PENGERING PADI ENERGI SURYA DENGAN VARIASI TINGGI CEROBONG

Transkripsi

1 PENGERING PADI ENERGI SURYA DENGAN VARIASI TINGGI CEROBONG TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajad sarjana S-1 Diajukan oleh : P. Susilo Hadi NIM : Kepada PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 212 i

2 PADDY SOLAR DRYER WITH HEIGHT VARIATION OF CHIMNEY FINAL PROJECT Presented as Partial fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree By : P. Susilo Hadi Student Number : To MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 212 ii

3 TUGAS AKHIR PENGERING PADI ENERGI SURYA DENGAN VARIASI TINGGI CEROBONG Disusun oleh : Nama : P. Susilo Hadi NIM : Telah disetujui oleh : Pembimbing Utama Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. Tanggal : iii

4 TUGAS AKHIR PENGERING PADI ENERGI SURYA DENGAN VARIASI TINGGI CEROBONG Dipersiapkan dan disusun oleh: Nama : P. Susilo Hadi NIM : Telah dipertahankan di depan panitia penguji pada tanggal 25 Januari 212 dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji : Nama Lengkap Tanda Tangan Ketua : Ir.Petrus Kanisius Purwadi,M.T Sekretaris : I Gusti Ketut Puja, S. T., M. T. Anggota : Ir.Franciscus Asisi Rusdi Sambada,M.T. Yogyakarta, 26 Januari 212 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta Dekan ( Paulina Heruningsih Prima Rosa S.Si.,M.Sc.) iv

5 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi di sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka Yogyakarta, 26 Januari 212 P. Susilo Hadi v

6 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugrah-nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat tersusun dan dapat terselesaikan dengan lancar. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan bantuan yang berupa dorongan, motivasi, doa, sarana, materi sehingga dapat terselesaikannya Tugas akhir ini. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuannya, antara lain 1. Romo Dr. Ir. P. Wiryono Priyotamtama, SJ., selaku Rektor Universitas Sanata Dharma. 2. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa S.Si.,M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. 3. Bapak Ir. PK. Purwadi, M.T, selaku ketua Program Studi Teknik Mesin. 4. Bapak Ir, FA. Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen Pembimbing Utama Tugas Akhir. 5. Segenap staf pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis sehingga sangat berguna dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 6. Segenap staf karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. 7. Aditya Nugrahanto, teman seperjuangan dalam pembuatan Tugas Akhir ini. 8. Rekan-rekan mahasiswa khususnya angkatan 28 yang telah berjuang bersama dan memberikan masukan-masukan serta dorongan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 9. Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang telah ikut membantu dalam menyelesaikan Laporan Tugas akhir. vi

7 Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu diperbaiki dalam penulisan Tugas Akhir ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan kritik, serta saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga penulisan Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih. Yogyakarta, 26 Januari 212 P.Susilo Hadi vii

8 viii

9 INTISARI Pengeringan merupakan salah satu proses yang penting pada pengolahan hasil pertanian terutama padi. Pada umumnya pengeringan dilakukan dengan penjemuran langsung,tetapi cara ini kurang efektif karena waktu yang dibutuhkan relatif lebih lama. Salah satu alternatif mengatasi masalah tersebut adalah dengan alat pengering menggunakan energi surya, disamping lebih efisien juga lebih ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui energi berguna, efisiensi kolektor, efisiensi pengambilan kadar air, efisiensi sistem,penurunan massa padi dan tarikan tambahan yang dihasilkan oleh cerobong. Ukuran kotak absorber adalah 2 m x 1 m, dengan tinggi rak pengering,8 m. Variabel yang divariasikan adalah tinggi cerobong yaitu tinggi cerobong,1 m dengan 2 m dan proses pengeringannya. Variabel yang diukur adalah temperatur,kelembaban dan energi surya yang datang. Pengukuran temperatur dan kelembaban dilakukan untuk udara masuk kolektor, udara keluar kolektor dan udara keluar kotak pengering. Hasil penelitian menunjukkan bahwa energi berguna, efisiensi kolektor dan efisiensi sistem pengeringan alat pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m lebih rendah 55,5 %,35,7 % dan 21,6 % dari alat pengering padi dengan tinggi cerobong,1 m. Efisiensi pengambilan kadar air dan tarikan pada cerobong pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m lebih tinggi 38,1 % dan 96,5 % dari alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m. Penurunan massa padi untuk pengeringan dengan alat pengering lebih tinggi 2 % dari pengeringan konvensional. Kata kunci : padi, absorber, cerobong. ix

10 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i TITLE PAGE ii HALAMAN PERSETUJUAN. iii LEMBAR PENGESAHAN iv LEMBAR PERNYATAAN v KATA PENGANTAR.... vi LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH... viii INTISARI. ix DAFTAR ISI. x DAFTAR GAMBAR..... xii DAFTAR TABEL.. xvii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat BAB II LANDASAN TEORI Dasar Teori Prinsip Kerja Energi Berguna Efisiensi Tarikan Tambahan Pada Cerobong ( p) Penelitian yang Pernah Dilakukan BAB III METODE PENELITIAN Skema Alat Variabel yang Divariasikan Variabel yang Diukur x

11 3.4 Langkah Penelitian Pengolahan dan Analisa Data. 16 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Data Penelitian Perhitungan Data Grafik Hasil Perhitungan BAB V PENUTUP I Kesimpulan Saran Penutup Daftar Pustaka Lampiran xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Alat pengering energi surya... 5 Gambar 2.2 Pengering energi surya... 1 Gambar 3.1 Pengering energi surya dengan tampak depan dan tampak belakang Gambar 3.2 Pengering energi surya dengan tampak samping Gambar 3.3 Posisi-posisi pengukuran 15 Gambar 4.1 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama.. 18 Gambar 4.2 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama.. 18 Gambar 4.3 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama Gambar 4.4 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama Gambar 4.5 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama... 2 Gambar 4.6 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama... 2 Gambar 4.7 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama. 21 xii

13 Gambar 4.8 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua. 22 Gambar 4.9 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua.. 23 Gambar 4.1 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua.. 23 Gambar 4.11 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua Gambar 4.12 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua Gambar 4.13 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua.. 25 Gambar 4.14 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua Gambar 4.15 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga. 26 Gambar 4.16 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga Gambar 4.17 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga.. 27 xiii

