BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengenalan Pemanfaatan pompa kalor untuk pengering sangat menarik dan praktis. Pengering pompa kalor memiliki koefisien kinerja yang tinggi dan berpotensi memperbaiki kualitas produk yang dikeringkan karena kemampuan pompa kalor untuk beroperasi pada suhu yang lebih rendah. Keuntungan utamanya yaitu pengering kompatibel dan pada suhu rendah. Bagi perkembangan pengering pompa kalor, teknologi pompa kalor digunakan untuk meningkatkan nilai ekonomis dan efisiensi pengering udara panas konvensional. Penurun kadar air di alat pengering pompa kalor menerima banyak perhatian karena kemampuannya untuk membalikkan panas laten dan mentransfernya ke pengeringan udara yang mampu mengeringkan pada temperatur rendah, biaya rendah dan operasi bahkan di bawah kondisi ruangan lembab dan menyebabkan pencemaran lingkungan yang minimum [1].

Perlu

diingat bahwa jika pengering bekerja secara efisien, udara keluar harus memiliki suhu yang dekat dengan temperatur wet bulb dan juga pada kelembaban yang tinggi. Oleh karena itu, sebagian besar entalpi gas panas laten dalam uap air dan harus mengembalikan panas , bila memungkinkan, termasuk kondensasi uap air dari udara pengeringan. Metode ini diterapkan dalam Penurun kadar air di alat pengering pompa kalor [2]. Tiga keunggulan utama dari pengering pompa kalor adalah [3]: 1. Pengeringan pada suhu rendah dapat meningkatkan kualitas. 2. Efisiensi energi yang tertinggi dicapai karena keduanya sensible dan panas laten evaporasi diperlukan. 3. Kondisi Pengering dan karena laju pengeringan tidak dipengaruhi oleh kondisi pengeringan.

Universitas Sumatera Utara

Prinsip dari pompa kalor, sama dengan yang terlibat dalam siklus pendinginan, telah dikenal selama lebih dari 100 tahun. Dalam tiga dekade terakhir, aplikasi pompa kalor telah dibatasi hanya oleh kondisi ekonomi [2]. Perlu dicatat bahwa melawan keunggulan ini, menggunakan energi listrik yang umumnya lebih mahal daripada bentuk-bentuk dari energi lain dan munculnya krisis energi pada awal tahun 1970 menyebabkan beberapa kekhawatiran terkait untuk menemukan sumber energi alternatif untuk pembangkit listrik dalam bidang industri, oleh karena itu, penerapan pompa kalor pengeringan terbatas. Siklus refrigerasi tradisional digerakkan oleh listrik atau panas, yang sangat meningkatkan konsumsi listrik dan energi fosil. The International Institute of Refrigeration di Paris (IIF / IIR) memperkirakan bahwa sekitar 15% dari seluruh listrik diproduksi di seluruh dunia digunakan untuk pendinginan dan AC proses dari berbagai jenis, dan konsumsi energi untuk sistem pendingin udara baru-baru ini diperkirakan 45% dari seluruh rumah tangga dan bangunan komersial. Selain itu, konsumsi beban puncak listrik selama musim panas sedang ditegakkan kembali oleh penyebaran peralatan AC [4-6]. Agar mengoptimalkan kualitas produk tanaman pangan khusus seperti herbal, ginseng, dll, diperlukan pengeringan pada suhu rendah (30-45 0C) dan kelembaban relatif. Ini merupakan pertimbangan penting karena tumbuhan ini memiliki nilai komersial yang relatif tinggi serta nilai obat tersebut. Pengeringan Suhu tinggi memperburuk struktur material dan menyebabkan tidak cocoknya untuk digunakan lebih lanjut [7]. Pengeringan suhu rendah untuk tanaman khusus mengurangi resiko kerugian dalam kandungan gizi dan kerusakan sifat fisik. Sistem pengeringan menggabungkan pompa kalor di mana memanaskan baik sensible dan laten yang diperoleh kembali dari pembuangan udara. Panas ini kemudian didaur ulang kembali melalui pengering dengan memanaskan udara yang masuk pengering [8]. Pompa kalor saat ini relatif sedikit dipasang di industri. Namun, peraturan lingkungan hidup menjadi lebih ketat, pompa kalor industri dapat menjadi teknologi penting untuk mengurangi emisi, meningkatkan efisiensi [9], dan membatasi penggunaan air tanah untuk pendinginan. Pompa kalor digunakan secara luas dalam pengurangan kadar uap air dan pengeringan pada proses industri dengan suhu rendah dan sedang (maksimum 100 0C). Aplikasi utama mengering pulp dan kertas, berbagai produk makanan, kayu dan potongan kayu. Karena pengeringan dijalankan dalam sistem tertutup, bau dari pengeringan produk makanan, dll berkurang [10]. Untuk memperoleh keuntungan dari sumber energi bebas dan terbarukan yang disediakan oleh cahaya matahari banyak telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir untuk mengembangkan sistem pengeringan solar terutama untuk melestarikan pertanian dan produk hutan [11]. Teknologi pengeringan surya menawarkan alternatif yang dapat memproses produk dalam kondisi bersih, higienis dan sanitasi [12] dengan biaya nol, berlimpah di alam, murah, terbarukan, dampak lingkungan yang rendah dan merupakan sumber yang baik dari energi panas, tetapi memiliki beberapa kelemahan. Pertama, intensitas radiasi adalah fungsi dari waktu. Ini adalah keadaan dan menuntut strategi pengendalian yang memadai dan sarana yang diperlukan untuk kontrol tersebut. Masalah lain disebabkan oleh kepadatan energi yang rendah dari radiasi matahari yang membutuhkan penggunaan pengumpul


energi dengan permukaan besar [13]. Ketiga, mungkin perlu untuk menyesuaikan kinetika pengeringan produk dengan densitas radiasi matahari, parameter lain untuk kualitas produk termal terkait waktu yang bervariasi seperti tekstur dan warna dapat mengalami penurunan yang signifikan. Oleh karena itu, sangat penting bahwa, metode ilmiah yang lebih untuk pengeringan telah muncul disebut sebagai pengeringan surya yang diatur[12]. Gabungan pompa kalor dan panas matahari dapat mengatasi kesulitan-kesulitan ini dan memenuhi permintaan penting dalam industri pengeringan sehubungan dengan kontrol kualitas produk, mengurangi konsumsi energi dan mengurangi dampak lingkungan. Untuk bahan panas yang sensitif dapat meningkatkan kontrol kualitas yang ingin dicapai karena suhu pengeringan rendah dan udara bebas dari luar. Konsumsi energi berkurang dicapai karena koefisien kinerja yang tinggi dari pompa kalor dan efisiensi termal yang tinggi pada pengering ketika dirancang dengan baik [14]. Tulisan ini menyajikan kemajuan sistem dalam pengeringan yang mengkombinasikan kolektor surya yang dibantu pompa kalor pada penelitian dan pengembangan arah di lapangan. 2. 2. Heat pump Pompa kalor adalah pendingin (refrigerators) yang meningkatkan energi yang didapat dengan mendinginkan dari energi bersuhu rendah ke tingkat suhu yang lebih tinggi dengan bantuan eksternal (pendorong) energi dan dikirim dari kompresor ke refrigeran [15- 17]. Pompa kalor merujuk pada fakta bahwa baik pendinginan dan kinerja pemanasan pada refrigerator yang digunakan [17]. 2.2.1 Dasar dari pompa kalor Dalam pompa kalor, pendinginan dan pengurangan kadar uap air dari udara dilakukan dalam evaporator sebagai refrigeran suhu rendah memasuki evaporator sebagai campuran cair dan uap yang diuapkan dengan masukan panas dari beban (Gambar. 1). Uap refrigeran memasuki garis hisap kompresor dalam kondisi jenuh atau sedikit superheated yang menimbulkan tekanan dan, akibatnya, suhu pendingin. Tekanan tinggi dan suhu uap refrigeran memasuki penukar panas kondensor yang menggunakan udara ambien atau air untuk mendinginkan refrigeran ke suhu jenuhnya sebelum sepenuhnya kondensasi ke kondisi cair setelah kondensor [18]. Pada kondensor, refrigeran mengalami dua fase kondensasi, berubah dari uap ke fase cair. Selama proses ini, panas dibuang oleh kondensor untuk memanaskan udara atau air di sekitarnya. Sebuah perangkat throttling seperti katup, lubang pelat, atau pipa kapiler digunakan untuk memperluas refrigeran cair yang menyebabkan beberapa refrigeran menguap karena suhu dan tekanan berkurang. Setelah proses ekspansi, pendingin memasuki evaporator dalam keadaan dua fase. Siklus berulang lagi [19].


