil Menengah).

Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-hybrid tipe rak berputar dapat

dijadikan alteratif alat pengering sawut ubi jalar yang sesuai untuk skala UKM

karena memiliki kapasitas yang sesuai. Pengering ini memanfaatkan energi surya

dan biomassa serta tenaga manusia untuk memutar rak. Energi surya dan

biomassa juga merupakan energi terbarukan, gratis dan ramah lingkungan.

Pengering ERK-hybrid ini dimaksudkan untuk menjaga kelangsungan proses

pengeringan. Penggunaan sistem hybrid ini dilakukan pada saat kondisi cuaca

kurang mendukung atau pada malam hari. Proses pengeringan dapat terus

berlangsung dengan mengoperasikan heater sebagai pemanas tambahan. Pemanas

tambahan pada pengering ERK-hybrid ini merupakan bagian yang penting untuk

memberikan panas kepada bahan, terutama ketika cuaca sedang kurang

mendukung dan pada malam hari. Pemanas tambahan pada alat pengering ini

adalah tungku biomassa dan heat exchanger (penukar kalor). Tungku biomassa

memanfaatkan limbah pertanian sebagai bahan bakar, panas yang dihasilkan dari

tungku dipindahkan oleh heat exchanger ke ruang pengering. Efisiensi tungku

bergantung pada aliran pindah panas pada pengering, jumlah output panas yang

diberikan pada pengering terhadap jumlah input panas dari bahan bakar biomassa.

Maka dari itu diperlukan analisis pindah panas pada sistem pemanas tambahan

yang berguna untuk mengetahui dimana letak kehilangan panas. Pengujian

terhadap pemanas tambahan ini diharapkan dapat ditindaklanjuti dengan

pemeliharaan, perbaikan dan modifikasi, sehingga efisiensinya meningkat.

2

Perumusan Masalah

Pemanas tambahan pada alat pengering ERK-hybrid merupakan bagian

yang penting dalam proses pengeringan. Maka dari itu diperlukan penelitian untuk

menganalisis pindah panas yang terjadi pada sistem pemanas tambahan yang

berguna untuk mengetahui dimana letak kehilangan panas. Pengujian terhadap

pemanas tambahan ini diharapkan dapat ditindaklanjuti dengan rekomendasi

untuk pemeliharaan, perbaikan dan modifikasi, sehingga efisiensinya meningkat.

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mendapatkan nilai efisiensi sistem pemanasan air dan tungku serta efektivitas

dan NTU (number of transfer unit) pada heat exchanger sebagai alat

pemanas tambahan.

2. Menentukan model matematis keseimbangan energi pada sistem ruang

pengering

3. Melakukan analisis pindah panas alat pengering ERK tipe rak berputar dan

sistem pemanas tambahan.

Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini yaitu untuk memberikan

informasi kondisi sistem pemanas tambahan dengan menganalisis pindah panas

pada sistem pemanas tambahan yang digunakan sebagai dasar dalam rangka

untuk memperbaiki performa tungku dan heat exchanger.

TINJAUAN PUSTAKA

Ubi Jalar

Ubi jalar merupakan salah satu komoditas utama yang mempunyai daya

adaptasi yang luas, sehingga dapat tumbuh dan berkembang dengan baik di

seluruh nusantara. Komoditas ini merupakan tanaman umbi-umbian penting ke-2

setelah ubi kayu yang mempunyai manfaat beragam (Hafsah 2004).

Gambar 1 Ubi jalar

3

Pengolahan ubijalar segar menjadi produk setengah jadi sangat penting guna

pengamanan ubijalar segar yang tidak tahan disimpan (Syah 2008). Umbi-umbian

biasanya dikeringkan untuk tujuan tertentu, misalnya untuk pembuatan tepung.

Widowati et al. (2002) menyebutkan proses pembuatan ubijalar menjadi tepung

didahului oleh proses pengupasan dan pencucian, kemudian ubijalar disawut atau

dirajang tipis. Sawut basah direndam dalam sodium bisulfit 0.3% selama ± 1 jam

lalu dipress, diremahkan, dan kemudian dikeringkan sampai kadar air 12-14%.

Pengeringan Efek Rumah Kaca (ERK)

Menurut Henderson dan Perry (1976), pengeringan adalah pengeluaran air

dari suatu bahan pertanian menuju kadar air keseimbangan dengan udara

sekeliling atau pada tingkat kadar air dimana mutu bahan pertanian dapat dijaga

dari serangan jamur, aktivitas serangga dan enzim. Keuntungan utama dari proses

pengeringan adalah bahan lebih tahan lama disimpan pada suhu ruang karena

mikroba dan enzim pada bahan pangan dapat diatasi akibat berkurangnya kadar

air dalam bahan. Metode pengeringan secara umum terdiri dari dua yaitu

pengeringan manual/alami dan mekanis/buatan. Pada pengeringan alami panas

pengeringan dipengaruhi oleh cahaya matahari dan kondisi lingkungan.

Pengeringan mekanis dilakukan dengan pemanas tambahan.

Pengering Efek Rumah Kaca (ERK) adalah alat pengering berenergi surya

yang memanfaatkan efek rumah kaca yang terjadi karena penutup transparan pada

dinding bangunan,serta plat absorber sebagai pengumpul panas untuk menaikkan

suhu udara ruang pengering didalamnya (Kamaruddin et al. 1994). Alat pengering

ERK-hybrid tipe rak berputar merupakan hasil rancangan tim peneliti hibah

bersaing IPB (Wulandani et al. 2009). Pengering ini terdiri dari tiga bagian utama,

yaitu bangunan rumah kaca dengan dimensi 2.15 m x 1.75 m x 1.9 m, silinder

dengan rak pengering dan pemanas tambahan yaitu tungku biomassa, tangki air

dan radiator. Pengering ini dilengkapi tungku biomassa untuk memanaskan air,

pompa digunakan untuk sirkulasi air dan radiator untuk mengubah uap air menjadi

udara panas. Bangunan rumah kaca berfungsi sebagai pengumpul panas.

Sistem Pemanas Tambahan

Sistem pemanas tambahan dalam sistem pengeringan berfungsi untuk

mempertahankan suhu ruang pengering pada tingkat tertentu yang diinginkan,

disesuaikan dengan keadaan bahan serta keadaan cuaca di sekitar sistem

pengeringan.

Tungku Biomassa

Tungku biomassa merupakan unit pemanas tambahan yang diperlukan

apabila suhu ruang pengering minimum tidak tercapai dan atau untuk digunakan

pada malam hari (Mursalim 1995). Penggunaan tungku biomassa memiliki

banyak keuntungan selain dari segi ekonomi yang cukup efisien, murah dan

mudah didapat. Penemuan dan pemanfaatan biomassa kayu, tanaman ataupun

limbah pertanian sebagai bahan baku energi secara umum telah menarik perhatian

4

dunia. Tujuan utama dari usaha-usaha tersebut adalah mencari pengganti

sumberdaya fossil seperti minyak bumi, gas alam, batu bara dengan sumber-

sumber yang dapat diperbaharui. Pada waktu yang sama, produksi limbah hasil

pertanian meningkat sehingga dapat dimanfaatkan untuk bahan bakar biomassa.

Heat Exchanger (Penukar Panas)

Menurut Chapman (1984), heat exchanger merupakan alat yang digunakan

untuk memindahkan sejumlah panas dari sebuah bahan atau zat ke bahan atau zat

lain. Bentuk yang paling sederhana dari penukar panas adalah regenerator berupa

kontainer dimana bahan yang bersuhu tinggi didalamnya akan kontak secara

langsung dengan bahan yang bersuhu lebih rendah. Pada sistem ini, masing-

masing bahan atau fluida akan mencapai suhu akhir yang sama. Jumlah dari panas

yang dapat dipindahkan dapat dihitung dengan konsep keseimbangan energi.

Energi yang dilepaskan oleh fluida yang lebih panas akan sama dengan jumlah

energi yang diterima oleh fluida yang lebih dingin.

(a) (b)

Gambar 2 Konfigurasi dari penukar panas aliran tertutup. (a) Counterflow.

(b) Parallelflow. (c) Crossflow.

Bentuk lain dari penukar panas adalah menggunakan dinding atau sekat

sehingga memungkinkan adanya perambatan panas dari fluida yang bersuhu

tinggi ke fluida yang bersuhu rendah. Sistem ini kemudian disebut dengan sistem

penukar panas sistem tertutup (closed type heat exchanger). Sedangkan pada

penukar panas sistem terbuka (open type heat exchanger) sebelum fluida masuk

kedalam sistem penukar panas, fluida akan masuk terlebih dahulu kedalam suatu

ruangan terbuka, setelah bercampur fluida akan masuk dan meninggalkan penukar

panas dalam aliran tunggal (Rachmansyah 1999).

Arah aliran dari fluida juga digunakan sebagai dasar untuk

mengklasifikasikan bentuk penukar panas pada sistem tertutup. Arah aliran

penukar panas dibedakan menjadi aliran yang berlawanan arah (Counterflow),

aliran yang searah (Parallelflow), dan arah aliran yang memotong (Crossflow).

Beberapa bentuk dari arah aliran penukar panas dapat dilihat pada Gambar 2.

5

Perpindahan Panas

Perpindahan panas (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan

perpindahan energi yang terjadi karena adanya perpedaaan suhu diantara benda

atau material. Dari termodinamika telah diketahui bahwa energi yang pindah itu

dinamakan kalor (Holman 1986). Kalor dapat berpindah dari tempat dengan

temperatur lebih tinggi ke tempat dengan tempertatur yang lebih rendah. Ada tiga

cara pindah panas yang dikenal yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

Kalor dari suatu bagian benda bertemperatur lebih tinggi akan mengalir

melalui zat benda itu ke bagian lainnya yang bertemperatur lebih rendah. Zat atau

partikel zat dari benda yang dialui kalor ini sendiri tidak mengalir sehingga tenaga

kalor berpindah dari satu partikel ke lain partikel dan mencapai bagian yang

dituju. Perpindahan ini disebut konduksi, arus panasnya adalah arus kalor

konduksi dan zatnya itu mempunyai sifat konduksi kalor. Konveksi kalor terjadi

karena partikel zat bertemperatur lebih tinggi berpindah tempat secara mengalir

sehingga dengan sendirinya terjadi perpindahan kalor melalui perpindahan massa.

Aliran zat atau fluida, dapat berlangsung sendiri sebagai akibat perbedaan massa

jenis karena perbedaan temperatur, dan dapat juga sebagai akibat paksaan (Halli

2012). Mode ketiga dari transmisi kalor disebabkan oleh perambatan gelombang

elektromagnetik, yang dapat terjadi baik didalam vakum total maupun di dalam

medium. Bukti eksperimental mengindikasikan bahwa perpindahan kalor radian

adalah proposional terhadap pangkat keempat dari temperatur absolut, sementara

konduksi dan konveksi proposional terhadap selisih temperatur linier (Pitts dan

Sissom 2008).

METODE

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut

Pertanian Bogor. Penelitian ini telah dilaksanakan selama 4 bulan, terhitung dari

tanggal 23 Maret 2013 hingga tanggal 23 Juni 2013.

Bahan

Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah ubi jalar yang

diperoleh dari Kelompok Tani Hurip di Desa Cikarawang, Kecamatan Darmaga,

Kabupaten Bogor.

Alat

Alat pengering yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat pengering

ERK-hybrid tipe rak berputar ini merupakan hasil rancangan tim peneliti hibah

bersaing IPB (Wulandani et al. 2009). Sumber panas berasal dari energi surya dan

6

biomassa. Pengering ini terdiri dari tiga bagian utama, yaitu bangunan rumah kaca

dengan dimensi 2.15 m x 1.75 m x 1.9 m, silinder dengan rak pengering (Gambar

3) dan pemanas tambahan yaitu tungku biomassa, tangki pemanas air dan radiator

(Gambar 4). Tungku biomassa berbentuk balok dengan dimensi 0.57 m x 0.53 m x

0.34 m. Tangki pemanas air berbentuk tabung dengan diameter 0.46 m dan tinggi

0.55 m, serta didalamnya terdapat heat exchanger yang berbentuk silinder (9

buah) dan balok. Radiator yang berada dalam ruang pengering berjumlah 3 buah

dengan luas permukaan 2.996 m2. Pemanas tambahan dilengkapi pompa air untuk

sirkulasi air ke radiator dan kembali ke tangki air, pompa yang digunakan

membutuhkan daya sebesar 125 Watt.

Gambar 3 Pengering ERK-hybrid tipe rak berputar

Gambar 4 Pemanas tambahan pada pengering ERK rak berputar

Instrumen yang dibutuhkan sebagai berikut termokopel tipe CC,

termokopel tipe K, timbangan digital dengan ketelitian 0.1 gram, drying oven SS-

204 D Ikeda Scientific, hybrid recorder, termometer air raksa, anemometer

kanomax tipe 6011, digital multimeter, pyranometer, stopwatch, pisau, alat sawut

ubi, ember, gelas ukur dan tray.

Prosedur Penelitian

Pada penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan yang dapat dilihat

pada diagram alir pada Gambar 5.

8

7

Gambar 5 Diagram alir tahapan penelitian

Kegiatan penelitian terdiri dari beberapa tahapan, yaitu :

1. Persiapan

Persiapan yang dilakukan yaitu pengumpulan data sifat-sifat termofisik

material pengering dan produk yang dikeringkan. Sifat termofisik

berupa nilai panas jenis spesifik, konduktifitas termal, koefisien pindah

panas, emisivitas bahan dan mengenal jenis penukar panas yang

digunakan

2. Percobaan pengeringan

Percobaan pengeringan dillakukan sebanyak 3 kali, yaittu pengeringan

tanpa beban dan pengeringan menggunakan produk. Percobaan 1

merupakan percobaan tanpa beban dilakukan selama 24 jam. Percobaan

2 dan 3 dilakukan menggunakan beban, selama 14.5 jam dan 13.5 jam.

