PERPINDAHAN MASSA, MOMENTUM DAN ENERGI SECARA SIMULTAN PADA SISTEM PENGERING MUHAMAD SYAIFUL

PERPINDAHAN MASSA, MOMENTUM DAN ENERGI SECARA SIMULTAN PADA SISTEM PENGERING

MUHAMAD SYAIFUL

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa disertasi saya dengan judul

“Perpindahan Massa, Momentum dan Energi Secara Simultan pada Sistem

Pengering” asli karya saya dengan arahan komisi pembimbing dan bukan hasil jiplakan atau tiruan dari tulisan siapapun serta belum diajukan dalam bentuk apapun kepada Perguruan Tinggi manapun.

Bogor, Agustus 2007 Muhamad Syaiful NRP 161030051

ii

RINGKASAN MUHAMAD SYAIFUL. Perpindahan Massa, Momentum dan Energi Secara Simultan Pada Sistem Pengering. Dibimbing oleh KAMARUDDIN ABDULLAH, EDY HARTULISTIYOSO, dan DYAH WULANDANI. Pengeringan bahan pangan umumnya bertujuan untuk mengawetkan bahan yang mudah rusak sehingga mutu dapat dipertahankan selama penyimpanan. Proses pengeringan terjadi melalui penguapan air, cara ini dilakukan dengan menurunkan kelembaban nisbi udara dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan, sehingga kecepatan uap air bahan lebih besar dari pada tekanan uap air di udara. Perbedaan tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara Penelitian yang dilakukan ini merupakan penelitian dasar tentang teori pengeringan yang sifatnya ingin mengkaji secara mendalam mekanisme dan karakteristik pengeringan dalam kaitannya dengan aliran udara panas sebagai media pengering berdasarkan teori perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan. Pengaturan kondisi udara panas dalam pengering merupakan hal penting guna mendapatkan proses pengeringan yang optimal baik dari segi biaya maupun kondisi proses. Pengetahuan karakteristik proses pengeringan ini sangat berguna untuk merancang alat pengering yang efisien, menghasilkan mutu pengeringan yang prima dengan mengatur kondisi aliran udara, suhu dan kelembabannya secara tepat. Secara umum tujuan penelitian adalah untuk melakukan kajian terhadap transportasi momentum, energi dan massa secara simultan pada proses penguapan air dalam bahan padat ke dalam aliran udara panas. Melalui kajian mendasar ini diharapkan dapat ditentukan metodologi operasi yang optimal untuk mendapatkan hasil pengeringan yang prima. Luaran penelitian ini berupa kondisi operasional aliran udara panas pada proses pengeringan produk berdasarkan perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan dengan pendekatan teori boundary layer (lapisan batas). Hasil penelitian yang dilakukan terhadap produk gabah dengan pemodelan persamaan matematik perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan pada sistem pengering dapat memberikan gambaran tentang profil kecepatan, suhu dan RH udara pengering terhadap dimensi panjang rak pengering, tinggi ruangan kosong diatas rak serta dapat menentukan fraksi massa uap air yang terbawa oleh aliran udara keluar sistem. Model persamaan matematik perpindahan massa, momentum dan energi ini dapat memberikan petunjuk tentang kondisi parameter suhu, kecepatan dan massa secara serentak dalam operasi proses penguapan air bahan. Beberapa pengujian telah dilakukan dengan menggunakan sebuah rak dengan lebar 40 cm dan panjang 50 cm. Beberapa nilai dari fluks massa diperoleh didalam parameter tak berdimensi yang bervariasi dari nilai K= 0.68 sampai dengan K = 0.79 yang menunjukkan tingkat perbedaan dalam proses pengeringan. Ketebalan dari lapisan batas hydrodinamik (berdasarkan model) selama pengeringan gabah adalah 2.08 cm, 1.42 cm, 2.09 cm dan 2.28 cm yang masing-masing untuk percobaan 1,2,3 dan 4 sedangkan ketebalan lapisan batas termal selama percobaan ini masing-masing adalah 2.28 cm, 1,55 cm, 2,36 cm, dan 2,08 cm. Nilai rata-rata fluk massa pada kondisi adalah 0.15e-03 kg/m2 dtk, 0.23e-03 kg/m2 dtk, 0.17e-03 kg/m2 dtk dan 0.27e-03 kg/m2 dtk. Dari hasil percobaan ini nampak jelas bahwa percobaan 4 memberikan fluk massa terbesar terhadap pengurangan kadar air bahan, oleh karena itu kondisi ini dapat digunakan sebagai referensi untuk kondisi pengeringan yang optimum. Pengukuran kecepatan massa udara dalam penelitian ini adalah 0.0025 kg/sdtk untuk percobaan 01, 0.0033 kg/dtk untuk percobaan 02 dan 0.0020 kg/dtk untuk percobaan 03.

iii

Pada perconbaan 01 kecepatan udara aliran bebas 0.42 m/dtk sama dengan kecepatan tak berdimensi ∏v= u∞/v= 0.78, dengan suhu 37.6 oC, dimana kecepatan tertinggi ratarata aliran udara adalah 0.33 m/dtk ±0.02 m/dtk SD pada ketinggian 35 mm di atas rak. Pada percobaan 02 kecepatan tertinggi rata-rata aliran udara 0.34 m/dtk ± 0.014 m/dtk SD, pada 50 mm di atas rak. Sedangkan pada percobaan 04, kecepatan tertinggi ratarata adalah 0.3 m/dtk (∏=0.68) pada 25 mm di atas rak. Nilai rata-rata tertinggi suhu udara pada percobaan 01 adalah 35.84 oC ± 0.29 oC pada 50 mm di atas rak. Suhu tak berdimensi , ∏T=( T-To)/(T∞-To) pada percobaan ini 0.76. Pada percobaan 02, suhu udara rata-rata tertinggi diperoleh 36.20 oC ± 0.12 SD pada 50 mm di atas rak, dengan suhu tak berdimensi , ∏T= 0.83, sedangkan pada percobaan 03, rata-rata tertinggi suhu udara 36.5 oC ± 0.12 SD dengan suhu tak berdimensi (∏T= 0.84) pada 45 mm di atas rak. Untuk percobaan 04, rata-rata tertinggi suhu udara 34.60 oC ± 0.1 SD dan suhu tak berdimensi (∏T= 0.78). Profil RH dari keempat percobaan berturut-turut untuk percobaan 01, 50.01 % ±1.59 % SD, percobaan 02, 49.14 % ± 1.42% SD , percobaan 03, 50.71 % ± 1.1 % SD dan percobaan 04, 50.49 % ± 1.32%SD . Energi yang dibutuhkan untuk mengeringkan gabah pada percobaan 01, dari kadar air 24.67%bb menjadi 14.93%bb adalah 10.15 W selama 7.30 jam, dengan rata-rata fluk massa 0.0015 kg/m2 dtk. Pada Percobaan 02, kebutuhan energi adalah 16.58 W dengan flkuk massa 0.0024 kg/m2 dtk selama 7.16 jam. Sementara pada percobaan 03, dibutuhkan energi 8.36 W dengan flux massa 0.0017 kg/m2 dtk selama 7.16 jam. Guna mempelajari lebih jauh mengenai proses pengeringan ini dipergunakan juga teknik CFD. Penggunaan teknik simulasi CFD secara keseluruhan memberikan gambaran pola aliran udara dan profil suhu mendekati kenyataan dalam percobaan yang dilakukan. Dimana pada lebar 12 cm dan panjang 50 cm , suhu dan kecepatan udara di atas rak berkisar anatar 34 oC sampai 34.8 oC dan kecepatan udara berkisar antara 0.18 m/dtk sampai 0.21 m/dtk. Untuk panjang rak 25 cm dengan lebar 24 cm kisaran kecepatan udaranya adalah 0.2 m/dtk sampai 0.23 m/dtk dengan suhu berkisar antara 34.8 oC dan 35.2 oC. Kadar air akhir gabah pada penelitian ini berturut-turut adalah 14.93 % (bb) untuk percobaan 01, 14.52% bb, untuk percobaan 02, 14.83 % bb untuk percobaan 03 dan 14.47 % bb untuk percobaan 04. Profil suhu dan kecepatan udara, tebal lapisan batas hidrodinamik dan termal dapat dibuktikan dengan model perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan pada sistem pengering. Kecepatan dan suhu udara pada aliran bebas merupakan parameter penting dalam proses perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan untuk penguapan air produk. Aliran laminar sangat menentukan untuk mendapatkan kecepatan dan suhu yang seragam pada permukaan rak pengering dan ketebalan lapisan batas yang terbentuk, dimana udara panas masuk dalam lapisan batas akan memanaskan air yang terdapat pada lapisan permukaan dan mengangkut uap air yang terjadi keluar sistem menuju udara lingkungan. Penggunaan straw pada ruang pengering sebagai penyearah aliran udara dapat memberikan kecepatan aliran udara yang merata ke arah bagian lebar rak. Kata Kunci : Tebal lapisan batas, pengeringan produk, CFD, perpindahan panas, massa dan momentum simultan.

iv

ABSTRACT MUHAMAD SYAIFUL. Simultaneous, Mass, Momentum and Energy Transfer in a Drying System. Advisors: KAMARUDDIN ABDULLAH, EDY HARTULISTIYOSO, and DYAH WULANDANI The drying of food material generally aims to reduce moisture of food to a level save for long period of storage. The drying process occurs by applying heat to the product to evaporate moisture from the product to the ambient air. The operating velocity, temperature, and RH of the drying air surrounding the product should be kept at a certain level during the drying process so that moisture migration from the product to the ambient air could be accomplished in an efficient manner preventing thermal stress which may induce fissures and other quality damage to the product. The focus of this research is related to basic drying mechanism, where heat, momentum and mass transfer which occurs simultaneously will influence the rate of moisture migration out of the product. The change in mass flux of moisture will influence the RH profile and in turn will change both the temperature and drying air flow rate. The understanding this basic phenomenon will lead to understanding on how to manipulate these three controlling parameters of a drying process, namely the air velocity, the temperature and RH in designing a drying system. The main objective of this research was to understand first the interrelationship among the three controlling parameters of air velocity, temperature and RH distribution surrounding the product to be dried using the basic theory of simultaneous, mass, momentum and energy transfer. A slab containing rough rice which is porous materials was chosen as a model to conduct analysis. Automatic weighing system to measure mass flux of moistrure from the product was specially designed for the purpose of this study using strain gage and strain recorder. The amount stratin then was calibrated with different weight of load. Several test runs were conducted using a perforated slab 24 cm wide and 50 cm long. The values of mass flux expressed in terms of dimensionless parameter (K), were varied from K = 0.68, to K =0.79. to indicate the different degree of drying process. The thickness of hydrodynamic boundary layer ( based on the model) during the drying of rough rice were 2.08 cm, 1.42 cm, 2.09 cm and 2.28 cm, respectively for test run 1, 2, 3, and 4, while the thickness of thermal boundary layer during these test runs were 2.28 cm, 1.55 cm, 2.36 cm and 2.08 cm, respectively. The average mass flux under these conditions were 0.15e-03 kg/m2 s, 0.23 e-03 kg/m2 s, 0.17e-03 kg/m2 s and 0.27e-03 kg/m2 s, respectively. From these tests it was clear that the test run 04 gave the largest mass flux of moisture and, therefore, should be used as future reference in determining the optimum drying condition. The measured air velocity during these test runs were is 0.0025 kg/s at run 01, 0.0033 kg/s at run 02,and 0.0020 kg/s at run 03. At run 01, the air velocity at free stream was 0.42 m/s, equivalent to the dimensionless velocity, ∏v= ux/u∞= 0.78, with air temperature of 37.6 oC, while the highest average air velocity was 0.33 m/s ±0.02 m/s SD located at 35 mmm above the slab. In run 02. the highest average air velocity was 0.34 m/s± 0.014 m/s, SD located at 50 mm above the slab. During test run 04, the highest air velocity was 0.3 m/s (∏=0.68) located at 25 mm above the slab. The highest average air temperature during run 01 was 35.84 oC ± 0.29 oC located at 50 mm above the slab. The dimensionless temperature, ∏T=( T-To)/(T∞-To) under this test condition was equal to 0.76. In run 02, highest average air temperature was 36.20 oC ± 0.12 SD located at 50 mm above the slab, with the equivalent dimensionless temperature, ∏T= 0.83, while in run 03, the highest average air temperature temperature was 36.5 oC ± 0.12 SD (∏T= 0.84) located at 45 mm above the slab. In run 04, the highest average air temperature was 34.60 oC ± 0.10 SD (∏T= 0.58). v

RH profiles obtained during the 4 test runs indicated that the average RH for test run 01, was 50.01 % ±1.59 %, SD, 49.14 % ± 1.42% SD for test run 02, 50.71 % ± 1.10 % SD for test run 03, and 50.49 % ± 1.32%SD in run 04. The energy required to dry rough rice in test run 01 from 24.67%wb to 14.93%wb were 10.15 W for 7.30 hours, with average mass flux of 0.0015 kg/m2 s. In test run 02, the rate of applied heat and its duration was 16.58 W with the resulting average mass flux of 0.0024 kg/m2 obtained during the drying duration of 7.16 hours. In test run 03, the applied heat was 8.36 W with mass flux of vapour 0.0017 kg/m2 s and lasted for 7.16 hours. In order to study in depth behaviour of the drying process, CFD technique was applied. Using CFD simulation techniques better picture of air stream and temperature profiles above the drying slab were obtained. The resulting air velocity as well as the temperature profile using CFD were in good agreement with those obtained from the experiment. When the width of the slab was at 12 cm and length of 50 cm the temperature and air velocity along the slab varied between 34 oC to 34.8 oC and the air velicty between 0.18 m/s to 0.21 m/s. When the length of the slab was reduced to 25 m, the proper width of the slab was 24 cm to create better variation of air velocity ( 0.2 m/s to 0.23 m/s) and temperature ( 34.8 oC to 35.2 oC). The final moisture content of tested rough rice was 14.93 % ( w) in run 01, 14.52% wb, in run 02, 14.83 % wb in run 03 and 14.47 % wb in run 04, respectively. Temperature and velocity profile of air, thickness of hydorodynamic and thermal boundary layer can be proved with model of simultaneous mass, momentum and energy transfer in a drying system. Velocity and temperature of air at free stream represent important parameter in the process of transfer of mass, momentum and energy of siumultaneous for the water evaporation of product. Stream of laminarvery determining to get uniform temperature and velocityat surface dryer rack and was thickness formed boundary layer, where hot air enter in boundary layer will heated water found on surface coat and transport aqueous vapour that happened go out systemto environmental air. Usage of straw at dryer room as rectifier of air stream can give velocity of air stream which flatten up at widw shares of rack. Keywords : Boundary layer thickness ,drying of porous materials on slab, CFD, simultaneous heat, mass and momentum transfer.

vi

@ Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007 Hak Cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB

vii

PERPINDAHAN MASSA, MOMENTUM DAN ENERGI SECARA SIMULTAN PADA SISTEM PENGERING

MUHAMAD SYAIFUL

Disertasi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007

viii

Penguji Luar Komisi : Ujian Tertutup : 1. Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli Ujian Terbuka : 1. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Sc 2. Dr. Ir. Ridwan Thahir, APU

ix

JUDUL DISERTASI

:

Perpindahan Massa, Momentum dan Energi Secara Simultan pada Sistem Pengering

NAMA

:

Muhamad Syaiful

NRM

:

F.161030051 - TEP

Disetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah, MSAE Ketua

Dr. Ir. Edy Hartulistiyoso, MSc. Anggota

Dr. Ir. Dyah Wulandani, MSi. Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian

Dekan Sekolah Pascasarjana IPB

Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Sc

Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS

Tanggal Ujian : 30 Juli 2007

Tanggal Lulus :

x

PRAKATA Puji dan syukur jangan pernah berhenti untuk kita panjatkan bagi pemilik segala kesempurnaan, Allah SWT yang Maha Agung, seiring salawat dan salam untuk nabi Muhammad SAW manusia termulia dan suri tauladan dalam kehidupan ini. Hanya karena limpahan rahmatNya atas karunia akal, penulis dapat menyelesaikan disertasi ini. Tema yang dipilih dalam disertasi ini adalah Perpindahan Massa, Momentum dan Energi Secara Simultan pada Sistem Pengering. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih atas bimbingan, saran, dan nasehat tentang filosofi keilmuan serta ide-ide juga bantuan dana maupun sarana yang begitu besar manfaatnya bagi penulis, selama kuliah dan dalam penyelesaian disertasi ini, serta kegiatan-kegiatan ilmiah lainnya, kepada : 1. 2. 3. 4.

Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah, MSAE sebagai Ketua Komisi Pembimbing Dr. Ir. Edy Hartulistiyoso sebagai Anggota Komisi Pembimbing Dr. Ir. Dyah Wulandani sebagai Anggota Komisi Pembimbing Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr selaku Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Sekolah Pascasarjana IPB 5. Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli selaku Dosen Penguji Luar komisi Pembimbing pada sidang ujian tertutup 6. Dr. Ir, Ridwan Thahir, APU selaku penguji pada sidang ujian terbuka 7. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan., M.Sc. selaku penguji pada sidang ujian terbuka 8. Pimpinan Institut Pertanian Bogor (IPB) yang telah memberikan izin kepada penulis untuk menempuh pendidikan S3 ini. 9. Seluruh staf administrasi yang telah banyak membantu kelancaran dalam penyelesaian studi. 10. Dirjen Pendidikan Tinggi atas dana bantuan melalui Program BPPS, 11. Bapak dan Ibu Staf Pengajar di Departemen Teknik Pertanian, dan khususnya kepada Staf Laboratorium/teknisi labroratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Fateta IPB atas bantuan yang sangat besar selama studi dan pelaksanaan penelitian. 12. Teman-teman di Universitas Bengkulu dan di Fateta IPB 13. Semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu, atas segala bantuan, kerja sama dan dukungan moril dan materil pada penulis hingga selesainya disertasi ini. Ketulusan kasih sayang, pengorbanan serta doa ayah dan bapak yang telah tiada serta amak ( yang sedang sakit ) dan mama ( yang sudah uzur ) selama ini, adalah penyemangat bagi penulis dalam menyelesaikan studi ini. Ketulusan yang tak mungkin mampu penulis membalasnya. Doa tulus dan bantuan yang diberikan adik-adikku serta seluruh keluarga, adalah dukungan besar untuk penulis dalam mengikuti pendidikan ini.

xi

Ucapan terima kasih penuh cinta dan sayang untuk ananda Arin Risfadina Syaiful dan Agusdian, Verani Indiarma Syaiful serta Mirza Muhammad Ilham Syaiful, isteriku , Pudiwati Syaiful, atas segala pengertian, pengorbanan, kesabaran dan doanya serta yang selalu memberi dukungan moril dan materil kepada penulis agar tetap maju dan tidak patah semangat dalam menyelesaikan pendidikan S3 ini. Khusus untuk cucunda tercinta Disya Addin Nabila Agusdian, kehadirannya menjadi penyemangat tersendiri. Harapan seiring doa penulis, semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan segala budi baik serta bantuan semua pihak yang telah diberikan kepada penulis, Insya Allah bernilai ibadah dan mendapat pahala tak pernah putus dari Allah Subhannahu Wata’ala serta semoga kita selalu dibimbinganNya dalam mengamalkan ilmu dengan baik dan benar juga senantiasa berusaha menjadi hambaNya yang ikhlas dan pandai bersyukur, Aaamiiin !!!

Bogor, Agustus 2007 Muhamad Syaiful

xii

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bengkulu pada tanggal 16 Nopember 1957, anak dari Bachtiar Husin dan Mainar. Anak pertama dari sembilan bersaudara. Penulis menyelesaikan Sekolah Dasar di SD Negeri 1 Teladan Bengkulu (tahun lulus 1970), Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 1 Bengkulu (tahun lulus 1973). Tahun 1974 penulis sekolah di Sekolah Teknik Menengah Budi Utoma di Jakarta. Penulis menamatkan Sekolah Menengah Atas di SMA Putra Indonesia Yogyakarta (lulus tahun 1978). Pada tahun 1978 penulis melanjutkan pendidikan di Universitas Gadjah Mada pada Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik UGM dan memperoleh gelar Sarjana Muda Teknik Kimia tahun 1984 dan gelar Sarjana Teknik Kimia tahun 1986 di UGM. Pada tahun 1987 sampai sekarang penulis bekerja sebagai Staf Pengajar di Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Bengkulu (UNIB). Tahun 1990, penulis mendapat kesempatan mengikuti pendidikan program Magister (S2) pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian di Program Pascasarjana IPB melalui dana pendidikan dari TMPD dan lulus pada tahun 1993, di bawah bimbingan Dr. Kamaruddin Abdullah sebagai Ketua, Dr. Atjeng M. Syarief sebagai anggota dan Soedarsono, M.Sc sebagai anggota Penulis mengikuti program studi Doktor (S3) pada Program Studi Ilmu Ketekniakn Pertanian IPB dengan dana pendidikan dari BPPS pada tahun 2003. Selama mengikuti pendidikan program S3 ini penulis telah mengikuti beberapa seminar. Sebagian dari karya ilmiah ini telah dipublikasikan dan disajikan dalam : Jurnal Ilmu-Ilmu Pertanian Indonesia (Indonesian Journal of Agricultural Sciences), Vol.9, UNIB, Bengkulu. Karya-karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari program pendidikan S3. Penulis menikah dengan Ir. Pudiwati Thamrin pada tahun 1982 dan dikarunia tiga orang putra-putri yaitu, Arin Risfadina, Verani Indiarma dan Mirza Muhammad Ilham, serta seorang cucu Disya Addin Nabila.

Bogor, Agustus 2007 Muhamad Syaiful

xiii

DAFTAR ISI

Halaman DAFTAR TABEL ........................................................................................

xvii

DAFTAR GAMBAR .....................................................................................

xx

DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................

xxv

DAFTAR SIMBOL .....................................................................................

xxvii

PENDAHULUAN .................................................................................

1

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

2

1.2. Perumusan Masalah ....................................................................

5

1.3. Tujuan dan Manfaat .......................................................................

6

2.4. Sistematika Disertasi ....................................................................

7

II. STUDI PUSTAKA .................................................................................

9

I.

2.1. Prinsip Dasar Proses Penguapan air .............................................

10

2.2. Anatomi Gabah

............................................................................

11

2.3. Proses Penguapan Air Gabah .......................................................

13

2.4. Penukar Panas Radiator ...............................................................

15

2.5. RH Udara Pengering

...................................................................

17

III. TEORI PERPINDAHAN MOMENTUM, ENERGI DAN DAN MASSA SECARA SIMULTAN ..................................................

19

3.1. Pendahuluan

..............................................................................

3.2. Teori Lapisan Batas

20

....................................................................

21

3.3. Pendekatan Teoritis ......................................................................

24

3.3.1. Pemodelan Transport Momentum, Energi dan Massa pada Sistem Pengering ......................................................

25

3.3.2. Pendefinisian Boundary Condition dan Initial Condition .....

26

3.3.3. Ketebalan Lapisan Batas Hidrodinamik dan Lapisan Batas Termal .....................................................................

33

3.4. Penentuan Nilai Difusivitas ..........................................................

46

3.4.1. Teori Pengeringan Lapis Tipis ............................................

46

3.4.2. Pemodelan Matematik Menentukan Me, K dan Dv ............

48

3.5. Penentukan Dimensi Ring Tranduser .........................................

51

xiv

DAFTAR ISI (Lanjutan)

Halaman IV. KAJIAN CFD PADA PROSES ALIRAN FLUIDA ................................

53

4.1. Penelitian Sebelumnya ..................................................................

54

4.2. Cara Kerja Fluent Dalam Pemecahan Masalah Aliran Fluida .......

55

4.3. Simulasi Dinamika Aliran Fluida dengan CFD ................................

55

4.4. Model Persamaan Atur Simulasi CFD ............................................

56

4.5. Tahapan Simulasi CFD pada Alat Pengering ................................

58

V. PERCOBAAN ........................................................................................

59

5.1. Bahan dan Alat ...............................................................................

60

5.2. Waktu dan Tempat .........................................................................

62

5.3. Prosedur Penelitian ........................................................................

62

5.4. Proses Perhitungan Simulasi CFD .................................................

65

VI. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................

68

6.1. Penentuan Nilai Difusivitas ..............................................................

69

6.2. Kajian Perindahan Massa, Momentum dan Energi

........................

72

6.2.1. Pola Aliran Udara dalam Ruang Pengering

........................

72

6.2.2. Menentukan Gradien Kecepatan, Suhu dan Massa Tak Berdimensi ....................................................................

75

6.2.3. Validasi Distribusi Kecepatan dan Suhu Udara Pengering ...

78

6.2.4.

Perbandingan Hasil Percobaan Kecepatan, Suhu dan RH pada Panjang Permukaan Rak 25 cm dan 50 cm ...............

103

Perbandingan Hasil Percobaan Kecepatan dan Suhu pada Lebar Rak 12 cm dan 24 cm ..............................................

110

Distribusi Massa Uap dan Fluks Masa Uap dalam Lapisan Batas.......................................................................

113

6.2.7.

Penentuan Tebal Lapisan Batas Hidrodinamik dan Termal ....

117

6.2.8.

Penentukan Massa Udara Masuk Lapisan Batas ................

118

6.2.9.

Koefisien Perpindahan Panas dan Massa Sepanjang Permukaan Gabah ................................................................

119

6.2.10. Koefisien Gesek dan Gaya Geser Sepanjang Permukaan Gabah ....................................................................................

122

6.2.11. Rasio Tinggi Aliran Bebas dan Panjang Permukaan Lapisan Batas dengan Tebal Lapisan Batas ..........................

123

6.2.12. Kebutuhan Energi Penguapan Air dalam Lapisan Batas ........

124

6.2.5. 6.2.6.

xv

DAFTAR ISI (Lanjutan) Halaman

6.3. Kajian CFD pada Aliran Fluida

....................................................

134

6.3.1. Data Input dalam Simulasi CFD ..........................................

134

6.3.2. Pembentukan Grid Perhitungan .........................................

135

6.3.3. Distribusi Kecepatan Udara dalam Ruang Pengering ........

135

6.3.4. Validasi Kecepatan Data Pengukuran dengan Simulasi CFD .......................................................................

138

6.3.5. Distribusi Suhu Udara dalam Ruang Pengering .................

147

6.3.6. Validasi Suhu Pengukuran dengan Simulasi CFD .............

149

........................................................

155

...............................................................................

156

7.2. Saran .........................................................................................

156

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................

158

LAMPIRAN ...............................................................................................

164

VII. KESIMPULAN DAN SARAN 7.1. Kesimpulan

xvi

DAFTAR TABEL Halaman 2-1

Klasifikasi gabah berdasarkan panjang beras pecah kulit

..............

12

2-2

Sub-tipe gabah berdasarkan perbandingan panjang terhadap lebar beras pecah kulit ................................................................

12

2-3

Deskripsi padi jenis varietas IR64 ....................................................

13

5-1

Bahan dan peralatan yang digunakan dalam penelitian ...................

61

6-1

Hasil perhitungan nilai difusivitas massa gabah selama proses penguapan air ............................................................................

70

Kelembaban udara lingkungan dan ruang pengering selama percobaan .................................................................................

74

Sifat fisik udara dan uap air pada suhu rata-rata kondisi operasi 37.6 oC ..............................................................................

76

Kecepatan tak berdimensi dan jarak tak berdimensi pada ketinggian 15 mm – 50 mm. ..........................................................................

77

Nilai ragam kecepatan udara dalam ruang pengering (percobaan 1a) ..................................................................................

79

Nilai ragam suhu udara dalam ruang pengering (percobaan 1a) ..................................................................................

81

Nilai ragam kecepatan udara dalam ruang pengering (percobaan 1b) .................................................................................

83

Nilai ragam suhu udara dalam ruang pengering (percobaan 1b) .................................................................................

84

Nilai ragam kecepatan udara dalam ruang pengering (percobaan 2a) ...................................................................................

86

6-10 Nilai ragam suhu udara dalam ruang pengering (percobaan 2a) ....................................................................................

89

6-11 Nilai ragam kecepatan udara dalam ruang pengering (percobaan 2b) ...................................................................................

90

6-12 Nilai ragam suhu udara dalam ruang pengering (percobaan 2b) ..................................................................................

92

6-13 Nilai ragam kecepatan udara ruang pengering (percobaan 3a) ...................................................................................

94

6-14 Nilai ragam suhu udara dalam ruang pengering (percobaan 3a) ...................................................................................

96

6-15 Nilai ragam suhu dan kecepatan udara ruang pengering (percobaan 3 b) ....................................................................................

98

6-16 Nilai ragam suhu dan kecepatan udara ruang pengering (percobaan 4a) .....................................................................................

98

6-2 6-3 6-4 6-5 6-6 6-7 6-8 6-9

xvii

DAFTAR TABEL (lanjutan) Halaman 6-17 Nilai ragam suhu dan kecepatan udara dalam ruang pengering (percobaan 4b) ......................................................................................

102

6-18 Perbandingan hasil percobaan suhu, kecepatan dan RH antara panjang permukaan rak 25 cm dengan 50 cm pada lebar rak 12 cm, pada kecepatan 0.42 m/dtk dan suhu 37.6 oC .....................................

103

6-19 Analisis ragam untuk suhu, kecepatan dan RH untuk lebar rak 12 cm pada panjang 25 cm dan 50 cm (v = 0.42 m/dtk dan T = 37.6 oC) ........

104

6-20 Perbandingan hasil percobaan suhu, kecepatan dan RH antara panjang rak 25 cm dengan 50 cm untuk lebar rak 12 cm, pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC ......................................

106

6-21 Analisis ragam untuk suhu, kecepatan dan RH untuk lebar rak 12 cm pada panjang 25 cm dan 50 cm (v = 0.33 m/dtk dan T = 36.8 oC) .........

107

6-22 Perbandingan hasil percobaan suhu dan kecepatan antara lebar rak 12 cm dengan 24 cm untuk panjang rak 50 cm pada percobaan 1 (a) dan percobaan 1 (b) .........................................

110

6-23 Analisis ragam untuk suhu, kecepatan untuk lebar rak 12 cm dan 24 cm pada panjang 50 cm (v = 0.42 m/dtk dan T = 37.6 oC) ..............

111

6-24 Perbandingan hasil percobaan suhu dan kecepatan antara lebar rak 12 cm dengan 24 cm untuk panjang rak 25 cm pada percobaan 2 (a) dan percobaan 2 (b) ..........................................

112

6-25 Analisis ragam untuk suhu, kecepatan untuk lebar rak 12 cm dan 24 cm pada panjang 25 cm (v = 0.42 m/dtk dan T = 37.6 oC) ..............

112

6-26 Perubahan konsentrasi uap air dalam lapisan batas terhadap jarak tak berdimensi ....................................................................................

114

6-27 Fluks massa uap air dalam lapisan batas sepanjang permukaan gabah ..............................................................................................

116

6-28 Tebal lapisan batas massa, termal dan udara yang masuk pada lapisan batas sepanjang permukaan gabah .......................................

117

6-29 Jumlah aliran massa udara yang masuk lapisan batas sepanjang permukaan gabah 50 cm ................................................................

119

6-30 Koefisien perpindahan panas dan massa gabah sepanjang permukaan lapisan batas ...................................................................

121

6-31 Koefisien gesek dan gaya geser sepanjang permukaan gabah ...........

122

6-32 Parameter proses perpindahan massa, momentum dan energi untuk penguapan air gabah pada lapisan batas ................................

125

6-33 Nilai-nilai kondisi batas ........................................................................

126

6-34 Sifat fisik material

..............................................................................

126

6-35 Distribusi kecepatan udara diatas rak pada bidang yz untuk z = 12 cm ...........................................................................................

130

xviii

DAFTAR TABEL (lanjutan) Halaman

6-36 Distribusi kecepatan udara diatas rak pada bidang yz untuk z = 24 cm ...........................................................................................

134

6-37 Distribusi suhu udara diatas rak pada bidang yz untuk z = 12 cm ............................................................................................

140

6-38 Distribusi suhu udara diatas rak pada bidang yz untuk z = 24 cm .............................................................................................

145

6-39 Perbandingan suhu dan kecepatan antara z = 12 cm dengan z=24 cm untuk panjang permukaan rak 25 cm (T = 37.6 C dan v = 0.42 m/dtk )..

149

6-40 Analisis ragam untuk suhu dan kecepatan pada panjang permukaan rak 25 cm antar arah z = 12 cm dengan z = 24 cm ............

150

6-41 Perbandingan suhu dan kecepatan antara z = 12 cm dengan z = 24 cm untuk panjang permukaan rak 50 cm (T = 37.6 C dan v = 0.42 m/dtk ) ...........................................................

151

6-42 Analisis ragam untuk suhu dan kecepatan pada panjang permukaan rak 50 cm antar arah z = 12 cm dengan z = 24 cm ...........

151

xix

DAFTAR GAMBAR Halaman 2-1

Skema distribusi suhu pada radiator dengan aliran lawan arah .........

15

2-2

Diagram proses pemanasan udara pada kurva psychrometric .........

17

3-1

Profil-profil kecepatan untuk lapisan batas laminar dalam aliran melewati plat datar ..................................................................

23

Diagram proses perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan pada sistem pengering ...........................................

24

Aliran tangensial sepanjang ujung yang tajam pada bidang pipih dengan perpindahan massa dalam arus ..........................................

26

3-4

Volume kendali untuk analisa momentum integral lapisan batas ........

33

3-5

Volume kendali untuk neraca panas lapisan batas ..............................

39

3-6

Model ring transduser dan diagram skematis pengukuran regangan ....

52

5-1

Gambar tiga dimensi alat yang digunakan dalam percobaan ...............

61

5-2

Perpindahan panas dan massa proses pengeringan gabah pada sebuah rak dalam alat uji sistem pengering .............................

63

Lokasi titik pengukuran suhu dan kecepatan diatas rak produk pada jarak x = 25 cm dan x = 50 cm ....................................................

64

5-4

Diagram alir proses perhitungan

........................................................

66

6-1

Kurva perubahan kadar air (% bk) gabah selama proses penguapan terhadap waktu pada T = 36.8 oC dan v = 0.33 m/dtk ..........................

70

Kurva perubahan kadar air (% bk) gabah selama proses penguapan air terhadap waktu pada T = 37.6 oC dan v = 0.42 m/dtk .....................

71

Kurva perubahan kadar air (% bk) gabah selama proses penguapan air terhadap waktu pada T = 37.2 oC dan v = 0.39 m/dtk ......................

71

Profil kecepatan tak berdimensi terhadap jarak tak berdimensi pada kondisi tanpa beban pengering (rak kosong) .............................

78

Distribusi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm dan panjang permukaan rak 50 cm dan lebar 12 cm ..............................................................................................

79

Validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang permukaan rak 50 cm dan lebar 12 cm .....

80

Distribusi pengukuran suhu dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm dan panjang permukaan rak 50 cm dan lebar 12 cm ........

81

Validasi pengukuran suhu dengan model matematik lapisan batas untuk panjang permukaan rak 50 cm dan lebar 12 cm ................

82

3-2 3-3

5-3

6-2 6-3 6-4 6-5

6-6 6-7

6-8

xx

DAFTAR GAMBAR (lanjutan) Halaman 6-9

Distribusi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm dan panjang rak 50 cm dan lebar 24 cm ..........................................................................................

83

6-10 Profil validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang permukaan rak 50 cm dan lebar 24 cm ........................................................................

84

6-11 Distribusi pengukuran suhu dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm dan panjang rak 50 cm dan lebar 24 cm ......................

85

6-12 Validasi pengukuran suhu udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 50 cm dan lebar 24 cm .....................

86

6-13 Validasi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk panjang permukaan rak 25 cm dan lebar 12 cm ..................................

87

6-14 Validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 12 cm .....................

88

6-15 Distribusi pengukuran suhu dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm, panjang rak 25 cm dan lebar 12 cm ............................

89

6-16 Profil validasi pengukuran suhu dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 12 cm ....................

90

6-17 Distribusi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk panjang 25 cm dan lebar 24 cm ...........................................................

91

6-18 Profil validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 24 cm .....................

92

6-19 Distribusi pengukuran suhu dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm, panjang rak 25 cm dan lebar 24 cm .............

93

6-20 Validasi pengukuran suhu udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 24 cm ......................

93

6-21 Distribusi pengukuran kecepatan udara ruang pengering dengan hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas untuk panjang rak 50 cm dan lebar 12 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC ................................................................

95

6-22 Profil validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 50 cm dan lebar 12 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC ..........................

95

6-23 Distribusi pengukuran suhu dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk panjang rak 50 cm dan lebar 12 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC ...........

97

xxi

DAFTAR GAMBAR (lanjutan)

Halaman 6-24 Profil validasi pengukuran suhu dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 50 cm dan lebar 12 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC ...............................................................

97

6-25 Distribusi pengukuran kecepatan udara ruang pengering dengan hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas untuk panjag rak 25 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC ........

100

6-26 Profil validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 24 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC ........................

100

6-27 Distribusi pengukuran suhu ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 24 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC .........

101

6-28 Profil validasi pengukuran suhu dengan model matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan 1.5 cm dan panjang rak 25 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC ............................................

101

6-29 Perbedaan kecepatan rata-rata terhadap panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 1 (a) dan percobaan 2 (a) .....

105

6-30 Perbedaan suhu rata-rata terhadap panjang rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 1 (a) dan percobaan 2 (a) .............................

105

6-31 Perbedaan RH rata-rata terhadap panjang rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 1 (a) dan percobaan 2 (a) ...........................

106

6-32 Perbedaan kecepatan rata-rata terhadap panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 3 (a) dan percobaan 4 (a) .....

108

6-33 Perbedaan suhu rata-rata terhadap panjang rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 3 (a) dan percobaan 4 (a) ......................

109

6-34 Perbedaan RH rata-rata terhadap panjang rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 3 (a) dan percobaan 4 (a) ......................

109

6-35 Distribusi konsentrasi uap air sepanjang jarak tak berdimensi pada panjang permukaan rak 50 cm ...............................

115

6-36 Perubahan fluks massa uap air dalam lapisan batas terhadap jarak tak berdimensi pada permukaan rak .........................

116

6-37 Tebal lapisan massa dan termal yang terbentuk sepanjang lapisan permukaan gabah 50 cm ......................................

118

6-38 Kurva laju aliran massa udara sepanjang lapisan permukaan gabah 50 cm .......................................................................................

119

6-39 Hubungan antara koefisien pindah panas dan massa dengan panjang lapisan permukaan gabah ....................................................

121

6-40 Perubahan nilai koefisien gesek dan gaya geser sepanjang permukaan lapisan batas gabah .........................................................

122

xxii

DAFTAR GAMBAR (lanjutan)

Halaman 6-41 Kurva perbandingan tebal lapisan batas terhadap rasio tinggi aliran bebas dengan panjang lapisan permukaan ..............................

123

6-42 Pembentukkan grid pada domain perhitungan .....................................

127

6-43 Profil kecepatan diatas rak pengering pada bidang yz .........................

128

6-44 Profil kecepatan udara diatas rak untuk lebar rak 12 cm dari tepi ....................................................................................

129

6- 45 Kurva distribusi kecepatan udara diatas rak pengering pada tepi depan rak dengan lebar rak 12 cm ......................................

131

6-46 Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak dan lebar rak 12 cm ...................................

131

6-47 Kurva distribusi kecepatan udara diatas rak pengering pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm .......................

132

6-48 Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm ............

132

6-49 Kurva distribusi kecepatan udara diatas rak pengering pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm .....................

133


134

6-51 Kurva distribusi kecepatan udara di atas rak pengering pada tepi depan rak dengan lebar rak 24 cm .....................................

135

6-52 Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak dan lebar rak 24 cm ...................................

135

6-53 Kurva distribusi kecepatan udara di atas rak pengering pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm .....................

136


137

6-55 Kurva distribusi kecepatan udara di atas rak pengering pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm .....................

138


138

6-57 Profil suhu di atas rak pengering pada bidang yz ...............................

139

6-58 Profil suhu udara di atas rak pengering untuk lebar rak 12 cm dari tepi ...............................................................................................

139

5-59 Kurva distribusi suhu udara di atas rak pengering pada tepi depan rak dengan lebar rak 12 cm .....................................................

141

6-60 Profil verifikasi suhu pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak dan lebar rak 12 cm ..........................................................

141

xxiii

DAFTAR GAMBAR (lanjutan) Halaman 6-61 Distribusi suhu udara di atas rak pengering pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm ......................................

142

6-62 Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm ..........

143

6-63 Distribusi suhu udara di atas rak pengering pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm .................................

143


144

6-65 Kurva distribusi suhu udara di atas rak pengering pada tepi depan rak dengan lebar rak 24 cm ...................................

145

6-66 Profil verifikasi suhu pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak dan lebar rak 24 cm .........................................

146

6-67 Kurva distribusi suhu udara di atas rak pengering pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm ..................

147

6-68 Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm ...................

147

6-69 Kurva distribusi suhu udara di atas rak pengering pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm ...................

149


149

6-71 Perbedaan kecepatan rata-rata terhadap lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 25 cm .............................................................

153

6-72 Perbedaan suhu rata-rata terhadap lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 25 cm ...................................................................

153

6-73 Perbedaan kecepatan rata-rata terhadap lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 50 cm .................................................

153

6-74 Perbedaan suhu rata-rata terhadap lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 50 cm .......................................................

154

xxiv

DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1.

Data pengukuran dan hasil perhitungan kalibrasi ring transduser .....................................................................

165

Lampiran 2.

Perhitungan dimensi ring tranduser .......................................

166

Lampiran 3.

Program basic dan hasil perhitungan dimensi ring transduser ..............................................................................

167

Lampiran 4.

Program basic untuk menentukan nilai Me, K, dan A ..........

169

Lampiran 5.

Data pengukuran dan hasil hitung perubahan massa gabah untuk tebal tumpukan 2.2 cm, kecepatan udara 0.35 m/dtk dan suhu udara 36.8 oC .......................................................

171

Data pengukuran dan hasil hitung perubahan massa gabah untuk tebal tumpukan 2.2 cm, kecepatan udara 0.42 m/dtk dan suhu udara 37.6 oC ..........................................................

173

Data pengukuran dan hasil hitung perubahan massa gabah untuk tebal tumpukan 2.2 cm, kecepatan udara 0.48 m/dtk dan suhu udara 37.2 oC ........................................................

175

Data pengukuran dan hasil hitung perubahan massa gabah untuk tebal tumpukan 1.5 cm, kecepatan udara 0.44 m/dtk dan suhu udara 37.8 oC .......................................................

177

Data pengukuran dan hasil hitung perubahan massa gabah untuk tebal tumpukan 1.5 cm, kecepatan udara 0.39 m/dtk dan suhu udara 37.4 oC ..........................................................

179

Lampiran 10. Data kelembaban udara lingkungan dan ruang pengering .....

181

Lampiran 11. Data suhu dan kecepatan udara pada inlet rak pengering ....

182

Lampiran 12. Data pengukuran kecepatan diatas rak pengering pada percobaan 1 .........................................................................

183

Lampiran 13. Data pengukuran kecepatan diatas rak pengering pada percobaan 2 .......................................................................

184

Lampiran 14. Data pengukuran kecepatan diatas rak pengering pada percobaan 3 .........................................................................

185

Lampiran 15. Data pengukuran kecepatan diatas rak pengering pada percobaan 4 ........................................................................

186

Lampiran 16. Data pengukuran suhu diatas rak pengering pada percobaan 1 ........................................................................

187

Lampiran 17. Data pengukuran suhu diatas rak pengering pada percobaan 2 .........................................................................

188


189


190

Lampiran 6.

Lampiran 7.

Lampiran 8.

Lampiran 9.

xxv

DAFTAR LAMPIRAN (lanjutan) Halaman Lampiran 20. Hasil pengukuran kadar air akhir gabah (% bb) dengan menggunakan oven ................................................