Gambar 2.1.Diagram siklus dasar pompa kalor dengan media udara 2.2.2 Refrigerants Refrigeran adalah fluida yang bekerja di siklus kompresi uap mekanik. Selama beberapa dekade terakhir, CFC dan hidro chlorofluorocarbon (HCFC) telah banyak digunakan dalam pendingin, panas pompa kalor dan bidang AC karena termodinamika dan kimia karakteristik yang sangat baik mereka [20]. Molina dan Rowland [21] pada tahun 1974, menyatakan bahwa CFC mungkin bertanggung jawab atas kerusakan lapisan ozon stratosfer dan sejak itu banyak upaya yang dikeluarkan untuk menguji apakah saran mereka benar. Akibatnya pada tahun 1987 [22], banyak negara menandatangani Protokol Montreal untuk mengatur produksi dan perdagangan bahan perusak lapisan ozon, menyadari bahwa penipisan lapisan ozon adalah isu lingkungan global. Sebagai hasil dari perjanjian internasional ini, CFC-benar dihapus per Januari 1996 di negara-negara maju saat mereka diizinkan untuk digunakan lebih lanjut selama 10 tahun di negara-negara berkembang. Dalam rangka untuk mengisi kesenjangan yang disebabkan oleh fase-keluar dari CFC, pendingin, AC industri dan industri makanan telah melakukan kegiatan penelitian dan pengembangan yang luas untuk menemukan alternatif refrigeran murni. Ada sejumlah besar refrigeran alternatif di pasar. Tabel 1 mencantumkan beberapa alternatif ini [23]. Dalam ASHRAE Standard 34 [24], refrigeran diklasifikasikan sesuai dengan bahaya yang terlibat dalam penggunaannya. Klasifikasi toksisitas dan mudah terbakar menghasilkan enam kelompok keamanan (A1, A2, A3, B1, B2, dan B3) untuk pendingin. Kelompok A1 pendingin yang paling tidak berbahaya, Grup B3 yang paling berbahaya.


2.2.3 Aplikasi Pompa Kalor Ada beberapa aplikasi pemanasan dan pendinginan yang tidak bisa mendapatkan keuntungan dari teknologi pompa kalor dan dengan demikian memberikan efisiensi energi yang signifikan. Pompa kalor juga bisa untuk mengklaim panas gratis atau limbah dari sejumlah tempat seperti: udara ambien, air tanah, tanah itu sendiri, aplikasi komersial di mana panas yang tidak diinginkan akan dibuang. Teknologi pompa kalor dapat digunakan di dalam negeri dan aplikasi komersial yang beragam seperti pemanas ruangan atau pendinginan untuk manusia demi kenyamanan dalam kantor, rumah, pemanas udara dan segala macam instalasi perumahan. Mereka juga dapat ditemukan dalam aplikasi komersial di mana sejumlah besar air yang tersedia untuk pengeringan, kolam renang dan produksi pabrik [25]. 2.3 Pengering Pompa Kalor Ada berbagai cara untuk pengeringan bahan basah dan seringkali diperlukan untuk membandingkan efisiensi dari metode yang berbeda. Parameter yang mudah digunakan adalah 'efektivitas' yang mengacu pada jumlah air yang diambil per masukan satuan energi, dinyatakan dalam kg H2O kW h-1 [26]. Metode pengeringan yang paling sederhana adalah untuk meniup udara panas di atas bahan lembab dan untuk membuang udara lembab ke atmosfer [27,28]. Peningkatan dapat dilakukan dengan cara menghitung ulang sebagian dari udara tetapi jumlah peningkatan dibatasi dan itu adalah dengan mengorbankan peningkatan waktu pengeringan. Salah satu cara yang paling efisien serta dapat dikendalikan untuk mengeringkan bahan basah adalah dengan menggunakan pengeringan pompa kalor. Selama bertahun-tahun pompa kalor telah dikenal sebagai metode yang efisien energi. untuk pengeringan adalah perbedaan panas panas yang dihasilkan oleh kondensor dan panas dingin evaporator akan menggunakan secara bersamaan selama operasi. Panas dari kondensor akan diproduksi panas dan akan digunakan untuk memanaskan material dan panas dingin dari evaporator akan digunakan dalam proses (Gbr. 2). Penerapan pompa kalor di bidang pertanian mulai dengan penggunaannya sebagai perangkat tambahan untuk pemanas. Penelitian dan pengembangan selanjutnya telah menghasilkan pengembangan proses pengeringan yang berjalan hanya dengan pompa kalor. Penggunaan komersial pengering pompa kalor yang


terintegrasi telah dilaporkan di banyak bagian Eropa, Asia dan Australia di mana teknologi telah diterapkan terutama di sektor pengolahan makanan laut [29]. 2.3.1 Klasifikasi Pompa Kalor Sumber panas yang paling umum untuk pengeringan aplikasi udara, tanah dan sumber bahan kimia dengan pompa kalor. Di antaranya, yang bersumber dari pompa air panas telah banyak digunakan dalam aplikasi pengeringan. Skema klasifikasi untuk pengering pompa kalor diberikan pada Gambar. 3.

Gambar 2.2 Skema diagram pompa kalor

Gambar 2.3. Klasifikasi Pompa Kalor 2.3.2 Ulasan mengenai Pompa Kalor-pengering tambahan (Heat PumpAssisted Dryer)


Kemampuan pompa kalor untuk mengkonversi panas laten kondensasi uap ke dalam panas sensibel dari aliran udara yang melewati kondensor membuat mereka menarik dalam aplikasi pengeringan terutama bila dikombinasikan dengan kemampuan untuk menghasilkan kondisi pengeringan yang terkendali dengan baik [30]. Untuk alasan ini pengering pompa kalor telah digunakan selama puluhan tahun di pembakaran kayu untuk mengurangi kelembapan udara dan meningkatkan kualitas kayu [31]. 2.3.2.1 Sistem pengering Pompa Kalor dengan media Udara Mengikuti tren secara umum untuk meningkatkan kualitas produk dan mengurangi konsumsi energi, banyak peneliti telah mengakui fitur khusus pompa kalor, yang telah menghasilkan pertumbuhan yang cepat dari kedua teori dan penelitian tentang pengeringan pompa kalor dengan media udara (Tabel 2) diterapkan. Keuntungan utama dan keterbatasan pengering pompa kalor adalah sebagai berikut [66]: keuntungan:  Efisiensi energi yang lebih tinggi dengan profil temperatur terkontrol untuk memenuhi persyaratan produk.  Kualitas produk yang lebih baik dengan profil temperatur terkontrol untuk memenuhi persyaratan produk  Beragam pengeringan kondisi biasanya dari -200C sampai 100 0C (dengan pemanasan tambahan) layak.  Output Produk yang konsiten  Kontrol yang sangat baik bagi lingkungan untuk produk bernilai tinggi dan mengurangi konsumsi listrik untuk produk bernilai rendah.  Cocok untuk produk bernilai tinggi dan bernilai rendah.  Memungkinkan pengolahan Aseptik.  Fitur lain dari pengering pompa kalor adalah sifat konsumsi energi yang rendah [67,68].  Studi awal menemukan bahwa kualitas warna dan aroma produk pertanian kering dengan menggunakan pompa kalor lebih baik dari produk mereka yang




menggunakan pengering udara panas konvensional [38,41,43,53]. Pemanas tambahan mungkin diperlukan untuk pengeringan bersuhu tinggi karena tingkat tekanan kritis beberapa refrigeran.






  2.3.3

Biaya modal awal mungkin tinggi karena banyak komponen pendingin. Sistem Membutuhkan waktu steady state untuk mencapai kondisi pengeringan yang diinginkan. Diperlukan perawatan secara berkala untuk komponen. Kebocoran refrigeran ke lingkungan dapat terjadi jika ada keretakan pada pipa karena sistem bertekanan. Sistem Pompa Kalor Dengan Cairan Kimia Pompa kalor kimia (CHP) adalah sistem manajemen energi panas yang memiliki beberapa kegunaan memungkinkan sejumlah fungsi simultan dan tidak memerlukan masukan energi mekanik. Penggunaan ini termasuk penyimpanan panas energi, pompa kalor, meningkatkan kualitas panas dan pendinginan [69,70]. Di antara proses industri, unit usaha tertentu seperti pengeringan, distilasi, penguapan dan kondensasi berurusan dengan sejumlah besar perubahan entalpi dimana CHP dapat secara efektif dimanfaatkan [71]. Dalam beberapa tahun terakhir beberapa penelitian telah dilakukan dalam menggunakan panas kimia sistem pompa pengeringan. Sebuah sistem pompa kalor kimia (CHP) memanfaatan energi panas ramah lingkungan yang efektif dalam pengeringan diusulkan dari sudut pandang penghematan energi dan dampak lingkungan. CHPs dapat menyimpan energi panas dalam bentuk energi kimia dengan reaksi endotermik dan melepaskannya di berbagai tingkat suhu untuk kebutuhan panas dengan exo / reaksi endotermik. CHPs memiliki potensi untuk mengembalikan panas dan penurunan kadar uap air dalam proses pengeringan dengan penyimpanan panas dan pelepasan panas pada suhu rendah /tinggi. Dalam penelitian ini, penulis memperkirakan potensi aplikasi CHP dengan sistem pengeringan untuk keperluan industri. Beberapa sistem gabungan CHPs dan pengering yang diusulkan sebagai pengering pompa kalor kimia (CHPD). Potensi komersial CHPDs dibahas [72]. Hasil dari studi eksperimental dari pompa kalor kimia (CHP) dibantu pengering konvektif (Gbr. 4) menunjukkan bahwa hal itu dapat digunakan untuk produksi air panas untuk bets pengeringan menggunakan suhu udara ambien pada tahap pelepasan kalor. Unit CHP dapat dioperasikan untuk meningkatkan tingkat suhu dan juga untuk mengurangi kelembapan udara, yang merupakan fitur yang sangat menarik untuk pengeringan. Hasil disajikan untuk


reaktor silinder tunggal untuk mempelajari efek dari kondisi pertukaran panas pada produksi udara panas. Hasil menunjukkan bahwa produksi udara panas ditingkatkan dengan memperbesar alat penukar kalor, meningkatkan kecepatan transfer kalor dengan menggunakan jala stainless dan meningkatkan laju aliran udara [73]. Hasil penyelidikan eksperimental pada pengendalian produksi udara panas menggunakan sepasang pompa kalor kimia (CHP) disajikan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan bagaimana CHP dibantu pengering bets dapat dioperasikan secara efektif. CHP menggunakan terkenal CaO / H2O / Ca (OH) 2 hidrasi / dehidrasi reaksi, yang reversibel. Suhu udara panas dapat dikendalikan dengan mengatur suhu reaktor, dan tekanan, serta tenaga panas yang disediakan untuk itu. Hal ini menunjukkan bahwa udara panas dapat diproduksi baik dalam penyimpanan panas dan pelepasan panas bertahap CHP [74].

