RANCANG BANGUN ALAT PENGERING BAHAN PERTANIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN ALAT PENUKAR KALOR DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH CABAI MERAH KERITING

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN ALAT PENGERING BAHAN PERTANIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN ALAT PENUKAR KALOR DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH CABAI MERAH KERITING TUGAS SARJANA Tugas Sarjana yang Diajukan Sebagai Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik CHAIRIL ANWAR NIM PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2 RANCANG BANGUN ALAT PENGERING BAHAN PERTANIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN ALAT PENUKAR KALOR DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH CABAI MERAH KERITING CHAIRIL ANWAR NIM Telah Disetujui dari Hasil Seminar Tugas Sarjana Priode Ke- 241 Pada Tanggal 9 Oktober 2015 Disetujui Oleh: Pembanding I Pembanding II

3

4

5

6

7

8

9 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkatnya karunia-nya, sehingga dapat menyelesikan tugas sarjana ini dengan baik. Adapun judul dari tugas sarjana ini adalah Rancang Bangun Alat Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan Alat Penukar Kalor. Tugas sarjana ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis banyak kesulitan dan kendala akan tetapi penulis juga mendapat dukungan dari berbagai pihak berupa semangat, doa dan nasehat yang terus menopang penulis dalam menyelesaikan laporan ini. Maka pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST.MT., selaku dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis; 2. Ibu Dr. Ir. Sari Farah Dina., Selaku pembimbing lapangan yang telah banyak membantu penulis selama proses penyusunan laporan tugas sarjana ini mulai dari awal hingga akhir; 3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri., selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik ; 4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT., selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik ; 5. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc., Selaku Koordinator Program Pendidikan Sarjana Ekstensi Teknik Mesin Fakultas Teknik ; i

10 6. Seluruh Dosen dan Staf Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik ; 7. Instansi Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan yang telah menjadi investor dalam pembuatan alat yang penulis rancang; 8. Ayahanda dan Ibunda yang selalu mendoakan, memberikan semangat dan bantuan baik secara moril maupun materil kepada penulis sejak awal perkuliahan hingga selesai laporan tugas sarjana ini; 9. Abang dan kakak-kakak saya yang terus mendoakan, mendukung dan memberikan motivasi kepada penulis; 10. Rekan-rekan satu tim tugas sarjana, Daniel Adri H Nababan dan Much. Shiddieq Munadzar yang telah meluangkan waktunya bersama untuk berdiskusi dan bertukar pikiran serta memberikaan kritik dan saran terhadap penulis; 11. Seluruh mahasiswa/i Departemen Teknik Mesin Ekstensi maupun Reguler yang telah memberikan dukungan dan semangat kepada penulis; 12. Dan semua pihak yang telah banyak membantu dalam penulisan laporan tugas sarjana ini yang namanya tidak bisa penulis tuliskan satu persatu. Walaupun penulis sudah berusaha semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan kritikan dan saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan tugas sarjana ini. Akhir kata penulis berharap semoga laporan tugas sarjana ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya, baik sebagai bahan masukkan maupun sebagai bahan perbandingan. Terima kasih. Medan, September 2015 Penulis, CHAIRIL ANWAR NIM ii

11 ABSTRAK Kajian pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dilatar belakangi dengan dibutuhkannya alat pengering bahan pertanian yang dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat hari hujan, hal ini mengingat selama ini pengeringan bahan pertanian dilakukan dengan menjemur langsung bahan pertanian di bawah sinar matahari dan tambahan bantuan angin (bergantung pada cuaca). Cuaca yang tidak menentu akan sangat mempengaruhi kualitas dari hasil bahan yang dikeringkan. Kadar air yang terlalu tinggi akibat panas yang tidak cukup untuk mengurangi kadar air akan memicu berkembangnya mikroba atau jamur yang dapat mengakibatkan pembusukkan. Oleh karena itu, dirancang sebuah alat untuk membantu dalam hal memaksimalkan pengeringan hasil pertanian. Pompa kalor dapat dimanfaatkan sebagai alat pengering. Penelitian ini bertujuan melakukan kajian yang meliputi perhitungan Coefficient of performance (COP) pompa kalor, perhitungan Total Performance (TP), perhitungan Specific Energy Consumtion (SEC), perhitungan Specific Moisture Extraction Rate (SMER) dan mengetahui karakteristik pengeringan cabai merah keriting. Dari hasil penelitian diperoleh: temperatur udara rata-rata masuk ruang pengering adalah 54,17 0 C dan kelembaban udara rata-rata adalah 23,36 %, COP dari pompa kalor adalah 3,4 dan Total Performance (TP) sistem pompa kalor adalah 8,28; SEC bahan yang dikeringkan secara bersamaan adalah 17,54 31,25 kwh/kg. SMER bahan yang dikeringkan secara bersamaan adalah 0,032 0,057 kg/kwh. Karakteristik dari proses pengeringan yang dilakukan memperlihatkan bahwa daya yang dibutuhkan untuk pengeringan bahan cabai merah keriting belah lebih rendah dibandingkan dengan cabai merah keriting utuh. Kata Kunci: COP, TP, SEC, SMER, Pompa Kalor, Alat Penukar Kalor iii

