LAMPIRAN 49
Lampiran 1. Perhitungan kebutuhan panas 1. Jumlah Air yang Harus Diuapkan = = = 180 = 72.4 Air yang harus diuapkan (w v ) = 180 72.4 = 107.6 kg Laju penguapan (Ẇ v ) = 107.6 / (32 x 3600) = 0.000934 kg air/dtk = 0.93 gr/dtk Keterangan = Angka 32 merupakan lama pengeringan yang direncanakan yaitu 32 jam. 2. Kebutuhan Panas Sifat udara pada suhu proses Kondisi T ( o C) T (K) RH H V W (kg H 2 O/kg (kj/kg) (m 3 /kg) Udara) 1- Awal 28 301 65 70.75 0.876 0.0167 2- Pengeringan 50 323 40 132.91 0.962 0.0319 3- Akhir 40 313 60 90.19 0.903 0.0284 - = ( ) ; C pb (kj/kg o C) = 0.837 + (3.348 x m 0 ) = 180 kg x 3.01 kj/kg K x (323 301) K x 10-3 = 11.9 MJ - = ; H fg pada 50 o C= 2382.84 kj/kg = 107.6 kg x 2382.84 kj/kg x 10-3 = 256.4 MJ - = ṁ =. / (..)/ 1.006 323 301 10 = (0.93/(28.4-16.7)) x 1.006 x (323 301) x (32 jam x 3600 dtk/jam) x 10-3 = 202.7 MJ Keterangan : ṁ v = Ẇ v /(W 3 -W 1 ) ; W 3 -W 1 merupakan kelembaban mutlak pada kondisi proses awal dan akhir pengeringan 50
- = ( ) Ket : U = 1.55 W/m 2 K (Dijelaskan Lampiran 4) ; A w (Luas terkena panas) = 20 m 2 Q4 = 1.55 W/m 2 K x 20 m 2 x (323 301) K x (32 jam x 3600 dtk/jam) x 10-6 = 78.6 MJ Total Panas yang Dibutuhkan adalah : Q T = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 = 11.9 MJ + 256.4 MJ + 202.7 MJ + 78.6 MJ = 549.6 MJ Panas yang tersedia (disuplai dari energi surya) jika diasumsikan total penyinaran matahari selama proses pengeringan adalah 20 jam adalah : Q S = I A P α τ t = 500 W/m 2 x 4 m 2 x 0.75 x 20 jam x 3600 detik/jam x 10-6 = 108 MJ Panas yang harus disuplai dari biomassa : Q B = Q T - Q S = 549.6 MJ 108 MJ = 441.6 MJ 51
Lampiran 2. Perhitungan Dimensi Fisik Sub-Fungsi Struktur 1. PERHITUNGAN PENENTUAN JUMLAH RAK Luas Rak (A rak ) = 0.9 x 0.65 = 0.585 m 2 Volume Bahan tiap rak = A rak x Tinggi Tumpuk = 0.585 x 0.02 = 0.012 m 3 /rak Volume bahan dikeringkan = 180 kg/500 kg/m 3 = 0.36 m 3 Jumlah Rak = 0.36 m 3 /0.012 m 3 /rak = 30 rak Rak disusun secara zigzag seperti terlihat pada gambar diatas dengan jarak antar rak 20 cm. 2. PERHITUNGAN PENENTUAN DIMENSI TUNGKU Kebutuhan Panas Kebutuhan panas yang diperlukan dari biomassa adalah 441.6 MJ. Jika diasumsikan efisiensi tungku 30% dan efektifitas HE adalah 0.4 dan kalor jenis kayu adalah 16351 kj/kg (Gaoss 2008) dan tungku juga digunakan pada siang hari, maka diperlukan kayu bakar sebanyak : = = 441.6 1000 0.3 0.4 16351 30 = 7.5/ - Massa kayu untuk pembakaran dibutuhkan 7.5 kg/jam, maka tungku dirancang untuk kapasitas 8 kg Perhitungan Kebutuhan Oksigen Secara Umum C + O 2 CO 2 12 kg C + 32 kg O 2 44 kg CO 2 1 kg C + 2,67 kg O 2 3,67 kg CO 2 Untuk pembakaran sempurna 1 kg C memerlukan 2,67 kg O 2 yang menghasilkan 3,67 kg CO2. 