BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL

Transkripsi

1 BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL Pada bab ini dibahas mengenai pemaparan analisis dan interpretasi hasil dari output yang didapatkan penelitian. Analisis penelitian ini dijabarkan dan diuraikan pada sub bab berikut : 5.1 Analisis Kondisi Fisik Rancangan Kotak Pengumpul Panas Pada subbab ini dijelaskan mengenai analisis kondisi fisik rancangan kotak pengumpul panas yang terdiri dari aspek fungsionalitas rancangan serta spesifikasi dan material rancangan kotak pengumpul panas Fungsionalitas Rancangan Hasil rancangan kotak pengumpul panas dengan penerapan konsep reflektor dan lapisan kaca ganda telah memenuhi kebutuhan rancangan dari pengguna dalam hal ini petani biofarmaka. Kebutuhan mengenai kapasitas panas yang dihasilkan lebih besar telah dapat dipenuhi oleh rancangan dengan output panas kotak pengumpul panas yang lebih besar dari pada rancangan sebelumnya seperti yang dapat dilihat pada subbab 4.6 mengenai pengujian alat. Kemudian kebutuhan mengenai alat yang sulit dipindahkan juga telah terpenuhi dengan penggunaan roda pada rancangan. Kebutuhan mengenai keawetan rancangan dituangkan dalam solusi yaitu penggunaan material yang lebih baik seperti papan ACP dan galvalum sehingga rancangan dapat bertahan dalam jangka waktu yang lama. Serta, kebutuhan terakhir mengenai kebersihan alat diakomodasi dengan penggunaan material yang tidak berjamur dan berkarat seperti papan ACP dan galvalum sehingga kebersihan dari alat dapat terjaga. Secara fungsionalitas, rancangan kotak pengumpul panas dapat berjalan dengan sangat baik. Alat dapat menghasilkan udara panas yang kemudian dapat digunakan untuk melakukan pengeringan rimpang basah dalam pembuatan simplisia. Penggunaan reflektor dapat meningkatkan cahaya yang masuk ke kotak pengumpul panas sehingga panas yang dihasilkan lebih tinggi, dan lapisan kaca ganda menjadi sistem insulasi sehingga panas yang dihasilkan tidak keluar. Kedua konsep tersebut berfungsi dengan sangat baik. Akan tetapi, perlu dilakukan perbaikan mengenai sistem penyangga commit pada to user reflektor sehingga pengguna dapat V-1

2 lebih dimudahkan dalam pengaturan kemiringannya. Rancangan saat ini hanya melakukan penyanggaan dengan menggunakan besi penyangga sehingga diperlukan perbaikan penyangga reflektor Spesifikasi dan Material Rancangan Kotak Pengumpul Panas Spesifikasi dari rancangan kotak pengumpul panas terdiri dari dimensi serta material penyusun rancangan. Dimensi dari rancangan kotak pengumpul panas mengacu kepada rancangan sebelumnya yaitu rancangan Muttaqin, dkk. dkk. (2015). Dengan penggunaan dimensi yang sama sehingga dapat dilihat perbandingan performa antara rancangan sebelumnya dengan rancangan yang sedang dikembangkan. Pada rancangan kotak pengumpul panas, material penyerap dan penyimpan panas hasil radiasi matahari terbuat dari plat gelombang dengan bahan galvalum. Bentuk gelombang dipilih dikarenakan bentuk gelombang memiliki permukaan yang lebih luas dibandingkan dengan plat datar sehingga kotak pengumpul panas dapat menyerap dan menyimpan lebih banyak panas. Sedangkan dari sisi material, galvalum dipilih karena memiliki konduktivitas yang lebih baik dibandingkan dengan seng yaitu sebesar 166 W/m K. Alasan lain penggunaan galvalum sebagai plat penyerap panas dikarenakan objek pengeringan yang berupa rimpang biofarmaka sehingga dibutuhkan alat yang bersih dan higienis, maka pemilihan galvalum lebih tepat dikarenakan lebih tahan korosi dibandingkan dengan seng. Dalam aplikasinya, plat gelombang disusun dua lapis guna meningkatkan penyerapan panas sehingga pemanasan dapat bertahan lebih lama. Penggunaan cat hi-tempt pada part penyerapan panas dapat meningkatkan penyerapan panas dikarenakan cat tersebut berwarna hitam doff dengan tanpa menutup pori pori material serta ketahanan terhadap suhu tinggi lebih baik dibandingkan cat yang lain sehingga alat dapat bertahan dalam waktu yang lama. Material penyusun dinding kotak pengumpul panas menggunakan papan ACP meningkatkan performa dari rancangan. Jika rancangan alat sebelumnya menggunakan kayu yang bersifat menyerap panas, pada rancangan ini ACP dengan susunan karet sebagai filler dan alumunium sebagai skin komposit sehingga material ACP dapat mengisolasi panas sangat baik. Penggunaan papan ACP juga meningkatkan usia dari commit alat karena to user sifat dari papan ACP yang tahan V-2