3. Analisis efisiensi sistem pemanasan air dan tungku dan efektivitas

sistem penukar panas

Dari data yang didapatkan dari percobaan, dihitung jumlah panas yang

diterima air berbanding dengan panas yang diberikan bahan bakar

Pemodelan pindah pindah

panas suhu & simulasi suhu

Ya

Tidak Validasi

error suhu

Modifikasi sistem penukar panas

Rekomendasi

Selesai

Mulai

Persiapan : Pengumpulan data sifat-sifat termofisik

material pengering & Produk yang dikeringkan

Percobaan pengeringan

Analisis efisiensi sistem pemanasan air &

tungku efektivitas sistem heat exchanger

8

biomassa, kemudian didapatkan efisiensi sistem pemanasan air dan

tungku, nilai efisiensi tersebut didapatkan dari persamaan 9. Data

percobaan suhu yang bersangkutan dengan penukar panas, digunakan

untuk mencari nilai efektivitas penukar panas. Nilai efektivitas tersebut

didapatkan dari persamaan 21 dan 23. Penukar panas yang digunakan

pada alat pengering ini ada dua buah, yaitu penukar panas yang terdapat

pada tangki pemanas air (HE1) dan penukar panas yang terdapat pada

ruang pengering (HE2). Data percobaan tersaji pada Lampiran 1, 2, dan

3. Skema aliran pindah panas pada sistem pemanas tambahan dapat

dilihat pada Gambar 6.

Keterangan:

(1) Tungku biomassa; (2) HE1; (3) Pompa air; (4) Selang; (5) HE2

Gambar 6 Skema aliran pindah panas pada sistem pemanas tambahan

4. Pemodelan pindah panas dan simulasi suhu ruang pengeringan

Simulasi ini dilakukan melalui pendekatan-pendekatan dari distribusi

suhu yang dihasilkan pada pengujian tanpa beban. Sehingga dapat

diketahui distribusi suhu dalam ruang pengering. Simulasi ini

menggunakan parameter-parameter pada Tabel 1. Skema aliran pindah

panas seluruh sistem pengeringan ERK rak berputar ini dapat dilihat

pada Gambar 7.

Gambar 7 Aliran pindah panas seluruh sistem pengering ERK rak berputar

Pindah panas Konveksi dan Konduksi

Panas melalui konveksi

Iradiasi surya

Pindah massa

Pembakaran Biomassa

Keterangan :

9

Tabel 1 Parameter yang digunakan dalam simulasi pengeringan tanpa beban

Parameter Simbol Satuan Nilai Keterangan

Udara pengering

Massa udara ruang pengering mr Kg 25.4906 Wulandani (2009)

Laju udara lingkungan ṁL kg/detik 0.001814 Utari (2013)

Panas spesifik lingkungan CpL J/kgᵒC 1005.8109 Lampiran 5

Panas spesifik ruang pengering Cpr J/kgᵒC 1006.9217 Lampiran 5

Luas permukaan dinding Adp m2 18.5825 Pengukuran

Koefisien pindah panas keseluruhan

dinding

Udp W/m2ᵒC 1.096 Lampiran 5

Absorber

Massa absorber mabs kg 59.4249 Utari (2013)

koefisien pindah panas absorber habs W/m2ᵒC 2.71 Lampiran 6

Panas spesifik absorber Cpabs J/kgᵒC 452 Holman (1986)

Absorsivitas absorber αabs

0.96 Utari (2013)

Transimivitas ruang pengering τabs

0.45 Wulandani (2009)

Luas permukaan absorber Aabs m2 3.7625 Pengukuran

Heat exchanger (dalam ruang pengering)

Massa HE2 mHE2 kg 4.5 Wulandani (2009)

Panas jenis spesifik radiator CpHE2 J/kgᵒC 385 Holman (1986)

Luas permukaan radiator ( 3 buah ) AHE2 m2 2.9961 Wulandani (2009)

Koefisien pindah panas menyeluruh HE2 UHE2 W/m2ᵒC 15 Wulandani (2009)

Sistem pemanasan air

Laju air yang masuk ke tangki ṁa kg/detik 0.31 Lampiran 7

Panas spesifik air dalam tangki Cpa J/kgᵒC 4191.18 Lampiran 7

Massa air dalam tangki ma kg 79.93 Lampiran 7

Nilai kalor biomassa Hbb J/kg 15779127 Utari (2013)

Laju bahan bakar biomassa (pagi–siang) ṁbb kg/detik 0.000453 Pengukuran

Laju bahan bakar biomassa (sore–malam) ṁbb kg/detik 0.000645 Pengukuran

Efisiensi sistem pemanasan air dan

tungku ɳ 0.54 Lampiran 9

5. Rekomendasi

Setelah mendapatkan model simulasi ruang pengering, nilai efisiensi

sistem pemanasan air dan tungku dan nilai efektivitas penukar kalor,

dilakukan rekomendasi berupa modifikasi penukar panas dan tungku.

Parameter Pengukuran

Suhu

Suhu yang diukur adalah api pembakaran, suhu udara yang keluar dari

cerobong, suhu air dalam tangki, suhu air yang keluar dari HE2, suhu dinding pada

HE1, suhu dinding tungku, suhu dinding tangki, suhu fin pada HE2, suhu ruang

pengering (bola basah-kering), suhu dinding pengering, suhu absorber, suhu

10

lingkungan (bola basah-kering). Pengukuran menggunakan termometer,

termokopel tipe K dan CC pada titik-titik pengukuran (Gambar 8). Pengukuran

suhu ruang menggunakan termometer yang diletakkan di tengah ruang, dengan

asumsi suhu pada ruangan merata. Pengambilan data suhu dilakukan secara

periodik yaitu setiap 30 menit sekali.

Keterangan :

T1: Suhu lubang pemasukan bahan bakar, T2: suhu api pembakaran, T3: suhu dinding

tungku, T4: suhu air dalam tangki, T5: suhu dinding tangki, T6: suhu air keluaran HE2,

T7: suhu dinding HE1, T8 : suhu cerobong, T9: suhu lantai absorber, T10-T12: suhu

dinding fin HE2, T13: suhu ruang pengering, T14: suhu dinding pengering, T15: suhu

udara lingkungan, T16: suhu atap pengering.

Gambar 8 Titik-titik pengukuran suhu

Iradiasi Surya

Pengukuran menggunakan pryanometer dan diletakan ditempat yang tidak

terhalang cahaya matahari.

Kecepatan Aliran Udara

Diukur menggunakan anemometer model 6011 Kanomax, dengan ketelitian

0.01 m/detik. Bagian yang ukur meliputi kecepatan aliran udara lingkungan dan

kecepatan udara dalam ruang pengering.

Kebutuhan Bahan Bakar

Jumlah biomassa yang dibutuhkan selama proses pengeringan merupakan

penggunaan biomassa yang terbakar.

Debit Air

Debit air pompa diukur secara volumetrik menggunakan gelas ukur dan

stopwatch. Debir air digunakan untuk mengetahui laju air yang keluar dari HE2.

11

Analisis Data

Pindah Panas Analisis parameter pindah panas dihitung berdasarkan persamaan-

persamaan sebagai berikut:

1. Pindah Panas Konduksi

Perpindahan panas secara konduksi, maka laju perpindahan panas

berbanding lurus dengan gradient suhu normal.: 𝑞

𝐴~

𝜕𝑇

𝜕𝑥

Jika dimasukkan konstanta proporsionalitas atau ketetapan

kesebandingan, maka:

𝑞 = −𝑘𝐴𝜕𝑇

𝜕𝑥

dimana q adalah laju perpindahan kalor dan 𝜕𝑇

𝜕𝑥 merupakan gradient suhu

kearah perpindahan kalor.

2. Pindah Panas Konveksi

a. Konveksi Alamiah (Bebas)

Perpindahan kalor total dapat dinyatakan sebagai:

qv = hA ΔT dimana h merupakan koefisien perpindahan kalor konveksi, dan A

merupakan luasan permukaan.

h = Nu k

𝐿

dimana k adalah konduktivitas dan L merupakan dimensi karakteristik.

𝑁𝑢 = 𝐶 ( GrPr) m

Dimana Nu adalah bilangan Nusselts yang merupakan fungsi dari h

(koefisien perpindahan kalor), Gr merupakan bilangan Grashof dan Pr

merupakan bilangan Prandtl.

Nilai konstanta C dan m didasarkan pada nilai GrPr dan konfigurasi-

konfigurasi geometri umum dapat dilihat Lampiran 4 (Pitts dan Sissom

2008)

b. Konveksi Paksa

Perpindahan kalor konveksi bergantung pada angka Reynold (Re)

dan Prandtl (Pr). Bentuk paling sederhana koefisien perpindahan kalor

konveksi paksa dapat dinyatakan dalam bentuk berikut:

Nu = C Rem

Prn

Dimana C,m, dan n ialah konstanta yang ditdasarkan pada angka Reynold

dalam berbagai bentuk dan kondisi.

Pelat datar Laminar ( ReL < 5 x 105 )

NuL = 0.664 ReL ½

Pr 1/3

3. Pindah Panas Radiasi

Rumus untuk perpindahan panas secara radiasi menerapkan hukum

Stefan Boltzmann, yaitu:

qr= ɛ 𝜍T4

Persamaan diatas disebut hukum stefan-boltzman tentang radiasi

termal dan berlaku hanya untuk radiasi benda hitam saja. Benda hitam

adalah benda yang memancarkan energi menurut hokum T4, dimana

.…….………………….……….…..….(1)

..…….…………………….…......(2)

..…….……………….……………......(8)

..…….……………….…....(3)

..…….…………………….......(6)

.…….………………….…………...(4)

....…………………......(7)

………………………….....(5)

12

merupakan konstanta Stefan-Boltzmann ( 5.67 x 10-8

W/m2K

4 ) dan ɛ

adalah emisivitas.

Sistem Pemanasan Air dan Tungku

Perhitungan keseimbangan energi pada sistem ini meliputi jumlah energi

yang diterima unit pemasakan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi dari sistem

pemanasan air dan tungku ini adalah perbandingan dari jumlah panas yang

diterima oleh air akibat pembakaran bahan bakar (Qbb) untuk memanaskan air

tersebut. Efisiensi tersebut dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut:

ɳ 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑘𝑖 𝑑𝑎𝑛 𝑡𝑢𝑛𝑔𝑘𝑢 =𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1−𝑇𝑎2

𝑄𝑏𝑏

Maka keseimbangan yang terjadi pada sistem pemanasan air dan tungku

dapat dimodelkan sebagai berikut :

ɳ 𝑚 𝑏𝑏 𝐻𝑏𝑏 = 𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑎2 Ideal nya seluruh panas yang dihasilkan dari proses pembakaran harus

digunakan untuk memanaskan air dalam tangki. Namun demikian dalam

prakteknya banyak panas yang hilang dalam beberapa cara sebagaimana

ditunjukan Gambar 9.

Gambar 9 Kehilangan panas pada sistem pemanasan air

Pada tungku terjadi beberapa kehilangan panas, antara lain: kehilangan

panas pada dinding tungku (QL1), kehilangan panas pada lubang udara masuk

pada tungku (QL2), kehilangan panas pada gas buang cerobong (QL3), sedangkan

Pada tangki air terjadi kehilangan panas pada dinding tangki (QL4). Kehilangan

panas ini didekati dengan persamaan:

𝑄𝐿1 = ℎ𝑑𝑇𝑢𝐴𝑑𝑇𝑢 𝑇𝑑𝑇𝑢 − 𝑇𝐿 + 𝜍𝐴𝑑𝑇𝑢 ɛ 𝑇𝑑𝑇𝑢4 − 𝑇𝐿

4

𝑄𝐿2 = 𝐴𝐿𝑢 𝜍 ɛ 𝑇𝑇𝑢4 − 𝑇𝐿𝑢

4

𝑄𝐿3 = 𝐴𝐿𝐶 𝜍 ɛ 𝑇𝑇𝑢4 − 𝑇𝐿𝐶

4 + 𝐴𝐷𝐶 𝜍 ɛ 𝑇𝐿𝐶4 − 𝑇𝐿

4

+𝐴𝐷𝐶 ℎ𝐷𝐶 𝑇𝐷𝐶 − 𝑇𝐿 𝑄𝐿4 = 𝐴𝑑𝑇𝑘ℎ𝑑𝑇𝑘 𝑇𝑑𝑇𝑘 − 𝑇𝐿

Berdasarkan jumlah kehilangan panas dari sistem tungku (QLtu) yaitu QL1, QL2 dan QL3 , efisiensi sistem tungku dapat dihitung dengan persamaan 15.

ɳ𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑡𝑢𝑛𝑔𝑘𝑢 =𝑄𝑏𝑏 − 𝑄𝐿𝑡𝑢

𝑄𝑏𝑏=

𝑄𝑡𝑢

𝑄𝑏𝑏

𝑄𝐿𝑡𝑢 = 𝑄𝐿1 + 𝑄𝐿2+ 𝑄𝐿3

..…….…..........(9)

.… ……………..….....(10)

............(11)

….…......................(12)

…...................…...(13)

...……………………….…........(14)

….….…....…........(15)

…………..……….....(16)

13

Perbandingan antara panas yang diterima air (Qa) dan panas yang

diberikan tungku ke tangki pemanas air (Qtu) merupakan efisiensi dari sistem

pemanasan air. Efisiensi tersebut dapat dihitung dengan persamaan 17.

ɳ𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑘𝑖 =𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1−𝑇𝑎2

𝑄𝑡𝑢

Sistem Heat Exchanger dalam Tangki Pemanas Air (HE1)

Dalam sistem pemanasan air ini terdapat penukar kalor, penukar kalor yang

digunakan dalam tangki yaitu penukar kalor tipe aliran berlawanan arah

(CrossFlow). Pada sistem penukar panas ini keseimbangan energi meliputi panas

dari air yang dipanaskan (Qa), panas dari laju aliran udara yang melewati penukar

panas (Qu) dan beban panas teoritis dari penukar panas (Qhe). Skema aliran

pindah panas pada penukar panas yang digunakan pada sistem pemanasan air

dapat dilihat pada Gambar 10. Dari konsep keseimbangan energi diperoleh

(Rachmansyah 1999) :

Qa = Qu = Qhe

atau

𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑎2 = 𝑚 𝑢𝐶𝑝𝑢 𝑇𝑇𝑢 − 𝑇𝐶 = 𝐴𝐻𝑒1 𝑈𝐻𝑒1 𝛥𝑇𝑚

Nilai ϵ merupakan nilai efektifitas penukar panas, secara umum nilai

efektivitas ini tergantung dari faktor suhu yang terjadi pada penukar panas selama

proses berlangsung. Nilai efektifitas penukar kalor dengan Cmin/Cmaks = 0 dapat

dihitung dengan persamaan 21 ( Holman 1986 ).