14 Gambar 4.18 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga.. 28 Gambar 4.19 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga Gambar 4.2 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga.. 29 Gambar 4.21 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga. 29 Gambar 4.22 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat Gambar 4.23 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat Gambar 4.24 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat.. 31 Gambar 4.25 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat.. 32 Gambar 4.26 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat.. 32 Gambar 4.27 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat.. 33 xiv

15 Gambar 4.28 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat. 33 Gambar 4.29 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima Gambar 4.3 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima Gambar 4.31 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima Gambar 4.32 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima. 36 Gambar 4.33 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima Gambar 4.34 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima. 37 Gambar 4.35 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima Gambar 4.36 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam Gambar 4.37 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam xv

16 Gambar 4.38 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam... 4 Gambar 4.39 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam Gambar 4.4 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam Gambar 4.41 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam Gambar 4.42 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam.. 42 Gambar 4.43 Energi berguna Gambar 4.44 Efisiensi kolektor Gambar 4.45 Efisiensi pengambilan Gambar 4.46 Efisiensi sistem pengeringan.. 51 Gambar 4.47 Rata-rata tarikan pada cerobong untuk tiap percobaan Gambar 4.48 Penurunan massa padi untuk tiap proses pengeringan 53 xvi

17 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Pengambilan data pertama untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m Pengambilan data kedua untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m Pengambilan data ketiga untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m.. 26 Pengambilan data keempat untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m.. 3 Pengambilan data kelima untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m Pengambilan data keenam untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m. 38 xvii

18 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pengeringan merupakan salah satu proses yang penting pada pengolahan hasil pertanian. Cara pengeringan yang kurang baik akan mengakibatkan hasil pertanian menjadi rusak seperti busuk, berjamur atau berubah warna. Hasil penelitian yang dilakukan oleh Litbang Biro Pusat Statistik (BPS) antara tahun menunjukkan bahwa tingkat kerusakan hasil pertanian pasca panen berkisar 1,39 % hingga 15,26 % dan salah satu faktornya adalah proses pengeringan yang kurang baik. Sampai saat ini dibanyak daerah di Indonesia pengeringan hasil pertanian masih dilakukan dengan cara penjemuran langsung. Cara ini dapat merusak kualitas hasil pertanian karena radiasi ultraviolet, air hujan dan gangguan binatang. Penjemuran secara langsung juga memerlukan waktu yang lama, padahal saat panen raya hasil pertanian umumnya melimpah dan harus dikeringkan terlebih dahulu sebelum disimpan atau dipasarkan. Cara pengeringan yang lain adalah menggunakan alat pengering yang umumnya menggunakan bahan bakar minyak atau energi listrik. Tetapi belum semua daerah di Indonesia memiliki jaringan listrik atau belum memiliki sarana transportasi yang baik sehingga bahan bakar minyak tidak mudah didapat. Selain itu penggunaan bahan bakar minyak atau energi listrik menyebabkan biaya proses pengeringan menjadi mahal sehingga harga jual hasil pertanian menjadi tinggi.

19 2 Energi surya merupakan energi yang tersedia melimpah di Indonesia sehingga pemanfaatan energi surya dapat mengurangi atau bahkan menggantikan penggunaan bahan bakar atau energi listrik dalam proses pengeringan hasil pertanian. Alat pengering dengan memanfaatkan energi surya yang ada di Indonesia umumnya menggunakan absorber jenis pelat yang terbuat dari tembaga atau alumunium. Masalah yang ada dengan penggunaan absorber jenis pelat ini adalah dari segi biaya masih termasuk mahal dan pembuatan alat pengering dengan absorber pelat termasuk teknologi yang tidak sederhana bagi umumnya masyarakat pertanian di Indonesia. Jenis alat pengering energi surya yang lebih murah dan mudah dibuat adalah alat pengering dengan menggunakan absorber jenis porus. Penelitian tentang pengering energi surya jenis absorber porus ini terutama di Indonesia masih sedikit sehingga masih perlu dilakukan banyak penelitian. Penelitian ini bermaksud mengetahui proses pengeringan yang lebih efisien dan variasi tinggi cerobong yang tepat untuk alat pengering padi energi surya. Dapat tidaknya jenis pengering energi surya dengan absorber porus ini dimanfaatkan untuk pengeringan padi ditentukan oleh efisiensi sistem pengeringan hasil pertanian yang dihasilkan. 1.2 Rumusan Masalah Analisa matematis untuk memperkirakan efisiensi pengeringan pada pengering dengan absorber jenis porus masih sukar dilakukan, hal ini karena mekanisme perpindahan panas udara pada absorber porus merupakan mekanisme yang rumit. Maka penelitian ini dilakukan secara eksperimental untuk mengetahui efisiensi pengeringan yang dihasilkan. Variabel yang mempengaruhi efisiensi pengeringan pada alat pengering energi surya dengan bahan absorber jenis porus

20 3 terutama adalah luas absorber. Luas absorber yang digunakan adalah 8m 2 dengan bahan alumunium. Sebagai bahan yang dikeringkan pada penelitian ini digunakan padi. Padi dipilih karena padi merupakan hasil pertanian yang paling umum di pedesaan. Efisiensi pengeringan pada dasarnya merupakan perbandingan antara energi yang terpakai untuk pengeringan (untuk memanasi udara pada kolektor) dengan energi surya yang datang. Besarnya energi yang terpakai ditentukan oleh temperatur dan tekanan udara yang akan mengeringkan hasil pertanian setelah melewati absorber. Semakin besar temperatur dan tekanan udara yang dihasilkan alat pengering maka semakin besar juga energi yang terpakai untuk pengeringan sehingga efisiensi pengeringan akan semakin besar. Dengan menggunakan absorber yang lebih luas maka temperatur udara yang dihasilkan juga semakin tinggi, tetapi tekanan udara akan semakin kecil karena luas absorber yang lebih besar akan menimbulkan hambatan aliran udara yang lebih besar. Jika temperatur udara atau tekanan yang dihasilkan terlalu kecil maka proses pengeringan bahan tidak akan optimal, sehingga dari hasil penelitian ini diharapkan dapat diketahui tinggi cerobong yang dapat menghasilkan perbedaan tekanan yang sesuai, supaya dapat meningkatkan efisiensi pengeringan. Dalam penelitian ini tinggi cerobong yang digunakan adalah,1 m dan 2 m,karena lebih mudah dalam pembuatan dan analisa data yang dihasilkan.