Gambar 2.4. Type standart dari Pompa kalor kimia


2.3.4

Pengering Pompa Kalor bersumber dari Bumi (Geothermal) Sebuah pompa kalor yang bersumber dari dalam tanah (Bumi) (GSHP) mengubah energi bumi menjadi energi yang berguna untuk panas dan dingin. Ini menyediakan panas suhu rendah dengan mengekstraksi dari tanah atau reservoar air. Ini sebenarnya dapat

menghasilkan

lebih

banyak

energi

daripada

yang

digunakannya, karena memperoleh energi bebas tambahan dari tanah [75]. Ada berbagai penelitian pada pompa kalor sistem geothermal (GSHP) [76-96], sedangkan, beberapa studi telah dilakukan mengenai pemanfaatan jenis pompa kalor untuk aplikasi pengeringan. Sebuah pompa kalor Geothermal (GSHP) menggunakan tanah sebagai sumber panas dalam modus operasi memanaskan dan heat sink dalam pendinginan. Dalam modus pemanas, GSHP menyerap panas dari tanah dan menggunakannya untuk kalor fluida kerja. GSHPs

merupakan

alternatif

yang

efisien

untuk

metode

konvensional rumah pendingin karena mereka menggunakan tanah sebagai sumber energi atau tenggelam daripada menggunakan udara ambien. Tanah adalah media pertukaran panas termal lebih stabil dari pada udara, pada dasarnya tidak terbatas dan selalu tersedia. Para GSHPs bertukar kalor dengan tanah, dan mempertahankan tingkat kinerja yang tinggi bahkan di iklim dingin [97]. Penilaian sumber energik dari dalam tanah (atau panas bumi) pengeringan system HP (GSHP) disajikan. Sistem ini dirancang, dibangun dan diuji di Solar Energy Institute of Ege University, Izmir, Turki. Distruksi exergi di masing-masing komponen dari sistem secara keseluruhan ditentukan untuk nilai rata-rata parameter eksperimental diukur. Exergi efisiensi komponen sistem bertekad untuk menilai kinerja mereka dan untuk menjelaskan


potensi untuk perbaikan. nilai COP untuk unit GSHP dan keseluruhan sistem pengeringan GSHP ditemukan berkisar antara 1,63-2,88 dan 1,45-2,65, masing-masing, sementara yang sesuai dengan nilai-nilai efisiensi exergi secara produk / bahan bakar ditemukan 21,1 dan 15,5% pada negara yang bersuhu mati 27,8 0C. Tingkat ekstraksi kelembaban udara tertentu (SMER) atas dasar sistem diperoleh menjadi 0,122 kg kW-1 h-1 . Untuk sistem pengeringan, yang disebut kelembaban udara tertentu tingkat exergetic (SMExR), yang didefinisikan sebagai rasio kelembaban dihapus dalam kg ke input exergi di kW h, juga diusulkan oleh penulis. Dengan SMExR seluruh GSHP sistem pengeringan ditemukan 5.11 kg kW -1 h-1 [98]. Analisis exergi proses pengeringan lapisan tunggal dari daun mint di tanah sumber pompa kalor tray dryer, yang dirancang dan dibangun di Solar Energy Institute, Universitas Ege, Izmir, Turki disajikan. Proses pengeringan diwujudkan pada tiga varian suhu udara pengeringan 40, 45 dan 50 0C, dan laju aliran massa 0,010,05 kg/s pada kelembaban relatif konstan 16%. Efek dari suhu dan laju aliran massa pada kerugian exergi, efisiensi exergi dan potensi perbaikan proses pengeringan diselidiki. Efisiensi exergi maksimum ruang pengering diperoleh pada suhu 50 0C dan laju aliran massa udara pengeringan 0,05 kg/s. Nilai efisiensi exergi diperoleh

bervariasi

dari

76,03%

menjadi

97,24%

pada

pengeringan suhu udara 40-50 0C dengan laju aliran massa udara pengeringan dari 0,01-0,05 kg s-1 [99]. Analisis exergi dari proses pengeringan lapisan tunggal daun laurel di tanah bersumber panas dari pompa kalor dilemari pengeringan, yang dirancang dan dibangun di Solar Energy Institute, Universitas Ege, Izmir, Turki menunjukkan. Efek dari pengeringan suhu udara pada kerugian exergi, efisiensi exergi dan


potensi peningkatan exergetic dari proses pengeringan diselidiki. Hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi exergi dari pengering meningkat dengan meningkatnya suhu udara pengeringan. Selain itu, daun salam yang cukup dikeringkan pada suhu berkisar 40-50 0

C dengan kelembaban relatif yang bervariasi 16-19% dan

kecepatan udara pengeringan 0,5 ms-1 selama periode pengeringan 9 jam. Nilai efisiensi exergi diperoleh berkisar 81,35-87,48% berdasarkan inflow, dan outflow losses exergi, dan 9,11-15,48% berdasarkan atas bahan baku produk / bahan bakar antara suhu pengeringan udara yang sama dengan laju aliran massa udara pengeringan 0,12 kg s-1 [100].

2.3.5

Klasifikasi Sistematis Pompa Kalor kombinasi Kolektor Surya (SAHP) Sebuah sistem pompa kalor dibantu surya terdiri dari unit siklus kompresi uap yang dikombinasikan dengan kolektor surya dan sistem gabungan ini memiliki koefisien kinerja yang tinggi [101-103]. Kolektor surya dibantu sistem pompa kalor dapat diklasifikasikan ke sistem SAHP konvensional dan langsung ekspansi ke sistem SAHP (DX-SAHP). Dalam sistem langsung (Gbr. 5), sistem kolektor surya tidak bertindak sebagai evaporator dan itu terdiri atas satu pompa kalor (evaporator, kondensor, kompresor dan katup ekspansi) dan kolektor surya. Sistem DXSAHP pada dasarnya terdiri dari kolektor surya, penukar panas sebagai kondensor, katup ekspansi termostatik dan kompresor. Kolektor surya digunakan sebagai evaporator dari sistem pompa kalor. Refrigeran langsung menguap dalam solar kolektorevaporator karena masukan energi surya, di mana perubahan fasa dari cair ke uap terjadi. Dengan demikian, tidak seperti sistem SAHP konvensional, di mana dua komponen sistem yang terpisah


digunakan untuk tujuan yang sama, kedua proses, yaitu mengumpulkan energi matahari dan menguapkan refrigeran, yang direalisasikan hanya dalam satu unit [104]. Hal ini menyebabkan beberapa keunggulan dibandingkan sistem SAHP konvensional [104]: a) Penguapan langsung dari refrigeran dalam evaporator ke kolektor surya mengakibatkan koefisien perpindahan panas yang lebih tinggi. b) Penggunaan

kolektor

surya

sebagai

evaporator

mengurangi biaya sistem secara keseluruhan karena kebutuhan untuk evaporator tambahan dalam sistem SAHP tradisional dihilangkan. c) Masalah yang mungkin terjadi pada kolektor air (yaitu korosi, beku pada saat malam), dihilangkan karena penggunaan

refrigeran

sebagai

fluida

kerja,

menyebabkan sistem yang lebih optimal. d) Menggunakan refrigeran sebagai fluida kerja dalam hasil siklus pompa kalor pada suhu rendah selama proses

penguapan

dalam

kolektor

surya,

yang

menyebabkan kerugian sistem yang lebih rendah karena nilai kerugian kolektor adalah fungsi dari kolektor ke perbedaan suhu lingkungan. e) Kolektor, termasuk kolektor kosong plat datar, bekerja pada nilai efisiensi tinggi berdasarkan kolektor untuk perbedaan

suhu

lingkungan

rendah,

yang

juga

mengurangi biaya pembuatan kolektor.