12 ABSTRACT This agriculture product with heat pump dryer sudy was based in order to design dryer which can be used not only at sunny day but rainy day also, because drying process was done by sunshine and wind. Uncertain weather will be have impact on product quality. Highly moisture as a result less heat to decrease moisture will increase microbe population. So, we design a dryer to optimize this drying product. Heat pump can be used as a dryer. This research was made in order to study about Coefficient of performance (COP), Total Performance (TP), Specific Energy Consumtion (SEC) and Specific Moisture Extraction Rate (SMER) calculation and to know the characteristic of red chili. From this research, verrieved: average temperature in drying box 54,17 0 C and relative humidity 23,36 %, COP of heat pump 3,4, Total Performance of heat pump 8,28; SEC of drying process 17,54 31,25 kwh/kg. SMER of drying process 0,032 0,057 kg/kwh. This characteristic from drying process show that power required to dry cutin half red chili lower than whole red chili. Keyword: COP, TP, SEC, SMER, Heat Pump, Heat Exchanger iv

13 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR. ABSTRAK i iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI. DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR NOTASI... v viii ix xiii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Tujuan Umum Tujuan Khusus Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pengeringan Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Pengeringan Jenis-Jenis Pengeringan Pompa Kalor (Heat Pump) Siklus Refrigerasi Kompresi Uap Pengering Pompa Kalor Perhitungan Performansi Teknis 15 v

14 BAB III METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan yang Digunakan Alat Bahan Metode Pelaksanaan Penelitian Eksperimental Set Up. 41 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Rancang Bangun Alat Rangka Utama Ruang Penngering Baki/wadah Evaporator Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate Ruang Kondensor Pressure Gauge Kontrol Panel Dudukan Alat Pengering Prinsip Kerja Analisa Performansi Teknis Data Hasil Pengukuran Menghitung Coefficient of Performance (COP) Pompa Kalor Pengukuran Temperatur dan Relative Humidity (RH) Proses Pembuatan (Manufacturing Process) Proses Pemotongan Proses Penyambungan Proses Pemasangan/perakitan Proses Finishing 61 vi

15 4.5 Prosedur Pengoperasian Kerja Alat Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan APK Hasil Pengujian Cabai Merah Keriting Cabai Merah Keriting Utuh Cabai Merah Keriting Belah Hasil Pengukuran Relative Humidity (RH) Pada Pengeringan Cabai Merah Keriting Utuh dan Cabai Merah Keriting Belah Pembahasan Kinerja Pompa Kalor Karakteristik Pengeringan 75 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran.. 77 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

16 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Kecepatan dan Temperatur Udara Menuju Kondensor 51 Tabel 4.2 Data Temperatur dan Kelembaban.. 51 Tabel 4.3 Data Termodinamik Refrigeran R22 54 Tabel 4.4 Interpolasi Nilai Entalpi. 54 Tabel 4.5 Temperatur dan RH Udara Masuk Ruang Pengering. 56 Tabel 4.6 Temperatur dan RH Udara Keluar Ruang Pengering.. 57 Tabel 4.7 Moisture Ratio Pada Pengeringan Cabai Merah Utuh 63 Tabel 4.8 Moisture Ratio Pada Pengeringan Cabai Merah Belah 66 Tabel 4.9 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering Pada Tanggal 3 September Tabel 4.10 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering Pada Tanggal 4 September Tabel 4.11 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering Pada Tanggal 5 September Tabel 4.12 Temperatur dan RH Saat Udara Keluar Ruang Pengering Pada Tanggal 3 September Tabel 4.13 Temperatur dan RH Saat Udara Keluar Ruang Pengering Pada Tanggal 4 September Tabel 4.14 Temperatur dan RH Saat Udara Keluar Ruang Pengering Pada Tanggal 5 September viii