190

Lampiran 21. Uji F untuk perbandingan kecepatan dan suhu pada lebar rak Rak 12 cm dan 24 cm, pada kecepatan 0.42 m/dtk dan suhu suhu 37.6 oC ........................................................................

191

Lampiran 22. Uji F untuk perbandingan kecepatan dan suhu pada lebar rak Rak 12 cm dan 24 cm, pada kecepatan 0.42 m/dtk dan suhu suhu 37.6 oC ........................................................................

196

Lampiran 23. Contoh perhitungan uji t untuk menentukan ada tidaknya perbedaan hasil pengukuran dengan hasil model persamaan mamtematik lapisan batas ...................................................

200

Lampiran 24. Data kecepatan udara hasil pengukuran dan simulasi CFD untuk z = 12 cm (atau 22 cm dari dinding alat pengering) .....

202

Lampiran 25. Data kecepatan udara hasil pengukuran dan simulasi CFD untuk z = 24 cm (atau 34 cm dari dinding alat pengering) ......

202

Lampiran 26. Data suhu udara hasil pengukuran dan simulasi CFD untuk z = 12 cm (atau 22 cm dari dinding alat pengering) .......

202

Lampiran 27. Data suhu udara hasil pengukuran dan simulasi CFD untuk z = 24 cm (atau 34 cm dari dinding alat pengering) .......

203

Lampiran 28. Data pengukuran dan hasil simulasi CFD untuk kecepatan dan suhu udara .......................................................................... 204 Lampiran 29. Data pengukuran kecepatan udara dari kipas ........................... 205 Lampiran 30. Diagram alir program basic untk perhitungan lapisan batas ..........................................................................

206

Lampiran 31. Program Komputer Basic untuk Perhitung Lapisan Batas ......

207

Lampiran 32. Contoh perhitungan perpindahan kalor sepanjang permukaan gabah ...................................................................

209

Lampiran 33. Foto bangunan alat percobaan pada sistem pengering ............ 210 Lampiran 34. Alat-alat ukur yang digunakan dalam penelitian .....................

211

Lampiran 35. Gambar tiga dimensi dan ukuran alat uji sistem pengering yang digunakan dalam penelitian ..........................................

212

Lampiran 36. Gambar 3 dimensi lokasi titik-titik pengukuran dalam percobaan ...............................................................................

213

xxvi

DAFTAR SIMBOL

CA,∞

: Konsentrasi uap air dalam aliran bebas, (mol/m3)

Cfx

: Koefisien gesek

c

: Molar konsentrasi total, (mol/m3)

DAB

: Difusivitas uapair-udara, (m2/dtk)

Dv

: Difusivitas massa, (m2/dtk)

g

: Gaya gravitasi

DAB

: Difusivitas uapair-udara, (m2/dtk)

Hfg

: panas laten penguapan bahan pada suhu Tbk (kJ/kg)

hx

: Koefisien pindah panas, (kW/m2 oC)

hD

: Koefisien pindah massa, (m/dtk)

L

: Lebar, (m)

Le

: Bilangan Lewis

& m

: laju massa, (kg/dtk)

MA

: Berat molekul uap air

MB

: Berat molekul udara

NA

: Fluks molar uap air, (mol/m2 dtk)

NB

: Fluks molar udara, (mol/m2 dtk)

Nu

: Bilangan Nusselt

Cp

: Kapasitas termal, (kJ/kg oC)

k

: Konduktivitas panas, (W/m oC)

K

: Konstanta Pengeringan, (1/men)

K

: Fluks massa lapisan batas tak berdimensi

R

: Konstanta gas idel

T∞

: Suhu udara panas aliran bebas, (oC)

ux

: Kecepatan arah x, (m/dtk)

v∞

: Kecepatan udara aliran bebas, (m/dtk)

vx

: Kecepatan aliran udara bebas arah x, (m/dtk)

vy

: Kecepatan aliran udara bebas arah y, (m/dtk)

xA

: Mol fraksi uap air

x

: panjang lapisan permukaan gabah, (m)

xxvii

DAFTAR SIMBOL (Lanjutan)

x

: Koordinat kubus, (m)

y


z


Pr

: Bilangan Prandtl

p

: Tekanan, (kPa)

Pe

: Bilangan Peclet

Re

: Bilangan Reynold

Sc

: Bilangan Schmidt

T

: Suhu, (oC)

t

: Tebal tumpukan gabah, (m)

Hurup Yunani

α

: Difusivitas termal = (k/ρCp), (m2/dtk)

β

: Koefisien (1/oC)

ε

: Fraksi void

δ

: Tebal lapisan batas hidrodinamik, (m)

δt

: Tebal lapisan termal, (m)

ρ

: Densitas, (kg/m3)

μ

: Viskositas, (kg/m dtk)

υ

: Viskositas kinematik = (μ/ρ), (m2/dtk)

τ

: Tegangan geser, (kg/m2)

η

: Variabel posisi tak berdimensi

Λ

: Rasio difusivitas tak berdimensi

∇

: Operator del (gradien)

Π

: Profil tak berdimensi

Πv

: Profil kecepatan tak berdimensi

ΠT

: Profil suhu tak berdimensi

ΠAB

: Profil konsentrasi tak berdimensi

∏ 'AB

: Gradien konsentrasi

xxviii

BAB I PENDAHULUAN

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Komoditas hasil pertanian, terutama gabah masih memegang peranan penting sebagai bahan pangan pokok. Revitalisasi di bidang pertanian yang telah dicanangkan Presiden pada tanggal 11 Juni 2005 , bertekad untuk mewujudkan swasembada beras dalam upaya mencapai ketahanan pangan nasional. Usaha pemerintah dalam meningkatkan produksi padi telah dapat ditingkatkan dari 52,14 juta ton pada tahun 2003 menjadi 54,15 juta ton pada tahun 2005 atau dengan laju pertumbuhan produksi sebesar 3,74 % (Hamzirwan, 2007). Keberhasilan dalam meningkatkan produksi padi, harus diikuti dengan pengembangan teknologi proses dalam bidang pasca panen, khususnya proses pengeringan. umum

Pengeringan merupakan salah satu proses pasca panen yang

dilakukan

pada

berbagai

produk

pertanian

yang

bertujuan

untuk

menurunkan kadar air bahan sampai tingkat yang aman untuk penyimpanan atau digunakan pada proses lainnya.

Hampir seluruh pengeringan pada produk

pertanian dilakukan dengan proses termal.

Proses pengeringan produk pertanian

yang banyak dilakukan oleh petani adalah dengan cara penjemuran yaitu dengan menghamparkan produk dilantai jemur atau di pinggir jalan.

Cara ini memiliki

banyak kelemahan, selain dibutuhkan lahan yang luas, juga terjadi kontaminasi produk oleh debu, kotoran dan polusi kendaraan (penjemuran di pinggir jalan). Selain itu, kondisi iklim sangat mempengaruhi proses pengeringan terutama pada keadaan mendung atau hujan sehingga produk harus dipindah-pindahkan dan ini sangat sulit, memerlukan waktu yang lama bila produk yang dikeringkan dalam jumlah besar.

2

Menyadari pentingnya proses pengeringan terhadap produk untuk keperluan penyimpanan dalam waktu lama, telah banyak peneliti melakukan penelitian yang berkaitan dengan pengeringan produk pertanian dan perikanan, baik yang menyangkut aspek mutu maupun segi disain alat pengering serta penggunaan energi terbarukan dalam proses pengeringannya. Guna mengatasi masalah yang timbul dalam pengeringan dengan cara penjemuran, berbagai penelitian telah banyak dilakukan dalam pengembangan pengeringan buatan. Abdullah, K (1993) memperkenalkan metoda pengeringan untuk mengganti metoda penjemuran yaitu dengan menerapkan Pengering Efek Rumah Kaca (ERK).

Ide dasar dari pengering surya ini adalah mengintregrasikan

fungsi penyerap panas (kolektor surya) dan ruang pengering, sehingga biaya konstruksi dapat ditekan, selain menciptakan kondisi pengering yang bersifat hygienis dan dengan dibantu pemanas tambahan dari tungku biomassa dapat beroperasi secara kontinyu siang dan malam dan pada cuaca buruk. Pengering ERK terdiri dari bangunan berdinding transparan, yang dilengkapi dengan plat hitam sebagai pengumpul panas, bangunan transparan ini sekaligus berfungsi sebagai kolektor surya dan juga berfungsi sebagai pelindung dari hujan dan kotoran.

Gelombang pendek dari sinar surya dilewatkan melalui dinding

transparan dan selanjutnya diserap oleh plat hitam serta komponen-komponen lainya di dalam bangunan pengering, hal ini akan menyebabkan meningkatnya suhu udara dalam ruang pengering.

Udara panas yang dihasilkan digunakan

sebagai media pengering untuk memanaskan dan penguapan air produk. Dalam perkembangannya, pengering ERK telah banyak dilakukan uji coba terhadap berbagai produk pertanian, seperti daun tembakau rajangan (Samsuri, 1992), gabah, benih tanaman hortikultura (Abdullah, dkk, 1994), panili (Mursalim, 1995), rumput laut (Sukarmanto, 1996), Kakao (Nelwan, 1997), kopi (Wulandani, 1997), dll.

3

Masalah utama yang terdapat dalam pengering ERK ini adalah distribusi aliran udara yang kurang merata, terutama pada pengeringan tipe rak.

Untuk

megatasi masalah pengaliran udara, Nelwan (2005) melakukan penelitian terhadap biji kakao dengan pengering ERK

berbentuk silinder yang menggunakan rak

berputar dalam mengkaji aspek keteknikan pengeringan dengan bantuan energi surya sebagai sumber energi termal.

Pengering ini memiliki enam komponen

utama yang terdiri dari dinding transparan, rak berputar, seng pelat hitam setengah cangkang silindris, ruang pembakaran , penggerak putaran dan kipas ekshaus. Ratarata suhu pengeringan berkisar antara 39.5 – 40.9oC, dengan rata-rata kelembaban relatif berkisar antara 58.4 – 61.6%. Distribusi aliran udara panas

merupakan faktor penting yang menjadi

performansi suatu pengering. Studi yang dilakukan terdahulu memperlihatkan ketidak seragaman dari kecepatan udara, suhu dan RH udara pengering, Wulandani (1997) melaporkan bahwa perbedaan suhu yang terjadi dalam ruang pengering sekitar 6 oC antara bagian atas dan bagian bawah plat hitam yang dipasang horizontal diatas bak pengering tipe ERK.

Guna lebih meningkatkan performansi alat pengering ERK dari

segi teknis dan ekonomis, Wulandani (2005) melakukan penelitian terhadap komoditi cengkeh pada pengering ERK dengan cara mengatur letak komponen-komponen alat pengering (kipas, inlet, penukar panas dan outlet) untuk meningkatkan keseragaman kecepatan udara , suhu dan RH dalam ruang pengering.

Skenario simulasi penataan

posisi komponen-komponen alat pengering untuk melihat sebaran suhu, kecepatan udara dan RH dalam ruang pengering dilakukan dengan kajian CFD (Computational Fluid Dynamics).

Melalui simulasi aliran udara Wulandani (2005) melaporkan bahwa

dimensi pengering ERK dengan ukuran 3,6 x 3,6 x 2.4 m3 yang dilengkapi 3 buah kipas serta dua inlet dan dua outlet dapat menghasilkan keseragaman suhu, kecepatan dan RH. Dimana suhu yang dihasilkan seluruh rak ( 8 rak) adalah 45,3 oC dengan nilai ragam sebesar 1,6 oC dan nilai rata-rata kecepatan udara adalah 0,05 m/dtk.

4

Selain itu, Abdullah dkk (2004) juga memodifikasi bentuk pengering ERK dengan Tipe Limas Heksagonal geometri dari bangunan transparan diubah sedemikian rupa sehingga operator dapat melakukan pemuatan dan pengeluaran produk dari luar bangunan. Disamping itu, sel surya dapat diinstalasi untuk menggerakkan seluruh kipas pengeluaran sehingga pengering dapat dioperasikan pada daerah-daerah yang belum terjangkau oleh jaringan listrik nasional. Pengering tipe ini telah banyak diaplikasikan untuk berbagai produk seperti ikan, dendeng jantung pisang, rumput laut dan lain-lain. Untuk ikan pelegis (Nababan, 2005), mendapatkan fluktuasi suhu pengering berkisar antara 31-56 oC.

Berdasarkan studi-studi yang telah dilakukan terdahulu untuk mendapatkan aliran udara yang seragam dilakukan dengan perubahan bentuk geometri alat pengering EK serta mengatur tataletak

komponen-komponen alat pengering,

seperti kipas, penukar panas, inlet dan outlet.

Sedangkan penelitian-penelitian

dasar tentang sistem pengering yang sifatnya ingin mengkaji secara mendalam mekanisme dan karateristik pengeringan guna mendapatkan aliran udara yang seragam belum banyak dilakukan.

1.2. Perumusan Masalah Pengeringan komoditi pertanian khususnya bahan pangan umumnya bertujuan untuk mengawetkan bahan sehingga mutu dapat dipertahankan selama penyimpanan atau untuk proses lainnya. Seperti yang telah dikemukakan diatas, guna mendapatkan distribusi aliran udara, suhu dan RH udara dalam ruang pengering yang seragam, Wulandani (2005) telah melakukan penelitian penegring ERK tipe rak dengan pengaturan letak kipas, inlet dan outlet pada bangunan alat pengering secara makro tentang energi, momentum dan kontinyuitas pada seluruh ruang

pengering

dengan

mengasumsikan

udara

mempertimbangankan pengeruh penguapan air dari roduk.

kering

tanpa

Berdasarkan hasil

penelitian Wulandani (2005), pengering ERK mampu memberikan performansi

5

pengeringan yang cukup bagus.

Namun demikian dalam pemodelan yang

digunakan tidak mempertimbangkan pengaruh uap air hasil pengeringan dari produk. Wulandani (2005) mengasumsikan udara kering saja yang dianalisis di dalam ruang pengering, sehingga kadar air hasil produk kering hasil pengukuran masih terdapat perbedaan antar bagian dalam rak dan antar rak. Guna mendapatkan hasil yang lebih mendekatikondisi sebenarnya dalam ruang pengering perlu dlakukan penelitian dasar tentang sistem pengering yang sifatnya ingin mengkaji secara mendalam mekanisme dan karakteristik pengeringan dalam kaitannya dengan aliran udara panas sebagai media pengering. Pemecahan masalah dalam pengaliran udara panas akan diupayakan dalam penelitian dasar ini melalui kajian terhadap perpindahan energi, momentum dan massa secara simultan pada lapisan batas produk yang dikeringkan, sehingga pengaruh penguapan produk menjadi pertimbangan dalam penetuan parameter suhu, kecepatan udara dan perubahan massa uap air dalam lapisan batas produk.

1.3.

Tujuan dan Manfaat Penelitian

ini

bertujuan

untuk

melakukan

kajian

terhadap

transpor

momentum, energi dan massa secara simultan pada proses penguapan air dalam bahan padat ke dalam aliran udara panas. Pada kajian ini dilakukan analisa mendalam terhadap masing-masing unit kondisi operasi dari sistem termal dan perubahan massa pada proses penguapan air dalam bahan padat. Secara keseluruhan kajian dalam penelitian ini meliputi : 1. Penentuan parameter model struktural lapisan kering pada proses penguapan air bahan padat ke dalam aliran udara panas. 2. Melakukan validasi model teori boundary layer dan simulasi CFD.

6

3. Untuk mendapatkan karakteristik kondisi operasional aliran udara panas pada proses pengeringan produk melalui perpindahan massa, energi dan momentum secara simultan. Melalui kajian mendasar ini diharapkan dapat ditentukan metodologi operasi yang optimal pada sistem pengering.

1.4. Sistematika Disertasi Garis besar disertasi ini membahas hasil kajian perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan dalam proses pengeringan suatu produk pertanian (gabah). Secara keseluruhan disertasi ini terdiri dari 7 Bab dan setiap bab mengandung isi yang saling terkait dalam mengkaji permasalahan penelitian pengeringan yang dilakukan.

Bab I meberikan uraian tentang latar belakang dan

tujuan penelitian dan perkembangan penelitian pengering ERK yang telah dilakukan beberapa tahun belakangan untuk berbagai komoditi hasil pertanian dan perikanan.

Uraian ini meliputi disain alat dan parameter pengeringan

yang

berkaitan dengan aliran udara panas dalam ruang pengering, yaitu kecepatan udara, suhu dan kelembaban udara.

Bab II membahas tentang studi pustaka

mengenai prinsip dasar pengeringan melalui uraian terhadap proses penguapan air bahan dalam suatu produk, uraian tentang anatomi gabah serta proses penguapan air gabah. Dalam bab ini juga diuraikan tentang aliran udara, kelembaban udara pengering dan model persamaan alat penukar panas radiator.

Bab III membahas

tentang teori perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan dalam proses penguapan air pada permukaan bahan yang berbentuk slab (plat datar). Penjabaran persamaan yang berkaitan dengan teori lapisan batas (boundary layer), disamping itu juga diuraikan tentang teori pengeringan lapisan tipis untuk menentukan nilai difusivitas massa yang akan digunakan dalam model persamaan matematik lapisan batas, penentuan dimensi ring tranduser dalam kaitannya untuk mendapatkan perubahan kadar air produk selama proses penguapan.

Bab IV

7

mengandung isi tentang teori CFD dan cara kerja software fluent sebagai alat validasi model matematik dan simulasi dinamika aliran fluida, bahasan tentang radiator yang digunakan sebagai alat penukar panas dalam sistem pengering. Bab V memberikan uraian tentang metoda percobaan yang dilakukan dalam penelitian yang meliputi penggunaan bahan dan alat, waktu dan tempat serta prosedur penelitian.

Bab VI berisi uraian tentang hasil kajian dan analisis proses

perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan pada penguapan air produk (gabah), serta uraian tentang distribusi suhu, kecepatan udara dan RH pada posisi panjang dan lebar rak pengering, ketebalan lapisan batas dan koefisien gesek permukaan gabah terhadap aliran udara panas, aliran massa udara dalam lapisan batas.

Disamping itu bab ini juga memberikan bahasan tentang validasi

model matematik lapisan batas yang digunakan dalam kajian perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan. Bab VII berisi tentang uraian kesimpulan dan saran dari hasil kajian dan analisis proses perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan pada sistem pengering.

8

BAB II STUDI PUSTAKA

II. STUDI PUSTAKA

2.1. Prinsip Dasar Proses Penguapan Air Pada proses penguapan air (pengeringan) bahan produk pertanian merupakan suatu upaya memindahkan kandungan air dengan penerapan panas dan secara praktis dikatakan sebagai upaya untuk menjaga kualitas suatu produk selama penyimpanan, untuk menekan bakteri dan jamur serta perkembang-biakan insekta (Henderson and Perry, 1976). Pengeringan terjadi melalui penguapan cairan dengan pemberian panas ke bahan basah yang akan dikeringkan. dapat disediakan

Sumber panas pada proses pengeringan

melalui konveksi (pengering langsung), konduksi (pengering

sentuh atau tak langsung) dan radiasi. Seluruh cara pengeringan , kecuali dielektrik, menyediakan panas pada objek yang dikeringkan sehingga panas harus berdifusi ke dalam padatan dengan cara konduksi.

Cairan harus bergerak ke batas bahan

sebelum diangkut keluar oleh udara pembawa. Pergerakan air di dalam padatan dapat terjadi melalui salah satu atau lebih dari mekanisme pindah massa berikut ini (Devahastin, 2000) : 1). Difusi cairan, jika padatan basah berada pada suhu dibawah titik didih cairannya. 2). Difusi uap, jika cairan tersebut menguap dalam bahan. 3). Difusi Knudsen, jika pengeringan berlangsung pada tekanan vakum. 4). Beda tekanan hidrostatik, bila laju penguapan internal melampaui laju pergerakan uap melalui padatan ke lingkungan sekitar. 5). Kombinasi dari mekanisme diatas.

10

Struktur fisik padatan atau bahan yang dikeringkan dapat berubah selama pengeringan, karena perpindahan uap air juga berubah dengan bertambahnya waktu pengeringan. Untuk suatu model alat pengering yang menggunakan sumber energi udara panas, ada beberapa kondisi yang perlu diperhatikan, yaitu meliputi: (i).

Kondisi suhu dan RH udara pengeringan,

(ii).

Aliran udara (airflow), berkaitan dengan spesifikasi blower (kipas),

(iii). Spesifikasi heater (alat pindah panas), berkaitan dengan pemanasan udara sebagai media pengering, (iv). Spesifikasi ruang pengeringan, dan (v). Perhitungan waktu pengeringan.

2.2. Anatomi Gabah Gabah adalah butir beras yang masih terbungkus didalam sekam yang telah dirontokkan dari malainya. Secara umum gabah terdiri dari sekam, beras pecah kulit (kariopsis) dan embrio.

Sekam merupakan kulit terluar terdiri dari dua lembar

daun yang disebut dengan lemma dan palea, mengandung silika sekitar 37.5% 55.5%. Kedua lembar daun ini setangkup membungkus rapat beras pecah kulit dan terdapat sedikit rongga udara pada bagian ujung-ujungnya (Ruiten, 1981) Beras pecah kulit dibungkus oleh lapisan sangat tipis disebut dengan perikarp. Lapisan ini tembus cahaya, berwarna keabu-abuan dan berfungsi sebagai penjaga lapisan sebelah dalam terhadap rembesan oksigen, CO2 dan uap air. Dibawah lapisan ini terdapat aleuron yang kaya akan vitamin, mineral dan protein (Ruiten, 1981).

Bagian utama kariopsis ini adalah sel pati endosperma

menempati 88 % dari bobot kariopsis (Juliano, 1972).

yang

Pada bagian kariopsis, sel-

sel pati bentuknya memanjang dan tersusun secara radial, sedangkan pada bagian

11

dalam (pusat) bentuknya lebih simetris (Ruiten, 1981).

Kariopsis ini memegang

peranan penting dalam pengeringan karena sebagian besar air berada di dalamnya. Species padi yang dibudidayakan di Asia, adalah Oriza Sativa Linn yang terbagi dalam kelompok utama yaitu jenis indica dan japonica. Jenis indica lebih banyak tumbuh di daerah tropis, terdiri dari varietas-varietas berukuran panjang, ramping dan agak pipih. Beberapa ada yang berukuran medium sampai pendek.

Jenis japonica

banyak tumbuh di daerah sub tropis yang agak dingin, berukuran pendek dan bundar (Leonard dan Martin, 1963). Berdasarkan ukurannya, padi dapat diklasifikasi atas dua cara, yakni tipe dan sub-tipe gabah (Ruiten, 1981). Tipe gabah adalah klasifikasi berdasarkan panjang keseluruhan dari beras pecah kulit yang terbagi dalam empat kelas (Tabel 2-1). Tabel 2-1. Klasifikasi gabah berdasarkan panjang beras pecah kulit (Ruiten, 1981). Kelas

Panjang Beras Pecah Kulit (mm)

1. Ekstra panjang

> 7.51

2. Panjang

> 6.5 – < 7.5

3. Sedang

> 5.5 – < 6.5

4. Pendek

< 5.5

Sub-tipe gabah adalah klasifikasi berdasarkan perbandingan panjang terhadap lebar dari beras pecah kulitnya, dengan klasifikasi ini terdapat tiga sub-tipe gabah seperti yang terlihat pada Tabel 2-2. Tabel 2-2. Sub-tipe gabah berdasarkan perbandingan panjang terhadap lebar beras pecah kulit (Ruiten, 1981). Kelas 1. Ramping

Perbandingan Panjang/lebar > 3.0

2. Gemuk

> 2.0 – < 3.0

3. Bundar

> 2.0

12

Bambang, dkk (2007) jenis tanaman padi yang banyak ditanam oleh petani adalah jenis varietas IR 64. Tingginya minat menanam IR 64 karena lebih menyukai beras dengan butir panjang , bening dengan tekstur nasi sedang sampai pulen. Tabel 2-3 memperlihatkan deskripsi padi varietas IR 64. Tabel 2-3. Deskripsi padi jenis varietas IR 64 Keterangan

Deskripsi

Umur Tanaman

110 - 120 hari

Bentuk Tanaman

Tegak

Tinggi Tanaman

115 - 126 cm

Anakan Produktif

20 - 35 batang

Warna Kaki

Hijau

Warna Batang

Hijau

Warna Telinga Daun

Tidak bewarna

Warna Lidah Daun

Tidak bewarna

Warna Daun

Hijau

Muka Daun

Kasar

Posisi Daun

Tegak

Daun Bendera

Tegak

Bentuk Gabah

Ramping, panjang

Warna Gabah

Kuning Bersih

Kerontokan

Tahan

Kerebahan

Tahan

Tekstur Nasi

Pulen

Kadar Amilosa

23%

Bobot 1000 Butir

24,1 gram

Rata-rata Hasil

5,0t/ha GKG

Potensi Hasil

6,0t/haGKG

Dilepas Tahun

1986

Sumber : Bambang, et al (2007)

2.3. Proses Penguapan Air Gabah Proses pengolahan gabah kering dapat ditinjau sebagai suatu sistem produksi, yang mengubah masukan-masukan menjadi suatu produk yang dapat

13

dipasarkan untuk memenuhi kebutuhan konsumen. Masukan-masukan kedalam sistem produksi ini adalah bahan baku (gabah), tenaga kerja, modal, energi dan informasi. Mengingat sifat produk pertanian adalah komoditas yang mudah mengalami kerusakan atau pembusukan (perishable) dan umumnya bersifat musiman, maka daya tahan simpannya relatif singkat.

Oleh karena itu sangat diperlukan teknik

penanganan (handling) dan pengolahan (processing) yang baik agar dapat disimpan dalam jangka waktu lama. Proses pengeringan gabah adalah upaya menghilangkan sebagian air yang terkandung dalam gabah melalui penguapan dengan menggunakan energi panas, yaitu dengan mengalirkan udara diatas permukaan gabah yang berada dalam rak. Kandungan air tersebut dikurangi sampai batas tertentu sehingga mikroorganisme tidak dapat tumbuh lagi didalamnya. Pengeringan gabah umumnya bertujuan untuk mengawetkan bahan sehingga mutu dapat dipertahankan selama penyimpanan. Tujuan lainnya adalah mengurangi biaya dan memudahkan pengemasan, penanganan, penyimpanan dan transportasi dengan berkurangnya berat dan volume bahan. Proses penguapan air gabah ini dilakukan dengan menurunkan kelembaban nisbi udara dengan mengalirkan udara panas sejajar dengan permukaan bahan, sehingga tekanan uap air bahan lebih besar dari pada tekanan uap air di udara. Perbedaan tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara. Faktor utama yang mempengaruhi kecepatan penguapan dari suatu bahan pangan adalah sifat fisik dan kimia bahan, pengaturan geometris bahan dalam alat pengering, sifat fisik lingkungan dan karakteristik alat pengering. Sifat fisik

dan

kimia bahan meliputi bentuk, ukuran, komposisi dan kadar airnya. Pengaturan geometris bahan berhubungan dengan permukaan alat atau media pemindah

14

panas, sedangkan sifat fisik lingkungan dan karakteristik pengering meliputi suhu, kelembaban, kecepatan udara dan efisiensi perpindahan panas.

2.4. Penukar Panas Radiator Analisis alat penukar panas radiator dengan menggunakan metoda Logarithmic Mean Temperature Difference (LMTD). Metoda LMTD merupakan harga pendekatan untuk menentukan nilai perbedaan suhu antara dua fluida dalam alat penukar panas secara keseluruhan (Welty dkk, 2004).

T Th, in ∆T1

Fluida panas

Tc, out ∆T ∆T2 Fluida dingin

Th, out Tc, in

Gambar 2-1. Skema distribusi suhu pada radiator dengan aliran lawan arah

q = U A ΔTlm

ΔTlm =

………………………….……………………………...…..(2-1)

ΔT2 − ΔT1 ΔT1 − ΔT2 = ln (ΔT2 /ΔT1 ) ln (ΔT1 /ΔT2 )

Aliran perpindahan panas

..…………………………………(2-2)

yang tejadi didalam radiator merupakan aliran

lawan arah (menyilang), nilai ΔTlm harus dikalikan dengan faktor koreksi (F).

Nilai

faktor koreksi F didapat dari memplotkan nilai Y dan Z pada grafik faktor koreksi untuk aliran lawan arah satu laluan , dimana :

15

Y=

Tc,o − Tc,i

dan

Th,i − Tc,i

Z=

Th,i − Th,o Tc,o − Tc,i

..………………………..........(2-3)

Nilai koefisien konveksi keseluruhan dari radiator dihitung berdasarkan keseimbangan energi.

U=

& Cp (Tout − Tin ) m A Rd ΔTlm

………………..…………………............….......(2-4)

Perhitungan koefisien kehilangan pada alat penukar panas radiatar dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

1 Δp = k L ρ v f2 2

......................................................................................(2-5)

Koefisien kehilangan (kL) pada alat penukar panas radiator dihitung berdasarkan penurunan tekanan (Δp) dari daya kipas yang digunakan.

Δp =

Pη v in A in

kL =

2 Δp ρ vf2

……………………………………....….…………..... (2-6)

……………………………………….....……………...(2-7)

Koefisien pindah panas pada dinding dianggap sebagai pindah panas konveksi bebas. Dimana koefisien pindah panas (h) dinyatakan dalam persamaan yang diberikan Churchill dan Chu dalam Holman, 1977. Gr =

gβ T x 3 ν2

.....................................................................................(2-8)

Ra = Gr Pr ......................................................................................(2-9) Nu = 0.68 +

0.67(Ra)1/ 4 ⎡1 + (0.492 /Pr) 9 /16 ⎤ ⎢⎣ ⎥⎦

h=

Nu k x

4/9

..............................................(2-10)

..................................................................................(2-11)

(koefisien pindah panas konveksi pada dinding) 16

2.5. RH Udara Pengering Dalam proses pengeringan, udara pada suhu lingkungan TA dipanasi sampai suhu udara mencapai TB (Gambar 2-1). Pemanasan udara dalam proses pengeringan ini dapat digambarkan dalam kurva psychrometric. Perubahan suhu selama proses pemanasan pada kurva

psychrometric

berlangsung pada garis horizontal AB pada kondisi tekanan uap dan kelembaban mutlak (H) tetap.

Selama pemanasan terjadi dianggap tidak terjadi penambahan

uap air, sehingga jumlah udara kering yang masuk ruang pengering sama dengan jumlah udara kering keluar.

Dari kurva

psychrometric

pada kondisi tekanan

atmosferik, bila suhu meningkat maka akan terjadi penurunan kelembaban udara.

RHA

RHB B

A

H

Pemanasan

TA

Temperatur oC

TB

Gambar 2-2. Diagram proses pemanasan udara pada kurva psychrometric Kelembaban relatif (RH) yang dinyatakan dalam persen merupakan perbandingan antara tekanan uap terhadap tekanan jenuh air pada suhu ruang pengering tersebut, yang dinyatakan dalam persamaan (Brooker dkk, 1973) :

RH =

Pv Ps

..............................................................................................(2-12)

Sedangkan kelembaban mutlak (H) konstan selama pemanasan, yaitu :

17

H= dimana,

0.6219 Pv Patm − Pv

.....................................................................................(2-13)

255.38 ≤ T ≤ 533.16 oK

dan

Pv < Patm

Selama proses pemanasan berlangsung, tekanan uap (Pv) juga konstan. Bila kelembaban udara lingkungan (RHa) dan kelembaban udara pengering (RHr), maka :

RH r Psa = RH a Psr

...…………………………………………………………........(2-14)

⎛ P ⎞ A + BT + CT 2 + DT 3 + ET 4 ln ⎜ s ⎟ = FT − GT 2 ⎝R⎠

……………………………........(2-15)

273.16 ≤ T ≤ 533.16 oK, (dari Keenan dan Keyes, 1936. dalam ASAE Standard, 1994) dimana : R = 22105649.25

D = 0.12558 x 10-3

A = -27405.526

E = -0.48502 x 10-7

B = 97.5413

F = 4.34903

C = -0.146244

G = 0.39381 x 10 -2

18

BAB III TEORI PERPINDAHAN MOMENTUM, ENERGI DAN MASSA SECARA SIMULTAN

III. TEORI PERPINDAHAN MOMENTUM, ENERGI DAN MASSA SECARA SIMULTAN

3.1.

Pendahuluan Pengeringan adalah suatu cara untuk menguapkan

atau menghilangkan

sebagian air yang terkandung dalam bahan melalui proses penguapan dengan menggunakan energi panas. Kandungan air tersebut dikurangi sampai batas kadar air keseimbangan dengan udara normal disekitarnya, sehingga mikroorganisme, jamur tidak dapat tumbuh lagi didalamnya (Henderson and Perry, 1976). Pengeringan bahan pangan umumnya bertujuan untuk mengawetkan bahan yang mudah rusak sehingga mutu dapat dipertahankan selama penyimpanan. Proses pengeringan terjadi melalui penguapan air, cara ini dilakukan dengan menurunkan kelembaban nisbi udara dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan, sehingga tekanan uap air bahan lebih besar dari pada tekanan uap air di udara. Perbedaan tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara. Faktor utama yang mempengaruhi kecepatan pengeringan dari suatu bahan pangan adalah sifat fisik dan kimia bahan, pengaturan geometris bahan dalam alat pengering, sifat fisik lingkungan dan karakteristik alat pengering. Sifat fisik dan kimia bahan meliputi bentuk, ukuran, komposisi dan kadar airnya.

Pengaturan geometris

bahan berhubungan dengan permukaan alat atau media pemindah panas, sedangkan sifat fisik lingkungan dan karakteristik pengering meliputi suhu, kelembaban, kecepatan udara dan efisiensi perpindahan panas. Masalah utama yang timbul dalam proses pengeringan yang kurang baik adalah penurunan kualitas seperti distribusi kadar air yang besar, kerusakan akibat jamur atau perubahan biokimia yang tidak diinginkan. Bila distribusi aliran udara tidak merata akan menyebabkan laju pengeringan bahan juga tidak merata.

20

Hal ini dapat mengakibatkan kandungan air yang terdapat dalam produk

tidak

merata dan berbeda antar bagian produk yang dikeringkan. Pendistribusian aliran udara merupakan salah satu masalah yang timbul pada proses pengeringan, terutama pada pengeringan tipe rak (Charm, 1978).

Untuk

mengatasi hal tersebut, perlu dikembangkan dan dikaji proses penguapan air dalam bahan dengan cara mempelajari mekanisme perpindahan momentum, energi dan massa secara simultan berdasarkan teori boundary layer dari udara panas yang dilewatkan secara sejajar pada permukaan bahan yang dikeringkan. Penentukan parameter model struktural dari lapisan kering pada proses penguapan air yang tepat, sangat membantu mengurangi masalah yang timbul pada saat

sistem

beroperasi,

Berdasarkan uraian diatas,

termasuk

distribusi

aliran

udara

pengering..

dalam proses penguapan air bahan (pengeringan)

sangat diperlukan kondisi operasi proses dalam hal ini suhu, kecepatan dan RH seragam selama proses berlangsung. Pada sistem termal yang menyangkut proses penguapan air bahan selalu didekati dengan menyusun persamaan keseimbangan momentum, energi dan massa yang dalam penerapannya berlangsung secara simultan dalam bentuk rumusan model matematika sehingga dapat dilakukan kajian simulasi untuk mendapatkan kondisi operasi yaitu suhu, kecepatan dan RH yang seragam selama proses pengeringan.

3.2. Teori Lapisan Batas Untuk mendapatkan model atau persamaan tebal lapisan batas (boundary layer) pada sebuah flate plate (plat datar) seperti terlihat pada Gambar 5-1 (Brodkey and Harry, 1989).

21

Bila fluida mengalir sepanjang suatu permukaan, baik alirannya laminar maupun turbulen, gerakan partikel-partikel fluida didekat permukaan diperlambat oleh adanya gaya-gaya viskos. Partikel-partikel fluida yang berbatasan dengan permukaan melengket pada permukaan itu dan mempunyai kecepatan nol relatif terhadap batas.

Pengaruh gaya-gaya viskos yang berasal dari perbatasan itu

meluas ke dalam fluida, tetapi pada jarak dekat dari permukaan tersebut kecepatan partikel-partikel fluida mendekati kecepatan aliran bebas yang tidak terganggu. Fluida yang terdapat dalam daerah yang berperubahan kecepatan yang besar itu disebut lapisan batas (boundary layer) (Kreith, 1973). Pada dasarnya lapisan batas membagi medan aliran disekitar sebuah benda kedalam dua wilayah, yaitu sebuah lapisan tipis yang menutupi permukaan benda dimana gradien kecepatan besar serta gaya viskos besar, dan sebuah daerah diluar lapisan ini dimana kecepatan hampir sama dengan kecepatan aliran bebasnya dan pengaruh viskos dapat diabaikan. Bentuk profil kecepatan di dalam lapisan batas tergantung pada jenis alirannya, bila dianggap fluidanya adalah udara yang mengalir melewati sebuah plat datar yang ditempatkan dengan permukaannya sejajar terhadap aliran udara, maka pada tepi depan (leading edge) plat, hanya partikel-partikel fluida yang langsung bersinggungan dengan permukaan tersebut yang menjadi lambat gerakannya, sedangkan fluida lainnya terus bergerak dengan kecepatan aliran bebas (free stream) yang tidak terganggu di depan plat.

Bergeraknya fluida sepanjang plat,

menyebabkan semakin banyak terhambatnya gaya-gaya geser fluida sehingga ketebalan lapian batas akan bertambah (Kreith, 1973).

22

Daerah aliran bebas vx = v∞ vy = v x

Boundary Layer

u x = u∞

ux =0.99u∞

ux = u∞ ux =0.99u∞ Y

u∞ T∞ CA∞

δ

ux ux y

δ

y

X

το x x

L

Tw , CA,∞

Gambar 3-1. Profil-profil kecepatan untuk lapisan batas laminar dalam aliran melewati plat datar. Dimana kecepatan udara pada lapisan batas mencapai 99 persen dari nilai kecepatan aliran uadara

bebas u∞ , sehingga tebal lapisan batas hidrodinamik

sebagai jarak dari permukaan sampai titik dimana kecepatan lokal ux mencapai 99 persen dari nilai kecepatan aliran bebas u ∞ . Peralihan bentuk aliran fluida dari tepi depan sampai titik dimana lapisan batas menjadi turbulen tergantung pada kontur permukaan, kekasaran permukaan, tingkat gangguan, dan perpindahan panas. Untuk aliran yang tenang dan tidak ada gangguan maka aliran laminar dapat bertahan pada lapisan batas dengan bilangan Reynold sebesar 5 x 106 (Brodkey and Harry, 1989), jika permukaan plat kasar atau aliran sengaja diberi gangguan, maka aliran dapat menjadi turbulen pada bilangan Reynold 8 x 104.

Dalam kondisi rata-rata aliran yang melewati plat datar menjadi

turbulen, bilangan Reynold lokal besarnya sekitar 5 x 105 (Kreith, 1973,

Prijono,

1999)

23

3.3. Pendekatan Teoritis Kajian yang mendasar mengenai teori pengeringan bersumber dari teori perpindahan momentum, energi dan massa (Bird et al, 1966, Brodkey and Harry 1989, Treybal, 1981) karena pada proses pengeringan (penguapan) yang diakibatkan oleh perpindahan massa, momentum dan energi pada kenyataannya berlangsung secara simultan. Laju perpindahan massa sangat tergantung dari pada suhu dan laju aliran udara yang akan mengangkut uap air dari bahan yang dikeringkan keudara luar. Pada proses pengeringan gabah yang diteliti, pendekatan teoritis yang digunakan dalam kajian terhadap perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan berdasarkan teori lapisan batas, dimana ketiga parameter struktural diatas terjadi secara serentak (Gambar 3-2). Produk yang dikeringkan ditempatkan diatas rak (pengering tipe kabinet) dengan mengalirkan udara panas secara sejajar diatas permukaan gabah yang dikeringkan dan air yang diuapkan diangkut oleh udara keluar dari sistem ke udara lingkungan. Sistem Pengering

Perpindahan Massa

Perpindahan Energi Simultan 60 cm

Perpindahan Momentum

60 cm 40 cm Permukaan Penguapan

Panjang Inlet Li = 20 cm

Panjang Permukaan Penguapan Lp = 50 cm

Panjang Outlet Lo = 20 cm

Gambar 3-2. Diagram proses perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan pada sistem pengering

24

3.3.1. Pemodelan Transport Momentum, Energi dan Massa Pada Sistem Pengering Penyelesaian secara simultan perpindahan momentum, energi dan massa berdasarkan teori lapisan tipis pada proses pengeringan, dapat menggambarkan mekanisme perpidahan secara rinci dan analisa yang lebih teliti. Untuk mengetahui proses perpindahan momentum, energi dan massa dengan teori lapisan tipis dapat dilihat pada sistem aliran seperti yang terlihat pada Gambar 3-3 (Bird et al, 1966) dibawah ini.

Aliran Luar

Y

Πv = 1 ΠT = 1 ΠAB= 1 Transisi

.

Permukan : Πv = 0 ΠT = 0 ΠAB= 0

Garis konstan Π Turbulen

vxo

Laminer

Ujung masuk

X

Gambar 3-3. Aliran tangensial sepanjang ujung yang tajam pada bidang pipih dengan perpindahan massa dalam arus. Suatu padatan A yang pipih dan mudah menguap bersublimasi pada kondisi mantap ke dalam suatu arus gas A dan B, yang mendekati bidang secara tangensial dalam arah x dengan kecepatan v∞. Untuk menentukan profil kecepatan, suhu dan konsentrasi pada lapisan batas. Diasumsikan tidak terjadi reaksi kimia dan tidak ada gaya-gaya luar selain gaya gravitasi, kehilangan energi karena gesekan diabaikan. Sifat-sifat fisik, ρ,μ, Cp, k, c dan DAB konstan.

25

Persamaan lapisan batas untuk sistem ini (Bird et al, 1966) : Kontinyuitas :

∂v x ∂v y + =0 ∂x ∂y

…..…………..….....................……………................(3-1)

Persamaan Gerak :

vx

∂v y ∂v x ∂ 2v + vy = v 2x ∂x ∂y ∂y

………………………....................…...……......(3-2)

Persamaan Energi :

vx

∂T ∂T ∂ 2T + vy =α 2 ∂x ∂y ∂y

……………………………....................….......(3-3)

Persamaan Kontinyuitas Uap Air :

vx

∂x A ∂x ∂2 xA + v y A = D AB ∂x ∂y ∂y 2

………………………....................……....(3-4)

3.3.2. Pendefinisian boundary condition dan initial condition Guna mendapatkan model persamaan matematik perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan dalam proses penguapan air bahan, maka persamaan (3-1) – (3-4) penyelesaiannya dilakukan secara eksak berdasarkan kondisi awal dan kondisi batas yang digunakan dalam system. 3.3.2.1. Kondisi Awal Pada analisis perpindahan momentum, energi dan massa dalam ruang pengering dinyatakan dengan kondisi awal seperti berikut : - Kecepatan udara pada semua dinding dan atap pengering pada arah x, y dan z adalah nol. - Kecepatan udara pada dinding rak pengering arah x, y dan z adalah 0 - Tekanan udara adalah tekanan barometrik = 1 atm = 101325 Pa - Suhu udara pengering disemua dinding dan atap pengering pada arah x, y, dan z sama dengan suhu lingkungan Ta (30 oC). 26

3.3.2.2. Kondisi Batas Pendefinisian kondisi batas (boundary condition) dan kondisi awal (initial condition) berdasarkan bentuk saluran dalam ruang pengering yang digambarkan dalam koordinat cartesian dengan sumbu terletak pada kiri dalam bawah, dengan dimensi; panjang arah x = 90 cm, tinggi arah y = 60 cm dan lebar arah z = 60 cm. Dimensi rak bahan produk adalah 50 x 40 cm. Kondisi batas pada proses perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan pada lapisan batas laminar, adalah : x ≤ 0 atau y = ∞ ; vx = v∞ ; T = T∞ ; xA = xA∞ pada y = 0

vx = 0,

T = T0,

xA = xAo, NB = 0

Untuk aliran laminar pada flat plate, nilai bilangan Reynold, Re < 8 x 104 (Kreith, 1973, Prijono, 1999) pada kecepatan dan jarak tak berdimensi, kondisi batas pada v, T dan xA adalah : pada x ≤ 0 atau y = ∞ ; Πv = 1 y = 0 ; Πv = 0 kondisi batas pada Πv, adalah η = 0 ; Πv = 0 η = ∞ ; Πv = 1 Untuk lapisan batas hidrodinamik kondisi batas dalam menentukan persamaan model matematik adalah : Kecepatan udara aliran lokal ux = 0

pada tinggi

y=0

ux = u∞

pada tinggi

y=δ

pada tinggi

y=δ

∂u x =0 ∂y

27

Untuk lapisan batas termal kondisi batas adalah : pada

T = Tw

∂T =0 ∂y

y=0

pada

T = T∞ pada

y = δt y = δt

3.3.2.3. Asumsi - Bilangan Prandtl udara konstan (panas jenis, konduktivitas dan viskositas udara konstan). - Aliran udara pada penampang kipas mempunyai kecepatan yang seragam. - Aliran udara lokal adalah laminar dengan bilangan Re ≤ 8.0 x 104 (Kreith,1973) - Fluida tak mampu mampat dan keadaan aliran steady state. - Gaya geser pada arah y dapat diabaikan - Tidak terdapat perubahan tekanan pada arah tegak lurus rak Persamaan persamaan

atur

yang

berkaitan

dengan

dinamika

fluida

meliputi

atur kontinuitas, konservasi momentum, energi dan uap air.

