KAJI EKSPERIMENTAL ALAT PENGERING TENAGA SURYA DENGAN VARIASI SUDUT KONSENTRATOR CERMIN DATAR DAN SUDUT RIBLETS UNTUK PELAT ABSORBER

ISSN 1412-2995

Jurnal Saintika Volume 15(1I): 90 -105, 2014

KAJI EKSPERIMENTAL ALAT PENGERING TENAGA SURYA DENGAN VARIASI SUDUT KONSENTRATOR CERMIN DATAR DAN SUDUT RIBLETS UNTUK PELAT ABSORBER Eka Daryanto1 dan Suprapto2 Jurusan Pend. Teknik Mesin, FT, Universitas Negeri Medan, Jl. Willem Iskandar Psr. V Medan, Indonesia 20221, Email: [email protected] 12

Diterima 2 Juli 2014, disetujui untuk publikasi 22 Agustus 2014 Abstrak: This research aims to design and test equipment Solar Dryer and Bio Gas (APTMBG) based; 1) the influence of the angle and the angle concentrator peprindahan ribelts on the rate of heat that occurs in the solar thermal energy absorber channels and fish drying chamber, 2). surface roughness on absorbernya plate with the drying process using solar energy and drying with solar-biomass energy The results showed that the drying of fish products using heat sources of biomass and gas have had advantages and disadvantages. The test results showed it by using solar thermal drying diruang temperatures average only reached 40-500C. The condition of maximum solar heat can not be achieved because at the time of data collection in August and September in the field occurred rainy season. While testing the use of heat from biomass (charcoal) and drying gas temperature in the drying chamber reaches an average of 50-700C. To dry salted fish which has a water content of 100% up to 10% takes 3-4 hours with mass consumption of biomass (charcoal) 2 kg.

Pendahuluan: Selama ini proses pengeringan ikan masih dilakukan secara tradisioanal sekali, yaitu dengan penjemuran ikan ditempat terbuka yang dihamparkan pada para-para. Cara ini jelas menimbulkan banyak kerugian, diantaranya bau busuk yang menjadikan pencemaran udara bagi penduduk sekitar, ikan akan tercampur dengan kotoran-kotoran yang dibawa oleh debu, lalat, dan sejenisnya. Selain itu waktu pengeringan yang tergantung oleh intensitas radiasi surya, karena pada saat musim kemarau pengeringan ini tidak menjadi masalah, akan tetapi Jurnal Saintika  Volume 15 Nomor 1I September 2014

Kata kunci: Ribelts, absorber, solar dryer

pada saat musim penghujan atau keadaaan mendung atau pada saat intensitas radiasi surya relatif kecil atau bahkan tidak ada, misalnya pada saat sore hari, atau malam hari proses pengeringan ini terhenti. Dan proses pengeringan ikan yang cukup lama dengan kondisi cuaca yang tidak menentu sering kali membuat produk ikan tidak malah baik tetapi akan membusuk, hal ini karena terjadi kebasahan kembali pada produk ikan tersebut. Salah satu alternatif untuk memecahkan masalah tersebut adalah dengan mengembangkan alat pengering dual sistem, karena dengan alat ini proses pengeringan dapat 90

Kaji Eksperimental Alat Pengering Tenaga Surya Dengan Variasi Sudut Konsentrator Cermin Datar Dan Sudut Riblets Untuk Pelat Absorber

berjalan dengan kontinyu sehingga proses kebersihan ikan dapat terjaga, selain itu mencegah ikan dari kebusukan pada saat cuaca tidak menentu, dan mempercepat waktu pengeringan apabila alat ini dijalankan secara kontinyu, misalya pada waktu siang hari menggunakan kolektor surya dan malam hari menggunakan panas dari pembakaran bahan bakar kayu bakar. Untuk mengeringkan suatu ikan dibutuhkan energi yang sangat besar. Nelayan kebanyakan melakukan penjemuran di bawah teriknya sinar matahari. Temperatur lingkungan adalah sekitar 33° C, sedang temperatur pengeringan untuk komoditi hasil nelayan kebanyakan berkisar 60-70°C. Jika menggunakan udara pemanas bertemperatur lingkungan atau lebih rendah dari temperatur pengeringan tersebut, maka akan membutuhkan waktu yang lebih panjang. Keberhasilan proses pengeringan sangat bergantung pada kemampuan kerja alat mentransformasikan energi panas yang berasal dari sumber energi alternatif yang tersedia pada kolektor surya oleh energi matahari maupun energi panas hasil dari pembakaran bahan bakar kayu bakar, untuk menghasilkan udara kering yang mampu mengeringkan ikan sampai pada kondisi yang diinginkan. Adanya riblet pada plat absorber akan menambah kekasaran permukaan pada plat absorber tersebut. Kekasaran permukaan plat absorber tersebut menyebabkan lapisan batas ( boundary layer ) semakin tebal. Semakin tebalnya boundary layer pada permukaan plat penyerap akan mampu menyerap Jurnal Saintika  Volume 15  Nomor I1 September 2014

