EFISIENSI PENGERING PRODUK MENGGUNAKAN ALAT PENGERING SURYA TYPE DOWN DRAF SKRIPSI

EFISIENSI PENGERING PRODUK MENGGUNAKAN ALAT PENGERING SURYA TYPE DOWN DRAF

SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat sarjana SI Jurusan Teknik Mesin Bidang Ilmu Konversi Energi Disusun oleh : BASRI E1C1 15 084

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2017 UNIVERSITAS HALU OLEO

i

UNIVERSITAS HALU OLEO

ii


iii

KATA PENGANTAR Assalamu ’Alaikum Wr. Wb. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat limpahan rahmat dan hidayah-Nya penulis diberi kesehatan dan kesempatan, shalawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada junjungan kita Baginda Rasulullah Muhammad SAW karena berkat perjuangan Beliau sehingga kita dapat menikmati alam yang terang benderang ini yang dipenuhi dengan ilmu dan pengetahuan. Sehingga Skripsi yang berjudul “EFISIENSI PENGERINGAN PRODUK MENGGUNAKAN PENGERING SURYA TYPE DOWN DRAFT ” dapat diselesaikan dengan baik. Skripsi ini disusun untuk melengkapi persyaratan kelulusan pada Program Studi S-1 Teknik Mesin Universitas Halu Oleo Kendari. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Eng. Lukas Kano M, ST., MT selaku Pembimbing I dan Muh. Hasbi, S.T.,M.T selaku Pembimbing II, yang telah meluangkan waktu untuk memberikan arahan dan bimbingan serta motivasi kepada penulis, sehingga Skripsi ini dapat terselesaikan. Terima kasih dan penghargaan tidak lupa penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung, utamanya kepada: 1. Rektor Universitas Halu Oleo. 2. Mustarum Musaruddin, ST.,MIT.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Univesitas Halu Oleo. 3. Muh. Hasbi, ST.,MT selaku ketua Jurusan S-1 Teknik Mesin, Univesitas Halu Oleo. 4. Seluruh dosen dan staf, khususnya pada Jurusan Teknik Mesin yang telah banyak memberikan ilmu dan bantuannya kepada penulis. 5. Teman-teman fakultas Teknik khususnya Jurusan Teknik Mesin dan dindaku Muhammad Ali Usman dan Fajarul Kadir serta semua pihak yang belum disebutkan namanya terima kasih atas dukungan, perhatian, semangat dan


iv

kebersamaannya. Semoga jalinan persahabatan ini senantiasa tetap terjaga dan tetap harmonis. Akhir kata semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat dan pengalaman kepada penulis dan pembaca. AMIN YA ROBBIL ‘ALAMIN Wassalamu ’Alaikum Wr. Wb. Kendari.

Maret 2017

Penulis


v

INTISARI

Basri, 2017, Efisiensi Pengeringan Produk Menggunakan Alat Pengering Tenaga Surya Type Down Draft. Skripsi Teknik Mesin Universitas Halu Oleo Kendari Sulawesi Tenggara. Tujuan skripsi ini yaitu untuk mengetahui efisiensi pengeringan dan kualitas produk pengeringan menggunakan alat pengering tenaga surya type down draft. Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu termokopel, anemometer, solar power meter, dan kaca. Adapun prosedur penelitian ini adalah mempersiapkan alat dan bahan, kemudian melakukan pengujian alat pengeringan surya dengan cara diletakan pada lapangan terbuka yang tidak terkena naungan sepanjang hari. Posisikan alat membujur Utara Selatan dengan kolektor dari kaca hitam. Mengamati perubahan suhu pada masing-masing rak dengan parameter yang diukur T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6 dan T7 serta kelembaban luar (H0), kelembaban dalam ruang alat pengering (H1) 2 ,kecepatan angin (m/s) dan intensitas radiasi matahari (w/m ). Pengukuran dilakukan setiap 60 menit. Setelah melakukan penelitian didapatkan kesimpulan yaitu distribusi laju pengeringan dalam setiap rak bervariasi sesuai dengan suhu masing-masing rak. Hasil dari pengeringan gabah selama 7 jam menggunakan alat pengering tenaga surya mampu menurunkan berat basah gabah dari 1000 g menjadi 831 g dan berat basah sagu dari 1000 g menjadi 894 g. Efisiensi total alat pengering tenaga surya yaitu sebesar 43,94 %. Kata kunci : Type down draft, Distribusi laju pengeringan, Efisiensi.


vi

ABSTRACT

Basri, 2017, efficiency drying products using solar dryer type down draft. Thesis mechanical engineering university Halu Oleo Kendari Sulawesi Tenggara. Thesis purpose of this is to determine the drying efficienciyand product quality drying using solar dryers type down draft. Tools and materials used in this study is termokopel, anemometer, solar and power meter and glass. As for the procedure of this study is to prepare tools and materials, then test the solar drying apparatus in a manner to place it in an open field that is not exposed to shade throughout the day. Position the tool longitudinal north south with the collector of black glass. Observed changes in temperature on each shelf with a paremeter that is measured T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6 and T7 as wellas the ouside humudity (H0), humudity in the camber dryers (H1), wind speed (m/s), and solar radiation intensity (w/m2), measurements done every 60 minute. After doing research on get the conclusion that the distribution in each rack drying rate varies according to the temperature of each shelf. The results of grain drying for 7 hours using a solar dryer capable of lowering the grain wet weight of 1000 g become 831 g and the weight of 1000 g become 894 g. The total efficiency of solar dryers in the amount of. Key words : Type down draft, the drying rate distribution, efficiency.


vii

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL… … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … … … HALAMAN PENGESAHAN… … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. HALAMAN PERNYATAAN… . . … … … … … … … … … … … … … … … … … ..

i ii iii

KATA PENGANTAR… . … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …

iv

ABSTRACT… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . ..

vii

INTISARI… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … ….

vi

DAFTAR ISI… … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … ..

viii

DAFTAR TABEL… … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … … … . . ..

xiii

DAFTAR LAMPIRAN… … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … …

xi

DAFTAR GAMBAR… … … … … … … … . . … … … … … … … … … … … … . … ….

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN… . … … … … … … … … … … … … … …

xi xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … ….

2

1.3 Batasan Masalah… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . …

2

1.5 Manfaat… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … . …

3

1.2 Rumusan Masalah… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … 1.4 Tujuan… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … . … …

1

3

1.6 Sistematika Penulisan… … … … … … … … … … … … … … … … . … … … . . … ..

3

2.1 Pustaka Terdahulu. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . …

5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.2 Situasi Energi Di Indonesia… … … … … … … … … … … … … … … . … . … … ..

7

2.2.1 Penyediaan Dan Pemanfaatan Energi Nasional… … … . … … … … ..

12

2.2.3 Arah Kebijakan Energi Nasional… … … … … … … … . . … … … … . …

13

2.2.2 Rasio Elektrifikasi… … … … … … … … … … … … … … … … … . . … …. 2.2.4 Harga Energi… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ….

9

14

2.3 Pengertian Energi… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … ….

15

2.3.2 Aplikasi Hukum Thermodinamika… … … … … … … … … … … … …

16

2.3.1 Hukum Thermodinamika… … … … … … … … … … … … … … … . . ….


15

viii

2.3.3 Neraca Energi … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ….

18

2.3.4 Sistem Energi… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …

18

2.3.6 Energi yang dimiliki sistem … … … … … … … … … … … … … … … ..

20

2.4 Energi Surya. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … ..

22

2.3.5 Energi yang dipindahkan ke sistem. … … … … … … … … … … . … …

19

2.3.7 Peristilahan Energi. … … … … … … … … … … … … … … … … … … . ..

22

2.4.1 Pemanfaatan Energi Matahari. … … … … … … … … … … … … … ….

22

2.5 Konsep Perpindahan Panas. … … … … … … … … … … … … … . … . . … … ….

23

2.4.2 Radiasi Matahari. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …

23

2.5.1 Perpindahan Panas Konveksi… … … … … … … … … … … … … … …

23

2.5.2 Perpindahan Panas Radiasi… … … … … … … … … … … … … … . … 2.5.3 Perpindahan Panas Konduksi… … … … … … … … … … … … … ….

2.6 Sistem Pengering Surya. … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … 2.6.1 Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Langsung … … … … …

24 24

25 26

2.6.2 Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Tidak Langsung … … … ..

26

2.7 Konduktivitas Termal Bahan. … … … … … … … … … … … … … … … . . . … .

30

2.6.3 Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Gabungan… … … … . …

27

2.8 Standar Efisiensi Pengeringan… … … … … … … … … … … … … … . … … …

30

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian… … … … … … … … … … … … … … … … … . .

35

3.2.1 Alat… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … …

35

BAB III METODE PENELITIAN

3.2 Alat dan Bahan… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … . …

35

3.2.2 Bahan… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . … …

37

3.4 Diagram Alir Prosedur Penelitian. … … … … … … … … … … … … … … … …

40

4.1 Data Hasil Pengamatan… … … … … … … … … … … … … … … … … … … , , ..

41

4.3 Aliran Udara Dalam Alat Pengering… … … … … … … … … … … … . … … …

49

3.3 Prosedur penelitian. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … ..

37

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.2 Menghitung Temperatur Masing – Masing Rak… … … … … … … . … … ..

44

4.4 Menghitung Energi Yang Masuk Pada Alat Pengering… … … … … . . … …

50


ix

4.5 Menghitung Energi Yang Terbuang… … … … … … … … … … … … . … … …

53

4.6 Menghitung Efisiensi Alat Pengering… … … … … … … … … … … … … … …

54

4.7.1 Gabah… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … …

57

4.7 Analisa Pengeringan Produk… … … … … … … … . . … … … … … … … … … …

4.7.2 Sagu… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …

57 60

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … ..

5.2 Saran… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . … …

62 62

DAFTAR PUSTAKA


x

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Bauran Energi Primer Tahun 2011 (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Gambar 2.2. Perkiraan Kebutuhan Energi Tahun 2009 – 2019 (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Gambar 2.3. Rasio Elektrifikasi Nasional (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Gambar 2.4. Arah Kebijakan Energi (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Gambar 2.5 Sumber Energi Panas Bumi (UPLIFT,2014) Gambar 2.6 Sistem boiler (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Gambar 2.7 Neraca energi boiler (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Gambar 2.8 Sketsa yang menunjukkan arah aliran kalor Gambar 2.9 Tipe-tipe pengering surya (Endri Yani, 2009) Gambar 2.10 Bagian-bagian kolektor (Endri Yani, 2009) Gambar 3.1 Termokopel Gambar 3.2 Anemo meter Gambar 3.3 Solar power meter Gambar 3.4 Kaca Gambar 3.5 Alat Pengering Produk Tenaga Surya Gambar 3.6 a. Alat pengering tenaga surya tampak dari samping kanan UNIVERSITAS HALU OLEO

xi

b. alat pengering tenaga surya tampak dari atas Gambar 3.7 a. Alat pengering tenaga surya tampak dari belakang b. alat pengering tenaga surya tampak dari depan Gambar 4.1 Grafik rata – rata temperatur masing - masing rak pada alat pengering tenaga surya per hari Gambar 4.2 Grafik Temperatur rata – rata alat pengering tiap rak pada pengujian hari ke-2 Gambar 4.3 Grafik rata – rata temperatur masing - masing rak pada alat pengering tenaga surya per hari Gambar 4.4 Arah aliran panas yang terjadi pada alat pengering tenaga surya Gambar 4.5 Grafik hubungan antara waktu, intensitas matahari dan kecepatan angin terhadap efisiensi alat pengering tenaga surya Gambar 4.6 Grafik hubungan berat gabah terhadap waktu Gambar 4.7 Grafik hubungan antara waktu dan kelembaban Gambar 4.8 Temperatur masing-masing rak di dalam alat pengering tenaga surya dengan produk yang dikeringkan berupa gabah Gambar 4.9 Grafik hubungan berat sagu terhadap waktu Gambar 4.10 Grafik temperatur masing-masing rak dalam alat pengering tenaga surya dengan produk yang dikeringkan berupa sagu Gambar 4.11 Grafik temperatur rak 5 pada alat pengering tenaga surya dalam kondisi kosong dan ketika mengeringkan produk gabah dan sagu


xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Potensi Dan Pemanfaatan Energi Fosil Dan Energi Terbarukan (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Tabel 2.2 Bauran Energi Primer Tahun 2011 (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Tabel 2.3 Konsumsi Energi setiap Sektor Tahun 2011 (juta BOE) (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Tabel 2.4 Konduktivitas termal bahan (Fisika Dasar 1, 1987) Tabel 4.1 Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” pada kondisi kosong Tabel 4.2 Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” Tabel 4.3 Hasil Analisa Data Alat Pengering Tenaga Surya


xiii

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN

E

= Energi

Ʃ

= Sigma

U

= Energi Internal

EP

= Energi Potensial

EK

= Energi Kinetik

Q

= Laju Perpindahan Panas (W)

A

= Luas Penampang Bidang (m2)

h

= Koefisien Konveksi (W/ m2 0C)

∆T

= Perbedaan Suhu (oC)

Ԑ

= Emisivitas Bahan (0 < Ԑ < 1)

Σ

= Konstanta Stefan-Boltzman (W/m2K4)

k

= Kondukivitas Termal Bahan, (W/m0C) = Gradien Suhu (0C)

m

= Laju Aliran Massa Yang Masuk Ke Kolektor

Cp

= Panas Jenis Udara (J/Kg 0C)

I

= Intensitas Radiasi Matahari (W/m0C) = Efisiensi (%)

T

= Temperatur (0C)


xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Tabel Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” pada kondisi kosong tanggal 19 februari 2017 Lampiran 2. Tabel Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” pada kondisi kosong tanggal 20 februari 2017 Lampiran 3. Tabel Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” tanggal 23 februari

2017 dengan produk yang dikeringkan berupa gabah

Lampiran 4. Tabel Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” tanggal 23 februari

2017 dengan produk yang dikeringkan berupa gabah

Lampiran 5.

Pemasangan kolektor kaca pada alat pengering tenaga surya

Lampiran 6.

Pengukuran kelembaban rak pada alat pengering tenaga surya

Lampiran 7.

