ANALISIS UNJUK KERJA KOLEKTOR UDARA PENGERING KAYU BERSUMBER ENERGI SURYA - BIOMASSA

ANALISIS UNJUK KERJA KOLEKTOR UDARA PENGERING KAYU BERSUMBER ENERGI SURYA - BIOMASSA M. Sumarsono, Rivai Mustafa B2TE, BPPT, Puspiptek-Serpong, Tangerang 15314

Abstract 2 A solar air-heating collector having a surface area of 230.4 m has been installed 3 and integrated to a drying chamber to dry wood of 100 m . The collector was classified as a matrix type collector with its absorber was made from black carbon fiber sheet. Collector worked together with a biomass boiler to supply heat to drying chamber. The test results indicated that the thermal efficiencies of collector per batch were around 20%−31%. Kata kunci: kolektor udara, energi surya, efisiensi termal, jadual pengeringan

1. PENDAHULUAN Untuk mengubah energi radiasi surya ke bentuk energi lain yang lebih bermanfaat diperlukan suatu alat pengumpul panas yang disebut kolektor surya. Dalam hal penggunaan kolektor surya di daerah dengan radiasi matahari baur tinggi seperti di Indonesia karena langitnya yang selalu berawan, maka kolektor jenis pelat datar (non-concentrating flat plate collector) lebih sesuai diterapkan daripada kolektor jenis konsentrator (concentrating collector). Di samping itu untuk keperluan pengeringan kayu, kolektor pelat datar sudah cukup mampu memberikan kenaikan temperatur yang diperlukan. Komponen dasar kolektor pelat datar pemanas udara (secara singkat disebut kolektor udara) terdiri atas empat komponen utama yaitu penyerap (absorber) yang menerima radiasi surya, saluran udara yang salah satu sisinya dibatasi oleh absorber, penutup atas transparan yang biasanya terbuat dari kaca, dan isolator panas. Bila diinginkan laju alir udara yang relatif besar, maka harus ditambahkan kipas (fan) untuk meniup atau mengalirkan udara melewati saluran udara kolektor. Hampir setiap permukaan yang dihitamkan dan dipanaskan oleh matahari akan mentransfer panas ke udara ketika udara dihembuskan di atasnya. Mekanisme perpindahan panas seperti ini memungkinkan penggunaan berbagai macam konfigurasi permukaan absorber.

Suatu sistem kolektor udara dengan luasan 2 230,4 m telah berhasil dibuat sebagai piranti pemasok panas dari suatu alat pengering kayu 3 yang berkapasitas 100 m . Kolektor yang terpasang terintegrasi dengan ruang pengering tersebut telah diujicoba dalam suatu rangkaian pengujian pengeringan kayu dan dari hasil analisa akan dapat diketahui efisiensi termalnya. Selain dari kolektor udara, pasokan panas juga berasal dari boiler uap-air yang berbahan bakar biomassa. 2. BAHAN DAN METODE 2.1. Tipe Kolektor berdasar Konfigurasi Absorber Udara mempunyai densitas yang rendah, sehingga kolektor memerlukan volume udara yang relatif besar bila dibandingkan dengan jumlah volume cairan yang diperlukan untuk mengumpulkan jumlah panas yang sama. Di samping itu udara memiliki kapasitas termal yang rendah. Karena sifatnya yang kurang menguntungkan ini, maka proses perpindahan panas dari absorber ke udara bisa jadi tidak optimum bila perancangan kolektor tidak tepat. Berbagai konfigurasi absorber telah dikembangkan dengan tujuan untuk meningkatkan perpindahan panas tersebut, dan terdapat enam tipe absorber yang sering digunakan pada perancangan kolektor (Sheven, 1977) seperti diberikan pada Gambar 1.

___________________________________________________________________________________ Analisis Unjuk Kerja Kolektor...............( M. Sumarsono, Rivai Mustafa)

149

Gambar 1. Tipe Absorber pada Kolektor Pemanas Udara

Berdasar tipe absorber tersebut, maka absorber secara garis besar dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori. Kategori pertama, biasanya dikenal sebagai absorber tidak berpori-pori, sehingga aliran udara mengalir tidak menembus material absorber. Udara dapat mengalir di atas, di bawah, atau di atas dan bawah pelat absorber. Kategori kedua dikenal sebagai bed absorber berpori-pori dimana udara mengalir menembus material absorber.

