“RANCANG BANGUN OVEN BERKAPASITAS 0,5 KG BAHAN BASAH DENGAN PENAMBAHAN BUFFLE UNTUK MENGARAHKAN SIRKULASI UDARA PANAS DI DALAM OVEN ”
Oleh : FARIZ HIDAYAT 2107 030 011
Pembimbing : Ir. Joko Sarsetyanto, MT.
PROGRAM STUDI DIPLOMA III JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010
LATAR BELAKANG
• • •
Usaha penganekaragaman pangan Menjamin mutu kentang dan mempercepat waktu pengeringan dengan pengeringan secara mekanik Penanganan pasca panen
P e mbimbing : Ir. Joko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
RUMUSAN MASALAH
Dalam menunjang proses pengeringan diperlukan suatu alat pengering yang tidak tergantung oleh sinar matahari. Untuk itu akan dilakukan rancang bangun alat pengering kentang yang memanfaatkan energi panas yang berasal dari kompor berbahan bakar gas LPG.
P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
TUJUAN
Untuk menghasilkan rancangan oven dengan buffle Untuk mengetahui tingkat keberhasilan alat pengering kentang Untuk mengetahui distribusi temperatur Untuk mengetahui kestabilan temperatur dan kelembaban dalam alat pengering kentang Untuk mengetahui laju perpindahan panas pada alat pengering kentang
P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
BATASAN MASALAH 1. Dalam perhitungan diasumsikan : • Kondisi steady state. • Permukaan plat penyerap rata. • Efek radiasi diabaikan. • Kompor berbahan bakar gas LPG dianggap sebagai sumber panas. • Temperatur dan kelembaban udara diluar alat pengering dianggap konstan. 2. Penulis tidak membahas karakteristik aliran udara yang melalui kentang. 3. Penulis hanya membahas proses perpindahan panas secara umum. 4. Tidak membahas rancangan konstruksi alat dan kontrol. P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Mulai
DIAGRAM ALIR TUGAS AKHIR
Studi Literatur Perencanaan Alat Perakitan Alat
Pengujian
Hasil Pengujian [T(°C), V(m/s), berat bahan(gr), waktu pengeringan(menit), h(mm), berat bahan bakar(kg)
Tidak
Ya
Analisa Perhitungan dan Pembahasan Kesimpulan
Selesai P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Analisa Perhitungan Beberapa Data Yang Diperlukan Dimensi model Alat Pengering Panjang = 55 cm = 0,55 m Lebar = 55 cm = 0,55 m Tinggi = 75 cm = 0.75 m Data dinding » Bahan Dinding Triplek (softwood) Tebal (L) = 1,2 cm = 0,012 m Konduktivitas termal (k) = 0,12 W/m°K » Luas permukaan dinding bagian depan (A1) = (0,55 x 0,55)m2 = 0,3025m2 bagian kanan(A2) = (0,55 x 0,55)m2 + (1/2x0,55x0,01)m2 = 0,33m2 bagian kiri (A3)=(A2 ) = 0,33m2 bagian belakang (A4) = (0,55 x 0,75) = 0.4125 m2 bagian atas (A5) = (0,55 x 0,5)m2 = 0,275m2 bagian cerobong (A6) = (0,55 x 0,07)m2=0,0385m2 P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
» Data rak dan bak penampung lemak cair Panjang = 52cm = 0,52m Lebar = 45cm = 0,45m » Ukuran lubang udara Panjang = 55cm = 0,55m Lebar = 3cm = 0,03m (Av) = (0,55 x 0,03)m2 = 0,0165m2 » Data bahan ( kentang )
Jari – jari (r) = 0,045 m Luas permukaan bahan (As) = ( x (0,045m)2) = 0,0064 m2
P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
1
2
Keterangan Gambar : 1. Cerobong pengering 2. Lubang Udara 3. Sumber panas kompor berbahan bakar gas LPG 4. Rak penampung bahan basah 5. Buffle 6. Ruang Pengering
3
4 5 6
P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto,MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Data Hasil Pengujian Alat Pengering Kentang
No.
Tingg i Cerob ong
Mass Mass Temp Temp Temp a a Dinding Dinding Udara Baha Baha dalam Luar dalam n n Pengeri Pengeri Pengeri Basa Kerin ng ng ng h g
Temp dindi Temp Udara ng dala Luar Penger m cerob ing ong
C)
(0C)
49.5
81
110
51
0.084
109
0.5
0.083
0.5
0.085
Mass Mass a a Baha Baha n n Bakar Bakar Awal Akhir
Rh
Waktu Penge ringan
(0C)
C)
(mm)
(Kg)
(Kg)
(%)
(t)
86
37,92
56,33
62
2,3
8
7,55
63,5
140
83
85
38,48
55,11
62
1,9
7,55
7,124
61,6
126
52
83
85
38,6
53,46
63
1,4
7,124
6,72
58,8
118
109,5
52
84
83
39,22
52,16
63
1
6,72
6,335
62,4
113
113
52,4
85
82
39,24
49,87
63
0,7
6,335
5,966
59,4
106
(Kg)
(Kg)
C)
C)
1.