3 terhadap korosi, suhu luar, tahan api sehingga alat dapat digunakan disegala kondisi cuaca tanpa terancam akan korosi dan pelapukan seperti penggunaan kayu. Rancangan ini menggunakan galvalum sebagai material penyusun rangka dari kotak pengumpul panas. Penggunaan galvalum didasarkan kepada material yang kuat dan tahan terhadap korosi. Akan tetapi, penggunaan galvalum sebagai rangka ternyata memiliki kelemahan yaitu tingkat kesulitan pengerjaan. Oleh karena itu, perlu dipertimbangkan material lain sebagai penyusun rangka seperti alumunium yang tahan terhadap korosi, kuat, dan mudah dalam pengerjaannya meskipun harganya sedikit lebih mahal dibandingkan dengan galvalum. Untuk sudut kemiringan rangka sebesar 9 derajad yang mengacu pada penelitian pangestuningtyas (2013), panas yang dihasilkan lebih baik dibandingkan dengan alat sebelumnya dengan sudut kemiringan 15 derajad. Untuk material penyusun lapisan kaca ganda, penggunaan kaca sebagai lapisan luar memiliki peranan penting dikarenakan lapisan luar dari kaca ganda akan bersinggungan dengan suhu luar sehingga diperlukan material yang tahan akan goresan dan bersifat kuat. Pemilihan akrilik sebagai lapisan kaca dalam merupakan pemilihan yang tepat karena akrilik merupakan bahan yang mampu meneruskan cahaya lebih baik dari pada kaca yaitu sebesar % dan memiliki konduktivitas yang lebih kecil dibandingkan kaca sehingga dapat menyimpan panas lebih baik dibandingkan dengan kaca. Konduktivitas termal dari akrilik adalah 0,17 W/mK dengan transmisi panas berkisar antara 63-68%. Dengan berat jenis akrilik sebesar antara kg/m 3 sehingga lebih ringan dibandingkan dengan kaca. Akan tetapi, penggunaan akrilik dengan ukuran 2 milimeter ternyata dirasa kurang tepat karena dengan ketebalan hanya 2 milimeter, akan mempersuit pemasangan dan akrilik akan sangat lentur sehingga untuk lebih baiknya, ketebalan akrilik disesuaikan dengan kebutuhan sehingga akan mempermudah pemasangan dan tidak terlalu elastis. Untuk reflektor, posisi penempatan reflektor berada di empat sisi yaitu depan, belakang, samping kanan, dan samping kiri. Hal ini berbeda dengan hasil rancangan Scanlin, dkk. (1999), pada rancangan Scanlin, dkk. (1999) reflektor hanya diletakkan pada bagian depan commit dan to belakang user dikarenakan peletakan bagian V-3