Pengukuran suhu rak pada alat pengering tenaga surya


xv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pengeringan merupakan salah satu cara mengeluarkan atau menghilangkan sebagian kadar air yang ada di dalam bahan menggunakan energi panas yang sudah lama dikenal oleh masyarakat. Keuntungan pengeringan antara lain adalah bahan menjadi lebih awet dan memudahkan pengolahan selanjutnya. Metode pengeringan yang paling banyak dilakukan adalah menggunakan energi panas matahari yang selalu tersedia di alam dan tidak memerlukan biaya yang mahal untuk pemanfaatannya. Jika hal ini dapat diekploitasi dengan tepat, maka energi panas dari matahari mampu menyediakan kebutuhan konsumsi energi dalam waktu yang lebih lama. Selama ini kebanyakan petani melakukan pengeringan hasil-hasil pertanian dengan cara penjemuran langsung dibawah terik sinar matahari dengan suhu lingkungan sekitar 30 0C. Suhu pengeringan yang ideal untuk komoditas pertanian pada umumnya berkisar antara 60-70 0C. Dengan demikian, jika hanya menggunakan energi panas radiasi matahari pada suhu lingkungan, maka akan membutuhkan waktu pengeringan yang lebih lama. Metode pengeringan produk umumnya menggunakan energi surya dan buatan atau menggunakan udara panas yang digerakkan (forced air drying). Sesuai pertimbangan nilai ekonomis dan kondisi cuaca. Pengeringan sagu dengan cara penjemuran langsung masih terus berlangsung hingga saat ini. Cara konvensional ini memiliki kelemahan yaitu kontaminasi produk akibat hujan, angin, uap air dan debu, penurunan mutu akibat dekomposisi, serangga dan jamur. Proses pengeringan dengan penjemuran langsung memerlukan tenaga kerja intensif, waktu lebih lama dan memerlukan lahan lebih luas. Selain sangat bergantung pada kestabilan kondisi cuaca, penjemuran langsung memerlukan waktu pengeringan lebih lama yakni 4 – 5 hari. Agar dapat memanfaatkan energi radiasi matahari untuk menaikan suhu udara digunakan suatu perangkat untuk mengumpulkan energi radiasi matahari UNIVERSITAS HALU OLEO

1

yang sampai ke permukaan bumi dan mengubahnya menjadi energi kalor yang berguna, perangkat ini disebut dengan pengering surya. Kegunaan dari kolektor ini adalah untuk dapat menerima dan mengumpulkan energi radiasi matahari dari segala posisi matahari. Pengering surya adalah alat yang sangat tepat digunakan untuk mengeringkan bahan-bahan hasil pertanian yang memiliki kadar air yang tinggi. Pemilihan pengeringan surya buatan merupakan pilihan yang tepat untuk mewujudkan energi yang ramah lingkungan dan berkelanjutan. Pengeringan surya adalah seperangkat alat pengumpul panas dengan memanfaatkan panas dari sinar matahari sebagai sumber energi. Pengering surya tipe down draft merupakan sistem pengeringan yang memanfaatkan aliran udara alami yang kemudian dipanaskan menggunakan panas yang dikumpul oleh kolektor surya lalu ditransfer secara konveksi ke masingmasing ruang pengering. Untuk menghemat energi dan mengetahui kualitas dari pengeringan produk pasca panen maka peneliti mengambil judul skripsi efisiensi pengeringan produk menggunakan pengering surya type down draft. 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah 1.

Bagaimana efisiensi penggunaan alat pengering surya type down draft ?

2.

Bagaimana kualitas produk pengeringan menggunakan pengering type down draft ?

1.3 Batasan Masalah 1.

Menggunakan pengering type down draft

2.

Pengambilan data dilakukan setiap 1 jam

3.

Pengambilan data dilakukan mulai pukul 09.30-15.30

4.

Mencari efisiensi pengeringan


2

1.4 Tujuan 1.

Untuk mengetahui efisiensi pengeringan menggunakan pengering surya type down draft

2.

Untuk mengetahui kualitas produk pengeringan menggunakan pengering type down draft

1.5 Manfaat 1.

Laju pengeringan lebih cepat.

2.

Mendapatkan hasil pengeringan yang baik dengan waktu yang singkat.

1.6 Sistematika Penulisan Penulisan

proposal

penelitian

ini

disusun

dengan

menggunakan

sistematika sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Berisi tentang latar belakang,rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah manaat penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi tentang teori dasar dan tinjauan pustaka. Tinjauan pustaka memuat uraian sistematis tentang hasil-hasil riset yang didapat oleh peneliti terdahulu

dan berhubungan dengan penelitian ini. Dasar teori ini dijadikan

sebagai penuntun untuk memecahkan masalah yang berbentuk uraian kuallitatif atau model sistematis. BAB III METODE PENELITIAN Meliputi waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan, skema gambar penelitian, prosedur penelitian, teknik analisa data, dan diagram alir penelitian. BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN Mengungkapkan,

menjelaskan

dan

membahas

hasil

penelitian,

menganalisis hasil penelitian dengan menggunakan pendekatan yang telah ditentukan, pengungkapan temuan yang mengacu pada tujuan penelitian. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN


3

Menyatakan pemahaman peneliti tentang masalah yang diteliti berkaitan dengan skripsi berupa kesimpulan dan saran.


4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pustaka Terdahulu. Anhar Khalid (2013) “Optimasi Desain Alat Pengering Ikan Air Tawar Dengan Kapasitas 20 Kg Memanfaatkan Energi Surya” dari hasil penelitian ini diperoleh kesimpulan bahwa analisis dan desain dari alat pengering ikan air tawar dengan kapasitas 20 kg sehingga diharapkan kadar air ikan yang semula 70% turun menjadi 10% dimana panas energi untuk menurunkan kadar air ikan tersebut berasal dari energi surya. Rian Juli Yanda, Hendri Syah dan Raida Agustina (2014) “Uji Kinerja Pengering Surya Dengan Kincir Angin Savonius Untuk Pengeringan Ubi Kayu (Manihot esculenta)” dari hasil penelitian ini diperoleh kesimpulan bahwa dengan penambahan kincir angin savonius, kecepatan udara di dalam pengering surya lebih stabil bila dibandingkan dengan kecepatan udara di lingkungan. Temperatur di dalam ruang pengering lebih tinggi dari pada temperatur lingkungan, sedangkan kelembaban relatif di dalam pengering lebih rendah dibandingkan dengan lingkungan, hal ini menyebabkan proses pengeringan berlangsung cepat. Nilai iridiasi surya yang didapat berfluktuasi, iradiasi tertinggi diperoleh pada hari kedua penelitian yaitu 595 W/m2. Kadar air awal ubi kayu yaitu 61,7 %, kadar air akhir yang diperoleh rak A5 yaitu sebesar 11,7% dan rak B1 yaitu sebesar 12,9% sudah mendekati kadar air yang diharapkan untuk pembuatan tepung yaitu 12%. Elieser Imbir, Hens Onibala dan Jengki Pongoh (2015) ”Studi Pengeringan Ikan Layang (Decapterus sp) Asin Dengan Penggunaan Alat Pengering Surya” dari hasil penelitian didapatkan kesimpulan ikan layang asin yang dikeringkan selama 8 jam dalam alat pengering surya dengan perlakuan pada rak bagian atas dengan posisi ikan di gantung memiliki nilai rata-rata organoleptik secara umum pada rak bagian tengah memiliki nilai terendah. Rata organoleptik secara umum pada rak bagian tengah memiliki nikai terendah. Perubahan suhu dalam alat pengering sangat ditentukan oleh suhu lingkungan di luar dalam hal ini


5

pengaruh sinar matahari yang menembus alat pengering surya yang digunakan, suhu tertinggi pada siang hari yaitu pada jam 14.00 atau jam 2 sore hari. Ansar, Cahyawan dan Safrani (2012) “ Karakteristik Pengeringan Chips Mangga Menggunakan Kolektor Surya Kaca Ganda” dari hasil penelitian didapatkan

kesimpulan

penggunaan

kolektor

surya

kaca

ganda

dapat

mempercepat proses pengeringan chips mangga, laju energi panas untuk menaikkan suhu chips mangga bergantung pada intensitas radiasi matahari yang di serap oleh kolektor surya kaca ganda, laju energy untuk mengevaporasi kadar air chips mangga menurun seiring dengan bertambahnya waktu pengeringan, variasi ketebalan chips mangga memiliki laju penurunan kadar air yang berbedabeda untuk mencapai kondisi konstan, ketebalan irisan 3, 6 dan 8 mm berturutturut membutuhkan waktu pengeringan 10, 14 dan 18 jam untuk mencapai kadar air konstan yaitu 14%, efisiensi kolektor surya kaca ganda dapat mencapai 77,82%. Ismet Eka Putra dan Pitri Hadi (2013) “Analisa Efisiensi Alat Pengering Tenaga Surya Tipe Terowongan Berbantukan Kipas Angin Pada Proses Pengeringan Biji Kopi” dari penelitian ini di dapatkan kesimpulan alat pengering tenaga surya tipe terowong mampu mengeringkan biji kopi sebanyak 29 kg selama 15 jam, alat beroperasi dari jam 09.00 WIB s/d 16.00 WIB, alat ini dapat mengeringkan biji kopi hingga memenuhi kadar air biji kopi yaitu 12,5 % sesuai dengan standar SNI. Efisiensi pengeringan dengan alat pengering tenaga surya tipe terowong tertinggi terjadi pada hari pertama, jam 15.00 WIB dengan nilai 37 %, Hal ini disebabkan oleh rendahnya intensitas matahari pada jam tersebut yaitu sebesar 450W/m², efisiensi pengeringan terendah terjadi pada hari kedua, dengan nilai 13% dan intensitas matahari sebesar 780W/m². Efisiensi sangat tergantung kepada intensitas matahari. Karena makin tinggi intensitas matahari, maka akan semakin tinggi pula panas yang masuk kedalam sistem pengeringan, hal ini yang mempercepat pengurangan kadar air dalam biji kopi, efisiensi yang rendah dikarenakan tingginya intensitas matahari yang masuk ke sistem pengering tetapi tidak termanfaatkan secara maksimal, sedangkan efisiensi akan tinggi bila energi


6

yang masuk kedalam alat pengering dapat dimanfaatkan secara maksimal dan tidak banyak energi yang terbuang selama proses pengeringan. Rendi (2016) “Optimasi Perancangan Alat Pengering Ikan Air Tawar Kapasitas 50 Kg Memanfaatkan Tenaga Surya Dan Biomasa” dari penelitian ini di dapatkan kesimpulan desain koletkor surya yang paling optimal yaitu didesain dengan kemiringan 100 memberikan sudut Zenit 160, sudut Azimut 860 dan luas kolektor 8,76 m2. Desain ruang pengering yang paling optimal yaitu didesain dengan kecepatan udara 1,9 m/s, lebar ruang pengering 1,7 m dan luas ruang pengering 2,89 m2 memberikan penurunan kadar air komolatif 6,67 kg/h. Desain APK yang paling optimal yaitu didesain dengan diameter tube 0.028 m panjang tube 0,7 m Susunan tube 600, Pr 1,5 jumlah tube 35 dan diameter shell 0,27 m. 2.2 Situasi Energi Di Indonesia Indonesia

mempunyai

sumber

daya

energi

yang

terdiri

dari

sumberdaya energi fosil dan sumberdaya energi terbarukan. Sumberdaya energi fosil meliputi minyak bumi, gas bumi dan batubara, sedangkan sumberdaya energi terbarukan meliputi air, panas bumi, energi matahari, angin, biomasa, energi samudera. Pada saat ini potensi energi fosil sangat terbatas dan semakin menurun. Pada tahun 2010 potensi minyak bumi (cadangan terbukti) sebesar 3.741 milyar barrel sedangkan produksinya sebesar 314 milyar barrel. Dengan demikian apabila tidak ada penemuan cadangan baru dan produksi minyak tetap maka umur dari minyak bumi tersebut hanya sekitar 12 tahun. Potensi gas bumi dengan cadangan terbukti sebesar 103,35 TSCF sementara itu produksinya sebesar 2,98 TSCF, sehingga umur gas bumi sekitar 35 tahun. Adapun cadangan terbukti batubara sebesar 28,17 milyar ton dengan produksi 317 juta ton, sehingga umur cadangan batubara sekitar 89 tahun. Jumlah tersebut di atas sangat fluktuatif tergantung pada penemuan cadangan

baru

dan jumlah produksi. Sementara itu, Indonesia mempunyai

potensi energi terbarukan yang sangat besar namun pemanfaatannya masih sangat terbatas. Potensi tenaga air atau hydro sebesar 75 GW namun baru UNIVERSITAS HALU OLEO

7

dimanfaatkan 6,85 GW atau hanya 9,13% dari potensi yang ada. Salah satu kendala dari pembangunan pembangkit listrik tenaga air ini adalah karena lokasi sumber energi air jauh dari pusat beban atau pengguna. Potensi panas bumi sebesar 29,2 GW. Potensi panas bumi tersebut sama dengan 40% dari potensi dunia. Sedangkan yang sudah dimanfaatkan baru sebesar 1.341 GW atau 4,6% dari potensi yang ada. Sebagai Negara tropis, Indonesia mendapatkan sinar matahari sepanjang tahun sehingga potensi energi matahari cukup besar. Namun demikian, pemanfaatannya sangat kecil hanya sekitar 27 MW. Kendala utama dalam pengembangan energi surya adalah besarnya investasi dan peralatan utamanya yaitu sel surya masih diimpor. Disamping hydro skala besar, potensi hydro skala kecil (mini dan micro hydro) juga cukup besar dengan lokasi biasanya di perdesaan dan remote area yang jauh dari jaringan listrik. Potensi energi terbarukan lainnya adalah energi angin. Di Indonesia potensi energi angin

tidak terlalu besar, namun

tertentu seperti Nusa Tenggara, Sulawesi Selatan,

di lokasi-lokasi

Sulawesi Tenggara dll.

potensinya cukup besar dan pemanfaatannya belum banyak. Adapun energi Samudera masih dalam tahap penelitian. Potensi dan pemanfaatan energi fosil dan energi terbarukan seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut. Tabel 2.1 Potensi Dan Pemanfaatan Energi Fosil Dan Energi Terbarukan (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014)


8

2.2.1 Penyediaan Dan Pemanfaatan Energi Nasional Penyediaan energi primer nasional pada tahun 2011 sebesar 1.237 juta BOE didominasi oleh energi fosil yaitu sebesar 96%, sedangkan sisanya sebesar 4% dipenuhi dari energi terbarukan. Energi fosil meliputi minyak sebesar 594 juta BOE atau 48% dari total penyediaan energi nasional, diikuti oleh batubara sebesar 334 juta BOE atau 27% dan gas 262 atau 21%. Energi terbarukan meliputi hydro sebesar 31 juta BOE atau 3% dan panas bumi 16 juta BOE atau 1%. Dengan demikian dapat dilihat bahwa jumlah penyediaan minyak bumi merupakan yang terbesar dari seluruh penyediaan energi primer di Indonesia, sementara itu potensi minyak bumi

sangat terbatas dan bahkan

semakin menurun. Gambar 1 dan Tabel 2 menunjukkan bauran energi primer tersebut di atas.

