PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA SURYA DENGAN MENGGUNAKAN KOLEKTOR BERSIRIP DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN CABAI MERAH
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
MUHARDITYAH NIM.110421063
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Adapun judul dari skripsi ini yaitu ” PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA SURYA DENGAN MENGGUNAKAN KOLEKTOR BERSIRIP DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN CABAI MERAH”. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak kesulitan dan kendala akan tetapi penulis juga mendapat dukungan dari berbagi pihak berupa semangat doa nasehat maupun spirit yang terus menopang penulis dalam menyelesaikan laporan ini. Maka pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir . Mulfi Hazwi, M. Sc dan Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT. selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara . 3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara . 4. Orang Tua penulis, adik dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil kepada penulis tanpa pamrih. 5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Ibu S. Farah Dina yang telah banyak membantu penulis selama proses penyusunan skripsi ini mulai dari awal sampai akhir.
i Universitas Sumatera Utara
7. Rekan-rekan 1 tim skripsi, Andri M. Sijabat dan Aprizal Nasution yang telah meluangkan waktunya bersama untuk berdiskusi bertukar pikiran juga memberikan kritik dan saran terhadap penulis. 8. Ucapan terima-kasih juga kepada seluruh mahasiswa Teknik Mesin Ekstensi 2011 dan rekan-rekan yang tidak bisa disebutkan satu-persatu, para abang senior Magister Teknik Mesin, semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.
Dalam menyelesaikan tugas ini penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna menyusun skripsi ini. Penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata, Penulis mengharapkan semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Juni 2014 Penulis,
Muhardityah NIM : 110421063
ii Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang dapat digunakan untuk mengeringkan produk hasil pertanian, perkebunan, dan lain- lain. Salah satu produk hasil pertanian yang dikeringkan mesin pengering ini adalah Cabai Merah. Tujuan pengujian ini adalah mengetahui kadar air dan kandungan vit.C yang terdapat dalam cabai merah sebelum dan sesudah pengeringan. Pada kolektor surya, radiasi matahari yang jatuh di permukaan kolektor akan diserap oleh plat absorber yang diteruskan oleh kaca sehingga panas yang dihasilkan oleh absorber akan mengalir ke dalam box pengering secara konveksi natural. Di dalam ruang box pengering panas mengalir melewati produk yang diletakkan di atas tray dan membawa kadar air produk dengan mengalami proses penguapan dan membawa uap air keluar melewati chimney. Pengujian dilakukan pada pukul 09:00 – 17:00 WIB pada saat kondisi cuaca cerah. Efisiensi rata-rata kolekor surya alat pengering selama proses pengujian sampel pertama dan kedua adalah 69,70%. Alat yang dirancang adalah kolektor surya tipe plat bersirip dengan ukuran 2m x 2m x 0,17m. Kolektor surya terdiri dari lapisan kayu, steyrofoam dan rock woll sebagai isolator. Selain kolektor, dirancang juga ruang pengering sebagai tempat pengeringa hasil pertanian dengan ukuran 2m x 1m x 1m. Sampel yang digunakan dalam pengujian alat ini adalah cabai merah.
Kata kunci : kolektor surya, penge ringan, Cabai merah, plat absorber, konveksi natural
iii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ...................................................................................
i
ABSTRAK ......................................................................................................
iii
DAFTAR ISI ..................................................................................................
iv
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
viii
DAFRAR GRAFIK .......................................................................................
x
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang .............................................................................
1
1.2
Batasan Masalah ...........................................................................
3
1.3
Tujuan Pengujian...........................................................................
3
1.4
Manfaat Pengujian.........................................................................
4
1.5
Sistematika Penulisan ...................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringan Hasil Pertanian dan Perkebunan ................................
6
2.1.1 Pasca Panen Cabai .................................................................
6
2.1.2 Konsep Dasar Pengeringan ...................................................
8
2.1.3 Kadar Air ...............................................................................
10
2.2 Defenisi Vitamin C ........................................................................
11
2.3 Metode Penetapan Kadar Vitamin C .............................................
11
2.4 Metode Analisa Warna Sampel .....................................................
12
2.5 Jenis-jenis Pengeringan .................................................................
13
2.6 Matahari (Surya) ............................................................................
15
2.6.1
Karakteristik Matahari ...........................................................