energi panas matahari secara maksimal, dibandingkan dengan permukaan pelat absorber yang rata. Analisa akan dilakukan terhadap berubahnya parameterparameter pengeringan seperti ukuran riblet, temperatur, kelembaban dan kecepatan udara pengering dan pengaruh terhadap laju dan effisiensi pengeringan. Dari analisa tersebut diharapkan dapat diperoleh saransaran untuk memperbaiki guna perencanaan alat pengering ikan yang lebih baik. A. TINJAUAN PUSTAKA 1. Teori Pengeringan Pengeringan adalah proses perpindahan panas dan massa secara simultan yang memerlukan energi panas, untuk menguapkan kandungan massa air yang dipindahkan dari permukaan bahan ke udara pengering dalam media pengering. Dasar proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara pengering karena perbedaan kandungan uap air pada udara pengering dengan kandungan uap air dari bahan yang akan dikeringkan. Dalam hal ini kandungan uap air udara pengering lebih sedikit atau dengan kata lain udara mempunyai kelembaban nisbi yang rendah sehin.gga terjadi penguapan. Suatu proses pengeringan terdiri dari tiga periode laju pengeringan, yaitu : a). Periode laju pengeringan menaik, b) Periode laju pengeringan konstan dan c) Periode laju pengeringan menurun. Laju pengeringan optimal adalah suatu kondisi dimana laju diffusivitas air dari dalam daging ikan sampai pada permukaan, sama dengan laju 91

Eka Daryanto dan Suprapto

penguapan uap air dari permukaan n”wf =

Dwf .(  air   uap air tp

( sat, pd ,temp ,ud , peng)

ikan ke udara pengering, n”wf = n”wa.

) (2.1)

2 o o o o o

dimana : n”wf = laju pengeringan (kg/s.m2). Dwf = koefisien diffusivitas air di dalam ikan (m/s2). air = massa jenis air pada daging ikan (kg/m3). air (sat) = massa jenis uap air jenuh pada udara pengering di dekat permukaan ikan (kg/m3). tp = tebal ikan (m).

Tabel 2.1. Nilai diffusi pada ikan Koefisien Diffusi (Dwf) ( 10-10 m2/s Kadar Lemak ) 0 3,42  0,34 5 1,2 10 0,74 15 0,53 s/d 20% 20 0,41 25 0,34 30 0,28 o Tud, peng, keluar = Temperatur udara 2. Kebutuhan Energi Pengeringan pangering keluar, (K) Berdasarkan asumsi untuk proses pengeringan yang berlangsung Panas laten penguapan air bebas secara adiabatis, kebutuhan energi pada temperatur 30C sekitar 2,43 pengeringan dapat dihitung dengan MJ/kg. Untuk menguapkan air yang menggunakan persamaan terikat pada tubuh ikan diperlukan kesetimbangan energi : energi panas yang lebih banyak. mair .hfg  mud .C p .(Tud , peng,masuk  Tud , peng,keluar )Jumlahnya akan semakin berkurang apabila temperatur dan kadar (2.2)air ikan bertambah. Sebagai pendekatan harga dimana: panas Laten penguapan air pada ikan o mair = Jumlah massa uap air untuk perhitungan diambil hfg = 2,545 yang diuapkan dari massa air ikan, MJ/kg. Adapun konstanta 1,1 pada (kg) persamaan 2 didefinisikan bahwa 100% o mud = Massa udara kering yang energi panas digunakan untuk proses dibutuhkan, (kg) penguapan air dari produk atau proses o hfg = Panas laten penguapan air pengeringan, sedangkan 10% dalam tubuh ikan, (kJ/kg) digunakan untuk proses pemanasan o Cp = Kapasitas panas jenis bahan sebelum mengalami proses udara pada tekanan konstan, pengeringan. (kJ/kg.K) Jumlah energi yang diperlukan o Tud, peng, masuk = Temperatur udara selama prose pengeringan didasarkan pengering masuk, (K) pada jumlah massa air yang diserap 92

Jurnal Saintika  Volume 15  Nomor1I Maret 2014


udara pengering. Jumlah massa air yang diuapkan (mair) dihitung berdasarkan kadar air awal ikan (Wp,awal) dan kadar air akhirnya (Wp,akhir) dengan menggunakan persamaan: mair = mproduk awal .

(Wp , awal  Wp , akhir ) (100  Wp , akhir ) mproduk

akhir

= mproduk

awal

- mair

dimana mproduk awal adalah massa ikan dalam keadaan basah. 2.

Beberapa Studi tentang pemanfaatan Tenaga matahari Sukrisno Widyotomo [2008], melakukan penelitian pada sebuah alat pengering putar tipe silinder untuk mengeringkan kompos organik dari kulit buah kakao dengan menggunkan bahan bakar minyak tanah. Hasil penelitian menunjukan bahwa pengering tersebut memiliki kapasitas kerja 102—150 kg/jam tergantung pada suhu pengeringan dan kecepatan putar silinder pengering. Pengering akan memberikan hasil yang optimal pada kondisi kerja suhu pengeringan 100oC dan kecepatan putar silinder pengering 10 rpm Auliya Burhanuddin [2005], melakukan penelitian tentang karakterisitk kolektor surya plat datar dengan variasi jarak dan sudut kemiringan kolektor. Hasil penelitian menunjukan penelitian bahwa perbedaan temperatur output -input lebih besar pada jarak 3 cm dan sudut 100, karena sudut 100 lebih mendekati sudut zenit dibanding sudut lainnya. Efisiensi kolektor surya bergantung pada intensitas radiasi matahari, perbedaan temperatur input-output, dan aliran udara. Pada sudut Jurnal Saintika  Volume 15  Nomor I1 September 2014

