BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Energi Matahari
Matahari merupakan sumber energi utama bagi manusia di permukaan bumi ini. Energi
yang
dipancarkan
matahari
sampai
di
bumi
berupa
gelombang
elektromagnetik. Cara perambatannya disebut sebagai radiasi yang tidak memerlukan adanya medium zat perantara. Semua benda setiap saat memancarkan energi radiasi dan jika telah mencapai kesetimbangan termal atau temperatur benda sama dengan
temperatur lingkungan, benda tersebut tidak akan memancarkan radiasi lagi. Dalam kesetimbangan ini, jumlah energi yang dipancarkan sama dengan jumlah energi yang diserap oleh benda tersebut.
Gambar 1 - Radiasi Matahari
Besar aktual radiasi cahaya matahari yang diterima dipermukaan bumi bervariasi ditiap area, dan sangat bergantung kepada musim, variasi dari posisi matahari dan orientasi bumi. Potensi penggunaan energi surya dari negara-negara yang terletak dekat dengan ekuator termasuk Indonesia sangat besar. Selain itu, radiasi cahaya matahari di Indonesia pun relatif konstan pertahunnya dikarenakan hanya terdapat dua musim, dibandingkan negara-negara dengan empat musim dimana pada musim-musim tertentu energi radiasi yang diterima akan berkurang. Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi penyinaran di Kawasan Barat
6
2 Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m /hari dengan variasi bulanan sekitar 10%; dan di 2 Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m /hari dengan variasi bulanan sekitar
9%. Dengan demikian, potesi matahari rata-rata Indonesia sekitar 4,8 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 9%.
2.2
Kolektor surya (Solar Collector)
2.2.1 Pengertian
“Solar collectors that concentrate solar energy can be acres of controlled mirrors
pointing at a central receiver that powers a thousand homes or small parabolic reflectors that can easily cook your next meal. If you have used a magnifying glass to burn paper or sticks then you know that you focus the glass until the sunlight comes to a very fine point. This is similar to how concentrating collectors work. They can use mirrors, polished metal, or even shiny plastic to focus the rays of the sun onto a relatively smaller area to produce heat.”. (Sumber: http://www.your-solar-energy-home.com/Concentrating-solar-collectors)
Kolektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai sumber energi utama. Ketika cahaya matahari menimpa absorber pada kolektor surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada fluida/objek pengering yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan guna berbagai aplikasi. 2.2.2 Consentrating Solar Collector Jenis ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada temperatur antara 100° – 400°C. Kolektor surya jenis ini mampu memfokuskan energi radiasi cahaya matahari pada suatu receiver, sehingga dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh absorber. Spesifikasi jenis ini dapat dikenali dari adanya komponen konsentrator yang terbuat dari material dengan transmisivitas tinggi. Berdasarkan 7
komponen absorber-nya jenis ini dikelompokan menjadi dua jenis, yaitu Line Focus dan Point Focus. Gambar 2 - Solar collector tipe Consentrating Collector
Agar cahaya matahari selalu dapat difokuskan terhadap tabung absorber,
concentrator harus dirotasi. Pergerakan ini disebut dengan tracking ataupun diputar.
2.3
Pemantulan pada Cermin Pemantulan teratur terjadi pada benda yang tidak tembus cahaya dan permukaannya
rata. Cermin merupakan suatu benda yang permukaannya sangat halus dan rata sehingga hampir semua cahaya yang datang padanya dapat dipantulkan. 2.3.1 Cermin Cekung Cermin cekung memiliki permukaan pemantul yang bentuknya melengkung atau membentuk cekungan. Garis normal pada cermin cekung adalah garis yang melalui pusat kelengkungan sinar yang melalui titik ini akan dipantulkan ke titik itu juga. Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar pantul atau konvergen. Ketika sinarsinar sejajar dikenakan pada cermin cekung, sinar pantulnya akan berpotongan pada satu titik. Titik perpotongan tersebut dinamakan titik api atau titik fokus (F). Ketika sinar-sinar datang yang melalui titik fokus mengenai permukaan cermin cekung, ternyata semua sinar tersebut akan dipantulkan sejajar dengan sumbu utama. Akan tetapi, jika sinar datang dilewatkan melalui titik pusat kelengkungan, sinar pantulnya akan dipantulkan ke titik itu juga.