4 samping akan menghasilkan bayangan. Akan tetapi pada penelitian ini, reflektor diletakkan di bagian samping kotak pengumpul panas dengan diberikan perhitungan mengenai pengaturan sudut yang sesuai sehingga ketika diaplikasikan, tidak menghasilkan bayangan hitam sehingga kotak pengumpul panas bisa bekerja dengan optimal. Penggunaan stainless steel dengan permukaan yang mengkilap dapat memantulkan cahaya dengan baik. Sifat stainless steel yang tahan terhadap korosi sangatlah cocok digunakan sebagai material reflektor dikarenakan penggunaan reflektor yang mengharuskan material tahan terhadap korosi dan suhu luar dan tidak mudah buram. Stainless steel memiliki kelebihan dibandingkan dengan cermin apabila penggunaan diluar ruangan karena cermin akan mudah buram dan stainless steel akan mudah dalam membersihkan dibandingkan dengan cermin. Akan tetapi, dalam rancangan ini perlu diperhitungkan ulang mengenai dimensi maksimal dari reflektor sehingga tidak memakan tempat dan memperberat rancangan dikarenakan stainless steel bersifat berat. Rancangan pada penelitian ini memiliki berat yang bernilai lebih besar jika dibandingkan dengan rancangan sebelumnya. Hal ini dikarenakan penggunaan konsep reflektor dan double glazing, sehingga memerlukan rangka yang lebih kuat untuk menyangga. Pengaplikasian kedua konsep tersebut menambah jumlah material yang digunakan sehingga memberikan beban yang lebih berat pula pada rancangan. Meskipun dengan beban material yang lebih berat dibandingkan dengan rancangan sebelumnya. Akan tetapi, hal tersebut tidak mengurangi mobilitas dikarenakan pengaplikasian roda pada rancangan sehingga meskipun lebih berat, rancangan tetap dapat dimobilisasi dengan mudah. 5.2 Analisis Proses Pemanasan Setelah proses pembuatan alat selesai, kemudian dilakukan pengujian alat dengan melihat performa alat yang bekerja dalam meningkatkan suhu aliran udara. Berdasarkan hasil pengujian pada bab IV, dapat kita lihat bahwa panas maksimal yang dihasilkan alat terjadi pada pertengahan hari dengan kisaran waktu pukul Sedangkan hasil panas terkecil terjadi pada pukul pagi hari yang kemudian terus meningkat hingga pada puncaknya pada pukul Hasil terendah didapatkan pada pukul 09.00, hal ini dikarenakan posisi matahari yang masih pada posisi rendah sehingga commit sebaran to user panas lebih luas sehingga penerimaan V-4

5 radiasi panas menjadi lebih kecil dibandingkan dengan ketika matahari pada posisi tinggi. Selain itu, pada pukul alat masih dalam kondisi starting panas dari suhu lingkungan yang rendah sisa malam hari. Peningkatan suhu pada hasil pengujian performa rancangan kotak pengumpul panas tergambar pada grafik secara tidak linier. Hal ini disebabkan oleh kondisi lingkungan yang menyebabkan adanya perubahan sebaran radiasi matahari seperti pada kondisi mendung yang menutupi cahaya matahari sehingga kotak pengumpul panas menerima radiasi lebih rendah dibandingkan dengan ketika cuaca cerah. Turunnya kalor yang dihasilkan pada pengujian alat yang disebabkan oleh kondisi cuaca mendung yang menyebabkan suhu luar menjadi turun. Turunnya suhu luar berbanding terbalik dengan suhu dalam kotak pengering masih tinggi sehingga menyebabkan aliran udara panas menjadi semakin cepat masuk kedalam kotak pengumpul panas karena kepadatan udara didalam kotak lebih rendah dibandingkan dengan diluar (suhu lingkungan). Dengan semakin cepatnya aliran udara yang masuk dengan suhu yang rendah, panas yang tersimpan pada plat gelombang akan semakin cepat terambil sehingga hasil pemanasan akan menurun. 5.3 Analisis Uji ANOVA Uji Anova dapat digunakan untuk menyelidiki apakah ada pengaruh faktor terhadap respon penelitian. Pada penelitian ini dilakukan uji ANOVA untuk mengetahui apakah ada pengaruh dari penerapan konsep reflektor dan lapisan kaca ganda (double glazing) pada rancangan. Uji ANOVA dilakukan untuk mengetahui apakah ada perbedaan energi kalor yang dihasilkan oleh perlakuan single glazing, double glazing,single glazing with reflector, double glazing with reflector. Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan Fhitung > Ftabel ( > 4.75), sehingga Ho ditolak dengan menerima Ha yaitu ada perbedaan energi kalor yang dihasilkan oleh perlakuan single glazing, double glazing,single glazing with reflector, double glazing with reflector. Perbedaan pada uji ANOVA menunjukkan bahwa ada pengaruh dari penerapan berbagai konsep pada rancangan dasar kotak pengumpul panas. Berdasar pada hasil pengamatan, dapat dilihat bahwa aliran udara panas tertinggi dihasilkan oleh rancangan konsep commit kotak to user pengumpul panas menggunakan V-5