kemiringan kolektor surya terkecil, menyerap radiasi terbesar. Jika sudut kemiringan kolektor sama dengan sudut zenit maka radiasi yang terserap akan maksimal. Darta Sembiring dkk, [2005], melakukan penelitian pada (2.3) penggunaan energi surya untuk pengering biji kakao basah di PTP-IV Adolina dalam satu siklus pengeringan (2.4) (30 jam) dengan suhu pengeringan 600C dan kecepatan udara pengeringan 0,244 m/s. Hasil penelitian menunjukan kinerja kolektor type plat ukuran 94 x 1020 x 1935 mm dengan gelas ganda yang mempunyai jarak celah udara = 20 mm dan sudut kemiringan plar 5, menghasilkan eneri surya sebesar 33,0635 kkal/kolektor selama 5 jam penyinaran. Mulyanef dan Gusliyadi [2008], melakukan penelitian kompor tenaga surya tipe box menggunakan kosentrator cermin datar pada empat sisi kolektor. Hasil penelitian menunjukan temperatur tertinggi diperoleh pada kolektor menggunakan empat cermin pemantul adalah 96 C

0

0

dan temperatur terendah yaitu 33 C . Sedangkan pada kolektor tanpa cermin pemantul diperoleh temperatur 0

tertinggi 86 C dan temperatur terendah 0

yaitu 32 C Firmansyah dan Aneka F [2011], melakukan penelitian secara ekperimental alat pengering kerupuk tenaga surya tipe box yang menggunakan konsentrator pelat datar dengan sudut reflektor (60o) dan melubangi permukaan kaca dengan diameter 2,5 cm. Hasil penelitian menunjukan effisiensi waktu pengeringan tertinggi dengan menggunakan peralatan pengering tipe 93


box mencapai 75,42 % dan pengeringan langsung effisien tertinggi hanya mencapai 14,59%. Syafriyudin dan Dwi Prasetyo Purwanto [2009], melakukan penelitian untuk oven pengering kerupuk berbasis mikrokontroler Atmega 8535 menggunakan pemanas pada industri rumah tangga. Dari hasil penelitian menunjukan suhu pada mesin pengering dapat mencapai titik penyetelan sebesar 60°C setelah mencapai waktu kurang lebih 5 sampai 6 menit tergantung juga pada pemanas yang digunakan serta kondisi suhu diluar kotak oven pengering. Lama waktu untuk mengeringkan bahan tergantung dari suhu yang dipakai dan kandungan air dari bahan yang dikeringkan, untuk kerupuk dengan kadar air sekitar 23 % dikeringkan dengan suhu sekitar 60°C maka lama waktu pengeringannya sekitar 160 s/d 190 menit, sedangkan pada rambak kadar air 21 % dengan suhu pengeringan 60°C maka lama waktu pengeringan sekitar 150 s/d 190 menit. Jadi disini nampak bahwa untuk mengeringkan kerupuk dan rambak waktu yang dibutuhkan hampir sama. Sedang untuk pengeringan dengan bantuan sinar matahari waktunya lebih lama sekitar 800 s/d 1100 menit. Pengeringan oleh radiasi matahari dapat dibagi menjadi dua kategori utama (Belessiotis, Delyannis, 2010) yaitu pengeringan secara langsung, atau pengeringan pada udara terbuka dan Pengeringan tak langsung atau convective solar drying. Metode pengeringan yang dipilih juga ikut menentukan mutu hasil produksi, karena masing-masing metode dapat memberikan dampak yang berbeda terhadap produk akhir (antara lain

94

terhadap warna, aroma, rasa dan kualitas). Untuk produk konsumsi langsung (ikan, daging, sayur-mayur dan buah), pengeringan secara langsung tidak dianjurkan kecuali pada kelompok buahbuahan yang memiliki kandungan gula yang tinggi (Belessiotis, Delyannis, 2010). Muhammad zulfri dan Ahcmad suhada [2012], melakukan penelitian sistem pengering hibrid energi suryabiomassa tipe rak dengan kapasitas 15 kg ikan, hasil penelitian menunjukan penurunan berat ikan 50 % yang dikeringkan selama 18 jam dengan variasi temperatur dalam ruang pengeringan antara 30-62oC dan tempertur pelat kolektor hanya 54oC pada musim hujan. Hasil penelitian-penelitian sebelumnya, belum ada yang mengkaji pengaruh pelat penyerap dan memodikasi permukaan pelat penyerap. Maka selanjutnya menarik untuk diteliti lebih jauh dan dalam lagi pengaruh permukaan pelat penyerap dengan pengaruh kekasaran dengan bentuk riblet terhadap proses pengeringan.



B.

METODE PENELITIAN 1.