Model persamaan matematis yang diperoleh dipecahkan dengan cara analisa numerik menggunakan bantuan program bahasa GW-Basic. Untuk

mendapatkan

kecepatan

v,

persamaan

kontinyuitas

dapat

diintegralkan menjadi :

∂u x dy ∂ x 0 y

v y = v yo − ∫

atau

vy =

M A N A0

ρ

∂u x dy ∂x 0

………………………………………......…...(3-5)

y

−∫

……………………………………….............(3-6)

Dari hukum Fick, nilai NA0 adalah (dimana pada y = 0, NB0 = 0),

28

N A0 = −cD AB

N A0 = −

∂x A ∂y

y =0

c D AB ∂x A 1 − x A0 ∂y

+ x A0 ( N A0 + N B 0 )

..……………………………………...….....(3-7)

y =0

untuk struktur padatan yang berongga (berpori), koefisien difusivitas dinyatakan dalam bentuk koefisien difusivitas efektif, yaitu :

ε τ

D AB ,eff = D AB

………………………………………………….….........(3-8)

dimana : ε = fraksi void τ = faktor koreksi terhadap panjang/jarak (umumnya bernilai 1,5 – 5) dengan memasukkan nilai NA0 persamaan (3-7) dan (3-8) ke persamaan (3-6), akan diperoleh persamaan kecepatan dalam bentuk : Bila; MA = MB, maka bentuk

vy = −

D AB ,eff ∂x A 1 − x A0 ∂y

MAc

ρ

∂u x dy ∂x 0 y

y =0

−∫

Bila; MA ≠ MB, maka bentuk

vy = −

=1

M A D AB ,eff ∂x A M B 1 − x A0 ∂y

MAc

ρ ∂u x ∂x 0

…………………………..........…(3-9)

≠1

y

y =0

−∫

………………….………….….....(3-10)

Dalam pemodelan persamaan matematis pada perpindahan momentum, energi dan massa secara simultan, dimana MA ≠ MB (yaitu; uap air dan udara). Untuk menyelesaikan persamaan (3-10), digunakan

bilangan tak berdimensi

sebagai berikut (Bird et al, 1966) :

∏v =

u x − u x0 u x = u∞ − u x0 u∞

…………………………………….…...…...(3-11)

∏T =

T − T0 T∞ − T0

...………….……………………………......(3-12)

29

∏ AB =

x A − x A0 x A∞ − x A0

...............………………….………...….…..(3-13)

persamaan fisis tak berdimensi untuk konsentrasi, suhu dan kecepatan aliran, dengan asumsi kedua gas (udara dan uap air) mempunyai sifat yang sama, adalah :

Λv =

υ υ v ; Λ T = = Pr ; Λ AB = = Sc v α D AB

……………….….(3-14)

Bentuk kondisi batas pada peubah profil Π dan tidak adanya panjang karakteristik di dalam sistem aliran, metoda kombinasi dari peubah-peubah dapat digunakan, adapun bentuk kombinasi yang digunakan :

η=

y v∞ 2 υx

……………………………………………………..…........(3-15)

Dengan menggunakan bilangan-bilangan tak berdimensi seperti diatas, maka diperoleh bentuk umum untuk persamaan gerak, energi dan kontinyuitas uap air pada lapisan batas. Persamaan (3-10), yaitu persamaan kecepatan uap air pada lapisan batas diubah dalam bentuk variabel tak berdimensi, menjadi : Suku pertama ruas kanan ;

M A D AB ,eff ∂x A M B 1 − x A0 ∂y

y =0

=

M A D AB ,eff ∂[( x A∞ − x A0 )Π AB + x A0 ] M B 1 − x A0 ∂y =

M A ( x A∞ − x A0 ) D AB ,eff ' Π AB (0) 1 − x A0 MB

y =0

……….....……..(i)

Suku kedua ruas kanan ;

[

]

∂u x ∂Π v ∂Π v ∂η ∂Π v ∂ y 2 u ∞ υ x ∂Π v y u ∞ ⎛ 1 −3 / 2 ⎞ = u∞ = u∞ = u∞ = u∞ ⎜− x ⎟ ∂x ∂x ∂η ∂x ∂η ∂x ∂η 2 υ ⎝ 2 ⎠ = − u∞

1 1 ∂Π v η 2 x ∂η

……………………………………………...........….(ii)

dari persamaan (5-17), diferensial y terhadap η diperoleh ;

30

dy = 2

υx u∞

dη

…………………………………………...........…(iii)

dengan memasukan (ii) dan (iii) pada suku kedua ruas kanan persamaan (3-10), didapat ;

∂u x ∫0 ∂x dy = − y

2η υ x u ∞

∫ u∞

υ u∞ x η

0

η

∂Π v ∂Π v dη = − ∫ 2 u ∞ υ u ∞ x υ x u ∞ η dη ∂η ∂η 0

η

∫

= − 2 υ Π v dη

……………………………………......…..….. (iv)

0

dari persamaan (i) dan (iv), maka bentuk persamaan kecepatan (3-10) menjadi : η M A ( x A0 − x A∞ ) D AB ,eff ' vy = Π AB (0) + 2υ ∫ Π v ∂η 1 − x A0 MB 0

.…………..….......(3-16)

Dengan mensubtitusikan persamaan (3-16) ke dalam persamaan (3-4) menggunakan bilangan tak berdimensi seperti diatas, maka diperoleh bentuk umum untuk persamaan gerak, energi dan kontinyuitas uap air pada lapisan batas. η ⎫⎪ ∂Π υ ∂ 2Π ∂Π ⎪⎧ M A ( x A0 − x A∞ ) D AB ,eff ' = Π AB (0) − 2υ ∫ Π v dη ⎬ ux −⎨ Λ ∂y 2 1 − x A0 ∂x ⎪⎩ M B ⎪⎭ ∂y 0

………………...(3-17) dengan kondisi batas pada v, T dan xA menjadi : pada

x ≤ 0 atau y = ∞ ; Π = 1 y=0 ; Π=0

Berdasarkan bentuk kombinasi η tersebut, maka persamaan (3-17) dapat dinyatakan sebagai berikut :

⎡ 1 M A ⎛ x A0 − x ∞ ⎜⎜ Λ⎢ ⎣⎢ Λ AB M B ⎝ 1 − x A0

η ⎤ ⎞ ' ⎟⎟ ∏ AB (0) − ∫ 2 ∏ v dη ⎥ ∏ ' = ∏ " ⎠ 0 ⎦⎥

.……..…….....(3-18)

31

Dari persamaan (3-18) dapat dilihat bahwa laju pindah massa pada dinding dinyatakan dalam bentuk gradient konsentrasi ∏ 'AB (0), yang secara langsung mempengaruhi profil-profil Π v , Π T , dan Π AB . Persamaan (3-18) dapat dinyatakan dalam bentuk yang lebih sederhana : η

f = − K + ∫ 2 ∏ v dη

……………………………….……..….........(3-19)

0

dimana;

K=

1 M A ⎛ x A0 − x ∞ ⎜ Λ AB M B ⎜⎝ 1 − x A0

⎞ ' ⎟⎟ Π AB (0) ⎠

.......……………….……........(3-20)

K= fluks massa tak berdimensi pada dinding (K>0 massa uap masuk dalam aliran bebas) K = 0 (tidak terjadi perpindahan massa dalam aliran bebas) dan

− Λf ∏ ' = ∏ "

……………………………………….....…..….(3-21)

kondisi batas pada Π, adalah pada

η=0 ; Π=0 η=∞ ; Π=1

Besaran K menunjukkan laju aliran massa tidak berdimensi pada dinding, dan nilainya konstan untuk lapisan batas laminar. Dari persamaan (3-19) – (3-21), dapat dihitung profil kecepatan, suhu dan konsentrasi.

3.3.3. Ketebalan Lapisan Batas Hidrodinamik dan Lapisan Batas Termal 3.3.3.1. Lapisan Batas Hidrodinamik Untuk menentukan besarnya tebal lapisan batas yang terbentuk dari aliran fluida (udara) yang mengalir sejajar dengan plat (produk), digunakan analisa persamaan eksak sebagai pendekatannya tanpa kehilangan pemahaman fisik tentang proses yang berlangsung.

32

Dari volume kendali pada Gambar 3-4 yaitu bidang 1,2, A-B dan dinding, dimana kecepatan aliran bebas diluar lapisan batas adalah u∞ dan tebal lapisan batasnya δ. Komponen kecepatan yang tegak lurus dinding diabaikan, dan hanya kecepatan arah x yang dibahas.

Volume kendali ini cukup tinggi sehingga

mencakup lapisan batas, yaitu H > δ. y

A

B

x

x∞ H dy δ

u

1

dx

2

Gambar 3-4. Volume kendali untuk analisa momentum integral lapisan batas Neraca momentum : H

Massa yang mengalir melalui bidang 1

:

∫ ρ u dy 0

H

Momentum yang mengalir melalui bidang 1 :

∫ρu

2

dy

0

H ⎞ d ⎛ ⎜ ∫ ρ u 2 dy ⎟ dx ⎟ ⎜ dx ⎝ 0 ⎠

H

Momentum yang mengalir melalui bidang 2 :

2 ∫ ρ u dy + 0

H

Massa yang mengalir melalui bidang 2

:

∫ ρ u dy + 0

H ⎞ d ⎛ ⎜ ∫ ρ u dy ⎟ dx ⎟ dx ⎜⎝ 0 ⎠

Aliran massa yang mengalir pada bidang 2 terdapat kelebihan aliran masa bila dibandingkan terhadap aliran massa pada bidang 1.

33

Kelebihan aliran massa ini membawa momentum pada pada arah x yang besarnya adalah : u ∞

H ⎞ d ⎛ ⎜ ∫ ρ u dy ⎟ dx ⎟ ⎜ dx ⎝ 0 ⎠

Aliran momentum neto yang keluar volume kendali adalah : H ⎞ ⎛H ⎞ d ⎛ ⎜ ∫ ρ u 2 dy ⎟ dx − u ∞ ⎜ ∫ ρ u dy ⎟ dy ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ dx ⎝ 0 ⎠ ⎝0 ⎠

………………………..........(3-22)

Dengan menggunakan bentuk persamaan :

d (ηφ ) = η dφ + φ dη η dφ = d (ηφ ) − φ dη H

dalam persamaan momentum diatas, integral

∫ ρ u dy

adalah fungsi φ

dan

0

u ∞ adalah fungsi η , sehingga diperoleh bentuk persamaan :

u∞

H H ⎞ ⎞ du d ⎛ d ⎛ ⎜ ∫ ρ u dy ⎟ dx = ⎜ u ∞ ∫ ρ u dy ⎟ dx − ∞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ dx ⎝ 0 dx ⎝ 0 dx ⎠ ⎠

⎛H ⎞ ⎜ ∫ ρ u dy ⎟ dx ⎜ ⎟ ⎝0 ⎠

H ⎞ du d ⎛ = ⎜⎜ ∫ ρ u u ∞ dy ⎟⎟ dx − ∞ dx ⎝ 0 dx ⎠

⎛H ⎞ ⎜ ∫ ρ u dy ⎟ dx ⎜ ⎟ ⎝0 ⎠

karena u ∞ bukan fungsi y, maka

............(3-23)

u ∞ dapat dimasukan dalam integral, dan

merupakan suatu konstanta dalam integral terhadap y. Dengan memasukan persamaan (3-23) ke dalam persamaan (3-22), sehingga aliran momentum neto yang keluar volume kendali menjadi : H H ⎞ ⎞ du d ⎛ d ⎛ ⎜ ∫ ρ u 2 dy ⎟ dx − ⎜ ∫ ρ u u ∞ dy ⎟ dx + ∞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ dx ⎝ 0 dx ⎝ 0 dx ⎠ ⎠

⎛H ⎞ ⎜ ∫ ρ u dy ⎟ dx ⎜ ⎟ ⎝0 ⎠

………….(3-24)

Gaya tekan pada bidang 1 adalah : pH Gaya tekan pada bidang 2 adalah : p + [(dp / dx) dx] H Gaya tekanan neto : pH − { p + [(dp / dx) dx] H } = − (

dp H ) dx dx

34

Gaya geser pada dinding adalah : − τ w dx = − μ dx

∂u ∂y

y =0

Pada bidang A-B tidak terdapat gaya geser karena gradien kecepatan sama dengan kenaikan neto daripada momentum. Dengan menggunakan jumlah gaya geser dan gaya tekanan dengan perpindahan momentum, diperoleh :

− τ w dx −

=

H H ⎞ ⎞ dp d ⎛ d ⎛ ⎜ ∫ ρ u dy ⎟dx H dx = ⎜⎜ ∫ ρ u 2 dy ⎟⎟dx − u ∞ ⎟ dx dx ⎝ 0 dx ⎜⎝ 0 ⎠ ⎠

H H ⎞ ⎞ ⎞ du ⎛ H d ⎛ d ⎛ ⎜ ∫ ρ u 2 dy ⎟dx − ⎜ ∫ ρ u u ∞ dy ⎟dx + ∞ ⎜ ∫ ρ u dy ⎟dx ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ dx ⎝ 0 dx ⎝ 0 dx ⎝ 0 ⎠ ⎠ ⎠

dengan menghilangkan suku dx pada masing-masing ruas, diperoleh :

−τ w −

H du d dp H = − ∫ (u ∞ − u ) u dy + ∞ dx dx 0 dx

H

∫ ρ u dy

……………....…….(3-25)

0

Persamaan (3-25) adalah persamaan momentum integral untuk lapisan batas. Karena lapisan batas sangat tipis, dapat diasumsikan bahwa tekanan di lapisan batas pada setiap x adalah konstan, yaitu p ( x) = p ∞ ( x) atau

dp = 0. dx

Untuk aliran tak mampumampat dapat diperoleh hubungan antara u ∞ dan p ∞ dari persamaan Bernoulli.

du dp dp ∞ = = 0 = − ρ u∞ ∞ dx dx dx Untuk kondisi tekanan konstan, persamaan lapisan batas integral menjadi :

ρ

δ

d ∂u (u ∞ − u ) u dy = τ w = μ ∫ dx 0 ∂y

y =0

……………………........(3-26)

dimana limit atas integral diganti dengan δ karena integran adalah nol untuk

y > δ karena u = u ∞ untuk y > δ .

35

Guna menyelesaikan persamaan lapisan batas, maka syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh fungsi kecepatan itu adalah :

u =0 u = u∞

pada pada

y=0 y =δ

∂u =0 ∂y

pada

y =δ

Pada kondisi tekanan tetap, persamaan momentum menghasilkan :

d 2u =0 dy 2

pada

y=0

Karena kecepatan u dan v adalah nol pada y = 0, maka profil kecepatan pada setiap lokasi x adalah sama., artinya semuanya mempunyai ketergantungan fungsional yang sama pada koordinat y dan ada 4 syarat batas yang harus dipenuhi. Untuk pendekatan, fungsi kecepatan yang memenuhi ke 4 persyaratan batas digunakan bentuk fungsi polinomial derajad 3, yaitu : u = C1+ C2 y + C3 y2 + C4 y3

……………………….............(3-27)

dari syarat batas, akan didapat nilai masing-masing konstanta C1, C2, C3 dan C4. Untuk u = 0 pada y = 0, maka C1 = 0, sehingga : u = C2 y + C3 y2 + C4 y3

….……………………….........(3-28)

untuk u = u∞ pada y = δ u∞ = C2 δ + C3 δ2 + C4 δ3 untuk

du = 0 = u' dy

……………………………….........(3-29)

pada y = δ

u' = 0 = C2 + 2C3 δ + 3C4 δ2 sehingga C2 = − 2C3 δ −3C4 δ2 untuk

d 2u = 0 = u" dy 2

pada

…..…………………………....…...(3-30)

y=0

u"= 0 = 2C3 + 6C4 y , di dapat C3 = 0 sehingga (3-32) menjadi ; C2 = −3C4 δ2

36

dan bentuk persamaan fungsi kecepatan (3-28) dan (3-29), menjadi : u = C2 y + C4 y3 u∞ = C2 δ + C4 δ3 Dengan mengambil bentuk fungsi

u u∞

C y + C 4 y 3 − 3C 4δ 2 y + C 4 y 3 3 ⎛ y ⎞ 1 ⎛ y ⎞ u = 2 = = ⎜ ⎟− ⎜ ⎟ u ∞ C 2δ + C 4δ 3 2⎝δ ⎠ 2⎝δ ⎠ − 2C 4δ 3

3

Sehingga bentuk fungsi kecepatan tak berdimensi adalah :

u 3⎛ y⎞ 1⎛ y⎞ Пv = = ⎜ ⎟− ⎜ ⎟ u∞ 2 ⎝ δ ⎠ 2 ⎝ δ ⎠

3

……………………….....……....…....(3-31)

dengan memasukkan persamaan kecepatan ke dalam persamaan (3-26), maka di dapat : 3 3 δ ∂u d ⎧⎪ 2 ⎡ 3 y 1 ⎛ y ⎞ ⎤ ⎡ 3 y 1 ⎛ y ⎞ ⎤ ⎫⎪ − ⎜ ⎟ ⎥ ⎢1 − + ⎜ ⎟ ⎥ dy ⎬ = μ ⎨ρ u ∞ ∫ ⎢ ∂y dx ⎪⎩ ⎢ 2 δ 2 ⎝ δ ⎠ ⎦⎥ ⎣⎢ 2 δ 2 ⎝ δ ⎠ ⎦⎥ ⎪⎭ 0 ⎣

y =0

=

3 μ u∞ 2 δ

………………..…(3-32) dengan mengintegralkan persamaan (5-34), diperoleh :

d ⎛ 39 ⎞ 3 μ u∞ ρ u ∞2 δ ⎟ = ⎜ dx ⎝ 280 ⎠ 2 δ

……………………………………….........(3-33)

Oleh karena ρ dan u ∞ konstan, variabel-variabel diatas dapat dipisahkan, sehingga menjadi :

δ dδ =

140 μ 140 υ dx = dx 13 ρ u ∞ 13 u ∞

…………………..………………....….(3-34)

hasil integral persamaan diatas :

δ 2 140 υ x 2

=

13 u ∞

+ konstanta

Pada x = 0 dan δ = 0, diperoleh :

37

υx

δ = 4,64

……………………….……....……....……(3-35)

u∞

Persamaan (3-35) adalah persamaan tebal lapisan batas hidrodinamik aliran fluida. Bila dinyatakan dengan bilangan Reynold, maka bentuk persamaan (3-35) menjadi :

δ x

=

4,64

................……………………………….…..…....(3-36)

(Re x )1 / 2 u∞ x

dimana; Re x =

υ

Dengan mengambil bentuk kombinasi peubah-peubah : η = y

y

δ

=

y 4.64

υx

= 0.2155 y

v∞ = 0.2155η υx

v∞ υx

…………………......(3-37)

v∞

Sehingga dengan memasukkan persamaan (3-37) ke dalam persamaan (3-31), maka bentuk fungsi kecepatan tak berdimensinya menjadi : 3

u 3⎛ y⎞ 1⎛ y⎞ 3 1 = ⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ = (0.2155η ) − (0.2155η ) 3 u∞ 2 ⎝ δ ⎠ 2 ⎝ δ ⎠ 2 2

u = 0.32325η − 0.005η 3 u∞

……………………………….........(3-38)

Dengan menentukan kecepatan tak berdimensi dan jarak tak berdimensi dari persamaan (3-38), maka profil kecepatan dalam lapisan batas dapat diketahui.

3.3.3.2. Lapisan Batas Termal Mengingat kecepatan-kecepatan di dalam persamaan energi, u dan v pada setiap titik (x,y) mempunyai harga yang sama dalam persamaan gerak.

38

Dengan demikian, persamaan momentum (3-2) dan persamaan energi (3-3) pada lapisan batas,

penyelesaian distribusi kecepatan u(x,y) adalah juga merupakan

penyelesaian distribusi perpindahan energi T(x,y). Dengan menggunakan volume kendali seperti pada Gambar 3-5, dapat ditentukan neraca panas dalam volume kendali itu. Energi yang dikonversikan ke dalam + perpindahan panas pada dinding = energi yang dikonversikan keluar

……………………....(3-39)

y ⎞ d ⎛⎜ ⎟ dx Cp T∞ ρ u dy ⎟ dx ⎜⎝ ∫0 ⎠

y δ δt

x

y ⎞ d ⎛⎜ ρ Cp ∫ u T dy + ⎜ ρ Cp ∫ u T dy ⎟⎟ dx dx ⎝ 0 0 ⎠

y

y

ρ Cp ∫ u T dy 0

Tw

dq w = − k dx

∂T ∂y

w

Gambar 3-5. Volume kendali untuk neraca panas lapisan batas Dengan menggabungkan besaran-besaran energi integral lapisan batas sesuai persamaan (3-39), diperoleh keseimbangan energi panas seperti berikut. y y ⎞ d ⎛⎜ ∂T ⎟ Cp T∞ ρ u dy ⎟ dx + ρ Cp ∫ u T dy − k dx ∫ ⎜ ∂y dx ⎝ 0 0 ⎠ y

w

=

ρ Cp ∫ u T dy + 0

⎡d

ρ Cp ⎢

⎢⎣ dx

y

∫ u T∞ dy − 0

y ⎤ d ∂T u T dy ⎥ = k ∫ dx 0 ∂y ⎥⎦

y ⎞ d ⎛⎜ ⎟ dx ρ Cp u T dy ∫ ⎟ dx ⎜⎝ 0 ⎠

w

39

d (T∞ − T )u dy = k ∂T ∫ ρ Cp ∂y dx 0 y

=α

w

∂T ∂y

w

…….…………………..(3-40)

Syarat batas yang harus dipenuhi distribusi suhu dalam aliran lapisan batas adalah : T = Tw

pada

y=0

∂T =0 ∂y

pada

y = δt

pada

y = δt

T = T∞

Dengan mengambil bentuk suhu tak berdimensi ПT, dan dengan cara penyelesaian yang sama dengan menentukan tebal lapisan batas hidrodinamik (δ). Sehingga batas limit atas pada persamaan (3-40) adalah y = δt. ПT =

T − Tw 3⎛ y = ⎜⎜ T∞ − Tw 2 ⎝ δt

⎞ 1⎛ y ⎟⎟ − ⎜⎜ ⎠ 2 ⎝ δt

⎞ ⎟⎟ ⎠

3

...……………………………....(3-41)

Penyelesaikan ruas kiri persamaan (3-41) dan mensubstitusikan kecepatan u dari persamaan (3-31), adalah sebagai berikut :

d dx

δt

δt

0

0

∫ (T∞ − T )u dy = ∫ [(T∞ − Tw ) − (T − Tw )]u dy = (T∞ − Tw ) u ∞

δt

∫ 0

= (T∞ − Tw ) u ∞

δt

∫ 0

3 ⎡ T∞ − Tw T − Tw ⎤ ⎡ 3 y 1 ⎛ y ⎞ ⎤ − − ⎜ ⎟ ⎥ dy ⎢ ⎥⎢ ⎣ T∞ − Tw T∞ − Tw ⎦ ⎣⎢ 2 δ 2 ⎝ δ ⎠ ⎦⎥

⎡ 3 y 1 ⎛ y ⎞3 ⎤⎡ 3 y 1 ⎛ y ⎞3 ⎤ ⎢1 − + ⎜⎜ ⎟⎟ ⎥ ⎢ − ⎜ ⎟ ⎥ dy ⎢⎣ 2 δ t 2 ⎝ δ t ⎠ ⎥⎦ ⎣⎢ 2 δ 2 ⎝ δ ⎠ ⎦⎥

⎡ 3 δ 2 3 δ t2 3 δ t2 1 δ t4 3 δ t4 1 δ t4 ⎤ = (T∞ − Tw ) u ∞ ⎢ t − + − + − ⎥ 4 δ 20 δ 8 δ 3 20 δ 3 28 δ 3 ⎦ ⎣4 δ ...............…....…(3-42) Dengan mengambil bentuk ζ = δt/δ (perbandingan tebal lapisan batas termal terhadap tebal lapisan batas hidrodinamik), maka hasil integrasi persamaan (3-42) menjadi ;

40

d dx

δt

∫ (T

∞

0

3 4⎤ ⎡3 ζ − T )u dy = (T∞ − Tw ) u ∞ δ ⎢ ζ 2 − 280 ⎥⎦ ⎣ 20

….…….…(3-43)

karena pada bilangan Prandtl =1, nilai ζ < 1, sehingga suku kedua dalam kurung pada persamaan (3-43) dapat diabaikan (jauh lebih kecil dari suku pertamanya), sehingga persamaan (3-43) menjadi :

∂δ 3 ∂T u ∞ (Tw − T∞ ) ζ 2 = −α ∂x 20 ∂y ∂δ 1 =α u∞ ζ 3 δ ∂x 10

δ

∂δ υ =10.7648 ∂x u∞

ζ3=

………........(3-44)

……………………………………….......(3-45)

δ = 4,64

dari persamaan (3-36),

3 T − T∞ = α w 2 δζ

w

υx u∞

maka didapatkan :

sehingga persamaan (3-45) menjadi :

10 α −1 = 0.929 (Pr ) 10.7648 υ

Pr = Bilangan Prandtl =

Cp μ υ = k α

sehingga diperoleh :

ζ = 0.976 (Pr) −1 / 3 atau δ t = 0.976 δ (Pr) −1 / 3

………....…..…….(3-46)

Dari persamaan (3-46) terlihat bahwa ketebalan lapisan termal lebih kecil dibandingkan ketebalan lapisan batas hidrodinamik. Untuk menentukan laju aliran panas konveksi lokal per satuan luas adalah :

hx =

− k (∂T / ∂y ) q = (Tw − T∞ ) A(Tw − T∞ )

w

=

3 k 3 k = 2 δ t 2 ζδ

…….……….....(3-47)

dengan memasukkan tebal lapisan batas hidrodinamik persamaan (3-36) dan persamaan (3-46) ke persamaan (3-47), didapatkan :

hx = 0.332

k 1/ 3 1/ 2 Pr Re x

bilangan Nuselt, Nu =

atau

hx x = 0.332 Pr 1 / 3 Re1 / 2 k

................(3-48)

hx x , maka bentuk persamaan (3-48) menjadi : k

41

Nu = 0.332 (Pr)1 / 3 (Re)1 / 2

…………………………………..................(3-49)

Koefisien perpindahan panas rata-rata untuk seluruh panjang permukaan gabah : L

h=

∫h

x

dx

0

L

∫ dx

= 2 h x =L

...........................................................................(3-50)

0

Jadi aliran panas dalam lapisan batas seluruh panjang permukaan gabah :

q = h A (T∞ − Tw )

.................................................................................(3-51)

3.3.3.3. Koefisien Perpindahan Massa Koefisien perpindahan massa (mass transfer coefficient) mempunyai analogi dengan koefisien perpindahan panas, sehingga dapat didefinisikan seperti halnya perpindahan panas.

m& A = hDA A (C A1 − C A 2 )

.....................................................................(3-52)

Difusivitas yang terjadi pada keadaan steady yang melintasi ketebalan lapisan batas setebal ∆y, adalah :

m& A =

D AB (C A1 − C A 2 ) = hDA A (C A1 − C A 2 ) ............................................(3-53) Δy

Berdasarkan hukum-hukum fenomena dalam persamaan yang mengatur perpindahan massa, momentum dan energi seperti pada persamaan (3-2), (3-3) dan persamaan (3-4) terlihat mempunyai keserupaan, sehingga profil suhu, kecepatan dan konsentrasi mempunyai bentuk yang sama dalam fenomena lapisan batas. Karena fenomena yang terjadi dalam lapisan batas mempunyai analogi terhadap hubungan antara profil kecepatan, profil konsentrasi massa dan profil suhu sehingga dalam persoalan perpindahan panas, hubungan fungsional koefisien pindah panas dapat dituliskan dalam bentuk :

42

hx x = f (Re, Pr) ....................................................................................(3-54) k sedangkan dalam hal perpindahan massa, hubungan fungsional koefisien pindah massa dapat dinyatakan dalam bentuk :

hD A x D AB

= f (Re, Sc) .................................................................................(3-55)

Bilangan Schmidt ( Sc =ν / D AB ) menyatakan perbandingan antara profil kecepatan dan konsentrasi, sedangkan untuk profil suhu dan konsentrasi dinyatakan dalam bentuk bilangan Lewis ( Le = α / D AB ) .

Keserupaan antara

persamaan-persamaan yang mengatur perpindahan massa, momentum dan energi dalam lapisan batas memberi petunjuk bahwa korelasi empirik untuk koefisien perpindahan massa mempunyai analogi dengan koefisien perpindahan panas. Hubungan empirik untuk koefisien perpindahan massa ini dinyatakan oleh Gilliland (1934) dalam Holman (1981) dalam bentuk persamaan :

hD A x D AB

⎛ ρ u∞ = 0.023 ⎜⎜ ⎝ μ

x⎞ ⎟⎟ ⎠

0.83

⎛ ν ⎜⎜ ⎝ D AB

⎞ ⎟⎟ ⎠

0.44

......................................................(3-56)

pada keadaan : 2000 < Re < 35000 dan 0.6 < Sc < 2.5 Analogi Reynold untuk perpindahan panas dengan koefisien gesek pada lapisan batas dapat pula digunakan untuk menentukan

koefisien perpindahan

massa dengan koefisien gesek pada lapisan batas, pada aliran laminar, Holman, J.P, (1981) memberikan bentuk persamaan seperti berikut : untuk perpindahan panas

hx f Pr 2 / 3 = 8 u ∞ Cp ρ

..........................................................................(3-57)

untuk perpindahan massa

hD A u ∞ Cp ρ

Sc 2 / 3 =

f 8

...........................................................................(3-58)

43

Karena perpindahan massa dan panas terjadi secara serempak (simultan), maka

koefisien

perpindahan

panas

dapat

dihubungkan

dengan

membagi

persamaan (3-59) dengan persamaan (3-60) :

hx ⎛ Sc ⎞ = ρ Cp ⎜ ⎟ hD A ⎝ Pr ⎠

2/3

⎛ α = ρ Cp ⎜⎜ ⎝ D AB

⎞ ⎟⎟ ⎠

2/3

= ρ Cp Le 2 / 3

..............................(3-59)

3.3.3.4. Gaya Geser dan Koefisien Gesekan Guna menentukan distribusi kecepatan, tebal lapisan batas dan gaya gesek pada dinding, maka persamaan gerak (3-2) harus diselesaikan secara serentak (simultan) dengan persamaan kontinyuitas (3-4). Persamaan-persamaan

ini

diselesaikan

dengan

pertama-tama

mendefinisikan fungsi aliran, ψ (x,y) yang memenuhi persamaan kontinyuitas.

vx =

∂ψ ∂y

dan

vy = -

∂ψ ∂x

……………………………..…......(3-60)

dengan menggunakan variable tak berdimensi

η=y

v∞ υx

………………………………………………….....……..(3-61)

sehingga persamaan dapat ditulis dalam bentuk;

ψ = υxv∞ f (η )

…………………………………………………...........(3-62)

dimana f(η) menandakan suatu fungsi aliran tanpa dimensi. Bila komponen-komponen kecepatan dinyatakan dalam bentuk f(η), maka diperoleh bentuk persamaan :

vx =

∂ψ ∂η d [ f (η )] = v∞ ∂η ∂y dη

…………………………………….…….......(3-63)

dan

vy = −

⎫ ∂ψ 1 υ v∞ ⎧ d [ f (η )] η − f (η )⎬ = ⎨ dx 2 x ⎩ dη ⎭

…………………..…..…...(3-64)

44

dengan

∂v ∂v ∂ 2v , dan dx ∂y ∂y 2

menyatakan

sebagai

fungsi η dan

memasukan

persamaan momentum akan diperoleh bentuk persamaan diferensial orde tiga tak linier.

f (η )

d 2 [ f (η )] d 3 [ f (η )] + 2 =0 dη 2 dη 3

……………………………………........(3-65)

dapat diselesaikan dengan syarat batas :

d [ f (η )] = 0 dan dη

pada η = 0 , f (η ) = 0 ,

d [ f (η )] =1 dη

pada η = ∞ ,

………………………….....(3-66)

………………………………………......(3-67)

Penyelesaian terhadap persamaan diferensial pada persamaan (3-65) secara numerik telah diperoleh oleh Blasius (1908) dalam Frank (1973).

Dimana

kecepatan lokal ux mencapai 99 persen dari nilai kecepatan aliran bebas u∞ pada nilai

y x

ρ u∞ x = 5,0 . μ

Sehingga tebal lapisan batas hidrodinamik sebagai jarak

dari permukaan sampai titik dimana kecepatan lokal ux mencapai 99 persen dari nilai kecepatan aliran bebas u ∞ . Gaya geser pada dinding dapat diperoleh dengan memasukan gradien kecepatan pada y = 0 dari perhitungan secara numerik oleh Blasius besarnya gradien kecepatan adalah

dv dy

= 0.332 y =0

u∞ x

Re x

………………………………………..............(3-68)

dengan memasukan gradien kecepatan pada tegangan geser permukaan per luas satuan adalah :

τ=

μ dv g c dy

= 0.332 y =0

μ u∞ x

Re x

……...…………………...............(3-69)

45

gaya geser dinding didekat tepi-depan sangat besar dan menurun dengan meningkatnya jarak dari tepi-depan. Bila kedua ruas persamaan (3-69) dibagi dengan tekanan kecepatan aliran bebas ρv ∞2 / 2 g c akan diperoleh :

C fx =

τ ρv / 2 g c 2 ∞

=

0.664

…………………………….………................(3-70)

Re x

dimana Cfx adalah koefisien gesek. Untuk aliran laminer melewati sebuah plat datar dengan panjang L, koefisien gesek rata-rata pada permukaan antara tepi-depan x = 0 dan x = L diperoleh dengan cara mengintegralkan persamaan diatas. L

Cf =

1 C fx dx = 1.33 / L ∫0

v∞ ρL

μ

…………………………....…….......(3-71)

Sehingga koefisien gesek rata-rata C f sama dengan dua kali nilai koefisien gesek lokal pada panjang plat L (x = L).

3.4. Penentuan Nilai Difusivitas Koefisien difusivitas massa dalam model persaman matematik lapisan batas pada persamaan (3-16) ditentukan berdasarkan perhitungan perubahan massa gabah (kadar air) selama proses pengeringan, dengan cara menentukan nilai kadar air keseimbangan dan konstanta pengeringan.

3.4.1. Teori Pengeringan Lapis Tipis Dalam sistem pengering, kandungan air dalam produk yang akan dikeringkan sangat menentukan proses pengeringan. Terjadinya perpindahan massa didalam produk saat pengeringan disebabkan oleh adanya perbedaan kadar air. Hukum Fick II telah banyak digunakan oleh para peneliti dengan asumsi yang digunakan adalah; perpidahan massa didalam bahan produk saat pengeringan disebabkan oleh perbedaan kadar air didalam bahan produk dan udara pengering.

46

Model persamaan matematik yang digunakan untuk proses perpindahan air dalam bahan produk, adalah :

∂M = ∇ 2 DM ∂t

..................................................................................(3-72)

Penyelesaian model persamaan (3-72) diatas, telah ditemukan oleh Crank (1956) dalam Young dan Whitaker (1971) dengan benda berbentuk plat tak terbatas, silinder tak terbatas, bentuk bola dan silinder terbatas.

Bentuk

persamaan-persamaan yang dihasilkan adalah seperti berikut : a). Plat datar tak terbatas

M − Me 8 = 2 Mo − Me π

∞

1

∑ (2n + 1) n =0

2

exp[−(2n + 1) 2 K t ]

……........…………..(3-73)

b). Silinder tak terbatas ∞ M − Me 1 = ∑ 2 2 exp[−a 2 α 2 K t / π 2 ] Mo − Me n =0 a α n

……………….………......(3-74)

c). Bola terbatas

M − Me 6 = 2 Mo − Me π

∞

1

∑n n =1

2

exp[−n 2 K t ]

…......……………………....……(3-75)

d). Silinder terbatas

M − Me 8 = 2 Mo − Me π

∞

[∑ n =0

4 a α 2

2 n

exp {−a 2 α 2 K t / π 2 } ] x

............….......(3-76)

Persamaan diatas hanya valid untuk material produk yang homogen. Young dan Whitaker (1971) menyarankan bahwa asumsi tersebut tidak valid untuk material bahan pertanian yang komposit (tidak seragam). Material bahan yang komposit, mungkin akan berbeda kadar air keseimbangan dan difusivitas massanya. Young dan Whitaker (1971) menyarankan penggunaan persamaan pindah massa air dalam material bahan dalam bentuk perbedaan kadar uap air didalam pori-pori bahan sebagai daya dorong perpindahan massa air.

47

Young dan Whitaker (1971) menggambarkan bahwa penyelesaian persamaan matematisnya akan melibatkan pindah panas dan massa secara simultan. Beberapa peneliti telah menggunakan model dengan melibatkan pindah panas dan massa secara simultan dengan metoda pemecahan numerik. Pada permasalahan ini perubahan suhu dan kadar air dipengaruhi oleh difusivitas massa sedangkan perubahan kadar air dipengaruhi oleh konduktivitas panas. 3.4.2. Pemodelan Matematik Menentukan Me, K, Dv dan A Pada proses penguapan air bahan dari suatu lapisan tipis yang dikeringkan dengan aliran udara panas , dimana besarnya nilai kadar air keseimbangan dapat ditentukan berdasarkan model persamaan pengeringan lapis tipis dari Henderson dan Perry (1976).

M − Me = A exp(− K t ) Mo − Me

…...……………………….…………...........(3-77)

Dimana, konstanta A adalah faktor bentuk tergantung bentuk geometri bahan yang dikeringkan. Untuk bentuk : Lempeng

: A = 8 π-2 = 0.81057

Bola

: A = (8 π-2)-3 = 0.53253

Silinder

: A = 6 π-2 = 0.60793

K=

DV π 2 , dimana DV = difusifitas massa 4A

Sedangkan Me adalah kadar air keseimbangan (% bk) dan K adalah konstanta

pengeringan,

yang

merupakan

karakteristik

bahan

dalam

mempertahankan air yang terkandung didalamnya terhadap pengaruh suhu udara panas.

48

Penyelesaian persamaan pengeringan lapis tipis, bentuk dpersamaan (3-77) diatas diubah menjadi bentuk ; (Abdullah dalam Samsuri, 1992)

M = A ( Mo − Me) exp(− K t ) + Me dengan : M = f ( Me, K , A)

………………………...…..…..............…...(3-78)

M = f ( Me + ΔMe, K + ΔK , A + ΔA)

dan

f ( Me + ΔMe, K + ΔK , A + ΔA) = f ( Me, K , A) + ΔMe

∂f ∂f ∂f + ΔA + ΔK + ∂K ∂Me ∂A

1 ∂2 f ⎛ ∂f ∂f ⎞ + 2 ΔMe ΔK ⎜ (ΔMe) 2 ⎟+ 2 2 ∂Me ⎝ ∂Me ∂K ⎠ ⎛ ∂f ∂f ⎞ 2 ΔMe ΔA ⎜ ⎟ + ............. ⎝ ∂Me ∂A ⎠ Nilai deret

.......(3 − 79)

1 ∂2 f (ΔMe) 2 + .....................sangat kecil dan dapat diabaikan 2 ∂Me 2

Sehingga persamaan (3-79) menjadi :

f ( Me + ΔMe, K + ΔK , A + ΔA) = f ( Me, K , A) + ΔMe ΔK

∂f ∂f + ΔA ∂K ∂A

∂f + ∂Me

........................(3 − 80)

Dengan mendiferensialkan persamaan (3-80) terhadap Me, K dan A, maka didapatkan :

∂f = 1 − A exp(− K t ) ∂Me

……………………………………......…............(3-81)

∂f = − t A ( Mo − Me) exp(− K t ) ∂K ∂f = ( Mo − Me) exp(− K t ) ∂A

.………………………...……..……...(3-82)

…….………………………………............(3-83)

Dengan menggunakan metoda kuadrat terkecil (least square), persamaan (3-80) dapat dinyatakan dalam bentuk :

f ( Me + ΔMe, K + ΔK , A + ΔA) =

n

∑ (M i =1

i

− f i ( Me, K , A) )2 minimum .....(3-84)

49

dengan syarat minimum adalah :

∂f ∂f ∂f = = = 0 ∂ ΔMe ∂ ΔK ∂ ΔA

Dari persamaan (3-84), dapat dibuat 3 persamaan simultan dengan 3 bilangan yang tidak diketahui, yaitu ; ΔMe, ΔK dan ΔA Adapun bentuk persamaan simultannya adalah :

2 n n ⎛ ∂fi ⎞ n ⎛ ∂f ∂f ⎞ ∂fi ⎜ ⎟ ( ) − = Δ + ΔK ∑ ⎜ i i ⎟ + M f Me K A ( , , ) Me ∑ i i ∑⎜ ∂Me i=1 i=1⎝ ∂Me⎟⎠ i=1⎜⎝ ∂Me ∂K ⎟⎠ n ⎛ ∂f ∂f ⎞ ΔA ∑ ⎜ i i ⎟ i=1⎜⎝ ∂Me ∂A ⎟⎠

........................................(3− 85)

2

n n ∂f i ⎛ ∂f i ⎞ ⎛ ∂f i ∂f i ⎞ ( ) ( , , ) M f Me K A Me K + Δ − = Δ ⎟ + ⎜ ⎟ ⎜ ∑ ∑ ∑ i i ∂K i =1 i =1 ⎝ ∂Me ∂K ⎠ i =1 ⎝ ∂K ⎠ n

n ⎛ ∂f ∂f ⎞ ΔA∑ ⎜ i i ⎟ i =1 ⎝ ∂K ∂A ⎠

.............................(3 − 86)

n n ⎛ ∂f ∂f ⎞ ⎛ ∂f ∂f i ⎞ = ΔMe∑ ⎜ i ⎟ + ΔK ∑ ⎜ i i ⎟ + ∂A i =1 ⎝ ∂K ∂A ⎠ i =1 ⎝ ∂Me ∂A ⎠

∂f ∑ (M i − f i (Me, K , A)) i n

i =1

⎛ ∂f ⎞ ΔA∑ ⎜ i ⎟ i =1 ⎝ ∂A ⎠ n

2

.......................................(3 − 87)

Persamaan (3-85) – (3-87) dapat dibuat dalam bentuk yang sederhana, seperti berikut : P1 ΔMe + Q1 ΔK + R1 ΔA = X1

…………………..…….....….......(3-88)

P2 ΔMe + Q2 ΔK + R2 ΔA = X2

………………………..…...........(3-89)

P3 ΔMe + Q3 ΔK + R3 ΔA = X3

……………………………..........(3-90)

Persamaan (3-88) – (3-90), dalam bentuk matrik dapat ditulis seperti berikut ini :

⎡ P1 ⎢ ⎢ P2 ⎢ P3 ⎣

Q1 Q2 Q3

R1 ⎤ ⎥ R2 ⎥ R3 ⎥⎦

⎡X1 ⎤ ⎡ΔMe⎤ ⎢ ΔK ⎥ = ⎢ X ⎥ ⎢ 2⎥ ⎥ ⎢ ⎢⎣ X 3 ⎥⎦ ⎢⎣ΔA ⎥⎦

…………..……....…(3-91)

50

Untuk menyelesaikan matrik persamaan (3-91), untuk menentukan ΔMe, ΔK dan ΔA dengan cara terlebih dahulu menentukan nilai sembarang untuk ΔMe, ΔK dan ΔA. Perhitungan iterasi untuk nilai variable baru dilakukan dengan cara trial dan error.