15
2.6.2
Teori Dasar Radiasi Matahari ...............................................
17
2.6.3
Rumusan Radiasi Matahari ...................................................
18
2.7 Kolektor Surya ...............................................................................
25
2.7.1
Komponen-komponen Kolektor Surya .................................
25
2.7.2
Macam- macam Kolektor Surya ............................................
27
iv Universitas Sumatera Utara
2.8 Perpindahan Panas .........................................................................
30
2.8.1 Perpindahan Panas Konduksi ................................................
30
2.8.2 Perpindahan Panas Konveksi ................................................
31
2.8.3 Perpindahan Panas Radiasi ....................................................
33
2.8.4 Perpindahan Massa ................................................................
33
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pendahuluan ...................................................................................
36
3.2 Alat dan Bahan ..............................................................................
36
3.2.1
Peralatan Pengujian ...............................................................
36
3.3 Bahan Pengujian ............................................................................
46
3.4 Persiapan Pengujian .......................................................................
50
3.5 Prosedur Pengujian ........................................................................
51
BAB IV DATA DAN ANALISA DATA 4.1 Analisa Radiasi Surya ....................................................................
53
4.1.1
Analisa Radiasi Surya Untuk Sampel 1 ................................
53
4.1.2
Analisa Radiasi Surya Untuk Sampel 2 .................................
60
4.2 Analisa Model Persamaan Pengeringan Sampel ...........................
62
4.2.1 Analisa Model Pengeringan Sampel Pertama ........................
63
4.2.2 Analisa Model Pengeringan Sampel Kedua ..........................
65
4.3 Pengukuran RH dan Temperatur Ruang Pengering ........................
67
4.3.1 Data Pengukuran RH dan Temperatur Ruang Pengering Sampel Pertama Tanggal 25April2014 .................................
67
4.3.2 Data Pengukuran RH dan Temperatur Ruang Pengering Sampel Pertama Tanggal 26April2014 .................................
68
4.3.3 Data Pengukuran RH dan Temperatur Ruang Pengering Sampel Kedua Tanggal 05Mei2014 ......................................
69
4.3.4 Data Pengukuran RH dan Temperatur Ruang Pengering Sampel Kedua Tanggal 06Mei2014 ......................................
70
4.4 Perhitungan Efisiensi Kolektor .......................................................
71
4.4.1 Menghitung Panas Yang Masuk Kolektor (Q in ).....................
71
v Universitas Sumatera Utara
4.4.2 Menghitung Panas Yang Digunakan Kolektor (Q u)...............
71
4.4.3 Efisiensi Alat Pengering ........................................................
72
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ........................................................................................
76
5.2 Saran ...................................................................................................
76
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Standart Kualitas Cabai Merah Segar (SNI 01-4480-1989) ...........
7
Tabel 2.2 Standart Mutu Cabai Kering (SNI 01-3389-1994)...........................
9
Tabel 2.3 Urutan Hari Berdasarkan Bulan ......................................................
20
Tabel 2.4 Faktor Koleksi Iklim .......................................................................
24
Tabel 3.1 Spesifikasi Load Cell ......................................................................
40
Tabel 3.2 Spesifikasi Pyranometer .................................................................
41
Tabel 3.3 Spesifikasi Wind Velocity Sensor ....................................................
42
Tabel 3.4 Spesifikasi Measurement Apparatus ...............................................
43
Tabel 3.5 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor ................................................
43
Tabel 4.1 Data Radiasi Pengukuran Tanggal 25 April 2014 ...........................
53
Tabel 4.2 Perhitungan Urutan Hari Berdasarkan Bulan ..................................
54
Tabel 4.3 Data Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Pengukuran 25April2014 .....................................................................................
58
Tabel 4.4 Data Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Pengukuran 26April2014 .....................................................................................
59
Tabel 4.5 Data Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Pengukuran 05Mei2014 ......................................................................................
60
Tabel 4.6 Data Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Pengukuran 06Mei2014 ......................................................................................
61
Tabel 4.7 Data Moisture Ratio Sampel Pertama .............................................
63
Tabel 4.8 Data Moisture Ratio Sampel Kedua ................................................
65
Tabel 4.9 RH dan Temperatur Ruangan Pengering Sampel 1 Hari 1 .............
67
Tabel 4.10 RH dan Temperatur Ruangan Pengering Sampel 1 Hari 2 ...........
68
Tabel 4.11 RH dan Temperatur Ruangan Pengering Sampel 2 Hari 1 ...........
69
Tabel 4.12 RH dan Temperatur Ruangan Pengering Sampel 2 Hari 2 ............
70
Tabel 4.13 Data Perhitungan Panas dan Efisiensi Kolektor 25 Maret 2014 ...
72
Tabel 4.14 Data Perhitungan Panas dan Efisiensi Kolektor 10 April 2014 ....
74
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Matahari .......................................................................................
15
Gambar 2.2 Radiasi Surya ...............................................................................
17
Gambar 2.3 Lapisan Atmosfer Bumi ..............................................................
18
Gambar 2.4 Pergerakan Bumi Terhadap Matahari ..........................................
19
Gambar 2.5 Hubungan Matahari Dengan Bumi ..............................................
19
Gambar 2.6 Sudut Sinar dan Posisi Sinar Matahari ........................................
22
Gambar 2.7 Komponen-komponen Umum Kolektor ......................................
26
Gambar 2.8 Kolektor Surya Plat Datar ...........................................................
28
Gambar 2.9 Kolektor Surya Prismatic ............................................................
28
Gambar 2.10 Kolektor Surya Konsentrator .....................................................
29
Gambar 2.11 Evacuated Tube Collector .........................................................
29
Gambar 2.12 Perpindahan Panas Konduksi ....................................................
30
Gambar 2.13 Perpindahan Panas Koveksi ......................................................
31
Gambar 2.14 Perpindahan Panas Konveksi pada Plat Datar ...........................
32
Gambar 2.15 Perpindahan Panas Radiasi ........................................................
33
Gambar 3.1 Laptop ..........................................................................................
37
Gambar 3.2 Agilient 34972 A ..........................................................................
37
Gambar 3.3 Spesifikasi Agilient 34972 A .......................................................
39
Gambar 3.4 Load Cell ......................................................................................
40
Gambar 3.5 Hobo Microstation data logger ...................................................
41
Gambar 3.6 Alat Ukur Hobo Microstation data Logger .................................
44
Gambar 3.7 Mesin Pengering ..........................................................................
46
Gambar 3.8 Triplek .........................................................................................
47
Gambar 3.9 Rock Woll ....................................................................................
47
viii Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.10 Kaca ...........................................................................................
48
Gambar 3.11 Styrofoam ...................................................................................
48
Gambar 3.12 Plat Aluminium .........................................................................
49
Gambar 3.13 Lem Kaca ..................................................................................
49
Gambar 3.14 Cat Minyak ................................................................................
49
Gambar 3.15 Rangkain Pengujian ...................................................................
50
Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian .............................................................
52
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Radiasi Pengukuran pada Tanggal 25April2014 .............................................................
59
Grafik 4.2 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Radiasi Pengukuran pada Tanggal 26April2014 .............................................................
60
Grafik 4.3 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Radiasi Pengukuran pada Tanggal 05Mei2014 ...............................................................
61
Grafik 4.4 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Radiasi Pengukuran pada Tanggal 06Mei2014 ...............................................................
62
Grafik 4.5 Moisture Ratio Pada Sampel 1 .......................................................
65
Grafik 4.6 Moisture Ratio Pada Sampel 2 .......................................................
66
Grafik 4.7 Grafik RH dan Temperatur Ruangan Sampel 1 Hari ke-1 .............
67
Grafik 4.8 Grafik RH dan Temperatur Ruangan Sampel 1 Hari ke-2 .............
68
Grafik 4.9 Grafik RH dan Temperatur Ruangan Sampel 2 Hari ke-1 .............
69
Grafik 4.10 Grafik RH dan Temperatur Ruangan Sampel 2 Hari ke-2 ...........
70
Grafik 4.11 Grafik Waktu vs Temperatur tanggal 25 Maret 2014 ..................
73
Grafik 4.12 Grafik Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi ........
73
Grafik 4.13 Grafik Waktu vs Temparatur tanggal 10 April 2014 ...................
75
Grafik 4.14 Grafik Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi ........
75
x Universitas Sumatera Utara