𝐶 =𝐶𝑚𝑖𝑛

𝐶𝑚𝑎𝑘𝑠=

(𝑚 𝑐𝑝 )𝑚𝑖𝑛

(𝑚 𝑐𝑝 )𝑚𝑎𝑘𝑠

𝜖 = 1 − 𝑒−𝑁𝑇𝑈

𝑁𝑇𝑈 = 𝑈 𝐴

𝐶𝑚𝑖𝑛

Nilai koefisien pindah panas pada heat exchanger ini dapat dihitung

menggunakan persamaan 4, disesuaikan dengan geometri dari bentuk heat

exchanger tersebut.

NTU ( number of heat transfer units ) adalah jumlah satuan perpindahan

panas yang merupakan tolak ukur perpindahan panas suatu penukar kalor.

Gambar 10 Skema aliran pindah panas penukar kalor dalam tangki pemanas air

…….……………………..…….……..…..(18)

….….(19)

……...…..…….....(17)

.......................................…….(22)

......................................................….(20)

....................................…..(21)

14

Sistem Heat Exchanger dalam Ruang Pengering (HE2) Pada sistem heat exchanger dalam ruang pengering ini memiliki

keseimbangan energi yang sama dengan heat exchanger yang terdapat dalam

tangki air. Sistem aliran pada HE2 dapat dilihat pada Gambar 6.

Nilai efektivitas pada sistem penukar kalor dapat dicari dengan persamaan

(Holman 1986):

𝜖 = 𝑄𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙

𝑄𝑚𝑎𝑘𝑠

𝑄𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎𝑖 − 𝑇𝑎𝑜 = 𝑚 𝑢𝐶𝑝𝑢 𝑇𝑢𝑜 − 𝑇𝑢𝑖

Dimana panas maksimal yang mungkin terjadi dapat dihitung dengan

persamaan (Holman 1986) :

𝑄𝑚𝑎𝑘𝑠 = (ṁ𝐶𝑝)𝑚𝑖𝑛 𝑇ℎ 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 − 𝑇𝑐 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 =(ṁ𝐶𝑝)𝑚𝑖𝑛 𝑇𝑎𝑖 − 𝑇𝑢𝑖

Setelah mendapatkan nilai efektivitas, nilai NTU untuk penukar kalor aliran

silang dapat dihitung dengan persamaan (Holman 1986 ) :

𝑁𝑇𝑈 = −𝐿𝑛 [1 + 1

𝐶 𝐿𝑛 1 + 𝐶𝜖 ]

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sistem Pemanasan Air dan Tungku

Efisiensi Sistem Pemanasan Air dan Tungku

Efisiensi pemanasan sistem pemanasan air dan tungku merupakan

perbandingan jumlah panas yang diterima air dengan panas hasil pembakaran

bahan bakar. Hal ini menunjukan kemampuan pemanas air yaitu tungku dan

tangki pemanas air untuk menaikan suhu air dengan melepaskan panas dari hasil

pembakaran bahan bakar biomassa selama proses berlangsung. Berikut data hasil

pengukuran pada sistem pemanasan air dan tungku dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem pemanasan air dan tungku

Percobaan Qbb Qa ɳ

W W %

1 10018.5 5585.1 55.7

2 10389.6 5559.0 53.5

3 10061.2 5246.9 52.2

Efisiensi yang didapatkan dari hasil pengukuran berkisar 52-56 %, panas

yang dihasilkan dari pembakaran diserap untuk proses pemanasan air dan

sebagian hilang diserap oleh dinding tungku, dinding tangki dan ke lingkungan.

Efisiensi yang didapatkan dari nilai kehilangan pada sistem tungku dapat

dilihat pada Tabel 3 dengan contoh perhitungan yang tersaji pada Lampiran 11.

Pada analisis pindah panas yang dilakukan, tidak semua kehilangan panas pada

seluruh komponen tungku diperhitungkan seperti pembakaran yang tidak

sempurna. Kemungkinan efisiensi tungku yang dihasilkan dalam perhitungan ini

......................................................................(23)

....(25)

.................(24)

..................................(26)

15

masih lebih besar daripada efisiensi tungku aktual. Nilai efisiensi tungku yang

diperoleh merupakan perbandingan panas yang diterima tungku dan panas yang

diberikan oleh bahan bakar biomassa.

Tabel 3 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem tungku

Percobaan Qbb QLtu Qtu ɳ

W W W %

1 10018.5 2920.3 7098.2 70.8

2 10389.6 2701.2 7688.4 74.0

3 10061.2 2276.9 7784.3 77.4

Panas yang diterima tangki pemanas air digunakan untuk memanaskan air.

Efisiensi sistem pemanasan air merupakan perbandingan antara panas yang

diterima air dan panas yang diberikan oleh tungku ke tangki pemanas air. Nilai

efisiensi sistem pemanasan air dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem pemanasan air

Percobaan Qtu Qa ɳ

W W %

1 7098.2 5585.1 78.7

2 7688.4 5559.0 72.3

3 7784.3 5246.9 67.4

Kehilangan Panas pada Sistem Pemanasan Air dan Tungku

Panas yang hilang pada sistem pemanasan air dan tungku antara lain

kehilangan panas pada dinding tungku (QL1), kehilangan panas pada lubang udara

masuk pada tungku (QL2), kehilangan panas pada gas buang cerobong (QL3),

sedangkan Pada tangki air terjadi kehilangan panas pada dinding tangki (QL4).

Tabel 5 Kehilangan panas pada sistem pemanasan air dan tungku

Percobaan QL1 QL2 QL3 QL4

Watt Watt Watt Watt

1 248.0 2524.9 109.8 117.0

2 250.1 2327.4 96.7 118.5

3 208.9 1805.1 78.6 130.6

Dari Tabel 5 dapat dilihat panas yang hilang pada sistem ini. Kehilangan

panas terbesar pada sistem ini terdapat pada lubang udara pada tungku sebesar

1800- 2525 Watt. Hal ini dikarenakan panas dari hasil pembakaran terbuang

secara langsung ke lingkungan melalui lubang udara pada tungku. Untuk

mengurangi kehilangan panas yang terjadi pada sistem ini diperlukan modifikasi,

terutama desain lubang pemasukan bahan bakar yang terbuka langsung.

16

Efektivitas dan NTU Heat Exchanger

Pada alat pengering tipe rak berputar-hybrid ini memiliki dua buah heat

exchanger. Kemampuan heat exchanger dalam memberikan panas dapat dilihat

dari nilai efektivitasnya, yaitu panas aktual yang terjadi terhadap panas maksimal

yang mungkin diberikan oleh heat exchanger. Nilai efektivitas kedua heat

exchanger disajikan pada Tabel 6 dengan contoh perhitungan yang tersaji pada

Lampiran 10. Nilai efektivitas HE1 sebesar 0.34-0.35, yang berarti efektivitas dari

heat exchanger cukup kecil. Hal tersebut dikarenakan panas aktual yang diterima

air jauh lebih kecil dibandingkan dengan panas maksimal yang diberikan heat

exchanger. Nilai Efektivitas HE2 lebih besar dibanding HE1 yaitu sebesar 0.63-

0.68. Luas permukaan HE2 yang besar mempengaruhi banyaknya panas yang

diterima ruang pengering sehingga efektivitasnya cukup tinggi. Nilai NTU pada

heat exchanger merupakan tolak ukur perpindahan panas suatu penukar kalor,

semakin tinggi nilai NTU semakin tinggi efektivitasnya.

Tabel 6 Efektivitas dan NTU heat exchanger

Percobaan HE1 HE2

NTU ϵ NTU ϵ

I 0.43 0.35 1.18 0.63

II 0.42 0.35 1.32 0.68

III 0.42 0.34 1.15 0.63

Nilai efektivitas HE1 yang diperoleh sesuai dengan hasil penelitian Rukmini

(2006) menyatakan, nilai efektivitas heat exchanger berkisar 0.28-0.36. Heat

exchanger yang digunakan hampir sama dengan HE1 yaitu tipe counterflow,

namun berbeda dari segi desain. Prinsip kerja heat exchanger pada penelitian

Rukmini, udara masuk memanaskan pipa-pipa heat exchanger kemudian pipa

tersebut memanaskan udara pengering. Hal ini berbeda dengan HE1 pada

penelitian ini, pipa-pipa penukar panas memanaskan air dalam tangki. Nilai HE2

yang diperoleh dalam pengujian mendekati hasil peneltian Rachmansyah (1999)

yaitu berkisar 0.56-0.68. Heat exchanger yang digunakan berupa radiator dan

bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan air yaitu minyak tanah.

Pemodelan Tanpa Beban Pengeringan

Pemodelan simulasi dilakukan untuk mengetahui sebaran suhu pada ruang

pengering, suhu absorber, suhu air yang masuk kedalam HE2. Tujuan dan manfaat

dari simulasi ini adalah untuk memperkirakan suhu ruang pengering selama

proses pengeringan. Pemodelan dari simulasi ini dapat digunakan untuk

mengevaluasi metode pengoperasian terbaik atau sebagai acuan untuk

memperbaiki peforma pada alat pengering ini. Proses simulasi ini merupakan

pengembangan dari pemodelan matematis yang telah dimodifikasi sesuai dengan

keadaan dalam proses pengeringan berdasarkan keseimbangan energi pada setiap

komponen penyusun pengering ERK (Kamaruddin 1994).

Pendugaan sebaran suhu pada simulasi didapatkan dari persamaan

keseimbangan panas yang terjadi antara suhu ruang pengering, absorber, dan air

17

dalam HE2. Perhitungan hasil simulasi ini didapatkan dari data suhu lingkungan

(TL), iradiasi surya (I), suhu air yang keluar dari HE2 (Ta2) dan laju pemasukan

biomassa (ṁbb) pada saat pengambilan data tanpa beban selama 24 jam. Simulasi

ini menggunakan parameter-parameter yang ada, dapat dilihat pada Tabel 1.

Berikut adalah pengembangan dari pemodelan matematis yang digunakan

dalam proses simulasi pengeringan tanpa beban:

Pada ruang pengering

𝑚𝑟𝐶𝑝𝑟𝑑𝑇𝑟

𝑑𝑡= 𝑚 𝐿𝐶𝑝𝐿 𝑇𝐿 − 𝑇𝑟 + 𝐴𝑎𝑏𝑠ℎ𝑎𝑏𝑠 𝑇𝑎𝑏𝑠 − 𝑇𝑟

+ 𝐴𝐻𝑒2𝑈𝐻𝑒2 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑟 + 𝐴𝑑𝑝𝑈𝑑𝑝 𝑇𝐿 − 𝑇𝑟

𝑚𝑟𝐶𝑝𝑟∆𝑡

𝑇𝑟′ − 𝑇𝑟 = 𝑚 𝐿𝐶𝑝𝐿 𝑇𝐿 − 𝑇𝑟 + 𝐴𝑎𝑏𝑠ℎ𝑎𝑏𝑠 𝑇𝑎𝑏𝑠 − 𝑇𝑟 +

+ 𝐴𝐻𝑒2 𝑈𝐻𝑒2 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑟 + 𝐴𝑑𝑝𝑈𝑑𝑝 𝑇𝐿 − 𝑇𝑟

𝑇𝑟′ = 𝑇𝑟 + [ ∆𝑡

𝑚𝑟𝐶𝑝𝑟 × { 𝑚 𝐿𝐶𝑝𝐿 𝑇𝐿 − 𝑇𝑟 + 𝐴𝑎𝑏𝑠ℎ𝑎𝑏𝑠 𝑇𝑎𝑏𝑠 − 𝑇𝑟

+ 𝐴𝐻𝑒2 𝑈𝐻𝑒2 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑟 + 𝐴𝑑𝑝𝑈𝑑𝑝 𝑇𝐿 − 𝑇𝑟 }]

Persamaan 29 digunakan untuk menduga suhu ruang pengering pada

ruang pengering yang dipengaruhi oleh kondisi plat absorber, suhu

absorber, suhu lingkungan dan suhu heat exchanger. Peningkatan suhu

pada ruangan dipengaruhi oleh panas yang diberikan absorber, heat

exchanger dan panas yang keluar dari ruang ke lingkungan. Pada

persamaan ini menggunakan asumsi panas yang diberikan heat exchanger

sebesar 0.4 dan asumsi panas dari absorber 0.6 (siang) dan 0.8 (malam).

Nilai 0.4 digunakan asumsi, yang dimaksud hanya 40% panas yang

diberikan heat exchanger ke ruangan, sementara panas yang diberikan

absorber ke ruangan pada siang hari hanya 60% dan panas yang diterima

absorber pada malam hari hanya 80%.