dengan υa volume jenis udara basah dihitung dengan persamaan (2):

υa =

2 ,153 × (t + 273 ) (760 − p a ) o

3

m /kg

(2)

Di sini pa adalah tekanan uap air yang dihitung sebagai berikut:

pa = ps ×

RH o

mmHg

100

(3)

2.2. Perhitungan Energi Parameter-parameter terukur yang terlibat di dalam perhitungan energi panas yang dapat dibangkitkan oleh kolektor meliputi: Temperatur udara masuk (ti) , temperatur udara keluar (to), kelembaban udara masuk (RHi), kelembaban udara keluar (RHo), dan kecepatan udara melalui saluran udara (va). Selanjutnya energi panas tersebut dihitung berdasar persamaan- persamaan di bawah ini (Yamada, 1998). Laju alir massa udara, m& a , dihitung sebagai berikut: 60 kg/min (1) m& a = (π × 0 ,2 × 0 ,2 ) × v a ×

dengan tekanan uap air jenuh, ps , dinyatakan menurut persamaan:

p s = 18 + 0 ,00018 × (t o )

3,3

35 C ≤ t o ≤ 90 C o

o

mmHg,

untuk (4)

Panas jenis udara basah, Cp , dapat dihitung dengan : 0 ,274 × p a C p = 0 ,24 + kcal/kg.K (5) 760 − p a Energi panas yang dapat dibangkitkan oleh kolektor dihitung dengan persamaan berikut ini:

υa

___________________________________________________________________________________ 150

Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia Vol. 10 No. 3 Desember 2008 Hlm. 149-156

Q&o = m& a ×C p × (t o − t i

)

kcal/min

(6)

Energi panas yang diserap oleh kolektor seluas 2 230,4 m dirumuskan sebagai berikut :

Q& i = G t × 230 , 4 ×

860 60

kcal/min

(7)

buah kipas kolektor, dengan demikian udara dapat mengalir secara terus menerus mengikuti suatu lup ruang pengering → kolektor → ruang pengering sehingga temperaturnya menjadi makin tinggi. Sedang pasokan panas yang berasal dari steam boiler diperoleh dengan membakar bahan bakar biomassa berupa limbah kayu Meranti.

Di sini Gt adalah iradiasi surya. Efisiensi termal kolektor dihitung dengan persamaan-persamaan berikut ini: Untuk efisiensi termal sesaat:

ηc =

Q&o Q&i

× 100%

(8)

Untuk efisiensi termal pada selang (kurun) waktu, ∆time, tertentu:

∑ Q&

ηc =

∆ time

o

∑Q&

∆ time

× 100%

(9)

i

Gambar 2. Skema Kolektor dan Ruang Pengering

Bila ∆time dalam selang harian, misal dari jam 06:00 sampai dengan 18:00, maka efisiensi termal disebut ’efisiensi termal harian’ ( η c .harian ). Sedang bila ∆time dalam selang waktu pengeringan perbatch atau per-pemuatan kayu (untuk kayu meranti umumnya 15 hari per-batch), maka efisiensi termal kolektor disebut ’efisiensi termal total’ ( ηc .total ). Jadi, kedua efisiensi termal tersebut secara berturutan dirumuskan sebagai berikut: Q&

∑ ∑ Q&

o

η c .harian =

× 100%

harian

(10)

i

harian

∑ Q& ∑ Q&

o

η c .total =

× 100%

batch

(11)

i

batch

2.3. Deskripsi Kolektor Udara Kolektor udara yang dibahas terdiri dari dua unit, yaitu kolektor-A dan kolektor-B, dengan bahan dan konfigurasi yang persis sama, dipasang di atas atap ruang pengering, masing-masing sisi inlet dan outletnya dihubungkan langsung ke dalam ruang pengering oleh susunan saluran penghubung (Gambar 2). Aliran udara digerakkan oleh dua

Tabel 1. Spesifikasi Teknis Kolektor Udara SPESIFIKASI TEKNIS KOLEKTOR UDARA Jumlah kolektor 2 unit, kolektor A dan B Luas permukaan 1 2 115,2 m unit kolektor Luas permukaan total 2 230,4 m kolektor Serat karbon (pitch Material penyerap (absorber) based carbon fiber) Material tutup atas Kaca temper tebal 5 (cover) mm, lapis dua, translusens 3 Kipas kolektor 2 unit @ 120 m /min, 0,75 kW/unit Diameter saluran 400 mm udara

Secara ringkas spesifikasi teknis kolektor ditunjukkan seperti Tabel 1. Secara garis besar penampang kolektor diperlihatkan seperti Gambar 3 dan sesuai dengan konfigurasi absorber yang dipakai dapat diklasifikasikan sebagai kolektor dengan absorber matriks, tipe-5 (Anonymous, 1994; Tanaka, 1998).