Gambar 2.1. Bauran Energi Primer Tahun 2011 (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Tabel 2.2. Bauran Energi Primer Tahun 2011 (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014)


9

Pertumbuhan pemanfaatan energi setiap tahun terus meningkat yang disebabkan

oleh pertumbuhan ekonomi yang cukup tinggi dan pertumbuhan

penduduk.

Seperti ditunjukkan pada Gambar 2, pada tahun 2009 – 2019

diperkirakan pertumbuhan ekonomi sebesar 6,1% per tahun dan pada periode yang sama, pertumbuhan penduduknya 1,1% per tahun. Situasi ini menyebabkan pertumbuhan kebutuhan energi juga meningkat menjadi 7<1% per tahun dari 712 juta BOE pada tahun 2009 menjadi 1,316 juta BOE pada tahun 2019.

Gambar 2.2. Perkiraan Kebutuhan Energi Tahun 2009 – 2019 (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Sektor pengguna energi terdiri dari sektor industri, rumah tangga, komersial, dan transportasi. Sektor industri merupakan sektor pengguna energi terbesar dari seluruh penggunaan energi nasional terutama industri lahap energi antara lain industri besi baja, semen, tekstil, pupuk, dll. Pada tahun 2011 konsumsi energi di sektor industri sekitar 458,1 juta BOE atau 41,1%, disusul oleh sektor rumah tangga sekitar 320,4 juta BOE atau 28,74%. Jenis energi yang digunakan di sektor rumah tangga termasuk biomassa yang sebagian besar digunakan untuk memasak di daerah perdesaan terutama daerah yang aksesnya jauh dari energi komersial. Minyak digunakan untuk memasak dan penerangan, sedangkan LPG digunakan untuk memasak. Sebelum ada program konversi minyak tanah ke LPG, konsumsi minyak tanah untuk memasak jauh lebih besar dibandingkan dengan penggunaan LPG untuk memasak. Namun UNIVERSITAS HALU OLEO

10

setelah ada program tersebut maka konsumsi LPG untuk memasak jauh lebih besar dari pada konsmsi mintak tanah. Listrik digunakan untuk peralatan pemanfaat listrik seperti kipas angin, kulkas, AC, lampu, rice cooker, mesin cusi dll. Peralatan pemanfaat listrik tersebut masih banyak yang boros energi meskipun ada beberapa yang sudah hemat seperti AC yang menggunakan inverter, lampu hemat energi, TV LCD, dll. Namun untuk peralatan yang hemat energi harganya lebih mahal, sehingga masih banyak masyarakat yang menggunakan peralatan yang boros energi. Dengan adanya program labelisasi dan standar minimum penggunaan energi untuk peralatan pemanfaat listrik, masyarakat akan semakin banyak yang memilih peralatan yang hemat energi karena dalam jangka panjang akan memberikan keuntungan bagi pengguna peralatan tersebut. Konsumsi energi di

sektor transportasi sebesar 277,4 juta BOE atau

24,88%. Dari jumlah tersebut, sekitar 99% adalah BBM yang sebagian masih di subsidi. Untuk mengurangi konsumsi BBM pada sektor transportasi, pemerintah membuat program konversi BBM ke Gas dan pemanfaatan bio energi (bio diesel dan bio ethanol). Sektor

komersial/bangunan

termasuk

bangunan gedung perkantoran, rumah sakit, hotel, pusat perdagangan (mall, super market) sebesar 32,9 juta BOE atau 3%. Meskipun secara prosentase jumlahnya kecil, namun pembangunannya terus berlangsung sehingga secara nominal jumlahnya akan meningkat. Dan potensi penghematan energinya cukup besar. Adapun konsumsi energi untuk keperluan lainnya sebesar 24,8 juta BOE atau 2,28% antara lain untuk keperluan pertanian. Pada saat ini konsumsi minyak bumi rata-rata setiap hari sekitar 1,3 juta barrel, sementara itu produksi minyak di Indonesia terus menurun dan saat ini sekitar 850 ribu barrel per hari. Untuk memenuhi

kekurangan

dari

kebutuhan tersebut, pemerintah mengimpor

minyak sekitar 450 ribu barrel per hari. Dengan demikian, Indonesia sudah menjadi negara pengimpor minyak. Oleh karena itu, apabila harga minyak dunia naik, akan mempengaruhi harga minyak di Indonesia.


11

Tabel 2.3. Konsumsi Energi setiap Sektor Tahun 2011 (juta BOE) (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014)

2.2.2 Rasio Elektrifikasi Indonesia yang mempunyai wilayah yang luas dan berpulau-pulau cukup banyak daerah yang sulit di akses dengan energi listrik. Sampai tahun 2012 rasio elektrifikasi atau jumlah rumah tangga yang sudah mendapatkan sambungan listrik sebesar 75,3% dari seluruh rumah tangga yang ada.

Gambar 2.3. Rasio Elektrifikasi Nasional (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014)


12

Untuk daerah-daerah

yang sulit

dijangkau

dengan listrik PLN,

pemerintah mengembangkan potensi energi setempat seperti membangun PLTMH apabila daerah tersebut mempunyai tenaga mikrohidro, membangun pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) baik terpusat maupun individu. 2.2.3 Arah Kebijakan Energi Nasional Sesuai dengan Peraturan Presiden Nomor 5 Tahun 2006, pada tahun 2005 peran minyak bumi terhadap pemanfaatan energi nasional sekitar 50%. Untuk mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi maka ditargetkan pada tahun 2025 pangsa minyak bumi menurun hingga mencapai 20%. Pada tahun 2010 ternyata pangsa minyak bumi telah turun menjadi 46,77%,

gas

alam

24,29%, batubara 23,91% dan energi terbarukan 5,03%. Selain target penurunan minyak bumi pada tahun 2025, batubara ditargetkan naik menjadi 33%, gas bumi 30% dan energi baru terbarukan naik menjadi 17% dengan pembagian bahan bakar nabati (BBN) sebesar 5%, panas bumi 5%, batubara tercairkan 2% dan energi baru terbarukan lainnya yaitu nuklir, hydro, surya, angin sebesar 5%. Adapun elastisitas energi

yaitu perbandingan antara

pertumbuhan energi dengan pertumbuhan ekonomi yang dalam hal ini adalah GDP yang semula 1,65 menjadi kurang dari 1 pada tahun 2025.

Gambar 2.4. Arah Kebijakan Energi (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014)


13

2.2.4 Harga Energi Indonesia merupakan

negara dengan harga energi

yang murah

dibandingkan dengan negara-negara lain termasuk negara-negara anggota ASEAN karena sebagian harga energinya masih disubsidi yaitu BBM jenis premium, minyak solar/diesel, listrik dan LPG dengan kapasitas 3 kg. Beban subsidi ini makin tahun makin bertambah, sedangkan sasarannya sudah tidak sesuai lagi yaitu yang semula hanya ditujukan kepada masyarakat yang kurang mampu namun kenyataannya subsidi BBM lebih banyak dinikmati oleh masyarakat yang cukup mampu dan yang seharusnya tidak perlu lagi mendapatkan subsidi. Sebelum naik pada tahun 2013, harga BBM bersubsidi adalah Rp 4.500,per liter. Dengan harga tersebut, jumlah subsidi energi termasuk BBM, LPG, BBN dan listrik yang dikeluarkan pemerintah melalui APBN pada tahun 2011 sebesar Rp. 255,5 triliun, pada tahun 2012 sebesar Rp. 306,5 triliun. Meskipun pada tahun 2013 harga BBM bersubsidi sudah naik menjadi Rp. 6.500,- per liter, namun oleh karena kuota BBM bersubsidi juga naik maka beban subsidi masih tinggi yaitu masih lebih besar dari Rp. 300 triliun. Apabila harga minyak dunia naik, maka subsidi energi akan ikut naik dan akan sangat mempengaruhi APBN. Hampir semua negara anggota ASEAN tidak memberikan subsidi harga energi kecuali Indonesia, Malaysia dan Brunei. Negara-negara seperti Kamboja dan Laos dengan pendapatan per kapita dibawah Indonesia tidak memberikan subsidi untuk BBM kepada rakyatnya, sehingga ketika harga minyak internasional naik, tidak mempengaruhi APBN mereka. Beberapa negara yang harga BBM-nya dibawah harga BBM Indonesia, seperti Arab Saudi, Kuwait, dll,

adalah negara yang masih sangat kaya akan minyak

dan tidak tergantung dengan negara lain. Apabila harga minyak internasional naik,

negara-negara tersebut akan diuntungkan karena mereka meng-ekspor

minyak dalam jumlah besar.


14

2.3 Pengertian Energi Definisi energi dalam Undang-Undang No.30 Tahun 2007 tentang energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau memindahkan benda yang

dapat

berupa

panas, cahaya, mekanika, kimia dan elektromagnetika.

Sedangkan sumber energi diartikan sebagai sesuatu yang dapat menghasilkan energi

baik

secara

langsung

maupun

melalui

proses konversi

atau

transformasi. Perubahan bentuk energi satu ke jenis lainya dapat dilakukan dengan teknologi sistem konversi energi.

Gambar 2.5 Sumber Energi Panas Bumi (UPLIFT,2014) Dari literature kita tau bahwa energi itu sendiri tidak selalu dapat dirasakan atau dilihat, kecuali berbentuk cahaya, panas atau suara. Namum dijelaskan bahwa prinsip energi adalah kekal, artinya energi tidak dapat dihasilkan atau diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Prinsip ini dikenal dengan hukum kekekalan energi atau hukum termodinamika pertama. 2.3.1 Hukum Thermodinamika Thermodinamika ke nol : yaitu tentang keseimbangan termal, dua benda yang mempunyai suhu sama jika dikontakkan satu sama lainnya maka tidak akan terjadi perpindahan panas diantara kedua benda tersebut. Dan sebaliknya jika dua benda bersuhu berbeda dikontakkan, maka perpindahan panas akan terjadi dari benda bersuhu tinggi ke benda dengan suhu rendah sampai terjadi keseimbangan termal diantara kedua benda tersebut.


15

Thermodinamika pertama

: Energi dapat diubah dari bentuk satu ke

bentuk lainya, tetapi tidak dapat hilang/musnah dari sistemnya. Secara lebih umum hukum termodinamika pertama ingin mengatakan bahwa jika energi dipindahkan atau ditransformasikan, maka total yang ada dari semua jenis akan tetap sama dengan energi totalnya mula-mula. Thermodinamika kedua : Pada perubahan satu bentuk energi ke bentuk lainnya, sebagian energi akan hilang yang dikenal dengan rugi-rugi energi, dengan kata lain tidak akan bisa energi dikonversi dengan efisiensi 100%. Prinsip ini dipakai untuk menghitung efisiensi suatu peralatan energi. 2.3.2 Aplikasi Hukum Thermodinamika Aplikasi hukum termodinamika pertama dan kedua sering digunakan dalam perhitungan efisiensi energi dan penentuan neraca sistem pemanfaat energi. Secara luas hukum termodinamika dapat digunakan dalam evalyuasi berbagai

masalah

konservasi

energi

dan

transformasi

energi.

Apabila

diaplikasikan pada sistem energi, maka hukum termodinamika pertama menjadi berbunyi sebagai berikut : Jika terjadi perubahan dalam sistem energi, energi pada saat akhir adalah sama dengan energi sistem pada saat awal ditambah dengan energi netto yang ditambahkan ke dalam sistem selama periode terjadinya proses perubahan/trasformasi tersebut. Menghitung

efisiensi

operasi

boiler

dengan

menerapkan

prinsip

kekekalan energy. Dalam kondisi steady state, maka system boiler dapat ditulis sebagai berikut : Energi masuk = energi yang dimanfaatkan + energi keluar (rugi-rugi energi).


16

Gambar 2.6 Sistem boiler (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) 1.

Energi masuk adalah bahan bakar (Einput).

2.

Energi bermanfaat adalah uap (Eoutput)

3.

Energi keluar dalam hal ini ada tiga komponen yang dikenal dengan rugi-rugi energi pada boiler yaitu terdiri atas : a.

Rugi rugi energi stack gas (EStack).

b.

Rugi rugi energi blowdown (Ebldwn)

c.

Rugi rugi energi radiasi & konveksi melalui permukaan boiler.(Er&k) Sesuai dengan prinsip kekekalan energi di atas, maka pada sistem boiler

dapat ditulis persamaan sebagai berikut : E input = E output + (E Stack.+ E bldwn + .E r&k).atau : E output = E input - (E Stack.+ E bldwn + E r&k) E output = E input - ∑ rugi-rugi energi.............(2.1) Jika persamaan di atas sama-sama dibagi dengan E input, maka persamaan tersebut menjadi : =

adalah efisiensi boiler, dan

−

∑

....(2.2) = 1.

Dengan demikian persamaan tersebut dapat ditulis menjadi : Efisiensi = 1 -

∑


atau :

17

Efisiensi (%) = 100 - ∑ rugi energi dalam persen bahan bakar input (%) ....(2.3) Metode perhitungan efisiensi dengan formula di atas dikenal dengan metoda tak langsung. Dengan metoda tak langsung tersebut, maka efisiensi energi dinyatakan sama dengan 100% dikurangi dengan rugi-rugi energi dalan persen bahan bakar input. 2.3.3 Neraca Energi Neraca energi dapat dibuat jika besaran rugi-rugi energi sudah diketahui. Untuk contoh di atas neraca energi boiler dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.7 Neraca energi boiler (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) Setelah neraca energi dibuat maka evaluasi dilakukan untuk mengetahui apakah besaran rugi-rugi energi tersebut sudah sesuai atau masih bisa dikurangi. Dan jika masih mungkin untuk menguranginya langkah apa yang diperlukan yang perlu dilakukan. Dengan cara ini maka rencana peningkatan efisiensi boiler dan tindakan yang diperlukan untuk menghilangkan/mengurangi rugi-rugi energi dapat disusun. 2.3.4 Sistem Energi Konsep

“sistem”

sering

digunakan

dalam

menyelesaikan

suatu

masalah yang berkaitan dengan konversi energi. Sistem bisa dikatagorikan ke dalam : sistem terbuka atau tertutup tergantung pada ada tidaknya massa yang mengalir melewati boundry sistem tersebut. UNIVERSITAS HALU OLEO

18

Pada sistem tertutup misalnya, massa yang masuk maupun keluar dari sistem tidak ada, misalnya air dipanasi pada bejana tertutup. Sebaliknya dalam sistem terbuka, massa bisa melewati boundry sistem tersebut misalnya air mengalir melalui suatu pompa. Kadang–kadang sistem tertutup disebut juga dengan

massa

atur,

dan

sistem

terbuka

disebut dengan

volume atur.