8
Sinar istimewa pada cermin cekung adalah sebagai berikut :
Gambar 3 - Cermin cekung 1
a. Sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus.
Gambar 4 - Cermin cekung 2
b. Sinar datang melalui titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
Gambar 5 - Cermin cekung 3
c. Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan ke titik itu juga.
Gambar 6 - Cermin cekung 4
9
2.3.2 Cermin Datar
Cermin datar adalah cermin yang permukaannya datar. Hukum pemantulan pada cermin datar: “sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar” ”sudut datang selalu sama dengan pantul”.
Gambar 7- Cermin Datar
2.4
Menemukan titik fokus Solar Collector tipe Consentrator Parabolic Posisi fokus antena parabola atau reflektor parabola ditemukan dari ketentuan
diameter juring dan kedalamannya. Pertama kita tulis persamaan dari parabola sehingga jarak fokus (jarak dari puncak ke titik fokus) muncul dalam persamaan. Gambar dibawah ini menunjukkan parabola.
Gambar 8 - Parabola 1
x2 + y2 + f2 - 2y*f = y2 + f2 + 2y*f Untuk mendapatkan persamaan parabola meliputi jarak fokus ( f ). y = x2 / 4f Apabila kita mengetahui dimensi juring dan kita ingin mencari jarak fokus yang memberikan posisi posisi fokus yang relatif dari juring seperti pada gambar 10.
10
Gambar 9 - Parabola 2
D adalah diameter juring, d adalah kedalaman dari juring dan f adalah jarak fokus.
Titik (D/2,d) dan (-D/2,d) berada di parabola, karenanya D = (D/2)2 / 4f Yang memberi keterkaitan antara diameter D, kedalaman d dan jarak fokus dari juring.
f = D2 / 16d
Formula diatas membantu dalam menentukan pembentukan antena parabola yang memberikan jarak fokus. Tentunya dalam praktek pembentukan juring tidak sempurna seperti parabola dan oleh karena itu sedikit pengaturan diperlukan saat membentuk kerangka.
2.5
Jagung
2.5.1 Definisi Jagung Jagung (Zea mays L.) merupakan salah satu komoditas tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi, sehingga banyak diusahakan para petani. Pemanfaatan jagung selain sebagai bahan substitusi beras juga dapat digunakan untuk pakan ternak dan bahan baku industri. Penggunaan jagung sebagai bahan baku industri pertanian lebih banyak dari beras. Hampir semua bagian tanaman jagung mempunyai kegunaan. Batang dan daun jagung dapat digunakan untuk kertas dan papan dinding. Tongkol dapat digunakan untuk bahan bakar, silosa dan furfural. Sedangkan jagung dapat diolah menjadi tepung dan pati jagung. Selanjutnya pati jagung dapat diolah lebih lanjut menjadi dekstrin, sirup gula, dan bahan lainnya. 11
Gambar 10 - Jagung
Jagung yang digunakan dalam pengujian ini ialah jenis jagung manis. Untuk
membedakan jagung manis dengan jagung biasa bisa dilihat dari warna rambut yang keluar dari ujung tongkol. Jagung manis rambutnya cenderung berwarna putih, sedangkan jagung biasa berwarna merah kecoklatan. Jagung manis juga memiliki warna bulir/biji lebih kuning muda karena mengandung lebih banyak tepung. jagung manis ini tetap aman bagi penderita diabetes, karena rasa manis yang dihasilkan dari fruktosa (sejenis polimer gula yang sering disebut sebagai gula buah), bukan glukosa. Adapun beratnya 300-500 gram. Kandungan gizi Jagung per 100 gram bahan adalah: * Kalori : 355 Kalori * Protein : 9,2 gr * Lemak : 3,9 gr * Karbohidrat : 73,7 gr * Kalsium : 10 mg * Fosfor : 256 mg * Ferrum : 2,4 mg * Vitamin A : 510 SI * Vitamin B1 : 0,38 mg * Air : 12 gr (Sumber Direktorat Gizi, Departemen Kesehatan Republik Indonesia)
12
Gambar 11-Jagung Manis
(Sumber gambar: http://eemoo-esprit.blogspot.com/2010/10/kandungan-gizi-jagung-manis-sweet-corn.html)