21 4 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai oleh penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui jumlah energi yang dipindahkan dari absorber ke udara (energi berguna) didalam kolektor surya. 2. Mengetahui efisiensi pengambilan kadar air untuk tiap variasi tinggi cerobong pada pengering padi energi surya. 3. Mengetahui efisiensi kolektor untuk tiap variasi tinggi cerobong pada pengering padi energi surya. 4. Mengetahui efisiensi sistem pengeringan untuk tiap variasi tinggi cerobong pada pengering padi energi surya. 5. Mengetahui tarikan tambahan pada cerobong untuk tiap variasi tinggi cerobong alat pengering padi energi surya. 6. Mengetahui penurunan massa padi menggunakan alat pengering dan dengan pengeringan konvensional. 1.4 Manfaat Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Membantu petani untuk mengolah hasil panen produk pertanian agar produk bertahan lama. 2. Menambah kepustakaan teknologi pengeringan hasil pertanian energi surya. 3. Untuk memberikan alternatif cara yang lebih mudah dan murah dalam mengeringkan hasil pertanian menggunakan energi surya.

22 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori Konstruksi pengering hasil pertanian yang umum (menggunakan absorber pelat) dapat dilihat pada Gambar 2.1. Bagian utama dari pengering adalah absorber (terletak dalam kotak kolektor) yang akan menerima energi surya yang datang dan mengkonversikannya menjadi panas. Absorber ini berfungsi untuk memanasi udara luar yang mengalir ke kotak tempat bahan yang akan dikeringkan secara alami (atau dapat juga dengan bantuan blower). Udara yang sudah dipanasi absorber ini akan mengalir menembus hasil pertanian yang akan dikeringkan. Pada saat udara panas ini menembus hasil pertanian terjadi perpindahan panas dan massa air dari hasil pertanian ke udara panas tersebut, proses ini disebut proses pengeringan. Gambar 2.1 Alat Pengering Energi Surya

23 6 2.2 Prinsip Kerja Prinsip kerja dari pengering padi energi surya sederhana yaitu udara yang masuk ke kolektor dipanasi oleh sinar matahari dan di sirkulasikan melalui lapisan padi dengan konveksi alamiah. Udara yang bertemperatur tinggi yang melalui lapisan padi akan menguapkan air yang terkandung di dalam padi, sehingga terjadi proses pengeringan. Cerobong memberikan tarikan tambahan, yang diciptakan oleh perbedaan massa jenis antara udara di dalam dan di luar pengering. 2.3 Energi Berguna (Qu) Jumlah energi yang terpakai untuk memanasi udara di absorber (jumlah energi yang dipindahkan dari absorber ke udara) disebut dengan energi berguna dan dapat dinyatakan dengan persamaan: Q u = m. C p T out _c T in _c (1) dengan : m : laju massa aliran udara dalam kolektor (kg/detik) C P : panas spesifik udara (J/(kg. O C) T out _c : temperatur udara keluar kolektor ( O C) T in _c : temperatur udara masuk kolektor ( O C) 2.4 Efisiensi Efisiensi dari suatu alat adalah perbandingan dari keluaran yang dihasilkan dengan masukan yang diberikan. Unjuk kerja pengering padi menggunakan energi surya dinyatakan dengan energi berguna (Qu), efisiensi kolektor ( C ), efisiensi pengambilan ( p ) dan efisiensi sistem ( S ).

24 7 Efisiensi kolektor ( C ) didefinisikan sebagai perbandingan antara energi berguna dengan total energi surya yang datang ke kolektor, dan dapat dinyatakan dengan persamaan: dengan : Q U : energi berguna ( W) η c = G T : intensitas energi surya yang datang (W/m 2 ) A C : luas kolektor surya (m 2 ) Q u G T.A c (2) Besarnya tingkat kelembaban udara (RH) menyatakan banyaknya komposisi kadar air yang terkandung dalam udara (Cengel, 1989), dan dinyatakan dalam persamaan : RH = ω 2 P (.622+ω 1 )P g 1 (3) dengan : ω 1 ω 2 P g1 P : Kelembaban spesifik udara (kg H 2 O/kg udara kering) : Kelembaban spesifik udara jenuh (kg H 2 O/kg udara kering) : Tekanan uap air jenuh pada temperatur kering (kpa) : Tekanan udara luar (kpa)

25 8 diperoleh dengan persamaan : ω 2 =.622P g2 P P g 2 (4) dengan : P g2 P : Tekanan uap air jenuh pada temperatur basah (kpa) : Tekanan udara luar (kpa) diperoleh dengan persamaan : ω 1 = C p T 2 T 1 +ω 2 fg 2 g 1 f2 (5) dengan : C p : Panas spesifik udara (1.5 kj/kg o C) ω 2 h fg2 h g1 : Kelembaban spesifik (kg H 2 O/kg udara kering) : Enthalpy penguapan pada temperatur basah (kj/kg) : Enthalpy uap jenuh pada temperatur kering (kj/kg) T 1 : Temperatur udara kering ( o C) T 2 : Temperatur udara basah ( o C) Efisiensi pengambilan ( P ) didefinisikan sebagai perbandingan uap air yang dipindahkan (diambil) oleh udara dalam alat pengering dengan kapasitas teoritis udara menyerap uap air, dan dapat dinyatakan dengan persamaan:

26 9 η p = RH out _p RH out _c RH in _c RH out _c (6) dengan : RH out _p : kelembaban relatif udara keluar alat pengering RH out _c : kelembaban relatif udara masuk alat pengering RH in _c : kelembaban jenuh adiabatis udara masuk alat pengering Efisiensi sistem pengeringan ( S ) didefinisikan sebagai perbandingan antara energi yang digunakan untuk menguapkan air dari hasil pertanian yang dikeringkan dengan energi yang datang pada alat pengering, dan dapat dinyatakan dengan persamaan: W L s (7) G A T c dengan : W L : laju massa air yang menguap (kg/detik) : kalor laten dari air yang menguap saat temperatur pengering (J/kg) G T : intensitas energi surya yang datang (W/m 2 ) A C : luas kolektor surya (m 2 ) 2.5 Tarikan tambahan pada cerobong ( p) Tarikan tambahan pada cerobong yang diciptakan oleh perbedaan massa jenis antara udara di dalam dan di luar pengering atau dengan perkataan lain, penurunan tekanan antara kedua sisi lapisan padi ( p) (arismunandar,w.,1995) dapat dilihat pada Gambar 2.2.