Perpindahan energi energi melalui boundry sistem baik berupa kerja maupun panas akan menghasilkan perubahan keadaan dari sistem. Kalau sifat atau properti sistem berubah, misalnya suhu, tekanan, dan spesifik volume berubah, maka akan terjadi perubahan energi dari sistem. Ada tiga bentuk energi yang bisa dimiliki oleh suatu sistem yaitu : 1.

Energi

internal

U

yang

disebabkan

oleh

gerakan

internal

dan

mikroskopik dalam sistem. 2.

Energi potensial EP, yaitu bentuk makroskopik dari energi yang merupakan fungsi letak dari sistem.

3.

Energi kinetik EK yaitu yang merupakan fungsi gerakan makroskopik sistem. Kemudian dari tiga bentuk energi di atas, total energi dari sistem

dinyatakan sebagai berikut : E = U + EP + EK........(2.4) 2.3.5 Energi yang dipindahkan ke sistem. Untuk memindahkan energi ke sistem harus ada potensial atau driving

force

yang menyebabkan energi dapat melewati sistem tersebut.

Potensial atau driving force tersebut dapat berupa gaya mekanik, gaya listrik atau perbedaan temperatur. Energi yang berkaitan dengan masing-masing potensial tersebut disebut dengan : kerja, energi listrik dan panas. Jika terjadi perubahan dari ke tiga energi tersebut pada suatu sistem, maka berarti ada energi yang melewati boundry dari sistem tersebut. Kerja didefinisikan sebagai hasil dari perkalian gaya dengan jarak jarak yang ditempuh oleh gaya tersebut. Definisi ini diartikan bahwa yang menyebakkan perpindahan jarak dimaksud adalah gaya tersebut. Energi listrik dihasilkan dari adanya perbedaan tegangan/voltase dan arus mengalir karena adanya perbedaan tegangan tersebut.Panas yaitu merupakan UNIVERSITAS HALU OLEO

19

perpindahan energi melewati boundry sistem karena adanya perbedaan suhu diantara kedua sisi boundry tersebut. 2.3.6 Energi yang dimiliki sistem Kalau energi ditambahkan ke dalam sistem, maka akan terjadi perubahan energi pada sistem tersebut, terkecuali jika sejumlah energi yang sama secara simultan dikeluarkan dari sistem tersebut. Penambahan energi pada sistem dapat mengakibatkan perubahan internal sistem

misalnya

perubahan

suhu,

ekspansi/perubahan bentuk atau atau perubahan fase. Energi yang berhubungan dengan energi-energi tersebut menyebabkan adanya perubahan internal yang disebut dengan internal energi disingkat dengan U. Setelah ditemukan bahwa panas adalah energi dan dapat ditransformasikan menjadi kerja, dan dari penyelidikan tentang transformasi tersebut disimpulkan : 1.

Jika jalan bagi aliran panas tersedia, maka panas akan mengalir dari tempat yang bersuhu tinggi ke tempat yang bersuhu rendah dan tidak dapat berlangsung sebaliknya.

2.

Kerja dalam bentuk mekanis dapat diubah menjadi bentuk panas secara sempurna. Misalnya bolok yang dipindahkan dengan mendorongnya sepanjang permukaan kasar, maka kerja yang diberikan untuk mendorong balok akan memberikan panas pada balok. Untuk menjaga suhu balok tetap sama, maka sejumlah panas yang equivalent dengan kerja yang masuk harus dikeluarkan dari sistem. Akan tetapi sebaliknya,

tindakan untuk

mengembalikan balok pada tempatnya semula dengan menghasilkan kerja yang sama dengan kerja semula/input energi adalah tidak mungkin. 3.

Arus listrik melalui resistor akan menghasilkan panas. Panas dengan jumlah yang sama dengan masukan energi listrik dapat dikeluarkan dari resistor. Akan tetapi panas yang dikeluarkan dari resistor tidak dapat dialirkan kembali ke resistor dengan menghasilkan energi listrik.

4.

Pada reaksi kimia, dicapai suhu yang lebih tinggi dari suhu semula. Untuk mengembalikan suhunya seperti semula dapat dilakukan dengan mengalirkan panas dengan jumlah yang sama dari produk reaksi. Ini berarti ada transformasi energi kimia menjadi panas. Akan tetapi tidak demikian


20

sebaliknya panas yang dikeluarkan tidak bisa dimanfaatkan untuk mengembalikan produk reaksi kimia tersebut ke bentuknya semula. 5.

Apabila ada ruangan yang dipisahkan oleh partisi dan masing-masing diisi oleh gas berbeda, kemudian partisi dibuka, maka kedua gas akan bercampur secara uniform. Akan tetapi kedua gas tersebut tidak dapat memisah sendiri dan kembali ke posisi masing-masing. Dari

contoh

uraian

di atas,

transformasi

energi

tersebut

telah

memenuhi hukum termodinamika pertama. Akan tetapi tidak cukup untuk menjawab berbagai pertanyaan seperti mengapa tidak terjadi transformasi yang

sempurna

dari

panas

menjadi

kerja, padahal kerja dapat

ditransformasikan secara sempurna menjadi panas. Jadi dengan kata lain hukum termodinamika pertama ini tidak dapat menjawab mengapa beberapa proses hanya berlangsung satu arah, dan tidak untuk arah sebaliknya. Pertanyaan ini hanya bisa dijawab oleh hukum termodinamika kedua. Hukum termodinamika kedua dapat menunjukkan apakah sistem mengalami keseimbangan sempurna. Hukum kedua ini menetapkan suatu sifat/properti bahan atau zat yang bisa menunjukkan apakah mungkin terjadi perubahan keadaan pada suatu sistem. Sifat atau properti ini dikenal dengan entropi. Pernyataan yang ada hubunganya dengan entropi adalah : 1.

Entropi dari sistem terisolasi cendrung meningkat

2.

Selalu terjadi peningkatan entropi apabila proses berlangsung Dengan demikian hukum kedua termodinamika ini menunjukkan proses –

proses yang bisa berlangsung dan yang tidak bisa berlangsung. Hukum ini juga membatasi jumlah bentuk energi yang dapat ditransformasikan misalnya dari panas menjadi kerja. Berdasarkan hukum kedua termodinamika ini, maka jika sejumlah panas ditambahkan ke dalam suatu sistem, maka sebagian saja dari energi panas ini yang dapat ditransformasikan menjadi kerja, yang disebut dengan available energy dan sisanya disebut unavailable energy.


21

2.3.7 Peristilahan Energi. Beberapa peristilahan tentang energi disampaikan berikut ini. Menurut bentuk material energi diklasifikasikan atas : 1.

Energi padat

2.

Energi cair

3.

Energi gas

4.

Energi listrik Menurut jenis teknologi yang digunakan energi diklasifikasikan atas :

1.

Energi konvensional

2.

Energi non konvensional

2.4 Energi Surya. 2.4.1 Pemanfaatan Energi Matahari. Sebagai bintang yang paling dekat dengan planet biru Bumi, sangatlah alami jika hanya pancaran energi matahari yang mempengaruhi dinamika atmosfer dan kehidupan di Bumi. energi yang dating ke Bumi sebagian besar merupakan pancaran radiasi matahari. Energy ini kemudian ditransformasikan menjadi bermacam-macam bentuk energi, misalkan pemanasan permukaan Bumi, gerak dan pemanasan atmosfer, gelombang lautan, foto sintesa tanaman dan reaksi foto kimia lainnya. Penyebaran sinar matahari setiap tahun dibelahan bumi bervariasi. Daerah disekitar khatulistiwa menerima sinar surya rata-rata tahunan sekitar 600-700W/m2, selama 8 jam sehari. Dalam keadaan tertentu kadang lebih dari 1.000W/m2, tetapi ini terjadi dalam waktu yang sangat singkat. Hal ini karena dipengaruhi adanya awan, debu, dan uap air di udara. Keuntungan penggunaan energi panas matahari : 1.

Energi panas matahari merupakan energi yang tersedia hampir diseluruh bagian permukaan bumi dan tidak habis.

2.

Penggunaan energi panas matahari tidak menghasilkan polutan dan emisi yang berbahaya bagi manusia maupun lingkungan.


22

3.

Penggunaan energi panas matahari akan dapat mengurangi kebutuhan energy fosil. Kerugian penggunaan energi panas matahari :

1.

Tidak efektif digunakan didaerah yang memiliki cuaca berawan dalam waktu yang lama.

2.

Sistem hanya dapat digunakan pada saat matahari bersinar dan tidak dapat digunakan

pada malam hari atau pada saat cuaca berawan atau bahkan

musim hujan. 2.4.2 Radiasi Matahari. Matahari merupakan gumpalan gas berbentuk bola panas berdiameter 1,39 x 109 m. Menurut duffie dan Beckman (1974) dalam Satri Madinata (2013), lapisan terluar dari matahari diperkirakan bertemperatur 5777 0K sedangkan temperature inti matahari 8 x 109 sampai dari 40 x 1060K. Radiasi yang diterima tersedia di luar atmosfir bumi seperti yang dinyatakan dalam konstanta (Gsc) 1367 W/m2 dikurangi intensitasnya oleh penyerapan dan pemantulan lapisan atmosfir sebelum sampai di bumi. Panas radiasi matahari yang diterima oleh suatu benda dapat terjadi secara langsung, pada bidang miring ataupun secara baur. Ada tiga macam cara radiasi matahari sampai kepermukaan bumi yaitu : 1.

Radiasi langsung (Beam/Direct Radiation). Adalah radiasi yang mencapai bumi tanpa perubahan arah atau radiasi

yang diterima bumi dalam arah sejajar. 2.

Radiasi Hambur/Sebaran (Diffuse Radiation). Adalah radiasi yang mengalami perubahan akibat pemantulan dan

penghamburan. 3.

Radiasi Total (Global Radiation). Adalah penjumlahan radiasi langsung dan radiasi hambur.

2.5 Konsep Perpindahan Panas. 2.5.1 Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan panas konveksi, dimana perpindahan panas terjadi diantara permukaan benda padat dengan fluida yang mengalir menyentuh permukaan benda padat tersebut. UNIVERSITAS HALU OLEO

23

Laju perpindahan panas konveksi : =−

Dimana :

∆ ........................(2.5)

q = laju perpindahan panas konveksi (W) A = luas penampang bidang (m2) h = koefisien konveksi (W/m2 0C) ∆T = perbedaan suhu (oC) 2.5.2 Perpindahan Panas Radiasi Perpindahan panas radiasi adalah proses perpindahan panas terjadi di antara dua permukaan yang terjadi tanpa adanya media perantara. Laju perpindahan panas radiasi : q = Ԑ.σ.A.∆T4.............

(2.6)

Dimana : q = laju perpindahan panas radiasi (W) A = luas penampang (m2) Ԑ = emisivitas bahan (0 < Ԑ < 1) σ = konstanta Stefan-Boltzman (W/m2K4) ∆T = perbedaan suhu (oC) 2.5.3 Perpindahan Panas Konduksi Jika ada perbedaan temperatur padasuatu benda, maka akan ada perpindahan energi dari suhu tinggi ke suhu rendah, perpindahan energi ini disebut konduksi. Laju perpindahan panas konduksi: =−

........................(2.7)

Dimana: q = Laju perpindahan panas, (W) k = Kondukivitas termal bahan, (W/m0C) A = Luas bidang perpindahan panas (m2) = Gradien suhu pada rah aliran kalor UNIVERSITAS HALU OLEO

24

Tanda negatif pada persamaan diatas diberikan supaya memenuhi hukum termodinamika yaitu kalor mesti mengalir ke suhu yang lebih rendah seperti ditunjukkan gambar berikut :

Gambar 2.8 Sketsa yang menunjukkan arah aliran kalor 2.6 Sistem Pengering Surya. Krisis energi dan masalah lingkungan yang terjadi membuat manusia berusaha mencari sumber energi alternatif yang bersifat terbarukan dan memberi dampak minimal terhadap lingkungan. Energi matahari merupakan salah satu sumber energi yang memenuhi kriteria tersebut. Selain itu, energi matahari juga mempunyai jumlah yang tidak terbatas sehingga merupakan sumber cadangan energi yang terbesar di bumi. Oleh sebab itu, energi matahari selalu mendapat perhatian untuk diteliti dan dikembangkan untuk berbagai tujuan. Kolektor surya adalah salah satu bentuk penggunaan energi matahari. Kolektor ini digunakan untuk berbagai tujuan, diantaranya untuk pengeringan, pembangkit tenaga dan lain sebagainya. Pada

penelitian

ini

dilakukan

penghitungan efisiensi dari kolektor surya yang digunakan untuk tujuan pengeringan. Pengeringan merupakan proses sederhana mengurangi kandungan air dari dalam suatu produk sampai

pada

tingkat

tertentu,

sehingga

dapat

mencegah pembusukan dan aman disimpan dalam jangka waktu yang lama . Kadar air produk harus dikurangi sampai hanya tersisa sekitar 5 sampai 10% UNIVERSITAS HALU OLEO

25

untuk menonaktifkan mikroorganisme yang ada di dalam produk (Endri Yani, 2009) . Beberapa keuntungan yang didapat dari proses pengeringan antara lain : 1.

Mengurangi kerusakan dan pembusukan produk

2.

Mengurangi biaya pengemasan dan kebutuhan akan pendinginan

3.

Biaya transportasi dan penyimpanan lebih murah

4.

Menjamin ketersediaan produk yang bersifat musiman Disamping keuntungan di atas, proses pengeringan juga mempunyai

beberapa kelemahan yaitu: 1.

Warna berubah

2.

Kandungan vitamin lebih rendah, karena vitamin rentan terhadap panas

3.

Terjadi case hardening, yaitu suatu keadaan dimana permukaan bahan mengeras (kering) sedangkan bagian dalam masih basah (belum kering)

4.