Pada absorber

𝑚𝑎𝑏𝑠𝐶𝑝𝑎𝑏𝑠𝑑𝑇𝑎𝑏𝑠

𝑑𝑡= 𝐴𝑎𝑏𝑠ℎ𝑎𝑏𝑠 𝑇𝑟 − 𝑇𝑎𝑏𝑠 + 𝐼 𝜏𝑑𝑝 𝐴𝑎𝑏𝑠 𝛼𝑎𝑏𝑠

𝑚𝑎𝑏𝑠𝐶𝑝𝑎𝑏𝑠

∆𝑡 𝑇𝑎𝑏𝑠 ′ − 𝑇𝑎𝑏𝑠 = 𝐴𝑎𝑏𝑠ℎ𝑎𝑏𝑠 𝑇𝑟 − 𝑇𝑎𝑏𝑠

+ 𝐼 𝜏𝑑𝑝 𝐴𝑎𝑏𝑠 𝛼𝑎𝑏𝑠

𝑇𝑎𝑏 𝑠 ′ = 𝑇𝑎𝑏𝑠 + [ ∆𝑡

𝑚𝑎𝑏𝑠 𝐶𝑝𝑎𝑏𝑠 × { 𝐴𝑎𝑏𝑠ℎ𝑎𝑏𝑠 𝑇𝑟 − 𝑇𝑎𝑏𝑠

+𝐼 𝜏𝑑𝑝 𝐴𝑎𝑏𝑠 𝛼𝑎𝑏𝑠 }]

Persamaan 32 digunakan untuk menduga suhu absorber pada ruang

pengering yang dipengaruhi oleh iradiasi surya, luasan plat absorber,

koefisien pindah panas plat absorber, suhu pada plat absorber dan suhu

ruang pengering. Peningkatan suhu pada absorber dipengaruhi oleh panas

yang diberikan oleh iradiasi surya dan ruang pengering. Pada persamaan

ini menggunakan asumsi energi surya yang diterima oleh absorber sebesar

0.2 dan asumsi panas dari ruangan sebesar 0.6 (siang) dan 0.8 (malam).

......................…. (27)

…….................… (28)

.................. (29)

....... (30)

..................................................... (31)

................................................................. (32)

18

Nilai 0.2 yang digunakan sebagai asumsi, maksudnya adalah dari energi

surya keseluruhan yang diterima oleh absorber dalam ruang pengering,

hanya 20%. Asumsi panas dari ruangan sama dengan persamaan 29 yaitu

60% dan 80 %.

Pada sistem pemanasan air

𝑚𝑎1𝐶𝑝𝑎1𝑑𝑇𝑎1

𝑑𝑡= ɳ 𝑚 𝑏𝑏 𝐻𝑏𝑏 − 𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑎2

𝑚𝑎1𝐶𝑝𝑎1

∆𝑡 𝑇𝑎1′ − 𝑇𝑎1 = ɳ 𝑚 𝑏𝑏 𝐻𝑏𝑏 − 𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑎2

𝑇𝑎1′ = 𝑇𝑎1 + [ ∆𝑡

𝑚𝑎𝐶𝑝𝑎 × ɳ 𝑚 𝑏𝑏 𝐻𝑏𝑏 − 𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑎2 ]

Persamaan 35 digunakan untuk menduga suhu air dalam tangki yang

akan masuk ke HE2 dan dipengaruhi oleh kondisi suhu air dalam tangki,

kondisi tungku dan kondisi heat exchanger.

Validasi Pemodelan Simulasi

Validasi pemodelan simulasi ini dilakukan terhadap suhu ruang pengering,

suhu absorber dan suhu air di dalam HE2. Validasi bertujuan untuk membuktikan

kebenaran model dalam menggambarkan kondisi nyata. Validasi ini didapatkan

dengan membandingkan hasil simulasi dengan data pengukuran hasil percobaan.

Validasi suhu dapat dilihat pada Gambar 11 (validasi suhu ruang pengering),

Gambar 12 (validasi suhu absorber) dan Gambar 13 (validasi suhu air dalam heat

exchanger).

Gambar 11 Validasi simulasi suhu ruang pengering

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

12.0

0

13.0

0

14.0

0

15.0

0

16.0

0

17.0

0

18.0

0

19.0

0

20.0

0

21.0

0

22.0

0

23.0

0

00.0

0

01.0

0

02.0

0

03.0

0

04.0

0

05.0

0

06.0

0

07.0

0

08.0

0

09.0

0

10.0

0

11.0

0

Su

hu

(ᵒC

)

Pukul

Truang ukur Truang Simulasi

................. (33)

......... (34)

... (35)

19

Gambar 12 Validasi simulasi suhu absorber

Gambar 13 Validasi simulasi suhu air dalam heat exchanger

Pada Gambar 11, 12, 13, pola sebaran suhu hasil simulasi telah mengikuti

pola sebaran suhu hasil pengukuran. Pada Gambar 12, suhu hasil simulasi

absorber ketika pukul 09.00-10.00 meningkat drastis, hal ini dikarenakan nilai

iradiasi pada saat pengukuran sangat tinggi. Nilai error dari validasi suhu diatas

dapat dilihat pada Tabel 7. Nilai error tersebut masih dapat diterima, sehingga

persamaan tersebut dapat digunakan untuk simulasi pada alat pengering ERK-

hybrid tipe rak berputar. Suhu hasil simulasi absorber dan ruang pengering lebih

tinggi dibanding suhu hasil pengukuran. Hal ini disebabkan oleh radiasi surya

yang diterima oleh plat absorber terhalang oleh susunan rak yang ada diatasnya

dan panas yang diberikan HE2 tidak maksimal dikarenakan kinerja HE2 yang

mulai menurun. Hasil validasi suhu air dalam heat exchanger cukup mendekati,

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

12.0

0

13.0

0

14.0

0

15.0

0

16.0

0

17.0

0

18.0

0

19.0

0

20.0

0

21.0

0

22.0

0

23.0

0

00.0

0

01.0

0

02.0

0

03.0

0

04.0

0

05.0

0

06.0

0

07.0

0

08.0

0

09.0

0

10.0

0

11.0

0

Su

hu

(ᵒC

)

Pukul

Tabs ukur Tabs simulasi

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

12.0

0

13.0

0

14.0

0

15.0

0

16.0

0

17.0

0

18.0

0

19.0

0

20.0

0

21.0

0

22.0

0

23.0

0

00.0

0

01.0

0

02.0

0

03.0

0

04.0

0

05.0

0

06.0

0

07.0

0

08.0

0

09.0

0

10.0

0

11.0

0

Su

hu

(ᵒC

)

Pukul

Tair ukur Tair simulasi

20

dengan efisiensi pemanasan air rata-rata yang didapatkan dari hasil perhitungan

sebesar 54 persen.

Tabel 7 Suhu rata-rata, nilai error hasil validasi

Keterangan Suhu rata-rata (ᵒC) Error

Ukur Simulasi (%)

Suhu ruang pengering 46.0 48.0 5.0

Suhu absorber 47.3 49.7 5.2

Suhu air dalam HE2 71.4 71.5 0.1

Modifikasi Sistem Pemanas Tambahan

Berdasarkan analisis pindah panas yang pada sistem pemanasan air dan

tungku serta simulasi yang dihasilkan, maka dilakukan beberapa modifikasi untuk

mencapai suhu ruang pengering antara 50-55ᵒC. Suhu yang digunakan untuk

pengeringan ubi berkisar 50-55ᵒC, suhu yang tidak melewati suhu kritis

antosianin, dimana pada suhu diatas 65ᵒC antosianin akan mulai terdegradasi

(Karleen 2010). Dilakukan beberapa skenario untuk mencapai suhu pengeringan

ubi tersebut, skenario dan hasil simulasi suhu ruang pengering dapat dilihat pada

Tabel 8 dan Gambar 14. Simulasi ini menggunakan parameter-parameter pada

penelitian ini, dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 8 Skenario modifikasi dan hasil simulasi ruang pengering

Ske-

nario

Laju

bahan

bakar

(kg/jam)

QLsistem

pemanasan

air &tungku

(watt)

ɳsistem

pemanasan

air &tungku

(%)

Modifikasi atau perbaikan

Suhu

ruang

simulasi (ᵒC)

0 2.29 4692.7 54 Sebelum perbaikan 47.9

1 2.29 3391.0 67 Modifikasi tungku (bahan bakar

tetap) 48.5

2 1.93 3391.0 62 Modifikasi tungku (laju bahan bakar

menurun) 48.3

3 2.29 4692.7 54 Meningkatkan daya pompa 47.4

4 2.29 4692.7 54 Menaikan koefisien pindah panas

menyeluruh (UHE2= 25 W/m2ᵒC)

53.5

5 4.47 9289.8 54 Meningkatkan laju bahan bakar 50.1

6 2.29 4692.7 54 Memperluas permukaan HE2 55.4

7 3.49 5203.8 67 Meningkatkan laju bahan bakar &

modifikasi tungku 50.0

Pada skenario 1, 2, dan 7 dilakukan modifikasi pada tungku yang bertujuan

mengurangi kehilangan panas pada tungku. Modifikasi yang mungkin dilakukan

adalah memakai penutup pada lubang pemasukan bahan bakar dengan sedikit

memberi ruang udara untuk proses pembakaran. Rekomendasi perbaikan pada

tungku dapat dilihat pada Lampiran 13. Dengan perbaikan pada lubang

pemasukan pada bahan bakar tungku, kehilangan panas pada bagian tersebut dapat

dihitung dengan persamaan 36. Bahan yang digunakan untuk penutup tungku

21

adalah plat besi. Laju aliran oksigen pada tungku setelah dimodifikasi

diasumsikan sama dengan laju pembakaran yang terjadi pada tungku sebelum

dimodifikasi.

𝑄𝐿2 = ℎ𝑝𝑇𝑢𝐴𝑝𝑇𝑢 𝑇𝑝𝑇𝑢 − 𝑇𝐿 + 𝜍𝐴𝐿𝑢 ɛ 𝑇𝑇𝑢4 − 𝑇𝐿𝑢

4

Gambar 14 Grafik perbandingan suhu simulasi pengeringan

Pada skenario 3, daya pompa yang awalnya 125 watt ditingkatkan menjadi

200 watt. Peningkatan daya pompa berhubungan dengan pressure drop dan debit

pompa. Dengan meningkatnya debit pompa, laju air yang mengalir pada HE2 pun

meningkat. Hal ini bertujuan agar pindah panas air ke HE2 semakin besar,

sehingga berpengaruh pada suhu ruangan yang meningkat. Namun hasil simulasi

suhu ruang pada skenario ini menurun, hal ini dikarenakan pada pemodelan

simulasi menggunakan data percobaan suhu air yang keluar dari HE2 (Ta2) dan

nilai koefisien pindah panas UHE2 yang masih menggunakan data percobaan awal.

Oleh karena itu suhu Ta2 dibuat pemodelan matematis.

Pada skenario 4, meningkatkan suhu ruang pengering dengan meningkatkan

daya kipas yang bertujuan untuk meningkatkan kecepatan angin dari HE2 ke ruang

pengering, sehingga nilai koefisien pindah panas menyeluruh pada HE2 (UHE2)

juga meningkat dan panas yang berpindah dari HE2 ke ruangan lebih besar.

Pada Skenario 5 dan 7, laju pemasukan bahan bakar ditingkatkan sampai

suhu air mampu memindahkan panas melalui HE2 ke ruangan, sehingga suhu

ruang mencapai suhu yang diinginkan. Pada skenario 5 untuk mencapai suhu 50ᵒC

pada ruangan membutuhkan bahan bakar 4.47 kg/jam. Sementara pada skenario 7

hanya membutuhkan bahan bakar 3.49 kg/jam, hal ini dikarenakan tungku yang

digunakan telah dimodifikasi sehingga laju bahan bakar lebih sedikit.

Pada skenario 6, memperluas permukaan HE2 menjadi 5.99 m2 yang

bertujuan memperbesar panas yang berpindah dari HE2 ke ruang pengering.

Skenario yang rata-rata nya mencapai suhu 50-55 ᵒC, yaitu skenario 4, 5, 6 dan 7.

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

55.00

60.00

65.00

Suhu s

imula

si r

uan

g p

enger

ing (

ᵒC)

Pukul

S0

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

............. (36)

22

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Berdasarkan perhitungan analisis pindah panas, didapatkan efisiensi sistem

pemanasan air dan nilai efektivitas serta NTU pada kedua heat exchanger yang

digunakan oleh sistem pemanas tambahan alat pengering rak berputar-hybrid ini.

Efisiensi sistem pemanasan air dan tungku didapatkan dari hasil percobaan

sebesar 52-56%. Pada sistem pemanasan air dan tungku terjadi kehilangan panas,

kehilangan panas yang terbesar terjadi di bagian lubang pemasukkan bahan bakar

sebesar 1800- 2525 Watt. Nilai rata-rata efektivitas HE1 dan HE2 berturut turut

sebesar 0.35 dan 0.65, sedangkan nilai NTU sebesar 0.43 dan 1.21. Nilai ini

menjadi tolak ukur besarnya perpindahan panas pada heat exchanger. Pemodelan

simulasi pendugaan suhu ruang pengering ini dapat digunakan karena nilai error

yang kecil. Modifikasi sistem pemanasan tambahan diperlukan untuk

meningkatkan suhu ruang pengering. Modifikasi yang dilakukan antara lain

perbaikan tungku, peningkatan daya pompa dan kipas, serta membesar luasan

permukaan HE2.

Saran dan Rekomendasi

Saran dan rekomendasi yang bisa diberikan pada penelitian ini adalah:

1. Berdasarkan hasil analisis pindah panas pada sistem pemanas tambahan

ini, terjadi kehilangan panas pada yang cukup besar pada sistem

pemanasan air dan tungku, sehingga perlu modifikasi pada bagian

tungku yang telah dilakukan pada penelitian ini.

2. Berdasarkan hasil simulasi dari pemodelan, diperlukan penelitian

lanjutan untuk pemodelan suhu air yang keluar dari HE2 (Ta2) serta

pemodelan iradiasi surya dan suhu lingkungan. Pemodelan iradiasi dan

suhu lingkungan tersebut didasarkan pada data di daerah tersebut.

3. Diperlukan penelitian yang lebih detail mengenai kondisi HE2, yaitu

penentuan koefisien pindah panas menyeluruh HE2 dengan

memperhatikan laju air dan udara pada sistem tersebut.

4. Dengan pemodelan yang sudah dibangun dapat digunakan sebagai dasar

optimasi penggunaan biaya. Optimasi biaya tersebut mencakup biaya

investasi untuk perbaikan alat dan biaya operasional untuk pengeringan

suatu bahan tertentu.

DAFTAR PUSTAKA

Chapman AJ. 1984. Heat Transfer. Ed ke-4. New York (US): Macmillan

Publishing Co.

Hafsah MJ. 2004. Prospek Bisnis Ubi Jalar. Jakarta (ID): Pustaka Sinar Harapan.