Diagram Alir Prosedure Penelitian START

Perancangan Alat pengering tenaga matahari

Pembuatan Alat pengering tenaga matahari

Pengujian Alat pengering Tenaga Matahari Pengujian Sistem pengering dengan bahan bakar

Pengujian Sistem pengering dengan energi Matahari Pengujian Penggabungan Multi Laluan

Pengolahan Data : - Analisa Perhitungan Plat Kolektor Surya - Analisa Perhitungan perencanaan pelat berfin - Analisa perhitungan proses pengeringan - Analisa Perhitungan ruang bakar dan saluran gas panas

Kesimpulan

STOP

2. Rancangan Alat Penelitian Alat pengering ikan ini menggunakan dua sumber energi panas yang akan dipergunakan untuk memanaskan ruang pengering dan pelat kolektor. Adapun sistem pengeringan yang pertama dari alat pengering ikan dual sistem ini adalah proses pengeringan produk dimana sumber panasnya dari pembakaran kayu bakar, sedangkan sistem pengeringan yang kedua adalah proses pengeringan produk dengan sumber panas dari panas matahari yang diserap oleh sebuah kolektor pelat

Jurnal Saintika  Volume 15  Nomor I1 September 2014

datar yang kemudian diradiasikan ke udara pengering. C. HASIL DAN PEMBAHASAN 1.

Data Produk Data yang tersedia diambil berdasarkan beberapa pertimbangan dan acuan yang tersedia pada referensi dan rancangan awal disain : Massa produk basah, m produk basah = 50 kg Kadar air awal produk (wet basis), W produk awal = 80% Kadar air akhir produk (wet basis), W produk akhir = 10% 95


Koefisien diffusivitas air didalam tubuh ikan, Dwfp = 2,736 x 10 –10 m/s2 untuk ikan dengan kadar lemak kurang lebih 2 % Density air,  air

Sifat-sifat udara pengering Temperatur optimal pengeringan, Tud , peng = 60C Kelembaban udara pada temperatur pengeringan, ud = 20%. Rasio kelembaban udara pengering, Wud = 0,0174

kguapair kgudaraker ing

Dari percobaan pada perencanaan sebelumnya untuk jenis ikan batu atau dapat berupa segala jenis ikan dengan kategori dimensi kecil sampai sedang, untuk panjang tubuh ikan antara 5 cm sampai dengan 10 cm, dan lebar tubuh ikan antara 1 cm sampai dengan 2 cm, untuk kapasitas 50 kg dengan jumlah para-para sebanyak 5 buah, dan luas tiap para sebesar : Luas Para-para 1 = 1, = 7,5m2, akan didapatkankapasitas ikan pada tiap para per meter persegi sebanyak

mikan basah 

mikan basah 

mikan basah total n para. Atiap para

50kg kg  19 2 2 2.57m m

Proses pengeringan yang terjadi adalah penguapan air pada bahan dengan kandungan air 80% sampai kandungan air bahan sebesar 10%. Jumlah massa air yang diuapkan dari seluruh produk dapat ditentukan dari persamaan dibawah ini, yaitu :

96

=

p , awal

mproduk

.

basah

p , akhir

p , akhir

mair = 50 kg .

kg  1000 3 m

Tebal tubuh ikan, t produk = 0,005m 

mair

w  w  100  w 

85  10 = 100  10

41,66 kg

a. Laju Pengeringan Produk Laju diffusivitas air dari dalam daging sampai pada permukaan ikan adalah n”wf =

Dwf .(  air   air ( SAT 50o ) ) tp 2

n”wf

= 10

2,736.10 .(1000  0,0831) kg 0,006 m 2 .s 2 kg n”wf = 9,119.10-5 2 m .s Massa Air Total : o

m air total = n”wa. Atotal = 5

9,119 .10-

kg kg .2.7m2 = 2,46.10-3 2 m .s s

Sedangkan laju diffusivitas dari permukaan tubuh ikan ke udara pengering adalah sama dengan laju diffusivitas dari dalam tubuh ikan. Sehingga massa produk akhir untuk penguapan air sebanyak 8.34 kg dari produk sebanyak 50 kg adalah mproduk kering = mproduk basah - mair = 50 kg – 41,66 kg = 8,34 kg Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk menguapkan massa air total pada produk ikan adalah

ttotal pengeringan 

ttotal pengeringan

mair yang harus diuapkan o

m air total 8,34kg 1Jam   20516,4s.  5.5Jam 3 2,46.10 3600s



b. Kebutuhan Energi Panas untuk Sistem Pengeringan dengan Sumber Panas Ruang Bakar. Kebutuhan energi panas untuk proses pengeringan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: 1,1. mair .hfg = mud .Cpud .( Tud, peng, masuk – Tud, peng, keluar ) Dimana: konstanta 1,1 didefinisikan bahwa 100% energi panas digunakan untuk proses pengeringan, sedangkan 10% digunakan untuk proses pemanasan produk ikan sebelum dikeringkan, mair sendiri adalah massa uap air dari produk yang diharapkan menguap dan diserap oleh massa udara pengering. Sedangkan panas laten penguapan air bebas pada temperatur 30C adalah sekitar 2,43 MJ/kg. Untuk menguapkan air yang terikat dari dalam daging ikan diperlukan energi panas yang lebih banyak. Sebagai pendekatan harga kalor laten penguapan massa uap air ikan untuk perhitungan diambil hfg = 2545,4545 MJ/kg. Sehingga panas secara total yang diperlukan untuk penguapan massa air produk sebanyak 211,765 kg air adalah mud,peng =

q = 1,1. mair . hfg q = 1,1. 211,765 2545,4545

kg

.

kJ = 592942 kJ kg

Untuk pengeringan selama 5.5 jam, maka laju panas yang dibutuhkan untuk menguapkan massa air produk tersebut adalah o

q =

592942 kj 1 jam 5.5 jam

.