6 gabungan penerapan konsep reflektor dan lapisan kaca ganda. Hal ini menunjukkan bahwa penerapan kedua konsep tersebut bekerja dengan baik sehingga menghasilkan aliran udara panas yang lebih tinggi dibandingkan konsep lain. Tingginya aliran udara panas yang dihasilkan kedua konsep ini disebabkan oleh masuknya cahaya matahari kedalam kotak pengumpul panas yang lebih banyak karena cahaya yang masuk dilipat gandakan oleh konsep reflektor sehingga kotak pengumpul panas menerima lebih banyak radiasi matahari. Kemudian ditambah adanya sistem insulasi yang lebih baik yaitu pengaplikasian konsep lapisan kaca ganda (double glazing) yang dapat mengurangi panas yang terbuang sehingga aliran udara panas yang dihasilkan semakin tinggi. Berdasarkan tabel signifikansi uji ANOVA (tabel 4.19), dapat dilihat bahwa nilai signifikansi dari faktor single glazing with reflector dengan double glazing bernilai lebih dari 0,05. Hal ini menunjukkan bahwa perbedaan yang ada pada perbandingan hasil kedua konsep tersebut selama pengujian tidak memiliki perbedaan yang signifikan atau perbedaan yang ada pada hasil pengujian kedua konsep tersebut tidak terpaut jauh. hal ini menunjukkan bahwa hasil dari pengujian konsep single glazing with reflector dan double glazing memiliki performa yang hampir sama. Hasil pengujian dapat dilihat pula pada grafik dibawah ini : Gambar 5.1 Grafik Perbandingan Kalor yang Dihasilkan Tiap Konsep commit to user V-6

7 Berdasarkan grafik diatas, dapat dilihat bahwa energi kalor yang dihasilkan oleh single glazing with reflector lebih besar dibandingkan dengan single glazing. Perbedaan ini menunjukkan adanya pengaruh dari penerapan konsep reflektor yaitu dengan melihat hasil pengamatan yang menunjukkan udara panas yang dihasilkan kotak pengumpul panas menggunakan konsep reflektor lebih tinggi dibandingkan dengan tanpa reflektor pada konsep awal yaitu single glazing. Peningkatan dari suhu aliran udara yang dihasilkan kotak pengumpul panas dibandingkan dengan konsep dasar berupa single glazing menunjukkan bahwa penggunaan reflektor pada rancangan dapat melipatgandakan cahaya yang masuk sehingga penerimaan radiasi panas matahari dari kotak pengumpul panas semakin tinggi dan pengaruhnya adalah kotak pengumpul panas menghasilkan aliran udara panas yang semakin meningkat dibandingkan ketika konsep alat tidak menggunakan reflektor. Konsep double glazing menghasilkan energi kalor yang lebih besar jika dibandingkan dengan konsep dasar yaitu single glazing. Hal ini menunjukkan bahwa konsep double glazing dapat bekerja sebagai sistem insulasi yang lebih baik jika dibandingkan dengan konsep single glazing. Konsep double glazing dapat menahan udara panas tidak terbuang keluar dikarenakan udara yang dimampatkan pada konsep double glazing berperan sebagai isolasi panas dengan konduktivitas thermal yang sangat rendah sehingga temperatur tidak terbuang melalui konduktivitas kaca yang tinggi. Hal ini dapat dilihat dari hasil pengamatan bahwa temperatur kaca setelah diaplikasikan konsep double glazing memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan konsep single glazing. Kecilnya nilai temperatur kaca mengindikasikan bahwa pada konsep double glazing, pemanasan kaca hanya akibat panas dari luar yaitu radiasi matahari tanpa ditambah dengan panas dari serapan temperatur udara didalam kotak pengumpul panas. Berbeda dengan hasil pengamatan dari konsep single glazing yang terkena radiasi panas matahari ditambah serapan panas dari udara didalam kotak pengumpul panas sehingga temperatur kaca menghasilkan nilai yang lebih tinggi. Perbandingan antara hasil dari single glazing with reflector dengan double glazing without reflector menunjukkan hasil peningkatan aliran udara pada konsep single glazing with reflektor commit lebih to user besar dibandingkan dengan double V-7