151

1250

Satuan: mm

850

Catwalk

1000 500

2000

2000

2000

2000

2000

2000

2000

2000

Luas permukaan kolektor 230,4 m2 32 unit @ (3,6 x 2,0) m2 / unit

800

3600

3600

3600

3600

800

Gambar 3. Kolektor Udara

2.4. Metoda Pengukuran dan Perhitungan Pengukuran dan pengumpulan data dilakukan terhadap enam percobaan pengeringan kayu Meranti, masing-masing selama ± 15 hari yaitu sampai dengan kayu menjadi kering menurut kadar air yang dipersyaratkan. Keenam percobaan pengeringan kayu tersebut adalah : • PERCOBAAN-1 dari 18/05/98 s.d. 01/06/98. • PERCOBAAN-2 dari 03/07/98 s.d. 17/07/98. • PERCOBAAN-3 dari 14/08/98 s.d. 28/08/98. • PERCOBAAN-4 dari 12/09/98 s.d. 26/09/98. • PERCOBAAN-5 dari 13/10/98 s.d. 27/10/98. • PERCOBAAN-6 dari 28/11/98 s.d. 12/12/98. Kepada udara yang masuk ke dalam kolektor dilakukan pengukuran temperatur (ti), kelembaban relatif (RHi) dan kecepatannya (va). Sedang di sisi outlet kolektor, dilakukan pengukuran temperatur (to) dan kelembaban relatifnya (RHo). Pada waktu yang bersamaan, diukur pula temperatur ambien (tamb) dan fluks radiasi surya (Gt). Selang waktu pengukuran ditetapkan 1 menit, memakai data logging system yang didesain dan dibuat oleh perusahaan Chino dengan perangkat lunak CISAS. Alat ukur yang dipakai adalah piranometer

2

tipe MS-42 (0-1200 W/m ) untuk mengukur fluks o iradiasi surya, termokopel tipe Pt100 (-50–250 C) mengukur temperatur, dan anemometer merk SATO, SK27V (0–40 m/s) mengukur kecepatan udara. Kelembaban relatif diukur dengan menggunakan kombinasi temperatur bola basah dan bola kering. Menggunakan data-data tersebut di atas, dimensi kolektor dan dimensi saluran penghubung, maka dapat dihitung energi panas harian dan siklus yang dibangkitkan oleh kolektor, dan energi panas harian dan siklus yang diserap oleh kolektor serta efisiensi termalnya menggunakan persamaan (1) sampai dengan persamaan (11).

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Sampel data hasil pengukuran iradiasi surya, temperatur ambien, temperatur dan kelembaban udara pemanas serta kecepatannya diberikan pada Tabel 3. Juga disajikan hasil perhitungan energi per satuan waktu yang dibangkitkan oleh kolektor-A. Pada tabel tersebut, QoAB adalah jumlah Qo-A + Qo-B.

___________________________________________________________________________________ 152


Tabel 3. Sampel Perhitungan Energi Panas Kolektor pada 26/09/98 Waktu 6:00 6:15 6:30 6:45 7:00 7:15 7:30 7:45 8:00 8:15 8:30 8:45 9:00 9:15 9:30 9:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30 11:45 12:00 12:15 12:30 12:45 13:00 13:15 13:30 13:45 14:00 14:15 14:30 14:45 15:00 15:15 15:30 15:45 16:00 16:15 16:30 16:45 17:00 17:15 17:30 17:45 18:00

Gt kW/m2 0.031 0.060 0.092 0.175 0.251 0.233 0.290 0.421 0.402 0.598 0.614 0.516 0.580 0.384 0.632 0.689 0.468 0.533 0.878 0.676 0.842 0.369 0.526 0.739 0.624 0.572 0.467 0.466 0.499 0.593 0.556 0.385 0.283 0.448 0.696 0.482 0.337 0.356 0.321 0.286 0.248 0.120 0.052 0.063 0.068 0.031 0.005 0.000 0.000