3600s

= 29.945

kj = s

29.945 kW c. Kebutuhan Laju Massa Alir Udara Pengering untuk Pengeringan Sedangkan panas yang diberikan oleh udara pengering sama dengan panas yang diterima oleh produk dan dipergunakan untuk menguapkan massa air produk tersebut, seperti persamaan dibawah ini : mud.Cp.( Tud, peng, masuk –Tud, peng, keluar ) = 1,1. mair . hfg Sehingga massa udara pengering yang yang dibutuhkan untuk menyerap massa air produk total yang diuapkan sebanyak 211,765 kg tersebut adalah

1,1.mair .hfg 592942kj =  29441,013kg Cp.(Tud , peng, masuk  Tud , peng, keluar ) 1,007 kj .K .(50  30) K kg.K

Dan volume udara pengering yang dibutuhkan untuk penguapan apabila udara

J N , R = 2,9.102 , T = 323 K 2 kg.K m Nm 29441,013kg.2,9.102 .323K kg.K  27304,353 m3 = N 1,01.105 2 m

sebagai gas ideal, pada p = 1atm = 1,01.105

Vud =

mud .R.Tud P

Debit udara pengering untuk penguapan tersebut untuk waktu pengeringan selama 10 jam adalah o

 ud,peng

27304,353m3 m3 m3 vud  4964,43  1,379 = = 5.5 jam jam s t


97


Laju massa udara pengering yang dibutuuhkan dapat ditentukan dari debit udara pengering yang telah diketahui. Massa jenis udara pengering pada temperatur 50C sebagai gas ideal

Pud R.T

ud =

dimana : Untuk tekanan uap air jenuh pada 50C, Pg = 0,1235 bar Tekanan parsial uap air dalam udara, Pv = ud . Pg = 20%. 0,1235 bar = 0,0247 bar Tekanan parsial udara kering dalam udara pengering Pud,peng = 1 - 0,0247 bar = 0,9753 bar Sehingga massa jenis udara pengering pada udara pengering

0,9753.10 5 ud

=

N m2

Laju massa alir udara kering pada udara pengering o

o

m ud,peng = ud,peng .  ud,peng = 1,0412 m3 kg kg .0,759 = 0,7903 3 s m s d. Analisa Kesetimbangan Energi pada Kolektor Surya. Kolektor surya pelat datar ini merupakan bagian dimana tidak terjadi proses pengeringan produk ikan, akan tetapi terjadi suatu proses pemasukan panas pada udara yang melewati kolektor pelat datar tersebut. Selanjutnya energi panas berguna dari kolektor yang dibawa oleh udara pengering tersebut digunakan untuk melakukan proses pengeringan produk ikan pada lemari pengering. Sifat – sifat udara pengering dicari dengan menggunakan persamaan energi sebagai berikut:

=

Nm 2,91.10 . .323K kg.K 2

1,0412

kg m3

2 2 o o   V  o V  qloss CV I A 1  mud, peng  (hud 2  Wud 2hg2 )  (1  Wud 2 ).( ud 2 )   mud,masuk (hud1  Wud1hg1  (1  Wud1).( ud1 )  dengan asumsi : 2  2   

1. 2. 3. 4.

Aliran steady state. Aliran kontinyu (debit konstan ). Perbedaan energi potensial gravitasi diabaikan. Aliran incompressible.

Sifat-sifat udara pengering :  Pada section 1 

o

 Laju massa udara pengering, m ud , peng = 0,7903

kg s

 Enthalpy udara kering pada pengering untuk aliran inkompresibel adalah : o

o

i

i

 dhud  Cp  dTud   pdV   Vdp.....  dan pdV   Vdp  0, sehingga : hout  hin  Cp.(Tud ,out  Tud ,in ) 98



kj dengan enthalpy nol pada 0 oC, maka : kg.K kj kj hud 1 = Cpud 1 .Tud 1 = (1,007 ).( 30 K ) = 30,21 kgud ,ker ing kg.K dengan Cp = 1,007

 Enthalpy uap air didalam udara pengering : hg 1 = 2556,3

kj , pada Tud 1 = 30oC kguapair

 Rasio kelembaban udara pengering, Wud 1 = 0,0174

kguap,air kgud ,ker ing

o

ud , peng 0,759kg / s m  Kecepatan udara masuk, Vud ,masuk 1    3,903 2 Apen, masuk (6.3,14 / 4.0,2032 ) s  Pada section 2  Rasio kelembaban udara pengering, Wud 2 = 0,0174

kguap,air kgud ,ker ing

o

 Kecepatan aliran udara pengering, Vud , peng2

ud , peng2 0,759kg / s m    1,177 Apen, masuk lem (2,58.0,25) s

Persamaan kesetimbangan energi menjadi :   1,177 2  18,286kW  0,7903. (Cp.Tud 2 )  (0,0174).(hg 2 )  (1  0,0174).( )(10 3 )  2    3,903 2 3  .......................  0,7903. (30,21)  (0,0174).(2556,3)  (1  0,0174).( ).(10 )  2   kj kj kg  59,033  0,7903 (Cp.Tud 2 )  (0,0174).(hg 2 )  (0,0007047)  s s s kj  97,835  (Cp.Tud 2 )  (0,0174).(hg 2 )  kg  18,286