4 H + O 2 2 H 2 O 4 kg H + 32 O 2 2 x 18 kg H 2 O 1 kg H + 8 kg O 2 9 kg H 2 O Untuk pembakaran sempurna 1 kg Hidrogen H 2 membutuhkan 8 kg Oksigen O 2, dan menghasilkan 9 kg H 2 O Kebutuhan Oksigen 8 kg kayu bakar mengandung : Karbon (C) = 0.43 * 8 kg = 3.44 kg Hidrogen (H) = 0.05 * 8 kg = 0.4 kg Oksigen (O) = 0.38 * 8 kg = 3.04 kg Ket : Kandungan C, H, O didasarkan pada kandungan C, H, O kayu lamtorogung (Gaoss 2008). 52
Kebutuhan Oksigen [(3.44 * 2.67) + (0.4 * 8)] 3.04 = 9.34 kg O 2 Excess Air = 100% (asumsi) Total Kebutuhan O 2 = 9.34 * 2 Kebutuhan Udara = 18.68 kg O 2 Jika komposisi O 2 dalam udara adalah 21% maka dalam 1 kg udara mengandung 210 gr O 2 Sehingga kebutuhan udara total adalah = 18.68 O 2 /0.21 O 2 /kg udara = 88.9 kg udara = 74.1 m 3 /proses (ρ udara = 1.2 kg/m 3 ) Jika setiap proses membutuhkan waktu pembakaran 60 menit maka kebutuhan udara adalah 0.02 m 3 /detik Dimensi Inlet Udara Luas Inlet Udara yang diperlukan Adalah A = Q udara /V = 0.02/0.5 = 0.04 m 2 Volume Tungku Massa kayu bakar setiap pengumpanan adalah 8 kg Massa jenis kayu bakar rata-rata diasumsikan 200 kg/m 3 V tungku minimum = 8/200 =0.04 m 3 Karena pengumpanan tidak dilakukan sekaligus maka ada ruang lebih yang harus disediakan, jika ruanglebih yang disediakan adalah 50% dari volume minimum maka : V tungku = 0.04 + (0.5 x 0.04) = 0.06 m 3 3. PERHITUNGAN PENENTUAN JUMLAH PIPA HEAT EXCHANGER Untuk menentukan jumlah pipa heat exchanger yang diperlukan maka dilakukan perhitungan sebagai berikut : Asumsi : T1 = 28 o C ; T2 = 60 o C ; t1 = 170 o C ; t2 = 140 o C Panas yang dibutuhkan untuk pengeringan pada malam hari diasumsikan 60% dari total energi dari biomassa secara keseluruhan (dijelaskan pada Lampiran 1), maka panas yang harus disuplai dari penukar panas adalah sebesar jika malam hari disumsikan selama 12 jam : =.. = 6133.3 = (1 2) (2 1) (1 2) ln (2 1) 53
= = (170 60) (110 28) = 111 (170 60) ln (140 28) (1 2) (170 140) = (2 1) (60 28) = 0.94 = (2 1) (60 28) = (1 1) (170 28) = 0.21 = 0.98 ( ) Holman 1993 menyatakan bahwa koefisien konveksi keseluruhan (U) untuk penukar panas gas ke gas adalah 10-40 W/m2 o C, untuk menentukan jumlah pipa diasumsikan bahwa U = 35 W/m2 o C dan pipa yang dipilih adalah berdiameter luar 30 mm (diameter dalam 1 inch) dengan panjang 40 cm/pipa, maka : = = 6133.3 = 1.6 35 0.98 111 h = 1.6 = 42 (0.03) 0.4 / 54