Tamb oC 29.4 29.5 29.4 30.2 31.0 31.5 32.1 33.5 33.8 34.1 34.7 34.7 35.1 34.4 34.7 35.1 33.9 33.8 34.4 35.6 36.5 36.5 36.5 37.0 37.2 37.3 37.1 37.0 36.9 36.8 36.8 36.9 36.6 36.8 37.0 37.1 36.5 36.2 35.6 35.1 34.8 34.2 33.9 33.6 33.3 31.9 30.3 29.6 29.6

va-A m/s 0.0 0.1 0.1 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.1 0.1 1.9 4.1 3.6 10.3 5.9 6.9 13.9 14.1 14.5 9.0 8.6 12.8 10.8 9.2 5.2 4.2 5.6 8.0 6.9 5.1 1.5 3.2 10.4 6.0 2.4 2.1 0.8 1.4 0.7 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

ti-A oC 24.9 26.7 28.3 30.0 31.3 30.7 31.9 34.0 36.1 38.2 40.9 42.4 46.5 55.6 57.4 63.1 61.9 62.4 64.9 65.5 65.5 65.0 64.0 66.4 67.7 67.5 66.3 65.6 65.5 66.7 67.0 66.5 61.9 60.7 64.4 64.5 61.9 59.3 57.5 54.8 51.9 47.4 44.9 43.3 41.5 40.3 38.9 37.5 36.6

RHi-A % 88.5 92.9 96.4 96.4 97.4 93.4 93.9 94.6 94.7 92.7 89.1 85.4 67.1 32.9 28.2 20.0 20.2 26.9 26.4 24.6 24.2 24.8 26.7 23.8 22.6 23.2 25.4 26.9 27.6 26.2 25.8 27.9 33.1 25.7 29.8 28.8 33.3 38.5 42.7 49.2 58.1 71.5 78.7 81.7 85.2 87.7 90.3 93.3 95.2

to-A oC 24.2 25.1 25.5 26.6 27.7 28.8 29.9 31.8 34.1 36.4 39.5 41.8 49.7 63.7 65.7 73.0 69.4 70.0 76.9 77.7 79.3 72.8 71.2 75.2 75.6 74.9 72.5 71.7 71.8 73.8 73.8 71.1 66.2 65.8 71.6 70.4 66.3 62.7 60.4 56.6 52.8 48.4 45.7 43.6 41.9 40.6 38.9 37.2 35.7

RHo-A % 76.8 74.3 75.1 74.7 75.9 76.6 75.7 77.0 73.7 73.5 69.6 64.6 48.6 20.0 17.5 11.9 13.4 17.2 14.1 13.0 12.0 15.8 17.4 14.5 14.4 14.9 17.2 18.3 18.7 17.2 17.1 19.5 24.3 25.3 19.2 19.7 24.3 28.9 32.9 39.4 47.1 56.8 58.8 60.4 62.8 65.4 69.5 73.0 75.6

Cp-A kcal/kgK 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

ma-A kg/min 0.2 0.4 0.6 0.9 1.0 0.1 0.0 0.3 0.8 0.7 0.7 0.7 13.1 27.5 24.0 68.2 39.3 45.5 89.3 90.3 92.9 58.4 56.5 82.8 69.8 59.3 33.8 27.3 36.5 51.5 44.7 32.9 10.1 21.3 67.3 39.1 15.5 13.7 5.0 9.3 4.7 1.6 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7 0.8 0.9

Total – harian (

∑Q harian

Plot temperatur udara masuk dan keluar kolektor selama satu hari penyinaran matahari, sebagai contoh diberikan pada Gambar 4. Tampak bahwa profil temperatur udara mengikuti bentuk profil iradiasi surya, ini berarti kemampuan kolektor

Qo-A kcal/min 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 485.5 876.4 790.4 2576.0 1127.7 1368.6 4104.8 3949.8 4904.8 1938.8 1639.5 2813.1 2125.2 1777.9 837.9 657.1 848.8 1414.5 1210.3 724.7 172.2 483.0 1916.6 939.9 262.5 187.6 56.8 66.1 16.7 6.2 2.6 0.8 0.8 0.8 0.1 0.0 0.0 o

dan

Qo-B kcal/min 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.4 1.1 3.1 5.7 6.8 506.7 563.7 598.3 2397.1 1089.4 1334.2 3775.6 3454.9 4282.6 1846.7 1368.1 2398.1 1710.9 1448.9 609.7 295.3 699.0 1171.4 996.7 590.4 156.8 462.0 1631.7 795.6 267.1 170.9 67.2 67.2 12.0 1.4 1.2 1.2 1.1 1.5 1.1 1.2 2.8