Proses iterasi dilakukan terus sampai diperoleh hasil yang konvergen

antara nilai variabel yang lama dengan nilai variabel yang baru. Untuk mendapatkan hasil yang konvergen, maka harus dipenuhi syarat tertentu, yaitu nilai dari elemen-elemen diagonalnya tidak boleh mengandung nilai nol dan harga mutlak dari nilai elemen dari diagonal utamanya harus lebih besar N

dari harga mutlak jumlah nilai elemen-elemen yang lainnya. a ii >

∑a j≠ i

ij

dimana N = jumlah persamaan, i = 1,2,……N. Dalam

penyelesaian

persamaan

untuk

menentukan

nilai

kadar

air

keseimbangan, konstanta pengeringan, difusivitas massa dan faktor bentuk dibuat dalam bentuk program komputer dengan menggunakan bahasa basic.

3.5. Penentukan Dimensi Ring Transduser Ring transduser digunakan untuk menentukan perubahan massa (kadar air) produk selama proses penguapan air berlangsung.

Ring transduser terbuat dari

bahan baja yang digunakan untuk meletakan 2 buah sensor strain gage pada sisi luar dan dalam ring, sensor ini berfungsi untuk melihat perubahan massa air produk selama proses pengeringan dengan keluaran berupa gaya lentur (µε) yang dibaca melalui instrumen handy strain meter, yang selanjutnya dikonversikan menjadi dimensi massa. Dimensi ring transduser yang digunakan adalah dengan ukuran diameter dalam dalam 51 mm dan tebal 1.0 mm, ditempatkan 2 buah sensor strain gage dengan resistensi 120 ohm pada sisi sebelah luar dan dalam ring.

51

P t

R1

R2 Vo

2

R4

w

1

Gage 1 : inside Gage 2 : outside

R3

Vs

Bridge Box

Strain meter Kalibrasi

Gambar 3-6. Model ring transduser dan diagram skematis pengukuran regangan Untuk

menentukan

beban

maksimum

dan

dimensi

ring

tranduser

berdasarkan persamaan seperti berikut :

ε=

1.09 PR E w t2

………………………………………………………......….(3-92)

dimana; ε = Regangan, m P = Beban, N R = Jari-jari dalam, m E = Elastisitas, N/m2 w = lebar ring, m t = tebal ring, m

52

BAB IV KAJIAN CFD PADA PROSES ALIRAN FLUIDA

IV. KAJIAN CFD PADA PROSES ALIRAN FLUIDA

4.1. Penelitian Sebelumnya Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan program computer perangkat lunak untuk memprediksi dan menganalisa secara kuantitatif aliran fluida, perpindahan panas, transpor penomena dan reaksi kimia.

Analisis aliran

fluida dalam suatu sistem dengan CFD merupakan analisis numerik dengan kontrol volume sebagai elemen dari integrasi persamaan-persamaan, yang terdiri dari persamaan

keseimbangan massa, momentum dan

energi (Versteeg dan

Malalasekera, 1995). Penyelesaian persaman untuk sistem dua atau tiga dimensi dapat dilakukan secara simultan dan lebih cepat. Tata letak serta dimensi dari unit peralatan dalam suatu sistem (kipas, inlet dan lainnya) dapat diubah-ubah di dalam program simulasi guna mendapatkan kondisi operasi yang optimal. Wulandani (2005) telah menggunakan model simulasi CFD dalam menganalisis aliran udara pada ruang pengering tipe kabinet dengan 8 buah rak untuk mendapatkan dimensi dan letak komponen alat pengering serta kondisi operasi yang optimal.

Hasil yang dilaporkan Wulandani (2005) diperoleh disain

alat pengering dengan ukuran 3.6 x 3.6 x 2.4 m3, dimana terdapat dua buah inlet dengan ukuran 0.1 x 0.1 m2 pada ketinggian 1.4 m serta dua buah outlet berukuran masing-masing

0.2 x 0.8 m2 pada ketinggian 0.8 m pada dinding yang

berseberangan dengan inlet.

Kipas yang digunakan sebagai pendistribusi aliran

udara digunakan 3 unit dengan masing-masing ukuran diameter 0.2 m dan daya kipas 100 W sebanyak 2 unit dan 40 W 1 unit.

Kondisi operasi yang diperoleh

untuk suhu rata-rata seluruh rak adalah 45.4 oC dan nilai rata-rata kecepatan 0.5 m/dtk serta rata-rata RH 45.6 %.

54

Untuk dapat menggunakan CFD pada proses simultan momentum, energi dan massa, pemahaman sifat-sifat dasar aliran fluida sangat diperlukan. Persamaan diferensial yang menyusun profil aliran fluida harus ditransformasikan menjadi persamaan matematis yang sederhana dan disebut dengan metoda diskritisasi (Versteeg dan Malalasekera, 1995). Dalam proses simultan persamaan momentum, energi dan massa, profil aliran udara digambarkan secara kuantitatif dalam besaran suhu dan kecepatan dalam persamaan diferensial dengan koordinat kartesian. Pemecahan analisis numerik dengan menggunakan software CFD Fluent dengan cara finite volume dan pembuatan gambar serta bentuk geometrik alat dilakukan dalam software Gambit. Software CFD terdiri dari tiga elemen utama, yaitu ; (1) Pre-processor, (2) Solver dan (3) Post-processor.

4.2. Cara Kerja Fluent dalam Pemecahan Masalah Aliran Fluida Didalam pemecahan masalah aliran fluida, terlebih dahulu dibuat bentuk geometri alat, pembentukan grid (mesh) dan penentuan sifat termofisik serta kondisi batas yang dilakukan dalam software GAMBIT 2.2.30 Pemecahan masalah aliran fluida (kecepatan, tekanan, suhu dan lain-lain) didefinisikan pada node (titik) di dalam tiga sel.

Ketepatan dan ketelitian hasil

tergantung dari jumlah sel di dalam grid (mesh), secara umum bila jumlah sel makin banyak maka pemecahan masalah semakin baik. 4.3. Simulasi Dinamika Aliran Fluida dengan CFD Simulasi aliran fluida dengan CFD digunakan untuk melihat penyebaran panas berdasarkan distribusi suhu serta aliran udara pemanas dalam ruang pengering berdasarkan perhitungan simulasi CFD.

55

Kajian terhadap karakteristik aliran fluida pada sistem pengering dengan simulasi CFD adalah mempelajari proses pemanasan produk.

Perubahan yang terjadi

ditinjau dari pindah panas konduksi dan konveksi alamiah. Kontrol pindah panas konduksi dilakukan pada geometri alat pengering, sedangkan pada pindah panas konveksi alamiah berdasarkan pergerakan panas dari inlet ke ruang pengering. Proses simulasi CFD digunakan untuk melihat efek pindah panas konduksi dan konveksi alamiah selama proses pemanasan udara pengering dengan pemodelan. 4.4. Model Persamaan Atur Simulasi CFD 4.4.1. Hukum Kekekalan Massa 3 Dimensi Steady State Keseimbangan massa untuk elemen fluida dinyatakan sebagai berikut ; Laju kenaikkan massa dalam elemen fluida = laju netto aliran massa ke dalam elemen terbatas. Adapun bentuk matematis dapat ditulis seperti (Bird et al.,1966):

∂ ( ρu ) ∂ ( ρv) ∂ ( ρw) + + =0 ∂x ∂y ∂z

………..........…………………...….......(4-1)

Persamaan (4-1) disebut sebagai persamaan kontinyuitas untuk fluida. Ruas kiri menyatakan laju netto massa dari elemen melewati batas dan dinyatakan sebagai faktor konveksi. 4.4.2. Persamaan Momentum 3 Dimensi Steady State Persamaan momentum merupakan persamaan Navier-Stokes dalam bentuk yang sesuai dengan metoda finite volume (Bird et al.,1966) : Momentum arah x :

⎡ ∂ 2u ∂ 2u ∂ 2u ⎤ ⎡ ∂u ∂u ∂u ⎤ ∂p +v +w ⎥= + μ ⎢ 2 + 2 + 2 ⎥ + S Mx ∂y ∂z ⎦ ∂x ∂y ∂z ⎦ ⎣ ∂x ⎣ ∂x

ρ ⎢u

…………...(4-2)

56

Momentum arah y :

⎡ ∂ 2v ∂ 2v ∂ 2v ⎤ ⎡ ∂v ∂v ∂v ⎤ ∂p +v +w ⎥ = + μ ⎢ 2 + 2 + 2 ⎥ + S My ∂y ∂z ⎦ ∂y ∂z ⎦ ∂y ⎣ ∂x ⎣ ∂x

ρ ⎢u

……………(4-3)

Momentum arah z :

⎡∂2w ∂2w ∂2w⎤ ⎡ ∂w ∂w ∂w ⎤ ∂p +v +w ⎥= + μ ⎢ 2 + 2 + 2 ⎥ + S Mz ∂y ∂z ⎦ ∂z ∂y ∂z ⎦ ⎣ ∂x ⎣ ∂x

ρ ⎢u

………….(4-4)

4.4.3. Persamaan Energi 3 Dimensi Steady State Persamaan energi diturunkan dari hukum pertama termodinamika yang menyatakan bahwa; Laju perubahan energi partikel fluida = laju penambahan panas ke dalam partikel fluida ditambah dengan laju kerja yang diberikan pada partikel Bentuk persamaan matematis ditulis seperti berikut (Bird et al.,1966):

⎡ ∂ 2u ∂ 2 v ∂ 2 w ⎤ ⎡ ∂u ∂v ∂w ⎤ ⎡ ∂T ∂T ⎤ ∂T + + k ⎢ 2 + 2 + 2 ⎥ + S i ……..(4-5) + w ⎥ = p⎢ + +v ⎥ ∂z ⎦ ∂y ∂y ∂z ⎦ ⎣ ∂x ∂y ∂z ⎦ ⎣ ∂x ⎣ ∂x

ρ ⎢u

4.4.4. Persamaan State Kecepatan fluida selalu mencari keseimbangan secara termodinamik, kecuali adanya gangguan.

Bila digunakan variable ρ dan p, maka persamaan

state untuk P dan I (Versteeg dan Malalasekera, 1995) : P = p(ρ, T)

....................................................................................(4-6)

I = i (ρ, T)

....................................................................................(4-7)

Untuk gas ideal, dimana : p = ρRT

dan I = CvT

57

4.5. Tahapan Simulasi CFD pada Alat Pengering 4.5.1. Asumsi 1. Model aliran dalam alat dianggap laminar 2. Udara tidak termampatkan (incompressible), ρ konstan 3. Aliran udara dalam kondisi steady 4. Bilangan Prandtl udara konstan (Cp, μ dan k udara adalah konstan) 5. Udara lingkungan dianggap konstan (30 oC) 6. Kecepatan aliran udara masuk dianggap seragam 4.5.2. Kondisi Awal 1. Kecepatan aliran udara pada arah X, Y dan Z = 0 m/dtk 2. Permukaan suhu dinding luar = suhu lingkungan (30 oC) 3. Tekanan udara = tekanan barometrik (101325 pascal) 4.5.3. Kondisi Batas 1. Pada sisi masuk sekaligus kipas adalah velocity inlet dengan kecepatan seragam yaitu : X = 0 cm u = 0.42 m/dtk

0 ≤ Y ≤ 60 cm

0 ≤ Z ≤ 60 cm

v = 0 m/dtk

w = 0 m/dtk

2. Pada sisi keluar diterapkan kondisi batas outflow, pada kondisi batas ini, gradient yang searah dengan aliran dari semua variable aliran (kecuali tekanan) adalah nol. Rasio bukaan saluran outlet adalah = 1 yaitu : X = 120 cm

0 ≤ Y ≤ 60 cm

0 ≤ Z ≤ 60 cm

3. Pada dinding alat pengering, diberlakukan kondisi batas wall. Pada kondisi batas ini komponen kecepatan dalam arah normal dinding adalah nol dan berlaku kondisi tidak slip. yaitu :

0 ≤ Y ≤ 60 cm

0 ≤ Z ≤ 60 cm

v = 0 m/dtk

w = 0 m/dtk

Bagian sisi inlet dan outlet , dinding terbuat dari seng plat dan bagian ruang pengering terbuat dari plastik tranparan (kecuali lantai dari seng plat)

58

BAB V PERCOBAAN

V. PERCOBAAN

5.1. Bahan dan alat Bahan dan peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari model alat pengering hasil rancangan, berapa jenis alat ukur dan produk gabah sebagai bahan uji pada proses penguapan air. Jenis bahan dan alat yang digunakan terlihat seperti pada Tabel 5-1. Tabel 5-1. Bahan dan peralatan yang digunakan dalam penelitian No. 1

Jenis Alat dan Bahan Anemometer : - Kecepatan - Suhu

Merk Kanomax Model A541 -

Ketelitian 0.01 m/dt 0.5 oC 0.1 o

2

Thermometer Digital

3

Thermorecorder

4

Sensor Thermocouple (CA)

-

-

5

Benang dan kawat (tanda grid)

-

-

6

Model alat pengering

-

Chinorecorder

2 oC

o

7

Termometer alcohol

2C

8

Termometer standard Hg

9

Timbangan digital

Tipe EK-1200 A

-

10

Oven pengering

Tipe SS-204D

-

11

Kain kasa untuk bola basah, jangka

0.5oC

-

-

sorong, anak timbangan standard 12

Handy Strain Meter

13

Gabah (Produk Pengeringan)

14

Sensor strain gage

0.1µε Resistensi 120 ohm

-

5.1.1. Bahan Uji Alat Sistem Pengering Bangunan alat sistem pengering yang diuji adalah berbentuk empat persegi panjang dengan ukuran 90 cm x 60 cm x 60 cm, dinding dan atap terbuat dari plastic transparan jenis mika, sedangkan lantai terbuat dari seng plat yang di cat warna hitam dop. Bagian inlet yang sekaligus tempat kipas berbentuk trapesium segi empat

60

dimensi 60 cm x 60 cm dan 18 cm x 18 cm yang terbuat dari seng plat, pada bagian inlet ini ditempatkan alat penukar panas (HE) radiator. Pada sisi masuk udara ruang pengering dilengkapi dengan susunan pipa PVC ukuran diameter 0.625 cm, panjang 4 cm sebanyak 1024 buah, susunan pipa-pipa kecil ini berfungsi untuk penyearah aliran sejajar serta untuk mendapatkan aliran laminar.

Bagian

saluran udara keluar juaga berbentuk trapesium segi empat

dengan dimensi 60 cm x 60 cm dan 14 cm x 14 cm dari bahan seng plat yang permukaannya tidak di cat.

Dimensi radiator yang digunakan adalah 34 cm x 34 cm

x 6 cm, kipas sebagai pendistribusi aliran udara digunakan jenis aksial dengan daya 55 watt. Kisi Dari Benang Atap dan Dinding Transparan

Plat Alumunium

60 cm 60cm

Lantai Seng Plat Hitam Kipas

90 cm

Rak Pengering

Strain Gage

Gambar 5-1. Gambar tiga dimensi alat yang digunakan dalam percobaan Bangunan alat pengering ini dibagian bawahnya ditempatkan ring transduser terbuat dari bahan baja dengan dimensi tebal 0.085 cm dan diameter dalam 51 cm. Ring transduser ini dilengkapi dengan 2 buah strain gage 120 ohm yang ditempatkan pada sisi bagian dalam ring.

Model alat sistem pengering yang diuji terlihat seperti

pada Gambar 5-1.

61

5.2. Waktu dan Tempat Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian dan Laboratorium Leuwikopo, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Bogor.

Pembuatan alat uji sistem pengering yang

digunakan dalam percobaan dilakukan pada bulan September dan Oktober 2006. Sedangkan pengambilan data pengukuran distribusi suhu dan kecepatan aliran udara di dalam alat pengering dilakukan pada bulan Nopember 2006 sampai dengan bulan Januari 2007. 5.3. Prosedur Penelitian Udara sebagai media pengering

dari lingkungan sebelum masuk ruang

pengering dipanasi lewat radiator dan dari sini udara panas dihembuskan ke ruang pengering dengan menggunakan kipas aksial 55 Watt sebagai pendistribusi. Ruang pengering berbentuk empat persegi yang berukuran 90 cm x 60 cm x 60 cm dan rak pengering gabah dengan ukuran 50 cm x 40 cm yang diatasnya dialiran udara panas secara sejajar dengan permukaan produk.

Untuk mendapatkan aliran sejajar dan

laminar, udara dialirkan melalui pipa-pia kecil berdiameter 0.625 cm sebanyak 1024 buah yang disusun sedemikian rupa pada sisi inlet ruang pengering. Sebagai model yang digunakan dalam percobaan ini adalah satu rak yang terdapat dalam ruang pengering (Gambar 5-2). Kajian terhadap fenomena udara panas dalam ruang pengering diamati melalui pengukuran parameter suhu, kecepatan, RH dan perubahan massa produk yang dikeringkan dengan selang waktu tertentu.

Pengukuran parameter suhu dan

kecepatan dilakukan pada posisi-posisi tertentu yang dianggap mewakili semua permukaan produk sedangkan perubahan massa produk diukur dengan sensor strain gage yang ditempatkan dibawah rak produk dengan alat ukur handy strain meter.

62

Udara Masuk Alat Percobaan

1 Heater

2

3 Rak Produk Udara Keluar

Kipas

Udara

qc (Konveksi)

Tu, RH, y

NA

Permukaan Pengeringan yS, TS, RHS

zS zT

Produk Tray (Rak)

Udara Tu, RH, y

qk (Konduksi)

Gambar 5-2. Perpindahan panas dan massa proses pengeringan gabah pada sebuah rak dalam alat uji sistem pengering Lokasi titik-titik pengukuran suhu dan kecepatan dilakukan pada bidang zx untuk ketinggian y dari 0 ( permukaan bahan) - 36 cm, dan pada bidang zy untuk jarak dari tepi rak x = 25 cm dan x = 50 cm. Percobaan dilakukan pada ketebalan tumpukan gabah 2.2 cm (tinggi maksimum rak yang digunakan) dan ketebalan tumpukan gabah 1.5 cm.

Pembentukan bidang-bidang pengukuran dilakukan

dengan membuat grid dari benang dan kawat halus, pada Gambar 5-3 diperlihatkan letak titik-titik pengukuran suhu dan kecepatan udara.

63

6 cm 6 cm

y 6 cm

z

6 cm

3.0 cm 2.5 cm 2.0 cm 1.5 cm 1.0 cm 0 cm

x

Rak Produk 25 cm 50 cm

Gambar 5-3. Lokasi titik pengukuran suhu dan kecepatan diatas rak produk pada jarak x = 25 cm dan x = 50 cm 5.3.1. Parameter Pengukuran Parameter yang diukur adalah sebagai berikut : (1) Suhu, yaitu meliputi suhu udara lingkungan, suhu udara dalam ruang pengering pada jarak dan ketinggian tertentu, suhu inlet dan suhu radiator (2) Kecepatan, yang meliputi kecepatan udara inlet, kecepatan udara dalam ruang pengering pada jarak dan ketinggian tertentu, kecepatan udara dari kipas (3) Kelembaban (RH) yaitu RH lingkungan dan RH dalam ruang pengering (4) Massa produk, yaitu massa awal dan akhir proses pengeringan (5) Perubahan massa setiap dari gabah dalam rak pengering melalui pengukuran dengan handy strain meter. (6) Kadar air awal gabah dengan cara pemanasan dalam oven pada suhu 105 oC selama lebih kuran 24 jam.

64

(7) Kadar air selama proses diukur berdasarkan perhitungan penurunan massa sampel produk. (8) Waktu proses penguapan air gabah sampai dengan tidak terdapat perubahan massa sampel yang diuji (massa konstan)

5.3.2. Prosedur Pengukuran Pada tahap awal percobaan dilakukan kalibrasi sensor strain gage yang digunakan dengan cara meletakan anak timbangan standar dengan berat yang bervariasi diatas rak pengering, perubahan regangan (με) dari ring tranduser akibat massa anak timbangan diukur melalui alat handy strain meter. Tahapan percobaan yang dilakukan selanjutnya adalah : (1) Menimbang massa awal gabah yang akan dikeringkan yaitu untuk ketebalan tumpukan gabah 2.2 cm dan 1.5 cm pada setiap percobaan berikutnya. (2) Pengukuran kadar air awal gabah dilakukan di laboratorium digunakan oven pengering (3) Pengukuran perubahan massa gabah selama proses pengeringan diamati setiap 10 menit (4) Pengukuran kecepatan udara dan suhu dalam ruang pengering dilakukan setiap 20 menit selama proses berlangsung (5) Pengukuran RH dilakukan dengan mengukur suhu bola kering dan basah setiap 30 menit selama proses berlangsung. 5.4. Proses Perhitungan Simulasi CFD Untuk mendapatkan profil aliran udara panas dalam ruang pengering dipakai dalam percobaan digunakan teknik simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD), dalam kajian dilakukan analisis mendalam terhadap kondisi operasi kecepatan udara dan suhu udara dalam sistem pengering.

Proses perhitungan dalam simulasi CFD

yaitu dengan cara mendifinisikan solver, material, tekanan acuan, dan kondisi batas. Penyelesaian masalah ini menggunakan solver dengan metoda segresi, material 65

fluida adalah udara dengan sifat fisis ρ = 1,1376 kg/m3 dan μ =1.90 x 10-5 kg/m dtk pada tekanan 101.325 kPa, suhu 37.8 oC (Geankoplis, 1983).

Kondisi batas yang

telah didefinisikan diatas diterapkan secara otomatis, dengan hanya menyebutkan jenis kondisi batasnya saja, yaitu velocity inlet, radiator, outflow dan wall.

Mulai

Input Data

Perhitungan Persamaan Momentum Perhitungan Persamaan Kontinyuitas Konvergensi ε ≤ 10-4

Tidak

Ya

Perhitungan Persamaan Energi Tidak

Konvergensi ε ≤ 10-6

Ya

T(x,y,z) v(x, y, z)

Stop

Gambar 5-4. Diagram alir proses perhitungan Harga yang perlu dimasukkan hanya nilai-nilai variabel yang sesuai dengan masingmasing kondisi batas. Gambar 5-4 memperlihatkan tahapan proses perhitungan simulasi CFD.

Setelah itu dilakukan pemantauan proses perhitungan dan proses

iterasi. Pengendalian solusi dilakukan dengan menentukan faktor relaksasi.

Harga

faktor relaksasi yang kecil akan menjadikan proses iterasi berlangsung stabil, tetapi bila proses iterasi yang dilakukan semakin banyak, maka faktor relaksasi menjadi besar.

66

Harga faktor relaksasi yang digunakan dalam permasalahan ini didapat setelah beberapa kali melakukan proses komputasi. Selain itu pengendalian solusi juga dapat dilakukan dengan diskretisasi, dipilih diskretisasi standard dan algoritma interpolasi SIMPLE. Pada perhitungan algoritma SIMPLE dengan metoda solusi segregasi implisit, kriteria konvergensi yang diberikan untuk besaran dependen adalah 10-4. Hasil peritungan komputasi ditampilkan dalam permukaan-permukaan tertentu yang dianggap dapat mewakili gambaran mengenai medan kecepatan dan medan suhu yang terjadi.

67

BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN

VI. HASIL DAN PEMBAHASAN 6.1. Penentuan Nilai Difusivitas Koefisien difusivitas massa dalam model persaman matematik lapisan batas pada persamaan (3-16) ditentukan berdasarkan perhitungan perubahan massa gabah (kadar air) selama proses pengeringan, dengan cara menentukan nilai kadar air keseimbangan dan konstanta pengeringan. Difusivitas massa efektif dan berdasarkan kadar air keseimbangan (Me) diperoleh dengan cara mengolah data hasil pengamatan perubahan massa (kadar air) gabah selama proses penguapan air terjadi. Persamaan (3-78) digunakan untuk penyelesaian yang dilakukan secara simultan dalam menentukan nilai kadar air keseimbangan, faktor bentuk dan konstanta pengeringan dengan menggunakan program komputer bahasa Basic. Nilai difusivitas massa selanjutnya baru ditentukan dengan menggunakan persamaan (3-16) yaitu persamaan model matematik lapisan batas perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan. Bagian utama dari program perhitungan nilai Me, A dan K adalah menyusun matrik koefisien Me, A dan K seperti yang terdapat dalam persamaan (3-85), (3-86) dan persamaan (3-87).

Program ini diselesaikan berdasarkan metoda kuadrat

terkecil non linier. Hasil perubahan massa yang diamati adalah berdasarkan berat dan kadar air awal gabah, yang dilakukan pada dua macam tebal tumpukan gabah yaitu 2.2 cm dan 1.5 cm. Tebal tumpukan maksimum berdasarkan tinggi rak yaitu 2.2 cm Untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm dilakukan pada 3 macam kecepatan dan suhu udara yang masuk ruang pengering, sedangkan untuk tebal tumpukan 1.5 cm 2 macam kecepatan dan suhu udara yang masuk ruang pengering. Tabel 6-1 memperlihatkan hasil perhitungan nilai kadar air keseimbangan, faktor bentuk dan konstanta pengeringan.

69

Tabel 6-1. Hasil perhitungan nilai difusivitas massa gabah selama proses penguapan air. Kecepatan Suhu Tebal Me KA (m/dtk) (ºC) b, (cm) (% bk) Akhir (% bb) 0.33 36.8 2.2 12.32 15.48 0.38 37.2 2.2 12.49 14.70 0.42 37.6 2.2 12.28 14.89 0.44 37.8 1.5 12.56 14.80 0.39 37.4 1.5 12.43 14.72 Difusivitas dihitung dari : K = (Dv π2)/4 b2

K Difusivitas (1/men) (m²/dtk) 0.0035 2.474E-05 0.0036 2.590E-05 0.0036 2.356E-05 0.0039 2.240E-05 0.0037 2.030E-05

Gambar 6-1 memperlihatkan perubahan kadar air gabah selama proses penguapan yaitu untuk berat sampel 4528 gram dengan kadar air awal 24.34 % (bb), tebal tumpukan gabah 2.2 cm, pada kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 36.8 oC dan kecepatan 0.33 m/dtk.

Kadar air akhir yang dapat dicapai

pada kondisi ini adalah 15.48 % (bb) dengan waktu 450 menit. Kurva hasil perhitungan diperoleh dengan cara menggunakan persamaan (378) berdasarkan nilai Me, A dan K yang telah dicari sebelumnya berdasarkan data hasil pengukuran.

Pada percobaan ini, panjang dan lebar rak yang digunakan

dalam proses penguapan air adalah 50 cm dan 40 cm, ini sama untuk semua kondisi operasi yang diamati.

Gambar 6-1. Kurva perubahan kadar air (% bk) gabah selama proses penguapan terhadap waktu pada T = 36.8 oC dan v = 0.33 m/dtk 70

Percobaan untuk kondisi udara pada suhu 37.6 oC dan kecepatan 0.42 m/dtk dengan tebal tumpukan gabah 2.2 cm, kadar air awal 24.67 % (bb) dan berat awal gabah 4684 gram, diperoleh hasil kadar air akhir sebesar 14.89 % (bb) dengan lama waktu pengupan 430 menit. basis kering pada percobaan ini.

Gambar 6-2 memperlihatkan perubahan kadar air Hasil pengukuran kadar air pada kondisi operasi

seperti disebutkan diatas memberikan bentuk kurva yang mendekati kesamaan dengan hasil perhitungan.

Gambar 6-2. Kurva perubahan kadar air (% bk) gabah selama proses penguapan air terhadap waktu pada T = 37.6 oC dan v = 0.42 m/dtk

Gambar 6-3. Kurva perubahan kadar air (% bk) gabah selama proses penguapan air terhadap waktu pada T = 37.2 oC dan v = 0.39 m/dtk

71

Untuk tebal tumpukan gabah 1.5 cm dan kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 37.4 oC dan kecepatan 0.39 m/dtk, dengan berat awal gabah 3613 gram dan kadar air awal 24.59 % (bb). Hasil kadar air akhir yang dapat dicapai pada kondisi ini adalah 14.72 % (bb) selama 430 menit.

Gambar 6-3 memperlihat

bentuk kurva perubahan kadar air (% bk) terhadap waktu. 6.2. Kajian Perpindahan Massa, Momentum dan Energi 6.2.1. Pola Aliran Udara dalam Ruang Pengering Pada dasarnya lapisan batas membagi medan aliran disekitar permukaan produk kedalam dua wilayah, yaitu daerah lapisan tipis yang menutupi permukaan gabah dimana gradien kecepatan dan gaya viskos yang besar, dan daerah diluar lapisan batas dimana kecepatannya hampir sama dengan kecepatan aliran bebas udara dengan pengaruh gaya viskos dapat diabaikan. Bentuk profil kecepatan di dalam lapisan batas tergantung pada bilangan Reynold (Re) dari aliran udara pada permukaan produk yang dikeringkan sejajar terhadap aliran udara panas. Pada tepi depan (leading edge) permukaan, hanya partikel-partikel fluida yang langsung bersinggungan dengan permukaan tersebut yang menjadi lambat gerakannya, sedangkan fluida lainnya terus bergerak dengan kecepatan aliran bebas (free stream) yang tidak terganggu.

Bergeraknya fluida

sepanjang permukaan gabah menimbulkan gaya-gaya geser yang menyebabkan semakin banyak fluida terhambat sehingga menyebabkan tebal lapisan batas bertambah. Besar bilangan Reynold dari percobaan yang dilakukan terhadap panjang permukaan gabah 25 cm dan 50 cm adalah sebagai berikut. Percobaan 1 : a). Tebal tumpukan 2.2 cm, kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 37.6 oC dengan kecepatan 0.42 m/dtk, dan panjang permukaan rak gabah 50 cm

72

dengan lebar arah z = 12 cm. Viskositas kinematik udara pada kondisi ini adalah 1.671 x 10-5 m2/dtk (Geankoplis, 1983) Rex =

(0.42)(0.50) = 12567.3 1.671 x 10 −5

Dengan nilai Rex = 12567.3, jenis alirannya adalah laminar (Kreith, 1973, Prijono, 1999). b). Tebal tumpukan 2.2 cm, kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 37.6 oC dengan kecepatan 0.42 m/dtk, dan panjang permukaan rak gabah 50 cm dengan lebar arah z = 24 cm. Percobaan 2 : a). Tebal tumpukan 2.2 cm, kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 37.6 oC dengan kecepatan 0.42 m/dtk, dan panjang permukaan rak gabah 25 cm dengan lebar arah z = 12 cm. Rex =

(0.42)(0.25) = 6287.4 (jenis aliran adalah laminar) 1.671 x 10 −5

b). Tebal tumpukan 2.2 cm, kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 37.6 oC dengan kecepatan 0.42 m/dtk, dan panjang permukaan rak gabah 25 cm dengan lebar arah z = 24 cm. Percobaan 3 : a). Tebal tumpukan 2.2 cm, kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 36.8 oC dengan kecepatan 0.33 m/dtk, dan panjang permukaan rak gabah 50 cm dengan lebar arah z = 12 cm. Rex =


b). Tebal tumpukan 2.2 cm, kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 36.8 oC dengan kecepatan 0.33 m/dtk, dan panjang permukaan rak gabah 50 cm dengan lebar arah z = 24 cm.

73

Percobaan 4 : a). Tebal tumpukan 2.2 cm, kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 37.8 oC dengan kecepatan 0.33 m/dtk, dan panjang permukaan rak gabah 25 cm dengan lebar arah z = 12 cm. Rex =


b). Tebal tumpukan 2.2 cm, kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 36.8 oC dengan kecepatan 0.33 m/dtk, dan panjang permukaan rak gabah 25 cm dengan lebar arah z = 24 cm. Dari hasil

perhitungan

bilangan

Reynold

lokal

sepanjang

permukaan

gabah yaitu arah x , untuk semua percobaan yang dilakukan mempunyai bilangan Rex lebih kecil dari 8 x 104 sehingga aliran yang terjadi pada permukaan gabah adalah laminar. Tabel 6-2 memperlihatkan kondisi kelembaban udara (RH) lingkungan dan kelembaban udara dalam ruang pengering selama percobaan, penentuan RH ini didasari data pengukuran suhu bola basah dan bola kering. Tabel 6-2. Kelembaban udara lingkungan dan ruang pengering selama percobaan. Waktu

Lingkungan

Percobaan 1

(RH), %

RH (%)

RH (%)

RH (%)

0

55.4

52.4

48.6

49.8

49.0

30

59.0

52.0

52.3

50.4

49.0

60

55.2

52.2

48.5

49.4

49.2

90

54.0

49.6

49.2

50.8

49.8

120

55.2

47.8

47.5

50.2

49.4

150

53.4

49.5

48.2

49.6

49.6

180

53.6

48.2

49.0

50.2

49.3

210

54.0

50.6

49.0

50.4

49.6

240

54.7

50.2

49.4

50.8

49.6

270

54.0

49.8

48.8

50.7

50.4

300

55.0

49.8

49.2

51.5

50.0

330

59.0

49.3

50.4

51.4

50.2

360

54.0

50.7

49.0

51.2

51.0

390

57.0

50.2

48.4

51.6

51.0

420

54.7

50.5

48.3

51.5

51.0

Rata-rata

55.2

50.2

49.1

50.6

49.9

St. Dev

1.78

1.32

1.11

0.72

0.71

(menit)

Percobaan 2

Percobaan 3

Percobaan 4 RH (%)

74

Rata-rata

RH udara lingkungan adalah 55.2 % dengan standar deviasi

sebesar 1.78 %. Rata-rata RH ruang pengering pada percobaan 1 adalah 50.2 % dengan nilai standar deviasi sebesar 1.32, percobaan 2

adalah 49.1 % dengan

standar deviasi 1.11 %, percobaan 3 adalah 50.6 % dengan standar deviasi 0.72 % dan pada percobaan 4 rata-rata nilai RH adalah 49.9 % dengan standar deviasi 0.71%. 6.2.2. Menentukan Gradien Kecepatan, Suhu dan Massa Tak Berdimensi Gradien kecepatan, suhu dan massa tak berdimensi didasari pada model persamaan matematik seperti yang telah dijabarkan pada bagian terdahulu yaitu pada persamaan (3-16), persamaan (3-18), dan persamaan (3-20), sehingga profil kecepatan, suhu dan massa secara teori dapat di ketahui.

Untuk menentukan

besarnya gradien tak berdimensi, kondisi sifat fisik udara dan uap air

dalam ruang

pengering dipergunakan suhu rata-rata dari percobaan. Guna melihat adanya proses perpindahan massa dalam lapisan batas, perlu ditentukan fluks massa tak berdimensi (K). tidaknya perpindahan massa.

Nilai K untuk menunjukkan terjadi atau

Bila nilai K = 0, berarti tidak terdapat perpindahan

massa dalam lapisan batas dan K > 0 menunjukkan adanya perpindahan massa dalam lapisan batas. Nilai fluks massa tak berdimensi untuk ; Percobaan 1 dan 2 :

Seperti telah disebutkan diatas, percobaan 1 yaitu pada

kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 37.6 oC dan kecepatan 0.42 m/dtk, panjang permukaan gabah adalah 50 cm dengan tebal tumpukan 2.2 cm

75

Tabel 6-3. Sifat fisik udara dan uap air pada suhu rata-rata kondisi operasi 37.6 oC (Geankoplis,1983, Kreith, 1973) Sifat Fisik Massa jenis udara Panas jenis udara Konduktivitas panas udara Viskositas dinamik udara Viskositas kinematik udara Bilangan Prandtl udara Berat molekul udara (MB) Berat molekul uap air (MA) Densitas uapa air Viskositas uap air Bilangan Schmidt, Sc =

Satuan

Nilai

Kg/m3 kJ/kg K W/m oK Kg/m dtk M2/dtk kgmol/kg kgmol/kg kg/m3 Kg/m dtk

1.1386 1.005 0.02670 1.897 x 10-5 1.672 x 10-5 0.711 29 18 0.045147 0.0105 x 10-3

υ = Λ AB D AB

Difusivitas air-udara (37.6 oC) = 2.356 x 10-5 m2/dtk Tekanan uap air pada 37.53 oC

x A∞ = K =

49.52 = 0.0651 760

1 MA Λ AB M B

Λ AB =

⎛ x A 0 − x A∞ ⎜⎜ ⎝ 1− xA0

1.672 x 10 −5 = 0.72 2.356 x 10 −5

⎞ ' ⎟⎟ ∏ AB (0) ⎠

K = Fluks massa tak berdimensi pada dinding

K Λ AB Π

'

AB ( 0 , 2.12 , K )

M A ⎛ x A0 − x A∞ =⎜ M B ⎜⎝ 1 − x A0

⎞ ⎟⎟ ⎠

Π ' AB (0) = Π ' AB (η , Λ , K ) 0.72 K Π 'AB (0, 2.12, K ) Ka)

2 Π 'AB ( 0, 2, K ) b)

=

0.94 − 0.0651 ⎛ 29 ⎞ ⎜ ⎟ 1 − 0.75 ⎜⎝ 18 ⎟⎠

0.72 K Π

' AB ( 0 , 2.12 , K )

= 4.41

0.72 K

c) ' AB ( 0 , 2.12 , K ) ____________________________________________________

Π

1.00

0.2067

7.00

0.75

0.4290

2.52

0.50

0.6644

1.08

0.00

1.7000

0.00

a) dan b) dari ; Bird, et al, 1966 ; c) perhitungan

76

dengan memplot nilai

0.72 K Π

' AB ( 0 , 2.12 , K )

= 4.41, diperoleh harga fluks massa K = 0.68

dan gradien kecepatan, suhu dan massa pada dinding Π 'AB (0) = 0.1677, dengan cara yang sama, dapat pula ditentukan nilai K pada percobaan 3 dan 4, yaitu ;

Percobaan 3 dan 4 : K = 0.72 dan

Π 'AB (0) = 0.1826

Pada keadaan tanpa beban pengering, dimana tidak terdapat perpindahan massa uap air dalam lapisan batas, maka nilai fluks massa tak berdimensi (K) sama dengan nol, sehingga bentuk kurva kecepatan tak berdimensi terhadap jarak tak berdimensi hanya ada arah x saja. berdimensi

Nilai jarak tak berdimensi dan kecepatan tak

pada kondisi tanpa beban pengering (rak kosong) menggunakan

persamaan (3-15) dan persamaan (3-31).

Hasil perhitungan untuk titik-titik

pengukuran ketinggian arah y yaitu pada jarak 15 mm sampai 50 mm disajikan dalam Tabel 6-4, sedangkan profil kecepatan tak berdimensi tanpa beban ini disajikan pada Gambar 6-4. Tabel 6-4. Kecepatan tak berdimensi dan jarak tak berdimensi pada ketinggian 15 mm – 50 mm. Tinggi Y (mm) 0 15 20 25 30 35 40 45 50

Jarak Tak Berdimensi (η) 0 1.706 2.242 2.827 3.363 3.948 4.387 4.420 4.700

Kecepatan Tak Berdimensi (Πvx) 0 0.527 0.668 0.801 0.897 0.969 0.987 0.996 1.000

77

K = 0 dan Sc = 0.72

η=

y 2

u∞ υx

Gambar 6-4. Profil kecepatan tak berdimensi terhadap jarak tak berdimensi pada kondisi tanpa beban pengering 6.2.3. Validasi Distribusi Kecepatan dan Suhu Udara Pengering Udara panas dari penukar panas dihembuskan kedepan oleh kipas aksial 55 Watt melewati penyearah aliran ke ruang pengering.

Kecepatan udara dari

lingkungan ke penukar panas yang dihasilkan kipas rata-rata adalah 1.628 m/dtk dan masuk ruang pengering kecepatan udara panas berkisar antara 0.39 m/dtk sampai 0.48 m/dtk dan ini merupakan kecepatan aliran bebas (free stream velocity) dalam ruang pengering selama proses penguapan air produk gabah. aliran bebas U∞ merupakan

Kecepatan

kecepatan arah x dari udara panas yang akan

mengangkut uap air keluar dari sistem. Percobaan 1. (a). Percobaan 1 adalah dengan kondisi tebal tumpukan gabah 2.2 cm dan panjang permukaan rak gabah 50 cm dengan lebar arah z = 12 cm dan kecepatan udara aliran bebas 0.42 m/dtk. Distribusi kecepatan udara panas dalam ruang pengering untuk panjang

lapisan permukaan rak pengering 50 cm pada ketinggian arah y

antara 15 – 50 mm diperlihatkan pada Tabel 6-5.

Dengan kecepatan aliran bebas

sebesar 0.42 m/dtk dan suhu 37.6 oC, kecepatan rata-rata tertinggi adalah 0.33 m/dtk

78

yaitu pada ketinggian 35 mm.

Rasio kecepatan tak berdimensi pada percobaan ini

adalah, Πvy = 0.78. Pada percobaan 1 kadar air akhir gabah rata-rata adalah 14.93 % (bb) (Pengukuran Oven) Dengan bertambahnya tebal lapisan batas maka kecepatan udara dalam lapisan batas cenderung mendekati kecepatan aliran bebasnya, akan tetapi pada tebal ketinggian antara 15 – 30 mm kecepatan udara mengalami penurunan. Pengukuran pada jarak dibawah 30 mm mengalami kesulitan karena sensor anemometer yang digunakan berdiameter lebih kurang 13 mm, sehingga pengukurannya tidak tepat benar pada jarak yang diinginkan. Tabel 6-5. Nilai ragam kecepatan udara dalam ruang pengering pada percobaan1(a) Parameter Kecepatan rata-rata (m/dtk) Kecepatan tak berdimensi (πvy)

Y = 15 (mm)

Y = 20 (mm)

Y = 25 (mm)

0.19

0.20

0.20

0.45

0.47

0.47

Y = 30 (mm)

Y = 35 (mm)

Y = 40 (mm)

Y = 45 (mm)

Y = 50 (mm)

0.23

0.33

0.26

0.28

0.31

0.54

0.78

0.62

0.67

0.74

U∞ = 0.42 m /dtk x = 50 cm, z = 12 cm t = 2.2 cm K = 0.68

η =

y 2

u∞ υx

Gambar 6-5. Distribusi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm dan panjang permukaan rak 50 cm dan lebar 12 cm

79

Gambar 6-5 memperlihat distribusi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering untuk panjang lapisan batas 50 cm pada kecepatan aliran bebas 0.42 m/dtk dengan hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas. Perbedaan hasil pengukuran kecepatan dengan model persamaan lapisan batas ini diverifikasi, yang perbedaannya dinyatakan dalam standar deviasi. Profil verifikasi

pengukuran kecepatan udara tak berdimensi dalam ruang

pengering untuk panjang lapisan permukaan gabah 50 cm dengan hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas ditunjukkan seperti pada Gambar 6-6. Dimana hasil pengukuran kecepatan agak tersebar diantara hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas, perbedaan hasil pengukuran ini ditunjukkan dengan nilai standar deviasi sebesar ± 0.09 m/dtk.