Temperatur udara pengering pada section 2 pada control volume I diperoleh dengan menggunakan metode trial and error agar mendapatkan hasil yang lebih teliti dan dengan

metode

T n1  T n  1 , dan berhenti pada hud

2

=

97,835

kj akan kg

didapattemperatur udara pengering. Tabel 5.1 trial and error properties pada section 2 n Tud 2 hg 2 hud 2 1

53

2597,38

98,5654

2

52

2595,62

97,5278

3

51

2593,86

96,4902

Dari tabel trial and error diatas, diperoleh temperatur udara pengering dengan interpolasi pada section 2, Tud,peng 2 = 52,296C


99

Jurnal Sains Indonesia: Indeks Volume 33(1 – 2), 2009

ISSN 0853-3792

a.

Energi Berguna pada Kolektor Surya Energi berguna yang dihasilkan kolektor surya dapat dinyatakan yang terjadi. Sejumlah energi surya yang diserap oleh pelat penyerap (S), akan memanaskan pelat tersebut sepanjang arah aliran fluida hingga bertemperatur Tp. Jadi energi berguna adalah energi panas yang terdapat pada kolektor pelat penyerap setelah dikurangi kerugian-kerugian panas yang terjadi





QU  F '. S  U L T f  Ta  (W / m 2 ) o

Dan untuk energi berguna maksimum yang mungkin terjadi karena adanya faktor pengeluaran panas dari kolektor (FR) ke udara yang melewati kolektor tersebut, persamaannya adalah





QU  FR . S  U L T f  Ta  (W / m 2 ) o

dimana:

FR  F '.F " Sedangkan

 1 .C p  F" 1 e Akolektor .U L .F '   o

m ud ,

peng

o

m ud , peng .Cp Akolektor .U L . F '

   

Energi berguna yang dilepaskan oleh kolektor surya, kemudian diterima oleh udara yang melewati pelat kolektor tersebut. Selanjutnya panas yang dibawa oleh udara tersebut digunakan untuk proses pengeringan.  Data-data Acuan a) Plat penyerap Warna : hitam, Tebal pelat (Lpelat) = 0,6 mm, Absorptivitas (pelat) = 0,98, Emisivitas (pelat) = 0,98, Konduktivitas thermal (kpelat) = 168 W/m.K b) Penutup transparan Tebal (Lpenutup) = 5 Transmisivitas (penutup) = Emisivitas (penutup) = 0,90 c) Penyekat Panas 100

mm, 0,92,

sebagai radiasi surya yang diterima oleh pelat penyerap dikurangi kerugian-kerugian panas Styrofoam, Tebal (Ls) = 20 mm, Konduktivitas thermal (ks) = 0,045 W/m.K Triplek, Tebal 1 (Ltriplek 1) = 3 mm, Tebal 2 (Ltriplek 2) = 4 mm, Konduktivitas thermal (ktriplek) = 0,12 W/m.K Data-data acuan berikut ini diambil berdasarkan pendekatan pada refrensi peralatan kolektor surya pada percobaan-percobaan sebelumnya, termasuk diantaranya bahan kolektor, bahan penutup transparan, ataupun intensitas matahari, sehingga dapat diambil beberapa asumsi-asumsi yang mungkin. Adapun data-data tersebut adalah sebagai berikut: 1) Intensitas radiasi matahari, (IT) = 945 W/m2 2) Temperatur pelat, (Tpelat) = 75C = 348 K 3) Temperatur penutup, (Tpenutup) = 47C 4) Temperatur udara luar, (Tud, luar) = 30C 5) Temperatur langit, (Tlangit) = 0,0552.Tud,bebas1,5 = 0,0552.(303K)1,5 = 291,140 K 6) Kecepatan angin, (Vangin) = 3 m/s. f. Perhitungan Kolektor Surya o Energi input pada kolektor surya: S = 1,01. penutup. pelat. IT = 1,01.0,92.0,98.945 = 860,532 W/m2 o Koefesien perpindahan panas konveksi antara penutup dan udara luar, yang didasarkan pada hembusan angin diatas penutup.

Jurnal Sains Indonesia - Indeks  Volume 33  Nomor 1 - 2  Januari - Desember 2009


hangin = 2,8 + 3.Vangin = 2,8 + 3.3 =11,8 W/m2.K o Koefesien perpindahan panas radiasi antara penutup dan udara

hrad,

o

penud , luar

  pen . .

T

T

4 pen

pen

4  Tlangit

luar, dihitung dari pertukaran radiasi yang terjadi dengan langit pada temperatur langit, Tlangit.

 = 0,9.5,67.10 320

 Tud , luar

8





 291,140 4 W  9,909 2 320  303 m .K 4

Koefesien perpindahan panas konveksi dari udara yang melewati kolektor surya antara pelat dan penutup, apabila dikondisikan ventilator aktif, maka terjadi koefesien paksa. Sehingga temperatur rata-rata udara antara pelat kolektor dan penutup transparan dapat diambil harga sebagai berikut:

 T pelat  T penutup   348  320   =    334 K 2 2    

Dari tabel untuk temperatur, T = 

didapat:  Massa jenis, () = 1,043 kg/m3  Koefisien diffusivitas panas, () = 27,754.10-6 m2/s  Kondutivitas panas, (k) = 28,927.10-3 W/m.K  Viskositas dinamik, () = 201,356.10-7 N.s/m2  Bilangan Prandlt, (Pr) = 0,702  Panas spesifik, (Cp) = 1,0084 Agar dapat menentukan luas penutup samping, diperkirakan luas pelat kolektor surya adalah Apelat = 40 m2, dengan dimensi : - panjang (p) = 8 m - lebar (l) = 5 m. Dimana kecepatan udara pengering yang dihembuskan oleh fan tarik dari kolektor surya pelat datar adalah o

Vud ,

masuk

ud , peng 0,759kg / s m    3,903 2 Apen, masuk (6.3,14 / 4.0,2032 ) s

Reynold number konveksi paksa:

Re 

.Vud .Lkol 1,043.3,903.8   1617365,859  1,6174.10 6 7  201,356.10

karena Re > 5.105, berarti alirannya turbulen dan thermal boundary layernya adalah

 t  0,37. Re 1 / 5   t  0,37.(1617365,859) 1 / 5  0,0212 2. t  0,0424  0,250 Nusselt numbernya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan external flow diatas pelat datar, yaitu: 4

1

4

1

Nu  0,664. Re 5 . Pr 3  0,0296.(1617365,859) 5 .(0,702) 3  2438,473 Sehingga koefesien perpindahan panas konveksi antara pelat datar dan kaca penutup adalah Nu.k 2438,473.28,927.10 3 W h pelat penutup    8,817 2 L 8 m .K


101


1 h pelat penutup

o



1 1 , untuk h1 = h2 = 2. hpelat-penutup = 2.8,817 = 17,634 W  m 2 .K h1 h2

Koefesien perpindahan panas radiasi antara pelat dan penutup transparan

2 2   T pelat  T penutupT pelat  T penutup 5,67.10 8 (348  320)(348 2  320 2 ) = hrad pelat penutup  1 1 1 1  1  1  pelat  penutup 0,98 0,9

= 7,481 W/m2.K

U bawah 

1

 LTriplek 1   LS   LTriplek 2         kTriplek   k S   kTriplek  1 W U bawah   1,99 2 m .K  0,003   0,02   0,004       0,12   0,045   0,12 

o

Koefisien perpindahan panas sisi samping, dimana susunan dinding samping sama dengan susunan dinding bawah dan bagian luarnya ditambah lapisan pelat.

U samping 

Asamping

. Akolektor  1   L p      f i   k p

1   LTriplek1   Ls    k     Triplek1   k s

  LTriplek2   L p          kTriplek2   k p

  1        f    2 

dimana : Asamping = 2.(8.0,2) + (1/2.8.0,3) = 5,6 m2 Untuk fi dan fo dari tabel untuk dinding vertikal dan arah aliran horisontal didapat 8,5 dan 3,5 W/m2.K. Tabel 5.1 Koefisien perpindahan panas permukaan Orientat Air Direction ion of velocity of Surface Emissivity Surface Heat 0,9 0,2 0,5 Flow Horizon Still air Up 9,4 5,2 4,4 tal Horizon Still air Down 6,3 2,2 1,3 tal Vertical Still air Horizont 8,5 4,3 3,5 al Any 25 kmph Any 35 position Any 12,5 Any 23,3 position kmph Sehingga: U samping

5,6 1  . 40  1   0,0006   0,003   0,02   0,004   0,0006   1                       8,5   168   0,12   0,045   0,12   168   3,5 

= 0,154 W/m2.K 102



o

R1  R2 

Koefisien perpindahan panas sisi atas

1 hangin  hrad, penutupud , luar

1 h pelat penutup  hrad,

=

1 = 0,046 11,8  9,909 =

pelat penutup

1 = 0,061 8,817  7,481

1 1 = = 9,346 W/m2.K R1  R2 0,046  0,061

Ut  o

Koefisien perpindahan panas total

U L' 

U b  U t h1h2  h1hr  h2 hr   U b .U t h1  h2  h1hr  h2U t  h2 hr  h1h2 

= 1,99  9,34617,634.17,634  17,634.7,481  17,634.7,481  1,99.9,346.17,634  17,634 17,634.7,481  17,634.9,346  17,634.7,481  17,634.17,634

= 9,697 W/m2.K

U L  U L'  U samping = 9,697 + 0,154 = 9,851 W/m2.K

F'

o

Faktor effisiensi kolektor surya

F' 

hr .h1  h2 .U t  h2 hr  h1 h2 U t  hr  h1 U b  h2  hr   hr2

7,481.17,634  17,634.9,346  17,634.7,481  17,634.17,634  0,842 9,346  7,481  17,6341,99  17,634  7,481  7,4812

o

Dimensi laju massa alir pada kolektor o

m ud ,

peng

.C p

A kolektor .U L .F ' o



0,7903.1008,4  2,402 40.9,851.0,842

Faktor aliran pada kolektor

 m ud , peng .Cp  1 m ud , peng .C p  Akolektor ,U L . F '  F" . 1 e  Akolektor .U L .F '    1    2 , 402   F "  2,402. 1  e  0,818     o

o

o

Faktor pengeluaran panas pada kolektor

FR  F '.F"  0,842.0,818  0,689

o

Sehingga energi berguna pada kolektor





QU  FR . S  U L T f  Ta  o

QU  0,689.860,532  9,851.323  303 o

o

QU  457,159 Watt / m 2 Dalam perhitungan sebelumnya panas yang harus disupply untuk menguapkan massa air produk sebanyak 211,765 kg air dari produk Jurnal Saintika  Volume 15  Nomor I1 September 2014

ikan sebanyak 300 kg dalam keadaan basah berserta rugi-rugi panas yang juga harus diatasi adalah 18285,903Watt  18,286 kW. Sehingga 103


luasan kolektor adalah

surya pelat

o

datar

Akolektor 

qU o

QU Jadi luas permukaan kolektor surya pelat datar yang diperlukan untuk proses pengeringan pada lemari pengeringan dual sistem ini adalah Apelatkolektor = 40 m2. Apabila dilakukan pengecekan ulang untuk perhitungan energi berguna yang dilepas oleh kolektor dan diterima oleh udara yang melewati pelat kolektor tersebut, maka besar energi berguna pada pelat kolektor yang dibawa oleh udara pengering yang selanjutnya digunakan untuk proses pengeringan produk ikan pada lemari pengering adalah





QU  Akolektor.FR . S  U L T f  Ta  o



18285,903Watt  39,999m 2  40m 2 Watt 457,159 m2

yang dilakukan pada minggu ke-2 bulan September 2014 ditunjukan pada gambar 5.3. Hasil pengukuran diruang pengering, temperatur maksimum terjadi pada jam 12.00-15.00 Wib berkisar antara 50-51 0C, namun kondisi ini belum sesuai dengan 7yang diharapkan yaitu temperaturya dapat mencapai 60-700 C. Kondisi ini memang dikarenakan pada saat melakukan pengujian di Wilayah Medan dalam kondisi musim penghujan. Hal ini mengakibatkan pengujian tidak dapat dilaksanakan selama 4 jam untuk mengeringkan kadar air ikan dari 80% menjadi 10 %.

Q U  40.0,688.860,532  9,851.323  303 o

o

Q U  18285,903 Watt / m 2 3. Uji Coba Alat Pengering APTMBG Gambar 5.2 Menunjukan kegiatan pengambilan data temperatur ruang pengering dengan menggunakan alat Hot Wire Anenometer. Tujuan pengukuran ini mengetahui data temperatur awal di dalam setiap rak pengering sebelum produk yang dikeringkan di masukan. Pengambilan data dilakukan dengan interval 30 menit dimulai sejak alat pengering di letakan dibawah sinar matahari. Ada beberapa kendala yang dihadapi yaitu belum mendapatkan temperatur maksimalatau yang diinginkan yaitu berkisar 60-70oC, didalam ruang pengering dikarenakan pada bulan September sering musim hujan. Hasil uji coba pengeringan ikan asin menggunakan panas matahari 104

Gambar 5.3Temperatur di ruang pengeringan ikan

Gambar 5.4 Temperatur di Pelat Kolektor Gambar 5.4 menunjukan distirbusi temperature pada kolektor surya yang pengukurannya dilakukan pada minggu Bulan September 2014. Jurnal Saintika  Volume 15  Nomor1I Maret 2014


Hasil pengukuran menunjukan temperatur maksimun di pelat kolektor surya terjadi pada saat jam 12.00– 15.00 Wib hampir mencapai 70oC. Pengujian dengan menggunakan biomassa (arang ) menunjukan hasil yang lebih maksimal yaitu proses pengeringan ikan lebih cepat di jika dibandingkan dengan penjemuran yang dilakukan oleh para nelayan. Hasil pengujian menunjukan bahwa bahan yang di keringkan untuk ikan hingga mencapai kondisi yang siap untuk dipasarkan hanya membutuhkan membutuhkan waktu pengeringan ±3 jam. D. KESIMPULAN DAN SARAN 1.

2.

Hasil rancangan alat dan pengujian yang telah dilakukan masih belum didapatkan informasi data temperatur yang maksimal yang dikarenakan pada saat pengambilan data masih kondisi musim hujan. Sehingga hasil pengujian belum dapat dibandingkan secara langsung dengan pengeringan yang dilakukan dengan menggunakan bahan bakar biomassa dan gas. Pengeringan produk ikan asin dengan kadarair 80% menjadi10 % memerlukan waktu 3 jam.

System rak pengering yang dapat berputar dan ditambah adanya cyclone turbin yang dipasang pada


105

KAJI EKSPERIMENTAL ALAT PENGERING TENAGA SURYA DENGAN VARIASI SUDUT KONSENTRATOR CERMIN DATAR DAN SUDUT RIBLETS UNTUK PELAT ABSORBER

Recommend Documents