Lampiran 3. Perhitungan Koefisien Pindah Panas Keseluruhan Diasumsikan pidah panas terjadi pada semua dinding vertikal pengering, dengan ilustrasi sebagai berikut : T p = 50 C h 2 T L = 30 C h 1 Keterangan : h 1 = koef. pindah panas konveksi dari dinding ke udara luar h 2 = koef. pindah panas konveksi udara pengering ke dinding x x = tebal dinding = 1.6 mm Mencari h1 Asumsi : 1. Konveksi terjadi secara alami 2. Tinggi dinding terkena pindah panas (L) = 2 m 3. Suhu dinding merupakan suhu rata-rata antara T P dan T L, yaitu : T d =(50 + 30)/2 = 40 C 4. Suhu rata-rata (T F ) = (T d + T p )/2 = (30 + 40)/2 = 35 C = =. =. ; =. =. ( = = ) =. h = 1.31( ) = 1.31 (10) = 2.82 Mencari h2 Asumsi : 1. Konveksi terjadi secara paksa 2. Kecepatan udara rata-rata (v u ) = 0.2 m/s 3. Tinggi dinding terkena pindah panas (L) = 2 m 4. Suhu dinding merupakan suhu rata-rata antara T P dan T L, yaitu : T d =(50 + 30)/2 = 40 C 5. Suhu rata-rata (T F ) = (T d + T p )/2 = (50 + 40)/2 = 45 C = ; = = =. = =.. =. ( = = ) =. =. (. ). = 128.16 55
h = =.. = 1.77 Mencari U 1 = 1 + + 1 h h 1 = 1 2.82 + 0.0016 0.1651 + 1 = 1.03 1.77 =. = =.. =. 56
Lampiran 4. Perhitungan Daya Kipas P1 P2 = Tekanan udara di ruang pengering (Pa) = Tekanan udara lingkungan (Pa) = 101325 Pa γ = Berat jenis (N/m 3 ) = 11.2 N/m 3 (udara pada suhu 313 K) V2 V1 Z m T H p Np = Kecepatan udara keluar (m/s) = 1.35 m/s (hasil simulasi) = Kecepatan udara masuk (m/s) = 0.4 m/s (hasil simulasi) = Beda ketinggian inlet dan outlet (m) = 1.8 m = massa fluida di dalam ruang pengering = ρ x Vpengering = 1.142 x 6 = 6.852 kg = Suhu udara di ruang pengering = 313 K = Head kipas = Daya kipas Q = debit tiap kipas = 0.07 m 3 /s η = = = = = efisiensi kipas = 70 % (asumsi) ; =... + + = +.. +. =... Daya untuk tiap kipas adalah : = =..... =. 57
Lampiran 5. Variasi model simulasi - Variasi 1 Parameter-parameter yang menjadi input : 1). Kondisi udara keluar heat exchanger (masuk ke ruang pengering) Suhu = 320 K Tekanan = 101.325 kpa 2). Kondisi udara keluar pengering Debit = 0.1 m 3 /s 3). Pengatur sirkulasi udara pada pengering yang dimodifikasi ini kipas berdiameter 300 mm sebanyak dua buah, kipas dipasang pada dinding depan dengan ketinggian titik pusat 1.8 m dari lantai. Hasil simulasi ditunjukkan pada gambar berikut : Tampak Samping Tampak Atas 58
- Variasi 2 Parameter-parameter yang menjadi input : 1). Kondisi udara keluar heat exchanger (masuk ke ruang pengering) Suhu = 320 K Tekanan = 101.325 kpa 2). Kondisi udara keluar pengering Debit = 0.2 m 3 /s 3). Pengatur sirkulasi udara pada pengering yang dimodifikasi ini kipas berdiameter 250 mm sebanyak dua buah, kipas dipasang pada dinding depan dengan ketinggian titik pusat 1.8 m dari lantai. Hasil simulasi ditunjukkan pada gambar berikut : Tampak Samping Tampak Atas 59
Lampiran 6. Data Hasil Pengujian 1. PENGUJIAN KAPASITAS PENUH 60
2. PENGUJIAN SETENGAH KAPASITAS 61
Lampiran 7. Foto-foto Pengering 62
63
Lampiran 8. Gambar Teknik 64