8 glazing without reflector. Hal ini terjadi karena pada konsep single glazing with reflector, rancangan alat dapat menangkap lebih banyak cahaya matahari yang kemudian dipantulkan kedalam kotak pengumpul panas sehingga radiasi matahari yang diterima oleh kotak pengumpul panas lebih besar dibandingkan dengan konsep tanpa reflektor. Berbeda dengan konsep double glazing dengan penerimaan cahaya matahari yang lebih sedikit dibandingkan dengan rancangan yang menggunakan konsep reflektor, double glazing berfungsi untuk menahan agar udara panas yang telah dihasilkan tidak terbuang keluar melalui konduktivitas dari kaca pada sistem single glazing. Hal ini menunjukkan pula bahwa berdasarkan performa, jika dibandingan antara konsep reflektor dengan double glazing, konsep reflektor menghasilkan aliran udara panas yang lebih baik dibandingkan dengan konsep double glazing meskipun kedua konsep tersebut memberikan pengaruh yang signifikan terhadap peningkatan temperatur udara. Selain itu, perbandingan antara konsep single glazing dengan double glazing pada penggunaan reflektor dapat diketahui dengan mencari selisih dari kalor yang didapatkan antara single glazing dengan single glazing with reflector dan double glazing dengan double glazing with reflector. Selisih yang dihasilkan dari konsep single glazing dengan konsep single glazing with reflector didapat sebesar joule sedangkan selisih antara konsep double glazing dengan double glazing with reflector didapatkan sebesar joule. Hal ini menunjukkan bahwa pada penerapan konsep reflektor, single glazing memiliki kenaikan suhu yang lebih signifikan dibandingkan dengan pada konsep double glazing meskipun pada hasil pengamatan udara panas yang tertinggi dihasilkan oleh konsep double glazing with reflector. Hal ini dikarenakan pada konsep double glazing, clarity pada lapisan tersebut menjadi lebih buruk dibandingkan dengan lapisan single glazing karena pada lapisan double glazing, cahaya yang masuk harus melewati dua lapisan sehingga akan berkurang besarnya radiasi yang dapat ditangkap. Sedangkan pada konsep single glazing, cahaya yang masuk pada rancangan kotak pengumpul panas hanya melewati satu lapisan dengan clarity yang lebih baik sehingga penerimaan radiasi yang didapat pada kotak pengumpul panas akan menjadi lebih besar dibandingkan dengan rancangan kotak pengumpul panas menggunakan konsep double glazing. commit to user V-8

9 5.4 Analisis Peningkatan Kapasitas Pengeringan Efektifitas peningkatan kapasitas pengeringan dapat diketahui dengan melakukan perhitungan mengenai banyaknya jumlah rimpang yang dikeringkan yang diperoleh dari perhitungan jumlah massa objek yang dikeringkan dengan kapasitas kalor yang dihasilkan oleh alat. Kapasitas kalor diperoleh berdasarkan rumus yaitu : Dengan Q m c ΔT Q = mc ΔT = kapasitas kalor = massa objek = kapasitas kalor = selisih suhu Untuk mengetahui kapasitas efektif dari jumlah rimpang yang dapat dikeringkan kemudian dilakukan perhitungan kapasitas dengan penerapan reflektor dan lapisan kaca ganda. Pemilihan penggunaan konsep reflektor dan lapisan kaca ganda dikarenakan berdasarkan hasil pengamatan, penggunaan konsep reflektor dan lapisan kaca ganda menghasilkan aliran udara panas yang tertinggi. Berikut ini merupakan perhitungan dari kapasitas maksimal pengeringan rimpang jahe menggunakan persamaan 2.5: Q = Kapasitas kalor yang didapatkan dari konsep reflektor dan lapisan kaca ganda dalam pengamatan selama sehari pengamatan ( ) yaitu ,6 joule C = Kalor jenis air yaitu 4180 J/Kg o C ΔT = Selisih suhu yaitu 60 o 30 o ( 60 o merupakan suhu penguapan dengan 30 o adalah suhu lingkungan) Q = mc ΔT ,6 = m x 4180 x 30 m = 0,95 Kg m disini adalah massa dari rimpang kering dengan kadar air sebesar 12 % dari rimpang basah yang memiliki kadar air sebesar rata rata 85%. Untuk mendapatkan massa dari rimpang basah sebagai kapasitas dari pengeringan optimal, kemudian dilakukan perhitungan massa rimpang basah : m = commit, m to user = 6,7 Kg V-9

10 Kemudian selanjutnya dianalisa mengenai biaya pembuatan rancangan alat kotak pengumpul panas yang meliputi biaya pembelian material dari rancangan. Berikut ini merupakan biaya pembuatan rancangan : Tabel 5.1 Biaya Perancangan Material Harga Hollow Galvalum (6) Rp siku lubang merah Rp besi siku Rp bj rivet Rp siku u/ siku lubang Rp baut u/ siku lubang Rp bj baut siku lubang Rp besi siku Rp m amplas Rp ,5 ACP bright silver Rp roda Rp galvalum gelombang 2 Rp cat semprot 2 Rp karet penyangga Rp Stainless Steel Rp besi strip plat Rp kaca + alumunium Rp Total Rp Total biaya perancangan untuk satu unit rancangan kotak pengumpul panas dengan konsep reflektor dan double glazing sebesar Rp ,00. Pembuatan rancangan kotak pengumpul panas memang membutuhkan investasi awal yang besar dikarenakan biaya material material yang digunakan cukup mahal. Akan tetapi, hal ini sebanding apabila dilihat berdasarkan performa peningkatan suplai panas yang besar yaitu dapat melakukan pengeringan optimal berdasarkan perhitungan sebesar 6,7 Kg hanya dalam waktu setengah hari yaitu pukul sampai dengan serta usia dari alat yang dapat bertahan lama. Apabila rancangan sebelumnya yang menggunakan bahan dasar kayu hanya dapat bertahan satu tahun, karena siklus hujan selalu ada pada setiap tahun dan akibat dari musim hujan tersebut dapat merusak alat melalui pelapukan dan pengeroposan. Rancangan alat commit ini dapat to user bertahan dalam waktu yang lama V-10

11 mengingat rancangan kotak pengumpul panas pada penelitian terbuat dari material galvalum yang dapat bertahan hingga 20 tahun, kemudian papan ACP yang dapat bertahan selama 10 tahun. Selain dari segi waktu, rancangan ini juga memiliki kelebihan dari segi resiko yang lebih rendah karena material seperti Acp tahan terhadap suhu lingkungan dan bahkan tahan terhadap api. commit to user V-11