Halli A. 2012. Koefisien perpindahan panas menggunakan profil kotak pada alat

penukar kalor [skripsi]. Depok (ID). Universitas Indonesia.

23

Henderson SM, Perry RL. 1976. Agricultural Process Engineering. Wesport

(US): The AVI Publishing Co.Inc.

Holman JP. 1986. Perpindahan Kalor. Jasifi E, penerjemah; Hariandja, editor.

Jakarta (ID): Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Heat Transfer. Ed ke-6.

Kamaruddin A, Thamrin FW, Wulandani D. 1994. Optimasi dalam perencanaan

alat pengering hasil pertanian dengan energi surya [laporan akhir penelitian

hibah bersaing I]. Bogor (ID): Ditjen Dikti, Departemen Pendidikan dan

Kebudayaan IPB.

Karleen S. 2010. Optimasi proses pembuatan tepung ubi jalar ungu (Ipomoea

batatas (L.)Lam) dan aplikasinya dalam pembuatan keripik simulasi (simulated

chips) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Mursalim. 1995.Uji penampilan sistem pengering kombinasi energri surya dan

tungku batu bara dengan bangunan tembus cahaya sebagai pembangkit panas

untuk pengeringan vanili (Vanilla Planivora) [skripsi]. Bogor (ID): Institut

Pertanian Bogor.

Pitts DR, Sissom LE. 2008. Perpindahan Kalor. Layukallo T, penerjemah;

Simarmata L, editor. Jakarta (ID): Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Heat

Transfer. Ed ke-2.

Rachmansyah A.1999.Uji unjuk kerja pemanas tambahan pada pengering efek

rumah kaca (ERK) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Rukmini A. 2006. Perancangan dan uji alat penukar panas (heat exchanger) tipe

counter flow [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Sarwono B. 2005. Ubi Jalar. Jakarta (ID): Penebar Swadaya.

Syah H. 2008. Kajian pengering rotari tipe Co-current untuk pengeringan sawut

ubi jalar [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Utari S. 2013. Uji performansi pengering efek rumah kaca (ERK)-Hybrid tipe rak

berputar untuk pengeringan sawut ubi jalar (Ipomoea batatas L.) [skripsi].

Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Widowati S, Sulismono, Suarni, Sutrisno, Komalasari O. 2002. Petunjuk Teknis

Proses Pembuatan Aneka Tepung dari Bahan Pangan Sumber Karbohidrat Lokal. Jakarta(ID): Balai Penelitian Pascapanen Pertanian.

Wulandani D, Purwanto YA, Agustina SE, Widodo P. 2009. Pengembangan alat

pengering efek rumah kaca (ERK) hybrid tipe rak berputar untuk

penyeragaman aliran udara. Di dalam: Prastowo, Sulistiono, Suprayogi A,

Saharjo BH. Editor. Prosiding Seminar Hasil-hasil Penelitian IPB; 2009 Des

22-23; Bogor, Indonesia. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Hlm 790.

Lampiran 1 Data nilai-nilai hasil pengukuran pada tanpa beban (percobaan 1)

Waktu TTu THE21 THE22 THE23 Ta1 TdTk Ta2 THE2 TdTu TLU TL Tr Tabs TC Tat Tdp Iradiasi bb

(kg) (jam) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (W/m

2)

11.00 31.5 47.5 48.8 67.1 57.9 114.286

11.30

37.5 38.5 41.3

37.4 38.2 71.429 1.5

12.00 410.71 39.5 38.9 39.1 36.3 33.1 34.6 41.8 36.6 35.2 29.5 35 39.8 43.3 36.6 36.2 14.286 1.5

12.30 499.69 38.1 36.5 37.3 50.6 42.2 49.2 52.3 45.7 36.7 29.5 33 38 48.1 30.1 31.9 157.143 3

13.00 407.13 65.4 64.4 52.4 71.2 63.8 69.7 73.4 50.2 34.1 27.5 32.5 41.8 58.5 38.9 40.1 200 1.5

13.30 418.48 68.4 66.2 57.7 74.1 61 71.8 77 53.8 39.5 31.5 42.5 47 50.8 40.8 42.4 285.714 1

14.00 411.04 74.4 71.4 63.1 80.6 73 79 81.8 52.4 48.2 33.5 54.5 50.5 43.3 49.9 47.1 157.143 1.5

14.30 561.13 75.1 72.3 62.7 81.2 72.1 78.4 81.3 64.9 36.1 32.5 50 55 46.9 32.3 49.5 100 2

15.00 590.96 73.5 71.8 59.5 80.2 70.7 78.1 81.1 69.9 43.5 30.5 48.5 51.9 48 35.6 34.5 71.429

15.30 606.68 65.7 63.8 55.5 72.8 63.1 69.3 71.2 73.7 47.1 31.5 49 49.6 55.3 41.7 42.9 28.571

16.00 417.17 58.6 56.7 48.4 64.7 56.2 61.3 63.5 64.7 42 30.5 43 46.8 41.7 37.5 39.3 14.286

16.30 510.96 60.5 58.1 48.6 66.2 50.3 64.2 66.9 68.8 42.5 23.5 43.5 44.8 54.2 33.3 36.6 110.39 2

17.00 523.49 65 62.2 54.2 71.2 62.6 68.4 71.7 71.9 59.8 29.5 48.5 47.6 58 34.2 38.9

1

17.30 501.04 70.1 67 56 76.7 68.4 74.3 77.6 67.8 42.8 29.5 51 49.6 46 32.1 39.7

1.5

18.00 501.52 68.1 65 53.1 75.2 65.2 72 75.4 68.8 72.9 28 46 47.4 50.7 29.7 36.7

1

18.30 561.51 66.3 63.1 54 73.1 66.2 70.2 73.5 70.4 37.8 28.5 45.5 48.1 55 30.2 37.7

1

19.00 543.7 67.3 64.1 54.2 73.7 66.5 71.1 73.6 70.5 33.3 27.5 47 48.4 57.2 29.4 37.3

1

19.30 567.37 68.4 65.1 54.6 75.8 68.3 73.4 76.6 72.7 47.2 27.5 49 48.4 58.7 72.4 28.8

1

25

Lampiran 1 Data nilai-nilai hasil pengukuran pada tanpa beban (Lanjutan 1)


(kg) (jam) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (W/m2)

20.00 518.48 70.4 67.5 54.9 76.8 70.7 74.1 77.8 68.3 43.3 27 46.5 48.8 53.6 29.2 36.8 1

20.30 549.22 69.5 66.6 56.8 77.5 69.3 75.1 78.9 69.2 36.7 27 49 49.2 57.9 29.8 37.5

1

21.00 570.96 69.2 66.1 56.3 76.6 66 73.4 78.7 70.2 87.6 26.5 49 49.3 58.6 29.6 37.6

1.5

21.30 507.37 68.5 65.6 54.3 75.3 68.2 72.5 75.9 67.8 32.2 26.5 46 46.6 48.6 29.1 37.2

1.5

22.00 580.59 68.5 65.4 53.6 75.8 67.9 72.2 75.2 71.3 34.9 26 44.5 46.6 56.5 28.2 36.3

1

22.30 511.04 71.3 67.6 54.8 77.9 68.9 75.5 78.9 65.4 35.6 26.5 45.5 46.4 51.7 28.2 36.3

1.5

23.00 461.44 76.4 73.7 58.6 79.6 73.4 76.9 85.8 61.5 42.8 26.5 47.5 46 44.3 28.9 37.2

1.5

23.30 553.99 73.9 70.6 57.3 76.6 72.2 74.1 81.7 68.7 35 26.5 41.5 45.8 48.4 30.1 37.3

1.5

00.00 556.41 70.4 67.1 50 75.8 70 73.1 78.6 70.3 34.7 27.5 41 42.6 49.3 27.9 34.4

2

00.30 511.04 75.2 70.7 55.7 78.3 72.4 76 84.3 67 33.7 25.5 48.5 46 46.4 29.6 36.2

1

01.00 584.28 71.1 67.1 55 72.4 68.3 68.8 78.2 71.1 35.8 26.5 47 47.8 52.3 30 36.1

1.5

01.30 547.52 77.4 74.8 58.9 76.4 74.5 74.2 85.1 68.7 32.8 25.5 45.5 46.5 54.4 29.7 36.3

1

02.00 643.99 77.8 74.7 57.8 79.5 76.4 77.2 85.3 72.3 36.5 25.5 46 47 68.4 30.2 37

1.5

02.30 631.61 74.3 72.2 59 77.4 67.4 74.1 85.5 70.4 51.8 25.5 46 45.7 68.5 29.6 36.3

1

03.00 696.11 73.9 70.4 56.2 77.1 67.8 74 81.9 73.2 76 25 45 45.2 63.4 29 35.8

1

03.30 651.62 71.1 69.1 54.5 74.3 67.3 71.5 77.8 71.9 39.2 25 44 44.8 68.6 29.6 36

1

04.00 544.08 69.6 68.1 53.2 69.6 55.7 66.3 76.9 68.2 69.3 27 43 44.3 58.7 28.7 35.2

1

04.30 599.71 69.2 67.9 52.7 73 59.4 70.3 77.9 68.6 43 24.5 43 44.4 60.4 29.6 35.5

1

05.00 596.11 70.7 67.3 53.1 73.2 59.4 70.3 77.5 68 72.2 20 42 44.6 61.2 29.6 35.6

1.5

05.30 522.88 68.4 65.7 52 74.3 57.1 69.3 75.8 67.3 78.7 24.5 42 44.2 56.7 28 34.6

1

06.00 490.22 70.5 67 54.3 75 61.6 71.5 78.4 65.1 87.6 25 47 47.1 47.4 29.7 35.9

1

26

Lampiran 1 Data nilai-nilai hasil pengukuran pada tanpa beban (Lanjutan 2)



2)

06.30 515.8 71.4 68.3 54.5 75.1 65.3 72.2 79.2 67.1 39.7 25.5 47 46.2 51.1 30.7 37

07.00 619.61 65.8 63.2 52.8 69.5 59.6 65.4 72.8 72.2 32.6 27 47 47.5 58.3 32.4 37.3 57.143 0.5

07.30 544.44 66.5 64.8 52.4 68.5 58.8 65.2 72.3 69.1 39.1 28.5 44 46.1 56.4 33.5 38.6 85.714 0.5

08.00 457.77 61.9 58.1 51.4 63.8 53.5 60.5 66.6 64.8 74.7 28.5 39.5 46.1 48.3 33.9 38.3 228.571 0.5

08.30 549.22 63.5 60.1 54.6 65.4 57.7 62.1 68.9 67.6 44.3 34 49 51.5 54.4 55.4 49.9 428.571

09.00 509.11 63 60.5 53.8 62.1 57.1 58.6 67.4 66.3 57.6 32.5 48 50.7 46.4 53.6 47 428.571

09.30 423.61 60.8 55.8 53.4 59.2 56.4 55.7 64.4 62.4 43.7 37 51 53.3 44.4 62.1 51.9 528.571

10.00 491.87 60.2 56.5 53.2 60.4 56.6 57 64 63.1 47.4 38.5 49.5 50.7 52.3 59 50.7 385.714

10.30 404.77 60.1 55.9 53.8 58 57.3 55 62.5 60.6 44.4 37.5 50 51.9 43.3 69.6 54.5 442.857

11.00 508.35 57.5 55 52.9 57.4 58.8 51.9 61.7 63 48.8 37.5 51 52.3 52.4 66.2 54.2 700

Keterangan :

Ttu : Suhu tungku Tdp : Suhu dinding pengering

THE2 : Suhu HE dalam ruang pengering Bb : Jumlah bahan bakar biomassa

Ta1 : Suhu air dalam tangki Tr : Suhu ruang pengering

TdTk : Suhu dinding tangki air Tabs : Suhu absorber

Ta2 : Suhu air keluaran HE2 TC : Suhu udara keluaran cerobong

THE1 : Suhu HE dalam tangki Tat : Suhu dinding atap

TdTu : Suhu dinding tungku

TLU : Suhu dari lubang masuk udara tungku

TL : Suhu lingkungan

27

Lampiran 2 Data nilai-nilai hasil pengukuran dengan beban (percobaan 2)



2)

14.00 30 35.5 38 33.8 31.4 114.29

14.30

30.5 35 37.5

33.7 31.5 42.86

15.00

31 35 37

33.4 30.9 114.29 2

15.30 630.3 49.8 49.7 49.3 52.8 48 52.2 53.1 40.6 44.1 30.5 38 36.8 62.3 33.5 30.8 85.71 1

16.00 545.8 51.2 51.8 51.4 54.4 47.5 53.6 54.2 44.2 53.6 30.5 39 37.7 40.2 34 30.7 42.86 0.5

16.30 646.9 53.3 53.4 53.7 57.6 51.1 55.4 56.8 44.9 55.8 29 39.5 38.1 48.4 35.3 30.3 28.57 1

17.00 635 58.5 57.6 53.2 63.3 53.9 60.9 62.1 51.9 39.3 29 40 36.3 45.2 39.5 29.8

1

17.30 491.9 56 55.6 53.6 60.8 53.9 57.6 59.4 59.1 41.2 27.5 39.5 35.7 37.6 39.7 29

1.5

18.00 458.4 58.4 55.1 52.3 69 60.7 65.1 67.1 62.4 42.6 26.5 40.5 35.1 34.2 30.4 31.6

1.5

18.30 593.1 63.7 62.6 60.1 72.5 62.9 68.7 72.3 63.9 53 26.5 41 36.2 42.9 27.2 29.1

2

19.00 616.2 68.8 68.4 64.2 75.7 65.5 69.2 74.1 67 61.2 26 41 36.7 61 27.4 28.7

1

19.30 534.1 70 68.6 65.1 77 64.9 72.8 95.7 65.1 53.2 25 42 35 39.4 29.7 34.1

1

20.00 576.4 73.3 72.9 66.9 86.1 80 82.6 95.4 74.9 32.8 26 43 38.8 41.2 28.4 36

2

20.30 382.8 72.3 70.9 61.1 83.8 68.1 78.7 83.6 72.1 32.9 25 42 37.8 35.7 26.5 35

1

21.00 351.72 72.1 72.8 60.1 83.6 69.7 77.7 89.5 73.6 33.5 25.5 41 39 32.1 28.5 36.4