Gambar 2.5. Skema Diagram SAHP

2.3.6

Deskripsi singkat dari Pengering Pompa Kalor Dibantu Solar Kolektor (SAHPD) Pompa kalor telah diketahui menjadi lebih efisien energi bila digunakan dengan operasi pengeringan. Keuntungan utama dari pengering pompa kalor muncul dari kemampuan pompa kalor untuk

memulihkan

energi

dari

pembuangan

udara

serta

kemampuan mereka untuk mengontrol mereka suhu udara pengering dan kelembaban [105]. Ada berbagai desain SAHPD tergantung pada sifat dari aplikasi langsung seperti satu dengan dan tanpa fasilitas penyimpanan kalor. Gambar. 6 menggambarkan skema sistem SAHPD yang disederhanakan. Ini merupakan gambaran skematik dari berbagai komponen pendingin dan integrasi sistem surya dengan ruang pengering. Inlet pengeringan udara melewati ruang pengering dan mengambil uap air dari produk [105]. Udara lembab dari pengering dilewatkan melalui evaporator dari pompa panas yang bertindak sebagai dehumidifier [106]. Selama proses penurunan kadar uap air, udara lembab pertama didinginkan


bijaksana untuk titik embun. Hasil pendinginan lebih lanjut dalam air yang terkondensasi dari udara. Kedua panas sensibel dan laten kemudian diserap oleh evaporator untuk mendidihkan refrigeran. Panas kembali dipompakan ke kondensor, di mana ia dipanaskan oleh fluida kerja kondensasi. Pada kolektor surya, radiasi matahari dari matahari diubah menjadi kalor sensibel. udara melewati jumlah pipa di panel ini kemudian memanas. Udara panas ini memasuki kondensor. Udara dipanaskan dan kadar uap menyerap lebih banyak panas dari kondensor dan kemudian salah satu yang suhu yang lebih tinggi dan benar kadar uap yang mudah mengalir melalui ruang pengering untuk aplikasi pengeringan. Seperti banyak sistem mekanis, perangkat SAHPD memiliki kelebihan dan kekurangan. Potensi keuntungan dari SAHPD [105]: 1) Konversi energi alam yang mudah untuk pemanasan langsung

dan

penyimpanan

mengakibatkan

penghematan yang signifikan dari energi dan efisiensi sistem yang lebih baik. 2) Kualitas produk yang lebih baik, waktu kondisi pengeringan

dikendalikan

dengan

baik

untuk

memenuhi kebutuhan produksi tertentu. 3) Mudah untuk melaksanakan kontrol strategi. 4) Karena pompa kalor mengkonsumsi lebih sedikit energi primer

dari sistem pemanas konvensional, alat ini

adalah sebuah teknologi penting untuk mengurangi emisi gas yang membahayakan lingkungan, seperti karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2) dan nitrogen oksida (NOx). Namun, dampak lingkungan secara keseluruhan dari pompa kalor listrik sangat tergantung pada bagaimana listrik dihasilkan. Pompa kalor didorong oleh listrik dari, misalnya, pembangkit


listrik tenaga air atau energi terbarukan, mengurangi emisi lebih signifikan daripada jika listrik yang dihasilkan oleh batu bara, minyak atau pembangkit listrik berbahan bakar gas [10]. Kekurangannya sebagai berikut [107]: 1) Biaya modal yang lebih tinggi yang dikeluarkan untuk panel surya tambahan, blower, tangki penyimpanan, dll 2) Jumlah energi matahari yang tersedia bervariasi secara signifikan sepanjang hari.

2.3.6.1 Energi Surya membantu Sistem Pengering Pompa Kalor Menggabungkan kolektor surya dan HPD di tempattempat di mana sumber energi matahari yang melimpah tersedia dapat lebih meningkatkan efisiensi suhu pengeringan dan energi dari sistem pengeringan secara keseluruhan. Koleksi energi surya dan disisihkan untuk penggunaan masa depan dalam bahan perubahan fasa seperti lilin parafin untuk pemakaian energi sensibel udara pengeringan mengakibatkan sarana

yang lebih

murah dengan menggunakan suhu

pengeringan yang lebih tinggi dibandingkan pada sistem pemanas

konvensional.

Selanjutnya,

sistem

tersebut

menawarkan fleksibilitas operasi dengan pompa kalor, tata surya, atau pada kedua sistem saling melengkapi. Sebuah eksperimen kolektor surya mengguncang sistem tempat penyimpanan untuk pengeringan kacang telah dievaluasi oleh Troger dan Butler [107,108]. Chauhan et al. [107,109] mempelajari karakteristik pengeringan ketumbar stasioner dalam kapasitas 0,5 t / bets dalam tempat pengering digabungkan dengan pemanas udara


surya dan unit penyimpanan batuan untuk menerima udara panas selama tidak adanya sinar matahari. Mereka menemukan bahwa untuk mengurangi air rata-rata butir ketumbar dari 28,2 (basis kering) 11,4% (basis kering) membutuhkan 27 jam sinar matahari kumulatif. Menggunakan penyimpanan d panas dari batuan sistem penyimpanan energi, pengurangan kelembaban yang sama dapat dicapai dengan hanya 18 jam kumulatif sinar matahari. Sistem pasokan energi matahari yang diusulkan dalam bagian ini terdiri dari kolektor surya, blower, tangki penyimpanan perubahan fasa, udara-katup, dan pipa seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6. Tergantung pada jenis bahan pengeringan yang menentukan suhu udara, udara dapat diterbangkan

dengan

terbuka

partial

discharge

penuh

mengedarkan atau modus peredaran debit penuh. Gambar. 7 menunjukkan susunan skematik pengering surya

dilengkapi

dengan

pompa

kalor

absorpsi

dan

penyimpanan panas [110,111]. Sebagian dari entalpi masuk udara luar digunakan interposing sistem pompa 2-untuk menguapkan air disemprotkan dalam evaporator 3. uap air masuk ke dalam air garam disemprotkan ke dalam tangki 4. Pompa 5 mengumpan air garam melalui penukar kalor regenerator 6 menjadi boiler bertekanan tinggi 7. Air dalam boiler disuling dengan bantuan energi matahari yang diperoleh dalam kolektor 10 dan disimpan dalam tangki air 11, dan dengan menggunakan energi tambahan A ke sejauh diperlukan cairan yang kental diarahkan kembali ke tangki 4 melalui regenerator 6. uap air tekanan tinggi mengembun di kondenser 8 dan dengan bantuan sistem penukar pompa kalor 9 menghangatkan udara sehingga kadar air berkurang, yang dipasok ke pengering. Dengan terkondensasi air bertekanan


tinggi mengalir melalui katup ekspansi E mendingin dan tiba di evaporator 3. Sistem ini awalnya dirancang untuk pengeringan kacang.

Gambar 2.6 Pengering Surya untuk kacang dilengkapi dengan pompa kalor absorpsi dan penyimpanan panas [111].

Gambar. 7 menggambarkan skema sistem yang lengkap dengan pompa kalor [111,112]. Bagian dari udara lembab meninggalkan pengering yang mengalir melalui penukar kalor penguapan 9 dari pompa panas, dan sebagian proporsional kadar air terkondensasi. Masukan panas ke media kerja pompa panas (dilengkapi dengan energi input kompresor 10 dan dengan bantuan penukar panas kondensor 11) dapat diambil ke dalam sistem air panas. Tergantung pada negara sekitar, udara meninggalkan alat penukar kalor 9 dapat dikembalikan untuk memanaskan penukar 6 dari pengering.Dalam kasus pengering terhubung ke sistem energi pemeliharaan ternak pertanian, pompa panas dapat juga digunakan untuk pendinginan susu dan memproduksi air panas pada waktu yang sama.


Gambar 2.7. Sistem Kompleks pengering pompa kalor dikombinasikan dengan surya [111]. Sistem kolektor dengan fluida medium 5 yang dibangun di atas bangunan pengeringan terhubung ke siklus tertutup. Sistem ini dapat memiliki modus operasi yang berbeda. Ketika katup 2 dan 3 ditutup, sistem kolektor bekerja pada alat penukar kalor dengan fluida udara 6 dan berfungsi sebagai pengering 7. Dengan katup 1 dan 3 ditutup, tangki air panas dihangatkan 8. Dalam posisi transisi dari katup 1 dan 2 (katup 3 ditutup), dua mode sebagian dapat beroperasi secara bersamaan. Jika katup 1 dan 4 ditutup, udara pengeringan dipanaskan dalam penukar kalor 6 dengan menggunakan cadangan air panas penyimpan kalor 8. udara meninggalkan pengering memiliki hampir tidak memiliki entalpi yang sama ketika memasuki pengering. Sebagian besar dari entalpi digunakan pada pengeringan dapat kembali dengan kondensasi yang menyerap uap air . Untuk tujuan ini pompa kalor dapat dimasukkan dalam sistem energi.