Mutu lebih rendah daripada bahan pangan segar Metode pengeringan secara umum terbagi atas dua, yaitu pengeringan

sinar matahari (direct sun drying), dimana produk yang akan dikeringkan langsung dijemur di bawah sinar matahari . Dan metode pengeringan surya (solar drying), dimana produk yang akan dikeringkan diletakkan di dalam suatu alat pengering . Klasifikasi pengering surya secara umum adalah: 2.6.1 Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Langsung Pada pengering tipe langsung ini, panas dihasilkan karena adanya penyerapan memanaskan

energi matahari oleh bagian dalam ruang pengering. Selain udara,

radiasi

matahari

juga memanaskan

produk

yang

dikeringkan. Sirkulasi udara pada pengering surya pasif tipe langsung mengalir secara konveksi bebas, sedangkan pada pengering surya aktif tipe langsung udara mengalir karena adanya fan atau blower(konveksi paksa). 2.6.2 Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Tidak Langsung Sistem pengering tipe ini terdiri dari kolektor dan ruang pengering yang terpisah. Udara dari luar masuk diantara kaca dan absorber. Udara menjadi UNIVERSITAS HALU OLEO

26

panas karena terjadi perpindahan panas antara absorber ke udara. Udara panas ini kemudian di alirkan ke dalam ruang pengering tempat produk berada dan dikeluarkan melalui cerobong. Udara panas yang dihasilkan di kolektor dapat dialirkan dengan dua cara yaitu konveksi bebas (pasif) dan konveksi paksa (aktif) dengan menggunakan blower. 2.6.3 Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Gabungan Sistem pengering tipe ini merupakan kombinasi dari tipe langsung dan tidak langsung. Prinsip kerjanya hampir sama, radiasi matahari selain digunakan untuk memanaskan udara yang berada di kolektor juga digunakan untuk memanaskan produk yang berada di ruang pengering. Masing-masing tipe dan bentuk pengering surya yang telah disebutkan di atas dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Tipe-tipe pengering surya (Endri Yani, 2009) Secara umum sebuah pengering surya terdiri atas kolektor surya yang berfungsi menyerap sinar matahari dan ruang pengering yang merupakan tempat untuk produk yang akan dikeringkan. Untuk mengetahui prinsip kerja dari sebuah kolektor, maka perlu diketahui terlebih dahulu bagian-bagiannya. Sebuah kolektor terdiri atas casing, kaca, absorber dan isolasi, seperti terlihat pada gambar 2.10.


27

Gambar 2.10 Bagian-bagian kolektor (Endri Yani, 2009) Besarnya radiasi yang diserap oleh kolektor surya tergantung kepada beberapa hal, yaitu : a.

Tingkat isolasi dan arah kolektor surya. Isolasi

yang

baik

akan

menyebabkan energi surya yang diserap akan semakin besar. Panas yang keluar dari kolektor surya bervariasi sesuai dengan tingkat isolasi. Dan arah kolektor idealnya menghadap ke Utara atau ke Selatan, tergantung pada periode waktu (arah matahari). b.

Tingkat penyerapan permukaan absorber. Absorber kolektor

yang berfungsi

untuk

menyerap

radiasi

merupakan

bagian

matahari. Material

absorber yang baik harus memenuhi kriteria berikut, yaitu mempunyai tingkat penyerapan radiasi yang baik, emisi yang rendah, konduktifitas termal yang baik dan harus stabil pada temperatur operasi kolektor. Selain itu, absorber juga harus tahan lama, mempunyai berat yang ringan dan yang paling penting berharga murah. c.

Tingkat transmisi material penutup. Tingkat transmisi material penutup merupakan salah satu parameter yang mempengaruhi jumlah energi surya yang dapat diserap oleh kolektor. Material penutup yang baik harus mempunyai tingkat transmisi yang tinggi untuk sinar tampak dan tingkat transmisi yang rendah untuk radiasi infra merah. Selain itu, penutup yang baik juga harus mempunyai absortivitas panas yang rendah, stabil pada temperatur operasi, daya tahan terhadap kerusakan tinggi, daya


28

tahan terhadap berbagai kondisi cuaca tinggi dan mempunyai harga yang murah. Kaca merupakan material penutup yang sering digunakan pada kolektor surya, karena kaca memenuhi kriteria seperti yang tersebut di atas. Ukuran tingkat performance kolektor disebut juga efisiensi kolektor. Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara energi panas yang digunakan untuk menaikkan temperatur udara

terhadap energi radiasi yang diterima oleh

kolektor dalam waktu tertentu. Energi panas yang digunakan untuk menaikkan temperatur dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: ∆ .............(2.8)

=

m = Laju aliran massa yang masuk ke kolektor Cp = Panas jenis udara

∆T = Selisih antara temperatur udara masuk kolektor dengan temperatur udara keluar kolektor Energi radiasi yang diterima kolektor dihitung dengan persamaan : ...............(2.9)

= I

= Intensitas radiasi matahari

Akolektor = Luas permukaan kolektor Sehingga efisiensi kolektor dapat dihitung dengan persamaan : ƞ=

.......................(2.10)

Pengering surya memanfaatkan energi termal surya untuk memanaskan media (fluida) yang akan digunakan pada proses pengeringan. Banyak jenis pengering surya yang dikembangkan untuk pengeringan produk pertanian. Kolektor dari pengering berfungsi sebagai penyerap. Daya serap sinar (absorbtivity) suatu bahan tergantung dari permukaan. Jenis permukaan yang mempunyai daya serap sinar yang tinggi, juga memiliki nilai emissivity (kepancaran) yang tinggi pula. Untuk mendapatkan panas yang banyak, maka UNIVERSITAS HALU OLEO

29

dipilih bahan yang memiliki nilai serap sinar yang tinggi dan nilai n kepancaran yang rendah. Pemilihan bahan yang ringan mengakibatkan cepat terjadinya perubahan suhu, cepat menjadi panas tetapi cepat juga menjadi dingin. Penggunaan cat hitam dapat meningkatkan nilai n penyerapan. Pemilihan bahan yang

trasparan

berdasarkan

pada

nilai

transmisivity,

keawetan

dan

konduktivitasnya. Penggunaan bahan dengan konduktivitas rendah dapat mengurangi kehilangan panas dari alat pengering surya. Maka dipilih kaca hitam, seng, jaring dan tripleks sebagai bahan kolektor surya serta tripleks untuk bahan dinding dan alas dari pengering ini. 2.7 Konduktivitas Termal Bahan. Konduktivitas termal bahan adalah kemampuan suatu bahan dalam menghantarkan kalor. Tabel 2.4 Konduktivitas termal bahan (Fisika Dasar 1, 1987) Bahan Logam

k(W/m0C)

Bahan Bukan Logam

k(W/m0C)

Aluminium

202

Kayu

0.08

Seng

116

Kaca

0.78

Nikel

93

Serbuk Gergaji

0.059

Besi

73

Kertas

0.166

2.8 Standar Efisiensi Pengeringan Mesin – mesin kalor yang dibuat adalah alat-alat yang sangat tidak efisien. Hanya sebagian kecil dari kalor yang diserap pada sumber bertemperatur tinggi yang dapat di ubah menjadi kerja yang berguna. Walaupun perencanaan tekniknya bertambah baik, namun jumlah yang cukup banyak dari kalor yang diserap masih dikeluarkan dari tempat yang bersuhu lebih rendah. Efisiensi sesungguhnya sebesar kira-kira 15 % biasanya dapat direalisir. Tenaga akan hilang akibat gesekan, gejolak dan hantaran kalor. Tenaga yang dibuang yang lebih rendah dapat menaikkan efisiensi maksimum yang mungkin sampai 35 % dan efisiensi sesungguhnya sampai 20 %. Efisiensi dari sebuah alat pengering standart kira-kira 20% dan maksimal adalah 40%.( Fisika Dasar 1, 1987 ) UNIVERSITAS HALU OLEO

30

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan November 2016 sampai Februari 2017. Pengambilan data dilaksanakan di Desa Pombulaa Jaya Kecamatan Konda Kabupaten Konawe Selatan. 3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah a.

Termocople Untuk mengetahui temperatur lingkungan dan temperatur kolektor, maka

digunakan termokopel sebagai alat ukur. Temperatur keluar kolektor diukur pada dua titik yang berbeda. Termokopel adalah sensor temperatur yang dapat mengubah panas pada benda yang diukur temperaturnya menjadi perubahan tegangan listrik. Jenis termokopel yang digunakan adalah termokopel tipe T (tembaga dan konstantan). Kutub positif terbuat dari tembaga dan kutub negatif terbuat dari

Gambar 3.1 Termokopel


31

b.

Anemo meter Untuk mengetahui laju aliran udara pada kolektor, maka digunakan

anemometer digital dengan kecermatan 0,01 m/s sebagai alat ukur.

Gambar 3.2 Anemo meter c.

Solar power meter Intensitas matahari diukur dengan menggunakan solar power meter. Solar

power meter ini diletakkan dibagian atas kolektor surya dengan tujuan agar intensitas matahari yang diterima oleh solar power meter sama dengan intensitas radiasi matahari yang diterima oleh kolektor.

Gambar 3.3 Solar power meter


32

3.2.2 Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah 1.

Kaca Pada penelitian ini kaca digunakan sebagai kolektor. Energi matahari yang

masuk kedalam alat pengering tenaga surya melalui kaca ini.

Gambar 3.4 Kaca 3.3 Prosedur penelitian. Adapun prosedur dari pebelitian ini adalah 1.

Mempersiapkan alat dan bahan pengujian

2.

pengujian alat pengeringan

surya dilakukan dengan cara diletakan pada

lapangan terbuka yang tidak terkena naungan sepanjang hari. Posisi alat membujur Utara Selatan dengan kolektor dari kaca hitam. 3.

Untuk mengamati perubahan suhu pada masing-masing rak dibuatkan lubang untuk dipasang kawat termokopel.

4.

Parameter yang diukur : 1.

T0 untuk suhu udara luar pengering.

2.

T1 untuk suhu di rak 1

3.


4.


5.


6.


7.



33

8.


9.

H0 untuk kelembaban udara luar pengering

10. H1 untuk kelembaban udara dalam pengering 11. Kecepatan angin (m/s) 12. Intensitas radiasi matahari (w/m2) 5.

Pengukuran dilakukan setiap 60 menit dengan parameter yang di ukur kelembaban udara luar pengering, kelembaban tiap rak, suhu alat pengering

Gambar 3.5 Alat Pengering Produk Tenaga Surya 6.

Alat pengering produk seperti tampak pada gambar 3.11 di atas beserta susunan dari masing-masing rak yang nantinya akan di ukur temperaturnya.

Gambar 3.6 a. Alat pengering tenaga surya tampak dari samping kanan b. alat pengering tenaga surya tampak dari atas


34

Gambar 3.7 a. Alat pengering tenaga surya tampak dari belakang b. alat pengering tenaga surya tampak dari depan


35

3.4 Diagram Alir Prosedur Penelitian. START

Studi Literatur

Persiapan alat dan bahan

Pembuatan alat pengering tenaga surya

Pengujian efisiensi alat pengering tenaga surya setiap 1 jam sekali

Catat : H0, H1, Temperatur T0 T1 s/d T7, I dgn v BAB IV

Analisa Data

Hasil analisa data dibuat dalam bentuk grafik

SELESAI UNIVERSITAS HALU OLEO

36

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Pengamatan Adapun data hasil pengamatan yang dilakukan terhadap alat pengering tenaga surya dalam kondisi kosong selama 2 hari pada tanggal 19 Februari 2017 sampai 20 februari 2017 dapat dilihat pada tabel 4.1 berikut : Tabel 4.1

Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” pada kondisi kosong

No

Waktu

T0 bawah

1 2 3 4 5 6 7

9.30 10.30 11.30 12.30 13.30 14.30 15.30

19,2 21,95 25,15 23,4 24,2 22,05 22

T0 T0 belakang Kiri=kanan 23,2 25,95 27,8 26,8 26,95 25,85 25,45

29,15 32,95 37,8 34,765 35,5 33,7 35,65

T2 ( C)

T3 ( C)

T4 ( C)

T5 ( C)

T6 ( C)

0

T7 ( C)

H0

Hi

33,5 39,05 40,9 43,1 43,3 41,35 41,3

35,7 42,25 42,7 44,55 45,7 45,2 46

39,35 45,35 46,1 48,3 51,1 49,2 47,55

44,35 49,9 52,2 52,35 55,15 54,8 50,85

51,3 57,55 57,45 57 58,7 64,4 52,9

35,25 40,8 41,65 42,2 42,85 42,3 40,4

39,5 44,65 44,9 46,8 45,4 44,5 42,65

7,9 6,7 0 0 0 0 0

8,9 408,5 6,9 502 586 0 0 878 0 1044,5 0 740,5 0 558,5

0

0

0

0

0

Tabel 4.2 Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ”

Kkaca

Ktripleks

(W/m0 C)

(W/m0 C)

0,78

0,059


v I angin 2 (W/m ) (m/s)

T1 ( C) 0

Alat

Tebal

Panjang

Lebar

Tinggi

dinding

(m)

(m)

(m)

(m)

1,13

0,67

1,4

0,002

Cp (J/kg.C)

670

37

0,8 1,15 1,75 3 2,1 1,45 1,6

Pada tabel 4.1 menunjukkan pengujian alat pengering tenaga surya yang mempunyai 7 rak sebagai penyimpan produk yang ingin dikeringkan. Data yang diambil yaitu temperatur luar dan dalam alat , kelembaban luar dan dalam, kecepatan angin, dan intensitas cahaya matahari. Untuk didapatkan data yang akurat diukur Temperatur pada masing-masing rak. Pengambilan data dilakukan setiap selang waktu 1 jam selama 7 kali yaitu mulai jam 9.30 WITA sampai jam 15.30 WITA. Sebagaimana diketahui bahwa pengeringan suatu produk membutuhkan suhu yang tinggi. Semakin tinggi suhunya semakin singkat waktu yang dibutuhkan

untuk

mengeringkan

produk

tersebut

dibandingkan

dengan

pengeringan yang bersuhu rendah. Dalam alat pengering pada pengujian ini terdapat 7 rak penyimpanan produk yang ingin dikeringkan. Dan setiap raknya mempunyai suhu yang berbeda-beda. Hal tersebut dapat dilihat pada tabel 4.1 yang menunjukkan pada jam 09.30 WITA temperatur di luar alat pengering produk bagian bawah alat yaitu sebesar 19,2 0C, temperatur di samping kiri kanan alat pengering temperaturnya sebesar 29,15

0

C dan temperatur belakang alat pengering yaitu 23,2

0

C.