1

21.30 441.5 67.2 64.8 58.7 77.1 62.8 71.6 79.6 70.8 33.3 24.5 40 37.2 35 26.4 33.1

1

22.00 545.8 70.4 68.6 61.7 81.8 68.7 75.8 85.3 69.3 35 24.5 41 37.6 38.3 25.9 33.5 1.5

28




22.30 505.9 64.8 64 58.5 72.4 59 68.6 83 67 34 24.5 40 37.2 37.7 27.1 33.4

1

23.00 386.6 61.6 59.6 56.5 71.2 58.4 66.6 70.4 60.5 32.5 25 40 40.6 31,1 26.7 34.8

1

23.30 409.5 60.8 58.1 54.1 69.3 56.9 65.8 69.9 39.3 34.9 23.5 40 41.1 35.5 26.8 34.8

1

00.00 340.5 60.4 58.6 52.5 69.5 59.8 66 71 41.9 32.4 23.5 39.5 40.6 32 27.2 34.8

1.5

00.30 350.5 64.4 57.1 55 71.2 59.2 67.1 74.5 41.6 32.4 24.5 40 41.2 33.6 271 34.8

01.00 387.5 65.5 60 58.3 74 67.1 68.2 71.8 84.4 39.9 24 42 42 32 26.9 35.4

2

01.30 388.3 62.1 60.2 59.8 72.7 64.5 66.3 70.4 85.3 44.9 24.5 41 42.7 30.7 26.9 36.1

1

02.00 475.5 64.8 64.3 61.3 72.4 61.8 65.8 73.5 83.6 78.9 23.5 40 42.7 42 26.5 35.7

1.5

02.30 678.4 66.5 64.9 62.8 72.9 62.3 66.9 93.6 80.4 37.3 24 42 42 65.8 27.7 34.7

1.5

03.00 611.5 65.8 62.6 60.5 72.9 59.5 67.3 70.4 71.7 41.1 23 41 43.9 58.6 25.3 34.9

1

03.30 466.2 63.7 62.5 60.4 67.7 59 63.2 65.7 72.2 37.7 23.5 40 43.9 41.3 25.3 34.7

1

04.00 663.5 64.3 62.6 60.5 68.4 57 64.6 68 70.6 39.9 23.5 43 44.7 48.6 25.5 35.5

0.5

04.30 487.2 65.9 63.3 62.3 70.9 59.5 67.3 74.6 69.3 38.6 23.5 43 46.2 32.4 26 36.3

29




2)

13.00 36 37 36 33.8 31.4 300

13.30

37 43 37

33.7 31.5 471.43

14.00

36 46 36

33.4 30.9 442.86

14.30

34 41 34

33.5 30.8 428.57

15.00

34.5 44.5 34.5

34 30.7 342.86

15.30 168.1 40.6 40.7 40.1 40.8 37.2 37 45.3 42.2 35.8 34.5 41 34.5 36 35.3 30.3 157.14 3

16.00 207.9 45.2 42.8 40.4 55.8 47.3 51.5 61.2 45.2 39.4 31.5 37 31.5 42 39.5 29.8 42.86

16.30 379.5 58.4 56.8 54.1 70.1 64.7 66.1 77.4 58.8 42.3 29 37 29 48 39.7 29 14.29 2

17.00 389.1 59.8 57.1 54.2 67.2 62.1 63.4 81 61 34.8 27 40 27 35 30.4 31.6

1.5

17.30 341.5 58.1 56.3 53 65.9 60.5 62.1 78.7 60.8 32.6 26.5 44 26.5 34 27.2 29.1

2

18.00 378.8 62.2 60.1 57.5 67.4 68 63.6 84.6 63.5 35.5 26 40 26 32 27.4 28.7

1.5

18.30 486.5 63.1 60.2 57.9 70.8 68.6 66.9 85.3 65.1 37.6 25 40 25 38 29.7 34.1

1

19.00 610.2 70.2 68.7 65 81.3 76.3 77.6 86.5 67.1 40.4 25.5 50.5 25.5 44 28.4 36

1.5

19.30 615.1 71.3 68.9 66 82.2 69.3 78.2 83.9 67.3 40.8 25.5 49 25.5 45 26.5 35

1

20.00 467.8 70.1 67.3 64.7 80.3 74.3 76.3 87 61.6 39.9 25.5 51 25.5 37 28.5 36.4

1

20.30 459.4 67.5 64.7 62.5 78 66.9 74.1 78.3 58.7 37.1 25.5 44 25.5 36 26.4 33.1

0.5

21.00 445.4 64 62.6 60.5 76.2 75.8 72.6 86.4 56.9 36.8 25 51 25 34 25.9 33.5

1

21.30 570.6 68.4 65.2 64.1 79.2 70.1 74.3 80.2 58.8 40.8 24.5 38 24.5 40 27.1 33.4 2

30

Lampiran 3. Data nilai-nilai hasil pengukuran dengan beban (percobaan 3)



22.00 518.9 64.7 61.6 58.6 73.3 61.2 69.1 72.4 53.7 39 25 38 25 38 26.7 34.8

22.30 466.6 65 63.1 57.4 70.1 71.6 65.9 79.5 51.2 40.3 25 39 25 36 26.8 34.8

23.00 472.9 66.7 64.3 63.6 71 57.1 66.6 70.8 48.1 41.3 25 45 25 38 27.2 34.8

1.5

23.30 404.9 65.4 62.5 59.6 69.3 65.2 65.4 74.5 48.5 40.1 25 45 25 36 27.1 34.8

1

00.00 460 66.6 65.5 61 73 62.4 68.7 71.8 53.9 36.2 24.5 45 24.5 38 26.9 35.4

2

00.30 639.1 68.4 67.6 63.4 76.3 66.9 72.2 70.4 69 41.1 24.5 46 24.5 42 26.9 36.1

1.25

01.00 570.6 66.3 63.6 60.8 71.3 60.9 67.2 73.5 58.2 40.1 24 45 24 40 26.5 35.7

01.30 577.2 62.8 59.4 57 69.1 57.2 64.9 93.6 67.7 40.6 24.5 44 24.5 41 27.7 34.7

1.5

02.00 556.7 60.4 58.5 54.8 67.4 57.5 63.3 70.4 66.3 39.3 24.5 44 24.5 40 25.3 34.9

02.30 563.6 61.5 58.1 57.3 68.1 58.7 64.1 65.7 71.6 38.3 24 43 24 41 25.3 34.7

31

Lampiran 4 Koreksi-koreksi untuk beberapa situasi konveksi bebas

Konfigurasi Gr Pr L c m

Pelat dan silinder

vertikal

Laminar 10

4 - 10

9 Lv ( Dimensi Vertikal) 0.59 0.25

Turbulen 109 - 10

12 Lv ( Dimensi Vertikal) 0.13 0.333

Pelat horizontal

Laminar (permukaan

panas di atas) 10

5 - 2 x 10

7 L= (L1 + L2)/2 0.54 0.25

Turbulen (permukaan

panas di atas) 2 x 10

7 - 3 x 10

10 L= (L1 + L2)/2 0.14 0.333

Laminar (permukaan

panas di bawah) 3 x 10

5 - 3 x 10

10 L= (L1 + L2)/2 0.27 0.25

Sumber: Pitts dan Sissom, 2008

Lampiran 5 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada ruang pengering

Parameter Simbol Satuan Nilai

Panjang dinding p m 2.15

Lebar dinding l m 1.75

Tinggi dinding t m 1.9

Luas permukaan dinding tegak kanan/kiri Adkk m2 3.325

Luas permukaan dinding tegak

depan/belakang Addb m2 4.085

Luas permukaan dinding horizontal atap Aat m2 3.7625

Luas permukaan dinding Adp m2 18.5825

Suhu dinding Td K 312.51

Suhu lingkungan TL K 301.68

Suhu ruang pengering Tr K 318.51

Suhu atap Tat K 310.14

Panas spesifik udara lingkungan CpL J/kgᵒC 1005.81

Panas spesifik udara ruang pengering Cpr J/kgᵒC 1006.92

Kecepatan angin lingkungan U∞ m/detik 0.195

Kecepatan angin dalam ruang pengering U∞ m/detik 0,39

Tebal dinding ruang pengering ΔX m 0.001

Konduktivitas thermal dinding K W/m2ᵒC 0.22828

Koefisien Pindah panas menyeluruh dinding

pengering Ud W/m2ᵒC 1.096

32

1. Perhitungan koefisien pindah panas keseluruhan dinding ruang pengering

(Ud)

Perhitungan koefisien pindah panas keseluruhan dinding ruang pengering

(Udp)

- Perhitungan hi ( dinding ke ruang pengering)

a. Perhitungan suhu film (Tf)

Tf = (318.51 + 312.51) / 2 = 315.51 K

b. Perhitungan bilangan Reynold

𝑅𝑒 = 𝜌 𝑈∞ 𝐿

𝜇 =

1.12175 𝑋 0.39 𝑋 0.833

1.9172 𝑋 10−5

= 20165.75 Dimana :

ρ : kerapatan udara (kg/m3), didasarkan pada Tf (Holman 1986)

𝑈∞ : Kecepatan angin (m/detik)

𝐿 : Dimensi karakteristik konveksi paksa ( tinggi/panjang )

𝜇 : Viskositas Dinamik ( kg/m detik ), didasarkan pada Tf (Holman 1986)

c. Perhitungan bilangan Nusselt

Nu =C (Pr)m

(Re)n

= 0.664 (Pr)1/3

(Re)1/2

= 0.664 (0.70459)1/3

(20165.75)1/2

= 83.90

Dimana :

C, m , n , didasarakan bilangan Reynold (Holman 1986)

Pr = Bilangan Prandtl didasarkan pada Tf (Holman 1986)

d. Perhitungan hi

ℎ𝑖 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 83.90 𝑋 0.0274

0.833

= 2.603W/m2 0

C Dimana :

k = Konduktifitas thermal udara (W/m2ᵒC ), didasarkan pada Tf

(Holman 1986)

- Perhitungan menghitung ho (lingkungan ke dinding)


Tf = (301.68 + 312.51) / 2 = 307.095 K



𝜇

= 1.1519 𝑋 0.195 𝑋 0.833

1.8787 𝑋 10−5

= 10566.50

33


Nu =C (Pr)m

(Re)n

= 0.664 (Pr)1/3

(Re)1/2

= 0.664 (0.70644)1/3

(10566.50)1/2

= 60.79

d. Perhitungan ho

ℎ𝑜 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 60.79 𝑋 0.0268

0.833

= 1.842W/m2 0

C

Maka koefisien pindah panas meyeluruh dinding ruang pengering

(Udp) :

𝑈𝑑𝑝 = 1

1

ℎ𝑖+

∆𝑥

𝑘+

1

ℎ𝑜

= 1

1

2.603+

0.001

0.22828+

1

1.842

= 1.073 W/m2 0

C

Perhitungan koefisien pindah panas keseluruhan atap ruang pengering

(Uat)

Perhitungan hi (atap ke ruang pengering)


Tf = (310.14 + 318.51) / 2 = 314.325 K



𝜇 =

1.1260 𝑋 0.39 𝑋 0.814

1.9118 𝑋 10−5

= 18697

c. Perhitungan bilangan Nusselt Nu =C (Pr)

m (Re)

n

= 0.664 (Pr)1/3

(Re)1/2

= 0.664 (0.704849)1/3

(18697)1/2

= 80,80

d. Perhitungan hi


𝐿

= 80.80 𝑋 0.0273

0.814

= 2.712W/m2 0

C

34

Perhitungan menghitung ho (lingkungan ke atap)


Tf = (301.68 + 310.14) / 2 = 314.325 K



𝜇 =

1.1516 𝑋 0.195 𝑋 0.814

1.8732 𝑋 10−5

= 9796,50


Nu =C (Pr)m

(Re)n

= 0.664 (Pr)1/3

(Re)1/2

= 0.664 (0.7067)1/3

(9796.50)1/2

= 58.54

d. Perhitungan hi


𝐿

= 58.54 𝑋 0.0267

0.814

= 1.919W/m2 0

C

Maka koefisien pindah panas meyeluruh pada atap ruang pengering (Uat):

𝑈𝑎𝑡 = 1

1

ℎ𝑖+

∆𝑥

𝑘+

1

ℎ𝑜

= 1

1

2.712+

0.001

0.22828+

1

1.919

= 1.118W/m2 0

C

Maka koefisien pindah panas menyeluruh dinding pengering (Ud):

𝑈𝑑 = 𝑈𝑑𝑝 + 𝑈𝑎𝑡

2

=1.073 + 1.118

2

= 1.096 W/m2 0

C

2. Perhitungan panas spesifik lingkungan (CpL)

TL = 301.68 K

Cp pada suhu 300 K = 1005.7 J /kg0C (Holman 1986)

Cp pada suhu 350 K = 1009 J/kg0C

Interpolasi :

301.68 − 300

350 − 300=

𝑥 − 1005.7

1009 − 1005.7

35

1.68

50=

𝑥 − 1005.7

33

x = 1005.81 J/kg0C

3. Perhitungan panas spesifik ruang pengering (Cpr)

Tr = 318.51 K

Cp pada suhu 300 K = 1005.7 J /kg0C (Holman 1986)

Cp pada suhu 350 K = 1009 J/kg0C

Interpolasi :

318.51 − 300

350 − 300=

𝑥 − 1005.7

1009 − 1005.7

18,51

50=

𝑥 − 1005.7

3.3

x = 1006.92 J/kg0C

Lampiran 6 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada absorber


Panjang p m 2.15

Lebar l m 1.75

Luas permukaan absorber Aabs m2 3.7625

Suhu absorber Tabs K 320.16

Suhu ruang pengering Tr K 318.51

Koefisien pindah panas konveksi absorber habs W/m2ᵒC 2.711

1. Perhitungan koefisien pindah panas konveksi absorber (habs)

Perhitungan hi ( dinding ke ruang pengering)