17 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Refrigerator dan Pompa Kalor (Heat Pump) 10 Gambar 2.2 Skema Siklus Refrigerasi Kompresi Uap. 11 Gambar 2.3 Diagram T-s dan Diagram P-h dari Siklus Refrigerasi Kompresi Uap 12 Gambar 2.4 Diagram Pengering Bahan Pertanian Pompa Kalor. 13 Gambar 2.5 Skema Pengeringan.. 14 Gambar 3.1 Air Conditioner (AC) 20 Gambar 3.2 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate.. 21 Gambar 3.3 Exhaust Fan.. 21 Gambar 3.4 Kontrol Panel 22 Gambar 3.5 Mesin Las Listrik 900 Watt.. 23 Gambar 3.6 Gerinda Potong. 23 Gambar 3.7 Gerinda Tangan 23 Gambar 3.8 Bor Tangan 24 Gambar 3.9 Meteran. 24 Gambar 3.10 Penggaris Siku 24 Gambar 3.11 Spidol.. 25 Gambar 3.12 Gunting Seng.. 25 Gambar 3.13 Alat Tembak Paku Rivet. 25 Gambar 3.14 Alat Tembak Lem Silikon.. 26 ix

18 Gambar 3.15 Laptop 26 Gambar 3.16 Timbangan Duduk Digital.. 27 Gambar 3.17 Agilent A.. 27 Gambar 3.18 RH Meter 28 Gambar 3.19 Hot Wire Anemometer 29 Gambar 3.20 Pressure Gauge Gambar 3.21 Cabai Merah Keriting. 32 Gambar 3.22 Besi Hollow Galvanis. 32 Gambar 3.23 Besi Hollow Stainless Steel 33 Gambar 3.24 Besi Siku Galvanis. 33 Gambar 3.25 Pelat Aluminium. 34 Gambar 3.26 Rockwool Insulation.. 34 Gambar 3.27 Aluminium Foil.. 35 Gambar 3.28 Kaca 35 Gambar 3.29 Kasa Stainless Steel 36 Gambar 3.30 Roda Trolley Gambar 3.31 Pipa PVC 37 Gambar 3.32 Sambunngan Elbow Pipa PVC.. 37 Gambar 3.33 Kabel NYM 38 Gambar 3.34 Gagang Pintu.. 38 Gambar 3.35 Engsel Pintu 39 x

19 Gambar 3.36 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Penelitian. 40 Gambar 3.37 Eksperimental Set Up. 41 Gambar 4.1 Alat Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan APK 43 Gambar 4.2 Rangka Utama.. 44 Gambar 4.3 Ruang Pengering.. 45 Gambar 4.4 Baki/wadah 46 Gambar 4.5 Evaporator 46 Gambar 4.6 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate.. 47 Gambar 4.7 Ruang Kondensor. 47 Gambar 4.8 Pressure Gauge. 48 Gaambar 4.9 Kontrol Panel.. 49 Gambar 4.10 Dudukan Alat Pengering.. 49 Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Masuk Ruang Pengering.. 57 Gambar 4.12 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Keluar Ruang Pengering.. 58 Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Moisture Ratio dengan Waktu Pengeringan Pada Cabai Merah Utuh. 64 Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Moisture Ratio dengan Waktu Pengeringan Pada Cabai Merah Belah Gambar 4.15 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Masuk Ruang Pengering 3 September Gambar 4.16 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Masuk Ruang Pengering 4 September xi

20 Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Masuk Ruang Pengering 5 September Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Keluar Ruang Pengering 3 September Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Keluar Ruang Pengering 4 September Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Keluar Ruang Pengering 5 September xii

21 DAFTAR NOTASI A Luas penampang saluran udara m 2 AC Air conditioner APK Alat penukar kalor COP PK,h Coefficient of performance Cp ud Panas spesifik udara kj/kg. K h 1 Entalpi refrigeran keluar evaporator, masuk kompresor kj/kg h 2 Entalpi refrigeran keluar kompresor, masuk kondensor kj/kg h 3 Entalpi refrigeran keluar kondensor, masuk katup ekspansi kj/kg h 4 Entalpi refrigeran keluar katup eksapansi, masuk ke evaporator kj/kg Laju aliran massa udara kg/s Laju aliran massa refrigeran kg/s P Tekanan kpa Kalor yang dilepaskan kondensor kwh Q e Kalor yang diserap oleh evaporator Kw RH Relative humidity atau kelembaban udara realtif % SEC Specific energy consumption kwh/kg SMER specific moisture extraction rate kg/kwh t Waktu detik T Temperatur Ti,udara Suhu rata-rata udara masuk kondensor K To,udara Suhu rata-rata udara keluar kondensor K TP Total performance v Kecepatan aliran udara m/s Kerja Kompresor kw W f Berat kering kg Energi menggerakkan kipas kw W in Kerja (enrgi) yang masuk ke dalam sistem kw W o Berat basah kg ρ Density (berat jenis) o C xiii