peralatan Pengeringan dikombinasikan dengan

surya dibantu dengan pompa kalor dan

penyimpan panas

telah dikembangkan

untuk

pengeringan kacang [113,114]. Sebuah pompa kalor hybrid dibantu pengering surya dengan modul fotovoltaik diusulkan oleh Bhattacharya et al. [115]. Sistem ini dirancang untuk proses pengeringan sayuran dan buah-buahan. Hawlader et al. [117] dirancang dan dibangun pengering pompa kalor dibantu kolektor surya dan pemanas air, seperti ditunjukkan pada Gambar. 9. eksperimental set-up terdiri dari dua jalur terpisah yang digunakan untuk udara dan refrigerant. Kolektor surya udara, kondensor berpendingin udara, pemanas tambahan, blower, unit pengering , evaporator, dan suhu dan aliran perangkat kontrol berada di jalur udara. Jalur pendingin terdiri dari unit pompa kalor kompresi uap , pada kolektor evaporator, kompresor jenis terbuka yang bekerja bolak-balik, regulator tekanan evaporator, katup ekspansi, tangki kondensor, dan unit fan-coil. Kedua evaporator yang terhubung secara paralel pada katup ekspansi individu. Evaporator 1 bertindak sebagai penangkap uap air dan Evaporator 2 tampil sebagai kolektor evaporator. Sebuah kolektor surya plat datar kosong digunakan sebagai evaporator dan R134a sebagai refrigeran. Nilai-nilai COP, diperoleh dari simulasi dan percobaan yang 7.0, dan 5.0, masing-masing, sedangkan fraksi surya (SF) nilai 0,65 dan 0,61 yang diperoleh dari simulasi dan percobaan, masing-masing. Dalam studi lain Hawlader dan Jahangeer [118], mempresentasikan kinerja pengering pompa kalor dibantu surya dan pemanas air diselidiki nilai COP 7,5 untuk kecepatan kompresor diamati 1800 rpm . Dalam pengeringan kacang hijau, Nilai rendemen kelembaban 0,65 untuk beban bahan 20 kg dan kecepatan kompresor diperoleh 1200 rpm. Di Negara China bagian Utara, produk pertanian dapat dipanen atas kelembapan penyimpanan yang aman untuk mencegah kerugian lahan yang berlebihan. Sebuah pengering pompa kalor dibantu sistem surya (SAHP) dengan tangki penyimpanan energi telah diusulkan untuk memenuhi


permintaan di bidang ini. Sistem pengeringan dirancang sedemikian rupa sehingga beberapa komponen dapat diisolasi tergantung pada pola cuaca dan kondisi penggunaan. Kinerja seluruh sistem telah dimodelkan dan diselidiki di bawah hari musim panas khas kota Baoding, China. Hasil menunjukkan bahwa koefisien kinerja (COP) dari sistem pengeringan SAHP adalah 5,369, sementara itu 3,411 tanpa masukan energi surya. Dengan tangki penyimpanan energi, sistem pengeringan SAHP melakukan lebih stabil dan memodulasi ketidak sesuaian antara radiasi matahari dan energi yang dibutuhkan di malam hari. Diskusi lain pada nomor kolektor, waktu pengeringan dan suhu pengeringan juga diproses, yang akan membantu untuk menerapkan sistem di China [119]. Percobaan dilakukan pada pengering pompa kalor dibantu energi surya dengan Hawlader et al. [120] untuk membandingkan kinerja evaporatorkolektor dan kolektor udara yang digunakan dalam sistem surya yang terintegrasi. Ditemukan bahwa evaporator-kolektor yang dilakukan lebih baik daripada kolektor udara dalam sistem pengeringan pompa kalor dibantu surya. Efisiensi kolektor udara dibangkitkan karena laju aliran massa yang lebih tinggi dari udara dan penggunaan alat penangkap uap dalam sistem. Kisaran efisiensi kolektor udara, dengan dan tanpa dehumidifier, ditemukan sekitar 0,72-0,76 dan 0,42-0,48, masing-masing. Ia juga mengungkapkan bahwa efisiensi evaporator-kolektor lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor udara dan meningkat dengan peningkatan laju aliran massa refrigeran. Efisiensi maksimum evaporator-kolektor 0,87 terhadap efisiensi kolektor udara maksimum yang diperoleh 0,76 .


Gambar 2.8. Skema diagram pengering pompa kalor dibantu surya dan pemanas air [117,118,120].


Gambar 2.9. Skematik diagram Pompa kalor dibantu pengeringan Surya menggunakan kolektor surya multifungsi 126-128].

2.3.6.2 Sistem Pengering Pompa Kalor Hybrid terintegrasi Surya (SAHPD) Di negara-negara tropis seperti Malaysia yang memiliki kelembaban relatif yang tinggi 70-90% menganggap setiap tahun [121-123], masalah kelembaban, ketidakpastian cuaca dan intensitas radiasi matahari yang tak terduga sangat tinggi [124], oleh karena itu, pengering pompa kalor menggunakan kolektor panas matahari multifungsi yang dirancang dan belajar di Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM)

mempertimbangkan faktor-faktor di atas [125].

Sistem ini terdiri dari lima komponen utama: sistem kompresi uap pompa kalor, kolektor panas matahari multifungsi, pengeringan ruang, saluran udara dan kolektor surya saluran udara panas (Gambar 10.). Kolektor panas matahari multifungsi melekat pada sistem yang digunakan untuk mempertahankan kekuasaan dalam ruang pengering dan juga untuk meningkatkan efisiensi sistem dan terdiri dari batang aluminium dan sirip untuk mentransfer panas ke dan dari udara yang melewatinya. Kolektor ditutupi oleh lembaran plastik transparan di atas, dan terisolasi oleh karet busa di bagian bawah. Kolektor multifungsi dirancang untuk beroperasi sebagai kolektor panas selama jam sinar matahari dan sebagai evaporator selama jam malam atau ketika radiasi matahari tidak cukup. Oleh karena itu, akan meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem dan juga memperpanjang waktu operasi [126-128]. Empat set percobaan dilakukan di laboratorium dengan dan tanpa kolektor panas matahari multifungsi, percobaan pertama dilakukan dengan pompa kalor sebagai sumber panas untuk keperluan pengeringan tanpa kolektor surya, dalam hal ini pompa kalor


menyediakan proses pengeringan lambat, tapi itu penyerap uap air yang baik. Butuh 80 menit untuk meningkatkan suhu udara di ruang pengering dari 30 sampai 40 0C. Selama periode tersebut, kelembaban menurun dari 80% menjadi 45% (Gambar. 11) dan setelah 180 menit operasi, kelembaban udara di evaporator menurun menjadi 24% dan suhu udara di ruang pengering meningkat menjadi 47 0C. Percobaan dilakukan pada tanpa beban pengeringan. Percobaan kedua dilakukan dengan kolektor panas multifungsi yang melekat pada sistem. Oleh karena itu panas tambahan dari energi surya dikumpulkan untuk melengkapi aktivitas pengeringan. Sebuah simulator surya dengan 12 benjolan halogen, dengan kapasitas 150W masing-masing, digunakan dalam percobaan. Pada radiasi matahari konstan 440 W / m2, suhu udara di ruang pengering meningkat 34-38 0

C di 20 menit. Jika sistem yang digunakan pompa kalor saja, butuh

waktu 25 menit untuk mencapai suhu yang sama. Menggabungkan dua sumber panas akan membuat pengeringan lebih efisien, dan pada saat yang sama, mengurangi daya yang digunakan untuk pompa kalor (Gbr. 12)


Gambar 2.10 kapasitas pengeringan pompa kalor: mengurangi kelembaban udara dari 80% menjadi 45%, dan meningkatkan suhu udara dari 30 sampai 40 0C di 20 menit.

Gambar 2.11. Variasi suhu udara di ruang pengering dengan menggunakan kolektor surya multifungsi di radiasi matahari dari 440 W / m2.

Percobaan ketiga dilakukan ketika kolektor termal bertindak sebagai sistem pendingin, untuk mendinginkan udara sebelum memasuki evaporator. Selama operasi, kolektor panas matahari multifungsi ditutup untuk tidak membiarkan udara luar untuk masuk ke sistem, dan simulator solar dimatikan. Sistem ini bekerja tanpa tambahan panas dari radiasi matahari, karena itu hanya pompa panas mempertahankan suhu udara di ruang pengering. Suhu udara di ruang pengering adalah 55 0C dan kelembaban adalah 15% dan kelembaban dalam kolektor panas matahari multifungsi ditemukan 20%. Ini berarti bahwa kolektor memindahkan panas dari ruang pengeringan dan membawanya ke ruang penguapan untuk proses penguapan (Gambar. 12 dan 13).


Gambar 2.12. Suhu dan kelembaban relatif udara dalam pengeringan ketika kolektor surya bertindak sebagai pendingin.

Gambar 2.13 Para kolektor panas matahari multifungsi sebagai pendingin. Perhatikan bahwa daya untuk kompresor mulai meningkat setelah 15 menit operasi.

Akhirnya, percobaan keempat dioperasikan di mana kolektor termal bertindak sebagai pengeringan evaporator menguapkan udara sebelum memasuki ruang pengering; percobaan dilakukan pada lingkungan suhu rendah. Selama proses pengeringan, lingkungan Suhu


ditetapkan pada 5-20 0C. Pendingin udara luar ruang pengering akan mendinginkan batang aluminium dan sirip; air tersebut dalam udara panas dengan kelembaban tinggi di ruang pengering akan kondensat. Dengan kata lain kolektor termal bertindak sebagai evaporator untuk menghapus bagian air dalam udara lembab dan panas di ruang pengering (Gbr. 15).