0.1
0.5
0.086
107,5
2.
0.3
0.5
0.081
3.
0.5
0.5
4.
0.7
5.
0.9
Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
h Air pada Tabu ng Pitot
C)
(m)
P e mbimbing :
Temp Temp udara Produ keluar k cerobo Kering ng
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
PERHITUNGAN Perhitungan Qloss Perhitungan kecepatan (V) udara melalui cerobong Perhitungan laju perpindahan massa (Qevap) Perhitungan panas yang keluar cerobong (Qout) Perhitungan Panas yang masuk melalui lubang udara pengering(Qinfiltrasi) Perhitungan panas yang masuk ke pengering (Qin) Perhitungan panas yang tersimpan ke pengering (Qst)
P embimbing :
I r. J oko S arsetyanto,MT.
Program Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Perhitungan untuk Qloss Menghitung koefisien konveksi T 1= 81 C Ts1 = 107,5 0C = 22,81. 10-6 m2/s Pr = 0,695 = 0,0027 K-1 = 32,798 . 10-6 m2/s k = 31,311 . 10-3
h1
Pe mbimbing : Ir. J oko S arsetyanto,MT.
Nu L k L
g
Ra L
NuL
L3
Ts T
0,670RaL
0,68 1
1 4 4 9 9 16
0,492 Pr
Progr am Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Data Hasil Perhitungan Koefisien Konveksi
Ketinggian Cerobong (m)
Pembimbing :
Ir. Joko Sarsetyanto, MT.
h1
h2
htop
W m2 K
W m2 K
W m2 K
0,1
3,31
2,83
3,49
0,3
3.33
2.87
3.54
0,5
3.3
2.92
3.59
0,7
3.28
2.86
3.55
0,9
3.36
2.91
3.58
Program Studi D3 Teknik M esin F TI-ITS
Menghitung Qloss h1,h2 k1, k2 T 1 T 2
R tot "
1 h2
L1 k1
Q loss tot =
P embimbing : I r. Joko Sarsetyanto, MT.
L2 k2
Q loss
1 h1
Q"loss
Q
"
loss
T
1
T
Rtot
2
"
Q loss A
P rogram Studi D3 T eknik Mesin FTI-ITS
Tabel Hasil Perhitungan Qloss
P embimbing : I r. J oko S arsetyanto, MT.
Posisi Ketinggian Cerobong (m)
Qloss (W)
0,1
98,06
0,3
99,58
0,5
99,38
0,7 0.9
100,11 103,6
Program S tudi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Perhitungan Kecepatan Aliran Udara (V) Melalui Cerobong
T
h 1
udara
2 Po
V
udara
air
V
2
air
gh
udara
P embimbing :
I r. J oko S arsetyanto, MT.
P
Po
P
air
gh
P rogram Studi D3 Teknik Mesin F TI-ITS
Tabel Hasil Perhitungan Kecepatan Udara (V)
P embimbing : I r. J oko S arsetyanto, MT.
Posisi Ketinggian Cerobong (m) 0,1
V (m/s ) 6,765
0,3
6,164
0,5
5,291
0,7
4,478
0,9
3,751
Program S tudi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Perhitungan Laju Perpindahan Massa (Qevap) V,L T , Ts v,DAB u.sat,hfg
m hm As
Sc
u,sat Ts
u,sat T
D AB
hm
Re
ShL DAB L
V .L L
1
ShL
Qevap m hfg
P embimbing :
I r. J oko S arsetyanto, MT.
1
hm L 0,664Re2 Sc3 DAB
Program S tudi D3 Teknik Mesin F TI-ITS
Tabel Hasil Laju Perpindahan Massa (Qevap) Ketinggian Cerobong (m)
P embimbing : I r. J oko S arsetyanto, MT.
mu
kg s
Qevap (W)
0,1
5,04.10-5
143,85
0,3
6,65.10-5
156,44
0,5
5,99.10-5
140,75
0,7
5,88.10-5
138,16
0,9
5,5.10-5
129,43
Program S tudi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Perhitungan Panas yang Masuk (Qin)
mbb LHV
P embimbing :
I r. J oko S arsetyanto, MT.
Qin mbb LHV
P rogram Studi D3 Teknik Mesin F TI-ITS
Tabel Hasil Panas yang Masuk (Qin)
Posisi Ketinggian Cerobong (m) 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9
P embimbing : I r. J oko S arsetyanto, MT.