Sedangkan untuk temperatur yang ada di dalam alat pengering menunjukkan yaitu pada rak pertama (T1) sebesar 33,5 0C, berbeda dengan temperatur yang ada pada rak ke-2 (T2) yaitu sebesar 35,7 0C dan pada rak ke-3 (T3) sebesar 39,35 0C serta pada rak yang ke-4 (T4) sebesar 44,35 0C. Pada rak yang ke-5 (T5) temperaturnya mencapai 51,3 0C, ini merupakan temperatur yang tertinggi pada jam 09.30 WITA di antara rak-rak yang lainnya. Sedangkan pada rak yang ke-6 (T6) temperaturnya 35,25 0C, pada rak yang ke-7 (T7) temperaturnya sebesar 35,9 0C. Temperatur yang rendah pada pengujian alat pengering jam 09.30 ini terdapat pada rak 1 yaitu sebesar 33,5 0C. Pada waktu yang ke-2 yaitu jam 10.30 WITA kondisi cuaca cerah, walaupun kecepatan angin bertambah dari 0,8 m/s menjadi 1,15 m/s nilai intensitas cahaya matahari naik sebesar 502 w/m 2 temperatur luar alat (T0) naik UNIVERSITAS HALU OLEO

38

menjadi 21,95 0C untuk bagian bawah alat, temperatur kiri dan kanan alat sebesar 25,95

0

C dan temperatur bagian belakang alat menjadi 23,2

0

C kenaikan

temperatur tersebut diikuti dengan temperatur dalam alat (Tin) sebanyak 39,05 0C untuk rak 1, 42,25 0C untuk temperatur rak 2, 45,35 0C pada rak 3, 49,9 0C temperatur rak 4, temperatur rak 5 sebesar 57,55 0C. Temperatur pada rak 5 ini untuk pengujian yang ke-2 masih yang tertinggi dibandingkan dengan temperatur yang ada pada rak-rak yang lainnya.

Pertambahan jumlah temperatur dan

kecepatan angin membuat kelembaban udara menurun, baik kelembaban udara luar dan udara dalam alat. Pengujian alat pengering pada waktu yang ke-3 yaitu jam 11.30 WITA, walaupun kondisi cuaca mendung dan kecepatan angin bertambah menjadi 1,75 m/s temperatur luar alat pengering (T0) masih naik yaitu untuk temperatur bagian alat sebesar 25,15 0C, temperatur bagian belakang alat 27,8 0C dan temperatur bagian kiri kanan alat sebesar 37,8 0C, temperatur udara dalam (Tin) juga naik, pada rak 1 temperaturnya 37,8 0C, rak 2 sebesar 42,7 0C, pada rak 3 sebesar 46,1 0

C, rak 4 sebesar 52,2 0C, rak 5 sebesar 57,45 0C, rak 6 temperaturnya sebesar

41,64 0C dan untuk temperatur yang ada di rak 7 sebesar 44,9 0C. Mulai pengujian yang ke-3 ini sampai pengujian yang ke-7 kelembaban udara luar dan kelembaban udara dalam alat pengering menjadi 0. Hal ini disebabkan kenaikan temperatur yang besar membuat molekul air yang ada di dalam dan di luar ruangan menguap naik ke atas dan digantikan oleh kalor yang masuk. Pada pengujian yang ke-4 tepatnya jam 12.30 WITA. Hasil yang didapatkan temperatur luar alat pengering (T0) mengalami penurunan temperatur, untuk temperatur bagian bawah alat dari 25,15 0C menjadi 23,4 0C, temperatur bagian kiri dan kanan alat dari 37,8 0C menjadi 34,765 0C. Penurunan temperatur luar tersebut tidak diikuti dengan temperatur dalam alat pengering (Tin), terkecuali pada rak 5 yang sedikit mengalami penurunan temperatur dari 57,45 0C menjadi 57 0C. Hal ini disebabkan pengaruh kecepatan angin yang semakin bertambah yaitu sebesar 3 m/s. Menurut teori apabila temperatur udara disekitar lebih rendah daripada temperatur yang diterima alat maka akan terjadi penurunan temperatur pada alat. Sebagimana pada UNIVERSITAS HALU OLEO

39

hukum termodinamika yang mengatakan tentang keseimbangan termal, dua benda yang mempunyai suhu sama jika dikontakkan satu sama lainnya maka tidak akan terjadi perpindahan panas di antara kedua benda tersebut. Dan sebaliknya jika dua benda bersuhu berbeda dikontakkan, maka perpindahan panas akan terjadi dari benda bersuhu tinggi ke benda dengan suhu rendah sampai terjadi keseimbangan termal di antara kedua benda tersebut. Pada pengujian alat pengering tenaga surya yang ke-5 tepatnya pada waktu 13.30 WITA. Kecepatan angin 2,1 m/s dalam kondisi cuaca cerah, temperatur luar alat pengering (T0) bagian bawah alat pengering sebesar 24,2 0C, temperatur luar bagian belakang alat pengering sebesar 26,95 0C dan temperatur luar yang ada pada bagian kiri dan kanan alat pengering sebesar 35,5 0C, temperatur yang ada dalam alat pengering (Tin), pada rak 1 yaitu sebesar 43,3 0C, temperatur rak 2 sebesar 45,7 0C, temperatur rak 3 sebesar 51,1 0C, temperatur rak 4 sebesar 55,15 0

C, temperatur rak 5 sebesar 58,7 0C, temperatur rak 6 sebesar 42,85 0C dan

temperatur pada rak 7 sebesar 45,4 0C. Pada setiap pengujian alat pengering tenaga surya temperatur rak 5 selalu lebih tinggi dibandingkan dengan rak-rak yang lainnya. Untuk maksimal temperatur yang ada pada rak 5 yaitu pada jam 14.30 WITA yaitu sebesar 64,4 0C. 4.2 Menghitung Temperatur Masing – Masing Rak Secara keseluruhan perbedaan temperatur dari masing-masing rak terjadi dalam setiap jam pengujiannya mulai dari jam 09.30 WITA sampai jam 15.30 WITA. Untuk lebih jelasnya, perbedaan temperatur masing-masing rak pada pengujiannya dapat dilihat pada tabel 4.1. Pada tabel 4.1 di atas terlihat jelas bahwa temperatur yang tinggi terdapat pada rak yang ke-5 (T5) yaitu pada jam 09.30 sebesar 51,3 0C, jam 10.30 yaitu sebesar 57,55 0C, jam 11.30 sebesar 57,45 0C, jam 12.30 sebesar 57 0C, jam 13.30 sebesar 58,7 0C dan pada jam 14.30 sebesar 64,4 0C serta pada jam 15.30 sebesar 52,9 0C. Pada rak yang ke-5 (T5) ini temperatur yang terendah terdapat pada jam UNIVERSITAS HALU OLEO

40

09.30 sebesar 51,3 0C dan temperatur yang tertinggi terdapat pada jam 14.30 sebesar 64,4 0C. Rata-rata temperatur yang dihasilkan masing - masing rak dalam sehari dapat dihitung menggunakan rumus : ₸ =

...............(4.1)

Dimana ₸ = Temperatur rata-rata Ta = Temperatur rak 1 Tb = Temperatur rak 2

Tn = Temperatur rak ke-n Tx = Jumlah rak Untuk temperatur rata – rata yang dihasilkan pada rak 1 (T1) yaitu : ₸ =

₸ =

(

)

(

)

(

(

)

)

(

)

..............(4.2)

33,5℃ + 39,05℃ + 40,9 ℃ + 43,1 ℃ + 43,3 ℃ + 41,35℃ + 41,3 ℃ 7 ₸ = 40,357 ℃

Untuk temperatur rata – rata yang dihasilkan pada rak 2 (T2) yaitu : ₸ =

₸ =

( ) +( ) +( ) + ( )

( )

35,7 ℃ + 42,25℃ + 42,7 ℃ + 44,55℃ + 45,7℃ + 45,2 ℃ + 46 ℃ 7 ₸ = 43,157 ℃

Untuk temperatur rata – rata yang dihasilkan pada rak 3 (T3) yaitu : UNIVERSITAS HALU OLEO

41

₸ =

₸ =

( ) +( ) +( ) + ( )

( )

39,35 ℃ + 45,35 ℃ + 46,1℃ + 48,3℃ + 51,1℃ + 49,2℃ + 47,55℃ 7 ₸ = 46,707 ℃


₸ =

( ) +( ) +( ) + ( )

( )

44,35℃ + 49,9℃ + 52,2℃ + 52,35℃ + 55,15℃ + 54,8℃ + 50,85℃ 7 ₸ = 51,371 ℃


₸ =

( ) +( ) +( ) + ( )

( )

51,3 ℃ + 57,55℃ + 57,45℃ + 57 ℃ + 58,7 ℃ + 64,4 ℃ + 52,9 ℃ 7 ₸ = 57,043 ℃


₸ =

( ) +( ) +( ) + ( )

( )

35,25℃ + 40,8℃ + 41,65℃ + 42,2℃ + 42,85℃ + 42,3℃ + 40,4 ℃ 7


₸ = 40,778 ℃

42


₸ =

( ) +( ) +( ) + ( )

( )

39,5℃ + 44,65℃ + 44,9℃ + 46,8℃ + 45,4℃ + 44,5℃ + 42,65℃ 7 ₸ = 44,057 ℃

Dari hasil perhitungan temperatur rata-rata dalam setiap raknya pada pengujian mulai jam 09.30 – 15.30 WITA di hari pertama tanggal 19 februari 2017 didapatkan hasil pada grafik berikut : 70 temperatur rata-rata 0C

60 50

59,186 49,629 45,214 43,157

53,2 46,77 43,143

Rak 1 Rak 2

40

Rak 3

30

Rak 4 Rak 5

20

Rak 6

10

Rak 7

0 pengujian mulai 09.30 - 15.30 WITA

Gambar 4.1 Grafik rata – rata temperatur masing - masing rak pada alat pengering tenaga surya per hari Pada gambar 4.1 di atas menunjukkan bahwa dalam penggunaan alat pengering tenaga surya mulai 09.30 – 15.30 WITA untuk temperatur maksimal terdapat pada rak 5 yaitu sebesar 59,186 0C dan temperatur terendah terdapat pada rak 6 yaitu sebesar 43,143 0C. Sedangkan untuk temperatur pada rak 1, rak 2, rak 3, rak 4, dan rak 7 bervariasi tergantung dari susunan rak dalam alat pengering. Rak yang paling dekat dengan sumber panas dalam hal ini kaca maka rak tersebut yang paling tinggi temperaturnya. UNIVERSITAS HALU OLEO

43

Untuk rata-rata temperatur alat pengering tenaga surya pada pengujian yang kedua tanggal 20 februari 2017 dapat dilihat pada gambar berikut :

temperatur rata-rata 0C

60 50 40

49,54 43,786 41,1 37,557

54,9 41,34 38,41

Rak 1 Rak 2 Rak 3

30

Rak 4

20

Rak 5

10

Rak 6 Rak 7

0 pengujian mulai 09.30 sampai 15.30 WITA

Gambar 4.2 Grafik Temperatur rata – rata alat pengering tiap rak pada pengujian hari ke-2 Pada gambar di atas memperlihatkan temperatur rata-rata yang mampu dihasilkan alat pengering tenaga surya dalam 7 jam pemakaian. Dimana untuk temperatur yang ada di rak pertama yaitu rata-rata 37,557 0C, temperatur rak 2 rata-rata 41,1 0C, temperatur pada rak 3 yaitu rata-rata sebesar 43,786 0C, temperatur pada rak 4 yaitu rata-rata sebesar 49,54 0C dan temperatur pada rak 5 rata-rata sebesar 54,9 0C. Untuk temperatur rak 6 rata-rata sebesar 38,41 0C dan temperatur pada rak 7 yaitu rata-rata sebesar 41,34 0C. Pada pengujian yang ke-2 ini yang paling tinggi temperaturnya masih terdapat pada rak 5 yaitu sebesar 54,9 0C dan temperatur yang terendah terdapat pada rak yang pertama yaitu sebesar 37,557 0C. Berbeda dengan pengujian di hari pertama. Pada pengujian di hari pertama temperatur terendah terdapat pada rak 6 yaitu sebesar 43,143 0C sedangkan pada pengujian yang ke-2 ini temperatur yang paling rendah terdapat pada rak pertama yaitu 37,557 0C. Untuk temperatur rata – rata yang dihasilkan pada masing-masing rak selalu lebih tinggi dari pada temperatur yang di luar alat pengering. Dari hasil perhitungan temperatur rata-rata dalam setiap raknya pada pengujian mulai jam 09.30 – 15.30 WITA selama 2 hari didapatkan hasil pada grafik berikut : UNIVERSITAS HALU OLEO

44

temperatur rata-rata 0C

60 50 40

40,357

57,043 51,371 46,707 44,057 43,147 40,778

Rak 1 Rak 2 Rak 3

30

Rak 4 Rak 5

20

Rak 6

10

Rak 7

0 pengujian mulai 09.30 - 15.30 WITA

Gambar 4.3 Grafik rata – rata temperatur masing - masing rak pada alat pengering tenaga surya per hari Pada gambar 4.1 di atas menunjukkan bahwa dalam penggunaan alat pengering tenaga surya mulai 09.30 – 15.30 WITA untuk temperatur maksimal terdapat pada rak 5 yaitu sebesar 57,043 0C dan temperatur terendah terdapat pada rak 1 yaitu sebesar 40,357 0C. 4.3 Aliran Udara Dalam Alat Pengering Untuk mengetahui arah aliran udara yang terjadi pada alat pengering tenaga surya terlebih dahulu harus mengetahui temperatur dari masing-masing rak. Arah perpindahan panas yang terjadi pada alat pengering yaitu mulai dari temperatur yang tinggi menuju ke temperatur yang rendah.