∑Q

i

) =

Qo-AB kcal/min 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.4 1.1 3.1 5.7 6.8 992.2 1440.1 1388.7 4973.2 2217.1 2702.7 7880.4 7404.7 9187.4 3785.5 3007.7 5211.2 3836.1 3226.8 1447.7 1152.3 1547.9 2585.9 2206.9 1315.1 328.9 945.0 3548.3 1735.5 529.5 358.5 124.0 133.3 28.8 7.6 3.7 2.0 2.0 2.3 1.1 1.2 2.8

Qi-AB kcal/min 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 9907.2 17766.9 29540.0 34127.0 20293.2 24725.1 43492.6 31244.0 41692.8 16066.2 24668.9 36587.3 30907.2 25108.1 15323.1 16928.1 18239.2 29384.8 23949.0 14144.2 6687.4 16135.5 34483.7 18298.6 6872.3 7681.4 3289.2 2242.3 716.6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

75284

600502

harian

untuk menyimpan panas rendah. Temperatur o udara keluar kolektor dapat mencapai 80 C di saat tengah hari dan kenaikan temperaturnya o mencapai hingga 17 C.


153

1 .0

2

Iradiasi surya (kW/m )

0 .8

0 .6

0 .4

0 .2

0 .0 6 :0 0

7 :0 0

8 :0 0

9 :0 0

1 0 :0 0

1 1 :0 0

1 2 :0 0

1 3 :0 0

1 4 :0 0

1 5 :0 0

1 6 :0 0

1 7 :0 0

1 8 :0 0

W a k tu

90 80 70

o

Temperatur ( C)

60 50 40 30 20

T e m p . k e lu a r k o le k to r , to T e m p . m a s u k k o le k to r, ti T e m p . a m b ie n , ta

10 0 6 :0 0

7 :0 0

8 :0 0

9 :0 0

1 0 :0 0

1 1 :0 0

1 2 :0 0

1 3 :0 0

1 4 :0 0

1 5 :0 0

1 6 :0 0

1 7 :0 0

1 8 :0 0

W a k tu

Gambar 4. Profil Radiasi Surya dan Temperatur Udara pada 26/09/98

Tabel 4. Energi Panas pada PERCOBAAN-1 18/05/98 s.d. 01/06/98

Tanggal

∑Q

=

i

harian

(kcal)

(kcal)

18/05/98 19/05/98 20/05/98 21/05/98 22/05/98 23/05/98 24/05/98 25/05/98 26/05/98 27/05/98 28/05/98 29/05/98 30/05/98 31/05/98 01/06/98

∑

∑Q

o

harian

300.945 353.224 156.758 195.023 91.256 171.876 185.534 158.136 221.476 77.711 105.701 543 88.337 69.066 76.363

609.190 850.368 406.975 597.820 336.577 526.459 620.055 513.437 729.642 326.953 538.839 5234 496.833 412.175 421.323

2.251.949

7.390.980

ηc.harian

batch

ηc .total =

∑Q ∑Q o

batch

batch

i

= 30,5%


Tanggal

(%) 49,4 41,5 38,5 32,6 27,1 32,6 29,9 30,8 30,4 23,8 19,6 10,4 17,8 16,8 18,1

∑Q

=

i

harian

(kcal)

(kcal)

40.848 156.878 173.159 217.117 112.634 219.161 19.484 7268 56.442 98.331 60.429 13.003 9630 48.845 11.208

158.535 561.421 585.509 720.164 523.635 818.632 179.588 73.043 399.092 567.498 546.280 172.778 200.228 509.375 224.808

1.244.437

6.240.586

14/08/98 15/08/98 16/08/98 17/08/98 18/08/98 19/08/98 20/08/98 21/08/98 22/08/98 23/08/98 24/08/98 25/08/98 26/08/98 27/08/98 28/08/98

∑

∑Q

o

harian

ηc.harian (%) 25,8 27,9 29,6 30,1 21,5 26,8 10,8 10,0 14,1 17,3 11,1 7,5 4,8 9,6 5,0

batch

ηc .total =

∑Q ∑Q o

batch

i

= 19,9%

batch

___________________________________________________________________________________ 154



Tanggal 03/07/98 04/07/98 05/07/98 06/07/98 07/07/98 08/07/98 09/07/98 10/07/98 11/07/98 12/07/98 13/07/98 14/07/98 15/07/98 16/07/98 17/07/98