Gambar 2.14 Kolektor panas matahari multifungsi bertindak sebagai evaporator (untuk kondensat air di ruang pengering).

Hasil awal dari karya eksperimental mengungkapkan bahwa sistem ini ramah lingkungan dan dapat digunakan di mana saja di negara empat musim. Sistem siap untuk pengeringan produk berkualitas tinggi. Penelitian lebih lanjut sedang dilakukan pada sistem untuk mempelajari kinerjanya dalam berbagai kondisi. 2.3.6.3 Sistem Pompa Kalor Kimia Terintegrasi Pengeringan Surya Integrasi sistem panas matahari untuk pompa kalor kimia (CHP) akan membantu memperluas pemanfaatan CHPs dan juga untuk banyak aplikasi di daerah tropis [72]. Kerja energi surya di pompa kalor kimia yang telah dilaporkan di mana panas yang disimpan dalam zat kimia dalam CHP dan


disimpulkan bahwa dalam sistem ini panas tidak memiliki kerugian akibat perbedaan suhu [129], dan sumber suhu rendah seperti energi panas matahari dapat ditingkatkan untuk memenuhi untuk memenuhi persyaratan di tingkat yang lebih tinggi dengan reaksi eksotermis. Kolektor surya yang terintegrasi langsung ke reaktor kimia tubular bentuk

U sebagai

penerima /

reaktor dikembangkan untuk

mereformasi metana [130]. Sebuah desain

penyimpan energi berbasis amonia dan

transportasi tata surya termokimia telah dikembangkan menggunakan katalis mengajukan tabung langsung iradiasi (receiver / reaktor). Studi eksperimental menunjukkan bahwa tabung sederhana dan tabung penukar kontra aliran panas yang memadai untuk memperoleh efisiensi penyimpanan yang lebih tinggi [131]. Sebuah pompa kalor adsorpsi surya memanfaatkan pasangan air-zeolit menggunakan lapisan zeolit diteruskan pada kawat stainless steel gauzes yang telah dikembangkan. Mereka ditempatkan secara vertikal di kolektor. Kolektor surya terdiri dari dua ruang berbeda. Variasi COP surya untuk gradien termal (0-30 0C) adalah antara 0,06 dan 0,13 [132]. Di antara aplikasi surya membantu pompa kalor kimia , sistem pengering belum dilaporkan sampai sekarang, tetapi baru-baru ini surya membantu pengering pompa kalor kimia (SACHPD) telah dirancang, dibuat dan diuji di Malaysia. Diagram skematik sistem ditunjukkan pada Gambar. 15 [133]. Sistem ini terdiri dari empat komponen rata-rata kolektor surya (diungsikan jenis tabung), tangki penyimpanan, unit pompa panas kimia dan ruang pengering . Dalam penelitian ini, tangki silinder dipilih sebagai tangki penyimpanan. Unit pompa kalor kimia mengandung reaktor, evaporator dan kondensor. Dalam panas kimia pompa reaktor gas padat ditambah dengan


kondensor atau evaporator. Reaktor mengandung garam yang bereaksi dengan gas, reaksi yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

Gambar 2.15 Diagram skematik surya membantu pengering pompa kalor kimia [133]. CaCl2 .2NH3 + 6NH3  CaCl2 . 8NH3 + 6ΔHr Ruang pengeringan berisi beberapa nampan untuk menahan bahan pengeringan dan terekspos terhadap aliran udara. Umumnya kerja pompa kalor kimia terjadi dalam dua tahap: adsorpsi dan desorpsi. Tahap adsorpsi adalah tahap produksi dingin, dan ini diikuti oleh tahap regenerasi, di mana dekomposisi berlangsung. Selama fase produksi, perubahan amonia cair-gas menghasilkan dingin pada suhu rendah dalam evaporator. Pada saat yang sama, reaksi kimia antara amonia gas dan padat akan melepas panas reaksi pada suhu yang lebih tinggi. Udara yang masuk dipanaskan oleh kondensasi refrigeran (amonia) dan memasuki pengering inlet pada kondisi pengeringan dan mengaktifkan pengoperasian pengeringan. Setelah proses pengeringan, bagian dari aliran udara lembab meninggalkan ruang pengering dialihkan melalui evaporator, di mana ia didinginkan, dan penurunan kadar uap air terjadi sebagai panas diberikan sampai dengan refrigerant (amonia). Udara kemudian melewati kondensor di


mana ia dipanaskan oleh refrigeran kondensasi dan kemudian ke ruang pengering. Bahan kering adalah serai. Serangkaian percobaan telah dilakukan pada kondisi yang bervariasi selama 2 hari untuk mengevaluasi kinerja surya membantu pengering pompa kalor kimia di bawah kondisi meteorologi dari Malaysia. Dua hari representatif untuk kondisi yang jelas dan berawan disajikan. Nilai rata-rata per jam dari radiasi matahari untuk hari cerah dan berawan khas pada bulan Desember untuk Malaysia menunjukkan (Gambar. 17), sedangkan nilai ratarata suhu lingkungan untuk hari-hari yang sama menunjukkan pada Gambar. 18.

Gambar 2.16. Radiasi per jam rata-rata di Malaysia pada bulan Desember


Gambar 2.17 Suhu lingkungan rata di Malaysia pada bulan Desember

Nilai maksimum fraksi solar dari percobaan pada hari-hari cerah dan berawan adalah 0,713 dan 0,322, masing-masing (Gambar 18.); sedangkan koefisien kinerja CHP (COPh) nilai maksimum 2 dan 1,42 (Gambar. 19) yang diperoleh dari percobaan pada hari-hari cerah dan berawan, masing-masing [134-136].


Gambar 2.18. Sistem fraksi surya

Gambar 2.19 COP of SACHPD Total output energi sistem dari percobaan pada hari yang cerah adalah 51 kWh terhadap 25 kWh pada hari berawan (Gbr. 20). Setiap pengurangan energi pada kondensor sebagai akibat dari penurunan radiasi matahari akan menurunkan koefisien kinerja serta efisiensi pengeringan [135].


Gambar 2.20 System power output. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengurangan energi di kondensor sebagai akibat dari penurunan radiasi matahari akan menurunkan koefisien kinerja serta efisiensi pengeringan [135,136]. 2.4. Tren dimasa depan dalam penelitian dan pengembangan SAHPD Pemanfaatan bebas dan energi terbarukan tenaga surya juga sebagai sumber dasar adalah jalan ke depan dalam penelitian dan pengembangan SAHPD. Ini memiliki beberapa keuntungan termasuk rendah karbon dan kompatibilitas suhu menyimpan energi panas dan kemampuan untuk memanfaatkan limbah panas dengan mengekstraksi panas dari mereka dan kemudian mengompresi untuk menaikkan suhu secara signifikan, efisien penggunaan energi panas untuk pengeringan aplikasi dapat diperoleh dengan menggunakan sumber air, kimia dan pompa kalor geothermal sistem yang ramah lingkungan. Melihat ke arah masa depan teknologi SAHPD, mungkin untuk mempertimbangkan tuntutan baru untuk efisiensi energi yang lebih baik , dampak lingkungan yang lebih rendah, dan pemanfaatan energi terbarukan untuk pengeringan dan kualitas produk yang lebih baik dengan biaya total yang lebih rendah. Saat ini, kekuatan pendorong utama untuk inovasi dalam


teknik pengeringan adalah kebutuhan untuk menghasilkan produk berkualitas lebih baik yang lebih tinggi melalui menempatkan. Tujuan ini dapat dicapai dalam beberapa cara seperti menggunakan beberapa tahapan sumber udara dibantu pengering pompa panas matahari yang dapat menghasilkan produk yang berkualitas tinggi dikeringkan dengan biaya yang lebih rendah dengan metode ini. Komponen yang paling penting dalam SAHPD adalah kolektor surya. Kedua kolektor udara dan air dapat digunakan. Inovasi dalam desain kolektor surya sangat penting. Kinerja kolektor harus ditingkatkan dalam rangka diterima untuk penggunaan komersial. Banyak penelitian telah dilakukan terhadap peningkatan termal kinerja kolektor surya, tetapi kinerja berbagai jenis kolektor surya berbasis air dan PV / T, tertutup kaca, permukaan selektif sistem surya dibantu pompa kalor belum diselidiki. Banyak karya-karya penelitian harus dilakukan di daerah ini untuk menyelidiki efek dari penggunaan air kolektor surya berbasis, PV / T air berdasarkan pada peningkatan Koefisien Kinerja (COP) dari pengering. Sebagian besar proses energi surya memerlukan tambahan (yaitu, biasa) sumber energi. Oleh karena itu, sistem membantu surya mencakup peralatan surya serta biasa dan beban tahunan dipenuhi oleh kombinasi dari satu sumber. Pada dasarnya, peralatan energi surya dibeli hari ini untuk mengurangi tagihan bahan bakar hari esok [137]. Dari analisis technoekonomi individu sistem pengeringan matahari dan pengering pompa kalor, dapat disimpulkan bahwa karena panas laten yang lebih untuk pemulihan, peningkatan kualitas produk, efisiensi energi dan hasil produk kering serta jam operasi yang lebih, membayar biaya jangka waktu pengembalian sistem SAHPD yang sangat berkurang. Dengan demikian, lebih banyak perhatian harus diberikan untuk studi ekonomi sistem SAHPD untuk membuktikan sistem ini secara ekonomi.