Tf = (320.16 +318.51) / 2 = 319.335 K



𝜇 =

1.108 𝑋 0.39 𝑋 0.814

1.9346 𝑋 10−5

= 18180.49


Nu =C (Pr)m

(Re)n

= 0,664 (Pr)1/3

(Re)1/2

= 0.664 (0.70337)1/3

(18180.49)1/2

= 79.64

d. Perhitungan habs

ℎ𝑎𝑏𝑠 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

36

= 79.64 𝑋 0.0277

0.814

= 2.711W/m2 0

C

Lampiran 7 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada sistem

pemanasan air


Diameter tabung silinder HE1 luar dso m 0.0412

Diameter tabung silinder HE1 dalam dsi m 0.0372

Tinggi tabung silinder HE1 t m 0.393

Luas permukaan tabung silinder HE1 AHeS m2 0.45757

Panjang HE1 Kotak p M 0.26

Lebar HE1 Kotak l m 0.26

Tinggi HE1 Kotak t m 0.05

Luas permukaan HE1 kotak AHeP m2 0.2444

Diameter tangki luar ddTK m 0.463

Tinggi tangki tdTK m 0.55

Diameter tangki dalam ddTK m 0457

Luas permukaan tangki luar AdTK m2 0.7996

Luas permukaan tangki dalam

0.78924

Suhu dinding tangki TdTK K 335.755

Suhu heat exchanger dalam tangki THE1 K 345.73

Suhu air dalam tangki Ta1 K 344.39

Suhu air dari HE2 Ta2 K 340.1

Suhu api tungku TTu K 802.48

Suhu Lingkungan TL K 301.68

Koefisien pindah panas menyeluruh HE1 UHE1 W/m2ᵒC 7.447

Koefisien pindah panas menyeluruh

dinding tangki UdTK W/m2ᵒC 4.174

Konduktivitas thermal dinding tangki K W/m2ᵒC 73

Gravitasi G m/detik2 9.81

Panas jenis spesifik air Cpa J/kg K 4191.18

Laju air ṁa kg/detik 0.3

Kecepatan air U∞a m/detik 0.00183

Debit air Qa m3/detik 0.00031

Kecepatan angin lingkungan u∞L m/detik 0.195

37

1. Perhitungan koefisien pindah panas menyeluruh HE (UHE1)

Perhitungan koefisien pindah panas menyeuruh HE tabung silinder (UHeS)

Perhitungan hHeSi ( api tungku ke dinding HE1)


Tf = (802.48 + 345.73) / 2 = 574.105

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 574.105= 0.001742

c. Perhitungan bilangan Grashof

𝐺𝑟 = 𝑔 𝛽 𝐿3 ∆𝑇

𝑉2

= (9.8 x 0.001742 x 0.3933 x456.75)/ (4.67 x 10

-5)2

= 216 649 590.3

Dimana:

g : gravitasi bumi ( 9,8 m/s2 )

L : Dimensi Karakteristik, didasarkan geometri (Pitts dan Sissom

2008 )

∆𝑇: Beda suhu api tungku dengan dinding HE

V : Kinematik Viskositas (m2/s) , didasarkan pada Tf

(Holman 1986)

d. Bilangan Rayleigh (Ra)

Ra = Gr x Pr

= 216 649 590.3 x 0.6789 = 14.7 x 107

.

e. Mencari bilangan Nusselt

Nu = C (Ra)m

Nu = 0.59 (14.7 x 107)0.25

= 64.976

Dimana :

C,m = dicari berdasarkan bilangan Rayleigh dan geometri (Pitts

dan Sissom 2008 )

f. Perhitungan koefisien pindah panas konveksi

ℎ𝐻𝑒𝑆𝑖 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 64.976 𝑋 0.0453

0.393

= 7.493 W/m2 0

C

Perhitungan hHeSo ( Dinding HE tangki ke air )


Tf = (345.73 +344.38 ) / 2 = 345.055 K

38

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 345.055 = 0.002898

c. Perhitungan bilangan Reynold

Kondisi ini terjadi pada kumpulan tabung di dalam aliran

memotong yang segaris., maka :

𝑈∞ 𝑚𝑎𝑥 = 𝑈∞ 𝑎

𝑎 − 𝐷 =

0.00183 𝑋 0.0753

0.0753 − 0.0412

= 0.0040 m/detik Dimana :

a : Jarak dari titik tengah tabung dengan tabung lain nya

D : Diameter luar tabung

𝑅𝑒 = 𝑈∞𝑚𝑎𝑥 𝐷

𝑉 =

0.0040 𝑋 0.372

4.09𝑋 10−7

= 367.346 Pada kondisi perpindahan panas konveksi paksa ini, aliran dari luar

(𝑈∞ ) sangat rendah , mungkin cukup terpengaruh oleh arus konveksi bebas. Maka diperlukan analisis orde besaran persamaan lapisan-batas

konveksi bebas, kriteria nya sebagai berikut:

Gr/ Re2 > 10

Konveksi bebas sangat penting, hasil ini sesuai dengan Gambar 14

Gambar 15. Wilayah-wilayah di dalam tabung-tabung vertikal (Pitts dan

Sissom 2008 )

39

d. Perhitungan bilangan Grashof


𝑉2

= (9.8 x 0.002898 x 0.3933 x1.35)/ (4.131 x 10

-7)2

= 1.36 x 1010

Gr/ Re2

= 1.53 x 108 / 367.346

2 = 101149

Sehingga Gr/ Re2

> 10 , hal ini konveksi bebas penting .

e. Bilangan Rayleigh (Ra)

Ra = Gr x Pr

= 1.36 x 1010

x 2.565 = 3.50 x 1010

f. Mencari bilangan Nusselt

Nu = C (Ra)m

Nu = 0.13 (3.50 x 1010

)0.333

= 452.27

g. Perhitungan koefisien pindah panas konveksi

ℎ𝐻𝑒𝑆𝑜 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 452.27 𝑋 0.661

0.393

= 714.922W/m2 0

C

Maka nilai koefisien pindah panas menyeluruh HE silinder tabung

𝑈𝐻𝑒𝑆 = 1

1

ℎ𝑖+

𝐿𝑛(𝑑𝑜

𝑑𝑖)

2𝜋𝑘𝐿+

1

ℎ𝑜

= 1

1

7.668+

𝐿𝑛(0,0412

0,0372)

2𝜋 73 (0.393)+

1

714.922

= 7,3850 W/m2 0

C

Perhitungan koefisien pindah panas menyeuruh HE plat vertikal (UHePv)

Perhitungan hHePvi (api tungku ke plat vertikal )

- Bagian kanan, kiri, depan, belakang ( plat vertikal)


Tf = (802.48 + 345.73) / 2 = 574.105

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 574.105= 0.00174



𝑉2

40

= (9.8 x 0.00174 x 0.1053 x456.75)/ (4.676 x 10

-5)2

= 4131883.977


Ra = Gr x Pr

= 4131883.977 x 0.679 = 2805401.3

Dimana:

Pr = Bilangan Prandtl didasarkan pada Tf (Holman 1986)


Nu = C (Ra)m

Nu = 0.59 (2805401.3)0.25

= 24.1463


ℎ𝐻𝑒𝑃𝑣𝑖 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 24.1463 𝑋 0.04532

0.105

= 10.423W/m2 0

C

Perhitungan hHePvo (plat vertikal ke air )


Tf = (345.73+ 344,\.38) / 2 = 345.055 K

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 345,055 = 0,002898



𝑉2

= (9,8 x 0,002898 x 0,1053 x1,35)/ (4,131 x 10

-7)2

= 260315766


Ra = Gr x Pr

= 260315766 x 2,565 = 6,68 x 108


Nu = C (Ra)m

Nu = 0.59 (6,68 x 108)0.25

= 94,84


ℎ𝐻𝑒𝑃𝑣𝑜 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

41

= 94.84 𝑋 0.661

0,26

= 596,744W/m2 0

C

Maka nilai koefisien pindah panas menyeluruh HE plat vertikal

𝑈𝐻𝑒𝑃𝑣 = 1

1

ℎ𝑖+

𝛥𝑋

𝐾+

1

ℎ𝑜

= 1

1

10,423+

0,002

73+

1

596,744

= 10.24 W/m2 0

C

Perhitungan koefisien pindah panas menyeuruh HE plat atas (UHePa)

Perhitungan hHePai ( pi tungku ke plat atas )

- Bagian atas (plat horizontal panas di bawah)


Tf = (802.48 + 345.73) / 2 = 574.105

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 574.105= 0.00174



𝑉2

= (9.8 x 0.00174x 0.263 x456,75)/ (4,.76 x 10

-5)2

= 62 733 607,85


Ra = Gr x Pr

= 62 733 607.85x 0.6789 = 42593874


Nu = C (Ra)m

Nu = 0.27 (42593874)0.25

= 21812


ℎ𝐻𝑒𝑃𝑎𝑖 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 21.812 𝑋 0.04532

0.26

= 3.802W/m2 0

C

- Bagian atas (plat horizontal panas di bawah)

Perhitungan hHePao (plat ke air)


Tf = (345.73+ 344.38) / 2 = 345.055 K

42

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 345.055 = 0.002898



𝑉2

= (9.8 x 0.002898 x 0.263 x1.35)/ (4.131 x 10

-7)2

= 3,952 x 109


Ra = Gr x Pr

= 3.952 x 109

x 2.565 = 1,01 x 1010


Nu = C (Ra)m

Nu = 0.27 (3.952 x 109)0.25

= 85.,67


ℎ𝐻𝑒𝑃𝑎𝑜 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 85.67 𝑋 0.661

0,26

= 217.698 W/m2 0

C


𝑈𝐻𝑒𝑃𝑣 = 1

1

ℎ𝑖+

𝛥𝑋

𝐾+

1

ℎ𝑜

= 1

1

3,802+

0,002

73+

1

217,698

= 3,74 W/m2 0

C

Perhitungan koefisien pindah panas menyeuruh HE plat bawah (UHePb)

Perhitungan hHePbi ( api tungku ke plat bawah )

- Bagian bawah ( plat horizontal panas di atas )


Tf = (802.48 + 345.73) / 2 = 57.105

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 574.105= 0.00174



𝑉2

43

= (9.8 x 0.00174x 0.263 x456.75)/ (4.131 x 10

-7)2

= 62 733 607.85


Ra = Gr x Pr

= 62 733 607.85x 0.6789 = 42 593 874


Nu = C (Ra)m

Nu = 0.14 (42 593 874)0.333

= 48.893


ℎ𝐻𝑒𝑃𝑏𝑖 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 48.893 𝑋 0.04532

0/26

= 8.523W/m2 0

C

g. Bagian bawah ( plat horizontal panas di atas )

Perhitungan hHePbo ( plat ke air)


Tf = (345.73+ 344.38) / 2 = 345.055 K

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 345.055 = 0.002898



𝑉2

= (9.8 x 0.002898 x 0.263 x1.35)/ (4.131 x 10

-7)2

= 3.952 x 109


Ra = Gr x Pr

= 3.952 x 109 x 2,.65 = 1,01 x 10

10


Nu = C (Ra)m

Nu = 0.14 (1.01 x 1010

)0.333

= 302.991


ℎ𝐻𝑒𝑃𝑏𝑜 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 302.991 𝑋 0.661

0.26

= 769,916W/m2 0

C

44


𝑈𝐻𝑒𝑃𝑏 = 1

1

ℎ𝑖+

𝛥𝑋

𝐾+

1

ℎ𝑜

= 1

1

8,523+

0,002

73+

1

769.916

= 8,42 W/m2 0

C

Maka koefisien pindah panas menyeluruh dinding heat exchanger tangki (UHE1):

𝑈𝐻𝑒1 = 𝑈𝐻𝑒𝑆 + 𝑈𝐻𝑒𝑃𝑣 + 𝑈𝐻𝑒𝑃𝑎 + 𝑈𝐻𝑒𝑃𝑏

4

=7,38 + 10,24 + 3,74 + 8,42

4

= 7.447 W/m2 0

C

2. Perhitungan koefisien pindah panas menyeluruh tangki (UdTK)

Perhitungan hi (air ke tangki )


Tf = (344.38 + 335.755) / 2 = 340.067

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 340.067= 0.002941



𝑉2

= (9.8 x 0.002941 x 0.553 x8.625)/ (4.37x 10

-7)2

= 2.161 x 1011


Ra = Gr x Pr

= 2.161 x 1011

x 2.7373 = 5.91x 1011


Nu = C (Ra)m

Nu = 0.13 (5.91x 1011

)0.33

= 1091.21


ℎ𝑑𝑇𝐾𝑖 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 1091.21 𝑋 0.6570

0.55

= 1303.5W/m2 0

C

45

Perhitungan ho (tangki ke lingkungan )


Tf = (335.755 + 301.68) / 2 = 318.717

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 318.717= 0.003138



𝑉2

= (9.8 x 0.003138x 0.553 x34.075)/ (1.759x 10

-5)2

= 564100342


Ra = Gr x Pr

= 564100342 x 0,7039 = 3.97x 108


Nu = C (Ra)m

Nu = 0.59 (3.97x 108)0,25

= 83.2849


ℎ𝑑𝑇𝐾𝑜 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 83.2849 𝑋 0.0276

0.55

= 4.18829 W/m2 0

C

Maka Koefisien pindah panas meyeluruh pada tangki (UdTK) :

𝑈𝑑𝑇𝐾 = 1

1

ℎ𝑖+

ln(𝑟𝑜

𝑟𝑖)

2𝜋𝑘𝐿+

1

ℎ𝑜

= 1

1

1303.5+

ln(0,2315

0,2285)

2 𝑥 𝜋 𝑥 73 𝑥 0.55+

1

4.1883

= 4.174 W/m2 0

C

3. Perhitungan panas spesifik air dalam tangki (Cpa)

Ta1 = 71.39 ᵒC

Cp pada suhu 60 ᵒC = 4184.3 J /kg0C( Pitts dan Sissom 2008 )

Cp pada suhu 80 ᵒC = 4196.4 J/kg0C

Interpolasi :