∑

=

∑Q

∑Q

o


ηc.harian

i

harian

harian

(kcal)

(kcal)

8459 249.983 66.897 116.868 53.075 5361 64.270 9632 12.099 165.480 75.517 104.230 68.307 58.318

28.146 679.908 222.397 490.872 208.999 51.319 332.066 110.145 162.954 746.451 525.227 581.843 475.272 440.144

1.058.496

5.055.743

Tanggal

(%) 13/10/98 14/10/98 15/10/98 16/10/98 17/10/98 18/10/98 19/10/98 20/10/98 21/10/98 22/10/98 23/10/98 24/10/98 25/10/98 26/10/98 27/10/98

30,1 36,8 30,1 23,8 25,4 10,4 19,4 8,7 7,4 22,2 14,4 17,9 14,4 13,2

∑

∑Q ∑Q o

batch

i

12/09/98 13/09/98 14/09/98 15/09/98 16/09/98 17/09/98 18/09/98 19/09/98 20/09/98 21/09/98 22/09/98 23/09/98 24/09/98 25/09/98 26/09/98

∑

=

∑Q

(kcal)

(kcal)

132.542 208.491 208.207 292.150 120.373 107.905 123.177 15.874 37.181 122.186 102.177 80.849 1158 10.080 52.834

193.283 695.277 564.621 839.823 614.336 424.514 504.121 231.373 213.309 521.462 602.173 436.297 25.861 156.577 494.052

1.615.184

6.517.079

ηc .total =

= 20,9%

∑Q

o

∑Q ∑Q o

batch

i

harian

harian

(kcal)

(kcal)

332.588 88.314 375.637 332.216 338.411 70.940 272.559 44.919 88.478 30.545 155.336 53.310 365 89.158 600.502

563.941 271.282 900.300 963.251 899.253 259.443 828.893 174.862 339.704 198.104 681.893 336.085 8335 533.424 600.502

2.348.060

7.559.272

i

harian

batch


Tanggal

∑Q

o

ηc.harian (%) 68,6 30,0 36,9 34,8 19,6 25,4 24,4 6,9 17,4 23,4 17,0 18,5 4,5 6,4 10,7

batch

batch

ηc .total =

=

∑Q harian

i

= 24,8%

batch


ηc.harian

Tanggal

(%) 59,0 32,6 41,7 34,5 37,6 27,3 32,9 25,7 26,0 15,4 22,8 15,9 4,4 16,7 12,5

28/11/98 29/11/98 30/11/98 01/12/98 02/12/98 03/12/98 04/12/98 05/12/98 06/12/98 07/12/98 08/12/98 09/12/98 10/12/98 11/12/98 12/12/98

∑

batch

=

∑Q

∑Q

o

i

harian

harian

(kcal)

(kcal)

382.600 42.337 11.808 55.035 114.487 178.908 96.255 47.975 177.057 17.647 26.603 73.632 185.029 162.094 81.029

754.909 165.189 59.080 134.920 499.320 696.958 469.823 358.000 830.128 231.753 307.569 616.697 1.020.574 944.060 747.452

1.652.496

7.836.432

ηc.harian (%) 50,7 25,6 20,0 40,8 22,9 25,7 20,5 13,4 21,3 7,6 8,6 11,9 18,1 17,2 10,8

batch

ηc .total =

∑Q ∑Q o

batch

i

ηc .total =

= 31,1%

batch

Perhitungan efisiensi termal kolektor seperti pada Tabel 4 sampai dengan Tabel 9 memberikan harga efisiensi batch, ηc .total , sekitar 20%−31%. Harga ini cukup rendah karena tidak cukup besar energi surya yang diterima oleh kolektor

∑Q ∑Q o

batch

i

= 21,1%

batch

termanfaatkan untuk proses pengeringan. Hanya pada tahap awal pengeringan saja energi surya termanfaatkan cukup tinggi, misal ηc .harian = 59% pada tanggal 12/09/98 (Tabel 7) dan ηc .harian =