2.5. Kesimpulan Dalam studi ini review dari beberapa literatur yang tersedia pada sistem SAHPD dengan pandangan yang memungkinkan perbandingan yang lebih mudah dari temuan yang diperoleh oleh berbagai peneliti telah dilakukan. Namun, banyak pekerjaan penelitian masih perlu dilakukan untuk aplikasi skala besar dalam industri serta untuk penggantian pengering biasa dan pengering pompa kalor. Hasil studi dari sistem SAHPD menunjukkan bahwa COP sistem ini bisa jauh lebih baik dari pengering pompa kalor konvensional dan juga kualitas produk telah diperbaiki. Sistem SAHPD sehubungan dengan kontrol kualitas produk, mengurangi konsumsi energi dan mengurangi dampak lingkungan bisa sangat berguna. Untuk bahan panas sensitif meningkatkan kontrol kualitas dapat dicapai karena suhu pengeringan rendah dan bebas dari udara luar. Surya membantu pengering pompa kalor menawarkan salah satu kemungkinan yang paling menguntungkan untuk sistem pengeringan yang ramah lingkungan di masa depan. Sistem ini berpotensi lebih efisien daripada pengering biasa. Selain itu, dalam sistem ini mengurangi konsumsi energi dicapai karena koefisien kinerja yang tinggi dari solar membantu pengering pompa kalor serta efisiensi termal yang tinggi dari pengering saat dirancang dengan baik. Sangat sedikit penelitian yang tersedia mengenai studi ekonomi, kinerja, dan analisis exergi energi dan pemanfaatan berbagai jenis kolektor sistem SAHPD. Oleh karena itu, upaya lebih lanjut harus dilakukan dalam bidang ini dan integrasi gabungan teknologi energi terbarukan ke dalam sistem pengeringan pompa kalor mungkin akan jauh lebih berkembang. Tenaga surya membantu sistem pengering pompa kalor kimia juga dapat menawarkan cara-cara praktis untuk pemanfaatan energi yang efektif serta memperkenalkan sistem pengeringan ramah lingkungan

karena

mengambil keuntungan dari limbah panas. Sistem ini berkelanjutan dan ramah lingkungan karena memanfaatkan energi surya gratis dan disediakan aplikasi menjanjikan untuk pengeringan di masa depan.


Sebagai sistem pompa kalor geothermal yang memanfaatkan energi lebih sedikit dari yang dihasilkannya, menggunakan energi bebas dari tanah serta memiliki biaya operasional yang rendah, maka akan lebih hemat energi jika energi surya menggabungkan sebagai sumber energi lain bebas dan terbarukan untuk aplikasi domestik dan industri, terutama untuk sistem pengeringan.

2.6 Review jurnal-jurnal yang berkaitan dengan Pengering Pompa Kalor 2.6.1

Review of solar assisted heat pump drying systems for agricultural and marine products

Oleh

: Ronak Daghigh a,b,*, Mohd Hafidz Ruslan a, Mohamad

Yusof Sulaiman a, Kamaruzzaman Sopian a Negara

: Malaysia

Keyword

: Heat pump, Coefficient of performance (COP), Solar energy,

Working fluid, Solar assisted heat pumps dryer (SAHPD), Chemical heat pumps, Ground source heat pumps (GSHP)

Teknologi menggabungkan pompa kalor dan energi surya adalah konsep yang sangat menarik. Hal ini dapat menghilangkan beberapa kesulitan dan kerugian dari penggunaan sistem pengering tenaga matahari atau sematamata menggunakan pengering pompa kalor secara terpisah. Energy Surya dibantu sistem pengering pompa kalor telah dipelajari dan diterapkan sejak dekade terakhir dalam rangka meningkatkan kualitas produk di mana diperlukan suhu rendah dan kondisi pengeringan terkendali dengan baik. Makalah ini meninjau studi pada kemajuan dalam sistem pengeringan pompa kalor matahari. Hasil dan observasi dari studi dibantu sistem pengering pompa kalor matahari menunjukkan bahwa bahan panas sensitif; meningkatkan kontrol kualitas, mengurangi konsumsi energi, koefisien kinerja yang tinggi dan efisiensi termal yang tinggi dari pengering dicapai. Jalan ke depan dan


arah masa depan dalam R & D di bidang ini adalah penelitian lebih lanjut mengenai analisis teoritis dan eksperimen serta untuk penggantian pengering surya konvensional atau pengering pompa kalor dengan sistem yang dibantu pengering pompa kalor matahari dan pengering pompa kimia dan panas bumi dibantu surya yang harus menyajikan aplikasi teknologi hemat energi. ©_ 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

2.6.2

A solar assisted heat pump drying system for grain in-store drying

Oleh : Haifeng LI, Yanjun DAI, Jianguo DAI, Xibo WANG, Lei WEI Negara

: China

Keywords

: Solar energy, heat pump, airflow, in-store drying

Untuk biji-bijian di dalam tempat pengeringan, proses pengeringan dibantu tenaga surya yang telah dikembangkan, terdiri dari satu set termasuk pompa kalor dibantu surya , sistem ventilasi, pengaduk biji-bijian, dll Dengan cara ini, konsumsi daya yang rendah, waktu siklus pendek dan keseragaman kadar air dapat dicapai dibandingkan dengan metode konvensional. Sebuah sistem pengering pompa kalor dibantu surya telah dirancang dan diproduksi untuk lumbung yang praktis, dan kinerja konsumsi energi unit dianalisis. Hasil analisis menunjukkan bahwa fraksi unit surya lebih tinggi dari 20%, koefisien kinerja tentang sistem (COPS) adalah 5,19, dan tingkat ekstraksi kelembaban tertentu (SMER) bisa mencapai 3.05 kg / kWh. Front. Energy Power Eng. China 2010, 4(3): 386–391


2.6.3

Experimental investigation on a solar assisted heat pump in-store drying system

Oleh

:Y. Li a,*, H.F. Li a, Y.J. Dai a, S.F. Gao b, Lei Wei b, Z.L. Li b, I.G. Odinez c, R.Z. Wang a

Negara

: China

Keywords

: In-store drying, Grain, Solar air collector, Heat pump, Equilibrium model

Pengering bertenaga surya adalah teknik yang ramah lingkungan digunakan untuk mengeringkan biji-bijian. Sebuah sistem pengeringan baru di dalam ruangan yang terdiri dari kolektor plat datar dengan fluida udara, pompa kalor, kipas, saluran udara, dan pengaduk gandum diusulkan untuk memanfaatkan penuh energi matahari dan untuk mengurangi konsumsi listrik. Sebuah sistem demonstrasi dibangun dan diuji di Kunming, Cina. Data eksperimen dibandingkan dengan hasil yang diperoleh dari simulasi matematika. Data eksperimental dan simulasi menunjukkan bahwa sistem pengering pompa kalor dibantu tenaga surya meningkatkan kinerja proses pengeringan di dalam ruangan. Kenaikan suhu rata-rata 8,9 C untuk udara masuk lumbung yang dicapai. Laju pengeringan meningkat dan keseragaman kadar air gabah ditingkatkan. Selain itu, gandum dipertahankan dalam kualitas yang baik dan berkurangnya tingkat konsumsi daya . ©_ 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved


2.6.4

Experimental study on solar assisted heat pump system for heat supply

Oleh

: Y.H. Kuang a, R.Z. Wang a,*, L.Q. Yu b

Negara : China Keywords : Solar energy; Heat pump; Thermal storage; Coefficient of performance

Dalam penelitian ini, sistem pompa kalor yang dibantu energi surya yang sederhana dan biaya yang efektif (SAHP) dengan kolektor pelat datar, tangki sumber air penyimpanan air panas dan pompa kalor telah diusulkan. Kinerja termal dari seluruh sistem dan komponen utama telah diselidiki secara eksperimental selama musim pemanas 2000-2001 di China utara . Dari data eksperimen diperoleh, beberapa kesimpulan penting dan saran telah diperoleh, yang dapat membantu dalam desain dasar dan perbaikan sistem SAHP untuk pengguna potensial. ©_ 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

2.6.5

Modeling of a solar and heat pump sludge drying system

Oleh

: R. Slim*, A. Zoughaib, D. Clodic

Negara : Prancis Keywords : Heat pump, Greenhouse, Modelling, Simulation, Drying, Waste water, Sludge Sebuah model yang diselipkan quasistatic telah dikembangkan untuk mengevaluasi kinerja sistem pengeringan lumpur di rumah kaca dibantu oleh pompa kalor yang disebut '' Solar dan Pompa Kalor Sistem Pengeringan Sludge'' (S & HPSDS). Model ini seluruhnya berasal dari hukum kekekalan massa, energi, momentum dan persamaan negara serta korelasi perpindahan panas. Data cuaca digabungkan dalam rangka untuk mengevaluasi kinerja


musiman sistem. Model ini dapat digunakan untuk berbagai tujuan; makalah ini berfokus pada evaluasi suhu pemanasan mengarah ke thermo-ekonomi yang optimal sepanjang tahun dalam hal konsumsi energi. ©_ª 2008 Elsevier Ltd and IIR. All rights reserved. 2.6.6 Performance analysis of solar-assisted chemical heat-pump dryer