27 1 Gambar 2.2 Pengering energi surya p dapat dinyatakan dengan persamaan: p = 1 ρ ρ ρ ρ 2 g (8) dengan : 1 : Tinggi antara lapisan padi permukaan bawah dan dasar udara masuk kolektor (m). : Tinggi cerobong (m). : Massa jenis udara diluar pengering. (kg m 3 ). ρ 1 : Massa jenis udara dibawah lapisan padi (kg m 3 ) ρ 2 : Massa jenis udara diatas lapisan padi (kg m 3 ) g : Percepatan gravitasi (9,81 m s 2 )

28 11 Massa jenis udara ( ) diperoleh dengan persamaan : ρ = p RT (9) dengan : p : Tekanan absolut (kn m 2 ) R T : Konstanta gas (Udara =,287 kn.m/(kg.k)). : Temperatur absolut ( K atau R). 2.6 Penelitian yang Pernah Dilakukan Pengeringan merupakan cara terbaik dalam pengawetan bahan makanan dan pengering energi surya merupakan teknologi yang sesuai bagi kelestarian alam (Scanlin, 1997). Pengeringan dengan penjemuran langsung (tradisional) sering menghasilkan kualitas pengeringan yang buruk. Hal ini disebabkan bahan yang dijemur langsung tidak terlindungi dari debu, hujan, angin, serangga, burung atau binatang lain. Kontaminasi dengan mikroorganisme yang terdapat di tanah dapat membahayakan kesehatan (Häuser et. Al,29). Kunci dari pengeringan bahan makanan adalah mengeluarkan kandungan air secepat mungkin pada temperatur yang tidak merusak bahan makanan tersebut. Jika temperatur terlalu rendah maka mikroorganisme akan berkembang sebelum bahan makanan kering tetapi jika temperatur terlalu tinggi maka bahan makanan dapat mengalami pengeringan yang berlebih pada bagian permukaan (Kendall, 1998). Kelemahan utama dari pengering energi surya adalah kecilnya koefisien perpindahan panas antara pelat absorber dan udara yang dipanasi, sehingga menyebabkan efisiensi kolektor yang rendah. Beberapa modifikasi telah banyak diusulkan meliputi penggunaan sirip (Garg et al.,

29 ), penggunaan absorber dengan permukaan kasar (Choudhury et al., 1988), dan penggunaan absorber porus (Sharma et. al., 1991). Penelitian pengering energi surya dengan luas kolektor 1,64m 2 yang dilengkapi 8 sampai 32 sirip segi empat dengan luas total sirip,384 m 2 dapat menaikkan temperatur udara keluar dan efisiensi kolektor. Sirip dipasang di dalam kolektor dengan dua variasi pemasangan yaitu sirip dapat bergerak bebas dan tetap (Kurtbas, 26). Penelitian dengan metode simulasi untuk mengetahui efisiensi tahunan pengering energi surya dengan absorber jenis porus di India menghasilkan nilai yang sesuai dengan penelitian secara eksperimen (Sodha et. al., 1982).

30 13 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Skema Alat Skema alat penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1. Posisi letak pengukuran temperatur dan kelembaban dapat dilihat pada Gambar 3.2. Ukuran kotak absorber yang digunakan adalah 2 m x 1 m. Ketinggian rak pengering yang digunakan adalah,8 m. Dinding kotak pengering terbuat dari pelat alumunium yang dicat hitam dan ditutup dengan kaca, jarak antara dinding pelat alumunium dengan kaca sekitar 25 mm. Tujuan pembuatan dinding kotak pengering dari pelat alumunium, dicat hitam dan ditutup kaca adalah untuk memperbesar penyerapan energi surya kedalam kotak pengering. Tutup kaca berfungsi untuk mencegah panas yang sudah diterima kotak pengering agar tidak keluar lagi ke udara sekitar. Konstruksi dinding kotak pengering seperti ini sering ditemukan pada pada pemanfaatan energi surya untuk kompor pemasak jenis kotak. (Gambar rancangan dapat dilihat pada lampiran). Gambar 3.1 Pengering energi surya dengan tampak depan dan tampak belakang

31 14 Gambar 3.2 Pengering energi surya dengan tampak samping 3.2 Variabel yang Divariasikan Dalam penelitian ini variabel yang divariasikan adalah sebagai berikut : a. Tinggi cerobong, yaitu dengan ketinggian cerobong,1 m dan 2 m. b. Dengan alat pengering dan pengeringan secara konvensional (penjemuran langsung). 3.3 Variabel yang Diukur Dalam penelitian ini variabel yang diukur adalah sebagai berikut : a. Temperatur udara masuk kolektor (T in_c) b. Temperatur udara keluar kolektor (T out_c) c. Temperatur udara keluar pengering (T out_p)) d. Kelembaban udara sekitar (RH in_c) e. Kelembaban udara masuk pengering (RH out_c) f. Kelembaban udara keluar pengering (RH out_p) g. Energi surya yang datang (G T )

32 15 Untuk pengukuran temperatur digunakan termokopel, untuk pengukuran tekanan digunakan manometer dan untuk pengukuran energi surya yang datang digunakan pyranometer (lampiran). Gambar 3.3 Posisi-Posisi Pengukuran 3.4 Langkah Penelitian Langkah-langkah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Penelitian diawali dengan pembuatan dan penyiapan alat. 2. Pengambilan data dilakukan dengan menggunakan cerobong dengan tinggi,1 m untuk mengeringkan padi. 3. Tiap variasi parameter dilakukan pengambilan data tiap 5 menit. 4. Data yang dicatat adalah temperatur udara masuk kolektor (Tin_c), temperatur udara keluar kolektor (Tout_c), temperatur udara keluar pengering (Tout_p), kelembaban udara sekitar (RHin_c), kelembaban udara masuk

33 16 pengering (RHout_c), kelembaban udara keluar pengering (RHout_p), dan energi surya yang datang (G T ) 5. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk variasi berikutnya kondisi alat pengering harus didiamkan agar kembali ke kondisi awal sebelum dilakukan pengambilan data berikutnya 6. Langkah 2 sampai dengan 5 diulangi untuk ketinggian cerobong yang berbeda. 3.5 Pengolahan dan Analisa Data Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1) sampai dengan persamaan (9). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan antara temperatur dan kelembaban dengan waktu (t) dan energi surya yang datang (G T ) untuk tiap variasi ketinggian cerobong. Hasil pengolahan data disajikan dalam bentuk grafik hubungan antara energi berguna, efisiensi kolektor, efisiensi pengambilan kadar air, efisiensi sistem dan tarikan tambahan pada cerobong dengan percobaan yang dilakukan.

34 17 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Penelitian Untuk pengering padi energi surya dengan tinggi cerobong,1 m, dilakukan 1 kali pengambilan data, dan untuk pengering padi energi surya dengan tinggi cerobong 2 m, dilakukan sebanyak 5 kali pengambilan data. Waktu Tabel 4.1 Pengambilan data pertama untuk alat pengering dengan tinggi GT cerobong,1 m. Masuk Kolektor Keluar kolektor Keluar Pengering Tin_c Kering Tin_c Basah Tout_c Kering Tout_c Basah Tout_p Kering Tout_p Basah Jam W/m² C C C C C C 12: : : : : : : : : : : : :

35 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tin_c kering (masuk kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.1 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama Tout_c kering (keluar kolektor) Tout_c basah (keluar kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.2 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama

36 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_p basah (keluar alat pengering) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.3 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama Tout_p basah (keluar alat pengering) Tout_c basah (keluar kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.4 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama

37 Massa Padi (gram) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_c kering (keluar kolektor) Tin_c kering (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.5 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama Alat Pengering Padi Tinggi Cerobong,1 m Pengeringan Konvensional Gambar 4.6 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama

38 Kelembaban Relatif/RH (%) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI RH in_c (masuk kolektor) RH out_p (keluar alat pengering) RH out_c (keluar kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.7 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m pengambilan data pertama Waktu Tabel 4.2 Pengambilan data kedua untuk alat pengering dengan tinggi GT cerobong 2 m Masuk Kolektor Keluar Kolektor Keluar Pengering Tin_c Kering Tin_c Basah Tout_c Kering Tout_c Basah Tout_p Kering Tout_p Basah Jam W/m² C C C C C C 1: : : : : : : : : : : : :

39 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 22 Tabel 4.2 Pengambilan data kedua untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m (lanjutan) Waktu GT Masuk Kolektor Keluar Kolektor Keluar Pengering Tin_c Kering Tin_c Basah Tout_c Kering Tout_c Basah Tout_p Kering Tout_p Basah 11: : : : : : : : : : : : Tin_c basah (masuk kolektor) Tin_c kering (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.8 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua

40 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Intensitas Cahaya (W/m^2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_c kering (keluar kolektor) Tout_c basah (keluar kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.9 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_p basah (keluar alat pengering) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.1 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua

41 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_p basah (keluar alat pengering) Tout_c basah (keluar kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.11 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_c kering (keluar kolektor) Tin_c kering (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.12 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua

42 Kelembaban Relatif/RH (%) Radiasi Surya (W/m2) Massa Padi (gram) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Alat Pengering Padi Tinggi Cerobong 2 m Pengeringan Konvensional Gambar 4.13 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua RH in_c (masuk kolektor) RH out_c (keluar kolektor) RH out_p (keluar pengering) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.14 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kedua

43 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 26 Waktu Tabel 4.3 Pengambilan data ketiga untuk alat pengering dengan tinggi GT cerobong 2 m Masuk Kolektor Keluar Kolektor Keluar Pengering Tin_c Kering Tin_c Basah Tout_c Kering Tout_c Basah Tout_p Kering Tout_p Basah Jam W/m² C C C C C C 12: : : : : : : : : : : : : : : : : : Tin_c kering (masuk kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.15 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga

44 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_c kering (keluar kolektor) Tout_c basah (keluar kolektor) GT (Radiasi surya) Gambar 4.16 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_p basah (keluar alat pengering) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.17 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga

45 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_p basah (keluar alat pengering) Tout_c basah (keluar kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.18 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_c kering (keluar kolektor) Tin_c kering (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.19 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga

46 Kelembaban Relatif/RH (%) Radiasi Surya (W/m2) Massa Padi (gram) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 29 Alat Pengering Padi Tinggi Cerobong 2 m Pengeringan Konvensional Gambar 4.2 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga RH in_c (masuk kolektor) RH out_c (keluar kolektor) RH out_p (keluar alat pengering) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.21 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data ketiga

47 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 3 Waktu Tabel 4.4 Pengambilan data keempat untuk alat pengering dengan tinggi GT cerobong 2 m Masuk Kolektor Keluar Kolektor Keluar Pengering Tin_c Kering Tin_c Basah Tout_c Kering Tout_c Basah Tout_p Kering Tout_p Basah Jam W/m² C C C C C C 1: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Tin_c kering (masuk kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.22 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat

48 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_c kering (keluar kolektor) Tout_c basah (keluar kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.23 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_p basah (keluar alat pengering) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.24 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat

49 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_p basah (keluar alat pengering) Tout_c basah (keluar kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.25 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_c kering (keluar kolektor) Tin_c kering (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.26 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat

50 Kelembaban Relatif/RH (%) Radiasi Surya (W/m2) Massa Padi (gram) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 33 Alat Pengering Padi Tinggi Cerobong 2 m Pengeringan Konvensional Gambar 4.27 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat RH in_c (masuk kolektor) RH out_p (keluar alat pengering) RH out_c (keluar kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.28 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keempat

51 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 34 Waktu Tabel 4.5 Pengambilan data kelima untuk alat pengering dengan tinggi GT cerobong 2 m Masuk Kolektor Keluar Kolektor Keluar Pengering Tin_c Kering Tin_c Basah Tout_c Kering Tout_c Basah Tout_p Kering Tout_p Basah Jam W/m² C C C C C C 12: : : : : : : : : : : : : : : : : : : Tin_c kering (masuk kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.29 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima

52 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_c kering (keluar kolektor) Tout_c basah (keluar kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.3 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_p basah (keluar alat pengering) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.31 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima

53 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_p basah (keluar alat pengering) Tout_c basah (keluar kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.32 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_c kering (keluar kolektor) Tin_c kering (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.33 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima

54 Kelembaban Relatif/RH (%) Radiasi Surya (W/m2) Massa Padi (gram) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 37 Alat Pengering Padi Tinggi Cerobong 2 m 31 Pengeringan Konvensional Gambar 4.34 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima RH in_c (masuk kolektor) RH out_p (keluar alat pengering) RH out_c (keluar kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.35 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data kelima

55 38 Waktu Tabel 4.6 Pengambilan data keenam untuk alat pengering dengan tinggi GT cerobong 2 m Masuk Kolektor Keluar Kolektor Keluar Pengering Tin_c Kering Tin_c Basah Tout_c Kering Tout_c Basah Tout_p Kering Tout_p Basah Jam W/m² C C C C C C 1: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :

56 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tin_c kering (masuk kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.36 Grafik hubungan temperatur basah kering masuk kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam Tout_c kering (keluar kolektor) Tout_c basah (keluar kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.37 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar kolektor, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam

57 Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_p basah (keluar alat pengering) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.38 Grafik hubungan temperatur basah kering keluar alat pengering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam Tout_p basah (keluar alat pengering) Tout_c basah (keluar kolektor) Tin_c basah (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.39 Grafik hubungan temperatur basah, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam

58 Massa Padi (gram) Temperatur ( C) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tout_p kering (keluar alat pengering) Tout_c kering (keluar kolektor) Tin_c kering (masuk kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.4 Grafik hubungan temperatur kering, radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam Alat Pengering Padi Tinggi Cerobong 2 m 31 Pengeringan Konvensional Gambar 4.41 Grafik hubungan massa padi terhadap waktu untuk alat pengering

59 Kelembaban Relatif/RH (%) Radiasi Surya (W/m2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 42 dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam RH in_c (masuk kolektor) RH out_p (keluar alat pengering) RH out_c (keluar kolektor) GT (Radiasi Surya) Gambar 4.42 Grafik hubungan kelembaban udara dan radiasi surya terhadap waktu untuk alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m pengambilan data keenam 4.2 Perhitungan Data Dibawah ini ditunjukan contoh bentuk perhitungan untuk data percobaan pertama mulai dari menentukan nilai energi berguna (Q u ), efisiensi kolektor ( c ), efisiensi pengambilan ( p ), efisiensi sistem pengering ( u ) dan tarikan tambahan pada cerobong ( p). Menentukan efisiensi kolektor ( c ), dengan menghitung terlebih dahulu nilai dari energi berguna (Q u ), radiasi surya (G T ) dan luasan kolektor (A c ). Untuk menghitung energi berguna (Q u ) digunakan persamaan (1) : Q u = m. C p (T in_c T out _c )

60 43 Untuk mempermudah perhitungan untuk laju aliran massa udara didalam kolektor, maka digunakan dengan massa udara dalam kolektor yang diperoleh dengan melakukan operasi perkalian antara ρ udara dengan volume udara dalam kolektor. Volume udara dalam kolektor dihitung dengan persamaan mencari volume dan dinyatakan sebagai berikut : V udara kolektor V udara kolektor = p x l x t = 2m x 1m x,12m V udara kolektor =,24m 3 Massa jenis udara didalam kolektor (ρ udara ) ditentukan dengan menghitung harga rata-rata dari temperatur masuk dan temperatur keluar kolektor. Temperatur masuk (T in_c) dan keluar kolektor (T out_c) besarnya 31,76 o C dan 56,72 o C. Sehingga ρ udara pada temperatur 44,24 o C = 1,8 kg m 3 m = V udara kolektor x ρ udara m =,24m 3 x1,8 kg m 3 m =,2592 kg Maka nilai energi berguna dapat dihitung. Q u = mc p (T o T i ) Q u =,2592 kg x15 J/kg o Cx(56,72 o C 31,76 o C) Q u = 651,98 J Radiasi surya (G T ) diambil nilai rata-rata dalam 5 menit (3 detik) = W/m 2 x 3 detik = J/m 2. Luas kolektor surya yaitu 2 m 1m = 2m 2

61 44 Sehingga efisiensi kolektor dapat dihitung dengan persamaan (2) : Q u η c = G T A c 651,98 J η c = J/m 2 x2 m 2 η c =,15242 η c =,15242 x 1% η c = 1,5242 % Menentukan efisiensi pengambilan ( p ) yaitu dengan persamaan (6) : η p = RH out _p RH out _c RH in _c RH out _c Besarnya nilai tingkat kelembaban udara masuk kolektor RH in _c, kelembaban udara keluar kolektor RH out _c dan kelembaban udara keluar pengering RH out _p dapat dicari dengan menghitung nilai kelembaban spesifik ω 2 dan ω Contoh perhitungan untuk mengetahui kelembaban relatif (RH). Variabel yang diketahui : T 1 = 35 C c p = 1,5 kj/kg. C T 2 = 29 C h f2 = 121,439 kj/kg P 2 = 11,325 kpa h g1 = 2563,2 kj/kg P g1 = 4,511 kpa p g1 = 4,511 kpa P g2 = 3,627 kpa h fg2. = 2431,283 kj/kg

62 45 Perhitungan untuk ω 2 dan ω 1 adalah dengan persamaan (4) dan persamaan (5) ω 2 =,622P g2 P 2 P g2 ω 2 =,622 3,627 11,325 3,627 ω 2 =,231 kg H 2 O/kg udara kering ω 1 = C p T 2 T 1 + ω 2 fg2 g1 f2 ω 1 = 1, , , ,2 121,439 ω 1 =,25 kg H 2 O/kg udara kering.setelah ω 2 dan ω 1 diketahui, maka kelembaban relatif (RH) dihitung dengan persamaan (3) : RH = RH = ω 1 P 2,622 + ω 2 P g1,25 11,325,622 +,231 3,627 RH =,7182 RH = 71,82 % Langkah perhitungan diatas diterapkan untuk perhitungan kelembaban udara masuk kolektor RH in _c, kelembaban udara keluar kolektor RH out _c dan kelembaban udara keluar pengering RH out _p pada tiap data percobaan. Kemudian dirata-rata, sehingga didapat :

63 46 RH in _c = 53,34 RH out _c = 18,24 RH out _p = 46,76 η p = RH out _p RH out _c RH in _c RH out _c η P = 46,76 18,24 53,34 18,24 η p =,8125 η p = 81,25 % Efisiensi Sistem Pengering (η s ) dapat ditentukan besarnya dengan persamaan (7) : η s = WL G T A c Persamaan disederhanakan menjadi : η s = m fg G T A c Penyederhanaan dilakukan untuk mempermudah penghitungan sesuai dengan variabel data yang diketahui. fg rata rata = 2446,616kJ/kg = J/kg Radiasi surya (G T ) yang dipakai adalah radiasi surya rata-rata dalam 5 menit, sehingga G T rata-rata = 71,96 W/m 2 x 3 detik = J/m 2 m = Rata-rata massa air yang menguap tiap 5 menit (3 detik). m = m awal m akhir t total 5

64 47 m = 3 kg 2,8 kg 12 menit m =,83 kg 5 Sehingga efisiensi sistem pengering diperoleh, η s =,83 kg x J/kg J/m 2 x (2m x 1m) η s =,478 η s = 4,78 % Tarikan tambahan pada cerobong yang diciptakan oleh perbedaan massa jenis antara udara di dalam dan di luar pengering atau penurunan tekanan antara kedua sisi lapisan padi ( p). Tinggi antara permukaan bawah lapisan padi dengan dasar udara masuk kolektor (H 1 ) adalah 1,29 m, dan tinggi cerobong dengan permukaan atas lapisan padi (H 2 ) adalah 2,7 m. Menentukan tarikan pada cerobong ( p) dengan persamaan (8) : p = 1 ρ ρ ρ ρ 2 g p = 1,29 1,148 1,69 + 2,7 1,148 1,87. 9,81 p = 2,61 Pascal Perhitungan tarikan pada cerobong ( p) dilakukan setiap 5 menit waktu pengambilan data, kemudian dirata-rata untuk tiap data percobaan.

65 Grafik Hasil Perhitungan Dalam perhitungan terdapat hasil-hasil yang tidak valid. Ketidakvalidan data ini disebabkan oleh beberapa faktor yaitu : 1. Padi yang digunakan dalam percobaan, kandungan airnya berbeda-beda. Hal ini disebabkan oleh umur dan kwalitas padi yang berbeda. 2. Ketidakakuratan alat ukur temperatur sehingga terjadi perbedaan antara temperatur yang terbaca dalam alat ukur dan temperatur sebenarnya. Energi Berguna /Qu. (Watt) ,1 Tinggi Cerobong (m) Gambar 4.43 Energi berguna (Qu) Energi berguna (Qu) adalah jumlah energi yang dipindahkan dari absorber ke udara didalam kolektor surya, ditunjukkan pada gambar Untuk pengering padi dengan tinggi cerobong,1 m besarnya adalah 9367 W, dan untuk pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m besarnya 521 W. Untuk pengering padi dengan tinggi cerobong,1 m, energi bergunanya lebih besar dari pengering dengan tinggi

66 Efisiensi kolektor (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 49 cerobong 2 m disebabkan karena pada pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m laju aliran massa udara yang melewati absorber lebih tinggi yang disebabkan oleh tarikan tambahan pada cerobong, sehingga perpindahan kalor konveksi yang terjadi pada absorber ke udara didalam kolektor lebih cepat ,1 Tinggi Cerobong (m) Gambar 4.44 Efisiensi kolektor Efisiensi kolektor adalah perbandingan antara jumlah energi yang dipindahkan dari absorber ke udara dengan total energi yang surya yang datang ke kolektor, ditunjukkan pada gambar Untuk pengering padi dengan tinggi cerobong,1 m, efisiensi kolektor adalah sebesar 3,8 %, lebih tinggi dari pengering dengan tinggi cerobong 2 m yang besarnya 1,3 %. Hal ini disebabkan karena besar energi berguna untuk alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m lebih besar.

67 Efisiensi Pengambilan ( %) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI ,1 Tinggi Cerobong (m) Gambar 4.45 Efisiensi pengambilan Efisiensi pengambilan didefinisikan sebagai perbandingan uap air yang dipindahkan (diambil) oleh udara dalam alat pengering dengan kapasitas teoritis udara menyerap uap air, ditunjukkan pada gambar Untuk pengering padi dengan tinggi cerobong,1 m, efisiensi pengambilan adalah sebesar 25,3 %, lebih rendah dari pengering dengan tinggi cerobong 2 m yang besarnya 66,4 %. Hal ini dikarenakan kelembaban absolut keluar pengering untuk pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m lebih tinggi dari kelembaban absolut keluar pengering padi dengan tinggi cerobong,1 m. Dalam perhitungan efisiensi pengambilan, terdapat hasil yang tidak valid, hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu sebagai berikut : 1. Pada temperatur basah untuk tiap titik pengukuran terpengaruh oleh temperatur air yang digunakan sebagai media basahnya. Semakin tinggi temperatur udara sekitarnya maka temperature airnya juga akan ikut naik

68 Efisiensi Sistem Pengeringan (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 51 temperaturnya, yang mengakibatkan hasil pengukuran temperatur basah pada tiap titik pengukuran tidak valid. 2. Penambahan pelat alumunium yang ditutup kaca pada dinding kotak pengering sehingga, bertambahnya energi surya yang diserap didalam kotak pengering akan menaikkan temperatur didalam kotak pengering ,1 Tinggi Cerobong (m) Gambar 4.46 Efisiensi sistem pengeringan Efisiensi sistem pengeringan didefinisikan sebagai perbandingan antara energi yang digunakan untuk menguapkan air dari hasil pertanian yang dikeringkan dengan energi yang datang pada alat pengering, ditunjukkan pada gambar Dari perhitungan diketahui bahwa efisiensi sistem pengering untuk pengering padi dengan tinggi cerobong,1 m adalah sebesar 24,6%, lebih besar dari pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m yang besarnnya 5,3 %. Dari hasil perhitungan efisiensi sistem

69 Tarikan Pada cerobong (Pa) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 52 diatas terdapat hasil yang kurang valid, hal ini disebabkan oleh penambahan plat alumunium yang ditutup kaca pada dinding kotak pengering sehingga, bertambahnya energi surya yang diserap didalam kotak pengering akan menaikkan temperatur didalam kotak pengering yang akan menyebabkan perbedaan temperatur antara atas dan bawah lapisan padi yang dikeringkan pada kotak pengering menjadi semakin kecil ,1 Tinggi Cerobong (m) Gambar 4.47 Rata-rata tarikan pada cerobong untuk tiap percobaan Tarikan tambahan pada cerobong atau dengan perkataan lain, penurunan tekanan antara kedua sisi lapisan padi, ditunjukkan pada gambar Untuk pengering padi dengan tinggi cerobong,1 m, tarikan tambahan pada cerobong adalah sebesar 2,9 Pa, sedangkan untuk pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m, tarikan tambahan yang dihasilkan cerobong adalah 2,8 Pa.

70 Massa Padi (kg) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Massa Awal Padi Pengeringan dengan alat pengering Pengeringan Konvensional ,1 Tinggi Cerobong (m) Gambar 4.48 Penurunan massa padi untuk tiap proses pengeringan Penurunan massa padi untuk tiap proses pengeringan ditunjukkan pada gambar Untuk Proses pengeringan padi dengan alat pengering rata-rata penurunan massanya lebih besar dari proses pengeringan secara konvensional yaitu dengan selisih penurunan massa padi sebesar 5 gram hingga 15 gram, tergantung dari lamanya proses pengeringan tersebut. Dalam proses pengeringan padi dengan alat pengering dengan tinggi cerobong,1 m, penurunan massa padi yang terjadi tidak berbeda jauh dengan proses pengeringan dengan alat pengering dengan tinggi cerobong 2 m yaitu sebesar 1 gram.

71 54 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari semua penelitian, uji coba, perhitungan dan analisa data dapat disimpulkan sebagai berkut : 1. Energi berguna (Q u ), pada pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m, ratarata lebih rendah 55,5 % dari pengering dengan tinggi cerobong.1 m 2. Efisiensi pengambilan kadar air (ηp), pada pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m, rata-rata lebih tinggi 38,1 % dari pengering dengan tinggi cerobong.1 m. 3. Efisiensi kolektor (ηc), pada pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m, lebih rendah 35,7 % dari pengering padi dengan tinggi cerobong.1 m. 4. Efisiensi sistem pengeringan (ηs), pada pengering padi dengan tinggi cerobong 2 m,lebih rendah 21,6 % dari pengering padi dengan tinggi cerobong,1 m. 5. Tarikan tambahan pada cerobong (Δp), untuk pengering padi dengan tinggi cerobong,1 m lebih tinggi 96,5 % dari rata-rata tarikan tambahan pada cerobong untuk pengering dengan tinggi cerobong 2 m. 6. Penurunan massa padi pada proses pengeringan dengan alat pengering ratarata lebih tinggi 2 % dari proses pengeringan padi secara konvensional.

72 Saran Setelah melakukan penelitian maka penulis memberikan beberapa saran untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal sebagai berikut: 1. Perlunya pembanding alat ukur, kalibarasi temperatur antara temokopel dengan termometer air raksa. 2. Pengecekan alat seperti termokopel selalu dilakukan sebelum pengambilan data untuk mencegah bila ada termokopel yang rusak tidak mengganggu saat pengambilan data. 3. Pengambilan data di setiap titik dilakukan pada saat yang sama dan di setiap titik dipasang display untuk menghindari salah pembacaan temperatur. 4. Pengambilan data sebaiknya pada saat kondisi cuaca yang baik, intensitas cahaya matahari cukup. 5. Bahan penelitian yang digunakan mempunyai sifat-sifat yang sama untuk tiap percobaan 5.3 Penutup Demikian Tugas Akhir ini penulis susun. Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu penulis akan sangat terbuka menerima kritik dan saran yang membangun penulis. Semoga Tugas Akhir ini dapat berguna bagi pembaca dan demi perkembangan teknologi pengering energi surya. Sekian dan terima kasih.

73 56 DAFTAR PUSTAKA Arismunandar, W., (1995), Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita,pp Cengel, Y.A.,&, M.A., (1989) Thermodynamics an Enginering Aproach 5 th, Mc. Graw Hill New York,pp Choudhury C.; Anderson S.L.; Rekstad, J., (1988) A solar air heater for low temperature applications, Solar Energy 4, pp Duffie, J.A.; Beckman, W.A., (1991). Solar Engineering of Thermal Processes, New York : John Wiley. Garg, H.P.; Choudhury, C.;, Datta, G., (1991), Theoretical analysis on a new finned type solar air heater, Solar Energy, 16, pp Häuser; Markus; Ankila; Omar, (29) Morroco Solar Dryer Manual; Centre de Développement des Energies Renouvelables (CER), Kendall, P.; Allen, L.,(1998), Drying Vegetables; Food and Nutrition Series Preparation, Colorado State University Cooperative Extension Service Publication 1 / Kurtbas, I.; Turgut, E. (26), Experimental Investigation of Solar Air Heater with Free and Fixed Fins: Efficiency and Exergy Loss, International Journal of Science & Technology, Volume 1, No 1, Lansing, F. L.; Clarke, V.; Reynolds, R., (1979), A High Performance Porous Flat- Plate Solar Collector, Energy (UK), vol. 4, Aug. 1979, p Menteri Energi Dan Sumber Daya Mineral, (23), Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan Dan Konservasi Energi (Energi Hijau), Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral, Jakarta Scanlin, D., (1997), The Design, Construction And Use Of An Indirect, Through- Pass, Solar Food Dryer, Home Power, Issue No. 57, pages 62-72, February/March Scanlin, D; Renner, M.; Domermuth, D.; Moody, H., (1999), Improving Solar Food Dryers, Home Power, Issue No. 69, pages 24-34, February / March 1999 Sharma, S.P.; Saini J.S.; Varma, K.K.; (1991), Thermal performance of packed-bed solar air heaters, Solar Energy, 47, pp Sodha, M. S.; Bansal, N. K.; Singh, D.; Bharadwaj, S. S., (1982), Performance of a matrix air heater, Journal of Energy, vol. 6, Sept.-Oct. 1982, p

74 57 LAMPIRAN Gambar pengering padi energi surya dengan tinggi cerobong 2 m tampak samping Gambar pengering padi energi surya dengan tinggi cerobong 2 m tampak depan

75 58 Gambar pengering padi energi surya dengan tinggi cerobong,1 m Gambar kotak pengering padi energi surya

76 59 Gambar kotak kolektor pengering padi energi surya

77 6 Gambar pengeringan padi secara langsung (pengeringan konvensional) Gambar timbangan untuk mengetahui penurunan massa padi

78 61 Gambar pyranometer

79 62 Gambar display termokopel