SD = 0.09

0.13

-0.26

∏vy-Model (K=0.68) Gambar 6-6. Validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang permukaan rak 50 cm dan lebar 12 cm Distribusi suhu pada percobaan 1 (a) yaitu tebal tumpukan gabah 2.2 cm, panjang rak permukaan gabah 50 cm dengan kecepatan udara aliran bebas 0.42 m/dtk dan suhu 37.6 oC.

80

Nilai ragam hasil pengukuran suhu dalam ruang pengering disajikan dalam Tabel 6-6 dan bentuk kurva distribusi suhu diperlihatkan pada Gambar 6-7. Tabel 6-6. Nilai ragam suhu udara tak berdimensi dalam ruang pengering pada percobaan 1(a) Titik Pengukuran Y (mm)

Suhu Rata-rata (oC)

Suhu Tak Berdimensi (ΠT)

0 15 20 25 30 35 40 45 50

30.60 33.70 33.60 34.30 34.70 34.25 35.00 35.29 35.84

0.00 0.37 0.44 0.43 0.53 0.44 0.51 0.60 0.76

U∞ = 0.42 m/dtk x = 50 cm, z = 12 cm t = 2.2 cm

K = 0.68

η =

y 2

u∞ υx

Gambar 6-7. Distribusi pengukuran suhu dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm dan panjang permukaan rak 50 cm dan lebar 12 cm Dari Gambar 6-7 terlihat bahwa hasil pengukuran suhu dalam ruang pengering penyebar disekitar kurva model persamaan matematik lapisan batas, namun profil suhu hasil

pengukuran

dengan suhu yang diperoleh dari model

matematik relatif sama.

81

Suhu rata-rata tertinggi yang diperoleh dalam ruang pengering adalah 35.90 oC, yaitu pada ketinggian 45 mm pada jarak posisi tak berdimensi sebesar η = 2.55. Hasil verifikasi data pengukuran suhu tak berdimensi dengan teori lapisan batas ditunjukkan seperti pada Gambar 6-8, dimana nilai sebaran suhu hasil pengukuran

lebih tinggi dari suhu model matematik dan secara keseluruhan

sebarannya berada disekitar suhu model lapisan batas.

Perbedaan suhu

pengukuran dengan hasil perhitungan model dinyatakan dengan nilai standar deviasi sebesar 0.115

o

C.

Untuk selang kepercayaan 95 %, batas atas perbedaan

pengukuran dengan model adalah 0.20 oC dan batas bawah adalah -0.30 oC.

SD = 0.115 0.20

-0.30

∏T-Model (K=0.68)

Gambar 6-8. Validasi pengukuran suhu dengan model matematik lapisan batas untuk panjang permukaan rak 50 cm dan lebar 12 cm. (b). Tebal tumpukan 2.2 cm, kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 37.6 oC dengan kecepatan 0.42 m/dtk, dan panjang permukaan rak gabah 50 cm dengan lebar arah z = 24 cm. Nilai ragam kecepatan udara dalam ruang pengering pada percobaan 1 (b) disajikan pada Tabel 6-7. Gambar 6-9 memperlihat distribusi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering untuk percobaan 1 (b) dengan hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas. 82

Tabel 6-7. Nilai ragam kecepatan udara dalam ruang pengering pada percobaan 1(b) Parameter Kecepatan rata-rata (m/dtk) Kecepatan tak berdimen si (πvy)

Y = 15 (mm)

Y = 20 (mm)

Y = 25 (mm)

Y = 30 (mm)

Y = 35 (mm)

Y = 40 (mm)

Y = 45 (mm)

Y = 50 (mm)

0.17

0.19

0.21

0.27

0.31

0.31

0.28

0.34

0.40

0.45

0.50

0.64

0.74

0.74

0.67

0.80

U∞ = 0.42 m /dtk x = 50 cm, z = 24 cm t = 2.2 cm K = 0.68

η =

y 2

u∞ υ x

Gambar 6-9. Distribusi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm dan panjang rak 50 cm dan lebar 24 cm. Profil verifikasi

pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering untuk

percobaan 1 (b) diperlihatkan seperti pada Gambar 6-10. Dari hasil pengukuran, kecepatan agak tersebar diantara hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas. Perbedaan hasil pengukuran ini ditunjukkan dengan nilai standar deviasi sebesar ± 0.09 m/dtk

83

SD = 0.09

-0.24 0.11

∏vy-Model (K=0.68) Gambar 6-10. Profil validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang permukaan rak 50 cm dan lebar 24 cm Distribusi suhu pada percobaan 1 (b) disajikan dalam Tabel 6-8, sedangkan bentuk kurva distribusi suhu diperlihat pada Gambar 6-11. Tabel 6-8. Nilai ragam suhu udara tak berdimensi dalam ruang pengering pada percobaan 1 (b) Titik Pengukuran Y (mm)

Suhu Rata-rata (oC)


0 15 20 25 30 35 40 45 50

30.40 32.92 33.42 33.64 33.93 34.86 34.72 35.58 36.02

0.00 0.35 0.42 0.45 0.49 0.62 0.60 0.72 0.78

Dari Gambar 6-11 terlihat bahwa hasil pengukuran suhu dalam ruang pengering penyebar disekitar kurva model prsamaan matematik lapisan batas, namun profil suhu hasil

pengukuran


matematik relatif sama

84

U∞ = 0.42 m /dtk x = 50 cm, z = 24 cm t = 2.2 cm

K = 0.68

η =

y 2

u∞ υx

Gambar 6-11. Distribusi pengukuran suhu dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm dan panjang rak 50 cm dan lebar 24 cm Suhu rata-rata tertinggi yang diperoleh dalam ruang pengering adalah 36.02 oC dengan nilai standar deviasi sebesar 0.11 oC yaitu pada ketinggian 50 mm pada jarak posisi tak berdimensi sebesar η = 2.55. Hasil verifikasi data pengukuran suhu tak berdimensi dengan teori lapisan batas ditunjukkan seperti pada Gambar 6-12, dimana nilai sebaran suhu hasil pengukuran

lebih tinggi dari suhu model matematik dan secara keseluruhan

sebarannya berada disekitar suhu model lapisan batas.

Perbedaan suhu

pengukuran dengan hasil pergitungan model dinyatakan dengan nilai standar deviasi sebesar ± 0.11 oC.

85

SD = 0.11 0.24

-0.26

∏T-Model (K=0.68) Gambar 6-12. Validasi pengukuran suhu udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 50 cm dan lebar 24 cm Percobaan 2. (a).

Percobaan 2 (a) adalah dilakukan pada kondisi operasi yang sama dengan

percobaan 1, tetapi untuk panjang lapisan permukaan rak gabah 25 cm dan lebar arah z = 12 cm. Distribusi kecepatan udara panas dalam ruang pengering untuk panjang permukaan rak pengering 25 cm pada ketinggian arah y antara 15– 50 mm disajikan

pada Tabel 6-9.

Hasil pengukuran kecepatan udara dalam ruang

pengering untuk ketebalan tumpukan gabah 2.2 cm, panjang lapisan permukaan gabah 25 cm dan kecepatan aliran bebas 0.42 m/dtk, sama halnya dengan panjang lapisan batas 50 cm semakin bertambah tebal lapisan hidrodinamika, kecepatan udara dalam lapisan batas cenderung mendekati kecepatan aliran bebas. Kadar air akhir gabah dari percobaan 2 rata-rata adalah 14.52 % (bb). (dengan oven) Tabel 6-9. Nilai ragam kecepatan udara dalam ruang pengering pada percobaan 2 (a) Parameter Kecepatan rata-rata (m/dtk) Kecepatan tak berdimen si (πvy)

Y = 15 (mm)

Y = 20 (mm)

Y = 25 (mm)

Y = 30 (mm)

Y = 35 (mm)

Y = 40 (mm)

Y = 45 (mm)

Y = 50 (mm)

0.25

0.23

0.23

0.31

0.32

0.32

0.33

0.34

0.60

0.55

0.55

0.72

0.77

0.77

0.79

0.81

86

Kecepatan rata-rata tertinggi pada percobaan 2 adalah 0.34 m/dtk yaitu pada ketinggian 50 mm. Rasio kecepatan tak berdimensi pada kecepatan ini adalah 0.81. Hampir semua titik pengukuran kecepatan menunjukkan nilai yang lebih besar dari model persamaan matematik.

U∞ = 0.42 m/dtk t = 2.2 cm x = 25 cm, z = 12 cm

K = 0.68

η =

y 2

u∞ υ x

Gambar 6-13. Validasi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk panjang permukaan rak 25 cm dan lebar 12 cm Kecepatan udara dalam lapisan batas

untuk panjang lapisan

permukaan

gabah 25 cm lebih tinggi bila dibandingkan dengan panjang permukaan lapisan batas 50 cm, perbandingan ini dapat dilihat dari rasio kecepatan tak berdimensi yang dapat dicapai seperti yang terlihat

pada Tabel 6-5 dan Tabel 6-9.

Gambar 6-13

memperlihat distribusi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering untuk panjang permukaan rak gabah 25 cm cm pada kecepatan aliran bebas 0.42 m/dtk dengan hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas.

Perbedaan

hasil pengukuran kecepatan dengan model persamaan lapisan batas ini dinyatakan dalam nilai standar deviasi.

87

SD = 0.09

0.23 -0.15

∏vy-Model (K=0.68) Gambar 6-14. Validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 12 cm. Verifikasi hasil pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering untuk panjang lapisan batas permukaan gabah 25 cm dengan hasil perhitungan dari model persamaan matematik lapisan batas diperlihatkan seperti pada Gambar 6-14. Sebaran pengukuran kecepatan aliran udara pada kondisi ini memberikan nilai standar deviasi yaitu ± 0.09 m/dtk. Distribusi suhu dalam ruang pengering pada percobaan 2 (a) untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm dengan panjang lapisan permukaan gabah 25 cm dan lebar 12 cm pada kecepatan udara panas aliran bebas 0.42 m/dtk dan suhu 37.6 oC, hasil data pengukuran suhu rata-rata pada berbagai ketinggian disajikan pada Tabel 6-10. Gambar 6-15 memperlihatkan nilai sebaran data suhu pengukuran terhadap suhu hasil model persamaan matematik lapisan batas, terlihat bahwa rata-rata suhu pengukuran lebih tinggi bila dibandingkan dengam hasil perhitungan persamaan lapisan batas namun memiliki profil yang sama.

88

Tabel 6-10. Nilai ragam suhu udara dalam ruang pengering pada percobaan 2 (a) Titik Pengukuran Y (mm)

Suhu Rata-rata (oC)


0 15 20 25 30 35 40 45 50

30.40 33.20 34.00 34.50 34.20 34.40 35.60 35.80 36.20

0 0.37 0.49 0.56 0.51 0.54 0.71 0.74 0.83

Bila dibandingkan dengan percobaan 1 (a), ternyata untuk percobaan 2 (a) nilai sebaran suhu lebih dekat dengan kurva model persamaan lapisan batas. Suhu rata- rata tertinggi yang diperoleh pada

percobaan adalah 36.20 oC yaitu pada

ketinggian 50 mm dengan standar deviasi sebesar 0.21 oC, sedangkan kecepatan tak berdimensi adalah sebesar 0.83.

U∞ = 0.44 m/dtk x = 25 cm, z = 12 cm t = 2.2 cm

K = 0.68

η =

y 2

u∞ υx

Gambar 6-15. Distribusi pengukuran suhu dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm, panjang rak 25 cm dan lebar 12 cm

89

Verifikasi hasil data pengukuran dengan teori lapisan batas diperlihatkan

pada

Gambar 6-16, dimana nilai sebaran suhu tak berdimensi hasil pengukuran

lebih

tinggi dibandingkan dengan model persamaan matematik lapisan batas dan secara keseluruhan sebaran data pengukuran mendekati model persamaan lapisan batas, perbedaan hasil pengukuran ini dinyatakan dengan nilai standard deviasi sebesar ± 0.12 oC.

SD = 0.12

-0.23

0.29

∏T-Model (K=0.68) Gambar 6-16. Profil validasi pengukuran suhu dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 12 cm Perbedaan hasil pengukuran suhu dengan model untuk selang kepercayaan 95 %, memberikan batas atas sebesar 0.29 oC dan batas bawah -0.23 oC. (b). Percobaan 2 (b), yaitu dengan kondisi udara yang masuk ruang pengering pada suhu 37.6 oC dengan kecepatan 0.42 m/dtk, dan panjang permukaan rak 25 cm dengan lebar arah z = 24 cm. Tabel 6-11. Nilai ragam kecepatan udara ruang pengering pada percobaan 2 (b) Parameter Kecepatan rata-rata (m/dtk) Kecepatan tak berdimen si (πvy)

Y = 15 (mm)

Y = 20 (mm)

Y = 25 (mm)

Y = 30 (mm)

Y = 35 (mm)

Y = 40 (mm)

Y = 45 (mm)

Y = 50 (mm)

0.16

0.20

0.22

0.27

0.28

0.29

0.32

0.34

0.39

0.48

0.53

0.64

0.66

0.70

0.76

0.82

90

Gambar 6-17 memperlihat distribusi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering untuk percobaan 2 (b) dengan hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas. Hasil pengukuran suhu agak menyebar disekitar kurva model persamaan matematik lapisan batas, tetapi pola distribusi aliran udara data pengukuran mendekati kesamaan dengan model persamaan matematik lapisan batas.

U∞ = 0.44 m/dtk x = 25 cm, z = 24 cm t = 2.2 cm

K = 0.68

K = 0.68

η =

y 2

u∞ υx

Gambar 6-17. Distribusi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk panjang 25 cm dan lebar 24 cm. Profil verifikasi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering untuk percobaan 2 (b) diperlihatkan seperti pada Gambar 6-18. Dimana hasil pengukuran kecepatan agak tersebar diantara hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas, perbedaan hasil pengukuran ini ditunjukkan dengan nilai standar deviasi sebesar ± 0.08 m/dtk untuk selang kepercayaan 95 % atau pada nilai α = 5%.

91

SD = 0.08

-0.14 0.20

∏vy-Model (K=0.68) Gambar 6-18. Profil validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 24 cm Distribusi suhu pada percobaan 2 (b) disajikan dalam Tabel 6-12, sedangkan bentuk kurva distribusi suhu diperlihat pada Gambar 6-19. Tabel 6-12. Nilai ragam suhu udara dalam ruang pengering pada percobaan 2 (b) Titik Pengukuran Y (mm) 0 15 20 25 30 35 40 45 50

Suhu Rata-rata (oC) 30.30 32.76 33.56 34.07 34.22 34.36 35.24 35.68 36.48

Suhu Tak Berdimensi (ΠT) 0 0.35 0.46 0.53 0.55 0.57 0.69 0.75 0.86

Dari Gambar 6-19 terlihat bahwa hasil pengukuran suhu dalam ruang pengering penyebar disekitar kurva model persamaan matematik lapisan batas, namun profil suhu hasil

pengukuran


matematik relatif sama. Suhu rata-rata tertinggi yang diperoleh dalam ruang pengering adalah 36.48 oC dengan nilai standar deviasi sebesar 0.117 oC yaitu pada ketinggian 50 mm pada jarak posisi tak berdimensi sebesar η = 2.55.

92

Hasil verifikasi data pengukuran suhu tak berdimensi dengan teori lapisan batas ditunjukkan seperti pada Gambar 6-20, dimana nilai sebaran suhu hasil pengukuran lebih tinggi dari suhu model mamatik dan secara keseluruhan sebarannya berada disekitar suhu model lapisan batas.

U∞ = 0.44 m/dtk x = 25 cm, z = 24 cm t = 2.2 cm

K = 0.68

η =

y 2

u∞ υx

Gambar 6-19. Distribusi pengukuran suhu dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan gabah 2.2 cm, panjang rak 25 cm dan lebar 24 cm Perbedaan suhu pengukuran dengan hasil perhitungan model dinyatakan dengan nilai standar deviasi sebesar ± 0.117 oC pada selang kepercayaan 95 % atau pada nilai α = 5%.

SD = 0.117

0.29

-0.22

∏T-Model (K=0.68) Gambar 6-20. Validasi pengukuran suhu udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 24 cm.

93

Percobaan 3 (a). Pada tebal tumpukan gabah 2.2 cm dengan panjang permukaan rak pengering 50 cm dan kecepatn aliran bebas 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC, kecepatan tertinggi yang dapat dicapai adalah 0.31 m/dtk, dengan kisaran kecepatan pada percobaan 3 (a) ini adalah 0.19 – 0.31 m/dtk. berkisar antara 0.48 -0.78.

Rasio kecepatan tak berdimensi pada percobaan

Profil kecepatan aliran udara dalam ruang pengering

hasil pengukuran menunjukkan nilai yang lebih tinggi dibandingkan hasil perhitungan model, dan profil kecepatan ini relatif hampir sama dengan percobaan 1 (a). Pada percobaan 3 (a), kadar air akhir gabah diperoleh 14.83 % (bb) (Pengukuran dengan oven). Tabel 6-13 memperlihatkan hasil pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering untuk tebal tumpukan gabah 1.5 cm. Validasi profil distribusi kecepatan udara untuk tebal tumpukan gabah 1.5 cm dengan hasil perhitungan model persamaan lapisan batas ditunjukkan seperti pada Gambar 6-21, dimana sebaran hasil pengukurannya lebih tinggi dari hasil model persamaan lapisan batas. Tabel 6-13. Nilai ragam kecepatan udara ruang pengering pada percobaan 3 (a) Parameter Kecepatan rata-rata (m/dtk) Kecepatan tak berdimen si (πvy)

Y = 15 (mm)

Y = 20 (mm)

Y = 25 (mm)

Y = 30 (mm)

Y = 35 (mm)

Y = 40 (mm)

Y = 45 (mm)

Y = 50 (mm)

0.19

0.22

0.21

0.25

0.29

0.31

0.27

0.31

0.48

0.55

0.52

0.63

0.73

0.78

0.67

0.78

Dari Gambar 6-21 terlihat bahwa titik pengukuran kecepatan hampir semua berada diatas kurva model persamaan matematik, namun pola aliran udara dari data pengukuran cendrung menunjukkan pola yang hampir sama. berdimensi dari percobaan 3 (a)

Nilai jarak tak

ini juga sama dengan percobaan 1

yaitu

pada η = 2.55.

94

U∞ = 0.44 m/dtk x = 50 cm t = 1.5 cm

K = 0.72

η=

y 2

u∞ υx

Gambar 6-21. Distribusi pengukuran kecepatan udara ruang pengering dengan hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas untuk panjang rak 50 cm dan lebar 12 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC. Verifikasi percobaan 2 (a)

pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering untuk dengan hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan

batas ditunjukkan seperti pada Gambar 6-22

0.17

-0.21

∏vy-Model (K=0.72) Gambar 6-22. Profil validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 50 cm dan lebar 12 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC

95

Dimana hasil pengukuran kecepatan agak tersebar diantara hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas, perbedaan hasil pengukuran ini ditunjukkan dengan nilai standar deviasi sebesar ± 0.09 m/dtk pada selang kepercayaan 95 % atau pada nilai α = 5%. Nilai ragam hasil pengukuran distribusi suhu dalam ruang pengering untuk percobaan 3 (a) disajikan pada Tabel 6-14, sedangkan bentuk kurva profil suhu disajikan dalam Gambar 6-23.

Suhu rata-rata tertinggi yang dapat dicapai adalah

36.2 oC yaitu pada ketinggian 45 mm. Tabel 6-14. Nilai ragam suhu udara ruang pengering pada percobaan 3 (a) Titik Pengukuran Y (mm) 0 15 20 25 30 35 40 45 50

Suhu Rata-rata (oC) 30.60 33.60 34.20 33.80 34.70 35.00 35.90 36.20 36.50

Suhu Tak Berdimensi (ΠT) 0 0.43 0.51 0.46 0.59 0.63 0.76 0.80 0.84

Penyebaran suhu pengukuran seperti terlihat pada

Gambar 6-23, hampir

semua titik pengukuran berada diatas suhu hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas tetapi bentuk profil suhunya relatif sama. Verifikasi suhu tak berdimensi data pengukuran dengan teori lapisan batas ditunjukkan seperti pada Gambar 6-24.

Perbedaan sebaran suhu tak berdimensi

data pengukuran dengan hasil perhitungan model matematik lapisan batas dinyatakan dalam bentuk nilai standar deviasi yang nilainya ± 0.12 oC pada selang kepercayaan 95 % atau pada nilai α = 5 %.

96

U∞ = 0.44 m/dtk x = 50 cm t = 1.5 cm

K = 0.72

η =

y 2

u∞ υx

Gambar 6-23. Distribusi pengukuran suhu dalam ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk panjang rak 50 cm dan lebar 12 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC

SD = 0.12

0.22

-0.18

∏T-Model (K=0.72) Gambar 6-24. Profil validasi pengukuran suhu dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 50 cm dan lebar 12 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC. (b). Nilai ragam kecepatan dan suhu dalam ruang pengering pada percobaan 3 (b), disajikan dalam Tabel 6-15.

Suhu tertinggi yang dapat dicapai dalam ruang

pengering adalah 34.60 oC, yaitu pada 2 lokasi ketinggian 30 mm dan 45 mm. Sedangkaan suhu rata-rata adalah 34.14 oC dengan nilai standard deviasi 0.36 oC. Rata-rata suhu tak berdimensi adalah 0.64 dengan standard deviasi sebesar 0.15.

97

Kisaran kecepatan aliran udara pada percobaan ini adalah 0.15 – 0.25 m/dtk, dengan kecepatan rata-rata 0.21 m/dtk dan nilai standar deviasi sebesar 0.04, sedangkan rata-rata kecepatan tak berdimensi adalah 0.64 dengan nilai standar deviasi 0.11. Tabel 6-15. Nilai ragam suhu dan kecepatan udara ruang pengering pada percobaan 3 (b) Tinggi Y (mm)

Suhu (oC)

Suhu Tak Berdimensi

Kecepatan (m/dtk)

Kecep. Tak Berdimensi

15 20 25 30 35 40 45 50 Rata-rata St.Dev

33.60 34.00 34.20 34.60 34.30 34.00 34.60 33.80 34.14 0.36

0.42 0.48 0.48 0.55 0.62 0.74 0.78 0.82 0.61 0.15

0.15 0.18 0.18 0.21 0.23 0.24 0.24 0.25 0.21 0.04

0.45 0.56 0.54 0.64 0.69 0.72 0.72 0.77 0.64 0.11

Percobaan 4. (a).

Percobaan 4 adalah dilakukan pada kondisi operasi yang sama dengan

percobaan 3, tetapi untuk panjang lapisan permukaan rak gabah 25 cm. Distribusi suhu dan kecepatan udara dalam ruang pengering untuk panjang permukaan rak pengering 25 cm pada ketinggian arah y antara 15– 50 mm disajikan

pada

Tabel 6-16. Tabel 6-16. Nilai ragam suhu dan kecepatan udara ruang pengering pada percobaan 4 (a) Tinggi Y (mm)

Suhu (oC)

Suhu Tak Berdimensi

Kecepatan (m/dtk)


15 20 25 30 35 40 45 50 Rata-rata St.Dev

33.60 34.00 34.20 34.60 34.30 34.00 34.60 33.80 34.14 0.36

0.38 0.40 0.54 0.65 0.78 0.74 0.83 0.86 0.65 0.17

0.23 0.27 0.30 0.28 0.27 0.29 0.28 0.27 0.27 0.02

0.36 0.44 0.54 0.68 0.72 0.82 0.84 0.88 0.66 0.19

98

Hasil pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering untuk panjang permukaan rak gabah 25 cm dan kecepatan aliran bebas 0.33 m/dtk pada suhu 36.8 o

C, sama halnya dengan panjang permukaan rak gabah 50 cm semakin bertambah

tebal lapisan hidrodinamika, kecepatan udara dalam lapisan batas cenderung mendekati kecepatan aliran bebas. Kadar air akhir gabah dari percobaan 4 (a) ratarata adalah 14.47 % (bb) (Pengukuran dengan oven). Rata-rata suhu dalam ruang pengering pada percobaan 4 (a), yaitu panjang permukaan rak 25 cm adalah 34.14 oC dengan standar deviasi 0.36 oC, sedangkan suhu tak berdimensi nilai rata-rata adalah 0.52 dengan standar deviasi 0.20. Untuk kecepatan, rata-rata nilainya adalah 0.27 m/dtk dengan standar deviasi 0.02 m/dtk, pada keadaan ini kecepatan tak berdimensi rata-rata adalah 0.55 dengan nilai standar deviasi sebesar 0.22.

Bila dibandingkan dengan percobaan 3 yaitu untuk

panjang permukaan rak 50 cm, suhu dan kecepatan pada percobaan 4 lebih tinggi, dan ini menunjukkan bahwa dengan bertambahnya panjang permukaan rak maka akan menurunkan suhu dan kecepatan. Profil distribusi kecepatan udara untuk percobaan 4 dengan hasil perhitungan model persamaan lapisan batas ditunjukkan seperti pada Gambar 6-25, dimana sebaran hasil pengukurannya lebih tinggi dari hasil model persamaan lapisan batas. Hampir semua suhu hasil pengukuran diatas suhu model persamaan matematik, namun pola distribusinya mendekati kesamaan.

Perbedaan sebaran suhu

tak

berdimensi data pengukuran dengan hasil perhitungan model matematik lapisan batas dinyatakan dalam bentuk nilai standard deviasi yang nilainya 0.10 oC. Hasil verifikasi kecepatan tak berdimensi data pengukuran dengan model teori lapisan batas diperlihatkan pada Gambar 6-26, dimana perbedaan sebaran suhu

tak

berdimensi data pengukuran dengan hasil perhitungan model matematik lapisan batas dinyatakan dalam bentuk nilai standard deviasi yang nilainya ± 0.12 oC.

99

U∞ = 0.44 m/dtk x = 25 cm t = 1.5 cm

K = 0.79

η =

y 2

u∞ υx

Gambar 6-25. Distribusi pengukuran kecepatan udara ruang pengering dengan hasil perhitungan model persamaan matematik lapisan batas untuk panjag rak 25 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC.

SD = 0.10

-0.21 0.22

∏vy-Model (K=0.79) Gambar 6-26. Profil validasi pengukuran kecepatan udara dengan model matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 24 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC Profil suhu tak berdimensi dalam ruang pengering untuk percobaan 4 (a) disajikan dalam Gambar 6-27 sedangkan untuk validasi data pengukuran terhadap model diperlihatkan seperti pada Gambar 6-28.

100

Hasil pengukuran suhu pada percobaan 4 lebih tinggi dibandingkan dengan suhu model, namun secara keseluruhan profil suhu relatif hampir sama dengan profil suhu dari model.

U∞ = 0.44 m/dtk x = 25 cm t = 1.5 cm

K = 0.79

η =

y 2

u∞ υx

Gambar 6-27. Distribusi pengukuran suhu ruang pengering dengan hasil model persamaan matematik lapisan batas untuk panjang rak 25 cm dan lebar 24 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC. Hasil verifikasi kecepatan tak berdimensi data pengukuran dengan model teori lapisan batas ditunjukkan pada Gambar 6-28.

SD = 0.12

0.25

-0.17

∏T-Model (K=0.79) Gambar 6-28. Profil validasi pengukuran suhu dengan model matematik lapisan batas untuk tebal tumpukan 1.5 cm dan panjang rak 25 cm pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC

101

Dimana perbedaan sebaran suhu

tak berdimensi data pengukuran dengan hasil

perhitungan model matematik lapisan batas dinyatakan dalam bentuk nilai standar deviasi yang nilainya ± 0.12 oC pada selang kepercayaan 95 %

atau pada nilai

α = 5%. (b). Nilai ragam kecepatan dan suhu dalam ruang pengering pada percobaan 4 (b), disajikan dalam Tabel 6-17.

Suhu tertinggi yang dapat dicapai dalam ruang

pengering adalah 35.61 oC, yaitu pada lokasi ketinggian 50 mm. Sedangkan suhu rata-rata adalah 34.49 oC dengan nilai standar deviasi 1.02 oC. Rata-rata suhu tak berdimensi adalah 0.65 dengan standar deviasi sebesar 0.15. Tabel 6-17. Nilai ragam suhu dan kecepatan udara dalam ruang pengering pada percobaan 4 (b) Tinggi Y (mm)

Suhu (oC)

Suhu Tak Berdimensi

Kecepatan (m/dtk)


15 20 25 30 35 40 45 50 Rata-rata St.Dev

33.10 33.24 33.83 34.29 35.02 35.35 35.48 35.61 34.49 1.02

0.44 0.46 0.55 0.62 0.73 0.78 0.80 0.82 0.65 0.15

0.14 0.15 0.17 0.22 0.24 0.25 0.24 0.27 0.21 0.05

0.42 0.44 0.52 0.68 0.74 0.77 0.72 0.81 0.64 0.15

Kisaran kecepatan aliran udara pada percobaan ini adalah 0.14 – 0.27 m/dtk, dengan kecepatan rata-rata 0.21 m/dtk dan nilai standar deviasi sebesar 0.05, sedangkan rata-rata kecepatan tak berdimensi adalah 0.64 dengan nilai standar deviasi 0.15.

102

6.2.4. Perbandingan Hasil Percobaan Kecepatan, Suhu dan RH pada Panjang Permukaan Rak 25 cm dan 50 cm. Perbandingan hasil percobaan untuk kondisi udara pengering 37.6 oC dan 0.42 m/dtk (suhu dan kecepatan aliran bebas) pada panjang permukan rak 25 cm dan 50 cm yaitu untuk suhu (oC), kecepatan (m/dtk), dan RH (%) dalam ruang pengering disajikan pada Tabel 6-18. Tabel 6-18. Perbandingan hasil percobaan suhu, kecepatan dan RH antara panjang permukaan rak 25 cm dengan 50 cm pada lebar rak 12 cm, pada kecepatan 0.42 m/dtk dan suhu 37.6 oC, Tinggi Y (mm) 15 20 25 30 35 40 45 50 Rata-rata St.Dev

Suhu (oC) Panjang Permuk. Rak X= 25 cm X= 50 cm 33.20 33.00 34.00 33.60 34.50 33.80 34.20 34.20 34.40 34.25 35.60 34.00 35.80 34.50 36.20 34.20 34.74 33.94 1.03 0.47

Kecepatan (m/dtk) Panjang Permuk. Rak X= 25 cm X= 50 cm 0.28 0.21 0.25 0.19 0.27 0.19 0.34 0.20 0.32 0.23 0.32 0.32 0.33 0.27 0.34 0.31 0.31 0.24 0.03 0.05

RH (%) Panjang Permuk. Rak X= 25 cm X= 50 cm 52.30 52.00 48.50 52.20 49.20 49.60 47.50 47.80 48.20 49.50 49.00 48.20 49.00 50.60 49.40 50.20 49.14 50.01 1.42 1.59

Rata-rata suhu untuk panjang permukaan rak 25 cm adalah 34.74 oC dengan nilai standar deviasi sebesar 1.03 oC, sedangkan untuk panjang permukaan rak 50 cm rata-rata suhu lebih rendah yaitu 33.94 oC dengan nilai standar deviasi 0.47 oC Untuk kecepatan rata-rata pada panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm berturut adalah 0.31 m/dtk dengan nilai standar deviasi 0.03 m/dtk dan 0.24 m/dtk dengan nilai standar deviasi 0.05 m/dtk, dimana pada panjang rak 25 cm kecepatan ratarata lebih tinggi dibandingkan dengan panjang permukan rak 50 cm. Perbandingan RH antara panjang rak 25 cm dan 50 cm berturut-turut adalah 49.14 % dan 50.01%. Guna melihat tingkat perbedaan suhu, kecepatan dan RH pada panjang permukaan rak 25 cm dengan 50 cm digunakan uji statistik (uji F), yaitu apakah terdapat perbedaan yang signifikan antar panjang permukaan rak dalam percobaan.

103

Tabel 6-19 memperlihatkan analisis ragam uji F untuk suhu, kecepatan dan RH untuk percobaan kondisi udara aliran bebas pada suhu 37.6 oC dan kecepatan 0.42 m/dtk dan tebal tumpukan gabah 2.2 cm untuk lebar rak 12 cm pada panjang 25 cm dan 50 cm. Tabel 6-19. Analisis ragam untuk suhu, kecepatan dan RH untuk lebar rak 12 cm pada panjang 25 cm dan 50 cm (v = 0.42 m/dtk dan T = 37.6 oC) a. Suhu Sumber Keragaman

db

Perlakuan suhu

1

Antar x = 25 cm dan x = 50 cm Total

14 15

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.05)

2.520

2.520

4.870*

4.54

7.247

0.518

9.7670

b. Kecepatan Sumber Keragaman

db

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

0.0176 0.0020

8.720

F Tabel (α = 0.05)

Perlak. Kecepatan

1

Antar x = 25 cm Dan x = 50 cm Total

14

0.0176 0.0282

15

0.0460

db

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.05)

Perlakuan RH

1

10.6024

10.6024

4.667*

4.54


14

31.8075

2.2720

*

4.54

c. RH Sumber Keragaman

15

42.4099

Dari Tabel 6-19, terlihat bahwa distribusi

suhu, kecepatan dan RH pada

panjang permukaan rak gabah 25 cm dan 50 cm untuk lebar rak 12 cm berbeda nyata pada tingkat keyakinan 95 %. Hal in menunjukkan semakin bertambahnya panjang permukaan rak akan menyebabkan penurunan nilai kecepatan, suhu dan RH.

104

Perbandingan distribusi suhu, kecepatan dan RH antar panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm untuk percobaan 1 (a) dan percobaan 2 (a), disajikan dalam Gambar 6-29, Gambar 6-30 dan Gambar 6-31. Dari gambar tersebut terlihat besarnya penurunan suhu, kecepatan dan RH terhadap pertambahan panjang permukaan rak.

v x = 25

Beda yang teramati v x = 25 > v x = 50

x

v x = 50

x

Gambar 6-29. Perbedaan kecepatan rata-rata terhadap panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 1 (a) dan percobaan 2 (a).

x Beda yang teramati T x = 25 > T x = 50

x

T x = 25 T x = 50

Gambar 6-30. Perbedaan suhu rata-rata terhadap panjang rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 1 (a) dan percobaan 2 (a)

105

RH

Beda teramati x = 25 < RH x = 50

x

RH

x = 50

x RH

x = 25

Gambar 6-31. Perbedaan RH rata-rata terhadap panjang rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 1 (a) dan percobaan 2 (a). Perbandingan suhu, kecepatan dan RH ruang pengering untuk percobaan 3 (a) dan percobaan 4 (a) antar panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm dan lebar rak 12 cm dengan kondisi udara pada suhu 36.8

o

C dan kecepatan 0.33

m/dtk.disajikan dalam Tabel 6-14. Tabel 6-20. Perbandingan hasil percobaan suhu, kecepatan dan RH antara panjang rak 25 cm dengan 50 cm untuk lebar rak 12 cm, pada kecepatan 0.33 m/dtk dan suhu 36.8 oC. Tinggi Y (mm) 15 20 25 30 35 40 45 50 Rata-rata St.Dev

Suhu (oC) Panjang Permuk. Rak X= 25 cm X= 50 cm 33.60 33.00 34.00 33.20 34.20 33.00 34.60 33.40 34.30 33.80 34.00 34.00 34.60 33.40 33.80 33.40 34.14 33.40 0.36 0.35

Kecepatan (m/dtk) Panjang Permuk. Rak X= 25 cm X= 50 cm 0.23 0.19 0.27 0.19 0.30 0.19 0.28 0.22 0.27 0.20 0.29 0.26 0.28 0.20 0.27 0.23 0.27 0.21 0.02 0.03

RH (%) Panjang Permuk. Rak X= 25 cm X= 50 cm 52.40 53.00 52.70 51.60 49.80 50.80 49.00 49.70 49.80 50.00 50.00 50.00 50.20 50.20 50.00 50.40 50.49 50.71 1.32 1.10

106

Rata-rata suhu untuk panjang permukaan rak 25 cm adalah 34.14 oC dengan nilai standar deviasi sebesar 0.36 oC, sedangkan untuk panjang permukaan rak 50 cm rata-rata suhu lebih rendah yaitu 33.40 oC dengan nilai standar deviasi 0.35 oC, Perbandingan RH antara panjang rak 25 cm dan 50 cm berturut-turut adalah 50.49 % dan 50.71 %. Untuk kecepatan rata-rata pada panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm berturut utrut adalah 0.31 m/dtk dengan nilai standar deviasi 0.03 m/dtk dan 0.24 m/dtk dengan nilai standar deviasi 0.05 m/dtk, dimana pada panjang rak 25 cm kecepatan rata-rata lebih tinggi dibandingkan dengan panjang permukan rak 50 cm. Tabel 6-21 memperlihatkan hasil analisis ragam uji F antar percobaan 3 (a) dan percobaan 4 (a) untuk panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm. Tabel 6-21. Analisis ragam untuk suhu, kecepatan dan RH untuk lebar rak 12 cm pada panjang 25 cm dan 50 cm (v = 0.33 m/dtk dan T = 36.8 oC) a. Suhu Sumber Keragaman

db

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.01)

Perlakuan suhu

1

1.756

1.756

17.699**

8.86


14

1.614

0.115

15

3.369


db

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.01)

Perlak. Kecepatan

1

0.0163

0.0163

30.807**

8.86


14

0.0074

0.0005

15

0.0237

db

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.05)

Perlakuan RH

1

12.5930

12.5930

4.942*

4.54


14

35.6742

2.5482

15

48.267

c. RH Sumber Keragaman

107

Berdasarkan Tabel 6-21, hasil distribusi suhu dan kecepatan pada percobaan 3 dan percobaan 4 menunjukkan sangat berbeda nyata pada tingkat keyakinan 99 %, sedangkan untuk RH berbeda nyata pada taraf uji 95 %, hal ini menunjukkan perbedaan antar panjang rak 25 cm dengan panjang rak 50 cm. Kondisi suhu dan kecepatan udara mengalami penurunan dengan bertambahnya panjang permukan rak, hal ini sama dengan perbandingan antar panjang rak pada percobaan 1 (a) dan percobaan 2 (a). Perbandingan distribusi suhu, kecepatan dan RH antar panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm untuk percobaan 3 (a) dan percobaan 4 (a), disajikan dalam Gambar 6-32, Gambar 6-33 dan Gambar 6-34. Dari gambar tersebut terlihat besarnya penurunan suhu, kecepatan dan RH terhadap pertambahan panjang permukaan rak.

Beda teramati v x = 25 > v x = 50

v x = 25

x x v x = 50

Gambar 6-32. Perbedaan kecepatan rata-rata terhadap panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 3 (a) dan percobaan 4 (a)

108

T x = 25

Beda teramati

x

T x = 25 > T x = 50

x

T x = 50

Gambar 6-33. Perbedaan suhu rata-rata terhadap panjang rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 3 (a) dan percobaan 4 (a).

RH x = 50

Beda teramati RH x = 25 < RH x = 50

x RH x = 25

x

Gambar 6-34. Perbedaan RH rata-rata terhadap panjang rak 25 cm dan 50 cm pada percobaan 3 (a) dan percobaan 4 (a).

109

6.2.5. Perbandingan Hasil Percobaan Kecepatan dan Suhu pada Lebar Rak 12 cm dan 24 cm. (a). Untuk panjang rak 50 cm Perbandingan hasil percobaan untuk kondisi udara pengering 37.6 oC dan 0.42 m/dtk (suhu dan kecepatan aliran bebas) pada lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 50 cm, yaitu pada percobaan 1 (a) dan 1 (b). Perbandingan nilai suhu (oC), dan kecepatan (m/dtk) ini disajikan pada Tabel 6-22. Tabel 6-22. Perbandingan hasil percobaan suhu dan kecepatan antara lebar rak 12 cm dengan 24 cm untuk panjang rak 50 cm pada percobaan 1 (a) dan percobaan 1 (b) Tinggi Y (mm) 15 20 25 30 35 40 45 50 Rata-rata St.Dev

Suhu (oC) Lebar Rak Z= 12 cm Z= 24 cm 33.70 32.92 33.60 33.42 34.30 33.64 34.70 33.93 34.25 34.86 35.00 34.72 35.29 35.58 35.84 36.02 34.59 34.39 0.78 1.09

Kecepatan (m/dtk) Lebar Rak Z= 12 cm Z= 24 cm 0.19 0.17 0.20 0.19 0.20 0.21 0.23 0.27 0.33 0.31 0.26 0.31 0.28 0.28 0.31 0.34 0.25 0.26 0.05 0.06

Rata-rata suhu untuk lebar rak 12 cm adalah 34.59 oC dengan nilai standar deviasi sebesar 0.78 oC, sedangkan untuk lebar rak 24 cm rata-rata suhu lebih rendah yaitu 34.39 oC dengan nilai standar deviasi 1.09 oC.

Untuk kecepatan rata-

rata pada lebar rak 12 cm dan 24 cm relatif hampir sama, yaitu berturut-turut adalah 0.25 m/dtk dengan nilai standar deviasi 0.05 m/dtk dan 0.26 m/dtk dengan nilai standar deviasi 0.06 m/dtk. Guna melihat tingkat perbedaan suhu dan kecepatan pada lebar rak 12 cm dengan 24 cm cm digunakan uji statistik (uji F). Melalui uji F tersebut dapat dilihat apakah terdapat perbedaan yang signifikan antar lebar rak dalam percobaan ini.

110

Tabel 6-23 memperlihatkan analisis ragam uji F untuk suhu, kecepatan dan RH untuk percobaan kondisi udara aliran bebas pada suhu 37.6 oC dan kecepatan 0.42 m/dtk dan tebal tumpukan gabah 2.2 cm. Tabel 6-23. Analisis ragam untuk suhu, kecepatan untuk lebar rak 12 cm dan 24 cm pada panjang 50 cm (v = 0.42 m/dtk dan T = 37.6 oC) a. Suhu Sumber Keragaman

db

Perlakuan suhu

1


14 15

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.05)

0.158

0.158

0.305

4.54

7.247

0.518

7.405


db

Perlak. Kecepatan

1


14 15

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.05)

0.0004

0.0004

0.118

4.54

0.0474 0.048

0.0034

Dari Tabel 6-23, terlihat bahwa distribusi

suhu dan kecepatan pada

panjang lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 50 cm, dengan kecepatan udara 0.42 m/dtk dan suhu 37.6 oC nilai F hitung jauh lebih kecil dari F tabel (α = 5%), hal ini menunjukkan bahwa kecepatan tidak berbeda nyata antara lebar rak 12 cm dengan 24 cm pada panjang rak 50 cm.

(b). Untuk panjang rak 25 cm Perbandingan hasil percobaan untuk kondisi udara pengering 37.6 oC dan 0.42 m/dtk (suhu dan kecepatan aliran bebas) pada lebar rak 12 cm dan lebar rak 24 cm untuk panjang rak 25 cm, yaitu pada percobaan 2 (a) dan 2 (b). Perbandingan nilai suhu (oC), dan kecepatan (m/dtk) ini disajikan pada Tabel 6-24.

111

Tabel 6-24. Perbandingan hasil percobaan suhu dan kecepatan antara lebar rak 12 cm dengan 24 cm untuk panjang rak 25 cm pada percobaan 2 (a) dan percobaan 2 (b) Tinggi Y (mm) 15 20 25 30 35 40 45 50 Rata-rata St.Dev

Kecepatan (m/dtk) Lebar Rak Z= 12 cm Z= 24 cm 0.25 0.16 0.23 0.20 0.23 0.22 0.31 0.27 0.32 0.28 0.32 0.29 0.33 0.32 0.34 0.34 0.29 0.26 0.05 0.06

Suhu (oC) Lebar Rak Z= 12 cm Z= 24 cm 33.2 30.30 34.0 32.76 34.5 33.56 34.2 34.07 34.4 34.22 35.6 34.36 35.8 35.24 36.2 35.68 34.74 33.77 1.03 1.67

Rata-rata suhu untuk lebar rak 12 cm adalah 34.74 oC dengan nilai standar deviasi sebesar 1.03 oC, sedangkan untuk lebar rak 24 cm rata-rata suhu lebih rendah yaitu 33.77 oC dengan nilai standar deviasi 1.67 oC.