Gambar 4.4 Arah aliran panas yang terjadi pada alat pengering tenaga surya Pada gambar di atas memperlihatkan arah dari aliran udara yang terjadi dalam alat pengering pada tiap-tiap rak. pada jam 09.30 yaitu T1= 39,8 0C , T2= UNIVERSITAS HALU OLEO

45

40,2 0C , T3= 45,9 0C, T4= 49,6 0C, T5= 56,9 0C, T6= 38,6 0C dan T7= 44,7 0C. Jadi pada jam 09.30 tersebut ketika energi panas masuk ke dalam alat pengering melalui kaca kemudian diteruskan ke rak 5, kemudian menuju rak 4, kemudian rak 3. Setelah energi panas melalui rak 3 kemudian berpindah ke rak 7 , lalu ke rak 2 kemudian rak 1, dan yang terakhir energi panas ke rak 6. Pada jam 09.30 yang paling panas adalah pada rak 5 yaitu sebesar 56,9 0C. Hal ini di sebabkan dalam susunan rak, rak 5 terletak paling atas, jadi rak 5 yang pertama mendapatkan panas karena posisinya lebih dekat dari sumber panas yang terdapat pada kaca di bandingkan dengan posisi rak-rak yang lainnya. Udara didalam alat pengering terus menerus bersirkulasi. Kejadian tersebut berlangsung selama proses pemakaian alat. Karena perbedaan temperatur mempengaruhi arah dari aliran udara maka di setiap jam pemakaiannya arah aliran udara berbeda pula. 4.4 Menghitung Energi Yang Masuk Pada Alat Pengering Sebagai ilustrasi perhitungan efisiensi pengering tenaga surya, dipilih pengujian pada jam 09.30 WITA. Intensitas cahaya yang terukur yaitu sebesar 420 w/m2. Energi radiasi yang diterima alat pengering tenaga surya adalah : Qradiasi = I x Akolektor...........................(4.3) Dimana : I = Intensitas cahaya A = Luas penampang kolektor = 408,5 W/m2 x 1,8 m x 0,67 m = 492,651 W Energi yang diserap oleh udara pada jam 09.30 adalah : Qu = ṁ x Cp x (₸ kl - ₸kd)...........(4.4) Dimana : Qu = Panas yang masuk di dalam kolektor ṁ = Laju aliran massa udara UNIVERSITAS HALU OLEO

46

Cp = kalor spesifik ₸kl = Temperatur kolektor luar ₸kd = Temperatur kolektor dalam Dimana : ṁ = ρ x A x v.......................(4.5) Dimana ṁ = Laju aliran massa ρ = massa jenis udara A = Luas penampang kolektor V = Kecepatan angin ṁ = 1,3

x 0,67 m x 0,05 m x 0,8 ṁ = 0,697

Dengan ₸ kd adalah temperatur kolektor dalam dan juga merupakan hasil dari penjumlahan temperatur masing-masing rak dibagi dengan banyaknya rak. Untuk mengetahui efisiensi alat per jamnya maka harus dihitung jumlah temperatur keseluruhan alat. Untuk temperatur rata – rata pengujian hari pertama : ₸

₸

+

=

+

+

+

+

+

7 38,9 + 40,2 + 45,8 + 49,6 + 56,9 + 38,6 + 44,7 = 7 = 44,957 0C

₸

Untuk temperatur rata – rata pengujian hari ke-2 : ₸

₸

=

+

+

+

+

+

+

7 28,1 + 31,2 + 32,9 + 39,1 + 45,7 + 31,9 + 34,3 = 7 ₸


= 34,743 0C

47

Jadi, ₸

=

₸

₸

₸ 2

= 39,85 ℃

Jadi energi yang diserap oleh udara pada jam 09.30 WITA sampai jam 10.30 WITA adalah : Qu = ṁ x Cp x (₸ Km - ₸kk) = 0,697

x (39,85 0C – 29,15 0C)

x 670

= 4995,4 W Pada alat pengering tenaga surya dengan ketebalan kolektor yang sangat kecil, dx, dimana terdapat suatu perbedaan temperatur, dT, maka didapatkan hukum hantaran kalor, dengan rumus : = − = −0,78

℃

1,8

..............(4.6) 0,67

= −2013,055

39,85 ℃ − 29,15 ℃ 0,005

H adalah banyaknya perpindahan kalor per satuan waktu yang melalui luas kolektor, dT/dx dinamakan gradien temperatur dan k adalah sebuah konstanta perbandingan yang disebut konduktivitas termal. Karena kalor mengalir ke arah temperatur yang semakin berkurang maka pada persamaan disisipkan tanda negatif. Sebuah zat yang yang mempunyai konduktifitas termal (k) yang besar adalah penghantar kalor yang baik dan zat mempunyai konduktivitas (k) yang kecil adalah penghantar kalor yang jelek atau sebuh isolator yang baik. Nilai dari


48

konduktivitas termal tergantung dari besarnya temperatur. Apabila temperatur semakin besar maka konduktivitas termal suatu zat semakin besar pula. 4.5 Menghitung Energi Yang Terbuang Dalam suatu ruangan yang menggunakan kalor sebagai energi, ada energi yang di manfaatkan dan ada juga energi yang hilang. Fenomena hilangnya energi tersebut dapat di sebabkan oleh energi yang keluar melalui dinding dari alat secara konduksi. Pada alat pengering tenaga surya kehilangan energi yang melalui dinding dapat di hitung dengan rumus berikut : =− . .

............(4.7)

Sebagai contoh menghitung kerugian energi pada alat pengering tenaga surya tipe down draft yang terjadi pada jam 09.30 yaitu sebagai berikut : Untuk kerugian energi dinding bagian belakang kolektor : = −0,059

℃

1,4

39,85 ° − 23,2 ° 0,005

0,67

= −184,287

Kerugian energi dinding bagian samping kiri kanan kolektor yaitu : = −0,059

1 ℃ 2

2

1,13

1,4

= −199,743

39,85 ° − 29,15 ° 0,005

Kerugian energi dinding bagian bawah alat pengering tenaga surya : = 0,059

℃

Total kerugian yaitu sebesar


1,13

0,67

= −184,482

39,85 ° − 20,65 ° 0,005

49

=

= (−184,287)

+ (−199,743)

+ (−184,482)

= −568,515

Jadi kerugian energi alat pengering tenaga surya tipe down draft pada saat saat pengujian jam 09.30 yaitu sebesar -568,515 W. 4.6 Menghitung Efisiensi Alat Pengering Efisiensi energi adalah perbandingan antara energi output dan energi input pada suatu mesin. Baik mesin uap, turbin gas maupun mesin konvensional lainnya. Pada pengujian alat yang dilakukan untuk mencari nilai dari efisiensi alat pengering menggunakan rumus (Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Through Academic and Technical Trainings For Energy Management Professionals, 2014) : ∑

=

100%.......(4.8)

Dengan EInput adalah energi yang masuk di dalam alat pengering tenaga surya dan ∑ temperatur :

adalah energi yang hilang akibat perbedaan

− =

−∑ =

−

4995,4 − 568,515 4995,4 = 88,619%

100% 100%

Jadi, efisiensi pengeringan produk menggunakan alat pengering tenaga surya dibandingkan mengeringkan langsung mengenai cahaya matahari pada jam 09.30 yaitu sebesar 88,619 %. Pada semua pengujian selama 7 kali pengujian mulai dari jam 09.30 WITA sampai jam 15.30 WITA temperatur udara dalam alat pengering selalu lebih besar dibandingkan dengan temperatur luar alat. Menurut UNIVERSITAS HALU OLEO

50

teori semakin besar temperatur tempat mengeringkan suatu produk maka semakin besar pula efisien pengeringan produk tersebut. Hal tersebut terjadi Karena temperatur yang tinggi dapat membuat air mengalami penguapan. Ketika air menguap maka kelembaban dari produk tersebut semakin berkurang. Peristiwa naik turunnya temperatur pada alat pengering tenaga surya disebabkan kondisi cuaca yang tidak menentu dan besarnya intensitas cahaya matahari. Sedangkan untuk kecepatan angin tergantung dari partikel yang dibawa dari angin tersebut apabila angin mengandung partikel panas maka panas pula benda yang di sentuh oleh angin dan apabila partikel yang dibawa oleh angin mengandung air maka akan mengurangi temperatur dari alat disebabkan perbedaan temperatur dari benda dengan temperatur yang ada di lingkungan sekitar. 3,5 3

878

2,5 2 1,5 1

3

408,5

0,5 88,62 0 9.30

502

0,8

2,1

1,75 1,15

92,18 10.30

11.30

1000 740,5

800

1,45

586 18,8

1200

1044,5

27,2 12.30

27,38 13.30

30,97 14.30

1,6 600 558,5 400

22,42 200 0 15.30

kecepatan angin intensitas efisiensi

Waktu

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara waktu, intensitas matahari dan kecepatan angin terhadap efisiensi alat pengering tenaga surya Gambar 4.5 di atas menunjukkan hubungan antara waktu, efektifitas pemakaian dan efisiensi alat pengering tenaga surya. Pada waktu 14.30 menunjukkan nilai tertinggi dari efisiensi pemakaian alat pengering tenaga surya tersebut dengan nilai sebesar 30,97 % dan nilai efisiensi terendah terdapat pada waktu 15.30 dengan nilai 22,416 %. Selain kecepatan angin dan besarnya intensitas matahari, kondisi cuaca juga memiliki pengaruh terhadap efisiensi pemakaian alat pengering tenaga surya. UNIVERSITAS HALU OLEO

51

Hal ini dapat di lihat pada tabel 4.1 atas walaupun intensitas radiasi matahari besar , namun apabila kecepatan angin juga besar dan energi yang diserap oleh dinding juga besar maka efisiensi dari alatpun juga makin berkurang. Setelah melakukan pengamatan terhadap alat pengering tenaga surya maka data-data yang didapatkan selanjutnya dilakukan analisa data. Adapun hasil analisa data yang dilakukan pada pengering produk menggunakan alat pengering tipe down draft dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 4.3 Hasil Analisa Data Alat Pengering Tenaga Surya

Waktu (jam)

Qrad (W)

Qu (W)

Qkaca (W)

9.30

492,651

4995,359

2013,055

-568,515

10.30

605,412

8523,04

2389,327

-666,856

7856,184

92,18%

11.30

706,716

8943,21

1647,534

-562,333

8380,877

18,80%

12.30

1058,868

22745,47

2444,29

-692,095

22053,375

27,20%

13.30

1259,667

16404,15

2518,335

-713,209

15690,941

27,38%

14.30

893,043

12795,4

2844,885

-775,708

12019,692

30,97%

15.30

673,551

9617,234

1937,801

-633,142

8984,092

22,42%

∑

(W)

Qu∑

4426,844

Efisiensi (%) 88,62%

43,94%

Dari hasil perhitungan efisiensi alat pengering produk dalam 7 jam pemakaian

dengan selang waktu 1 jam pengujian selama 4 hari didapatkan

efisiensi total sebesar 43,94 % ini Sesuai dengan teori bahwa Standar efisiensi pengeringan yang ideal dalam pengeringan hasil pertanian adalah 20 – 50 % dari kandungan air sebelum dikeringkan.


Efisiensi total

52

4.7 Analisa Pengeringan Produk 4.7.1 Gabah Pada pengujian alat pengering tenaga surya yang mempunyai 7 rak sebagai penyimpan produk gabah yang ingin dikeringkan, gabah yang dikeringkan dalam alat pengering tenaga surya ini sebanyak 1000 g tiap masing-masing rak. Pengambilan data dilakukan setiap selang waktu 1 jam selama 7 kali yaitu mulai jam 9.30 WITA sampai jam 15.30 WITA. Dari hasil pengamatan yang dilakukan berat gabah dari 09.30 WITA sampai 15.30 WITA selalu mengalami penurunan. Pada rak pertama berat gabah dari 1000 g menurun menjadi 986 g. Kemudian menurun lagi menjadi 976, sampai pada jam 15.30 penurunan berat gabah menjadi sebesar 893 g. Setelah melakukan pengujian alat pengering tenaga surya dengan produk gabah yang dikeringkan bahwa maksimal penurunan berat gabah yaitu terdapat pada rak 5. Dari 1000 g menurun menjadi 935 g, kemudian di jam berikutnya menurun lagi menjadi 906 g sampai pada jam 15.30 penurunan berat dari gabah yang dikeringkan sebesar 831 g. Untuk lebih jelasnya mengenai penurunan dari berat gabah yang dikeringkan menggunakan alat pengering tenaga surya dapat dilihat pada gambar berikut :


53

1050

berat gabag (g)

1000

1000 977

950

Rak 1 965

935 906

900

956

890

941

Rak 2 933 907

879

Rak 4 Rak 5

857

850

Rak 3

831

Rak 6 Rak 7

800 09.30 10.30 11.30 12.30 13.30 14.30 15.30 waktu

Gambar 4.6 Grafik hubungan berat gabah terhadap waktu Pada gambar di atas memperlihatkan bahwa yang paling cepat menurunkan berat dari gabah yaitu terdapat pada rak 5 hingga mencapai 831 g, dan yang paling lambat yaitu terdapat pada rak 6 hanya mencapai 907 g. Pada pengeringan gabah menggunakan alat pengering tenaga surya selain berat dari gabah yang menurun kelembaban pun juga turut menurun. Hal ini dapat

kelembaban

dilihat pada gambar berikut : 100 90 80 70 60 50 40 30 20

87,4

79,5

Rak 1 75,5

71,4

67,8

57,2 46,4

Rak 2 63,2

63,2

Rak 3 Rak 4

38,1

31,6

27,3

21,8 21,8 09.30 10.30 11.30 12.30 13.30 14.30 15.30 waktu

Rak 5 Rak 6 Rak 7

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara waktu dan kelembaban


54

Pada gambar di atas menunjukkan bahwa yang paling cepat menurunkan kelembaban pada saat mengeringkan gabah menggunakan alat pengering tenaga surya yaitu terdapat pada pada rak 5. Kelembaban dari 1000 g gabah pertama pada jam 09.30 yaitu sebesar 57,2, kemudian menurun menjadi 46,4 dan ketika jam 15.30 kelembaban dari gabah yang dikeringkan mencapai 21,8. Penurunan dari berat gabah yang dikeringkan dan penurunan kelembaban di dalam alat pengering tidak lepas dari pengaruh temperatur di dalam alat pengering tersebut. Untuk lebih jelasnya pengaruh temperatur terhadap penurunan berat gabah dan kelembaban saat mengeringkan gabah menggunakan alat

Temperatur -C

pengering tenaga surya dapat dilihat pada gambar berikut : 70 65 60 55 50 45 40 35 30

Rak 1 Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 Rak 6 09.30 10.30 11.30 12.30 13.30 14.30 15.30

Rak 7

Waktu

Gambar 4.8 Temperatur masing-masing rak di dalam alat pengering tenaga surya dengan produk yang dikeringkan berupa gabah Pada gambar di atas memperlihatkan temperatur di dalam alat pengering tenaga surya ketika mengeringkan produk gabah Selama 7 jam. Gambar di atas juga memperlihatkan bahwa temperatur yang ada pada rak 5 merupakan temperatur yang paling tinggi mulai jam 09.30 sampai 15.30 dibandingkan dengan temperatur yang ada pada rak-rak lainnya.


55

4.7.2 Sagu Setelah melakukan pengujian alat pengering tenaga surya dengan produk yang dikeringkan menggunakan gabah kemudian dilakukan lagi analisa pengeringan menggunakan sagu. Pada pengujian alat pengering tenaga surya yang mempunyai 7 rak sebagai penyimpan produk sagu yang ingin dikeringkan, sagu yang dikeringkan dalam alat pengering tenaga surya ini sebanyak 1000 g tiap masing-masing rak. Pengambilan data dilakukan sama dengan pengambilan data alat dalam kondisi kosong dan pada saat mengeringkan gabah yaitu setiap selang waktu 1 jam selama 7 kali mulai jam 9.30 WITA sampai jam 15.30 WITA. Dari hasil pengamatan yang dilakukan berat sagu dari 09.30 WITA sampai 15.30 WITA selalu mengalami penurunan sama dengan pada saat mengeringkan gabah. Pada rak pertama berat sagu dari 1000 g menurun menjadi 993 g. Kemudian menurun lagi menjadi 987, sampai pada jam 15.30 penurunan berat sagu yang terjadi pada rak pertama menjadi sebesar 954 g. Pada pengujian alat pengering tenaga surya dengan produk yang dikeringkan berupa sagu didapatkan hasil bahwa maksimal penurunan berat sagu ketika dikeringkan yaitu terdapat pada rak 5. Dari 1000 g menurun menjadi 974 g, kemudian di jam berikutnya menurun lagi menjadi 956 g sampai pada jam 15.30 penurunan berat dari gabah yang dikeringkan sebesar 894 g. Untuk lebih jelasnya mengenai penurunan dari berat sagu yang dikeringkan menggunakan alat pengering tenaga surya dapat dilihat pada gambar berikut :


56

1010

berat sagu (g)

990

1000 996

986

974

970

956

950

983

974

971

Rak 1 965

953

Rak 2 Rak 3 Rak 4

930

Rak 5

916

910

Rak 6

905 894

890

Rak 7

09.30 10.30 11.30 12.30 13.30 14.30 15.30 waktu

Gambar 4.9 Grafik hubungan berat sagu terhadap waktu Pada gambar di atas memperlihatkan bahwa yang paling cepat mengalami penurunan berat sagu yaitu terdapat pada rak 5 hingga mencapai 894 g, dan yang paling lambat yaitu terdapat pada rak 6 hanya mencapai 965 g. 65

Temperatur 0C

60 55

Rak 1

50

Rak 2

45

Rak 3

40

Rak 4

35

Rak 5

30

Rak 6

25

Rak 7 09.30 10.30 11.30 12.30 13.30 14.30 15.30 Waktu

Gambar 4.10 Grafik temperatur masing-masing rak dalam alat pengering tenaga surya dengan produk yang dikeringkan berupa sagu


57

Pada gambar di atas memperlihatkan temperatur di dalam alat pengering tenaga surya ketika mengeringkan produk sagu Selama 7 jam. Gambar di atas juga memperlihatkan bahwa temperatur yang ada pada rak 5 merupakan temperatur yang paling tinggi mulai jam 09.30 sampai 15.30 dibandingkan dengan temperatur yang ada pada rak-rak lainnya. Setelah dilakukan analisa terhadap alat pengering tenaga surya baik dalam kondisi kosong maupun dengan produk yang dikeringkan berupa gabah dan sagu didapatkan hasil bahwa selalu di rak 5 yang paling tinggi temperaturnya. Untuk lebih jelasnya mengenai temperatur yang ada pada rak 5 ketika pengujian dapat dilihat pada gambar berikut :

Rak 5 70 Temperatur 0C

65

64,4

60

64,4

63,9 59,4 57,55 56,4 57,45 57 55,6

55 50

67,6 58,7 58,3

52,1 48,2

51,3 50,6

45

45,1

40

52,9

kosong

46,2 43,5

gabah sagu

38,2

35

09.30 10.30 11.30 12.30 13.30 14.30 15.30 Waktu

Gambar 4.11 Grafik temperatur rak 5 pada alat pengering tenaga surya dalam kondisi kosong dan ketika mengeringkan produk gabah dan sagu Pada gambar di atas memperlihatkan bahwa ketika pengujian dalam kondisi kosong temperatur yang ada pada rak 5 selalu naik dari jam 09.30 dengan temperatur 51,3 0C kemudian di jam 10.30 naik menjadi 57,55 0C. Kenaikan temperatur di rak 5 pada pengujian alat pengering kondisi kosong


terus

58

berlangsung sampai pada jam 14.30 yaitu mencapai 64,4 0C, kemudian di jam 15.30 turun menjadi 52,9 0C. Pada pengujian alat pengering dengan produk gabah dan sagu temperatur yang ada pada rak 5 bervariasi tiap jamnya, kadang naik kadang juga mengalami penurunan temperatur. Hal ini tergantung dari jumlah kalor yang masuk pada alat pengering. Apabila kondisi cuaca cerah dan kecepatan angin rendah serta intensitas cahaya besar maka kalor yang masuk akan besar pula. Tetapi kalau kecepatan angin besar walaupun intensitas cahaya besar maka kalor yang masuk pada alat pengering tenaga surya kecil. Hal tersebut disebabkan ketika kecepatan angin besar maka akan membawa energi dari matahari ke tempat yang memiliki temperatur rendah dengan cepat.


59

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian “alat pengering tenaga surya” yaitu : 1.

Distribusi laju pengeringan dalam setiap rak bervariasi sesuai dengan suhu masing-masing rak.

2.

Hasil dari pengeringan gabah selama 7 jam menggunakan alat pengering tenaga surya mampu menurunkan berat basah gabah dari 1000 g menjadi 831 g dan berat basah sagu dari 1000 g menjadi 894 g.

3.

Efisiensi total alat pengering tenaga surya yaitu sebesar 43,94 %, sesuai dengan nilai teoritis standar pengering yang ideal yaitu 20 - 50 %.

5.2 Saran Setelah dilakukan penelitian terhadap “Alat Pengering Produk Tenaga Surya”, maka perlu diadakan pengembangan penelitian mengenai bahan yang tahan terhadap hujan agar ketika alat sedang terpakai walaupun hujan tidak mengurangi temperatur dalam ruang, kalaupun mengalami penurunan hanya beberapa persen saja.


60

LAMPIRAN

Lampiran 1. Tabel Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” pada kondisi kosong tanggal 19 februari 2017 T0 T0 T0 bawah belakang Kiri=kanan

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

H0

Hi

I (W/m2)

v angin (m/s)

33,8

38,9

40,2

45,8

49,6

56,9

38,6

44,7

7,9

8,9

420

0,4

27,8

34,3

42,2

45,3

50,1

56,2

64,7

42,6

48,2

6,7

6,9

532

0,8

27,7

29,2

41,5

45,4

46,7

49,8

57,1

60,3

45,2

50,0

0

0

615

1,7

12.30

28,4

29,8

38,83

46,1

46,7

50,5

52,6

57,6

45,3

50,8

0

0

972

2,6

5

13.30

27,5

29,2

39

46,9

48,1

53,5

53,1

56,3

46,9

50,5

0

0

1120

1,8

6

14.30

26,8

28,5

35,6

41,4

44,3

49,7

53,2

65,1

41,9

40,1

0

0

792

1,2

7

15.30

26,1

29,6

40,2

41,2

45,2

48,0

50,6

53,4

41,5

43,1

0

0

554

1,7

No

Waktu

1

9.30

21,6

24,1

2

10.30

25,4

3

11.30

4

Lampiran 2. Tabel Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” pada kondisi kosong tanggal 20 februari 2017

No

Waktu

T0 bawah

1

09.30

16,8

T0 T0 kiri=kan belakang an 22,3

24,5

T1

T2

28,1

31,2

T3

I v angin (W/m2) (m/s)

T4

T5

T6

T7

32,9

39,1

45,7

31,9

34,3

397

1,2

2

10.30

18,5

24,1

31,6

35,9

39,2

40,6

43,6

50,4

39

41,1

472

1,5

3

11.30

22,6

26,4

34,1

36,4

38,7

42,4

47,3

54,6

38,1

39,8

557

1,8

4

12.30

18,4

23,8

30,7

40,1

42,4

46,1

52,1

56,4

39,1

42,8

784

3,4

24,7

32

39,7

43,3

48,7

57,2

61,1

38,8

40,3

969

2,4

41,3

46,1

48,7

56,4

63,7

42,7

48,9

689

1,7

46,8

47,1

51,1

52,4

39,3

42,2

563

1,5

5

13.30

20,9

6

14.30

17,3

23,2

31,8

7

15.30

17,9

21,3

31,1


41,4

61

Lampiran 3. Tabel Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” tanggal 23 februari 2017 dengan produk yang dikeringkan berupa gabah Waktu 09.30 10.30

11.30

12.30

13.30

14.30

15.30

Keterangan Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban

Rak 1 36,6 1000 87,4 38,1 986 79,5 35,4 976 75,5 41,5 965 71,4 41,4 948 67,8 38,9 927 63,2 36,8 893 56,9

Rak 2 36,7 1000 77,8 37 980 69,6 38,2 964 63,8 41,6 954 58,2 39,5 936 51,7 39,6 916 47,3 37,7 895 44,1

Rak 3 41,9 1000 71,9 41,1 983 65,7 40,4 964 59,7 47 950 56,2 45,1 937 49,5 37,3 915 43,8 41,4 887 39,2

Rak 4 45,2 1000 64,2 45,7 966 59,5 43,4 943 46,7 46 925 41,2 48,8 916 37,8 44,6 898 34,2 42,4 873 31,7

Rak 5 64,4 1000 57,2 67,6 935 46,4 45,1 906 38,1 63,9 890 31,6 58,3 879 27,3 52,1 857 21,8 43,5 831 16,1

Rak 6 38,5 1000 84,4 39,4 977 83,2 37,6 965 77,3 42,2 956 72,7 42,5 941 65,3 41,5 933 58,9 40 907 54,5

Lampiran 4. Tabel Hasil Pengamatan “ alat pengering tenaga surya ” tanggal 23 februari 2017 dengan produk yang dikeringkan berupa gabah Waktu 09.30 10.30 11.30 12.30 13.30 14.30 15.30

Keterangan Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban Temperatur Berat Bahan Kelembaban


Rak 1 34,1 1000 68,8 34,7 993 67,9 37,8 987 67,7 39,4 986 49,3 32,3 975 47,9 34,2 969 43,6 35,4 954,3 35,2

Rak 2 35,9 1000 74,1 37,5 991 58,1 41,5 978 52,5 42,3 971 50,3 34,5 957 40,1 36,4 948 28,8 38,3 932,7 24,4

Rak 3 40,1 1000 77,5 38,4 988 56,9 47,2 973 47,9 46,1 968 40,3 35,4 953 36,3 40 941 29,2 40,9 924,3 24,7

Rak 4 44,2 1000 62,7 47,3 981 47,8 50,4 962 34,3 50,9 955 29,2 36,5 937 25,8 44,7 925 25,9 42,1 909 21,1

Rak 5 50,6 1000 40,6 59,4 974 34,3 56,4 956 27,8 55,6 953 24,6 38,2 916 21,5 48,2 905 18,6 46,2 894,1 16,9

Rak 6 37,9 1000 79,8 37,9 996 72,8 36,4 986 69,1 37,7 983 48,5 30,2 974 42,3 37,8 971 38,8 36 965,3 31,7

Rak 7 42,5 1000 76,5 42,5 965 71,2 37,8 945 65,4 44,1 933 60,9 43,7 919 52,1 43 863 45,3 42,4 839 39,6

Rak 7 38 1000 52,2 35,4 987 38,3 40,2 982 37,8 42,2 976 35,6 35,1 956 28,3 41,7 947 24,3 35,3 936,1 22,7

62

Lampiran 5. Pemasangan kolektor kaca pada alat pengering tenaga surya

Lampiran 6. Pengukuran kelembaban rak pada alat pengering tenaga surya

Lampiran 7. Pengukuran suhu rak pada alat pengering tenaga surya


63

DAFTAR PUSTAKA

Ansar, dkk. 2012. Karakteristik pengeringan chips mangga menggunakan kolektor surya kaca ganda. Jurnal teknologi dan insdustri pangan. Vol. XXIII No. 2. Tahun 2012. Halaman 153-157. Endri Yani., 2009 Penghitungan Efisiensi Kolektor Surya Pada Pengering Surya Tipe Aktif Tidak Langsung Pada Laboratorium Surya ITB, Jurnal Teknik Mesin No.31 Vol.2, Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas, Padang. Halliday,D., Resnick,R.,Silaban,P dan Sucipto, E., 1987, Fisika Dasar 1, Edisi ke3, Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta. Haryadi & Ali Mahmudi. 2012. Perpindahan panas. Politeknik negeri bandung. Bandung. Imbir, Elieser, dkk. 2015. Studi pengeringan ikan layang (Decapterus sp) asin dengan penggunaan alat pengering surya. Jurnal media teknologi hasil perikanan. Vol. 3, No. 1, Februari 2015. Halaman 13-18. Khalid, Anhar. 2013. Optimasi desain alat pengering ikan air tawar dengan kapasitas 20 kg memanfaatkan energy surya. Jurnal INTEKNA. Vol XIII, No. 2, Nopember 2012. Halaman 165-171. Napitupulu, Farel H, dkk. 2015. Kinerja pengering surya sistem integrasi menggunakan kolektor plat datar-bersirip dan absorben termokimia untuk pengeringan kakao. Jurnal riset industri. Vol. 9, No. 1, April 2015. Halaman 1-11. Putra, Ismet Eka, dkk. 2013. Analisa efisiensi alat pengeringan tenaga surya tipe terowong berbantukan kipas angin pada proses pengeringan biji kopi. Jurnal teknik mesin. Vol. 3, No. 2, Oktober 2013. Halaman 22-25.


64

Rendi. 2016. Optimasi perancangan alat pengering ikan air tawar kapasitas 50 kg memanfaatkan tenaga surya dan biomasa. Jurnal info teknik. Vol, 17. No, 1. Juli 2016. Halaman 111-126. UPLIFT., 2014, Upgrading and Leveraging Indonesia To Fortify Energy Efficiency Trough Academic and Technical Training For Energy Managemen Professionals, Revisied Module Outline, Di akses pada tanggal 01 Januari 2017. Yanda, Juli Rian, dkk. 2014. Uji kinerja pengering surya dengan kincir angin savonius untuk pengeringan ubi kayau (Manihot esculenta). Jurnal rona teknik pertanian. Vol. 7, No. 2, Oktober 2014. Halaman 100-111.


65

EFISIENSI PENGERING PRODUK MENGGUNAKAN ALAT PENGERING SURYA TYPE DOWN DRAF SKRIPSI

Recommend Documents