Qin (W) 2496,8 2626,3 2659,5 2646,56 2704,08
Program S tudi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Perhitungan panas yang keluar cerobong (Qout) V,L T 3, Ts3 v,DAB
Sc
D AB
Re
V .L L
u.sat
mout hm As
u,sat Ts
u,sat T
hm
ShL DAB L
ShL
hm L DAB
0,664Re
Qout mout Cp (Ts T )
P embimbing :
I r. J oko S arsetyanto, MT.
1 2
Program S tudi D3 Teknik Mesin F TI-ITS
1 3
Sc
Tabel Hasil Panas yang Keluar Cerobong (Q out)
Posisi Ketinggian Cerobong (m)
P embimbing : I r. J oko S arsetyanto, MT.
0,1
Qout cerobong (W) 17,84
0,3 0,5
18,33 18,11
0,7 0,9
13,78 13,18
Program S tudi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Perhitungan Panas yang masuk ke pengering(Qinfiltrasi)
1,
Cp
2
m out
m inf il m evap
Qinf iltrasi minf il Cp (T 1 T 2 )
P embimbing :
I r. J oko S arsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin F TI-ITS
Tabel Hasil Panas yang Masuk Pengering (Q infiltrasi)
Posisi Ketinggian Cerobong (m)
Qinfiltrasi (W)
0,1
22,83 23,10
0,3 0,5 0,7 0,9
P embimbing : I r. J oko S arsetyanto, MT.
21,74 17,33 16,23
Program S tudi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Perhitungan Panas yang Tersimpan dalam Pengering (Qst)
Qin Qloss Qevap Qout Qinfiltrasi
Qst= Qin –(Qloss + Qevap + Qout + Qinfiltrasi)
P embimbing :
I r. J oko S arsetyanto, MT.
Qin + Qg=Qout + Qst, asumsi Qg = 0
Qst= Qin – Qout
P rogram Studi D3 Teknik Mesin F TI-ITS
Tabel Hasil Panas yang Tersimpan (Qst)
Posisi Ketinggian Cerobong (m)
Qst (W)
0,1
2214,22 2328,85
0,3 0,5 0,7 0,9
P embimbing : I r. J oko S arsetyanto, MT.
2379,52 2377,18 2441,64
Program S tudi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Neraca Kesetimbangan Energi
Qst= Qin – Qout
Qst= Qin –(Qloss + Qevap + Qout + Qinfiltrasi)
P embimbing : I r. J oko S arsetyanto, MT.
Program S tudi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Kesimpulan • • • • • • • • •
Kerugian panas (Q loss ) yang terbesar yaitu sebesar 103,6 W, terjadi pada saat ketinggian cerobong 0,9 m. Kecepatan udara tertinggi saat melewati cerobong yaitu sebesar 6,765 m/s, terjadi pada saat ketinggian cerobong 0,1m. Laju perpindahan massa dari bahan basah menjadi bahan kering ( m) dan kalor penguapan (Qevap ) terbesar yaitu sebesar 6,65.10-5 Kg/s dan 156,44 W, terjadi pada saat ketinggian cerobong 0,3m. Panas yang masuk ke dalam pengering (Q in ) yang terbesar yaitu sebesar 2704,08 W, terjadi pada saat ketinggian cerobong 0,9m yang dipengaruhi oleh kompor yang berbahan bakar gas LPG. Panas yang tersimpan dalam pengering (Q st ) yang terbesar yaitu sebesar 2441,64 W, terjadi pada saat ketinggian cerobong 0,9m. Panas yang keluar melalui cerobong (Q out ) yang terbesar yaitu sebesar 18,33 W, terjadi pada saat ketinggian cerobong 0,3m. Panas yang masuk ke pengering (Q infiltrasi) yang terbesar yaitu sebesar 23,10 W, terjadi pada saat ketinggian cerobong 0,3m. Waktu pengeringan yang tercepat terjadi saat ketinggian cerobong 0,9m dalam waktu 106 menit, dengan kecepatan volume udara (V) yang melewati cerobong sebesar 3,751 m/s. Kadar air teruapkan dari kentang terbesar yaitu 83,8%, terjadi pada saat ketinggian cerobong 0,3m.
P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Saran Untuk memperkecil kerugian panas ( Q loss ) pada oven yang menembus dinding pengering, seluruh dinding pengering dapat dilapisi dengan isolator panas contohnya glasswool agar oven dapat bekerja secara maksimal dan efisien.
P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Bentuk Alat Pengering
P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
Gambar Cerobong Pengering
P e mbimbing : Ir. J oko Sarsetyanto, MT.
P rogram Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS
PROGRAM STUDI DIPLOMA III JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010