Untuk kecepatan rata-

rata pada lebar rak 12 cm dan 24 cm relatif hampir sama, yaitu berturut-turut adalah 0.29 m/dtk dengan nilai standar deviasi 0.05 m/dtk dan 0.26 m/dtk dengan nilai standar deviasi 0.06 m/dtk. Guna melihat tingkat perbedaan suhu dan kecepatan pada lebar rak 12 cm dengan 24 cm cm digunakan uji statistik (uji F). Dari uji F tersebut dapat dilihat apakah terdapat perbedaan yang signifikan antar lebar rak dalam percobaan ini. Tabel 6-25 memperlihatkan analisis ragam uji F untuk suhu, kecepatan dan RH untuk percobaan kondisi udara aliran bebas pada suhu 37.6 oC dan kecepatan 0.42 m/dtk dan tebal tumpukan gabah 2.2 cm. Tabel 6-25. Analisis ragam untuk suhu, kecepatan untuk lebar rak 12 cm dan 24 cm pada panjang 25 cm (v = 0.42 m/dtk dan T = 37.6 oC) a. Suhu Sumber Keragaman

db

Perlakuan suhu

1


14 15

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.05)

3.715

3.715

7.177

4.54

7.247 10.962

0.518

112


db

Perlak. Kecepatan

1


14 15

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.05)

0.0039

0.0039

0.093

4.54

0.5903 0.594

0.0422

Dari Tabel 6-25, terlihat bahwa distribusi suhu dan kecepatan pada panjang lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 50 cm, dengan kecepatan udara 0.42 m/dtk dan suhu 37.6 oC, dengan uji F pada tingkat keyakinan 95 % untuk suhu berbeda nyata, sedangkan kecepatan tidak menunjukkan adanya perbedaan yang nyata antara lebar rak 12 cm dengan 24 cm. 6.2.6. Distribusi Massa Uap dan Fluks Massa Uap dalam Lapisan Batas Distribusi uap air yang masuk lapisan batas ditentukan berdasarkan persamaan fraksi uap tak berdimensi. Karena sulitnya menentukan fraksi uap pada lapisan batas, sehingga untuk validasi data pengukuran perubahan massa gabah yang dikeringkan hanya dapat dilakukan untuk perubahan massa total selama pengeringan dengan perhitungan secara model persamaan matematik lapisan batas. Perubahan konsentrasi selama proses pengeringan gabah yang dinyatakan dalam perubahan fraksi uap air terhadap posisi jarak tak berdimensi disajikan dalam Tabel 6-26.

Perhitungan perubahan massa (fraksi uap) selama proses

penguapan berdasarkan persamaan (3-13). Gambar 6-35 memperlihatkan distribusi konsentrasi massa yang dinyatakan dalam perubahan fraksi massa uap air yang dihitung dari persamaan lapisan batas, ini dapat dilakukan karena proses perpindahan massa, momentum dan energi pada lapisan batas berlangsung secara simultan (serempak), jadi pada profil suhu dan kecepatan

yang telah dianalisa

terdahulu juga merupakan profil massa yang terjadi selama proses perpindahan energi, massa dan momentum pada sistem pengeringan gabah.

113

Dari Gambar 6-35, terlihat bahwa fraksi uap air (konsentrasi) awal dalam lapisan batas xA = 0.75 mengalami penurunan dengan bertambahnya jarak sepanjang lapisan permukaan gabah sampai akhirnya konstan pada posisi jarak tak berdimensi sebesar η = 4.45 dimana fraksi uap air akhir adalah xA = 0.067. Tabel 6-26. Perubahan konsentrasi uap air dalam lapisan batas terhadap jarak tak berdimensi Jarak Tak Berdimensi (η) 0 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 4.25 4.30 4.40 4.45

Konsentrasi Uap Air Dalam Lapisan Batas (XA) 0.940000 0.819235 0.752419 0.686463 0.621757 0.558694 0.497663 0.439057 0.383265 0.330678 0.281689 0.236686 0.196063 0.160209 0.129515 0.104372 0.085172 0.072305 0.070526 0.067787 0.066834

114

U∞ = 0.42 m/dtk x = 50 cm

η =

y 2

u∞ υx

Gambar 6-35. Distribusi konsentrasi uap air sepanjang jarak tak berdimensi pada panjang permukaan rak 50 cm. Fluks massa uap air yang terdapat dalam lapisan batas yaitu laju massa uap air per satuan luas ( tinggi lapisan batas x lebar permukaan arah z), menunjukkan laju difusi uap air dalam udara, besarnya fluks massa uap air ini di sajikan dalam Tabel 6-27 sedangkan bentuk kurvanya terlihat seperti pada Gambar 6-36. Dari Gambar 6-36 tersebut, di dekat tepi-depan lapisan batas fluks massa mempunyai nilai yang tinggi hal ini terjadi karena luas permukaan lapisan batas dekat tepi-depan lebih kecil, luas permukaan ini akan bertambah sepanjang permukaan lapisan gabah, sehingga sepanjang lapisan permukaan gabah fluks massa uap air menurun sampai pada titik dimana kecepatan aliran massa mencapai 99 % kecepatan aliran bebas. Dari Gambar 6-36 juga dapat dilihat perbandingan nilai fluks massa tak berdimensi hasil percobaan 1 (K = 0.68), percobaan 2 (K = 0.72), percobaan 3 (K = 0.77) dan percobaan 4 (K = 0.79). perpindahan

Nilai K mencerminkan terjadinya proses

massa uap air dalam lapisan batas (K = 0, tidak terdapat proses

transfer massa). Semakin besar nilai K, maka proses perpindahan massa makin tinggi dan proses penguapan air akan lebih cepat. Untuk memperbesar nilai K ini harus dilkukan kontrol terhadap laju aliran bebas dan perbandingan antara ketinggian 115

lapisan batas dengan panjang permukaan lapisan batas serta laju difusi uap air dalam udara. Pada hasil percobaan, nilai fluks massa total percobaan 1, percobaan 2, percobaan 3 dan percobaan 4 secara berturut-turut nilainya adalah 0.149 x 10-3 kg/m2dtk, 0.235 x 10-3 kg/m2 dtk, 0.170 x 10-3 kg/m2dtk dan 0.274 x 10-3 kg/m2dtk. Hal ini berarti bila nilai K dapat dikontrol maka proses penguapan air produk dapat berlangsung lebih cepat. Tabel 6-27. Fluks massa uap air dalam lapisan batas sepanjang permukaan gabah Panjang Rak Pengering (m) 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50

Fluks Massa Uap, x 10-3 (kg/m2 dtk) Percob. 1 Percob. 2 Percob. 3 Percob. 4 0.473 0.334 0.273 0.236 0.211 0.193 0.179 0.167 0.158 0.149

0.525 0.371 0.303 0.263 0.235

0.538 0.381 0.311 0.269 0.241 0.220 0.203 0.190 0.179 0.170

0.552 0.403 0.382 0.326 0.274

Gambar 6-36. Perubahan fluks massa uap air dalam lapisan batas terhadap jarak tak berdimensi pada permukaan rak.

116

6.2.7. Penentuan Tebal Lapisan Batas Hidrodinamik dan Termal

δ=

(4.64) x (4.64)(0.05) 4,64 x = = = 0.006591 m = 0.65912 cm 0.5 0.5 1 / 2 (Re x ) u x ⎛ ∞ ⎞ ⎛ (0.42)(0.05) ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ υ ⎠ − 5 ⎝ 1.672 (10 ) ⎠

δ t = 0.976 δ (Pr) −1 / 3 δ t = 0.976 (0.6708) (0.711) −1 / 3 = 0.72075 cm Tebal lapisan batas hidrodinamik (massa) dan termal pada distribusi suhu dan kecepatan sepanjang lapisan permukaan gabah disajikan dalam Tabel 6-28. Bentuk kurva tebal lapisan batas ini diperlihatkan seperti pada Gambar 6-37, tebal lapisan batas merupakan ketinggian lapisan yang terbentuk pada permukaan mulai jarak dari tepi-depan sampai pada titik dimana beda suhu dan kecepatan antara dinding dan udara sama dengan fluida aliran bebasnya atau mencapai nilai 99 % dari aliran bebasnya. Dari Gambar 6-37 terlihat bahwa tebal lapisan batas termal lebih tinggi dibandingkan dengan tebal lapisan batas massa, hal ini sesuai dengan pernyataan Pohlhausen dalam Kreith, F. (1973) dimana untuk lapisan batas laminar untuk bilangan Prandtl < 1 tebal lapisan massa lebih rendah dari lapisan termal dan untuk bilangan Prandtl > 1 tebal lapisan massanya lebih tinggi dari lapisan termal. Tabel 6-28. Tebal lapisan batas massa, termal dan udara yang masuk pada lapisan batas sepanjang permukaan gabah Panjang Lap. Batas, x (cm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Tebal Lapisan Massa, δ (cm) 0 0.65912 0.93213 1.14163 1.31824 1.47383 1.61450 1.74386 1.86427 1.97735 2.08431

Tebal Lapisan Termal, δt (cm) 0 0.72075 1.01929 1.24838 1.44150 1.61165 1.76547 1.90693 2.03859 2.16225 2.27921

117

U∞ = 0.42 m/dtk

Gambar 6-37. Tebal lapisan massa dan termal yang terbentuk sepanjang lapisan permukaan gabah 50 cm 6.2.8. Penentukan Massa Udara Masuk Lapisan Batas Massa udara sebagai media pengering yang masuk dalam lapisan batas sepanjang permukaan lapisan gabah mulai dari tepi-depan sampai pada titik kecepatan dalam lapisan batas mencapai 99 % kecepatan aliran bebasnya, sesuai dengan tebal lapisan batas yang terbentuk dimana dengan bertambahnya jarak dari tepi-depan tebal lapisan batas juga akan meningkat, sehingga dengan demikian jumlah aliran massa yang masuk dalam lapisan batas juga akan meningkat dengan bertambahnya jarak sepanjang lapisan permukaan gabah. Pada panjang permukaan lapisan batas 50 cm dan lebar 40 cm arah z, laju aliran massa dihitung berdasarkan persamaan yang telah dijabarkan pada bagian terdahulu, (persamaan 3-31), yaitu untuk jarak 5cm : η δ δ ⎛ 3 y 1 ⎛ y ⎞3 ⎞ 5 m& = ∫ ρ u x L dy = ∫ ρ L u ∞ Π v dη = ∫ ρ L u ∞ ⎜ − ⎜ ⎟ ⎟ dy = ρ L u ∞ δ ⎜ 2δ 2 ⎝ δ ⎠ ⎟ 8 0 0 0 ⎝ ⎠

= (5/8)(1.1386)(0.4)(0.42) δ = 0.119553 δ Jumlah aliran massa yang masuk lapisan batas, selengkapnya disajikan dalam Tabel 6-29 dan bentuk kurvanya sepanjang lapisan permukaan gabah diperlihatkan seperti pada Gambar 6-38.

118

Tabel 6-29. Jumlah aliran massa udara yang masuk lapisan batas sepanjang permukaan gabah 50 cm Panjang Lap. Batas, x (cm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Tebal Lap-Batas δ (m) 0 0.006507 0.009202 0.011271 0.013014 0.014550 0.015939 0.017216 0.018405 0.019521 0.020577

Massa Udara Masuk Lap-Batas, m (kg/dtk) 0 0.000778 0.001100 0.001347 0.001556 0.001740 0.001906 0.002058 0.002200 0.002334 0.002460

U∞ = 0.42 m/dtk

Gambar 6-38. Kurva laju aliran massa udara sepanjang lapisan permukaan gabah 50 cm Laju aliran massa udara yang masuk dalam lapisan batas berbanding lurus dengan ketebalan lapisan batas yang terbentuk. Dengan demikian bila diinginkan tebal lapisan batas terentu dengan cara mengontrol kecepatan aliran bebas dan panjang lapisan permukaan, maka jumlah udara yang diperlukan untuk lapisan batas tersebut dapat ditentukan. 6.2.9. Koefisien Perpindahan Panas dan Massa Sepanjang Permukaan Gabah Nilai koefisien perpindahan panas dihitung berdasarkan suhu film :

Tf =

30 + 37.6 = 33.8 o C 2 119

Sifat-sifat udara pada suhu film : (Geankoplis,1983) Sifat Fisik Udara

Satuan

Nilai

Massa jenis

Kg/m3

1.1460

Panas jenis

kJ/kg K

1.005

o

Konduktivitas panas

W/m K

0.02670

Viskositas dinamik

kg/m dtk

1.888 x 10-5

m2/dtk

1.647 x 10-5

-

0.711

Viskositas kinematik Bilangan Prandtl

Koefisien perpindahan panas lokal :

h x = 0.332 k Pr

1/ 3

⎛ u∞ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ υx ⎠

1/ 2

⎡ ⎛ x o ⎞3/ 4 ⎤ ⎢1 − ⎜ ⎟ ⎥ ⎢⎣ ⎝ x ⎠ ⎥⎦

h x Nu x = x = 0.332 Pr 1 / 3 Re1 / 2 k

−1 / 3

atau

⎡ ⎛ x o ⎞3 / 4 ⎤ ⎢1 − ⎜ ⎟ ⎥ ⎢⎣ ⎝ x ⎠ ⎥⎦

−1 / 3

untuk pemanasan pada keseluruhan panjang permukaan gabah, xo = 0

Nu x = 0.332 (0.711)

hx =

1/ 3

⎛ ⎞ 0.42 ⎜⎜ ⎟⎟ −5 ⎝ (1.647.10 ) ( 0.5) ⎠

1/ 2

= 66.91972

(66.91972 )(0.02670) = 3.5735 W/m 2 o C 0.5

Koefisien perpindahan panas rata-rata untuk seluruh panjang permukaan gabah : L

h=

∫h

x

dx

0

L

∫ dx

= 2 h x = L = 2 (3.5735) = 7.147 W/m 2 o C

0

hx ⎛ Sc ⎞ = ρ Cp ⎜ ⎟ hD A ⎝ Pr ⎠

2/3

atau

hD A =

hx ⎛ Sc ⎞ ρ Cp ⎜ ⎟ ⎝ Pr ⎠

2/3

Dv = 0.78891 x 10-5 m2/dtk (rata-rata selama proses pengeringan) Bilangan Smichdt, Sc = (1.647 x 10-5/0.78891 x 10-5) = 2.087691

120

hD A =

3.5735 ⎛ 2.087691 ⎞ (1.1460)(1005)⎜ ⎟ ⎝ 0.711 ⎠

2/3

= 0.001513 m / dtk

Tabel 6-30. Koefisien perpindahan panas dan massa gabah sepanjang permukaan lapisan batas Panjang LapisBatas (m) 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50

Koefisien Pindah Panas (W/m2 K) 0 35.7351 17.8676 11.9117 8.9338 7.1470 5.9559 5.1050 4.4669 3.9706 3.5735

Koefisien Pindah Massa (m/dtk) 0 0.01513 0.00757 0.00504 0.00378 0.00303 0.00252 0.00216 0.00189 0.00168 0.00151

Tabel 6-30 memperlihatkan nilai koefisien perpindahan panas dan massa gabah sepanjang permukaan lapisan batas, hubungan antara koefisien perpindahan panas dan massa terhadap panjang lapisan batas terlihat seperti pada Gambar 6-39.

Gambar 6-39. Hubungan antara koefisien pindah panas dan massa dengan panjang lapisan permukaan gabah

121

6.2.10. Koefisien Gesek dan Gaya Geser Sepanjang Permukaan Gabah Gaya geser dinding didekat tepi-depan sangat besar dan menurun dengan meningkatnya jarak dari tepi-depan, dengan demikian koefisien gesek permukan lapisan batas gabah pada dekat tepi-depan lebih besar dan menurun dengan meningkatnya jarak dari tepi depan.

Tabel 6-31

memperlihatkan perubahan

koefisien gesek dan gaya geser pada permukaan lapisan batas, bentuk kurvanya ditunjukkan seperti pada Gambar 6-40. Tabel 6-31. Koefisien gesek dan gaya geser sepanjang permukaan gabah Panjang Lap. Batas, x (cm) 2 6 10 14 16 20 24 28 32 36 40 44 48 50

Koefisien Gesek Cf (x 10-3) 1.339541 0.446514 0.267908 0.19136 0.167443 0.133954 0.111628 0.095681 0.083721 0.074419 0.066977 0.060888 0.055814 0.053582

Gaya Geser Kg/m2 (x 10-3) 2.966 1.713 1.327 1.121 1.049 0.938 0.856 0.793 0.742 0.699 0.663 0.632 0.606 0.595

Gambar 6-40. Perubahan nilai koefisien gesek dan gaya geser sepanjang permukaan lapisan batas gabah

122

6.2.11. Rasio Tinggi Aliran Bebas dan Panjang Permukaan Lapisan Batas dengan Tebal Lpisan Batas Perbandingan antara panjang permukaan lapisan batas dan tinggi aliran bebas terhadap ketebalan lapisan batas yang terbentuk selama proses pengeringan gabah disajikan dalam Gambar 6-41.

Dalam percobaan pada panjang lapisan

permukaan antara 25 cm sampai 50 cm untuk kecepatan aliran bebas 0.42 m/dtk, nilai posisi jarak tak berdimensi yang dapat dicapai hanya pada η = 2.55.

Dari

Gambar 6-25 terlihat bahwa semakin besar rasio tinggi aliran bebas dengan panjang lapisan permukaan akan menyebabkan penurunan tebal lapisan batas yang terbentuk.

Dengan mengontrol rasio ini maka laju massa udara pada aliran bebas

dapat diminimasi sehingga kebutuhan energi untuk proses penguapan air lebih rendah, disamping itu untuk mencegah terjadinya perubahan nilai K (fluks massa tak berdimensi) yang negatif, menurut Bird,R.B. et al (1966) pada nilai K yang negatif perpindahan massa terjadi diluar sistem aliran bebas sehingga menghambat laju penguapan air pada permukaan lapisan

η = 2.55 πv = 0.42 x = 30 - 50 cm

Gambar 6-41. Kurva perbandingan tebal lapisan batas terhadap rasio tinggi aliran bebas dengan panjang lapisan permukaan. Pada percobaan ini karena perbandingan rasio antara tinggi aliran bebas cukup besar, maka nilai maksimum posisi tak berdimensi yang dapat dicapai hanya η = 2.55 sehingga diatas nilai tersebut sudah menghasilkan perhitungan yang negatif.

123

6.2.12. Kebutuhan Energi Penguapan Air dalam Lapisan Batas Tabel

6-32

memperlihatkan

parameter

proses

perpindahan

massa,

momentum dan energi untuk penguapan air pada sepanjang permukaan lapisan batas produk gabah.

Energi proses penguapan air merupakan energi untuk

pengeringan gabah. Pada percobaan yang dilakukan, ternyata energi yang terdapat aliran bebas yaitu udara panas sangat besar dibandingkan dengan kebutuhan energi dalam proses penguapan air dalam lapisan batas. Hal ini disebabkan terlalu besarnya dimensi tinggi aliran udara bebas dalam alat pengering yaitu jaraknya 38 cm dari permukaan lapisan gabah yang berada dalm rak pengering, sedangkan tinggi lapisan yang terbentuk hanya sekitar 2.5 cm dari permukaan, dengan demikian laju aliran massa udara masuk lapisan batas kecil dan energi yang masuk juga akan kecil. Dengan menentukan hubungan antara rasio ketinggian aliran bebas dan panjang lapisan permukaan dengan ketebalan lapisan batas (seperti pada pembahasan bagian 6.2.9), maka ketinggian alat pengering dapat diminimalkan yang pada akhirnya akan menurunkan kebutuhan energi dalam proses penguapan air bahan. Disamping itu dengan ketinggian alat berdasarkan rasio ini keseragaman suhu dan kecepatan pada lapisan permukaan produk dapat ditingkatkan, serta pola aliran laminar selama proses penguapan air dapat lebih dipertahankan

124

Tabel 6-32. Parameter proses perpindahan massa, momentum dan energi untuk penguapan air gabah pada lapisan batas. Parameter

Satuan

Massa gabah basah

kg

Perobaan 1 4.6

Perobaan 2 2.7

Perobaan 3 3.6

Kadar air awal gabah

% bb

24.67

24.34

24.59

Kadar air akhir gabah

% bb

14.93

14.52

14.83

Suhu udara lingkungan

o

C

30.4

30.6

30.2

RH udara lingkungan

%

54.6

56.2

54.8

RH udara Pengering

%

49.1

50.2

49.3

Suhu udara aliran bebas

o

C

37.6

37.4

37.8

m/dtk

0.42

0.39

0.44

-

0.065

0.065

0.060

kg/m dtk

0.00149

0.00235

0.00170

jam

7.30

7.16

7.16

Tebal lapisan batas hidrodinamik

m

0.020843

0.014194

0.020924

Tebal lapisan batas termal

m

0.022792

0.015521

0.023565

Kecepatan aliran bebas Fraksi uap air aliran bebas Fluks massa uap air Rata-rata waktu penguapan air

2

2

Koefisien pindah panas

W/m K

3.5735

5.9559

3.02447

Koefisien pindah massa

m/dtk

0.00151

0.00195

0.00102

Kecepatan massa aliran bebas

kg/dtk

0.19368

0.20210

0.18445

Massa udara dalam lapisan batas

kg/dtk

0.00246

0.00327

0.00204

Koefisien gesek permukaan

-

5.36. 10

-5

-5

9.57. 10

4.98. 10-5

Koefisien gaya geser

kg/m2

5.95. 10-4

8.02. 10-4

4.86. 10-4

Energi proses penguap air

J/dtk

10.146

16.576

8.355

Energi aliran bebas

kJ/dtk

1.40147

1.46240

1.37175

125

6.3. Kajian CFD pada Aliran Fluida 6.3.1. Data input dalam Simulasi CFD Tabel 6-33. Nilai-nilai kondisi batas KOMPONEN Lingkungan Suhu Velocity Inlet Kecepatan Suhu Radiator / HE Lost coefficient

SATUAN o

Heat trans coefficient Heat flux Suhu Dinding Seng Plat Tebal Suhu Free stream velocity Free stream temperature Heat trans. Coefficient Heat flux Plastik Transparan Tebal Suhu Free stream velocity Free stream temperature Heat trans. Coefficient Heat flux

NILAI

Keterangan

C

30

Pengukuran

m/dtk o C

1.9 30

Pengukuran Pengukuran

-

252

W/m2 K

26.8

W/m2 o C

652 89

Perhitungan Pers.(2-7) Perhitungan Pers.(2-11) Perhitungan Pengukuran

m C m/dtk o C

0.0015 30 0.4 37

Pengukuran Pengukuran Pengukuran Pengukuran

W/m2 K W/m2

4.6 142

Perhitungan Perhitungan

m C m/dtk o C

0.001 30 0.4 37

Pengukuran Pengukuran Pengukuran Pengukuran

W/m2 K

2.25

W/m2

8.9

Perhitungan Pers.(2-11) Perhitungan

o

o

Tabel 6-34. Sifat fisik material (Geankoplis, 1983, Holman, 1981) Properties Densitas, ρ (kg/m3) Panas jenis, Cp (J/kg oK) Konduktivitas, k (W/m oK) Viskositas, μ (kg/m dtk)

Seng Plat 7149 382 114 -

Plastik Transparan 898 840 0.70 -

Udara 1.137 1008 0.028 1.90 x 10-5

126

6.3.2. Pembentukan Grid Perhitungan Salah satu permasalahan yang sering timbul dalam pemecahan persoalan aliran fluida adalah pada pembentukan grid. Pada permasalahan aliran fluida dalam penelitian ini, ukuran grid yang digunakan adalah 0.05 cm untuk seluruh bentuk bangunan geometri alat dengan volume grid sebesar 54511 volume dan jumlah node 5250. Banyaknya sel pada geometri adalah 26457 sel zone dimana dalam setiap sel terdapat 17 fase zone. dengan element

Grid dalam batas volume dibuat secara tak terstruktur

tet/hybrid dan tipe Tgrid, selanjutnya grid tersebut dilengkapi

dengan kondisi batasnya. Hasil pembentukan grid pada domain perhitungan dari geometri alat penelitian ini ditunjukkan seperti pada Gambar 6-42.

Gambar 6-42. Pembentukkan grid pada domain perhitungan 6.3.3. Distribusi Kecepatan Udara dalam Ruang Pengering Udara lingkungan pada suhu 30 oC dihembuskan ke dalam ruang pengering dengan menggunakan kipas 55 Watt. Kecepatan udara dari kipas pendistribusi ratarata 1.7 m/dtk dengan standar deviasi sebesar 0.21.

127

Kecepatan udara tertinggi dari kipas adalah 1.9 m/dtk dan terendah 0.86 m/dt, perubahan kecepatan udara dari kipas disebabkan oleh pengaruh tegangan listrik, kecepatan udara ini masuk ruang pengering mengalami penurunan karena adanya hambatan radiator dan pipa-pipa penyalur ke ruang pengering. Dari data yang diperoleh distribusi kecepatan dalam ruang pengering yang dekat dengan inlet lebih besar dari yang ditengah. Gambar 6-43 memperlihatkan profil kecepatan dalam ruang pengering pada bidang yz untuk jarak arah x = 0 cm (tepi depan rak pengering), x = 25 cm (bagian tengah rak), dan x = 50 cm bagian ujung rak.

x = 0 cm

x = 50 cm

x = 25 cm

Gambar 6-43. Profil kecepatan diatas rak pengering pada bidang yz Pada Gambar 6-43. diperlihatkan profil kecepatan masing-masing zone pengamatan, disini terlihat bahwa distribusi kecepatan aliran udara pada posisi x = 0 yaitu tepi depan rak pengering (20 cm dari dinding inlet ruang pengering) kecepatannya lebih besar dibandingkan dengan posisi x = 25 cm maupun x = 50 cm.

128

Perbedaan

kecepatan

ini

menunjukkan

semakin

bertambahnya

jarak

(panjang) rak pengering kecepatan aliran semakin berkurang. Terdapatnya perbedaan kecepatan antara zone ini disebabkan oleh perbedaan jarak terhadap posisi kipas pendistribusi, pada x = 0 jarak dari kipas lebih dekat dibandingkan dari zone x = 25 cm maupun x= 50 cm. Kecepatan rata-rata hasil pengukuran pada zone x = 0 pada lebar rak 12 cm dari tepi adalah 0.38 m/dtk dengan nilai standar deviasi sebesar 0.027 m/dtk, pada zone ini kecepatan rata-rata hasil perhitung simulasi CFD adalah 0.391 m/dtk dan nilai standar deviasi 0.05 m/dtk.

Untuk zone x = 25 cm dan x = 50 cm pada lebar

rak 12 cm (Gambar 6-44) besarnya kecepatan rata-rata hasil pengukuran berturutturut adalah 0.237 m/dtk dengan nilai standar deviasi 0.031 m/dtk, dan 0.185 m/dtk dengan nilai standar deviasi 0.20 m/dtk. Kecepatan hasil pengukuran ini lebih besar dari hasil simulasi CFD.

x = 0 cm

x = 25 cm

x = 50 cm

Gambar 6-44. Profil kecepatan udara diatas rak untuk lebar rak 12 cm dari tepi

129

6.3.4. Validasi Kecepatan Data Pengukuran dengan Simulasi CFD Hasil perhitungan simulasi CFD untuk model aliran laminar dalam alat pengering terhadap data hasil pengukuran untuk kecepatan aliran dan suhu udara pada ketiga zone pengamatan. Tabel 6-35

memperlihatkan sebaran kecepatan

udara diatas rak pengering pada lebar rak 12 cm cm dari data pengukuran dan hasil perhitungan simulasi CFD pada bidang yz ke arah panjang rak x = 0 cm,

x = 25

cm dan x = 50 cm. Untuk melihat validasi hasil pengukuran kecepatan terhadap hasil perhitungan simulasi CFD, data dari Tabel 6-35 diplotkan kedalam bentuk kurva. Tabel 6-35 Distribusi kecepatan udara diatas rak pada bidang yz untuk z = 12 cm Jarak Diatas Rak y (cm) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

x=0 cm dan z= 12 cm v (m/dtk) CFD Ukur 0.373 0.35 0.388 0.37 0.415 0.39 0.431 0.40 0.433 0.40 0.436 0.42 0.412 0.40 0.411 0.40 0.307 0.34 0.301 0.35

x=25 cm dan z=12 cm v (m/dtk) CFD Ukur 0.189 0.20 0.201 0.22 0.215 0.22 0.229 0.24 0.243 0.23 0.243 0.24 0.255 0.20 0.233 0.26 0.273 0.30 0.285 0.26

x =50 cm dan z=12 cm v (m/dtk) CFD Ukur 0.164 0.18 0.155 0.17 0.148 0.17 0.156 0.18 0.165 0.18 0.165 0.16 0.173 0.18 0.180 0.19 0.191 0.22 0.202 0.22

Validasi data pengukuran kecepatan udara pada tepi depan rak pengering yaitu x = 0 cm dan lebar rak 12 cm diperlihatkan pada Gambar 6-45. Hasil pengukuran kecepatan lebih rendah dari hasil perhitungan simulasi CFD, tetapi pola distribusi kecepatan antara pengukuran dengan simulasi CFD relatif hampir sama. Dari Tabel 6-35 terlihat bahwa semakin bertambah jarak panjang rak pengering maka kecepatan udara diatas rak akan menurun, hal ini disebabkan oleh perbedaan jarak terhadap kipas pendtisribusi aliran udara.

130

x = 0 cm dan z = 12 cm

Gambar 6-45. Kurva distribusi kecepatan udara diatas rak pengering pada tepi depan rak dengan lebar rak 12 cm. Verifikasi kecepatan udara dalam ruang pengering hasil pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak (x = 0 cm) dan lebar rak 12 cm ditunjukkan seperti pada Gambar 6-46 berikut ini. Perbedaan hasil pengukuran dengan hasil simulasi CFD dinyatakan dengan nilai standar deviasi sebesar 0.02 m/dtk untuk selang kepercayaan 95 % (α = 5%).

Kecepatan-Data (m/dtk)

z=12 cm dan x=0 cm SD = 0.02

0.03

-0.05

Kecepatan-CFD(m/dtk)

Gambar 6-46. Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak dan lebar rak 12 cm.

131

Validasi data pengukuran kecepatan udara pada z = 12 cm dan x = 25 cm diperlihatkan pada Gambar 6-47 Hasil pengukuran kecepatan lebih tinggi dari hasil perhitungan simulasi CFD, tetapi distribusi kecepatan udara antara pengukuran dengan simulasi CFD mempunyai pola aliran yang relatif sama. Bentuk kurva kecepatan pada jarak x = 25 cm ini lebih berfluktuasi dibandingkan dengan kurva kecepatan pada tepi depan rak, kecepatan ini semakin berkurang dengan bertambahnya jarak ke arah x.

x = 25 cm dan z = 12 cm


Gambar 6-47. Kurva distribusi kecepatan udara diatas rak pengering pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm.

z=12 cm dan x=25 cm SD = 0.014

0.03

-0.03


Gambar 6-48. Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm.

132

Verifikasi kecepatan udara dalam ruang pengering hasil pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 25 cm dan lebar rak 12 cm ditunjukkan seperti pada Gambar 6-48.

Perbedaan hasil pengukuran dengan hasil simulasi CFD dinyatakan

dengan nilai standar deviasi sebesar 0.014 m/dtk untuk selang kepercayaan

95 %.

Gambar 6-49 memperlihatkan validasi data pengukuran kecepatan udara pada z = 12 cm dan x = 50 cm.

Hasil pengukuran kecepatan udara relatif hampir sama

dengan hasil perhitungan simulasi CFD.

Kecepatan udara dalam ruang pengering

pada jarak x = 50 cm lebih rendah bila dibandingkan dengan jarak

x = 0 cm

maupun x = 25 cm, tetapi kecepatannya relatif lebih seragam.

x = 50 cm dan z = 12 cm

Gambar 6-49. Kurva distribusi kecepatan udara diatas rak pengering pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm. Verifikasi kecepatan udara dalam ruang pengering hasil pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 50 cm dan lebar rak 12 cm ditunjukkan seperti pada Gambar 6-50.


dengan nilai standar deviasi sebesar 0.014 m/dtk untuk selang kepercayaan 95 % atau nilai α = 5%.

133


z=12 cm dan x=50 cm SD = 0.01 -0.01

0.03


Gambar 6-50. Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm. Untuk lebar rak 24 cm, distribusi kecepatan udara diatas rak pengering diperlihatkan pada Tabel 6-36. Distribusi kecepatan udara pada lebar rak 24 cm ini menunjukkan hal yang sama dengan lebar rak 12 cm, dimana dengan bertambahnya panjang rak, kecepatan udara mengalami penurunan.

Validasi data pengukuran

kecepatan dengan hasil simulasi CFD untuk lebar rak 24 cm disajikan dalam bentuk kurva berdasarkan data dari Tabel 6-36. Tabel 6-36. Distribusi kecepatan udara diatas rak pada bidang yz untuk z = 24 cm Jarak Diatas Rak y (cm) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50




134

Validasi data pengukuran kecepatan udara pada tepi depan rak

pengering

yaitu x = 0 cm dan lebar rak 24 cm diperlihatkan pada Gambar 6-51. Sebaran data hasil pengukuran kecepatan udara berada disekitar kurva hasil perhitungan simulasi CFD. Rata-rata data hasil pengukuran (0.4 m/dtk) lebih rendah dari rata-rata simulasi CFD (0.42 m/dtk), akan tetapi pola distribusi kecepatan antara pengukuran dengan simulasi CFD relatif hampir sama.



Gambar 6-51. Kurva distribusi kecepatan udara di atas rak pengering pada tepi depan rak dengan lebar rak 24 cm.

x= 0 cm dan z=24 SD = 0.02cm

-0.05 0.02


Gambar 6-52. Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak dan lebar rak 24 cm.

135

Verifikasi kecepatan udara dalam ruang pengering hasil pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak (x = 0 cm) dan lebar rak 24 cm ditunjukkan seperti pada Gambar 6-52.

Perbedaan hasil pengukuran dengan hasil simulasi CFD

dinyatakan dengan nilai standar deviasi sebesar 0.02 m/dtk, dan untuk selang kepercayaan 95 % dimana perbedaan hasil pengukuran dengan simulasi CFD memberikan nilai batas atas 0.02 m/dtk dan batas bawah -0.05 m/dtk. Validasi data pengukuran kecepatan udara di atas rak pada panjang

rak

pengering x = 25 cm dan lebar rak 24 cm diperlihatkan pada Gambar 6-53. Hasil pengukuran kecepatan lebih tinggi dibandingkan dengan hasil simulasi CFD, sebaran data hasil pengukuran distribusi kecepatan udara menunjukkan profil yang sama dengan hasil perhitungan simulasi CFD.

x = 25 cm dan z = 24 cm

Gambar 6-53. Kurva distribusi kecepatan udara di atas rak pengering pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm. Verifikasi kecepatan udara dalam ruang pengering hasil pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak (x = 0 cm) dan lebar rak 24 cm ditunjukkan seperti pada Gambar 6-54.


dinyatakan dengan nilai standar deviasi sebesar 0.01 m/dtk untuk selang kepercayaan 95 % atau pada nilai α = 5%.

136


x=25 cm dan z=24 cm SD = 0.01 0.02

-0.01


Gambar 6-54. Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm. Validasi data pengukuran kecepatan udara diatas rak pada panjang

rak

pengering x = 50 cm dan lebar rak 24 cm diperlihatkan pada Gambar 6-55. Hasil pengukuran kecepatan lebih tinggi dibandingkan dengan hasil simulasi CFD, sebaran data hasil pengukuran distribusi kecepatan udara menunjukkan profil yang sama dengan hasil perhitungan simulasi CFD. Rata-rata hasil pengukuran kecepatan adalah 0.18 m/dtk dengan standar deviasi 0.02 m/dtk, sedangkan rata-rata hasil perhitungan CFD adalah 0.162 m/dtk dengan nilai standar deviasi sebesar 0.02 m/dtk. Verifikasi pengukuran kecepatan udara dalam ruang pengering terhadap hasil perhitungan simulasi CFD ditunjukkan pada Gambar 6-56 perbedaan hasil pengukuran dengan hasil simulasi CFD dinyatakan dengan nilai standar deviasi sebesar 0.01 m/dtk, dan untuk selang kepercayaan 95 % dimana perbedaan hasil pengukuran dengan simulasi CFD adalah (0.18 m/dtk – 0.16 m/dtk) ± 0.002 m/dtk.

137

x = 50 cm dan z = 24 cm


Gambar 6-55. Kurva distribusi kecepatan udara di atas rak pengering pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm

z=24 cm x=50 cm SD = 0.01 -0.002

0.03


Gambar 6-56. Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm. 6.3.5. Distribusi Suhu Udara dalam Ruang Pengering Udara lingkungan pada suhu 30 oC sebelum masuk ruang pengering terlebih dahulu dipanaskan melalui penukar panas radiator. Suhu radiator sebagai pemanas udara adalah 89 oC. Udara panas keluar radiator bersuhu 41.6 oC terdorong ke depan sepanjang inlet oleh kipas pendistribusi aliran udara dan disebarkan ke dalam ruang pengering.

138

Udara yang masuk ruang ruang pengering mengalami penurunan suhu yang disebabkan oleh adanya hembusan oleh kipas, suhu tertinggi yang dapat dicapai dalam ruang pengering adalah 37.6 oC.

Gambar 6-57

dan Gambar 6-58

memperlihatkan profil suhu dalam ruang dari hasil simulasi perhitungan CFD, yaitu pada panjang rak x = 0 cm, x = 25 cm dan x = 50 cm untuk lebar rak pengering 12 cm dan 24 cm.

xx==00cm xx==50 cm 50cm cm xx==25 25cm cm

Gambar 6-57. Profil suhu di atas rak pengering pada bidang yz Hasil perhitungan suhu dengan simulasi CFD dan suhu pengukuran disajikan dalam Tabel 6-37 untuk jarak x = 0, x = 25 cm dan x = 50 cm pada lebar rak 12 cm dari tepi.

x = 0 cm

x = 25 cm

x = 50 cm

Gambar 6-58. Profil suhu udara di atas rak pengering untuk lebar rak 12 cm dari tepi 139

Tabel 6-37. Distribusi suhu udara diatas rak pada bidang yz untuk z = 12 cm Jarak Diatas Rak, y (cm) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

x=0 cm dan z=12 cm T (oC) CFD Ukur 34.83 34.20 34.83 34.80 34.81 34.88 34.81 34.78 34.81 34.90 34.81 34.93 34.80 34.86 34.83 34.80 34.87 34.92 34.80 34.90



Suhu rata-rata hasil pengukuran untuk x = 0 cm adalah 34.88 oC dengan standar deviasi 0.22 oC sedangkan rata-rata hasil perhitungan simulasi CFD adalah 34.82 oC dengan nilai standar deviasi 0.02 oC. Untuk jarak x = 25 cm dan x = 50 cm hasil pengukuran berturut-turut adalah 34.87 oC dengan nilai standar deviasi 0.14 oC dan 34.11 oC dengan nilai standar deviasi 0.35 oC.

Hasil simulasi CFD untuk jarak

yang sama adalah 34.83 oC dan 33.84oC. Pada jarak x = 0 cm dan x = 25 cm kondisi suhu diatas rak pengering relatif sama dan pada jarak x = 50 cm suhu mulai menurun, tetapi penurunan ini cukup kecil yaitu sekitar 1 oC.

Secara keseluruhan profil suhu dalam ruang pengering relatif

seragam yaitu pada kisaran suhu 34 – 35 oC. 6.3.6. Validasi Suhu Pengukuran dengan Simulasi CFD Validasi data pengukuran suhu diatas rak pengering pada jarak 0 cm arah x untuk lebar rak 12 cm ditunjukkan pada Gambar 6-59, hasil pengukuran suhu yang diperoleh lebih tinggi dibandingkan dengan hasil perhitungan simulasi CFD, sebaran data pengukuran suhu berada disekitar kurva simulasi CFD. Rata-rata suhu pengukuran adalah 34.88 oC dengan standar deviasi 0.22 oC dan rata-rata hasil

140

simulasi CFD 34.82 oC dengan nilai standar deviasi adalah 0.02 oC.

Pada tinggi 30

cm, merupakan suhu tertinggi hasil pengukuran yaitu 34.93 oC.


Gambar 6-59. Kurva distribusi suhu udara di atas rak pengering pada tepi depan rak dengan lebar rak 12 cm. Verifikasi pengukuran suhu udara dalam ruang pengering terhadap hasil perhitungan simulasi CFD ditunjukkan pada Gambar 6-60 perbedaan hasil pengukuran dengan hasil simulasi CFD dinyatakan dengan nilai standar deviasi sebesar 0.02 oC untuk selang kepercayaan 95 % atau pada nilai α = 5%.

z=12 cm dan x=0 cm SD = 0.02

0.13

-0.17

Gambar 6-60. Profil verifikasi suhu pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak dan lebar rak 12 cm.

141

Validasi data pengukuran suhu udara di atas rak pengering untuk x = 25 cm dan lebar rak 12 cm diperlihatkan pada Gambar 6-61. Hasil pengukuran suhu relatif mendekati sama dengan suhu hasil simulasi CFD demikian juga profil distribusi suhu memiliki pola yang sama.

Pada keadaan ini suhu hasil simulasi relatif seragam

selama proses berlangsung hal ini terlihat pada kurva simulasi dalam Gambar 6-61.

x = 25 cm dan z = 12 cm

Gambar 6-61. Distribusi suhu udara di atas rak pengering pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm Verifikasi suhu udara dalam ruang pengering hasil pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm ditunjukkan seperti pada Gambar 6-62.


dinyatakan dalam standar deviasi 0.04 oC pada selang kepercayaan 95 % atau pada nilai α = 5%.

142

x= 25 cm dan z=12 cm SD = 0.04

-0.06 0.09

Gambar 6-62. Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm. Untuk jarak x = 50 cm dan lebar rak 12 cm hasil suhu simulasi CFD menunjukkan ainya lebih tinggi dari simulasi CFD.

Validasi data pengukuran suhu

udara diatas rak pada panjang rak pengering x = 50 cm dan lebar rak 12 cm diperlihatkan pada Gambar 6-63. Hasil pengukuran suhu tertinggi yaitu 34.60 oC sedangkan hasil simulasi CFD adalah 33.91

o

C.

Secara keseluruhan suhu

pengukuran dan simulasi CFD pada jarak 50 cm ini mengalami penurunan bila dibandingkan dengan suhu pada jarak

25 cm.

x=50 cm dan z = 12 cm

Gambar 6-63. Distribusi suhu udara di atas rak pengering pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm

143

Verifikasi suhu udara diatas rak pengering hasil pengukuran dengan hasil perhitungan simulasi CFD pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm ditunjukkan seperti pada Gambar 6-64.

Perbedaan hasil pengukuran dengan

hasil simulasi CFD dinyatakan dengan nilai standard deviasi sebesar 0.05 oC, yaitu untuk selang kepercayaan 95 % (α = 5%).

x=50 cm dan z=12 cm SD = 0.05

-0.13 0.07

Gambar 6-64. Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 12 cm. Tabel 6-38 memperlihatkan data hasil pengukuran suhu pada lebar rak 24 cm, dan x = 0 cm, x = 25 cm dan x = 50 cm serta suhu hasil perhitungan simulasi CFD. Distribusi suhu udara pada lebar rak 24 cm ini menunjukkan hal yang sama dengan hasil pengukuran suhu untuk lebar rak 12 cm, diamana dengan bertambahnya panjang rak, suhu udara mengalami penurunan.