Oleh

: M.I. Fadhel a,b,⇑, K. Sopian a, W.R.W. Daud a

Negara : Malaysia Keywords : Evacuated tubes collector efficiency; Solar fraction; Chemical heat pump; Coefficient of performance; Drying

Sebuah pengering pompa kalor kimia yang dibantu energi surya telah dirancang, dibuat dan diuji. Kinerja sistem telah dipelajari di bawah kondisi meteorologi dari Malaysia. Sistem ini terdiri dari empat komponen utama: kolektor surya (dievakuasi jenis tabung), tangki penyimpanan, unit pompa kalor kimia padat-gas dan pengering ruangan. Sebuah unit pompa kalor kimia padat-gas terdiri dari reaktor, kondensor dan evaporator. Reaksi yang digunakan dalam penelitian ini (CaCl2-NH3). Sebuah simulasi telah dikembangkan, dan hasilnya diperkirakan dibandingkan dengan yang diperoleh dari eksperimen. Efisiensi maksimum untuk tabung dievakuasi kolektor surya dari 80% sudah diprediksi terhadap percobaan maksimum 74%. Nilai maksimum fraksi solar dari simulasi dan percobaan yang masingmasing, 0,795 dan 0,713, sedangkan koefisien kinerja pompa kalor kimia (COPh) nilai maksimum masing-masing

2,2 dan 2 yang diperoleh dari

simulasi dan percobaan, . Hasil menunjukkan bahwa pengurangan energi pada kondensor sebagai akibat dari penurunan radiasi matahari akan menurunkan koefisien kinerja pompa kalor kimia serta menurunkan efisiensi pengeringan. ©_ 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.


2.6.7

Performance of evaporator-collector and air collector in solar assisted heat pump dryer Oleh

: M.N.A. Hawlader *, S.M.A. Rahman, K.A. Jahangeer

Negara : Singapur Keywords

: Heat pump; Solar drying; Evaporator-collector; Air collector;

Performance of collectors Sebuah pengering pompa kalor dibantu energi surya telah dirancang, dibuat dan diuji. Makalah ini menyajikan kinerja evaporatorcollector dan kolektor udara saat dioperasikan pada kondisi meteorologi yang sama. prosedur standar ASHRAE untuk pengujian kolektor telah diikuti. Evaporator-kolektor dari pompa panas bertindak langsung sebagai kolektor surya, dan suhu pendingin di inlet ke evaporator-kolektor selalu tetap di bawah suhu lingkungan. Karena penolakan memanaskan masuk akal dan laten udara di dehumidifier, suhu pada saluran masuk ke kolektor udara lebih rendah dari udara ambien. Oleh karena itu, efisiensi termal kolektor udara juga meningkat karena pengurangan kerugian dari kolektor. Efisiensi dari evaporatorcollector dan kolektor udara ditemukan bervariasi antara 0,8-0,86 dan 0,7-0,75, masing-masing, ketika dioperasikan pada kondisi meteorologi Singapura. ©_ 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

2.6.8

Solar heat pump drying and water heating in the tropics

Oleh

: M.N.A. Hawlader *, K.A. Jahangeer


: Heat pump; Drying; Coefficient of performance; Solar

fraction; Specific moisture extraction rate


Dalam penelitian ini, kinerja pengering pompa kalor dibantu energi surya dan pemanas air telah diteliti. Sebuah program simulasi telah dikembangkan. Hasil prediksi dibandingkan dengan yang diperoleh dari eksperimen dalam kondisi meteorologi Singapura. Sebuah koefisien kinerja (COP) nilai 7.0 untuk kecepatan kompresor 1800 rpm diamati. Efisiensi kolektor maksimum 0,86 dan 0,7 telah ditemukan masing-masing evaporatorkolektor dan kolektor udara . Nilai dari tingkat ekstraksi kelembaban tertentu (SMER) 0,65 Telah diperoleh dengan beban 20 kg dan kecepatan kompresor 1200 rpm. Hasilnya menunjukkan bahwa total waktu pengeringan produk menurun dengan meningkatnya potensi pengeringan. Pengeringan potensi berbanding lurus dengan laju aliran udara, temperatur udara dan berbanding terbalik dengan kelembaban relatif udara. Tiga parameter penting yang mempengaruhi kinerja sistem yang radiasi matahari, kecepatan kompresor dan beban total ditempatkan di ruang pengering. Kedua SMER dan COP menurun dengan peningkatan kecepatan kompresor. ©_ 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

2.6.9

Solar-assisted heat-pump dryer and water heater

Oleh

: M.N.A. Hawlader*, S.K. Chou, K.A. Jahangeer, S.M.A. Rahman, Eugene Lau K. W.


: Heat pump; Drying; Coefficient of performance; Solar fraction

Pengering pompa kalor dan pemanas air yang dibantu energi surya telah dirancang, dibuat dan diuji. Kinerja sistem telah diteliti di bawah kondisi meteorologi Singapura. Sistem ini terdiri dari kompresor yang bekerja bolakbalik dengan variabel kecepatan , kolektor evaporator, tangki penyimpanan, kondensor berpendingin udara, pemanas tambahan, blower, pengering,


dehumidifier, dan kolektor udara. Sistem pengeringan dirancang sedemikian rupa sehingga beberapa komponen dapat diisolasi tergantung pada pola cuaca dan kondisi penggunaan. Media pengeringan yang digunakan adalah udara dan ruang pengering dikonfigurasi untuk melakukan sejumlah pengeringan biji-bijian makanan. Sebuah program simulasi dikembangkan menggunakan bahasa Fortran untuk mengevaluasi kinerja sistem dan pengaruh variabel yang berbeda. Indeks kinerja yang dianggap mengevaluasi kinerja sistem adalah: Surya Fraksi (SF) dan Koefisien Kerja (COP) dengan dan tanpa pemanas air. Nilai-nilai COP, diperoleh dari simulasi dan percobaan yang masing-masing 7.0, dan 5.0, sedangkan fraksi solar (SF) nilai masing-masing 0,65 dan 0,61 yang diperoleh dari simulasi dan percobaan. ©# 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

2.6.10 Thermal performance analysis of a direct-expansion solar-assisted heat pump water heater Oleh : X.Q. Kong a,*, D. Zhang b, Y. Li a, Q.M. Yang a Negara : China Keywords : Solar-assisted heat pump, Direct-expansion, Water heater ,Coefficient of performance, Collector efficiency. Sebuah pompa kalor mengekspansi langsung yang dibantu energi matahari untuk pemanas air (DX-SAHPWH) menjelaskan, yang dapat menyediakan air panas untuk keperluan rumah tangga sepanjang tahun. Sistem ini terutama mempekerjakan kolektor plat datar / evaporator dengan luas permukaan 4,2 m2, sebuah kompresor listrik berputar yang bertipe kedap , tangki air panas dengan volume 150 L dan katup ekspansi termostatik. R-22 digunakan sebagai fluida kerja dalam sistem. Sebuah model simulasi berdasarkan pendekatan parameter yang disamakan dan didistribusikan dikembangkan untuk memprediksi kinerja termal dari sistem. Mengingat parameter struktur, parameter meteorologi, langkah waktu dan suhu air akhir, model numerik dapat parameter operasional output, seperti kapasitas panas, sistem COP dan efisiensi kolektor. Perbandingan antara hasil simulasi dan


pengukuran eksperimental menunjukkan bahwa model mampu memberikan prediksi yang memuaskan. Pengaruh berbagai parameter, termasuk radiasi matahari, suhu lingkungan, kecepatan angin dan kecepatan kompresor, telah dianalisis pada kinerja termal dari sistem. ©_ 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved. 2.6.11 Thin-layer solar drying characteristics of rough rice under natural convection Oleh : M.A. Basunia a, T. Abe b,* Negara : Bangladesh Keywords : Rough rice; Thin-layer; Solar dryer; Natural convection Percobaan pengeringan surya dengan Lapisan tipis dilakukan di Matsuyama, Jepang, dengan butiran padi. Kisaran suhu udara rata-rata pengeringan adalah 22,3 ± 34,9 ° C, dan kelembaban relatif adalah antara 34,5% dan 57,9%. Isi air awal berada di kisaran 37,07 ± 37,69% basis kering. Sebuah mode campuran pengering konveksi alami gabah dengan energi matahari digunakan untuk percobaan ini. Data berat sampel dan kemarau dan temperatur bola basah udara pengeringan dicatat terus menerus dari pagi hingga sore untuk setiap tes. Data pengeringan kemudian dipasang ke model Page, berdasarkan rasio dari perbedaan-perbedaan di antara kadar air awal dan akhir dan kadar air keseimbangan (EMC). Model ini memberikan cocok untuk kadar air dengan standard error rata-rata 0,00387 basis kering. Kedua parameter pengeringan N dan K adalah fungsi linear dari suhu dan kelembaban relatif. Persamaan pengeringan single-layer ini dapat digunakan untuk simulasi tempat pengeringan dalam beras kasar dalam jenis campuranmode konveksi alami pengering surya. © 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents