KAJIAN PERFORMANSI PENGERING SURYA METODE TIDAK LANGSUNG (INDIRECT SOLAR DRYER) KOLEKTOR PLAT DATAR BERSIRIP SKRIPSI

Transkripsi

1 KAJIAN PERFORMANSI PENGERING SURYA METODE TIDAK LANGSUNG (INDIRECT SOLAR DRYER) KOLEKTOR PLAT DATAR BERSIRIP SKRIPSI Oleh KLAUDIA KATHRYN Y M DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN JULI 2016

2 KAJIAN PERFORMANSI PENGERING SURYA METODE TIDAK LANGSUNG (INDIRECT SOLAR DRYER) KOLEKTOR PLAT DATAR BERSIRIP SKRIPSI Oleh KLAUDIA KATHRYN Y M SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2016

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: KAJIAN PERFORMANSI PENGERING SURYA METODE TIDAK LANGSUNG (INDIRECT SOLAR DRYER) KOLEKTOR PLAT DATAR BERSIRIP dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyatan ini saya buat, apabila di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, Juli 2016 Klaudia Kathryn Y M NIM : i

4 PENGESAHAN Skripsi dengan judul: KAJIAN PERFORMANSI PENGERING SURYA METODE TIDAK LANGSUNG (INDIRECT SOLAR DRYER) KOLEKTOR PLAT DATAR BERSIRIP dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 22 Juli 2016 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Mengetahui, Medan, Juli 2016 Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, MT Prof. Dr. Ir. Turmuzi Lubis, MS NIP NIP Dosen Penguji I Dosen Penguji II Ir. Bambang Trisakti, MT Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT NIP NIP ii

5 PRAKATA Puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul Kajian Performansi Pengering Surya Metode Tidak Langsung (Indirect Solar Dryer) Kolektor Plat Datar Bersirip, berdasarkan hasil penelitian yang Penulis lakukan di Laboratorium Energi Baru/Terbarukan, Balai Riset dan Standarisasi Industri, Medan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik. Hasil penelitian ini memberikan informasi mengenai performansi pengering surya metode tidak langsung (indirect solar dryer) kolektor plat datar bersirip. Dengan adanya penelitian ini dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan mengenai pengering surya sebagai salah satu metode memanfaatkan energi surya dalam pengeringan hasil-hasil pertanian. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada: 1. Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, M.S selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian. 2. Dr. Ir. Sari Farah Dina, M.T selaku Dosen Pembimbing II yang telah banyak memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian. 3. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 4. Ir. Bambang Trisakti, MT dan Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 5. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. iii

6 6. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia sebagai Dosen Pembimbing Akademik yang senantiasa memberikan arahan dan motivasi selama menyelesaikan perkuliahan. 7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang berharga dan bantuan kepada penulis selama menjalankan perkuliahan. 8. Fitri Siregar, selaku partner yang telah sabar dan membantu penulis bekerja sama dalam menyelesaikan penelitian. 9. Sahabat-sahabat penulis di Teknik Kimia USU 2011 tanpa terkecuali khususnya Nora, Henni, Happy, Dessy, Edy dan Fahmi yang selalu memberikan dukungan dan pembelajaran kepada penulis. 10. Sahabat terbaik penulis yaitu adik-adik Remaja dan Tambourine GBI El- Grasya, yang telah banyak memberikan dukungan dan doa bagi penulis. 11. Semua orang yang telah membantu penulis hingga penyusunan skripsi ini, yang tidak dapat ditulis namanya satu per satu. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu Penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan, Juli 2016 Penulis Klaudia Kathryn Y M iv

7 DEDIKASI Skripsi ini saya persembahkan untuk : Ayah & Ibu Tercinta Pdt. Yafet R. Marbun dan Pdt. Elda Silvia Mangunsong Abang & Adik Tersayang Yuda Morado Marbun dan Michael Yafda Marbun Mereka adalah motivasi terbesar dan sumber energi bagiku. Kekuatan cinta dan kasih sayang tak terhingga yang diberikan kepadaku tiada mungkin dapat kubalas melainkan hanya diwakili oleh kata terima kasih melalui selembar kertas yang memberikan penghormatan terbesar bagi mereka. Sekiranya Tuhan Yesus Kristus selalu memberikan berkat kesehatan dan kebahagiaan yang melimpah bagi mereka. v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Klaudia Kathryn Yoezer Marbun NIM : Tempat, tanggal : Jakarta, 13 April 1993 lahir Nama orang tua : Pdt. Yafet R. Marbun dan Pdt. Elda Silvia Mangunsong Alamat orang tua : Jalan Perkutut No. 193 Kel. Helvetia Tengah Kec. Medan Helvetia, Medan Asal Sekolah: SD Methodist Pancur Batu tahun SMP Methodist Pancur Batu tahun SMA Kalam Kudus Medan tahun Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai Anggota Bidang Sosial dan Rohani 2. Asisten Laboratorium Mikrobiologi Teknik Departemen Teknik Kimia FT USU tahun modul Fermentasi dan Proses Pewarnaan Gram 3. Kerja Praktek di PTPN IV Pabatu, Tebing Tinggi, Sumatera Utara Prestasi yang pernah diperoleh : 1. Peserta Cerdas Cermat Tingkat SD Se-Deli Serdang Tahun Juara II Vokal Solo YPGMI Pancur Batu Tahun Juara II Cerdas Cermat Tingkat SMP Tahun 2008 oleh SMK Telkom Shandy Putra Medan 4. Peserta Lomba Vokal Solo Tingkat SMA Se-Kota Medan Tahun Artikel yang akan dipublikasikan pada : 1. Jurnal Teknik Kimia Fakultas Teknik yang berjudul Kajian Performansi Pengering Surya Metode Tidak Langsung (Indirect Solar Dryer) Kolektor Plat Datar Bersirip vi

9 ABSTRAK Energi surya merupakan sumber energi yang tidak pernah habis, sehingga menjadi potensi sumber energi untuk berbagai kebutuhan. Salah satu penggunaan energi surya dilakukan dalam pengeringan. Untuk menambah kelayakan energi surya dapat dilakukan dengan memanfaatkan teknologi energi surya buatan (solar dryer) secara tidak langsung (indirect). Penelitian ini bertujuan mengkaji performansi pengering surya metode tidak langsung (indirect solar dryer) kolektor plat datar bersirip dengan memvariasikan bukaan kolektor, menghitung kisaran rata-rata intensitas radiasi matahari dan rata-rata efisiensi kolektor surya yang dapat dicapai dan mempelajari faktor yang mempengaruhinya. Adapun peralatan utama yang akan digunakan adalah pengering surya dengan ruang pengering dan kolektor surya. Kolektor surya yang digunakan dalam penelitian ini adalah kolektor plat datar bersirip yang terdiri dari 4 lapisan, yaitu kayu, styrofoam, rockwoll, dan plat absorber. Variabel berubah dalam penelitian ini adalah bukaan kolektor terbuka 100%, terbuka 15%, terbuka 75%, tertutup 100%. Penelitian ini dilakukan di bawah matahari yang berlangsung dari pukul WIB. Hasil penelitian diperoleh intensitas radiasi matahari rata-rata selama penelitian berturut-turut untuk variasi terbuka 100%, terbuka 15%, terbuka 75%, dan tertutup 100% adalah 390 W/m 2, 429 W/m 2, 376 W/m 2, dan 359 W/m 2. Kenaikan temperatur plat tertinggi terjadi pada variasi tertutup 100%. Efisiensi kolektor tertinggi pada variasi bukaan 15%. Hasil ini menunjukkan bahwa efisiensi kolektor dipengaruhi oleh intensitas radiasi matahari yang diterima oleh kolektor dan temperatur plat pada kolektor. Kata kunci : Energi Surya, Kolektor, Tidak Langsung, Intensitas Radiasi Matahari, Efisiensi vii

10 ABSTRACT Solar energy is an energy source that never runs out, so it becomes a potential energy source for a variety of needs. One use of solar enery is in drying. To increase the feasibility of solar energy can be done by using indirect solar dryer. This research is aim to study the performance of indirect solar dyer with finned flat plate collector with openings varying collector, to calculate the range of the average intensity of solar radiation, and average efficiency of solar collector that can be achieved and to study the factors of that influence. The main equipment to be used is a solar dryer with a drying chamber and solar collector. The solar collector consists of four layers, namely wood, styrofoam, rockwoll, and absorber plate. The variable change in this research is an aperture collector open 100%, open 15%, open 75%, closed 100%. This research done under the sun lasted from WIB. The result retrieved intensity of solar radiation on average during the research consecutive to the variation open 100%, open 15%, open 75%, closed 100% is 390 W/m 2, 429 W/m 2, 376 W/m 2, dan 359 W/m 2. The highest increase of plate temperature occurred in closed 100%. The highest efficiency of collector is in open 100%. The result shows the efficiency of collector influenced by intensity of solar radiation accepted by collector and the plate temperature at the collector. Keywords: Solar Energy, Collector, Indirect, Intensity of Solar Radiation, Efficiency viii

11 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii PRAKATA iii DEDIKASI v RIWAYAT HIDUP vi ABSTRAK vii ABSTRACT viii DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xiii DAFTAR LAMPIRAN xv DAFTAR SINGKATAN xvi DAFTAR SIMBOL xvii BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA PENGERINGAN PENGERINGAN SURYA (SOLAR DRYING SYSTEM) Penjemuran Langsung (Open Sun Drying) Pengeringan secara Langsung(Direct Solar Drying) Pengeringan secara Tidak Langsung (Indirect Solar Drying) JENIS-JENIS PENGERING SURYA HASIL PERKEBUNAN DAN PERTANIAN KOLEKTOR SURYA PERPINDAHAN PANAS 13 ix

12 2.6.1 Perpindahan Panas Konduksi Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan Panas Radiasi 15 BAB III METODOLOGI PENELITIAN TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN PERALATAN Peralatan yang Digunakan Peralatan Pengukuran PROSEDUR PENELITIAN PROSEDUR PERHITUNGAN Menghitung Kehilangan Panas Menghitung Panas Masuk (Qin) pada Kolektor Menghitung Panas yang Digunakan (Qu) pada Kolektor Menghitung Efisiensi Kolektor FLOWCHART PENELITIAN 29 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ANALISIS INTENSITAS RADIASI MATAHARI (SOLAR RADIATION) TERHADAP TEMPERATUR DALAM KOLEKTOR SURYA ANALISIS PENGARUH BUKAAN KOLEKTOR SURYA TIPE PLAT DATAR BERSIRIP TERHADAP KENAIKAN TEMPERATUR PLAT ABSORBER DALAM KOLEKTOR ANALISIS EFISIENSI KOLEKTOR SURYA 37 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 43 DAFTAR PUSTAKA 45 x

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Prinsip Kerja Penjemuran Langsung 8 Gambar 2.2 Prinsip Kerja Pengeringan secara Langsung 9 Gambar 2.3 Prinsip Kerja Pengeringan secara Tidak Langsung 10 Gambar 2.4 Pengering Surya Pasif 11 Gambar 2.5 Pengering Surya Aktif 12 Gambar 3.1 Pengering Surya 16 Gambar 3.2 Sirip Kolektor 17 Gambar 3.3 Penampang Kolektor Surya 18 Gambar 3.4 Hobo Microstation Data Logger 19 Gambar 3.5 Laptop 22 Gambar 3.6 T data logger 23 Gambar 3.7 Termolaser 23 Gambar 3.8 Prosedur Penelitian 24 Gambar 3.9 Penampang Kolektor Surya dan Kehilangan Panasnya 24 Gambar 3.10 Flowchart Penelitian Kajian Performansi Pengering Surya Metode Tidak Langsung (Indirect Solar Dryer) 29 Gambar 4.1 Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 100% 30 Gambar 4.2 Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 15% 31 Gambar 4.3 Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 75% 32 Gambar 4.4 Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Kolektor Pada Variasi Tertutup 100% 33 Gambar 4.5 Intensitas Matahari dan Temperatur Plat Pada Variasi Terbuka 100% 35 Gambar 4.6 Intensitas Matahari dan Temperatur Plat Pada Variasi Terbuka 15% 35 Gambar 4.7 Intensitas Matahari dan Temperatur Plat Pada Variasi Terbuka xi

14 75% 36 Gambar 4.8 Intensitas Matahari dan Temperatur Plat Pada Variasi Tertutup 100% 37 Gambar 4.9 Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi Kolektor Untuk Variasi Terbuka 100% 38 Gambar 4.10 Standar Deviasi Temperatur Plat Untuk Variasi Terbuka 100% 38 Gambar 4.11 Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi Kolektor Untuk Variasi Terbuka 15% 39 Gambar 4.12 Standar Deviasi Temperatur Plat Untuk Variasi Terbuka 15% 39 Gambar 4.13 Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi Kolektor Untuk Variasi Terbuka 75% 40 Gambar 4.14 Standar Deviasi Temperatur Plat Untuk Variasi Terbuka 75% 40 Gambar 4.15 Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi Kolektor Untuk Variasi Tertutup 100% 41 Gambar 4.16 Standar Deviasi Temperatur Plat Untuk Variasi Tertutup 100% 41 Gambar L3.1 Pengering Surya 94 Gambar L3.2 Bukaan Terbuka 100% 94 Gambar L3.3 Bukaan Terbuka 15% 95 Gambar L3.4 Bukaan Terbuka 75% 95 Gambar L3.5 Bukaan Tertutup 100% 95 xii

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Penelitian Sebelumnya tentang Alat Pengering Surya 2 Tabel 3.1 Konduktivitas Bahan 18 Tabel 3.2 Tabel Spesifikasi Pyranometer 20 Tabel 3.3 Tabel Spesifikasi Wind Velocity Sensor 20 Tabel 3.4 Tabel Spesifikasi Measurement Apparatus 21 Tabel 3.5 Tabel Spesifikasi T RH dan Sensor 22 Tabel L1.1 Data Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Lingkungan Untuk Variasi Terbuka 100% 48 Tabel L1.2 Data Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Lingkungan Untuk Variasi Terbuka 15% 49 Tabel L1.3 Data Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Lingkungan Untuk Variasi Terbuka 75% 51 Tabel L1.4 Data Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Lingkungan Untuk Variasi Tertutup 100% 52 Tabel L1.5 Data Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Lingkungan Untuk Variasi Terbuka 100% (duplo) 53 Tabel L1.6 Data Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Lingkungan Untuk Variasi Terbuka 15% (duplo) 55 Tabel L1.7 Data Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Lingkungan Untuk Variasi Terbuka 75% (duplo) 56 Tabel L1.8 Data Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Lingkungan Untuk Variasi Tertutup 100% (duplo) 58 Tabel L1.9 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 100% 59 Tabel L1.10 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 15% 62 Tabel L1.11 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 75% 64 Tabel L1.12 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Tertutup 100% 67 Tabel L1.13 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 100% (duplo) 69 Tabel L1.14 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 15% (duplo) 72 Tabel L1.15 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 75% (duplo) 74 xiii

16 Tabel L1.16 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Tertutup 100% (duplo) 77 Tabel L1.17 Data Efisiensi Kolektor Pada Variasi Terbuka 100% 79 Tabel L1.18 Data Efisiensi Kolektor Pada Variasi Terbuka 15% 80 Tabel L1.19 Data Efisiensi kolektor Pada Variasi Terbuka 75% 80 Tabel L1.20 Data Efisiensi kolektor Pada Variasi Tertutup 100% 80 Tabel L1.21 Data Efisiensi kolektor Pada Variasi Terbuka 100% (duplo) 81 Tabel L1.22 Data Efisiensi kolektor Pada Variasi Terbuka 15% (duplo) 81 Tabel L1.23 Data Efisiensi kolektor Pada Variasi Terbuka 75% (duplo) 81 Tabel L1.24 Data Efisiensi kolektor Pada Variasi Tertutup 100% (duplo) 82 Tabel L2.1 Sifat Fisik Udara pada Temperatur Film 317,57 K 83 Tabel L2.2 Sifat Fisik Udara pada Temperatur Film 307,4 K 85 Tabel L2.3 Sifat Fisik Udara pada Temperatur Film 324,87 K 87 xiv

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN 48 L1.1 DATA INTENSITAS RADIASI MATAHARI DAN TEMPERATUR LINGKUNGAN 48 L1.2 DATA TEMPERATUR PADA KOLEKTOR 59 L1.3 DATA EFISIENSI PADA KOLEKTOR 79 LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 83 L2.1 MENGHITUNG KECEPATAN PROFIL KOLEKTOR 83 L2.2 MENGHITUNG KOEFISIEN KONVEKSI 85 L2.3 MENGHITUNG KEHILANGAN PANAS 89 L2.4 MENGHITUNG PANAS MASUK PADA KOLEKTOR 93 L2.5 MENGHITUNG PANAS YANG DIGUNAKAN PADA KOLEKTOR 93 L2.6 MENGHITUNG EFISIENSI KOLEKTOR 93 LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 94 L3.1 FOTO PENGERING SURYA 94 L3.2 FOTO VARIASI BUKAAN KOLEKTOR 94 xv

18 DAFTAR SINGKATAN LU LS BT MJ Lintang Utara Lintang Selatan Bujur Timur Mega Joule xvi

19 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan A Luas permukaan m 2 α a β b Absorbsivitas plat Atas Sudut kemiringan kolektor Bawah Cp Panas jenis J/kg.K dd Dinding δ Tebal lapisan batas m ε Emisivitas g Gravitasi m/s 2 GrL Bilangan Grashoff F faktor efisiensi kolektor, asumsi = 90% % h koefisien konveksi W/m.K I Intensitas Radiasi Matahari W/m 2 in Masuk pada kolektor k Konduktivitas termal W/m.K L Panjang kolektor m l Lebar m kc ky Kaca Kayu Laju alir massa η Efisiensi % N Nu Jumlah penutup kaca Bilangan Nusselt p Plat absorber ρ Massa jenis kg/m 3 Pr RaL Bilangan Prandtl Bilangan Rayleigh xvii

20 θ Kemiringan kolektor Q Jumlah panas J rw r Rockwool Lingkungan Transmisivitas T Temperatur K, o C t Tebal m st u u loss Styrofoam Udara Yang digunakan Hilang µ Viskositas Ns/m 2 v Kecepatan profil kolektor m/s xviii