Validasi data pengukuran suhu

dengan hasil simulasi CFD untuk lebar rak 24 cm disajikan dalam bentuk kurva berdasarkan data dari Tabel 6-38.

144

Tabel 6-38. Distribusi suhu udara diatas rak pada bidang yz untuk z = 24 cm Jarak Diatas Rak y (cm) 3 6 12 18 24 30 36 42 48 54




Validasi data pengukuran suhu di atas rak pengering pada tepi depan rak pengering yaitu x = 0 cm dan lebar rak 24 cm diperlihatkan pada Gambar 6-65. Sebaran data hasil pengukuran suhu udara lebih tinggi dibandingkan hasil perhitungan simulasi CFD. Rata-rata data hasil pengukuran suhu adalah 34.95 oC dengan standar deviasi 0.13 oC, sedangkan rata-rata hasil simulasi CFD 34.78 oC dengan nilai standard deviasi 0.06 oC, akan tetapi pola distribusi suhu antara pengukuran dengan simulasi CFD relatif hampir sama.


Gambar 6-65. Kurva distribusi suhu udara di atas rak pengering pada tepi depan rak dengan lebar rak 24 cm.

145

Verifikasi suhu udara diatas rak pengering hasil pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak (x = 0 cm) dan lebar rak 24 cm ditunjukkan seperti pada Gambar 6-66.


dengan nilai standar deviasi sebesar 0.03 oC untuk selang kepercayaan 95 % atau pada nilai α = 5%.

x=0 cm dan z=24 cm SD = 0.03

0.12

-0.07

Gambar 6-66. Profil verifikasi suhu pengukuran dengan simulasi CFD pada tepi depan rak dan lebar rak 24 cm. Validasi data pengukuran suhu udara diatas rak pengering untuk x = 25 cm dan lebar rak 24 cm diperlihatkan pada Gambar 6-67.

Hasil pengukuran suhu

tertinggi adalah 35.20 oC sedangkan suhu tertinggi pada simulasi CFD adalah 34.98 o

C, namun pola distribusi suhu pengukuran ini hampir sama dengan hasil simulasi

CFD.

146

x = 25 cm dan z = 24 cm

Gambar 6-67. Kurva distribusi suhu udara di atas rak pengering pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm Verifikasi suhu udara dalam ruang pengering hasil pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm ditunjukkan seperti pada Gambar 6-68.

Perbedaan hasil pengukuran dengan hasil

simulasi CFD dinyatakan dengan nilai standard deviasi sebesar 0.03 oC, dan untuk selang kepercayaan 95 % dimana perbedaan hasil pengukuran dengan simulasi CFD adalah (35.20 oC – 34.98 oC) ± 0.03 oC.

x=25 cm dan z=24 cm SD = 0.03 0.10

-0.03

Gambar 6-68. Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 25 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm.

147

Validasi data pengukuran suhu udara diatas rak pengering untuk x = 50 cm dan lebar rak 24 cm diperlihatkan pada Gambar 6-69, disini terlihat bahwa hasil pengukuran suhu lebih tinggi dibandingkan dengan hasil perhitungan simulasi CFD. Rata-rata hasil pengukuran suhu adalah 34.82 oC dengan nilai standar deviasi 0.16 o

C, sedangkan rata-rata hasil simulasi CFD adalah 33.86 oC dengan nilai standar

deviasi 0.05 oC. Verifikasi suhu udara di atas rak pengering hasil pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm ditunjukkan seperti pada Gambar 6-70.


dinyatakan dengan nilai standar deviasi sebesar 0.03

o

C, dan untuk selang

kepercayaan 95 % dimana perbedaan hasil pengukuran dengan simulasi CFD adalah (34.82 oC – 33.86 oC) ± 0.03 oC.

x = 50 cm dan z = 24 cm

Gambar 6-69. Kurva distribusi suhu udara di atas rak pengering pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm

148

x=50 cm dan z=24 cm SD = 0.03 -0.03

0.10

Gambar 6-70. Profil verifikasi kecepatan pengukuran dengan simulasi CFD pada panjang rak 50 cm dari tepi depan dan lebar rak 24 cm. Perbandingan suhu dan kecepatan antara lebar rak (arah z) 12 cm dengan lebar rak 24 cm untuk panjang permukaan rak gabah 25 cm disajikan dalam Tabel 6-39. Tabel 6-39. Perbandingan suhu dan kecepatan antara z = 12 cm dengan z = 24 cm untuk panjang permukaan rak 25 cm (T = 37.6 C dan v = 0.42 m/dtk ) Y (cm) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ΣX ΣX² Rata-rata Stdev

Suhu (oC) Z= 12 cm 34.68 34.70 34.90 34.65 34.84 34.86 34.82 34.80 34.80 35.00 348.05 9691.90 34.81 0.11

Z= 24 cm 34.80 34.92 34.86 34.88 34.92 34.80 34.90 34.90 34.80 35.00 348.78 9735.74 34.88 0.06

Kecepatan (m/dtk) Z= 12 cm Z= 24 cm 0.20 0.21 0.22 0.19 0.22 0.20 0.24 0.19 0.23 0.21 0.24 0.23 0.20 0.20 0.26 0.20 0.30 0.19 0.26 0.22 2.37 2.04 0.41 0.34 0.24 0.20 0.03 0.01

149

Untuk melihat apakah ada perbedaan yang nyata antara lebar rak 12 cm dan 24 cm, dilakukan uji F. Tabel 6-40 memperlihatkan hasil perhitungan uji F. Tabel 6-40. Analisis ragam untuk suhu dan kecepatan pada panjang permukaan rak 25 cm antar arah z = 12 cm dengan z = 24 cm a. Suhu Sumber Keragaman

db

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.05)

Perlakuan suhu

1

0.027

0.027

3.421

4.38

Antar z = 12 cm dan z = 24 cm Total

18

0.140

0.008

19

0.167

Dari Tabel 40 diatas dimana nilai F hitung lebih kecil dari F tabel pada tingkat signifikan 95 %, ini menunjukkan suhu antara z = 12 cm dengan z = 24 cm pada panjang permukaan rak 25 cm tidak berbeda.

Demikian pula untuk kecepatan, tidak

berbeda nyata pada tingkat keyakinan 95 % (α = 5%). b. Kecepatan Sumber Keragaman Perlak. Kecepatan Antar z = 12 cm dan z = 24 cm Total

db

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

1

0.0025

0.0025

18

0.0042

0.0002

19

0.0067

F Hitung 10.913

F Tabel (α = 0.05) 4.38

Pada panjang permukaan rak gabah 50 cm, perbandingan suhu dan kecepatan untuk lebar rak 12 cm dengan 24 cm disajikan dalam Tabel 6-41.

150

Tabel 6-41. Perbandingan suhu dan kecepatan antara z = 12 cm dengan z = 24 cm untuk panjang permukaan rak 50 cm (T = 37.6 C dan v = 0.42 m/dtk ) Y (cm) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ΣX ΣX² Rata-rata Stdev

Suhu (oC) Z= 12 cm Z= 24 cm 33.70 33.80 33.50 33.90 33.90 33.80 33.88 33.75 33.90 34.00 338.13 9145.09 33.81 0.14

34.0 33.9 34.0 33.9 33.8 33.9 33.8 33.9 33.8 34.0 338.99 9198.48 33.90 0.08

Kecepatan (m/dtk) Z= 12 cm Z= 24 cm 0.17 0.18 0.17 0.17 0.18 0.17 0.18 0.18 0.17 0.18 0.17 0.16 0.16 0.18 0.16 0.19 0.20 0.22 0.22 0.22 1.85 1.78 0.26 0.25 0.19 0.18 0.02 0.02

Hasil uji F untuk melihat adanya perbedaan dari lebar rak 12 cm dengan 24 cm untuk panjang rak 50 cm diperlihatkan dalam Tabel 6-42. Tabel 6-42. Analisis ragam untuk suhu dan kecepatan pada panjang permukaan rak 50 cm antar arah z = 12 cm dengan z = 24 cm a. Suhu Sumber Keragaman

db

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.05)

Perlakuan suhu

1

0.037

0.037

2.791

4.38


18

0.239

0.013

19

0.275

Dari tabel diatas dimana nilai F hitung lebih kecil dari F tabrl pada tingkat signifikan 95 %, ini menunjukkan suhu antara z = 12 cm dengan z = 24 cm pada panjang permukaan rak 50 cm tidak berbeda. Demikian pula untuk kecepatan, tidak berbeda nyata pada taraf signifikan 95 %.

151


db

Jumlah Kuadrat

Kuadrat Tengah

F Hitung

F Tabel (α = 0.05)

Perlak. Kecepatan

1

0.0002

0.0002

3.560

4.38


18

0.0010

0.0001

19

0.0012

Guna melihat perbedaan kecepatan antara lebar rak 12 cm dengan lebar rak 24 cm untuk panjang permukaan rak 25 cm

diplotkan dalam

bentuk grafik.

Perbandingan distribusi kecepatan dan suhu untuk lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang permukaan rak 25 cm, disajikan dalam Gambar 6-71 dan Gambar 6-72.

x = 25 cm

v z =12

x

x Beda teramati

v z = 24

v z =12 > v z = 24

Gambar 6-71. Perbedaan kecepatan rata-rata terhadap lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 25 cm.

152

x = 25 cm

Beda teramati

x

T z =12

T z =12 > T z = 24

T z = 24

x

Gambar 6-72. Perbedaan suhu rata-rata terhadap lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 25 cm. Pada panjang rak 50 cm, perbedaan kecepatan dan suhu antara lebar rak 12 cm dengan lebar rak 24 cm disajikan dalam Gambar 6-73 dan Gambar 6-74.

x = 50 cm

v z =12

xx v

Beda yang teramatiz = 24 v z =12 ≈ v z = 24

Gambar 6-73. Perbedaan kecepatan rata-rata terhadap lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 50 cm.

153

Seperti yang telah dijelaskan diatas pada uji beda nyata, dengan uji F diaman untuk panjang permukaan rak 50 cm, pada taraf uji tingkat kepercayaan

95 %

untuk lebar rak 12 cm dan 24 cm baik itu untuk kecepatan dan suhu tidak berbeda nyata. Sedangkan dari data perbedaan yang ada dapat disebabkan oleh faktor kebetulan atau kekurang telitian dalam pengambilan data.

x = 50 cm

T z =12

x Beda teramati

T z =12 > T z = 24

x

T z = 24

Gambar 6-74. Perbedaan suhu rata-rata terhadap lebar rak 12 cm dan 24 cm untuk panjang rak 50 cm.

154

BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN

VII.

KESIMPULAN DAN SARAN

7.1. Kesimpulan 1. Pada percobaan yang dilakukan laju penguapan air dari gabah dimana terjadi perpindahan massa momentum dan energi, dengan fluks massa tertinggi yang dicapai adalah 0.27e-03 kg/m2 dtk, kecepatan udara adalah 0.3 m/dtk, suhu 34.6 oC dan RH 50.49%. Pada kondisi ini kecepatan tak berdimensi (∏v =u∞/v) 0.68 dan suhu tak berdimensi ∏T=0.78. 2. Profil suhu dan kecepatan udara tak berdimensi, tebal lapisan batas hidrodinamik, dan tebal lapisan batas termal dapat dibuktikan dengan model perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan pada proses penguapan air produk pada sistem pengering. 3. Ketebalan lapisan batas hidrodinamik (berdasarkan model) yang terbentuk dalam proses penguapan air gabah ini secara berturut-turut untuk percobaan 1, percobaan 2 dan percobaan 3 adalah 2.08 cm, 1.41 cm dan 2.09 cm, sedangkan ketebalan lapisan batas termal nilainya adalah 2.28 cm, 1.55 cm dan 2. 36 cm. Pada ketebalan lapisan batas tersebut jumlah aliran massa udara yang masuk adalah 0.00246 kg/dtk untuk percobaan1, percobaan 2 sebesar 0.00327 kg/dtk dan untuk percobaan 3 sebesar 0.00204 kg/dtk. 4. Aliran udara dan suhu udara pada aliran bebas merupakan parameter penting dalam proses perpindahan massa, momentum dan energi secara simultan untuk penguapan air produk. Jenis aliran laminar sangat menentukan dalam memperoleh kecepatan dan suhu yang seragam

sepanjang

permukaan rak pengering dan ketebalan lapisan batas yang terbentuk, dimana sejumlah udara panas masuk dalam lapisan batas tersebut akan

156

memanaskan air yang terdapat pada lapisan permukaan dan mengangkut uap air yang terjadi keluar sistem menuju udara lingkungan. 5. Penggunaan straw pada ruang pengering sebagai pendistribusi aliran aliran udara dapat memberikan kecepatan aliran udara yang merata ke arah bagian lebar rak.

7.2.

Saran

1. Hasil percobaan 4 yaitu pada kondisi uhu 36.8 oC dan kecepatan udara 0.33 m/dtk dengan panjang rak pengering 25 cm yang memberikan fluks massa terbesar dapat digunakan sebagai referensi untuk kondisi pengeringan yang optimum (untuk kasus disain pengering yang diuji). 2. Untuk menentukan perubahan massa produk secara otomatis dapat digunakan ring transduser dari bahan baja dengan diameter dalam 51 mm dan tebal 1,0 mm yang kedua sisinya ditempatkan dua buah sensor strain gage dengan resistensi 120 ohm. 3. Dalam penerapan pemodelan perpindahan massa momentum dan energi secara simultan pada proses pengeringan produk dianjurkan memakai pipa-pipa kecil (straw) sebagai pendistribusi aliran udara.

157

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, K., 1993. System Optimization in Solar Drying, The 5th International Energy Conference, ENERGEX'93. Seoul Oct.18-22. Abdullah, K. 2002, Fish Drying Using Solar Energy, Regional Work Shop on Drying Technology, Bangkok April 22-26, 2002, ASEAN Sub Committee on Non Conventional Energy Research. Bangkok Abdullah, K, A.H. Tambunan, Thamrin, F. Wenur dan D.Wulandani. 1994. Optimasi Optimasi dalam Perencanaan Alat Pengering Hasil Pertanian dengan Energi Surya. Laporan Penelitian Hibah Bersaing. Bogor Abdullah, K. 2002. Fish Drying Using Solar Energy. Regional Workshop on Drying Technology 22nd – 26nd April 2002. Bangkok. Anonim. ASAE Standard. 1994. USA Anonim. IDS. 1994. Proceedings of the 9th International Drying Symposium. Gold Coast, Australia. August 1-4, 1994. p.1069-1076. Bala, B.K. and M.R.A. Mondol. 1999. Experimental Investigation on Solar Drying of Fish Using Solar Tunnel Drier. Proceedings of First Asian Australian Drying Conference. Bali Bambang, S., A. Darajad, Baehaki, I.N. Widiarta, A. Setyono, S.D. Indrasari, O.S. Lesmana, dan H. Sembiring. 2007. Deskripsi Varietas Padi. Balai Besar Penelitian tanaman Padi. Subang. Jawa Barat. Berg, C.G. dan M. Karisson. 1999. Transfer Coefficients During Simultaneous Heat and Mass Transfer from A Flat Duct Surface Experimental Work. The First Asian-Australian Drying Conference. Bali. Indonesia. Bird, R.B., W.E. Stewart dan E.N. Lightfoot. 1966. Transport Phenomena. Jhon Wiley and Sons, Inc. New York Brodkey. R.S dan H.C. Hershey. 1989. Transport Phenomena . 2nd. McGraw-Hill Book Company. International Edition, New York. Brooker. D.B, F.W. Baker-Arkema dan W. Hall. 1973. Drying Cereal Grains. The AVI Publishing Co. Inc. Westport. Connecticut. Carslow, H.S. dan J.C. Jaeger. 1971. Conduction of Heat and Solid. Oxford At The Clarendon Press.

159

Chapman, A.J. 1974. Heat Transfer. Macmillan Publishers. Co. New York. Collier Macmillan Publishers. London. Charm, S.E. 1974. The Fundamentals of Food Engineering. Sec. Ed. The AVI Publ. Company., Connecticut. Dengying, L., H. Xiulan, L. Zuyi, Meng Qun, dan C. Xiaoming. 1999. Experimental Investigation on the Flow and Drying Charateristics of Two-Stage SemiCircular Impinging Stream Drying. The First Asian-Australian Drying Conference. Bali. Indonesia. p. 652-659. Devahastin, S. 2000. Mujumdar’s Practical Guide to Industrial Drying. Exergex Corporation 3795 Navarre, Brossard, Quebec, Canada. Dieter, G. E. 1991. Engineering Design A Materials nd Processing Approach. McGraw-Hill, Inc. New York Giner, S.A., D.M. Bruce. 1998. Two-Dimensional Simulation Model of Steady-state Mixed-flow Grain Drying Part 2 : Experimental Validation. J.Agric. Engng Res. (1998) 71, pp 51-66 articel No. ag980298. Geankoplis, C.J. 1983. Transport Processes and Unit Operations. Second edition. Allyn And Bacon Series in Engineering. Boston. London Hamzirwan, 2007. Harian Kompas. 13 April 2007. hal.21 Heldman, D.R. dan R.P. Singh. 1981. Food Process Engineering. AVI Publishing. Com., Inc. West Port. Connecticut. Hederson, S.M. dan R.L. Perry. 1976. Agricultural Process Engineering. The AVI Publishing Co. Inc. Westport. Connecticut. Holman, J.P. 1981. Heat Transfer. Fifth edition. McGraw-Hill, Kogakhusa, Ltd., Tokyo. Juliano, 1972. The Rice Caryopsis and its Composition. In Houston. D.F (ED) Rice. Chemistry and Technolgy. Amer. Assc. Cereal Chemist Inc. St Paul. Minnessota. p. 16-74 Kemp, J.G., G.C. Misiuer dan W.S. Roach. 1972. Development of Empirical Formula for Drying of Hay. Trans. of The ASAE. p. 723-725. Kreith, F. 1973. Priciples of Heat Transfer. Third Edition. Harper and Row Publisher. New York Leonard, W.H. dan J.H. Martin. 1963. Cereal Crops. MacMillan Publishing. Co. Inc., New York

160

Liu, Qiang, C. Cao., F.W. Bakker-Arkema. 1997. Modeling and Analysisof Mixed Flow Grain Dryer. ASAE, Vol 40 (4), pp 1099-1106. Lunde, P.J. 1980. Solar Thermal Engineering Space Heating and Hot Water Systems. John Wiley and Sons, New York. Lobsin. 1939. Drying and Dehydration. In A.C. Jason. Fish as Food. Vol III. Academic Press. New York. Miko Kumita, S. Mori. dan Y. Nishimoto. 1999. Heat and Mass Transfer in The Packed Bed Perlite Particles on Ice Plate. The First Asian-Australian Drying Conference. Bali. Indonesia. Moshenin, Nuri. 1980. Thermal Properties of Food and Agricultural Materials. Gordon and BBreach Publishers. New York. Mujumdar, A.S. dan S. Devahastin. 2001. Prinsip Dasar Pengeringan. Panduan Praktis Mujumdar untuk Pengeringan Industrial. S. Devahastin. Alih Bahasa: Tambunan, A. H., Edy H., Dyah W. Dan Nelwan, L.O. Seri Pustaka IPB Press. Mursalim. 1995. Uji Performansi Sistem Pengeringan Energi Surya dan Tungku Batubara dengan Bangunan Tembus Cahaya Sebagai Pembangkit Panas untuk Pengeringan Panili. FATETA IPB Bogor Nababan, B. 2005. Sestem Pengering Ikan Efek Rumah Kaca (ERK) Berenergi Surya Tipe Kerucut. Disertasi. Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Nelwan, L.O. 1997. Pengeringan Kakao dengan Energi Surya Menggunakan Rak Pengering dengan Kolektor Tipe Efek Rumah Kaca. Thesis. Program Pascasarjana IPB. Bogor. Nelwan, L.O. 2005. Study on Solar-Assisted Dryer with Rotating Rack for Cocoa Beans. Dissertation. Graduate School, IPB. Bogor. Nguyen, L. H, R.H. Driscoll, an G. Srzednicki. 1999. Drying of High Moisture Content Paddy in APilot Scale Triangular Spouted Bed Dryer. The First AsianAustralian Drying Conference. Bali. Indonesia. p 290-307. Perry, R.H. dan W.C. Chilton. 1973. Chemical Engineers Handbook. fifth edition McGraw-Hill Kogakusha, Ltd. Tokyo. Prijono, A. 1999. Mekanika Fluida. Jakarta

Edisi delapan. Jilid 1. Penerbit Erlangga.

Ruiten, H.T.L. 1981. Physical Properties of Paddy and Milled Rice. Grain PostHarvest Processing Technology. MSc Cource IPB, Bogor. p 1-21. Samsuri, T. 1992. Analisis Pengeringan Daun Tembakau Rajangan Menggunakan Pengering Energi Ganda. Disertasi. Program Pascasarjana IPB. Bogor 161

Steel Robert, G.D. dan J.H. Torrie. 1980. Prinsip dan Prosedur Statistika. alih Bahasa Bambang Sumantri (1995). PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Southwell, D.B., T.A.G. Langrish, dan D.F. Fletcher. 1999. Use of Computational Fluid Dynamics Techniques to Assess design Alternatives for The Plenum Chamber of Asmall Spray Dryer. Proceedings of the First Asian-Australian Drying Conference (ADC’99). Bali. Indonesia. Stocker, W.F. 1971. Design of Thermal Systems. McGraw-Hill. Kogakhusa, Ltd. Tokyo. Sukarmanto. 1996. Uji Penampilan Sistem Efek Rumah Kaca untuk Pengeringan Alkali Treated Cottonii (ATC) Chips dari Rumput Laut. Skripsi FATETA IPB. Bogor Tharir, R. 1986. Analisis Pengeringan Gabah Berdasarkan model Silindris. Disertasi Fakultas Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor. Tarigan, A.S. 1999. Uji Kinerja Rumah Kaca Pengering dengan Bantuan Sel Surya Sebagai Penggerak Kipas. Fateta IPB. Bogor. Treybal, R.E. 1981. Mass Transfer Operation. Third edition. McGraw-Hill Book Company. Japan. Ullman. D. G. 1976. The Mechanical Design Process. McGraw-Hill, Inc. New York Verboven. P, Nico. S, Josse De. B, dan Nicolai. B.M. 1999. Computational Fluid Dynamics Modelling and Validation of The Temperature Distribution in A Forced Convection Oven. Journal of Food Engineering. Vol 43. p.61-73. Versteeg. H.K. dan W. Malalasekera. 1995. An Introduction to Computational Fluid Dynamics The Finite Volume Method. Longman Sc & Technical. Malaysia. Welty, R. James, C.E. Wick, R.E. Wilson, dan G. Rorrer. Fenomena Transport. Erlangga. Jakarta.

2004.

Dasar-dasar

Wheaton, F . W. dan B.L. Thomas. 1985. Processing Aquatic Food Products. A Wiley-Interscience Publication. Jhon Wiley and Sons Inc, Canada Wulandani, D dan K. Abdullah. 1995. Penentuan Koefisien Pindah Panas Konveksi Pengeringan pada Tumpukan Gabah. Proseding Seminar Tahunan Perkembangan Peneltian Teknik Pertanian. Bogor 13-14 Maret 1995.

162

Wulandani, D. 1997. Analisa Pengeringan pada Alat Pengering Kopi Efek Rumah Kaca Berenergi Surya. Thesis. Program Pascasarjana IPB. Bogor. Wulandani, D. 2005. Kajian Distribusi Suhu, RH dan Aliran Udara Pengering untuk Optimasi Disain Pengering Efek Rumah Kaca. Disertasi. Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Young, J.H. dan T.B. Whitaker. 1971. Numerical Analisis of Vapor Difusion in Porous Composite Shell. Trans. Of The ASAE. p.1051-1056.

163

LAMPIRAN

Lampiran 1. Data pengukuran dan hasil perhitungan kalibrasi ring tranduser

Massa (Gram) 0 20 30 50 70 100 150 200 250 270 320 350 370 400 450 500 600 750 850 1000 1150 1200 1350 1500

Regangan (με) Percb.1 Percb.2 0 0 3 3 4 4 5 6 7 8 9 10 12 12 15 14 16 17 22 20 23 22 27 26 28 29 30 31 35 36 38 37 45 44 56 57 63 64 74 72 85 83 87 86 100 98 112 111

Rata-rata (με) 0.0 3.0 4.0 5.5 7.5 9.5 12.0 14.5 16.5 21.0 22.5 26.5 28.5 30.5 35.5 37.5 44.5 56.5 63.5 73.0 84.0 86.5 99.0 111.5

165

Lampiran 2. Perhitungan dimensi ring tranduser P R1

R2

t

Vo

21

w

R4

R3

Vs

Gage 1 : inside Gage 2 : outside

ε=

1.09 PR E w t2

ε = Regangan, m P = Beban, N R = Jari-jari dalam, m E = Elastisitas, N/m2 w = lebar ring, m t = tebal ring, m g = gravitasi, 9.8 m/dtk2

Bridge Box

Strainmeter Kalibrasi

166

Lampiran 3. Program basic dan hasil perhitungan dimensi ring transduser 10 CLS : T$="#.#####" 20 PRINT "RANCANGAN RING TRANSDUSER":PRINT 30 INPUT " Lebar Yang Diinginkan (mm) : ",L 40 INPUT " Beban yang digunakan (kg) : ",M 50 PRINT " Diameter Luar (mm) 60 PRINT :PRINT " 70 PRINT "

Berdasarkan Tabel Buku Krut hal 414 maka

A (mm)

80 PRINT "

51

: 51 "

B (mm) 25

C (mm)

0.5

90 PRINT " Sifat bahan ring tranduser : 100 PRINT "

Regangan : 0.002 m

110 PRINT "

E baja : 2E+11 N/m2

120 PRINT "

g

: 9.8 m/dtk2

130 PRINT : G=9.8 : P=M*G 140 RI=.025 : E=2*10^11 : W=L/1000 : EE=.002 150 T=SQR(1.09*P*RI/(E*W*EE)) 160 PRINT "Hasil Perhitungan :" 170 PRINT " Tebal Ring Tranduser (t) : ";:PRINT USING T$;T;:PRINT " m";: 180 PRINT USING T$;T;:PRINT " m";: 190 PRINT " = ";:PRINT USING T$;T*1000;:PRINT " mm" 200 END ok HASIL LUARAN PROGRAM BASIC Lebar Yang Diinginkan (mm) Beban yang digunakan (kg) Diameter Luar (mm)

: 20 : 15 : 51

Berdasarkan Tabel Buku Krut hal 414 maka A (mm) B (mm) C (mm) 51 25 0.5

167

Lampiran 2 (Lanjutan) Sifat bahan ring tranduser : Regangan E baja

: 0.002 m : 2E+11 N/m2

g

: 9.8 m/dtk2

Hasil Perhitungan : Tebal Ring Tranduser (t) : 0.00071 m = 0.70761 mm Lebar Yang Diinginkan (mm)

: 20

Beban yang digunakan (kg)

: 10

Diameter Luar (mm)

: 51

Berdasarkan Tabel Buku Krut hal 414 maka A (mm) B (mm) C (mm) 51 25 0.5 Sifat bahan ring tranduser : Regangan E baja g

: 0.002 m : 2E+11 N/m2 : 9.8 m/dtk2

Hasil Perhitungan : Tebal Ring Tranduser (t) : 0.00058 m = 0.57777 mm

168

Lampiran 4. Program basic untuk menentukan nilai Me, K, dan A 10 CLS 20 PRINT 30 DIM A(20,20),Y(20),X(20) 40 DIM M(20),DM(20),F1(20),F2(20),F3(20) 50 DIM D1(20),D2(20),D3(20) 60 DIM E1(20),E2(20),E3(20) 70 INPUT "Banyaknya Pasangan Data (N) : ",N 80 PRINT 90 PRINT "Nilai Pendugaan Untuk : 100 PRINT 110 INPUT " Me = ",ME 120 INPUT " K = ",K 130 INPUT " A = ",A 140 PRINT 150 JM=0 160 FOR I=1 TO N 170 READ Y(I),X(I) 180 M(I)=(A*(36.05-ME)*EXP(-K*Y(I)))+ME 190 DM(I)=X(I)-M(I) 200 F1(I)=1-(A*EXP(-K*Y(I))) 210 F2(I)=-Y(I)*A*(36.05-ME)*EXP(-K*Y(I)) 220 F3(I)=(36.05-ME)*EXP(-K*Y(I)) 230 D1(I)=DM(I)*F1(I) : SD1=SD1+D1(I) 240 D2(I)=DM(I)*F2(I) : SD2=SD2+D2(I) 250 D3(I)=DM(I)*F3(I) : SD3=SD3+D3(I) 260 E1(I)=(F1(I))^2 : SE1=SE1+E1(I) 270 E2(I)=(F2(I))^2 : SE2=SE2+E2(I) 280 E3(I)=(F3(I))^2 : SE3=SE3+E3(I) 290 G1(I)=F1(I)*F2(I) : SG1=SG1+G1(I) 300 G2(I)=F1(I)*F3(I) : SG2=SG2+G2(I) 310 G3(I)=F2(I)*F3(I) : SG3=SG3+G3(I) 320 NEXT I 330 A(1,1)=SE1:A(1,2)=SG1:A(1,3)=SG2

169

340 A(2,1)=SG1:A(2,2)=SE2:A(2,3)=SG3 Lampiran 4. (Lanjutan) 350 A(3,1)=SG2:A(3,2)=SG3:A(3,3)=SE3 360 A(1,4)=SD1:A(2,4)=SD2:A(3,4)=SD3 370 CLS 380 PRINT 390 INPUT "Jumlah Variabel Yang Dicari : ";N 400 PRINT 410 PRINT "Persamaan Matrik Untuk Menentukan DMe, DK dan DA 420 PRINT 430 PRINT A(1,1);A(1,2);A(1,3);A(1,4) : PRINT 440 PRINT A(2,1);A(2,2);A(2,3);A(2,4) : PRINT 450 PRINT A(3,1);A(3,2);A(3,3);A(3,4) : PRINT 460 FOR K=1 TO N-1 470

FOR I=K+1 TO N

480

A=A(I,K)

490

FOR J=K TO N+1

500 510 520

A(I,J)=A(I,J)-A(K,J)*A/A(K,K) NEXT J NEXT I

530 NEXT K 540 FOR I=N TO 1 STEP -1 550

X=0

560

FOR R=I+1 TO N

570

X=X+A(I,R)*X(R)

580

NEXT R

590

X(I)=(A(I,N+1)-X)/A(I,I)

600 NEXT I 610 PRINT "

Nilai Delta Me (DMe) = ";X(1)

620 PRINT "

Nilai Delta K (DK) = ";X(2)

630 PRINT "

Nilai Delta A (DA) = ";X(3)

640 DATA 650 DATA 660 DATA 670 DATA

170

680 DATA

Lampiran 5 . Data pengukuran dan hasil hitung perubahan massa gabah untuk tebal tumpukan 2.2 cm, kecepatan udara 0.35 m/dtk dan suhu udara 36.8 oC Berat awal gabah (kg) Kadar air awal (% bb) Kadar air awal (% bk) Berat padatan (kg) Berat air awal Kadar air keseimbangan (% bk) Faktor bentuk (A) Konstanta pengeringan (1/men) Panjang rak gabah (cm) Lebar rak gabah (cm) Tebal tumpukan (cm) Kecepatan udara (m/dtk) Suhu udara (oC)

: : : : : : : : : : : : :

4.528 24.34 32.17 3.4259 1.1021 12.32 0.97 0.0035 50 40 2.2 0.33 36.8

Persamaan hubungan massa (m, gram) dengan regangan (με) : Yreg = 0.07269 X + 0.32315 Waktu Regangan (menit) (με) 0 329.5 10 326.0 20 324.0 30 322.5 40 321.0 50 319.0 60 318.0 70 317.0 80 316.0 90 315.0 100 314.0 110 313.0 120 312.0 130 311.0 140 310.0 150 309.0 160 308.0 170 307.0 180 306.0 190 305.0 200 305.0 210 304.0 220 303.0 230 302.0

Massa Gabah (gram) 4528.00 4479.74 4452.23 4431.59 4410.96 4383.45 4369.69 4355.94 4342.18 4328.43 4314.67 4300.92 4287.16 4273.41 4259.65 4245.90 4232.14 4218.39 4204.63 4190.88 4190.88 4177.12 4163.37 4149.61

Kadar Air (% bb) 24.34 23.52 23.05 22.69 22.33 21.85 21.60 21.35 21.10 20.85 20.60 20.35 20.09 19.83 19.57 19.31 19.05 18.79 18.52 18.25 18.25 17.98 17.71 17.44

Massa Air (gram) 1102.12 1053.85 1026.34 1005.71 985.08 957.56 943.81 930.05 916.30 902.54 888.79 875.03 861.28 847.52 833.77 820.01 806.26 792.50 778.75 764.99 764.99 751.24 737.48 723.73

Air Menguap (gram) 0 48.26 75.77 96.41 117.04 144.55 158.31 172.06 185.82 199.57 213.33 227.08 240.84 254.59 268.35 282.10 295.86 309.61 323.37 337.12 337.12 350.88 364.63 378.39

Kadar Air (% bk) 32.17 30.76 29.96 29.36 28.75 27.95 27.55 27.15 26.75 26.34 25.94 25.54 25.14 24.74 24.34 23.94 23.53 23.13 22.73 22.33 22.33 21.93 21.53 21.13

KA Hitung (% bk) 31.57 30.91 30.27 29.66 29.06 28.48 27.93 27.39 26.87 26.37 25.89 25.42 24.97 24.54 24.12 23.71 23.32 22.94 22.57 22.22 21.88 21.55 21.24 20.93 171

Lampiran 5. (Lanjutan) 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450

301.0 301.0 300.0 300.0 299.0 299.0 298.0 298.0 298.0 297.0 297.0 297.0 296.0 296.0 296.0 296.0 295.0 295.0 295.0 295.0 295.0 295.0

4135.86 4135.86 4122.10 4122.10 4108.35 4108.35 4094.59 4094.59 4094.59 4080.84 4080.84 4080.84 4067.08 4067.08 4067.08 4067.08 4053.33 4053.33 4053.33 4053.33 4053.33 4053.33

17.17 17.17 16.89 16.89 16.61 16.61 16.33 16.33 16.33 16.05 16.05 16.05 15.77 15.77 15.77 15.77 15.48 15.48 15.48 15.48 15.48 15.48

709.97 709.97 696.22 696.22 682.46 682.46 668.71 668.71 668.71 654.95 654.95 654.95 641.20 641.20 641.20 641.20 627.44 627.44 627.44 627.44 627.44 627.44

392.14 392.14 405.90 405.90 419.65 419.65 433.41 433.41 433.41 447.16 447.16 447.16 460.92 460.92 460.92 460.92 474.67 474.67 474.67 474.67 474.67 474.67

20.72 20.72 20.32 20.32 19.92 19.92 19.52 19.52 19.52 19.12 19.12 19.12 18.72 18.72 18.72 18.72 18.31 18.31 18.31 18.31 18.31 18.31

20.35 20.35 20.07 19.80 19.55 19.30 19.06 18.83 18.60 18.39 18.18 17.98 17.78 17.59 17.41 17.24 17.07 16.90 16.75 16.59 16.45 16.31

172

Lampiran 6. Data pengukuran dan hasil hitung perubahan massa gabah untuk tebal tumpukan 2.2 cm, kecepatan udara 0.42 m/dtk dan suhu udara 37.6 oC Berat awal gabah (kg) Kadar air awal (% bb) Kadar air awal (% bk) Berat padatan (kg) Berat air awal Kadar air keseimbangan (% bk) Faktor bentuk (A) Konstanta pengeringan (1/men) Panjang rak gabah (cm) Lebar rak gabah (cm) Tebal tumpukan (cm) Kecepatan udara (m/dtk) Suhu udara (oC)

: : : : : : : : : : : : :

4.684 24.67 32.75 3.5285 1.1555

12.28 1.03 0.0036 50 40 2.2 0.42 37.6

Persamaan hubungan massa (m, gram) dengan regangan (με) : Yreg = 0.07269 X + 0.32315 Waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230

Regangan (με) 341.0 338.0 336.0 335.0 334.0 333.0 331.0 330.0 329.0 328.0 327.0 326.0 325.0 324.0 323.0 322.5 322.0 321.0 320.0 319.0 318.0 318.0 317.0 316.0

Massa Gabah (gram) 4684.00 4644.80 4617.29 4603.53 4589.78 4576.02 4548.51 4534.76 4521.00 4507.25 4493.49 4479.74 4465.98 4452.23 4438.47 4431.59 4424.72 4410.96 4397.20 4383.45 4369.69 4369.69 4355.94 4342.18

Kadar Air (% bb) 24.67 24.03 23.58 23.35 23.12 22.89 22.43 22.19 21.95 21.72 21.48 21.24 20.99 20.75 20.50 20.38 20.26 20.01 19.76 19.51 19.25 19.25 19.00 18.74

Massa Air (gram) 1155.54 1116.34 1088.83 1075.08 1061.32 1047.56 1020.05 1006.30 992.54 978.79 965.03 951.28 937.52 923.77 910.01 903.14 896.26 882.50 868.75 854.99 841.24 841.24 827.48 813.73

Air Menguap (gram) 0 39.20 66.71 80.47 94.22 107.98 135.49 149.24 163.00 176.75 190.51 204.26 218.02 231.77 245.53 252.41 259.28 273.04 286.80 300.55 314.31 314.31 328.06 341.82

Kadar Air (% bk) 32.75 31.64 30.86 30.47 30.08 29.69 28.91 28.52 28.13 27.74 27.35 26.96 26.57 26.18 25.79 25.60 25.40 25.01 24.62 24.23 23.84 23.84 23.45 23.06

KA Hitung (% bk) 33.36 32.64 31.94 31.26 30.61 29.98 29.37 28.78 28.21 27.67 27.14 26.63 26.13 25.66 25.20 24.75 24.32 23.91 23.51 23.12 22.75 22.39 22.04 21.71

173

Lampiran 6. (lanjutan) 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430

315.0 314.0 314.0 313.0 312.0 312.0 311.0 310.0 310.0 309.0 308.0 308.0 307.0 306.0 305.0 304.0 303.0 302.5 301.0 301.0

4328.43 4314.67 4314.67 4300.92 4287.16 4287.16 4273.41 4259.65 4259.65 4245.90 4232.14 4232.14 4218.39 4204.63 4190.88 4177.12 4163.37 4156.49 4135.86 4135.86

18.48 18.22 18.22 17.96 17.70 17.70 17.43 17.17 17.17 16.90 16.63 16.63 16.36 16.08 15.81 15.53 15.25 15.11 14.89 14.89

799.97 786.22 786.22 772.46 758.71 758.71 744.95 731.20 731.20 717.44 703.69 703.69 689.93 676.18 662.42 648.67 634.91 628.03 607.40 607.40

355.57 369.33 369.33 383.08 396.84 396.84 410.59 424.35 424.35 438.10 451.86 451.86 465.61 479.37 493.12 506.88 520.63 527.51 548.14 548.14

22.67 22.28 22.28 21.89 21.50 21.50 21.11 20.72 20.72 20.33 19.94 19.94 19.55 19.16 18.77 18.38 17.99 17.80 17.21 17.21

21.38 21.07 20.77 20.47 20.19 19.92 19.66 19.40 19.16 18.92 18.69 18.47 18.26 18.05 17.86 17.66 17.48 17.30 17.13 16.96

174


: : : : : : : : : : : : :

4.596 24.52 32.49 3.4691

1.1269 12.49 1.04 0.0036 50 40 2.2 0.38 37.2

Persamaan hubungan massa (m, gram) dengan regangan (με) : Yreg = 0.07269 X + 0.32315 Waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220

Regangan (με) 334.5 332.0 330.0 328.5 327.0 326.0 326.0 325.0 324.0 323.0 322.5 322.0 321.0 320.0 319.0 318.0 316.5 315.5 315.0 314.0 313.0 312.0 312.0

Massa Gabah (gram) 4596.00 4562.27 4534.76 4514.12 4493.49 4479.74 4479.74 4465.98 4452.23 4438.47 4431.59 4424.72 4410.96 4397.20 4383.45 4369.69 4349.06 4335.31 4328.43 4314.67 4300.92 4287.16 4287.16

Kadar Air (% bb) 24.52 23.96 23.50 23.15 22.80 22.56 22.56 22.32 22.08 21.84 21.72 21.60 21.35 21.11 20.86 20.61 20.23 19.98 19.85 19.60 19.34 19.08 19.08

Massa Air (gram) 1126.94 1093.21 1065.70 1045.06 1024.43 1010.68 1010.68 996.92 983.16 969.41 962.53 955.65 941.90 928.14 914.39 900.63 880.00 866.25 859.37 845.61 831.86 818.10 818.10

Air Menguap (gram) 0 33.73 61.24 81.88 102.51 116.26 116.26 130.02 143.77 157.53 164.41 171.28 185.04 198.80 212.55 226.31 246.94 260.69 267.57 281.33 295.08 308.84 308.84

Kadar Air (% bk) 32.49 31.51 30.72 30.13 29.53 29.13 29.13 28.74 28.34 27.94 27.75 27.55 27.15 26.75 26.36 25.96 25.37 24.97 24.77 24.38 23.98 23.58 23.58

KA Hitung (% bk) 33.29 32.57 31.88 31.21 30.57 29.95 29.35 28.77 28.21 27.67 27.14 26.64 26.15 25.68 25.23 24.79 24.37 23.96 23.57 23.18 22.82 22.46 22.12

175

230

311.0

4273.41

18.82

804.35

322.59

23.19

21.79

Lampiran 7. (Lanjutan) 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450

310.0 309.5 308.5 307.5 306.0 305.0 304.0 303.0 302.5 301.5 301.0 301.0 300.0 299.0 299.0 298.5 298.0 297.0 297.0 296.0 296.0 296.0

4259.65 4252.78 4239.02 4225.27 4204.63 4190.88 4177.12 4163.37 4156.49 4142.73 4135.86 4135.86 4122.10 4108.35 4108.35 4101.47 4094.59 4080.84 4080.84 4067.08 4067.08 4067.08

18.56 18.43 18.16 17.90 17.49 17.22 16.95 16.68 16.54 16.26 16.12 16.12 15.84 15.56 15.56 15.42 15.28 14.99 14.99 14.70 14.70 14.70

790.59 783.71 769.96 756.20 735.57 721.82 708.06 694.31 687.43 673.67 666.80 666.80 653.04 639.29 639.29 632.41 625.53 611.78 611.78 598.02 598.02 598.02

336.35 343.22 356.98 370.73 391.37 405.12 418.88 432.63 439.51 453.27 460.14 460.14 473.90 487.65 487.65 494.53 501.41 515.16 515.16 528.92 528.92 528.92

22.79 22.59 22.20 21.80 21.20 20.81 20.41 20.01 19.82 19.42 19.22 19.22 18.82 18.43 18.43 18.23 18.03 17.64 17.64 17.24 17.24 17.24

21.47 21.16 20.86 20.57 20.29 20.03 19.77 19.52 19.28 19.04 18.82 18.60 18.39 18.19 17.99 17.80 17.62 17.44 17.27 17.11 16.95 16.79

176


: : : : : : : : : : : : :

4.486 24.42 32.31 2.6347

0.8513 12.56 0.97 0.0038 50 40 1.5 0.44 37.8


Regangan (με) 253.5 250.0 249.0 247.5 246.0 245.0 244.0 243.0 242.0 242.0 240.0 239.5 239.0 238.0 237.0 236.0 235.0 234.5 233.5 233.0 232.0 231.5 231.0 230.0

Massa Gabah (gram) 3480.00 3438.15 3416.71 3399.05 3381.57 3365.56 3352.26 3339.07 3326.40 3313.83 3301.76 3289.79 3277.90 3266.50 3254.37 3242.74 3231.18 3219.71 3208.72 3198.96 3188.87 3179.24 3170.42 3163.18

Kadar Air (% bb) 24.42 23.50 23.02 22.62 22.22 21.85 21.54 21.23 20.93 20.63 20.34 20.05 19.76 19.48 19.18 18.89 18.60 18.31 18.03 17.78 17.52 17.27 17.04 16.85

Massa Air (gram) 851.28 809.36 787.88 770.19 752.68 736.64 723.32 710.11 697.42 684.82 672.74 660.74 648.83 637.41 625.26 613.61 602.04 590.55 579.53 569.76 559.65 550.00 541.17 533.91

Air Menguap (gram) 0 47.85 69.29 86.95 104.43 120.44 133.74 146.93 159.60 172.17 184.24 196.21 208.10 219.50 231.63 243.26 254.82 266.29 277.28 287.04 297.13 306.76 315.58 322.82

Kadar Air (% bk) 32.31 30.72 29.90 29.23 28.57 27.96 27.45 26.95 26.47 25.99 25.53 25.08 24.63 24.19 23.73 23.29 22.85 22.41 22.00 21.62 21.24 20.88 20.54 20.26

KA Hitung (% bk) 31.72 31.06 30.42 29.81 29.21 28.64 28.09 27.55 27.04 26.54 26.06 25.60 25.15 24.71 24.30 23.89 23.50 23.13 22.76 22.41 22.07 21.75 21.43 21.13

177

Lampiran 8 (Lanjutan) 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430

230.0 229.0 229.0 228.0 228.0 227.5 227.0 227.0 226.5 226.5 226.0 226.0 225.5 225.5 225.5 225.0 225.0 225.0 225.0 225.0

3156.35 3149.54 3143.15 3136.77 3131.17 3125.22 3120.03 3115.96 3112.64 3109.33 3106.03 3102.36 3099.80 3097.25 3094.70 3091.79 3089.25 3089.25 3089.25 3089.25

16.67 16.49 16.32 16.15 16.00 15.84 15.70 15.59 15.50 15.41 15.32 15.22 15.15 15.08 15.01 14.93 14.86 14.64 14.64 14.64

527.07 520.26 513.85 507.46 501.85 495.89 490.69 486.62 483.29 479.97 476.66 472.99 470.43 467.87 465.32 462.40 459.85 451.88 451.88 451.88

329.65 336.46 342.85 349.23 354.83 360.78 365.97 370.04 373.36 376.67 379.97 383.64 386.20 388.75 391.30 394.21 396.75 396.75 396.75 396.75

20.00 19.75 19.50 19.26 19.05 18.82 18.62 18.47 18.34 18.22 18.09 17.95 17.86 17.76 17.66 17.55 17.45 17.15 17.15 17.15

20.83 20.55 20.27 20.01 19.75 19.50 19.26 19.03 18.81 18.60 18.39 18.19 17.99 17.81 17.63 17.45 17.28 17.12 16.96 16.81

178


: : : : : : : : : : : : :

3.613 24.59 32.61 2.7246 0.8884

12.43 0.95 0.0039 50 40 1.5 0.39 37.4


Regangan (με) 263.0 261.0 259.5 257.0 255.0 254.0 253.5 252.0 251.0 250.0 249.0 248.0 247.0 246.5 245.0 244.0 243.0 242.0 241.0 240.0 239.5 238.5 238.5 237.0

Massa Gabah (gram) 3613.00 3586.14 3565.51 3531.12 3503.60 3489.85 3482.97 3462.33 3448.57 3434.82 3421.06 3407.30 3393.55 3386.67 3366.03 3352.27 3338.52 3324.76 3311.00 3297.25 3290.37 3276.61 3276.61 3255.98

Kadar Air (% bb) 24.59 23.50 23.02 22.62 22.22 21.85 21.54 21.23 20.93 20.63 20.34 20.05 19.76 19.48 19.18 18.89 18.60 18.31 18.03 17.78 17.52 17.27 17.04 16.85

Massa Air (gram) 888.44 836.96 814.75 796.45 778.35 761.76 747.99 734.32 721.20 708.17 695.68 683.27 670.95 659.15 646.59 634.53 622.57 610.68 599.29 589.18 578.74 568.76 559.63 552.12

Air Menguap (gram) 0 26.86 47.49 81.88 109.40 123.15 130.03 150.67 164.43 178.18 191.94 205.70 219.45 226.33 246.97 260.73 274.48 288.24 302.00 315.75 322.63 336.39 336.39 357.02

Kadar Air (% bk) 32.61 30.72 29.90 29.23 28.57 27.96 27.45 26.95 26.47 25.99 25.53 25.08 24.63 24.19 23.73 23.29 22.85 22.41 22.00 21.62 21.24 20.88 20.54 20.26

KA Hitung (% bk) 31.60 30.94 30.30 29.69 29.10 28.52 27.97 27.43 26.92 26.42 25.94 25.47 25.03 24.59 24.17 23.77 23.38 23.00 22.64 22.29 21.95 21.62 21.31 21.00

179

Lampiran 9. (Lanjutan) 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430

236.0 235.0 234.0 233.5 233.0 232.5 232.5 232.0 231.0 230.0 229.0 228.0 227.0 227.0 226.5 226.0 226.0 225.5 225.5 225.5

3242.22 3228.46 3214.70 3207.83 3200.95 3194.07 3194.07 3187.19 3173.43 3159.68 3145.92 3132.16 3118.40 3118.40 3111.53 3104.65 3104.65 3097.77 3097.77 3097.77

16.67 16.49 16.32 16.15 16.00 15.84 15.70 15.59 15.50 15.41 15.32 15.22 15.15 15.08 15.01 14.93 14.86 14.72 14.72 14.72

545.04 538.00 531.37 524.77 518.96 512.80 507.42 503.21 499.77 496.34 492.92 489.12 486.47 483.82 481.18 478.17 475.53 470.28 470.28 470.28

370.78 384.54 398.30 405.17 412.05 418.93 418.93 425.81 439.57 453.32 467.08 480.84 494.60 494.60 501.47 508.35 508.35 515.23 515.23 515.23

20.00 19.75 19.50 19.26 19.05 18.82 18.62 18.47 18.34 18.22 18.09 17.95 17.86 17.76 17.66 17.55 17.45 17.26 17.26 17.26

20.71 20.42 20.15 19.88 19.62 19.38 19.14 18.91 18.68 18.47 18.26 18.06 17.87 17.68 17.50 17.33 17.16 16.99 16.84 16.69

180

Lampiran 10. Data kelembaban udara lingkungan dan ruang pengering Waktu (menit) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 Rata-rata St. Dev

Lingkungan Percobaan 1 (RH), % RH (%) 55.4 48.6 59.0 52.3 55.2 48.5 54.0 49.2 55.2 47.5 53.4 48.2 53.6 49.0 54.0 49.0 54.7 49.4 54.0 48.8 55.0 49.2 59.0 50.4 54.0 49.0 57.0 48.4 54.7 48.3 55.2 49.1 1.78 1.11

Percobaan 2 RH (%) 52.4 52.0 52.2 49.6 47.8 49.5 48.2 50.6 49.3 49.8 49.8 50.2 50.7 50.2 50.5 50.2 1.32

Percobaan 3 RH (%) 49.7 49.2 50.0 49.0 49.0 49.2 49.4 49.0 50.0 50.3 49.4 49.0 49.0 49.0 49.0 49.3 0.45

181

Lampiran 11. Data suhu dan kecepatan udara pada inlet rak pengering Waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 Rata-rata Stdev

Percobaan 1 Suhu Kecepatan (oC) (m/dtk) 37.3 38.0 37.8 37.4 36.6 38.0 38.4 37.5 38.0 38.0 37.6 37.5 36.8 38.2 37.5 37.0 37.60 0.51

0 0.45 0.42 0.38 0.40 0.44 0.40 0.40 0.42 0.40 0.44 0.44 0.46 0.40 0.42 0.40 0.40 0.42 0.02


0 0.47 0.50 0.50 0.48 0.45 0.50 0.50 0.50 0.44 0.50 0.45 0.47 0.43 0.50 0.46 0.46 0.48 0.03


0 0.44 0.40 0.40 0.42 0.40 0.44 0.50 0.45 0.44 0.50 0.47 0.42 0.42 0.46 0.43 0.48 0.44 0.03

182

Lampiran 12. Data pengukuran kecepatan diatas rak pengering pada percobaan 1 Waktu (menit)

Y = 15 (mm)

Y = 20 (mm)

Y = 25 (mm)

Y = 30 (mm)

Y = 35 (mm)

Y = 40 (mm)

Y = 45 (mm)

Y = 50 (mm)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 Rata-rata Stdev. (πy/π∞)

0.00 0.18 0.19 0.19 0.22 0.22 0.19 0.19 0.19 0.22 0.20 0.19 0.19 0.19 0.22 0.22 0.20 0.22 0.23 0.23 0.23 0.20 0.205 0.0169 0.4887

0.00 0.18 0.19 0.19 0.19 0.18 0.19 0.19 0.19 0.20 0.20 0.18 0.18 0.22 0.20 0.20 0.19 0.19 0.20 0.20 0.22 0.22 0.195 0.0125 0.4649

0 0.18 0.18 0.18 0.20 0.19 0.19 0.19 0.19 0.18 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.20 0.20 0.18 0.18 0.21 0.21 0.21 0.191 0.0101 0.4558

0 0.19 0.18 0.18 0.18 0.19 0.19 0.19 0.21 0.21 0.18 0.18 0.20 0.19 0.18 0.18 0.18 0.21 0.20 0.23 0.22 0.22 0.195 0.0160 0.4637

0 0.24 0.24 0.26 0.19 0.22 0.25 0.22 0.20 0.24 0.22 0.23 0.22 0.25 0.22 0.24 0.24 0.22 0.23 0.22 0.24 0.21 0.229 0.0171 0.5442

0 0.32 0.32 0.24 0.36 0.28 0.32 0.30 0.35 0.33 0.32 0.32 0.35 0.32 0.30 0.32 0.32 0.35 0.34 0.34 0.34 0.34 0.323 0.0270 0.7687

0 0.30 0.24 0.28 0.28 0.28 0.26 0.29 0.26 0.28 0.28 0.26 0.25 0.24 0.24 0.26 0.29 0.26 0.28 0.28 0.26 0.26 0.268 0.0175 0.6383

0 0.28 0.33 0.30 0.29 0.32 0.32 0.29 0.30 0.33 0.30 0.32 0.32 0.30 0.29 0.32 0.29 0.34 0.30 0.30 0.32 0.32 0.309 0.0165 0.7347

183


Y = 15 (mm)

Y = 20 (mm)

Y = 25 (mm)

Y = 30 (mm)

Y = 35 (mm)

Y = 40 (mm)

Y = 45 (mm)

Y = 50 (mm)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 Rata-rata Stdev.

0.00 0.30 0.30 0.29 0.30 0.28 0.26 0.29 0.26 0.28 0.28 0.26 0.25 0.28 0.32 0.28 0.28 0.26 0.25 0.28 0.30 0.30 0.281 0.0189 0.6667

0 0.27 0.26 0.24 0.24 0.26 0.25 0.26 0.24 0.24 0.26 0.24 0.27 0.25 0.26 0.24 0.26 0.25 0.26 0.24 0.26 0.26 0.253 0.0106 0.5952

0 0.26 0.24 0.26 0.30 0.28 0.25 0.25 0.29 0.27 0.26 0.26 0.28 0.29 0.29 0.26 0.26 0.28 0.26 0.26 0.28 0.32 0.271 0.0193 0.6190

0 0.32 0.36 0.35 0.36 0.33 0.32 0.30 0.35 0.33 0.35 0.32 0.35 0.37 0.36 0.33 0.35 0.32 0.35 0.37 0.36 0.34 0.342 0.0192 0.6429

0 0.33 0.32 0.32 0.34 0.32 0.32 0.35 0.34 0.33 0.30 0.32 0.32 0.35 0.32 0.33 0.30 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.324 0.0129 0.8095

0 0.30 0.30 0.33 0.30 0.32 0.35 0.34 0.32 0.32 0.35 0.34 0.33 0.30 0.30 0.32 0.35 0.34 0.33 0.30 0.30 0.30 0.321 0.0192 0.7619

0 0.34 0.32 0.32 0.35 0.32 0.30 0.35 0.34 0.32 0.35 0.33 0.30 0.32 0.34 0.32 0.30 0.35 0.34 0.32 0.35 0.35 0.330 0.0176 0.7857

0 0.35 0.36 0.33 0.34 0.36 0.36 0.33 0.35 0.35 0.35 0.34 0.33 0.32 0.32 0.35 0.34 0.33 0.32 0.32 0.36 0.34 0.342 0.0143 0.8095

(πy/π∞)

184

Lampiran 14. Data pengukuran kecepatan diatas rak pengering pada percobaan 3 Y = 15 Waktu (menit) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 Rata-rata Stdev.

(πy/π∞)

Y = 25

Y = 30

Y = 35

Y = 40

Y = 45

Y = 50

(mm)

Y= 20 (mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

0.00 0.20 0.20 0.20 0.22 0.22 0.22 0.20 0.19 0.22 0.20 0.20 0.23 0.22 0.22 0.22 0.20 0.22 0.19 0.22 0.22 0.211 0.0123 0.5263

0.00 0.19 0.22 0.20 0.23 0.23 0.22 0.22 0.19 0.20 0.20 0.18 0.18 0.22 0.20 0.20 0.19 0.19 0.20 0.20 0.22 0.204 0.0157 0.5100

0 0.18 0.18 0.22 0.22 0.20 0.19 0.19 0.19 0.20 0.23 0.23 0.22 0.22 0.24 0.20 0.20 0.22 0.18 0.21 0.21 0.207 0.0181 0.5163

0 0.19 0.18 0.23 0.22 0.22 0.22 0.24 0.21 0.22 0.26 0.26 0.20 0.19 0.22 0.22 0.18 0.21 0.20 0.23 0.22 0.216 0.0223 0.5400

0 0.24 0.24 0.26 0.28 0.22 0.25 0.22 0.28 0.30 0.30 0.23 0.22 0.25 0.22 0.24 0.24 0.22 0.23 0.22 0.24 0.245 0.0263 0.6125

0 0.32 0.32 0.35 0.34 0.30 0.32 0.30 0.35 0.33 0.32 0.32 0.35 0.32 0.34 0.32 0.32 0.35 0.34 0.34 0.34 0.330 0.0157 0.8238

0 0.30 0.32 0.30 0.30 0.28 0.30 0.32 0.30 0.28 0.28 0.26 0.33 0.33 0.26 0.26 0.29 0.32 0.30 0.35 0.33 0.301 0.0256 0.7513

0 0.30 0.33 0.30 0.30 0.32 0.32 0.32 0.34 0.33 0.30 0.32 0.32 0.30 0.30 0.32 0.32 0.34 0.30 0.30 0.32 0.315 0.0140 0.7875

185


Y = 15 (mm)

Y = 20 (mm)

Y = 25 (mm)

Y = 30 (mm)

Y = 35 (mm)

Y = 40 (mm)

Y = 45 (mm)

Y = 50 (mm)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 Rata-rata Stdev.

0.00 0.30 0.30 0.29 0.30 0.28 0.26 0.29 0.26 0.28 0.28 0.26 0.25 0.28 0.32 0.28 0.28 0.26 0.25 0.28 0.30 0.30 0.281 0.0189 0.6667

0 0.27 0.26 0.24 0.24 0.26 0.25 0.26 0.24 0.24 0.26 0.24 0.27 0.25 0.26 0.24 0.26 0.25 0.26 0.24 0.26 0.26 0.253 0.0106 0.5952

0 0.26 0.24 0.26 0.30 0.28 0.25 0.25 0.29 0.27 0.26 0.26 0.28 0.29 0.29 0.26 0.26 0.28 0.26 0.26 0.28 0.32 0.271 0.0193 0.6190

0 0.32 0.36 0.35 0.36 0.33 0.32 0.30 0.35 0.33 0.35 0.32 0.35 0.37 0.36 0.33 0.35 0.32 0.35 0.37 0.36 0.34 0.342 0.0192 0.6429

0 0.33 0.32 0.32 0.34 0.32 0.32 0.35 0.34 0.33 0.30 0.32 0.32 0.35 0.32 0.33 0.30 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.324 0.0129 0.8095

0 0.30 0.30 0.33 0.30 0.32 0.35 0.34 0.32 0.32 0.35 0.34 0.33 0.30 0.30 0.32 0.35 0.34 0.33 0.30 0.30 0.30 0.321 0.0192 0.7619

0 0.34 0.32 0.32 0.35 0.32 0.30 0.35 0.34 0.32 0.35 0.33 0.30 0.32 0.34 0.32 0.30 0.35 0.34 0.32 0.35 0.35 0.330 0.0176 0.7857

0 0.35 0.36 0.33 0.34 0.36 0.36 0.33 0.35 0.35 0.35 0.34 0.33 0.32 0.32 0.35 0.34 0.33 0.32 0.32 0.36 0.34 0.342 0.0143 0.8095

(πy/π∞)

186

Lampiran 16. Data pengukuran suhu diatas rak pengering pada percobaan 1 Waktu (menit) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 Rata-rata

Y = 15 (mm) 30.6 30.4 33.2 32.4 33.0 33.9 33.8 34.0 33.4 33.6 34.2 34.7 34.6 34.2 33.5 33.8 33.4 34.8 34.0 34.0 34.6 34.0 33.69

Y = 20 (mm) 30.6 30.4 34.3 32.0 33.8 33.6 34.6 33.4 34.0 33.4 34.2 34.6 34.0 34.4 33.2 33.9 34.2 33.8 34.0 33.2 33.2 33.5 33.60

Y = 25 (mm) 30.6 30.4 33.6 32.6 33.8 33.2 34.2 33.0 33.6 33.6 34.5 34.2 34.8 35.5 36.2 36.5 35.0 35.2 35.6 34.8 34.8 35.3 34.30

Y = 30 (mm) 30.6 30.4 33.0 34.0 33.4 35.0 34.2 36.0 35.0 35.0 35.0 35.7 34.8 34.0 35.0 35.0 35.5 36.2 35.4 35.0 35.0 36.4 34.71

Y = 35 (mm) 30.6 30.4 33.2 32.7 34.0 34.2 34.8 34.0 33.8 34.0 33.8 34.0 34.6 35.9 35.0 34.6 35.0 34.5 35.0 35.4 34.6 35.8 34.25

Y = 40 (mm) 30.6 34.0 34.0 34.8 34.0 34.5 34.6 34.3 35.3 35.0 35.0 35.0 35.0 36.5 35.0 35.0 36.0 35.5 36.0 35.8 35.0 35.0 35.01

Y = 45 (mm) 30.6 34.5 35.3 35.0 36.4 36.0 36.0 36.4 36.8 36.0 35.0 35.6 36.0 36.2 36.0 35.0 36.0 36.6 36.8 37.0 35.0 36.2 35.90

Y = 50 (mm) 30.6 34.2 36.0 34.7 35.0 37.0 36.0 35.6 36.0 35.0 36.6 35.0 36.8 36.5 36.6 35.0 36.0 36.0 37.0 36.2 35.0 36.5 35.84

187


Y = 15 (mm) 30.4 32.2 33.8 33.2 33.4 33.6 33.0 33.0 32.3 33.6 33.5 33.0 32.4 32.5 33.5 33.8 33.6 33.6 34.0 33.0 33.0 33.5 33.21

Y = 20 (mm) 30.4 32.6 33.8 33.2 34.2 33.0 34.5 35.0 34.0 33.4 34.2 34.6 34.0 34.4 35.0 33.6 33.8 34.0 34.0 34.2 34.6 34.0 34.00

Y = 25 (mm) 30.4 33.6 33.6 33.7 34.2 34.5 34.0 34.0 34.0 35.0 34.8 34.2 34.8 34.4 34.6 35.0 35.0 35.2 35.6 34.8 34.8 35.3 34.53

Y = 30 (mm) 30.4 33.0 33.0 34.0 33.4 34.0 34.2 34.6 35.0 34.8 34.0 34.0 34.5 35.0 34.0 34.0 34.2 34.6 34.0 35.0 34.3 34.5 34.20

Y = 35 (mm) 30.4 34.0 34.4 33.5 33.6 34.6 35.9 35.0 34.6 34.4 34.0 33.6 33.8 34.0 34.0 34.2 34.6 34.5 34.0 35.4 34.6 35.8 34.40

Y = 40 (mm) 30.4 34.4 35.0 35.0 36.0 36.7 36.0 35.7 36.0 36.8 35.6 35.0 35.2 36.5 35.4 35.0 36.0 35.5 36.0 35.8 35.0 35.0 35.60

Y = 45 (mm) 30.4 34.5 35.3 35.6 36.4 36.8 35.6 35.0 35.2 36.5 35.4 36.0 36.0 35.5 36.0 35.0 36.0 36.6 36.8 36.7 35.0 36.2 35.81

Y = 50 (mm) 30.4 35.0 35.2 36.5 36.6 36.7 36.0 36.5 36.8 36.0 36.7 37.0 36.4 36.0 36.8 36.5 36.2 36.0 36.3 36.0 35.6 35.5 36.20

188


Y = 15 (mm) 30.6 33.4 33.0 33.4 34.0 34.4 34.0 33.9 33.0 33.4 34.2 34.6 34.0 34.4 33.2 33.9 33.2 33.2 33.0 33.4 33.0 33.0 33.60

Y = 20 (mm) 30.6 33.2 34.2 33.0 33.6 33.6 34.0 33.0 33.6 33.6 34.5 34.2 34.8 34.5 34.5 34.2 35.0 35.2 35.6 34.8 34.6 34.6 34.20

Y = 25 (mm) 30.6 33.2 34.2 33.0 33.6 33.6 34.0 33.0 34.0 34.5 34.2 34.6 34.0 33.7 33.2 33.9 34.2 33.8 34.0 33.2 34.0 34.0 33.80

Y = 30 (mm) 30.6 34.0 34.5 34.6 35.0 34.5 34.2 34.8 34.5 34.5 35.0 35.0 35.2 35.4 34.8 35.6 34.5 34.2 34.8 34.5 34.5 34.5 34.70

Y = 35 (mm) 30.6 34.4 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0 36.0 35.5 36.0 35.8 35.0 34.8 34.0 34.5 34.6 34.3 35.3 35.0 35.0 35.01

Y = 40 (mm) 30.6 34.2 35.0 35.4 36.0 36.7 36.0 36.8 36.0 36.7 35.6 36.2 36.0 36.6 36.5 36.2 36.0 35.4 35.0 36.0 35.8 35.8 35.90

Y = 45 (mm) 30.6 35.0 35.0 35.3 37.0 36.8 36.5 36.0 36.0 36.5 36.0 37.0 36.0 36.6 36.8 36.8 36.4 36.6 36.4 36.0 35.7 35.7 36.20

Y = 50 (mm) 30.6 35.7 36.0 36.5 36.0 36.0 36.5 36.8 37.0 37.0 36.6 36.8 36.0 36.5 36.8 37.0 36.0 36.6 36.8 36.4 36.8 36.8 36.50

189


Y = 15 (mm) 30.4 32.2 33.8 33.2 33.4 33.6 33.0 33.0 32.3 33.6 33.5 33.0 32.4 32.5 33.5 33.8 33.6 33.6 34.0 33.0 33.0 33.5 33.21

Y = 20 (mm) 30.4 32.6 33.8 33.2 34.2 33.0 34.5 35.0 34.0 33.4 34.2 34.6 34.0 34.4 35.0 33.6 33.8 34.0 34.0 34.2 34.6 34.0 34.00

Y = 25 (mm) 30.4 33.6 33.6 33.7 34.2 34.5 34.0 34.0 34.0 35.0 34.8 34.2 34.8 34.4 34.6 35.0 35.0 35.2 35.6 34.8 34.8 35.3 34.53

Y = 30 (mm) 30.4 33.0 33.0 34.0 33.4 34.0 34.2 34.6 35.0 34.8 34.0 34.0 34.5 35.0 34.0 34.0 34.2 34.6 34.0 35.0 34.3 34.5 34.20

Y = 35 (mm) 30.4 34.0 34.4 33.5 33.6 34.6 35.9 35.0 34.6 34.4 34.0 33.6 33.8 34.0 34.0 34.2 34.6 34.5 34.0 35.4 34.6 35.8 34.40

Y = 40 (mm) 30.4 34.4 35.0 35.0 36.0 36.7 36.0 35.7 36.0 36.8 35.6 35.0 35.2 36.5 35.4 35.0 36.0 35.5 36.0 35.8 35.0 35.0 35.60

Y = 45 (mm) 30.4 34.5 35.3 35.6 36.4 36.8 35.6 35.0 35.2 36.5 35.4 36.0 36.0 35.5 36.0 35.0 36.0 36.6 36.8 36.7 35.0 36.2 35.81

Y = 50 (mm) 30.4 35.0 35.2 36.5 36.6 36.7 36.0 36.5 36.8 36.0 36.7 37.0 36.4 36.0 36.8 36.5 36.2 36.0 36.3 36.0 35.6 35.5 36.20

Lampiran 20. Hasil pengukuran kadar air akhir gabah (% bb) dengan menggunakan oven Pengukuran Percob. 1 1 14.90 2 15.07 3 14.82 4 14.94 Rata-Rata 14.93

Percob. 2 14.52 14.49 14.55 14.50 14.52

Percob. 3 14.56 14.82 15.00 14.92 14.83

Percob. 4 14.46 14.5 14.43 14.50 14.47

190

Lampiran 21 : Uji F untuk perbandingan kecepatan dan suhu pada lebar rak gabah 12 cm dan 24 cm, pada kecepatan 0.42 m/dtk dan suhu 37.6 C a. Panjang Rak 50 cm Percobaan 1 dan 2 : T = 37.6 C dan v = 0.42 m/dtk Suhu

Y (mm)

Z= 12 cm

33,70 33,60 34,30 34,70 34,25 35,00 35,29 35,84

15 20 25 30 35 40 45 50 ΣX ΣX² Rata-rata Stdev Suhu

ΣT Rata-rata

Z= 24 cm

Kecepatan

Z= 12 cm

32,92 33,42 33,64 33,93 34,86 34,72 35,58 36,02

0,19 0,20 0,20 0,23 0,33 0,26 0,28

Z= 24 cm

0,17 0,19 0,21 0,27 0,31 0,31 0,28 0,34

276,68

275,09

0,31 2,00

9573,18 34,59 0,78

9467,59 34,39 1,09

0,52 0,25 0,05

0,57 0,26 0,06

2,08

T1

T2

T1-T1r

(T1-T1r)²

T2-T2r

(T2-T2r)²

33,70 33,60 34,30 34,70 34,25 35,00 35,29 35,84

32,92 33,42 33,64 33,93 34,86 34,72 35,58 36,02

-0,88

0,78

-1,47

2,15

-0,98

0,97

-0,97

0,93

-0,29

0,08

-0,75

0,56

0,12

0,01

-0,46

0,21

-0,34

0,11

0,47

0,22

0,41

0,17

0,33

0,11

0,70

0,50

1,19

1,43

276,68 34,59

275,09 34,39

1,26 0,00

1,58 4,20

1,63 0,00

2,67 8,28

S

2

[ΣY =

2 1

S Y1 − Y 2 = th =

] [

− (ΣΣ 1 ) 2 /n + ΣY22 − (ΣΣ 2 ) 2 /n 2 (n − 1)

2S n

2

Y1 − Y2 S Y1 − Y2

S² = 0,8916 ST1r -ST2r = 0,4721

Ragam sampel Simpangan baku

]

Lampiran 21. (Lanjutan) Tabel : Analisis ragam data suhu Sumber Jumlah Keragaman db Kuadrat Perl. Suhu 1 0,158 Antar X25 14 7,247 dan X 50 Total 15 7,405 Kecepatan

v2

v1-v1r

(v1-v1r)²

v2-v2r

(v2-v2r)²

0,17 0,19 0,21 0,27 0,31 0,31 0,28 0,34

-0,06

0,0036

-0,0900

0,0081

-0,05

0,0025

-0,0700

0,0049

-0,05

0,0025

-0,0500

0,0025

-0,02

0,0004

0,0100

0,0001

0,08

0,0064

0,0500

0,0025

0,01

0,0001

0,0500

0,0025

0,03

0,0009

0,0200

0,0004

0,06 0,00

0,0036 0,0200

0,0800 0,0000

0,0064 0,0274

0,23 0,33 0,26 0,28 0,31 2,00 0,25

2,08 0,26

S² = 0,0034 Sv1r -Sv2r = 0,0291


Tabel : Analisis ragam data kecepatan Sumber Jumlah Kuadrat Keragaman db Kuadrat Tengah Perl. Suhu 1 0,0004 0,0004 Antar X25 14 0,0474 0,0034 dan X50 Total 15 0,048

ΣT Rata-rata

F Tabel (α=0.05) 4,54

v1

0,20

RH

F Hitung 0,305

0,19 0,20

ΣT Rata-rata

Kuadrat Tengah 0,158 0,518

RH1 52,30 48,50 49,20 47,50 48,20 49,00 49,00 49,40 393,10 49,14

RH2 52,00 52,20 49,60 47,80 49,50 48,20 50,60 50,20 400,10 50,01

F Hitung 0,118

RH1-RH1r (RH1-RH1r)² RH2-RH2r 3,16 10,0014 1,9875 -0,64 0,4064 2,1875 0,06 0,0039 -0,4125 -1,64 2,6814 -2,2125 -0,94 0,8789 -0,5125 -0,14 0,0189 -1,8125 -0,14 0,0189 0,5875 0,26 0,0689 0,1875 14,0788 0,0000 0,00

F Tabel (α=0.05) 4,54

(RH2-RH2r)² 3,9502 4,7852 0,1702 4,8952 0,2627 3,2852 0,3452 0,0352 17,7288

Lampiran 21. (Lanjutan) S² = 2,2720 SRH1r -SRH2r 0,7537


Tabel : Analisis ragam data kecepatan Sumber Jumlah Kuadrat Keragaman db Kuadrat Tengah Perl. Suhu 1 10,6024 10,6024 Antar X25 14 31,8075 2,2720 dan X 50 Total 15 42,410

Percobaan 3 dan 4 : T = 37.4 C dan v = 0.39 m/dtk Suhu

Suhu

ΣT Rata-rata

F Hitung 4,667

F Tabel (α=0.05) 4,54

Kecepatan

X= 25 cm

X= 50 cm

RH

Y (mm)

X= 25 cm

X= 50 cm

X= 25 cm

15 20 25 30 35 40 45 50 ΣX ΣX² Rata-rata Stdev

33,60 34,00 34,20 34,60 34,30 34,00 34,60 33,80 273,10 9323,85 34,14 0,36

33,00 33,20 33,00 33,40 33,80 34,00 33,40 33,40 267,20 8925,36 33,40 0,35

0,23 0,27 0,30 0,28 0,27 0,29 0,28 0,27 2,19 0,60 0,27 0,02

0,19 0,19 0,19 0,22 0,20 0,26 0,20 0,23 1,68 0,36 0,21 0,03

52,40 52,70 49,80 49,00 49,80 50,00 50,20 50,00 403,90 20404,17 50,49 1,32

T1 33,60 34,00 34,20 34,60 34,30 34,00 34,60 33,80 273,10 34,14

T2 33,00 33,20 33,60 33,40 33,80 34,00 33,40 33,40 267,80 33,48

T1-T1r -0,98 -0,59 -0,38 0,02 -0,29 -0,59 0,02 -0,79 -3,58

(T1-T1r)² 0,97 0,34 0,15 0,00 0,08 0,34 0,00 0,62 2,50

T2-T2r -1,39 -1,19 -0,79 -0,99 -0,59 -0,39 -0,99 -0,99 -7,29

(T2-T2r)² 1,92 1,41 0,62 0,97 0,34 0,15 0,97 0,97 7,36

X= 50 cm 53,00 51,60 50,80 49,70 50,00 50,00 50,20 50,40 405,70 20582,49 50,71 1,10

Lampiran 21. (Lanjutan) S² = 0,7042 ST1r -ST2r = 0,4196 Tabel : Analisis ragam data suhu Sumber Jumlah Keragaman db Kuadrat Perl. Suhu 1 1,756 Antar X25 14 9,859 dan X 50 Total 15 11,614

Kecepatan

ΣT Rata-rata

v1 0,23 0,27 0,30 0,28 0,27 0,29 0,28 0,27 2,19 0,27

v2 0,19 0,19 0,19 0,22 0,20 0,26 0,20 0,23 1,68 0,21

v1-v1r 0,03 0,07 0,10 0,08 0,07 0,09 0,08 0,07 0,59

S² = 0,0039 ST1r -ST2r = 0,0311



(v1-v1r)² 0,0009 0,0049 0,0100 0,0064 0,0049 0,0081 0,0064 0,0049 0,0465

F Hitung 17,699

F Tabel (α=0.01) 8,86

v2-v2r 0,0000 0,0000 0,0000 0,0300 0,0100 0,0700 0,0100 0,0400 0,1600

(v2-v2r)² 0,0000 0,0000 0,0000 0,0009 0,0001 0,0049 0,0001 0,0016 0,0076



F Hitung 4,207

F Tabel (α=0.01) 8,86

Lampiran 21. (Lanjutan) RH

ΣT Rata-rata

RH1 52,40 52,70 49,80 49,00 49,80 50,00 50,20 50,00 403,90 50,49

RH2 53,00 51,60 50,80 49,70 50,00 50,00 50,20 50,40 405,70 50,71

RH1-RH1r (RH1-RH1r)² RH2-RH2r 3,90 15,2100 0,8000 4,20 17,6400 -0,6000 1,30 1,6900 -1,4000 0,50 0,2500 -2,5000 1,30 1,6900 -2,2000 1,50 2,2500 -2,2000 1,70 2,8900 -2,0000 1,50 2,2500 -1,8000 43,8700 -11,9000 15,90

S² = 5,0000 SRH1r -SRH2r 1,1180

(RH2-RH2r)² 0,6400 0,3600 1,9600 6,2500 4,8400 4,8400 4,0000 3,2400 26,1300



F Hitung 4,942

F Tabel (α=0.05) 4,54

Lampiran 22 : Uji F untuk perbandingan kecepatan dan suhu pada lebar rak gabah 12 cm dan 24 cm, pada kecepatan 0.42 m/dtk dan suhu 37.6 C

a. Panjang Rak 50 cm Percobaan 1 dan 2 : T = 37.6 C dan v = 0.42 m/dtk Suhu Kecepatan

Y (mm)

33,70 33,60 34,30 34,70 34,25 35,00 35,29 35,84

32,92 33,42 33,64 33,93 34,86 34,72 35,58 36,02

276,68

275,09

0,31 2,00

9573,18 34,59 0,78

9467,59 34,39 1,09

0,52 0,25 0,05

0,57 0,26 0,06

T1

T2

T1-T1r

(T1-T1r)²

T2-T2r

(T2-T2r)²

33,70 33,60 34,30 34,70 34,25 35,00 35,29 35,84

32,92 33,42 33,64 33,93 34,86 34,72 35,58 36,02

-0,88

0,78

-1,47

2,15

-0,98

0,97

-0,97

0,93

-0,29

0,08

-0,75

0,56

0,12

0,01

-0,46

0,21

-0,34

0,11

0,47

0,22

0,41

0,17

0,33

0,11

0,70

0,50

1,19

1,43

276,68 34,59

275,09 34,39

1,26 0,00

1,58 4,20

1,63 0,00

2,67 8,28


ΣT Rata-rata

Z= 12 cm Z= 24 cm Z= 12 cm Z= 24 cm

S2 =

[ΣY

2 1

0,20 0,20 0,23 0,33 0,26 0,28

] [

0,17 0,19 0,21 0,27 0,31 0,31 0,28 0,34 2,08

− (ΣΣ 1 ) 2 /n + ΣY22 − (ΣΣ 2 ) 2 /n 2 (n − 1)

S Y1 − Y 2 = th =

0,19

Y1 − Y2 S Y1 − Y2

2S n

2

]

Lampiran 22. (Lanjutan) S² = 0,8916 ST1r -ST2r = 0,4721

Tabel : Analisis ragam data suhu Sumber Jumlah Keragaman db Kuadrat Perl. Suhu 1 0,158 Antar X25 14 7,247 dan X 50 Total 15 7,405 Kecepatan


F Hitung 0,305

F Tabel (α=0.05) 4,54

v1

v2

v1-v1r

(v1-v1r)²

v2-v2r

(v2-v2r)²

0,19

0,17 0,19 0,21 0,27 0,31 0,31 0,28 0,34

-0,06

0,0036

-0,0900

0,0081

-0,05

0,0025

-0,0700

0,0049

-0,05

0,0025

-0,0500

0,0025

-0,02

0,0004

0,0100

0,0001

0,08

0,0064

0,0500

0,0025

0,01

0,0001

0,0500

0,0025

0,03

0,0009

0,0200

0,0004

0,06 0,00

0,0036 0,0200

0,0800 0,0000

0,0064 0,0274

0,20 0,20 0,23 0,33 0,26 0,28 ΣT Rata-rata


0,31 2,00 0,25

2,08 0,26

S² = 0,0034 Sv1r -Sv2r = 0,0291



F Hitung 0,118

F Tabel (α=0.05) 4,54

Lampiran 22. (Lanjutan)

b. Panjang Rak 25 cm Percobaan 1 dan 2 : T = 37.6 C dan v = 0.42 m/dtk Suhu Kecepatan

Y (mm)

33,20 34,00 34,50 34,20 34,40 35,60 35,80 36,20

30,30 32,76 33,56 34,07 34,22 34,36 35,24 35,68

277,90 9660,93 34,74 1,03

270,19 9144,88 33,77 1,67

0,34 2,33 0,69 0,29 0,05

T1

T2

T1-T1r

(T1-T1r)²

T2-T2r

(T2-T2r)²

33,20 34,00 34,50 34,20 34,40 35,60 35,80 36,20

30,30 32,76 33,56 34,07 34,22 34,36 35,24 35,68

-1,52

2,31

29,89

893,11

-0,72

0,52

32,35

1046,20

-0,22

0,05

33,15

1098,59

-0,52

0,27

33,66

1132,66

-0,32

0,10

33,81

1142,78

0,88

0,77

33,95

1152,26

1,08

1,17

34,83

1212,78

277,90 34,74

270,19 33,77

1,48 0,14

2,19 7,38

35,27 266,87

1243,62 8922,00


ΣT Rata-rata

Z= 12 cm Z= 24 cm Z= 12 cm Z= 24 cm 0,25 0,23 0,23 0,31 0,32 0,32 0,33

0,16 0,2 0,22 0,27 0,28 0,29 0,32 0,34 2,08 0,57 0,26 0,06

S² = 637,8132 Ragam sampel ST1r -ST2r = 12,6275 Simpangan baku

Tabel : Analisis ragam data suhu Sumber Jumlah Keragaman db Kuadrat Perl. Suhu 1 3,715 Antar X25 14 7,247 dan X 50 Total 15 10,962


F Hitung 7,177

F Tabel (α=0.05) 4,54

Lampiran 22. (Lanjutan)

Kecepatan

v1

v2

v1-v1r

(v1-v1r)²

v2-v2r

(v2-v2r)²

0,25

0,16 0,2 0,22 0,27 0,28 0,29 0,32 0,34

0,08

0,0064

0,2200

0,0484

0,06

0,0036

0,2600

0,0676

0,06

0,0036

0,2800

0,0784

0,14

0,0196

0,3300

0,1089

0,15

0,0225

0,3400

0,1156

0,15

0,0225

0,3500

0,1225

0,16

0,0256

0,3800

0,1444

0,17 0,97

0,0289 0,1327

0,4000 2,5600

0,1600 0,8458

0,23 0,23 0,31 0,32 0,32 0,33 ΣT Rata-rata

0,34 2,33 0,29

2,08 0,26

S² = 0,0699 Sv1r -Sv2r = 0,1322



F Hitung 0,056

F Tabel (α=0.05) 4,54

Lampiran 23. Contoh perhitungan uji t untuk menentukan ada tidaknya perbedaan hasil pengukuran dengan hasil model persamaan mamtematik lapisan batas Kecep. :

Percobaan 1

Y (mm)

Model

Data

D-m


0,3119830 0,4055680 0,5671761 0,6265000 0,7204022 0,7861904 0,8544516 0,9613281 5,23 3,77 0,65 0,22

0,45 0,46 0,46 0,54 0,78 0,62 0,67 0,74 4,72 2,90 0,59 0,13

0,14 0,05 -0,11 -0,09 0,06 -0,17 -0,19 -0,22

Data 0,45 0,46 0,46 0,54 0,78 0,62 0,67 0,74 4,72 0,59

M - Mr -0,34 -0,25 -0,09 -0,03 0,07 0,13 0,20 0,31 0,00

(M-Mr)² 0,12 0,06 0,01 0,00 0,00 0,02 0,04 0,09 0,34

Model 0,3119830 0,4055680 0,5671761 0,6265000 0,7204022 0,7861904 0,8544516 0,9613281 Σ 5,23 Rata-rata 0,65

S2 =

[ΣY

2 1

D - Dr -0,14 -0,13 -0,13 -0,05 0,19 0,03 0,08 0,15 0,00

] [

− (ΣΣ 1 ) 2 /n + ΣY22 − (ΣΣ 2 ) 2 /n 2 (n − 1)

S Y1 − Y 2 =

2S n

S² = 0,0332 ST1r -ST2r = 0,0910 t= t=

0,707 2,145

2

th =

(D-Dr)² 0,02 0,02 0,02 0,00 0,04 0,00 0,01 0,02 0,12

]

Y1 − Y2 S Y1 − Y2

Ragam sampel Standard deviasi antara model dengan data t hitung (t, α=0.05)

SK = (Y2 − Y1 ) ± tα ( S Y1 −Y2 ) Untuk selang kepercayaan 90 %, peluang nilai perbedaan suhu antar panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm adalah : Batas bawah : -0,26 Batas atas : 0,13

Lampiran 23. (Lanjutan) Suhu : Percobaan 1

Σ Rata-rata

Y (mm)

Model

Data

D-m


0,26958 0,31198 0,35733 0,40557 0,59651 0,68846 0,85445 0,99811 4,48 3,02 0,56 0,27

0,37 0,44 0,43 0,53 0,44 0,51 0,60 0,76 4,08 2,19 0,51 0,12

0,10 0,13 0,07 0,12 -0,16 -0,18 -0,25 -0,24

Data 0,37 0,44 0,43 0,53 0,44 0,51 0,60 0,76 4,08 0,51

M - Mr -0,38 -0,34 -0,30 -0,25 -0,06 0,03 0,20 0,34 -0,75

(M-Mr)² 0,15 0,12 0,09 0,06 0,00 0,00 0,04 0,12 0,58

Model 0,26958 0,31198 0,35733 0,40557 0,59651 0,68846 0,85445 0,99811 4,48 0,56

S² = 0,0526 ST1r -ST2r = 0,1146

t= t=

0,438 2,145

D - Dr -0,22 -0,15 -0,16 -0,06 -0,15 -0,08 0,01 0,17 -0,64

(D-Dr)² 0,05 0,02 0,03 0,00 0,02 0,01 0,00 0,03 0,16

Ragam sampel Standard deviasi antara model dengan data

t hitung (t, α=0.05)

SK = (Y2 − Y1 ) ± tα ( S Y1 −Y2 ) Untuk selang kepercayaan 90 %, peluang nilai perbedaan suhu antar panjang permukaan rak 25 cm dan 50 cm adalah : Batas bawah : -0,30 Batas atas : 0,20

MAAF HALAMAN INI PADA LEMBAR ASLINYA MEMANG TIDAK ADA

PERPINDAHAN MASSA, MOMENTUM DAN ENERGI SECARA SIMULTAN PADA SISTEM PENGERING MUHAMAD SYAIFUL

Recommend Documents