155

68,6% pada tanggal 13/10/98 (Tabel 8). Namun pada tahap setelah pertengahan hingga akhir pengeringan, energi surya yang termanfaatkan cenderung rendah, bahkan sampai hanya ηc .harian = 4,4% saja pada tanggal 24/09/98 (Tabel 7). Alasan utama yang menyebabkan tinggirendahnya efisiensi termal kolektor terletak pada jadual pengeringan (drying schedule) yang sudah ditetapkan terlebih dahulu sebelum proses pengeringan kayu Meranti dilakukan, dan penjelasannya sebagai berikut: • Pada tahap awal, pengeringan memerlukan temperatur rendah sehingga sebagian besar pasokan panas dari energi surya cukup mampu untuk mencapainya dan menjaga temperatur tersebut. • Pada perjalanan ke tahap berikutnya yaitu sejalan dengan berkurangnya kadar air kayu, temperatur pengeringan naik, dan untuk itu pasokan panas juga harus naik, sebagian berasal dari energi surya dan sebagian lagi dari boiler. Proses kenaikan temperatur pengeringan dan pasokan panas gabungan ini terjadi secara otomatis yang diatur oleh sistem manajemen kontrol pengeringan. Pada tiap level temperatur tertentu, ternyata panas yang tersimpan di dalam uap-air dari boiler sudah cukup mampu menjaga temperatur tersebut, sehingga pasokan panas dari kolektor relatif tidak terlalu banyak diperlukan lagi. Hal ini berarti, energi surya yang datang dan diserap oleh kolektor hanya sebagian kecil yang termanfaatkan untuk disalurkan ke dalam ruang pengering.

DAFTAR PUSTAKA Anonymous, 1994. Technology Development for Industrial Application of Solar Systems, Report of New Sunshine Project NEDO, ENAA -Tokyo. Sheven, E.C., et al., 1977. Development of A Solar Air Heater, Report No. 77-04, Final ReportPhase I, Waterloo Research Institute. Tanaka, T., 1998. Research and Development of Solar Thermal Industrial Process Heat in Japan, Prosiding Seminar Peningkatan Daya Saing Produk Kayu melalui Pengembangan Teknologi Pengeringan, LSDE–ENAA– DEPPERINDAG Kaltim–MPI, Samarinda, 27 Pebruari, 61-79. Yamada M., et al, 1998. Outline of the Experimental and Interim Evaluation, Prosiding Seminar Peningkatan Daya Saing Produk Kayu melalui Pengembangan Teknologi Pengeringan, LSDE–ENAA–DEPPERINDAG Kaltim–MPI, Samarinda, 27 Pebruari, 17-34.

Tata Nama Ac Cp Gt m& a pa ps Qi

4. KESIMPULAN

Qo

Profil temperatur udara mengikuti bentuk profil radiasi surya datang, ini berarti kemampuan kolektor untuk menyimpan panas rendah. Temperatur udara keluar kolektor dapat mencapai o 80 C di saat tengah hari dan kenaikan o temperaturnya mencapai hingga 17 C. Pada proses pengeringan kayu meranti, efisiensi termal total kolektor udara per batch pengeringan sekitar 20%−31%. Rendahnya efisiensi termal ini karena porsi energi surya yang tersalurkan ke dalam ruang pengering makin lama makin kecil seiring dengan makin turunnya kadar air kayu.

RHi RHo Ta, Ta ti, Ti to, To Uc

ηc ηc.harian ηc.total va

υa

2

: Luas permukaan kolektor, m : Panas jenis udara, kJ/kg.K, kcal/kg.K 2 : Iradiasi surya, W/m . : Laju massa udara, kg/min : Tekanan uap air, mmHg : Tekanan uap air jenuh, mmHg : Energi panas yang diserap kolektor, kcal/min : Energi panas yang dibangkitkan kolektor, kcal/min : Kelembaban udara masuk kolektor : Kelembaban udara keluar kolektor o : Temperatur ambien, C, K o : Temperatur udara masuk kolektor, C, K o : Temperatur udara keluar kolektor, C, K : Koefisien-rugi-rugi-panas-total kolektor, 2 2 W/m .K, cal/h.m .K : Efisiensi termal kolektor : Efisiensi termal harian kolektor : Efisiensi termal total kolektor : Kecepatan udara, m/s 3 : Volume jenis udara basah, m /kg

___________________________________________________________________________________ 156


ANALISIS UNJUK KERJA KOLEKTOR UDARA PENGERING KAYU BERSUMBER ENERGI SURYA - BIOMASSA

Recommend Documents