2.5.2 Pasca Panen Jagung Pasca panen merupakan kegiatan yang menentukan terhadap kualitas dan kuantitas produksi, kesalahan dalam penanganan panen dan pasca panen dapat mengakibatkan kerugian yang sangat besar, bahkan produk dapat kehilangan nilai ekonomi. Karena itu penanganan pasca panen secara benar perlu mendapat prioritas dalam proses produksi usahatani. Kerusakan jagung akibat penanganan pasca panen yang salah dapat terjadi pada setiap tahapan kegiatan karena Jagung membutuhkan penanganan yang cepat setelah panen. 2.5.3 Pengeringan Pengeringan merupakan proses pemindahan kadar air dari bahan dan produk pertanian untuk menghasilkan produk yang berkualitas tinggi dan tahan lama untuk disimpan. Selama pengeringan tersebut terjadi dua proses yaitu proses perpindahan panas dari udara pengering ke bahan, dan proses pindah massa uap air dari permukaan bahan ke udara sekitar (Goswarmi, 1986). Pengeringan juga merupakan kegiatan kritis selama urutan pemanenan pengeringan yang kurang baik mengakibatkan turunnya mutu jagung. Proses pengeringan menurut Henderson dan Perry (1976), terdiri dari dua periode yaitu periode pengeringan dengan laju tetap/konstan dan periode dengan laju menurun. Periode pengeringan dengan laju tetap merupakan periode perpindahan massa air yang berasal dari permukaan bahan. Proses ini terjadi karena adanya perbedaan tekanan uap air antara permukaan bahan dengan udara pengering. Proses ini akan terus berlangsung 13
sampai air bebas pada permukaan telah hilang. Sedangkan pengeringan dengan laju menurun akan berlangsung setelah pengeringan laju konstan selesai. Kadar air diantara
kedua periode tersebut disebut dengan kadar air kritis. Pengeringan dengan laju menurun akan berhenti hingga tercapai kadar air kesetimbangan. Kadar air kesetimbangan merupakan kadar air terendah yang dapat dicapai pada suhu dan kelembaban tertentu.
a Tujuan pengeringan Jagung
Menurunkan Kadar air dari kering panen menjadi 18-20% Menurunkan kadar air biji sehingga aktivitas biologis terhenti dan mikroorganisme serta serangga tidak bisa hidup di dalamnya
Memudahkan dan Mempercepat pemipilan Meningkatkan daya simpan jagung Pengangkutan lebih ringan, sehingga biaya pengangkutan dapat dikurangi Khusus untuk jagung yang akan digunakan sebagai benih, pengeringan dapat meningkatkan Viabilitas benih (tingkat pertumbuhan benih) Meningkatkan nilai ekonomi jagung Menghindari kontaminasi jagung dari cendawan Aspergilus flavus yang dapat meningkatkan aflatoxin ambang batas Aspergilus flavus menurut FAO 30 (pbb) b Rumus pada sistem Pengeringan 1. Energi yang diperlukan untuk memanaskan jagung. Q jagung
= ṁjagung x Cpjagung x ∆T
2. Energi untuk memanaskan air dalam jagung Q air
= ṁair dalam jagung
xCpair x ∆T
3. Energi untuk menguapkan air Quap
= ṁair yang diuapkan x hfg
4. Total energi yang dibutuhkan untuk proses pengeringan Qpengeringan
= Qjagung + Qair + Quap
5. Energi pada kolektor (Cermin Cekung) QCC = A . Ir Dimana : QCC
= Energi yang diterima kolektor pada cermin cekung (W)
14
A
= Luas penampang normal kolektor (m2)
Ir
= Intensitas radiasi matahari (W/m2)
6. Energi Cermin Cekung Datar QCD = A . Ir . n Dimana :
QCD
= Energi yang diterima kolektor pada cermin datar (W)
A
= Luas penampang normal kolektor (m2)
Ir
= Intensitas radiasi matahari (W/m2)
n
= Jumlah Cermin (jika luas penampang sama)
7. Energi pada Tabung pengering = QCC + QCD Qinput
Qinput = Energi panas yang diterima oleh tabung pengering (Watt) 8. Keseimbangan energi Qinput
= Qpengeringan + Qloss
9. Konstanta Pegas F
= k x ΔX
m.g = k x (x2 – x1)
m
kx( x 2 x1) g
Dimana : m
= Massa jagung (kg)
k
= Konstanta pegas (N/m)
g
= Tetapan gravitasi (9,8 m2/s)
x1
= Titik awal pegas (m)
x2
= Titik akhir rentangan pegas (m)
15
