uji performansi sistem pemanasan pengeringan … · i uji performansi sistem pemanasan pada alat...

i

UJI PERFORMANSI SISTEM PEMANASAN

PADA ALAT PENGERING HIBRID TIPE LORONG UNTUK

PENGERINGAN IKAN SAMGEH (Argyrosomus amoyensis)

DI PENGOLAHAN HASIL PERIKANAN TRADISIONAL (PHPT)

MUARA ANGKE JAKARTA UTARA

Oleh :

AHMAD NAWAWI

F14103031

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2009

ii

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UJI PERFORMANSI SISTEM PEMANASAN

PADA ALAT PENGERING HIBRID TIPE LORONG UNTUK

PENGERINGAN IKAN SAMGEH (Argyrosomus amoyensis)

DI PENGOLAHAN HASIL PERIKANAN TRADISIONAL (PHPT)

MUARA ANGKE JAKARTA UTARA

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian,

Fakultas Teknologi Pertanian,

Institut Pertanian Bogor

Oleh:

AHMAD NAWAWI

F14103031

Dilahirkan di Garut

Pada tanggal: 7 Juli 1984

Tanggal lulus:

Disetujui,

Bogor, Mei 2009

Dr. Ir. Dyah Wuandani, M.Si Dr. Ir. Leopold Oscar Nelwan,M.Si

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Mengetahui,

Dr. Ir. Desrial, M.Eng.

Ketua Departemen Teknik Pertanian

iii

Ahmad Nawawi. F14103031. Uji Performansi Sistem Pemanasan Pada Alat

Pengering Hibrid Tipe Lorong untuk Pengeringan Ikan Samgeh (Argyrosomus

amoyensis) di Pengolahan Hasil Perikanan Tradisional (PHPT) Muara Angke

Jakarta Utara. Di bawah bimbingan Dyah Wulandani dan Leopold Oscar

Nelwan. 2009.

RINGKASAN

Pada proses pengeringan ikan. Salah satu alat pengering yang telah

dikembangkan adalah alat pengering surya tipe lorong. Alat pengering ini

menggunakan sumber energi alternatif dari surya. Energi ini merupakan salah satu

bentuk energi terbarukan yang tersedia di alam dengan jumlah yang tak terbatas.

Namun, dikarenakan energi surya yang tidak stabil dan kondisi cuaca yang

sewaktu-waktu bisa berubah, maka perlu ditambahkan suatu pemanas tambahan

untuk mengatasi masalah tersebut. Untuk itu digunakan tungku dengan bahan

bakar dari biomassa yang dirancang sedemikian rupa sehingga bisa dioperasikan

pada kondisi cuaca mendung atau pengeringan di malam hari.

Masalah yang timbul kemudian adalah hasil olahan dengan menggunakan

biomasa yang cenderung kotor, berbau, dan kurang menarik secara tekstur. Hal ini

sering terjadi karena asap yang dihasilkan dari pembakaran biomasa tersebut

langsung bersentuhan dengan produk. Untuk menghindari asap bersentuhan

langsung dengan dengan produk, maka digunakan sistem penukar panas (heat

exchanger).

Dalam pelaksanaannya, nelayan masih jarang menggunakan alat pengering

dengan sumber energi tersebut. Hal ini terkait dengan hasil pengeringan yang

tidak sesuai dengan kebutuhan mereka, terkadang ikan yang dihasilkan terlalu

kering atau hasil pengeringannya yang tidak merata. Untuk itu maka perlu

diadakan pengujian dari sistem pemanasan yang digunakan pada alat pengering

tersebut.

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk memperoleh kinerja sistem

pemanasan pada alat pengering surya hibrid tipe lorong untuk pengeringan ikan.

Sedangkan tujuan khususnya yaitu untuk mendapatkan data sebaran suhu dalam

ruang pengering, sebaran suhu pada kolektor surya, sebaran suhu pada penukar

panas, sebaran suhu pada tungku, efisiensi kolektor, effisiensi tungku, dan

efektifitas penukar panas

Pengering ERK tipe lorong didisain untuk menangani bahan-bahan pangan

atau pertanian yang umumnya sensitif terhadap kerusakan mekanis dan yang

tahan terhadap suhu sampai 600C. Pengering ERK ini merupakan pengeringan

yang mengandalkan energi surya dan energi lain seperti kayu bakar atau briket

batubara sebagai sumber energi panasnya. Radiasi surya masuk kedalam sistem

pengering melalui dinding transparan dan diserap olah berbagai komponen

pengering (seperti absorber, rak, rangka, juga produk) yang berada dalam ruang

pengering. Pemanasan dari pembakaran batok kelapa disalurkan melalui udara

yang mengalir melalui penukar panas.

iv

Penelitian dilakukan di Pengolahan Hasil Perikanan Tradional (PHPT)

Muara Angke Jakarta Utara. Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah

ikan Samgeh dan batok kelapa sebagai bahan bakar biomassa. Parameter yang

diukur dalam penelitian ini meliputi iradiasi surya, suhu bangunan pengering,

suhu sistem pemanas, kecepatan udara, dan pemakaian biomassa. Performansi

sistem pemanasan yang diukur meliputi efisiensi kolektor, effisiensi sistem

tungku, dan efektifitas penukar panas.

Perlakuan yang berbeda-beda pada tiap percobaan berpengaruh begitu

nyata terhadap sebaran suhu dalam ruang pengering. Suhu ruang pengering dalam

setiap percobaan selalu lebih tinggi dari pada suhu lingkungan. Semakin siang

suhu ruang pengering cenderung mengalami kenaikan atau semakin besar radiasi

surya maka semakin tinggi suhu absorber, dan semakin besar pula suhu ruang

pengering.

Laju iradiasi berkisar antara 286.75-729.49 W/m2 dengan rata-rata suhu

lingkungan 31.88-36.81oC didapatkan suhu rata-rata ruang pengering berkisar

antara 40.39-52.63 oC. Sehingga dapat dikatakan bahwa penggunaan kolektor

surya mampu menaikkan suhu lingkungan menjadi suhu ruang pengering berkisar

antara 27-55%. Adanya fluktuasi yang cukup tajam disebabkan karena cuaca yang

terus berubah pada setiap percobaan. Kenaikkan suhu ruang pengering yang

paling besar terjadi pada percobaan yang dilakukan sepanjang hari.

Semakin banyak bahan bakar yang dibakar akan semakin tinggi suhu pada

ruang bakar dan semakin tinggi pula suhu pada ruang pengering. Sehingga faktor

yang paling penting adalah bagaimana kita bisa menjaga kekontinuan jumlah

panas yang diberikan dari pembakaran batok kelapa yang terjadi dalam tungku.

Oleh sebab itu bahan bakar yang kita masukan untuk proses pembakaran jangan

terlalu banyak untuk sekali periode pembakaran dan jangan terlalu lama jarak

waktu pengisian bahan bakar. Selang waktu dalam pengisian bahan bakar adalah

setiap 15 menit sekali sebanyak 2-3 kg.

Pemanas tambahan menggunakan tungku berbahan bakar batok kelapa.

Dengan laju pembakaran antara 7.11-8.8 kg/jam dieroleh suhu tungku berkisar

antara 295.94-391.83 oC pada kondisi suhu lingkungan antara 27.79-27.86

oC

diperoleh suhu ruang pengering antara 36.82-38.12 oC. Sehingga dapat dikatakan

bahwa penggunaan tungku sebagai pemanas tambahan mampu menikkan suhu

lingkungan menjadi suhu ruang pengering berkisar antara 32-37%.

Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa nilai efisiensi kolektor berkisar

antara 62.23-64.30%. Sedangkan rata-rata nilai efisiensi sistem tungku berada

pada kisaran 13.92-15.33%. Adapun nilai efektifitas penukar panas berkisar antara

0.95-0.96.

Penggunaan kolektor sebaiknya pengeringan dilakukan sepanjang hari.

Karena pada percobaan ini kenaikan suhu dapat mencapai 18.68 oC atau sekitar

55% dari kondisi lingkungan. Dalam sistem operasi dengan menggunakan batok

kelapa sebagai pemanas tambahan sebaiknya dilakukan dengan laju pembakaran

8.8 kg/jam karena menghasilkan suhu yang paling tinggi yaitu 10.27 oC atau

sekitar 37%.

v

RIWAYAT HIDUP

Nama lengkap penulis adalah Ahmad Nawawi.

Dilahirkan pada tanggal 07 Juli 1984 di Garut dari

pasangan Ading Abdurachim dan Komala Sari.

Pendidikan Sekolah Dasar diselesaikan penulis pada

tahun 1997 di SDN Mekar Wangi, Kabupaten Garut.

Penulis melanjutkan pendidikan ke tingkat pertama di

SLTPN 1 Bayongbong dan lulus pada tahun 2000, kemudian melanjutkan ke

tingkat atas dan menamatkan pendidikan di SMUN 1 Garut pada tahun 2003.

Pada tahun 2003 penulis diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur

Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan terdaftar sebagai mahasiswa di

Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian (FATETA).

Selama menjadi mahasiswa IPB penulis aktif dalam organisasi

kemahasiswaan. Tahun 2003 penulis masuk dalam keanggotaan Himpunan

Mahasiswa Garut (HIMAGA). Tahun 2004/2005 penulis masuk dalam

keanggotaan Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA). Tahun

2005/2006 penulis masuk dalam keanggotaan Dewan Perwakilan Mahasiswa

(DPM) Fakultas Teknologi Pertanian.

Penulis melakukan praktek lapangan di PTN VIII Sukabumi dengan judul

“Mempelajari Proses Pembuatan Teh Hitam Goalpara di PTPN VIII , Sukabumi

Jawa Barat”

Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian,

penulis menyelesaikan skripsi yang berjudul “Uji Performansi Sistem Pemanasan

Pada Alat Pengering Hibrid Tipe Lorong Untuk Pengeringan Ikan Samgeh

(Argyrosomus amoyensis) di Pengolahan Hasil Perikanan Tradisional (PHPT)

Muara Angke Jakarta Utara”

vi

KATA PENGANTAR

Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Illahi Rabbi atas segala

nikmat karunia yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi

yang berjudul “Uji Performansi Sistem Pemanasan pada Alat Pengering Hibrid

Tipe Lorong untuk Pengeringan Ikan Samgeh (Argyrosomus amoyensis) di

Pengolahan Hasil Perikanan Tradisional (PHPT) Muara Angke Jakarta Utara”.

Shalawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada Baginda Rasulullah

Muhammad SAW, para sahabat serta kita semua sebagai ummatnya hingga akhir

zaman kelak.

Selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini banyak pihak yang

telah membantu penulis, oleh karena itu dengan kerendahan hati penulis ucapkan

terima kasih kepada :

1. Dr. Ir. Dyah Wulandani, MSi. sebagai dosen pembimbing kedua yang telah

mengarahkan selama penyusunan skripsi.

2. Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, MSi. selaku dosen pembimbing utama yang telah

memberikan arahan dan bimbingan selama masa studi.

3. Ir. Agus Sutejo MSi. selaku dosen penguji atas masukan yang telah diberikan

untuk perbaikan skripsi ini

4. Pak Dinta beserta staf di PHPT Muara Angke atas masukan, kritik, saran

beserta arahannya selama melakukan penelitian.

5. Ayah, ibu, kakak-kakakku serta adikku yang telah memberikan semangat

dukungan moril dan materiil.

6. Keluarga besar Nusa Garut atas segala dukungan, perhatian, bantuan,

fasilitas, ktitik dan saran yang telah diberikan.

7. Pak Harto, Mas Firman dan Mas Darma yang telah membantu dalam

kelancaran penelitian

8. Hellen Noval Gia atas pengertian, dukungan dan do’anya.

9. Suharjo, teman satu lokasi penelitian, terima kasih atas segala bantuan selama

penelitian.

10. Bima, Kindi, Bubun, Salman, Hadi, Dikcy dan seluruh teman-teman Lab.

Energi atas segala bantuan dan dukungannya.

vii

11. Seluruh teman-teman TEP’40, 41, dan 42 atas segala bantuan, dukungan dan

kebersamaannya selama ini.

12. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu atas bantuannya selama

ini.

Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam penulisan skripsi

ini, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun.

Semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan pihak yang

memerlukan.

Bogor, April 2009

Penulis

viii

DAFTAR ISI

Halaman

RINGKASAN............................................................................................ i

RIWAYAT HIDUP ................................................................................... iii

KATA PENGANTAR ............................................................................... iv

DAFTAR ISI ............................................................................................. vi

DAFTAR TABEL .................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................ ix

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................. x

PENDAHULUAN .................................................................................... 1

A. Latar Belakang ........................................................................... 1

B. Tujuan Penelitian ....................................................................... 2

TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 3

A. Pengeringan Tipe ERK ................................................................ 3

B. Sistem Pemanas Pada Pengering ERK ........................................ 3

1. Kolektor Surya ........................................................................ 4

2. Penukar panas .......................................................................... 5

3. Tungku Pembakaran ................................................................ 6

C. Hasil-Hasil Penelitian Tentang Sistem Pemanas.............................. 8

PENDEKATAN TEORI ........................................................................... 9

A. Perpindahan Panas ....................................................................... 9

1.Konduksi .................................................................................. 9

2.Konveksi .................................................................................. 9

2.1.konveksi Alami ................................................................... 9

2.2. Konveksi Paksa ................................................................. 10

B. Kolektor surya ............................................................................ 11

C. Tungku Pembakaran .................................................................... 13

D. Penukar Panas ............................................................................ 14

METODOLOGI PENELITIAN ................................................................ 17

A. Tempat dan Waktu Penelitian ..................................................... 17

B. Bahan dan Alat Penelitian ........................................................... 17

C. Pengering ERK Tipe Lorong ....................................................... 17

ix

D. Komponen-Komponen Pengering ERK ....................................... 18

E. Metode Pengujian Performansi ................................................... 20

1. Prosedur Percobaan ................................................................. 20

2. Parameter Yang Diukur ........................................................... 21

3. Perlakuan................................................................................. 21

4. Kinerja Sistem Pemanasan pada Alat Pengering ERK .............. 22

HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................. 23

A. Pengaruh Penggunaan Kolektor Terhadap Suhu Ruang Pengering 23

B. Pengaruh Pemanas Tambahan Terhadap Suhu Ruang Pengering . 25

C. Efisiensi Kolektor ........................................................................ 28

D. Efisiensi Sistem Tungku .............................................................. 31

E. Efektifitas Penukar Panas ........................................................... 32

KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 35

A. Kesimpulan ................................................................................ 35

B. Saran .......................................................................................... 36

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 37

LAMPIRAN ............................................................................................. 39

x

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1.Nilai kalor beberapa bahan bakar ................ .............................................. 7

2.Perlakuan dalam setiap percobaan............... ............................................. 22

3.Nilai rata-rata efisiensi kolektor pada masing-masing percobaan .............. 30

4.Laju pembakaran pada masing-masing percobaan .................................... 31

5.Nilai efisiensi tungku pada masing-masing percobaan .............................. 32

6.Nilai rata-rata efektifitas penukar panas...... ............................................. 34

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1.Skema aliran panas pada alat pengering ERK Tipe Lorong

18

2.Profil suhu dan radiasi surya pada percobaan 1

23


24


24

5.Profil suhu pada percobaan 2

26


26


27

8.Nilai efisiensi kolektor dan laju radiasi pada percobaan 1

28


29


30

11.Nilai efektifitas HE dan perpindahan panas pada percobaan 2

33


33


33

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1.Pengukuran iradiasi surya

39

2.Pengukuran suhu

41

3.Contoh Perhitungan efisiensi kolektor surya

45

4.Contoh Perghitungan efisiensi tungku

48

5.Contoh Perhitungan efektifitas HE

49

6.Gambar Alat Pengering Hibrid Tipe Lorong

54

7.Gambar Heat Exchanger pada Alat Pengering Tipe Lorong

56

1

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sebagai negara kepulauan, Indonesia memiliki lautan yang sangat luas,

di dalamnya terkandung kekayaan alam yang dapat dimanfaatkan untuk

kesejahteraan hidup manusia. Salah satu kekayaan laut itu adalah ikan yang

terdiri dari berbagai spesies. Ikan merupakan salah satu komoditas penting

dalam rangka pemenuhan kebutuhan protein hewani. Kandungan air yang

tinggi pada ikan (dapat mencapai 80%) akan mempercepat proses penguraian

tubuh ikan oleh mikroorganisme, sehingga diperlukan proses pengolahan

ikan untuk mempertahankan tubuh ikan dari pengaruh pembusukan.

Salah satu metode pengawetan ikan yang sering dilakukan adalah

dengan pengeringan ikan. Pengeringan dilakukan untuk mengurangi kadar air

ikan sehingga aktifitas mikroorganisme dapat dikurangi. Dengan teknologi

pengawetan ini, diharapkan daya simpan ikan menjadi lebih panjang, sehingga

kebutuhan manusia akan ikan dapat terus dipenuhi. Selain itu, usaha

pemanfaatan hasil peikanan dapat memberikan nilai tambah sehingga dapat

meningkatkan pendapatan nelayan.

Metode pengeringan ikan dapat digolongkan dengan cara tradisional

dan mekanis. Cara tradisional yang biasa dilakukan oleh masyarakat maupun

industri kecil yaitu dengan penjemuran ikan secara langsung di bawah sinar

matahari. Biaya operasional dengan cara ini relatif murah, namun memiliki

banyak kelemahan. Misalnya kondisi lingkungan atau panas matahari yang

tidak stabil, gangguan cuaca, debu, lalat, dan kotoran. Untuk memperbaiki

kelemahan ini, maka digunakanlah sistem pengeringan buatan.

Salah satu alat pengering yang telah dikembangkan adalah alat

pengering surya tipe lorong. Alat pengering ini menggunakan sumber energi

alternatif dari surya. Energi ini merupakan salah satu bentuk energi terbarukan

yang tersedia di alam dengan jumlah yang tak terbatas. Namun, dikarenakan

energi surya yang tidak stabil dan kondisi cuaca yang sewaktu-waktu bisa

berubah, maka perlu ditambahkan suatu pemanas tambahan untuk mengatasi

masalah tersebut. Untuk itu digunakan tungku dengan bahan bakar dari

2

biomassa yang dirancang sedemikian rupa sehingga bisa dioperasikan pada

kondisi cuaca mendung atau pengeringan di malam hari. Penggunaan

biomassa sebagai bahan bakar tambahan didasarkan atas beberapa

pertimbangan, selain murah dan mudah di dapat, energi kalor yang dihasilkan

pun cukup besar tergantung dari jenis biomassa yang digunakan.

Masalah yang timbul kemudian adalah hasil olahan dengan

menggunakan biomasa yang cenderung kotor, berbau, dan kurang menarik

secara tekstur. Hal ini sering terjadi karena asap yang dihasilkan dari

pembakaran biomasa tersebut langsung bersentuhan dengan produk. Untuk

menghindari asap bersentuhan langsung dengan dengan produk, maka

digunakan sistem penukar panas (heat exchanger).

Penukar panas adalah alat yang berfungsi untuk memindahkan

sejumlah panas dari suatu bahan atau zat ke bahan atau zat lain. 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.

Dalam pelaksanaannya, nelayan masih jarang menggunakan alat

pengering dengan sumber energi tersebut. Hal ini terkait dengan hasil

pengeringan yang tidak sesuai dengan kebutuhan mereka, terkadang ikan yang

dihasilkan terlalu kering atau hasil pengeringannya yang tidak merata. Untuk

itu maka perlu diadakan pengujian dari sistem pemanasan yang digunakan

pada alat pengering tersebut.

B. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja sistem pemanasan

pada alat pengering Efek Rumah Kaca (ERK) tipe lorong dalam proses

pengeringan ikan.

3

TINJAUAN PUSTAKA

A. Pengeringan Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)

Pengeringan merupakan salah satu proses pasca panen yang umum

dilakukan pada berbagai produk pertanian yang ditujukan untuk menurunkan

kadar air sampai pada tingkat yang aman untuk penyimpanan atau proses

lainnya (Kamaruddin, 2007).

Metode pengeringan dapat digolongkan dengan cara tradisional dan

mekanis. Cara tradisional yang biasa dilakukan oleh masyarakat maupun

industri kecil yaitu dengan penjemuran secara langsung di bawah sinar

matahari. Biaya operasional dengan cara ini relatif murah, namun memiliki

banyak kelemahan. Misalnya kondisi lingkungan atau panas matahari yang

tidak stabil, gangguan cuaca, debu, lalat, dan kotoran. Untuk memperbaiki

kelemahan ini, maka digunakanlah sistem pengeringan kombinasi. Sistem

pengeringan kombinasi adalah jenis pengeringan dengan menggunakan

sumber energi alternatif dari surya, angin, dan biomassa. Energi ini merupakan

salah satu bentuk energi terbarukan yang tersedia di alam dengan jumlah yang

tak terbatas.

Pengering ERK merupakan pengeringan yang mengandalkan energi

surya dan energi lain seperti kayu bakar atau briket batubara sebagai sumber

energi panasnya. Radiasi surya masuk kedalam sistem pengering melalui

dinding transparan dan diserap olah berbagai komponen pengering (seperti

absorber, rak, rangka, juga produk) yang berada dalam ruang pengering.

Penyerapan energi ini mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu dari masing-

masing komponen tersebut dan hasilnya adalah perbedaan suhu antara

komponen tersebut dengan suhu udara di dalam ruang pengering.

Perpindahan panas akan terjadi secara konvektif dan secara radiatif ke udara

(dalam bentuk gelombang panjang). Sebagian besar gelombang panjang

radiasi ini akan diserap atau dipantulkan oleh dinding transparan dan hanya

sebagian kecil yang dilepaskan ke lingkungan. Oleh karena itu keseimbangan

termal dari sistem dengan lingkungan akan bergeser pada suhu yang lebih

4

tinggi. Udara dengan suhu lebih tinggi ini kemudian digunakan untuk

mengeringkan produk.

Pemanasan dari pembakaran bahan bakar disalurkan melalui udara

yang mengalir melalui penukar panas. Kipas digunakan untuk mengalirkan

udara melalui pipa-pipa penukar panas tersebut. Pada saat udara melalui

penukar panas, transfer panas berlangsung melalui dinding saluran penukar

panas. Perpindahan panas ini dibantu dengan dengan adanya kecepatan udara

yang tinggi yang melalui penukar panas tersebut.

B. Sistem Pemanasan Pada Pengering ERK

Pemanas tambahan dalam sistem pengeringan merupakan bentuk dari

suatu usaha untuk mempertahankan suhu ruangan pada tingkat tertentu yang

diinginkan, disesuaikan dengan keadaan bahan serta keadaan cuaca disekitar

sistem pengeringan. Bentuk dari pemanas tambahan diwujudkan melalui suatu

alat atau mesin yang dapat digunakan untuk menambah atau memindahkan

sejumlah panas tertentu pada ruang pengeringan.

1. Kolektor Surya

Energi panas matahari dialirkan ke bumi dalam bentuk gelombang

pendek (energi elektromagnetik) yang meliputi sinar gamma, ultraviolet, sinar

tampak, sinar infra merah dan gelombang radio. Energi yang sampai ke

permukaan bumi adalah ultraviolet, sinar tampak, dan sinar infra merah. Ciri

khas dari radiasi surya adalah sifat keberadaannya yang berubah-ubah.

Meskipun hari cerah dan sinar surya tersedia banyak, nilainya berubah dengan

titik maksimum pada tengah hari karena bertepatan dengan jarak lintasan

terpendek sinar surya menembus atmosfer (Abdullah,1990).

Kolektor surya merupakan alat yang digunakan untuk meningkatkan

efektivitas pemanfaatan energi surya dengan cara pemanfaatan langsung

menggunakan suatu alat pengumpul dan penyerap panas.

Kolektor surya sebagai pengumpul panas meneruskan energi yang

diserap (absorber) ke fluida, absorber tersebut akan merubah pancaran

5

menjadi energi panas, kemudian memindahkan energi panas ke fluida untuk

memanaskan fluida yang mengalir.

Sebagai penyerap dan pemindah energi surya, kolektor surya dibagi

dua, yaitu : kolektor datar (flat plat collector) dan kolektor konsentrator

(concentrating collector) (Kamaruddin Abdullah, et al., 1990) .

Pada kolektor datar, radiasi yang diterima kolektor adalah radiasi baur

dan radiasi langsung. Radiasi baur adalah radiasi pantulan dari pancaran

energi surya, baik itu pantulan langsung maupun pantulan tidak langsung dari

beberapa benda. Kamaruddin Abdullah,et al., (1990) menyatakan bahwa

komponen utama dari pengumpul panas adalah: keping penyerap (absorber),

penyekat panas (isolator), dan lapisan penutup transparan. Duffie dan

Beckman, (1980) menyatakan bahwa bagian-bagian yang penting dari sistem

kolektor adalah sebagai berikut:

a. Plat penyerap panas, yang berfungsi untuk memindahkan energi

radiasi panas ke fluida yang mengalir.

b. Penyekat belakang, berfungsi untuk mengurangi kehilangan panas

akibat konduksi.

c. Tutup transparan, berfungsi untuk mengurangi kehilangan panas

karena konveksi dan radiasi ke atmosfer.

Kolektor konsentrator digunakan untuk meningkatkan kemampuan

pengumpul panas. Kolektor ini dibedakan menjadi dua, yaitu: kolektor

konsentrator satu titik fokus dan kolektor konsentrator satu garis fokus.

2. Penukar Panas

Sistem pemanas ruangan dibedakan menjadi sistem pemanas langsung

atau direct system dan sistem pemanasan tidak langsung atau indirect system.

Pada sistem pemanasan langsung, energi panas diperoleh dari suatu alat atau

mesin yang terletak dalam ruangan yang mampu memberikan panas pada

ruangan tersebut. Sedang untuk pemanas tidak langsung, jumlah energi panas

yang dibutuhkan untuk memanaskan ruang pengering diperoleh dari sistem

pemanasan di luar ruangan untuk kemudian dipindahkan kedalam ruangan

6

dalam bentuk yang sama atau pun dalam bentuk lain melalui mekanisme heat

exchanger.

Penukar panas atau heat exchanger merupakan alat yang digunakan

untuk memindahkan sejumlah panas dari suatu 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 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.

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.

Penukar kalor yang banyak digunakan dalam pemanasan dan

pendinginan udara atau gas adalah model aliran silang. Pada sistem ini gas

atau udara dialirkan diluar tabung, sedangkan fluida lain digunakan dalam

tabung untuk memanaskan atau mendinginkan.

3. Tungku Pembakaran

Pada prinsipnya pembakaran adalah reaksi suatu zat dengan oksigen

dan menghasilkan energi. Bahan bakar umumnya adalah merupakan suatu

senyawa hidrokarbon. Semakin besar energi yang dihasilkan oleh pembakaran

bahan bakar tersebut, maka semakin baik fungsinya sebagai bahan bakar.

Agar pemanfaatan energi panas yang dihasilkan optimum, bahan bakar

dibakar dalam suatu alat yang disebut tungku pembakaran. Rancangan tungku

sangat menentukan sempurna tidaknya proses pembakaran berlangsung dan

7

besarnya energi panas yang dapat dimanfaatkan atau dihasilkan oleh sistem

tungku tersebut. Disamping itu rancangan tungku juga akan dapat menentukan

laju pembakaran atau jumlah bahan bakar yang terbakar persatuan waktu.

Sempurna atau tidaknya pembakaran dipengaruhi oleh rancangan

ruang pembakaran yang menentukan mudah tidaknya oksigen kontak dengan

partikel karbon pada bahan bakar. Sedangkan jumlah udara yang dapat masuk

ke dalam tungku ditentukan oleh rancangan tungku. Selain itu kelancaran

proses pembakaran juga ditentukan oleh kelancaran pembuangan gas hasil

pembakaran.

Tabel 1. Nilai kalor beberapa bahan bakar

Bahan bakar Nilai Kalor (kJ/kg)

Kayu kering 18 799.10

Arang kayu 29 495.59

BBM 42 797.96

Gas alam 40 836.20

Batu bara 29 298.60

Batok kelapa 17 000.00

Sumber : Wegner, 1988 dalam Suharjo, 2007

8

C. Hasil-Hasil Penelitian Tentang Sistem Pemanasan

Alief (1999) melakukan uji unjuk kinerja pemanas tambahan pada

pengering ERK dengan bahan bakar berupa minyak tanah dengan laju 1.3

liter/jam menghasilkan efisiensi heat exchanger 5.5% - 12 %. Pemanas ini

dapat menaikkan suhu lingkungan menjadi suhu ruangan sebesar 16 oC pada

debit air 0.6 liter/detik

Darmawan (2003) melakukan uji kinerja alat pengering tipe ERK

dengan energi surya dan tungku biomassa sebagai sistem pemanas tambahan

menghasilkan efisiensi tungku sebesar 10.17% dan efisiensi heat exchanger

sebesar 9.79%.

Ignasius Ferry (2003) melakukan uji performansi sistem pemanas air.

Pemanas yang digunakan adalah perpaduan antara energi surya dan LPG.

Dengan radiasi rata-rata 384.59 W/m2 suhu air masuk kolektor 28.59

oC dan

keluar 29.3 oC menghasilkan efisiensi kolektor sebesar 24.3%.

Lunardi (2003) melakukan uji performansi alat pengering surya hibrid

pada pengeringan ikan mujair. Penerimaan rata-rata radiasi surya harian pada

pengujian 1 dan pengujian 2 masing-masing sebesar 281.21 W/m2 dan 465.33

W/m2 dengan lama pengeringan masing-masing selama 27.85 jam dan 18.17

jam. Suhu udara pengering rata-rata pada pengujian 1 dan pengujian 2 masing-

masing adalah 34 oC dan 35.22

oC. Energi yang digunakan alat pengering

berasal dari energi surya, energi listrik dan energi bahan bakar biomassa.

Energi yang digunakan untuk menguapkan kadar air ikan pada pengujian 1

sebesar 154.43 MJ/kg uap air sedangkan pada pengujian 2 sebesar 56.95

MJ/kg uap air.

Ai Rukmini (2006) melakukan perancangan dan uji alat pemanas tipe

counter flow. Hasil yang diperoleh setelah pengujian selama 4 jam yaitu suhu

tungku berkisar antara 171.6 – 179.2. panas yang dipindahkan antara 506.43 –

791.67 kJ/jam. Efektifitas penukar panas antara 0.28 – 0.36

9

PENDEKATAN TEORI

A. Perpindahan Panas

Perpindahan panas didefinisikan sebagai ilmu umtuk meramalkan

perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda

atau material (Holman,1986). Perpindahan panas berhubungan dengan laju

perpindahan panas dan penyebaran suhu dalam sistem.

Pada alat penukar panas, perpindahan panas berlangsung dengan cara:

1. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan panas melalui kontak langsung antara

molekul zat yang berbeda suhu. Besaran perpindahan panas secara konduksi

tergantung pada nilai konduktivitas panas bahan.

2. Konveksi

Konveksi merupakan perpindahan panas yang dihubungkan dengan

pergerakan fluida. Jika fluida bergerak karena adanya gaya gerak dari luar

maka disebut konveksi paksa, sedangkan jika pergerakan fluida terjadi karena

perbedaan masa jenis yang disebabkan oleh perbedaan suhu disebut konveksi

alami.

2.1. Konveksi Alami

Konveksi alami dipengaruhi oleh perbandingan antara gaya apung dan

kekentalan fluida atau disebut dengan bilangan Grashof. Semakin besar

bilangan Grashof maka perpindahan panasnya semakin efektif. Konveksi

bebas dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan (Holman,1986)

berikut:

….................................................... (1)

........................................................... (2)

…................................................................ (3)

2

3)(

νβ ϖ xTTg

Gr−

= ∞

mGrCNu Pr)(=

x

kNuh =

10

Dimana :

g = gravitasi (9.8m/s)

β = koefisien muai panas udara (1/K)

ν = viskositas kinematik (m3 /s)

Pr = bilangan Prandtl

Nud = bilangan Nusselt

Gr = bilangan Grashof

Tw = suhu dinding (oC )

T = suhu antara dua dinding(oC )

x = tinggi bidang tegak (m)

C,m = konstanta berdasar nilai GrPr pada geometri tertentu.

2.2. Konveksi Paksa

Untuk aliran yang terjadi karena adanya gaya tambahan dari luar, maka

koefisien pindah panas pada penukar panas yang disusun berupa pipa, dapat

dicari dengan menggunakan persamaan (Holman, 1986) berikut.

14.0

3

1

3

1

Pr)(Re86.1

=w

dL

dNu

µµ

..................................... (4)

Persamaan diatas berlaku untuk perpindahan kalor aliran laminer (Re <

5 x105 ). Sedangkan untuk aliran turbulen (Re > 5 x10

5 ) digunakan persaman:

14.0

3

1

8.0 PrRe027.0

=

w

dNuµµ

......................................... (5)

Dimana :

µρν dm=Re .................................................................. (6)

11

B. Kolektor Surya

Jumlah panas yang terkumpul pada suatu kolektor merupakan

keseimbangan antara jumlah panas terserap dan panas yang hilang dari sistem

kolektor tersebut. Untuk menghitung jumlah panas yang terkumpul digunakan

persamaan Kamaruddin (1998) sebagai berikut :

Qb = Qc – Ql ..................................................................... (7)

Dimana :

Qb = jumlah panas terkumpul (W/ m2 )

Qc = jumlah panas terserap (W/ m2 )

Ql = jumlah panas hilang dari kolektor (W/ m2 )

Jumlah panas yang masuk ditentukan dengan menggunakan persamaan

berikut :

)(ταpc IAQ = .................................................................... (8)

Dimana :

(τ α ) = hasil perkalian koefisien tembus cahaya penutup

transparan dan koefisien penyerap panas energi surya oleh

plat penyerap.

I = laju radiasi surya yang ditangkap oleh permukaan kolektor

(W/ m2 )

Ap = luas plat kolektor (m2)

Sedangkan jumlah panas yang hilang dari kolektor dapat ditentukan

dengan menggunakan persaman berikut :

( )ac

c

s

sbtl TTA

AUUUQ −

++= ................................ (9)

Dimana :

Ut = kehilangan panas bagian atas kolektor (W/ m2 oC

)

Ub = kehilangan panas dari bagian bawah kolektor (W/ m2 oC

)

Us = kehilangan panas dari bagian samping kolektor (W/ m2 oC

)

As = luas sisi kolektor (m2)

Ac = luas permukaan kolektor (m2)

Tc = suhu permukaan absorber (oC)

Ta = suhu udara sekeliling ( oC)

12

Kehilangan panas pada bagian atas kolektor dicari dengan

menggunakan persamaan :

∆+

=

tkk

x

h

Utk

t 1

1 …….................................................... (10)

Dimana :

Ut = kehilangan panas pada bagian atas kolektor ( W/m2 oC)

h = koefisien pindah panas konveksi pada fluida yang mengalir

di bagian dalam polikarbonat atau konveksi secara alami

(W/ m2 oC

)

∆xtk = tebal tutup kolektor (m)

k tk = konduktivitas panas tutup kolektor (W/ m2 oC )

Kehilangan panas pada bagian bawah kolektor dicari dengan

menggunakan persamaan :

∆+

=

g

g

b

k

x

h

U1

1 ................................................... (11)

Dimana :

Ub = kehilangan panas pada bagian bawah kolektor ( W/m2 oC)

h = koefisien pindah panas konveksi pada fluida yang mengalir

di bagian dalam glas wool atau konveksi secara alami

(W/ m2 oC)

∆xxp = tebal glas wool (m)

k p = konduktivitas panas glas wool (W/ m2 oC)

Karena biasanya luas bagian samping kolektor sangat kecil

dibandingkan dengan permukaan atas atau permukaan bawah dari kolektor,

maka biasanya panas yang hilang dari bagian samping tadi diabaikan.

13

Dengan demikian maka keseimbangan energi pada kolektor datar

dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut :

( ) ( )acpLpb TTAUIAQ −−= τα ................................. (12)

Dimana :

btL UUU += ............................................................ (13)

Efisiensi kolektor datar (ηc) merupakan perbandingan antara jumlah

panas yang terkumpul dan panas yang datang Kamaruddin (1998) atau :

ηc =

−−

I

TTU ac

Lτα .............................................. (14)

C. Tungku Pembakaran

Pada pembakaran sempurna, bahan bakar akan menghasilkan sejumlah

energi panas yang umumnya disebut sebagai nilai kalor panas. Nilai kalor

panas bahan bakar yang umumnya digunakan sebagai patokan adalah nilai

kalor panas pada tingkat rendah ( Low Heating Value = LHV ) yang biasa

diperoleh antara lain dengan cara pengukuran menggunakan alat Bomb

Calorimeter.

Pada pembakaran secara aktual energi panas yang dihasilkan

umumnya lebih kecil dari nilai kalor panas bahan bakar yang bersangkutan

karena pembakaran berlangsung tidak habis atau tidak sempurna.

Perbandingan antara jumlah energi panas yang dihasilkan dengan nilai kalor

panas bahan bakar disebut sebagai effisiensi pembakaran.

Efisiensi sistem tungku merupakan perbandingan antara jumlah energi

yang digunakan untuk meningkatkan suhu ruangan dengan energi yang

diberikan oleh tungku pemanas, dinyatakan dalam persamaan Kamaruddin

(1998) berikut :

ηt=Cvm

TTCpm

b

auinuu )( − .................................................. (15)

14

Dimana :

um = massa udara (kg)

uCp = panas jenis udara (kJ/kg oC)

uinT = suhu ruang pengering (oC

)

aT = suhu lingkungan ( oC )

bm = masa bahan bakar (kg)

Cv = nilai kalor bahan bakar (kJ/kg)

D. Sistem Penukar Panas

Analisis unjuk kerja dari penukar panas akan dipengaruhi oleh

deskripsi fisik dari parameter-parameter yang terlibat. Hal pertama yang perlu

diketahui adalah bentuk aliran dari fluida seperti Crossflow, parallelflow atau

counterflow maupun penukar panas dengan model sheel and tube serta berapa

kali fluida akan melewati masing-masing pipa dalam penukar panas. Kedua

adalah dimensi fisik dari penukar panas seperti ukuran pipa, bahan dari pipa

serta jumlah total permukaan pindah panas yang terlibat.

Perhitungan unjuk kerja dari penukar panas didasarkan pada konsep

keseimbangan energi yang terjadi sepanjang penukar panas dan efektifitas dari

penukar panas.

Laju perpindahan panas untuk berbagai tipe penukar panas dapat

ditentukan dengan menggunakan persaman berikut (Kreith,1973) :

TLogUAQ ∆= ................................................................. (16)

Dimana :

U = koefisien pindah panas keseluruhan (W/ m2 oC

)

A = total luas pindah panas ( m2 )

∆T Log = beda suhu keseluruhan logaritmik (oC)

Koefisien pindah panas keseluruhan untuk penukar panas yang

berbentuk pipa dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut

(Holman,1986) :

15

U =

+

+hoAo

Ai

KL

r

rAiLn

hi

i

o

1

2

1

1

π

.......................................... (17)

Dimana :

k = konduktivitas panas bahan penukar panas (W/m oC )

hi = koefisien pindah panas konveksi pada fluida yang mengalir

dibagian dalam pipa atau konveksi secara alami (W/ m2 oC

)

ho= koefisien pindah panas konveksi pada fluida yang mengalir

dibagian luar pipa atau konveksi secara paksa (W/ m2 oC )

ro = jari - jari luar pipa (m)

ri = jari - jari dalam pipa (m)

Ai = luas dalam tabung (m2)

L = panjang pipa (m)

Sedangkan beda suhu keseluruhan logaritmik didapat dengan

menggunakan persamaan:

∆T Log =

2

1

21

T

TLn

TT

∆

∆∆−∆

...................................................... (18)

Dimana :

∆T 1 = Thi – Tco ............................................................... (19)

∆T 2 = Tho – Tci .............................................................. (20)

Dengan :

Thi = suhu udara pembakaran masuk penukar panas (oC)

Tho = suhu udara pembakaran ke luar dari penukar panas (oC )

Tci = suhu udara pengering masuk penukar panas (oC )

Tco = suhu udara pengering yang keluar dari penukar panas (oC )

16

Keefektifan penukar panas merupakan perbandingan laju perpindahan

panas yang sebenarnya dalam penukar panas terhadap laju pertukaran panas

maksimum yang mungkin. Keefektifan penukar panas dihitung dengan

menggunakan persamaan (Holman,1986) :

( )[ ]{ }NeCC

−−−−

= 1exp11

ε ....................................... (21)

Dimana :

minC

UANTUN == ........................................................... (22)

( )( )

maksmaks mCp

mCp

C

CC minmin == ................................................. (23)

Dimana :

ε = efektifitas penukar panas

NTU = satuan perpindahan panas

C = laju kapasitas udara (W/ oC)

m = laju aliran massa udara (kg/dt)

Cp = panas jenis udara (kJ/kg. oC)

Cmin = laju kapasitas udara yang lebih kecil (kW/ oC)

Cmax = laju kapasitas udara yang lebih besar (kW/ oC)

17

METODOLOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di PHPT, Muara Angke, Jakarta Utara. Waktu

penelitian berlangsung dari bulan April sampai September 2007.

B. Bahan dan Alat Penelitian

Penelitian yang dilakukan ini menggunakan bahan yaitu ikan

Samgeh (Argyrosomus amoyensis) yang sudah di belah dan sudah melalui

proses penggaraman, ikan Tembang (Sardinella Fimbriata) yang sudah

melalui proses penggaraman, yang didapat dari nelayan sekitar Muara Angke

serta bahan bakar dari batok kelapa.

Alat-alat untuk mendukung penelitian yang digunakan adalah :

� Alat Pengering Surya Hibrid tipe lorong

� Termometer

� Timbangan digital EK 1200 A

� Anemometer Model A541

� Oven Drying SS 204 D

� Thermocopel kabel dan thermocopel batang

C. Pengering ERK Tipe Lorong

Pengering ERK tipe lorong didisain dengan bentuk setengah lingkaran.

hal ini didasarkan pada arah pancaran sinar matahari dari posisi timur ke

barat. Sinar datang dari matahari akan membentuk sudut 180o sehingga

diharapkan sinar matahari yang ditangkap ruang pengering menjadi lebih

efektif. Pengering ERK tipe lorong ini didisain untuk menangani bahan-

bahan pangan atau pertanian yang umumnya sensitif terhadap kerusakan

mekanis dan yang tahan terhadap suhu sampai 600C. Karena bahan yang

dikeringkan sensitif terhadap kerusakan mekanis dengan demikian pada

sistem ini pengeringan dilakukan tidak dengan cara menumpuk, tetapi

diletakkan di atas wadah yang atasnya berlubang (seperti jaring, rak bambu

dan lain-lain).

18

Prinsip kerja alat pengering ini adalah radiasi surya masuk kedalam

sistem pengering melalui dinding transparan dan diserap oleh absorber.

Penyerapan energi ini mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu dari ruang

kolektor dan hasilnya adalah perbadaan suhu antara komponen tersebut

dengan suhu udara di dalam ruang pengering. Perpindahan panas akan terjadi

secara konvektif dan secara radiatif ke udara (dalam bentuk gelombang

panjang). Sebagian besar gelombang panjang radiasi ini akan diserap atau

dipantulkan oleh dinding transparan dan hanya sebagian kecil yang

dilepaskan ke lingkungan. Oleh karena itu keseimbangan termal dari sistem

dengan lingkungan akan bergeser pada suhu yang lebih tinggi. Udara dengan

suhu lebih tinggi ini kemudian digunakan untuk mengeringkan ikan. Outlet

udara dialokasikan pada dinding yang sisinya berseberangan dengan inlet

untuk menghindari rendahnya tekanan akibat hisapan dari kipas.

Pemanasan dari pembakaran batok kelapa disalurkan melalui udara

yang mengalir melalui penukar panas. Kipas digunakan untuk mengalirkan

udara melalui pipa-pipa penukar panas tersebut. Pada saat udara melalui

penukar panas, transfer panas berlangsung melalui dinding saluran penukar

panas. Perpindahan panas ini dibantu dengan dengan adanya kecepatan udara

yang tinggi yang melalaui penukar panas tersebut.

Gambar 1. Skema aliran panas pada alat pengering ERK Tipe Lorong

Panas matahari

HE Kolektor Ruang Pengering outlet

Panas Tungku

Inlet

19

D. Komponen-Komponen Pengering ERK

Pada dasarnya komponen-komponen pengering ERK dapat dibedakan

menjadi : bangunan ruang pengering, wadah produk, pengaliran udara, dan

sistem pemanasan.

1. Bangunan ruang pengering.

a. Dimensi bangunan, panjang 20m, lebar 1.60, dan tinggi 1m.

Bangunan dilengkapi 6 buah pintu yang dibuka tutup secara

digeser.

b. Dinding transparan yang terbuat dari polikarbonat 1.2 mm.

Berfungsi sebagai penerus radiasi surya pendek dan bersifat opak

bagi radiasi surya gelombang panjang. Dinding ini juga menahan

perpindahan panas secara konvektif ke udara sekitar.

c. Dasar pengering. Berfungsi untuk menyerap radiasi dan menahan

perpindahan panas secara konduktif.

2. Wadah produk (ikan)

a. Rak pengering, sebanyak 12 buah yang terdiri dari 6 buah rak

dibagian atas dan 6 buah rak dibagaian bawah. Ukuran rak bawah

lebih besar dari rak bagian atas. Berfungsi sebagai wadah produk

yang dikeringkan. Dimensi rak bagian atas adalah: lebar 1.2 m

dengan panjang 2 m, sedangkan rak bagian bawah lebar 1.5 m

dengan panjang 2 m.

3. Sistem pengaliran udara

a. kipas inlet/penukar panas, sebanyak 1 buah. Kipas yang digunakan

merupakan tipe aksial dengan daya 320 W. Berfungsi untuk

menghisap udara dan menghembuskannya melalui penukar panas ke

arah produk yang dikeringkan.

b. kipas outlet, sebanyak 1 buah. Kipas ini berdaya 80 W yang

digerakan oleh fotovoltaik (PV) yang energi listriknya disimpan

dalam baterai.

c. Turbine ventilator. Digerkan oleh angin. Baik kipas outlet maupun

turbine ventilator berfungsi membantu pengaliran udara.

20

d. Ventilasi (1 buah). Terletak dibagian depan pengering. Berfungsi

untuk melewatkan udara dari/keluar/dalam ruang pengering.

4. Sistem pemanasan

a. Kolektor surya.Terdiri dari absorber yang bahannya serupa dasar

pengering.

b. Penukar panas. Terbuat dari pipa-pipa besi dengan panjang 0.5 m,

diameter bagian dalam 0.0133 m, dan diameter luar 0.0167 m. alat

ini berfungsi untuk memperluas permukaan pindah panas. Gas hasil

pembakaran dari tungku akan mengalir melalui pipa-pipa ini

kemudian dibuang melalui outlet penukar panas yang ada di

atasnya.

c. Tungku. Berfungsi sebagai tempat berlangsungnya proses

pembakaran.

E. Metode Pengujian Performansi

1. Prosedur Percobaan

Urutan rangkaian kegiatan yang akan dilakukan dalam penelitian ini

adalah sebagai berikut :

1. Mempersiapkan alat pengering serta alat pengukur yang akan digunakan

dalam percobaan (pyranometer, termometer, timbangan, timer, dan

anemometer)

2. Mempersiapkan dan menimbang batok kelapa sebagai bahan bakar yang

akan digunakan.

3. Pengujian yang dilakukan pada sistem pengering meliputi :

a. Pengukuran radiasi surya, suhu udara, RH udara, kecepatan udara dan

kebutuhan bahan bakar.

2. Parameter Yang Diukur

Pada penelitian ini, parameter yang akan diukur adalah :

1. Iradiasi Surya

Data iradiasi surya diukur dengan menggunakan pyranometer.

Pengukuran iradiasi surya dilakukan selama waktu pengeringan dengan

selang waktu 30 menit dari awal proses sampai akhir proses pengeringan.

21

2. Suhu

Dalam Glossary of Meteorology suhu disebutkan sebagai derajat panas

atau dingin yang diukur berdasarkan skala tertentu dengan menggunakan

berbagai tipe termometer (Staf Pengajar Klimatologi, 1985). Pengukuran

suhu dilakukan dengan menggunakan temometer alkohol dan termometer

batang. Suhu yang diukur adalah suhu pada tungku pembakaran, suhu

pada heat exchanger, pada cerobong, pada plat kolektor, pada bangunan

pengering, dan suhu lingkungan. Pengukuran suhu dilakukan setiap selang

waktu 30 menit dari awal proses sampai akhir proses pengeringan.

3. Kecepatan Udara

Pengukuran kecepatan aliran udara dilakukan dengan menggunakan

Anemometer. Pengukuran dilakukan pada udara luar dan udara inlet ruang

pengering.

4. Lama Pengeringan

Lama pengeringan merupakan waktu yang diperlukan untuk

mengeringkan ikan yang mengandung kira-kira 80% air menjadi 35-45%.

5. Kebutuhan Energi Biomassa

Energi biomassa digunakan untuk mengeringkan bahan pada malam

hari sebagai pengganti energi surya. Kebutuhan jumlah biomassa dihitung

berdasarkan kapasitas ruang pembakaran sehingga dapat ditentukan

banyaknya bahan bakar yang dibutuhkan untuk proses pengeringan.

3. Perlakuan

Pengambilan data dilakukan pada siang hari dengan sumber energi

pengeringan dari radiasi surya dan malam hari dengan memakai batok kelapa

yang dibakar pada tungku biomassa sebagai sumber panas. Perbedaan

perlakuan pada tiap percobaan dilakukan untuk mengetahui kinerja alat

dengan menggunakan sumber energi surya atau biomassa atau keduanya.

22

Tabel 2. Perlakuan dalam setiap percobaan

Percobaan Perlakukan Sumber energi

1. Menggunakan sampel ikan Samgeh sebanyak

10 kg dan ikan Tembang sebanyak 10 kg

dengan penjemuran merata pada setiap rak

bagian atas. Pengeringan hanya dilakukan

pada siang hari 08:00-15:30 WIB.

Surya

2. Tidak menggunakan beban. Percobaan

dilakukan mulai pukul 15:00-17:30 WIB

dengan sumber panas dari radiasi matahari.

Kemudian dilanjutkan dengan menggunakan

biomassa dari pukul 17:45-20:00 WIB.

Surya

kemudian

Biomassa

3. Menggunakan sampel ikan Samgeh sebanyak

135 kg dengan penjemuran merata pada

setiap rak atas dan rak bawah. Pengeringan

dilakukan mulai pukul 03:00 WIB dengan

menggunakan biomassa sampai pukul 08:00

selanjutnya bahan bakar tidak digunakan lagi

karena panas sudah cukup dari energi surya.

Biomassa

kemudian

Surya

4. Percobaan dilakukan mulai pukul 18:45 -

04:15 WIB. Sampel yang digunakan

sebanyak 11 kg ikan Samgeh dengan

penjemuran merata pada setiap rak bagian

atas.

Biomassa

4. Kinerja Sistem Pemanas pada Alat Pengering ERK

Untuk mengukur kinerja sistem pemanasan pada alat pengering ERK

tipe lorong, dilakukan analisis data sebagai berikut :

• Efisiensi kolektor

• Efisiensi sistem tungku

• Efektifitas penukar panas ( heat exchanger).

23

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Pengaruh Penggunaan Kolektor Terhadap Suhu Ruang Pengering

Energi surya untuk proses pengeringan didasarkan atas curahan iradisai

yang diterima rumah kaca dari matahari. Iradiasi surya diukur dengan

menggunakan pyranometer. Percobaan dilakukan pada kondisi iklim berada

dalam musim kemarau dengan cuaca terik normal. Selain itu bahan penutup

transparan yang menggunakan bahan polycarbonate yang memiliki nilai

koefisien tembus cahaya cukup baik yaitu 0.81 (Mustafid, 2003) dan koefisian

penyerap panas plat yang terbuat dari besi cor memiliki nilai absorptivitas

sebesar 0.94 (Holman.1986). Secara umum rata-rata radiasi surya yang

diperoleh selama percobaan mendekati jumlah penerimaan rata-rata iradiasi

surya di Indonesia yang besarnya 562 W/m2.

Gambar 2. Profil suhu dan radiasi pada percobaan 1

Pada percobaan 1 pengukuran Iradiasi dimulai dari pukul 08:00 WIB

sampai 15:30 WIB dengan nilai iradiasi tertinggi pada pukul 12:00 yaitu

sebesar 602.86 W/m2 dan iradiasi minimum sebesar 61.43 W/m

2 (Gambar 2).

Dengan rata-rata iradiasi sebesar 475.18 W/m2 mampu menaikkan suhu

lingkungan 33.95 oC menjadi suhu ruang pengering sebesar 52.63

oC.

Sehingga bisa dikatakan bahwa pada percobaan 1 penggunaan kolektor

mampu menaikkan suhu sebesar 18.68 oC atau sekitar 55%.

24





2 (Gambar 3).

Rata-rata radiasi pada percobaan ini adalah 286.75 W/m2 dan mampu

menaikkan suhu lingkungan dari 31.88 oC menjadi suhu ruang pengering

sebesar 40.39 oC. Sehingga dapat dikatakan bahwa penggunaan kolektor surya

pada percobaan 2 mampu menaikkan suhu sebesar 8.51 oC atau sekitar 27%.


25




2 (Gambar 4).

Dengan nilai rata-rata radiasi sebesar 729.49 W/m2 dan mampu menaikkan

suhu lingkungan dari 36.81 oC menjadi suhu ruang pengering sebesar 49.35

oC. Sehingga dapat dikatakan bahwa penggunaan kolektor surya pada

percobaan 3 mampu menaikkan suhu sebesar 12.54 oC atau sekitar 34%.

Dari Gambar 2, 3, dan 4 diatas dapat dilihat bahwa perlakuan yang

berbeda-beda pada percobaan 1, 2, dan 3 berpengaruh begitu nyata terhadap

sebaran suhu dalam ruang pengering. Suhu ruang pengering dalam setiap

percobaan selalu lebih tinggi dari pada suhu lingkungan. Semakin siang suhu

ruang pengering cenderung mengalami kenaikan atau semakin besar radiasi

surya maka semakin tinggi suhu absorber, dan semakin besar pula suhu ruang

pengering. Pada percobaan 1 dapat dilihat bahwa suhu ruang pengering lebih

besar dari suhu absorber. Sedangkan pada percobaan 3 suhu absorber lebih

tinggi dari suhu ruang pengering. Hal ini disebabkan karena pengaruh

banyaknya bahan yang dikeringkan. Adapun kenaikkan suhu pada percobaan

1,2, dan 3 berturut-turut adalah 55%, 27%, dan 34%. Sehingga sebaiknya

pengeringan dilakukan dari pagi sampai sore hari ( percobaan 1).

B. Pengaruh Tungku Sebagai Pemanas Tambahan Terhadap Suhu Ruang

Pengering

Pemanas tambahan pada percobaan ini berasal dari penggunaan

biomasa batok kelapa yang dibakar didalam tungku dan kemudian udara

panasnya dialirkan melalui pipa-pipa penyalur kedalam ruang pengering.

Suhu ruang pengering dengan pemanas tambahan nilainya berfluktuasi

bergantung pada suhu ruang bakar. Profil suhu ruang pengering dan ruang

bakar pada percobaan 2, 3, dan 4 dapat dilihat pada Gambar 5, 6, dan 7.

26

Gambar 5. Profil suhu pada percobaan 2

Pada percobaan 2 penggunaan pemanas tambahan dimulai dari pukul

17:45 WIB. Hal ini dilakukan karena pada pada jam tersebut nilai radiasi

surya sudah semakin kecil. Pengaruh penggunaan kolektor kemudian

diabaikan karena nilainya sangat kecil yaitu 4.89% atau kurang dari 5%. Pada

percobaan ini suhu rata-rata ruang pengering mencapai 36.82 oC pada kondisi

lingkungan dengan suhu 27.86 oC. Sehingga dapat dikatakan bahwa

penggunaan batok kelapa sebagai pemanas tambahan pada percobaan 2

mampu menaikkan suhu sebesar 8.96 oC atau sekitar 32%.


27


03:00 WIB sampai 08:00 WIB. Pada percobaan ini suhu rata-rata ruang

pengering mencapai 38.12 oC pada kondisi lingkungan dengan suhu 27.85

oC.

Sehingga dapat dikatakan bahwa penggunaan batok kelapa sebagai pemanas

tambahan pada percobaan 3 mampu menaikkan suhu sebesar 10.27 oC atau

sekitar 37%.

.



18:45 WIB sampai 04:15 WIB. Pada percobaan ini suhu rata-rata ruang

pengering mencapai 37.84 oC pada kondisi lingkungan dengan suhu 27.79

oC.

Sehingga dapat dikatakan bahwa penggunaan batok kelapa sebagai pemanas

tambahan pada percobaan 3 mampu menaikkan suhu sebesar 10.05 oC atau

sekitar 36%.

Dari Gambar 5, 6, dan 7 diatas dapat dilihat bahwa semakin tinggi

suhu pada ruang bakar maka semakin tinggi pula suhu pada ruang pengering.

Sehingga faktor yang paling penting adalah bagaimana menjaga kekontinuan

jumlah panas yang diberikan dari pembakaran batok kelapa yang terjadi

dalam tungku. Dalam percobaan ini selang waktu dalam pengisian bahan

bakar adalah setiap 15 menit sekali sebanyak 2-3 kg. Oleh karena itu

disarankan untuk operasi sebaiknya jumlah bahan bakar dikurangi (<2kg)

dengan frekuensi pemasukan yang lebih besar (<15menit).

28

C. Efisiensi Kolektor

Nilai efisiensi kolektor digunakan untuk mengetahui seberapa besar

energi panas matahari yang berguna selama proses pengeringan. Nilai efisiensi

kolektor dipengaruhi oleh jenis bahan yang digunakan dan iradasi surya.

Pemilihan bahan yang tepat akan menaikkan efisiensi, karena dapat

menghindari kehilangan energi akibat adanya proses pindah panas pada bagian

plat dan tutup transparan.

Dalam perhitungan efisiensi kolektor, data yang digunakan adalah

suhu plat absorber, suhu lingkungan, dan iradiasi surya. Percobaan dilakukan

pada kondisi iklim berada dalam musim kemarau. Selain itu bahan penutup

transparan yang menggunakan bahan polycarbonate dan bahan isolasi plat

absorber yang terbuat dari bahan berupa glas wool memiliki nilai

konduktivitas termal cukup rendah yaitu 0.0703 W/m2 oC dan 0.038 W/m

2 oC

(Holman,1986), mampu menahan besarnya laju perpindahan panas yang

hilang secara konveksi ke lingkungan.

Gambar 8. Nilai efisiensi kolektor dan laju radiasi pada percobaan 1

29

Pada Gambar 8 terlihat bahwa efisiensi kolektor dan laju radiasi terus

naik ketika menuju siang hari, tetapi ketika pukul 11:00 WIB mengalami

penurunan dan terus berfluktuasi hingga pukul 12:30 WIB. Hal ini disebabkan

karena pada saat itu cuaca terus berubah sehingga menyebabkan pancaran

sinar matahari yang diterima kolektor terus berfluktuasi. Efisiensi maksimum

terjadi pada pukul 15:30 WIB yaitu sebesar 71.27% dan efisiensi minimum

sebesar 46.68% terjadi pada pukul 08:30 WIB. Sedangkan nilai radiasi

tertinggi terjadi pada pukul 12:00 yaitu sebesar 602.86 W/m2 dan radiasi

minimum sebesar 214.28 W/m2 pada pukul 08:30 WIB. Adanya perbedaan

waktu nilai maksimum antara nilai efisiensi dan laju radiasi yang terjadi pada

percobaan 1 disebabkan karena kolektor surya mampu menyimpan energi

panas yang diterima dari matahari. Sehingga nilai efisiensinya terus naik

ketika pancaran sinar matahari sudah mulai meredup. Pada Gambar 8 terlihat

bahwa ada kesesuaian antara peningkatan nilai efisiensi kolektor dengan laju

radiasi. Semakin besar laju radiasi maka semakin besar pula nilai efisiensi dari

kolektor tersebut. Pada Gambar 9 nilai efisiensi kolektor mengikuti pola

penerimaan radiasi, tetapi ketika pukul 16:30 WIB nilai efisiensi meningkat

padahal disaat yang sama nilai radiasi terus mengalami penurunan. Hal ini

terjadi karena sifat dari absorber tersebut yang dapat menyimpan panas,

sehingga energi panas tidak cepat hilang.



30


Dari percobaan 1, 2, dan 3 dapat dilihat bahwa semakin tinggi radiasi

maka akan semakin tinggi nilai efisiensi kolektor. Pada saat menjelang sore

ketika laju radiasi mulai menurun, nilaI efisiensi kolektor masih stabil bahkan

masih naik seperti pada Gambar 8 dan 10. Hal ini disebabkan karena sifat

absorber yang mampu menahan panas, sehingga panas yang diterima bisa

disimpan dalam beberapa waktu.

Tabel 3. Nilai rata-rata efisiensi kolektor pada masing-masing percobaan

Percobaan Kehilangan panas

pada bahan isolasi

glas wool

( W/m2 oC )

Kehilangan panas

pada

polycarbonate

( W/m2 oC )

Efisiensi kolektor

( % )

1 1.25 3.04 62.23

2 1.15 2.53

64.17

3 1.29 2.88 64.30

Rataan 1.23 2.82 63.56

Dari tabel 3 diatas terlihat bahwa efisiensi kolektor cukup bagus

dengan rata-rata dari ketiga percobaan adalah 63.56% dengan nilai efisiensi

31

terbesar pada percobaan 2 dengan nilai 64.30% dan efisiensi terkecil pada

percobaan 1 dengan nilai efisiensi 62.23%.

Efisiensi kolektor antara 62.23–64.30% masih lebih besar bila

dibandingkan dengan hasil penelitian Ignasius (2003) sebesar 24.3% yang

menggunakan fiberglass sebagai penutup transparan dan seng sebagai plat

absorbernya. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan polycarbonate cukup

baik.

D. Efisiensi Sistem Tungku

Efisiensi sistem tungku merupakan perbandingan antara jumlah energi

yang digunakan untuk meningkatkan suhu ruangan dengan energi yang

diberikan oleh tungku pemanas. Disain tungku dan jenis bahan bakar yang

digunakan sangat menentukan dalam perhitungan efisiensi ini.

Suhu ruang pengering dengan pemanas tambahan nilainya berfluktuasi

bergantung pada suhu ruang bakar. Semakin banyak bahan bakar yang dibakar

akan semakin tinggi suhu pada ruang bakar dan semakin tinggi pula suhu pada

ruang pengering. Adapun besarnya laju pembakaran pada tipa-tiap percobaan

dapat dilihat pada tabel 4 berikut.

Tabel 4. Laju pembakaran pada tiap-tiap percobaan

Percobaan Jumlah

bahan bakar

( kg )

Lama

pembakaran

( Jam )

Laju

pembakaran

( kg/Jam)

Suhu ruang

pengering

( oC )

2 16 2.25 7.11 36.82

3 44 5 8.8 38.12

4 80 10 8 37.84

Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa laju pembakaran untuk proses

pengeringan pada percobaan 2 adalah 7.11 kg/jam. Pada kondisi ini pemanas

tambahan tersebut mampu menaikkan suhu lingkungan sebesar 27.86 oC

menjadi suhu ruang pengering sebesar 36.82 oC atau mampu menaikkan suhu

sebesar 8.98 oC (32%). Pada percobaan 3 dengan laju pembakaran 8.8 kg/jam

mampu menaikkan suhu lingkungan sebesar 27.85 oC menjadi suhu ruang

32

pengering sebesar 38.12 oC atau mampu menaikkan suhu sebesar 10.27

oC

(37%). Pada percobaan 5 dengan laju pembakaran 8 kg/jam mampu

menaikkan suhu dari 27.79 oC pada suhu lingkungan menjadi 37.84

oC pada

suhu ruang pengering atau mampu menaikkan suhu sebesar 10.05 oC atau

sekitar 36%. Sehingga agar menghasilkan kenaikkan suhu ruangan yang tinggi

maka sebaiknya pengeringan dilakukan dengan menggunakan laju

pembakaran yang lebih besar pula.

Tabel 5. Nilai efisiensi sistem tungku pada masing-masing percobaan

Percobaan Panas untuk

memanaskan udara

( kJ )

Panas hasil

pembakaran

( kJ )

Efisiensi sistem

tungku

( % )

2 41 709.42 272 000 15.33

3 104 142.73 748 000 13.92

4 207 463.36 1 360 000 15.25

Rataan 215 006.60 793 333.33 14.83

Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa rata-rata nilai efisiensi sistem

tungku adalah 14.83% masih lebih besar bila dibandingkan dengan hasil

penelitian Darmawan (2003) yang menggunakan bahan bakar berupa kayu

bakar dengan nilai efisiensi mencapai 10.17%. Hal ini menunjukkan bahwa

penggunaan batok kelapa sebagai pemanas tambahan cukup baik.

E. Efektifitas Penukar Panas

Keefektifan penukar panas (heat exchanger) merupakan perbandingan

laju perpindahan panas yang sebenarnya dalam penukar panas terhadap laju

pertukaran panas maksimum yang mungkin terjadi (Kreith, 1973). Laju

perpindahan panas yang sebenarnya sangat tergantung pada jenis bahan dan

dimensi bahan yang digunakan. Semakin efektif suatu penukar panas, maka

semakin banyak energi panas yang dapat dipindahkan dari tungku ke sistem

pengering.

33

Gambar 11. Nilai efektifitas HE dan perpindahan panas pada percobaan 2



34

Pada percobaan 2, 3, dan 4 terlihat bahwa nilai efektifitas penukar

panas dan laju perpindahan panas berbanding lurus. Semakin tinggi nilai

efektifitas penukar panas (HE) maka semakin besar pula laju perpindahan

panas yang terjadi. Sebaliknya ketika nilai efektifitas menurun, maka laju

perpindahan panas yang terjadi semakin kecil. Hal ini bisa terjadi karena nilai

beda suhu logaritmik pada waktu ini cenderung naik, sementara nilai jumlah

satuan perpindahan panas (NTU) semakin kecil.

Tabel 6. Nilai efektifitas rata-rata HE pada masing-masing percobaan

Percobaan ∆T Log

( oC)

NTU

maksC

CC min=

Efektifitas

penukar

panas

Perpindahan kalor

( W/m2 oC )

2 175.15 3.51 0.0321 0.95 3158.18

3 177.41 3.81 0.0301 0.96 3450.28

4 133.03 3.41 0.0297 0.95 2253.24

Dari tabel 6 diatas telihat bahwa beda suhu rata-rata logaritmik

berdasarkan perhitungan berkisar antara 133.03-177.41 oC . Beda suhu rata-

rata logaritmik yang rendah menunjukkan suhu aliran fluida dalam ruang

penukar panas cukup konstan. Perpindahan panas berkisar antara 2 253.24–

3450.28 W/m2 oC .

Dari ketiga percobaan tersebut dapat dilihat bahwa perbandingan

(rasio) laju kapasitas panas yang berasal dari pembakaran bahan bakar

terhadap laju kapasitas panas yang berasal dari saluran udara masuk akan

mempengaruhi nilai satuan perpindahan panas (NTU). Semakin besar nilai

NTU dan semakin kecil rasio laju kapasitas panas maka nilai efektifitas

penukar panas akan semakin besar. Dengan semakin besarnya efektifitas maka

jumlah panas yang dihantarkan ke ruang pengering akan semakin besar.

Efektifitas penukar panas antara 0.95-0.96 jauh lebih besar jika

dibandingkan dengan hasil penelitian Ai Rukmini (2003) sebesar 0.28-0.36

yang menggunakan penukar panas berupa tabung dengan diameter dalam 50.8

mm dan panjang 600 mm.

35

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan dengan alat pengering ERK tipe lorong

dapat disimpulkan bahwa kinerja sistem pemanasan adalah :

1. Laju iradiasi berkisar antara 286.75-729.49 W/m2 dengan rata-rata suhu

lingkungan 31.88-36.81oC didapatkan suhu rata-rata ruang pengering berkisar

antara 40.39-52.63 oC. Sehingga dapat dikatakan bahwa penggunaan kolektor

surya mampu menaikkan suhu lingkungan menjadi suhu ruang pengering

berkisar antara 27-55%. Adanya fluktuasi yang cukup tajam disebabkan

karena cuaca yang terus berubah pada setiap percobaan. Kenaikan suhu ruang

pengering yang paling besar terjadi pada percobaan yang dilakukan sepanjang

hari.

2. Laju pembakaran batok kelapa berkisar antara 7.11-8.8 kg/jam menghasilkan

suhu tungku berkisar antara 295.94-391.83 oC pada kondisi suhu lingkungan

antara 27.79-27.86 oC diperoleh suhu ruang pengering antara 36.82-38.12

oC.

Sehingga dapat dikatakan bahwa penggunaan tungku sebagai pemanas

tambahan mampu menikkan suhu lingkungan menjadi suhu ruang pengering

berkisar antara 32-37%. Semakin tinggi suhu pada ruang bakar maka semakin

besar pula suhu ruang pengering. Sehingga faktor yang paling penting adalah

bagaimana menjaga ke kontinyuan jumlah panas yang diberikan dari

pembakaran batok kelapa yang terjadi dalam tungku.

3. Nilai efisiensi kolektor berkisar antara 62.23-64.30%.

4. Efisiensi sistem tungku berada pada kisaran 13.92-15.33%.

5. Perpindahan panas berkisar antara 2253.24-3450.28 W/m2 o

C . Sedangkan

nilai efektifitas penukar panas berkisar antara 0.95-0.96.

36

B. Saran

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, yang dapat disarankan

adalah sebagai berikut :

1. Berdasarkan percobaan 1, 2, dan 3 pada penggunaan kolektor maka

sebaiknya pengeringan dilakukan sepanjang hari (Percobaan 1). Karena

pada percobaan ini kenaikan suhu dapat mencapai 18.68 oC atau sekitar

55% dari kondisi lingkungan.

2. Dalam sistem operasi dengan menggunakan batok kelapa sebagai pemanas

tambahan sebaiknya dilakukan dengan laju pembakaran 8.8 kg/jam karena

menghasilkan suhu yang paling tinggi yaitu 10.27 oC atau sekitar 37%.

37

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, K., A. K. Irwanto, N. Siregar, E. Agustina, A. H. Tambunan, M.

Yamin, E. Hartulistiyoso, Y. A. Purwanto, D. Wulandani and L. O.

Nelwan. 1998. Energi dan Listrik Pertanian. JICA-DGHE IPB Project.

Bogor.

Abdullah, K. 2007. Energi Terbarukan untuk Mendukung Pembangunan Pertanian

dan Perdesaan. IPB Press. Bogor.

Agriana, Dias. 2006. Kinerja Lapang Alat Pengering Surya Hibrid Tipe Efek

Rumah Kaca Untuk Pengeringan Dendeng Jantung Pisang. Skripsi.

Fateta IPB. Bogor.

Alief, R. 1999. Uji Unjuk Kinerja Pemanas Tambahan pada Pengering ERK.

Skripsi. Departemen Teknik Pertanian. IPB. Bogor.

Duffie, J.A., and W.A. Beckman.1980. Solar Engineering of Thermal Processes.

John Wiley & Sons, Inc. Toronto Canada.

Darmawan. 2003. Uji Kinerja Alat Pengering Tipe ERK dengan Energi Surya dan

Tungku Biomasa Sebagai Sistem Pemanas Tambahan untuk Proses

Pengeringan. Skripsi. Departemen Teknik Pertanian. IPB. Bogor.

Ferry, I.H. 2003. Rancangan dan Uji Performansi Sistem Pemanas Air Perpaduan

Energi Surya dan LPG. Skripsi. Departemen Teknik Pertanian. IPB.

Bogor.

Holman, J.P. 1986. Heat Transfer 6th ed. Diterjemahkan Jasjfi. Penerbit Erlangga.

Jakarta.

Kamaruddin, A., et al. 1990. Energi dan Listrik Pertanian. JICA-DGHE IPB

Project. Bogor.

Kreith, F. 1973. Principle of Heat Transfer. Diterjemahkan. Prijono, A. Penerbit

Erlangga. Jakarta.

Lunardi, Ardi. 2003. Uji Performansi Alat Pengering Surya Hibrid Pada

Pengeringan Ikan Mujair (Oreochromis mossambicus). Skripsi. Fateta

IPB. Bogor.

Mustafid, A.T. 2003. Uji Performansi Alat Pengering Tipe Efek Rumah Kaca

Berenergi Hibrid pada Pengeringan Ikan Pepetek (Leiognatus equulus).

Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian.IPB.Bogor.

Staf Pengajar Klimatologi. 1985. Klimatologi Dasar. Jurusan Geofisika dan

Meteorologi. Insitut Pertanian Bogor. Bogor.

38

Suharjo. 2007. Uji Performansi Alat Pengering Hibrid Tipe Lorong Untuk

Pengringan Ikan Samgeh (Argyrosomus amoyensis) di Pengolahan Hasil

Perikanan Tradisional (PHPT) Muara Angke Jakarta Utara. Skripsi.

Fakultas Teknologi Pertanian. IPB. Bogor.

39

Lampiran 1. Pengukuran iradiasi surya

Tabel lampiran 1. Pengukuran iradiasi surya dengan pyranometer pada

percobaan 1

Waktu Radiasi

W/m2

8:00 61.43

8:30 214.29

9:00 314.29

9:30 461.43

10:00 480.00

10:30 575.71

11:00 560.00

11:30 591.43

12:00 602.86

12:30 521.43

13:00 574.29

13:30 551.43

14:00 507.14

14:30 575.71

15:00 550.00

15.30 461.43

Rataan 475.18


percobaan 2

Waktu Radiasi

W/m2

15:00 470.00

15:15 430.00

15:30 302.86

15:45 410.00

16:00 337.14

16:15 288.57

16:30 267.14

16:45 214.28

17:00 165.71

17:15 147.14

17:30 121.42

Rataan 286.75

40

Lampiran 1. Pengukuran iradiasi surya (lanjutan)


percobaan 3

Waktu Radiasi

W/m2

7:30 334.29

8:00 355.71

8:30 508.57

9:00 657.14

9:30 700.00

10:00 900.00

10:30 757.14

11:00 828.57

11:30 871.43

12:00 802.86

12:30 867.14

13:00 971.43

13:30 914.29

14:00 744.29

Rataan 729.49

41

Lampiran 2. Pengukuran suhu

Tabel lampiran 4. Pengukuran suhu pada percobaan 1

Waktu Lingkungan

(oC)

Inlet

(oC)

Tengah

(oC)

Outlet

(oC)

Lantai

absober

(oC)

Timur Barat 8:00 29.97 49.61 60.90 60.90 45.68 40.77

8:30 31.93 50.88 59.92 61.39 48.62 42.73

9:00 34.88 54.02 66.30 73.17 52.55 46.66

9:30 34.88 50.39 60.41 71.21 53.53 49.61

10:00 35.37 54.52 65.32 70.23 49.61 52.55

10:30 35.37 55.01 64.34 70.23 49.61 53.53

11:00 35.86 53.83 61.78 68.75 52.55 58.44

11:30 32.91 52.55 63.35 67.28 42.24 45.68

12:00 37.82 51.08 60.60 65.32 54.52 69.25

12:30 33.89 43.32 49.80 52.06 45.68 52.55

13:00 33.89 39.29 45.19 49.11 44.70 52.55

13:30 35.86 41.75 47.64 48.62 47.64 59.43

14:00 33.89 38.80 45.68 45.48 44.70 55.50

14:30 32.91 36.84 41.75 40.77 42.73 50.59

15:00 31.93 35.37 38.80 36.84 38.80 44.70

15:30 31.93 34.88 37.33 33.89 36.84 40.77

Rataan 33.95 46.38 54.32 57.20 46.87 50.96

42

Lampiran 2. Pengukuran suhu (lanjutan)

Tabel lampiran 5. Data hasil pengukuran pada percobaan 2

Waktu

Lingkungan T inlet T tengah1 T tengah2 T outlet

Tabsorber

timur

Tabsorber

barat

T

PipaHE T tungku

T

cerobong

(oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC)

15:00 35.37 40.01 44.42 52.70 57.73 47.66 58.37

15:15 33.89 38.93 43.18 51.28 57.00 46.25 56.65

15:30 33.40 38.39 42.14 50.33 54.61 45.11 55.70

15:45 32.42 37.85 41.11 47.96 52.01 36.80 52.83

16:00 33.89 37.09 39.24 46.07 49.41 41.99 49.97

16:15 33.40 34.94 39.04 43.23 47.53 40.58 46.16

16:30 30.95 34.94 38.41 41.80 44.20 38.22 41.39

16:45 29.97 33.32 36.86 38.96 40.56 35.85 36.62

17:00 29.47 31.37 35.10 35.64 36.71 33.49 32.80

17:15 28.98 28.14 30.75 31.57 32.03 30.37 29.75

17:30 28.98 29.00 30.24 30.91 30.67 31.13 29.75

Rataan 31.88 34.90 38.25 42.77 45.67 38.85 44.54

17:45 28.49 44.86 41.31 37.54 40.77 109.80 520.00 134.30

18:00 28.30 38.71 33.03 36.12 35.88 93.30 376.30 44.60

18:15 28.00 38.39 38.00 36.12 36.40 124.30 396.40 37.80

18:30 28.00 37.63 37.17 35.64 35.36 105.00 442.40 24.90

18:45 28.00 36.77 35.72 34.22 35.36 119.40 397.60 47.00

19:00 28.00 43.24 40.80 37.07 39.52 144.20 316.50 52.00

19:15 28.00 40.55 43.38 38.96 43.68 159.20 330.90 66.50

19:30 27.81 36.77 37.17 35.93 34.84 73.70 400.00 20.00

19:45 27.02 32.45 33.24 33.27 33.28 61.70 381.00 12.40

20:00 27.02 30.51 31.58 31.38 30.15 37.80 357.20 10.00

Rataan 27.84 37.98 37.14 35.63 36.52 102.84 391.83 44.95

43



Waktu

Lingkungan T inlet T tengah1 T tengah2 T outlet

Tabsorber

timur

Tabsorber

barat

T

Tungku

T

Cerobong

T Pipa HE

(oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC)

3:00 26.90 32.45 27.58 27.85 28.07 33.02 31.85 388.1 141.7 144.2

3:30 26.41 44.32 33.27 34.06 34.31 41.52 40.43 253.4 65.7 71.3

4:00 26.42 48.63 35.16 38.20 36.39 53.80 52.83 304.4 109.7 151.65

4:30 26.41 48.63 35.16 38.20 36.39 47.19 46.16 400.2 120.2 176.7

5:00 26.13 45.40 34.22 36.13 35.35 43.41 42.34 531.7 121.8 191.7

5:30 26.12 42.16 33.27 35.10 34.31 41.99 40.91 275.3 65.2 93.3

6:00 25.91 40.00 32.32 34.06 33.27 40.57 39.48 370.2 52.2 126.8

6:30 27.01 50.79 37.06 40.27 38.47 48.13 47.11 268.1 93.2 171.7

7:00 28.11 47.55 36.11 38.72 37.43 46.72 45.68 259.2 61.7 148

7:30 32.82 48.09 37.06 40.07 38.47 46.23 39.00 282.6 37.7 80.9

8:00 34.32 47.02 40.85 42.34 42.64 52.86 43.29 321.3 32.3 56.8

Rataan 27.87 45.00 34.73 33.35 35.92 45.04 45.37 332.16 332.16 128.46

8:30 34.90 48.63 44.64 44.41 46.80 55.69 48.06

9:00 30.01 52.95 46.54 47.52 48.88 62.30 49.97

9:30 34.21 51.87 49.38 48.56 52.00 62.30 51.88

10:00 36.22 50.79 51.28 49.59 54.08 65.13 53.78

10:30 37.26 49.71 47.48 48.56 49.92 64.19 61.42

11:00 39.45 50.79 51.28 48.56 54.08 63.24 61.42

11:30 40.31 53.27 52.22 49.59 56.16 61.36 62.37

12:00 40.51 54.03 52.70 50.11 57.72 58.52 63.32

12:30 40.32 51.87 52.03 49.18 56.37 56.63 63.32

13:00 39.52 51.01 50.71 48.56 55.12 54.74 64.28

13:30 38.21 50.04 49.85 48.14 53.87 52.85 65.23

14:00 37.66 48.42 48.62 46.69 52.21 51.91 66.19

Rataan 37.38 51.13 49.73 48.29 53.10 52.37 51.32 332.16 332.16 128.46

44



Waktu Lingkungan T inlet

T

tengah1

T

tengah2

T

outlet

T

Tungku

T

PipaHE

T

cerobon

g

(oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC) (

oC)

18:45 28.70 33.40 31.19 29.22 29.48 524.60 114.60 69.00

19:15 28.80 33.96 32.81 31.37 31.38 347.60 93.30 54.30

19:45 28.70 35.63 29.03 31.91 31.85 397.60 100.10 66.50

20:15 28.80 40.65 38.77 37.85 36.12 297.10 83.30 76.10

20:45 29.00 39.54 39.85 37.85 35.17 235.00 78.50 69.00

21:15 29.20 35.07 33.36 31.91 30.91 234.50 76.10 66.50

21:45 29.20 44.00 43.10 39.47 37.07 338.10 83.30 64.10

22:15 29.20 45.12 46.35 40.01 38.01 359.60 73.70 44.60

22:45 29.40 44.00 42.56 40.01 37.07 347.70 78.50 73.70

23:15 29.20 40.65 38.77 37.85 35.17 338.10 76.10 71.30

23:45 28.20 40.65 39.85 36.77 34.22 265.60 66.50 69.00

0:15 27.20 43.45 42.02 37.85 32.80 289.80 71.30 47.00

0:45 26.50 37.30 35.52 33.53 31.38 236.40 66.50 47.00

1:15 26.40 44.00 42.02 37.85 35.17 211.60 69.00 44.60

1:45 26.00 42.33 40.93 37.31 35.17 289.80 93.30 49.50

2:15 26.40 48.47 46.89 40.65 38.77 234.00 69.00 47.00

2:45 26.40 38.42 37.69 34.61 33.27 229.00 66.50 47.00

3:15 26.40 45.12 43.64 37.85 37.07 219.00 64.10 44.60

3:45 25.80 41.77 39.85 36.77 34.22 354.80 93.30 49.50

4:15 26.30 49.59 42.02 37.85 35.17 397.60 102.50 69.00

Rataan 27.79 41.16 39.31 36.42 34.47 295.94 79.20 58.47

45

Lampiran 3. Contoh perhitungan efisiensi kolektor surya pada percobaan 3

a. kehilangan panas pada bagian isolasi plat kolektor

Tabel parameter pengukuran untuk perhitungan Ub

Parameter Simbol Nilai Satuan keterangan

Suhu Lingkungan Ta 34.90 oC data

Suhu plat

kolektor

Tp 51.87 oC data

Suhu film Tf 316.39 K hitung

Koefisien volume

pemuaian

β 3.16 x 10-3 1/

K

hitung

Dimensi

karakteristik

L 0.02 m hitung

Viskositas

kinematik

v 17.35 x 10-6 m/s Holman,1986

Bilangan Prandtl Pr 0.704 Holman,1986

Konduktivitas

termal

k 0.027482 W/m oC Holman,1986

Konduktivitas

glas wool

K 0.038 W/m oC Holman,1986

konstanta C 0.13 Holman,1986

konstanta m 1/3 Holman,1986

Untuk menghitung perpindahan panas secara konveksi alami digunakan

persamaan 1.

704.0)1016.17(

)02.0()90.3487.51()1016.3(8.9Pr

26

33

−

− −=

x

xxxxGr

= 9 842.74

Untuk plat horizontal yang muka bagian atasnya dipanaskan dengan nilai

Gr Pr < 2x108 nilai C dan m adalah 0.13 dan 1/3. sehingga :

3

1

)74.9842()13.0( xNu =

= 2.77

02.0

027482.077.2=h

= 3.82 W/m2 o

C

+=

038.0

02.0

82.3

1

1bU

= 1.26 W/m2 o

C

46

Lampiran 3. Contoh perhitungan efisiensi kolektor surya pada percobaan 3

(lanjutan)

b. kehilangan panas pada bagian tutup kolektor

Tabel parameter pengukuran untuk perhitungan Ut


Suhu Lingkungan Ta 34.90 oC data

Suhu polikarbonat Tp 46.13 oC data

Suhu film T 313.51 K hitung

Koefisien volume

pemuaian

β 3.19 x 10-3 1/

K

hitung

Dimensi

karakteristik

L 0.5 m hitung

Viskositas

kinematik

v 17.06 x 10-6 m/s Holman,1986

Bilangan Prandtl Pr 0.705 Holman,1986

Konduktivitas

termal

k 0.027264 W/m oC Holman,1986

Konduktivitas

penutup

transparan

K 0.0703 W/m oC Holman,1986

konstanta C 0.52 Holman,1986

konstanta m 1/4 Holman,1986


persamaan 1.

705.0

)1006.17(

)5.0()90.3413.46()1019.3(8.9Pr

26

33

−

− −=

x

xxxxGr

= 106.3 x 106

Untuk silinder horizontal, nilai C dan m pada GrPr =106.3 x 106 adalah

0.53 dan ¼. Karena berada pada rentang antara nilai GrPr 104-10

9, sehingga :

4

1

6 )1093.64()53.0( xxNu =

= 53.81

5.0

027264.081.53=h

= 2.93 W/m2 o

C

+=

0703.0

0012.0

93.2

1

1tU

= 2.92 W/m

2 oC

Utotal = 1.26 + 2.92

= 4.06 W/m2 o

C

47

Lampiran 3 Contoh perhitungan efisiensi kolektor surya pada percobaan 3

(lanjutan)

c. perhitungan efifiensi kolektor

Untuk menghitung efisiensi kolektor digunakan persamaan 14.

η =

−−

28.334

90.3487.5106.47614.0

= 0.62 x 100%

= 62 %

48

Lampiran 4. Contoh perhitungan efisiensi tungku pada percobaan 3

Tabel parameter pengukuran untuk perhitungan efisiensi tungku


Massa biomassa mb 44 Kg data

Suhu lingkungan Ta 38.12 oC data

Suhu ruang pengering Tr 27.85 oC data

kalor jenis udara Cpu 1.006 kJ/kg oC Holman,1986

Volume jenis udara v 0.9217 m3/kg hitung

Lama pengeringan t 18000 Detik data

Luas bangunan pengering Arp 20 m2 data

Kecepatan udara ν 0.026 m2/detik data

Debit udara qu 0.52 m3/detik hitung

Laju udara Mu 0.56 Kg/detik hitung

Untuk menghitung efisiensi tungku digunakan persamaan 15.

ηtk=1700044

006.1)85.2712.38()1800056.0(

x

xxx −

%100748000

73.104142xtk =η

= 13.92 %

49

Lampiran 5. Contoh perhitungan efektifitas HE pada percobaan 3

Tabel parameter pengukuran untuk perhitungan konveksi paksa pada Heat

Exchanger


Suhu udara

pembakaran

T tungku 388.10 oC data

Suhu dinding HE T HE 144.20 oC Data

Kecepatan rata-

rata

ν 0.96 m/s Data

Diameter tabung d 0.026 M Data

Densitas ρ 0.5249 kg/m3 Holman,1986

Viskositas

dinamik

µ 3.2249x 10-5 kg/m.s Holman,1986

Angka Pandtl Pr 0.680 Holman,1986

Konduktivitas

termal

k 0.050289 W/m oC Holman,1986

Viskositas

dinamik dinding

µw 2.5225 x 10-5 kg/m.s Holman,1986

Untuk menghitung bilangan Reynolds digunakan persamaan :

5102249.3

026.096.05249.0Re

−=

x

xx

= 406.29

Karena nilai Re kurang dari 5 x 105 maka alirannya Laminer, dan berlaku

persamaan 4.

14.03

1

3

1

Pr)(Re86.1

=wL

dNud

µµ

14.0

5

53

1

3

1

105225.2

102249.3

5.0

026.0)680.029.406(86.1

=−

−

x

xxNud

= 4.64

=d

kNudh

=026.0

050289.064.4h

= 8.97 W/m2 oC

50

Lampiran 5. Contoh perhitungan efisiensi HE pada percobaan 3 (lanjutan)

b. perhitungan konveksi bebas pada penukar panas (HE)

Tabel parameter pengukuran untuk perhitungan konveksi bebas pada HE

Parameter Simbol Nilai Satuan Keterangan

Suhu lingkungan Ta 26.90 oC Data

Suhu dinding HE THE 144.20 oC Data

Suhu film Tf 358.55 K Hitung

Koefisien volume

pemuaian

β 0.002789

1/ K

Hitung

Tinggi tabung x 0.5 m Data

Viskositas

kinematik

v 21.626 x 10-6 m

2/detik Holman,1997

Bilangan Prandtl Pr 0.695119

Holman,1997

Konduktivitas

termal

k 0.030678

W/m oC Holman,1997

C 0.53 Holman,1997

m 1/4 Holman,1997


persamaan 1.

Pr)(

Pr2

3

v

xTTgGr ∞−

= ωβ

( )( )

695119.010626.21

)5.0(90.2620.14410789.28.9Pr

26

33

−

− −=

x

xxxxGr

= 228.93 x 106

Untuk bidang dan silinder vertikal, nilai C dan m pada GrPr =228.93 x

106 adalah 0.59 dan ¼. Karena berada pada rentang antara nilai GrPr 10

4-10

9,

sehingga :

4

1

6 )1093.228(59.0 xxNu =

= 92.17

=5.0

030678.017.92h

= 5.65 W/m2 oC

51


c. perhitungan efisiensi pada heat exchanger

Tabel parameter pengukuran untuk perhitungan efisiensi heat exchanger

Parameter Simbol Nilai Satuan Keterangan

Suhu udara pembakaran

masuk penukar panas

Thi 388.10 oC Data

Suhu udara pembakaran

yang ke luar dari penukar

panas

Tho 141.70 oC Data

Suhu udara pengering

masuk penukar panas

Tci 26.90 oC Data

suhu udara pengering

yang keluar dari penukar

panas

Tco 28.99 oC Data

Diameter dalam tabung ri 0.0133 m Holman,1997

Diameter luar tabung ro 0.0167 m Holman,1997

Jumlah pipa n 85 Data

Panjang pipa L 0.5 m Data

konveksi bebas hi 5.65 W/m2 o

C Hitung

konveksi paksa ho 8.38 W/m2 o

C Hitung

Konduktivitas termal K 67 W/moC Holman,1997

Untuk menghitung koefisien pindah panas menyeluruh, digunakan

persamaan 17 .

+

+

=

38.8

1

1049.0

0837.0

5.0672

0133.0

0167.00837.0

65.5

1

1

xxx

xLn

U

π

= 5.74 W/m2 o

C

Untuk menghitung beda suhu kesuluruhan logaritmik digunakan

persamaan 18.

∆T Log =

30.117

11.359

30.11711.359

Ln

−

= 216.11 oC

Untuk menghitung total luas pindah panas digunakan persamaan sebagai

berikut :

52


A = π x d x L x n

Dimana n adalah jumlah pipa = 85 pipa

A = 3.14 x (0.026) x 0.5 x 85

= 3.47 m2

Untuk menghitung laju perpindahan panas digunakan persamaan 16.

Q = A x U x ∆Tlog

= 3.47 x 5.74 x 216.11

= 4307.67 W

Fluida Panas (fluida tak campur)

Th = 388.10 oC

Mh = 0.0047 kg/det

Cph = 1063 J/kg

Mh x Cph = 5.00 W/ oC

Fluida Dingin

Tc = 28.99 oC

Mc = 0.56 kg/det

Cp = 1376 J/kg

Mc x Cp = 77.08 W/ oC

53


Untuk menghitung efektifitas penukar panas digunakan persamaan 21.

( )[ ]{ }98.310648.0exp10648.0

1 −−−−

= eε

= 0.95

Dengan,

00.5

47.374.5 xNNTU ==

= 3.98

08.77

00.5min ==maksC

CC

= 0.0648

54

Lampiran 6. Gambar Alat Pengering Hibrid Tipe Lorong

55

Lampiran 6. Gambar Alat Pengering Hibrid Tipe Lorong (lanjutan)

56

Lampiran 7. Gambar Heat Exchanger pada Alat Pengering Hibrid Tipe Lorong

57

Lampiran 7. Gambar Heat Exchanger pada Alat Pengering Hibrid Tipe Lorong (Lanjutan)

uji performansi sistem pemanasan pengeringan … · i uji performansi sistem pemanasan pada alat...

Documents