71.39 − 60

80 − 60=

𝑥 − 4184.3

4196.4 − 4184.3

46

11.39

20=

𝑥 − 4184.3

12.1

x = 4191.18 J/kg0C

4. Perhitungan massa air dalam tangki ( ma )

ma = ρa x Va

= 987.985 kg/m3 x 0.08165 m

3

= 79.93 kg

5. Perhitungan Laju air (ṁa)

ṁa = q x ρa

= 0.00031 m3/s x 987.985 kg/m

3

= 0.31 kg/s

Lampiran 8 Perhitungan untuk koefisien pindah panas tungku


Panjang dinding p m 0.57

Lebar dinding l m 0.53

Tinggi dinding t m 0,34

Luas permukaan tungku tegak kanan/kiri AdTs m2 0.18

Luas permukaan tungku tegak belakang AdTb m2 0.19

Luas permukaan dinding tungku horizontal atap AdTa m2 0.30

Luas permukaan dinding tungku AdTu m2 0.86

Suhu dinding tungku TdTu K 339.03

Suhu lingkungan TL K 301.68

Suhu api tungku TTu K 802.48

Panas spesifik udara tungku Cptu J/kgᵒC 1098.38

Kecepatan angin lingkungan U∞ m/detik 0.195

Tebal dinding vertikal tungku ΔX1 m 0.08

Tebal dinding atas tungku ΔX2 m 0.04

Konduktivitas thermal dinding K W/m2ᵒC 0.69

Koefisien pindah panas konveksi dinding tungku hdTu W/m2ᵒC 4.81

1. Perhitungan koefisien pindah panas tungku (hdTu)

Perhitungan h (dinding ke lingkungan)


Tf = (339.03 +301.68 ) / 2 = 320.355 K

b. β = 1 / Tf

β = 1 / 320.355 = 0.00312

47

c. Perhitungan bilangan Reynold


𝜇 =

1.104 𝑋 0.195 𝑋 0.343

1.9393𝑋 10−5

= 3808.789

Pada kondisi perpindahan panas konveksi paksa ini, aliran dari luar

(𝑈∞ ) sangat rendah , mungkin cukup terpengaruh oleh arus konveksi bebas. Maka diperlukan analisis orde besaran persamaan lapisan-batas

konveksi bebas, kriteria nya sebagai berikut:

Gr/ Re2 > 10

d. Perhitungan bilangan Grashof


𝑉2

= (9.8 x 0.00312 x 0.3433 x37.35)/ (1.78 x 10

-5)2

= 1,46 x 108

Gr/ Re2

= 1.46 x 108/ 3808.789= 10.094

Sehingga Gr/ Re2

> 10 , hal ini konveksi bebas penting .

e. Bilangan Rayleigh (Ra)

Ra = Gr x Pr

= 1.46 x 108

x 0.703 =1.03 x 108

f. Mencari bilangan Nusselt

Nu = C (Ra)m

Nu = 0.59 (1.03 x 108)0.25

= 59.44

g. Perhitungan koefisien pindah panas konveksi

ℎ𝑑𝑇𝑢 = 𝑁𝑢𝐿 𝑘

𝐿

= 59.44 𝑋 0.02778

0.343

= 4.81 W/m2 0

C

Lampiran 9 Perhitungan efesiensi sistem pemanasan air

Contoh perhitungan pada percobaan 1:

ɳ =𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑎2

𝑚 𝑏𝑏 𝐻𝑏𝑏

= 0.31 kg / detik x 4189.896 J/kgᵒC x (71.4 – 67.1 ) ᵒC

0.0006349 kg / detik x 15779127 J/kg

= 55.75 %

48

Lampiran 10 Perhitungan NTU dan efektivitas penukar kalor

1. Heat exchanger dalam tangki (Percobaan I )

Tabel 9. Parameter untuk perhitungan NTU dan ϵ HE1


Laju air ṁa kg/detik 031

Panas spesifik air Cpa J/kgᵒC 4189.896

Panas spesifik udara HE Cpu J/kgᵒC 1068.5118

Suhu air tangki ( Ta1 ) Ta1 ᵒC 71.4

Suhu air dari HE1 ( Ta2 ) Ta2 ᵒC 67.1

Suhu api ( TTu ) Tu1 ᵒC 529.48

Suhu cerobong ( TC ) Tu2 ᵒC 53.15

Luas permukaan HE1 AHE1 m2 0.685

Koefisien menyeluruh HE UHE1 W/m2ᵒC 7.47

a. Panas yang diterima air

𝑄𝑎 = 𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑎2 Qa = 0.31 kg / detik x 4189.896J/kgᵒC x (71.4 – 67.1 ) ᵒC

= 5585. 132 J/detik

b. Massa udara dalam heat exchanger

Massa udara dalam heat exchanger dapat dihitung mengacu pada

persamaan 8.

𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑎2 = 𝑚 𝑢𝐶𝑝𝑢 𝑇𝑢1 − 𝑇𝑢2

𝑚 𝑢 =𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎1 − 𝑇𝑎2

𝐶𝑝𝑢 𝑇𝑢1 − 𝑇𝑢2

= 5585.132 J/detik / [1068.5118 J/kgᵒC x (717.996 –

78.84) ᵒC ]

= 0.010974 kg /detik

ṁa cpa = 0.31 kg/ detik x 4189.896J/kgᵒC = 1298.868 W/ᵒC

ṁu cpu = 0.010974 kg/ detik x 1068.5118J/KgᵒC = 11.725 W/ᵒC

Sehingga Cmin = ṁu cpu

𝑁𝑇𝑈 = 𝑈 𝐴

𝐶𝑚𝑖𝑛

= 7.47 W/m2ᵒC x 0.685 m

2 / 11.725 W/ᵒC

= 0.435

Maka nilai efektifitas penukar kalor sebesar :

𝜖 = 1 − 𝑒−𝑁𝑇𝑈 = 1 – e

-0.435

= 0.353

49

2. Heat exchanger dalam ruang pengering (Percobaan I )

Tabel 10. Parameter untuk perhitungan Heat exchanger dalam pengering


Suhu rata-rata ruang pengering ( Tr ) Tui ᵒC 45.51

Suhu rata-rata HE2 ( THE2 ) Tuo ᵒC 61.9

Suhu rata-rata air yang masuk ke HE2 ( Ta1 ) Tai ᵒC 71.4

Suhu rata-rata air yang keluar dari HE2 ( Ta2 ) Tao ᵒC 67.1

Panas jenis air Cpa J/kgᵒC 4189.90

Panas jenis udara HE2 Cpu J/kgᵒC 1006.51

Laju air ṁa kg/detik 0.31

Luas permukaan HE2 AHE2 m2 2.9961

Massa udara dalam HE2 dapat dihitung mengacu pada persamaan 8.

𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎𝑖 − 𝑇𝑎𝑜 = 𝑚 𝑢𝐶𝑝𝑢 𝑇𝑢𝑜 − 𝑇𝑢𝑖

𝑚 𝑢 =𝑚 𝑎𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑎𝑖 − 𝑇𝑎𝑜

𝐶𝑝𝑢 𝑇𝑢𝑜 − 𝑇𝑢𝑖

=1298.868W/ᵒC x (71.4 – 67.1) ᵒC

1068.51 J/kgᵒC x(61.882 – 45.51)ᵒC

= 0.318 kg /detik

ṁa cpa = 0,31 kg/ detik x 4189.896 J/kgᵒC = 1298.868 W/ᵒC

ṁu cpu = 0.318kg/ detik x 1068.51 J/kgᵒC = 340.76 W/ᵒC

Sehingga Cmin = ṁu cpu

𝑄𝑚𝑎𝑘𝑠 = (ṁ𝐶𝑝)𝑚𝑖𝑛 𝑇𝑎𝑖 − 𝑇𝑢𝑖 = 340.76 W/ᵒC x (71.4 – 45.51 ) ᵒC = 8822. 39 W

𝑄𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 = (ṁ𝐶𝑝)𝑎 𝑇𝑎𝑖 − 𝑇𝑎𝑜

= 1298.868 W/ᵒC x (71.4– 67.1) ᵒC = 5585.132 W

𝜖 = 5585.132

8822. 39= 0.633

50

Lampiran 11 Perhitungan Kehilangan Panas pada Tungku

Tabel 11. Parameter untuk menghitung kehilangan panas pada tungku


Luas permukaan lubang masuk udara ALU m2 0.124

Luas permukaan lubang cerobong AC m2 0.00541

Luas permukaan dinding tungku vertikal AdTu m2 056

Luas Permukaan Tangki air AdTk m2 0.78

Luas permukaan dinding cerobong ADC m2 0.1523

Koefisien pindah panas konveksi dinding

tungku vertikal hdTu W/m

2ᵒC 4.81

Tetapan Stefan-boltzman σ W/m2K

4 5.67E-08

Emisivitas dinding tungku ɛdTu 0.93

Contoh perhitungan pada percobaan I

1. Kehilangan panas pada dinding tungku ( QL1)

𝑄𝐿1 = ℎ𝑑𝑇𝑢𝐴𝑑𝑇𝑢 𝑇𝑑𝑇𝑢 − 𝑇𝐿 + 𝜍𝐴𝑑𝑇𝑢 ɛ𝑑𝑇𝑢 𝑇𝑑𝑇𝑢4 − 𝑇𝐿

4

= 4.81 x 0.559 x ( 36.6- 29.5) + 5.67E-08 x 0.93 x (309.64 -

302.54)

= 19.338 + 24.001

= 43.329 Watt

2. Kehilangan panas lubang masuk udara tungku ( QL2)

𝑄𝐿2 = 𝐴𝐿𝑢 𝜍 ɛ𝑢 𝑇𝑇𝑢4 − 𝑇𝐿𝑢

4

Emisivitas udara dicari dengan persamaan :

ɛu = 0.938 x 10-5

(TL+ 273)2

ɛu = 0.938 x 10-5

(29.5+ 273)2

= 0.858

QL2 = 0.12423 x 5.67E-08 x 0.858 x (638.74 - 308.2

4)

= 1226.5963 Watt

3. Kehilangan panas pada cerobong ( QL3)

𝑄𝐿3 = 𝐴𝐿𝐶 𝜍 ɛ𝑢 𝑇𝑇𝑢4 − 𝑇𝐶

4 + 𝐴𝐷𝐶 𝜍 ɛ𝑢 𝑇𝐶4 − 𝑇𝐿

4

+𝐴𝐷𝐶 ℎ𝐷𝐶 𝑇𝐷𝐶 − 𝑇𝐿

QL3 = 0.00541x 5.67E-08 x 0.858 x (638.74 - 316.3

4)+ 0.1523 x

5.67E-08 x 0.858 x (316.34 - 302.5

4)+ 0.1523x 3.874 (43.3-29.5)

= 75.46 Watt

4. Kehilangan panas pada dinding tangki ( QL4)

𝑄𝐿4 = 𝐴𝑑𝑇𝑘ℎ𝑑𝑇𝑘 𝑇𝑑𝑇𝑘 − 𝑇𝐿

51

QL4 = 0.7996 x 4.188 ( 31.3 – 29.5 )

= 12.06 Watt

Lampiran 12 Perhitungan kehilangan panas pada lubang pemasukan bahan bakar

yang telah dimodifikasi


Luas permukaan lubang masuk udara ALU m2 0.041

Luas permukaan penutup tungku ApTu m2 0.0902

Koefisien pindah panas konveksi penutup

tangki hpTu W/m

2ᵒC 7.47

Tetapan Stefan-boltzman σ W/m2K

4 5.67E-08

Contoh perhitungan pada percobaan I dengan asumsi laju aliran oksigen pada

tungku tidak berubah

𝑄𝐿2 = ℎ𝑝𝑇𝑢𝐴𝑝𝑇𝑢 𝑇𝑝𝑇𝑢 − 𝑇𝐿 + 𝜍𝐴𝐿𝑢 ɛ 𝑇𝑇𝑢4 − 𝑇𝐿𝑢

4

QL2 = 7.47 x 0.0902x (200- 35.2) + 0.12423 x 5.67E-08 x 0.041 x 0,858 x

(638.74 - 308.2

4)

QL2 = 532.88 Watt

Lampiran 13 Rekomendasi perbaikan pada tungku

Gambar 16 Desain perbaikan pada tungku (dalam mm)

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir pada tanggal 17 Februari di Purwakarta sebagai anak ke 3 dari

pasangan Andi Riva’i dan Nunung Akhirwati. Penulis menyelesaikan sekolah

dasarnya di SD Negeri Jenderal Sudirman VIII Purwakarta (1997-2003) kemudian

melanjutkan ke SMP Negeri 1 Purwakarta (2003-2006). Penulis kemudian masuk

ke SMA Negeri 1 Purwakarta dan lulus pada tahun 2009. Penulis melanjutkan

studinya ke perguruan tinggi di Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan

Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima sebagai Mahasiswa Teknik Mesin

Biosistem.

Selama di IPB penulis aktif mengikuti lembaga kemahasiswaan seperti

Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA), UKM Kesenian Gentra

Kaheman dan Organisasi Mahasiswa Daerah (OMDA) Purwakarta IPB. Penulis

juga aktif mengikuti kegiatan Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) oleh Dikti.

Pada tahun 2011 penulis mendapat pendanaan di bidang teknologi mengenai

mesin pengupas kulit melinjo. Tahun 2013 penulis mendapat dua karya yang

didanai Dikti di bidang kewirausahaan mengenai kue dadar gulung berbahan dasar

tepung ubi jalar dan dodongkal talas.

Penulis melaksanakan Praktik Lapangan pada bulan Juni sampai bulan

Agustus 2012 (40 hari) di PT. Perkebunan Nusantara XIII (PERSERO), Pelaihari,

Kalimantan Selatan. Penulis mempublikasikan hasil praktik lapang dalam bentuk

laporan dengan judul “Mempelajari Penggunaan Energi Pada Proses Pengolahan

Kelapa Sawit Menjadi Crude Plam Oil di PT.Perkebunan Nusantara XIII

(PERSERO), Pabrik Minyak Sawit Pelaihari, Kalimantan Selatan”.

analisis pindah panas pada sistem pemanas...

Documents