TINJAUAN PUSTAKA 2.1Proses Pengeringan
2. Forced convention
2.8 Tinjauan Perpindahan Panas
Definisi dari perpindahan kalor adalah berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat perbedaan suhu antara daerah-daerah tersebut. Secara umum terdapat tiga cara proses perpindahan panas yaitu : konduksi, konveksi, dan radiasi.
2.8.1. Perpindahan panas konduksi
Perpindahan panas konduksi merupakan perpindahan energi yang terjadi pada media padat atau fluida yang diam akibat dari perbedaan temperatur. Hal ini merupakan perpindahan dari energi yang lebih tinggi ke partikel energi yang lebih rendah pada suatu benda akibat interaksi antar partikel-partikel. Energi ini dapat dihubungkan dengan cara tranlasi, sembarang, rotasi dan getaran dari molekul- molekul. Apabila temperatur lebih tinggi berarti molekul dengan energi yang lebih tinggi memindahkan energi ke molekul yang memiliki energi yang lebih rendah (kurang energi). untuk perpindahan panas secara konduksi, persamaan yang digunakan adalah Hukum Fourier.
Jika kondisi pada dinding datar dengan perpindahan panas pada satu dimensi, maka persamaannya dapat ditulis sebagai berikut :
Dasar: hokum fourier
qk = kA �−����� atau ��
� = � �− ��
��� ………..(2.17)
Dimana :
K = Konduktivitas termal (W/(m.k)
A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2) dT/dx = Gradien temperature dalam arah aliran panas
(sumber: http://memetmulyadi.blogspot.com/2013/03/perpindahan-kalor-konduksi-konveksi-radiasi.html)
Gambar 2.10 Perpindahan panas konduksi pada sebuah batang tembaga dingin
2.8.2. Perpindahan panas konveksi
Perpindahan panas secara konveksi merupakan suatu perpindahan panas yang terjadi antara suatu permukaan padat dan fluida yang bergerak atau mengalir yang diakibatkan oleh adanya perbedaan temperatur. Pada proses perpindahan panas konveksi dapat terjadi dengan beberapa metode, antara lain :
a. Konveksi bebas ( free convection )
Merupakan suatu proses perpindahan penas konveksi dimana aliran fluida terjadi bukan karena dipaksa oleh suatu peralatan akan tetapi disebabkan oleh adanya gaya apung.
b. Konveksi paksa ( force convection )
Pada system konveksi paksa proses perpindahan panas konveksi terjadi dimana aliran fluida disebabkan oleh adanya peralatan bantu. Adapun peralatan yang biasa digunakan adalah fan, blower, dan pompa.
Dimana Vvol [m3/s] adalah laju aliran volume fluida dan ∆� [�/�2
] adalah kehilangan tekanan pada sisi masuk dan keluar pipa. Sementara koefisien konveksi,h dihitung dengan bilangan Nusselt :
h = ����
�ℎ ……….….( 2.18 )
dan kehilangan tekanan (pressure drop) dihitung dengan menggunakan factor gesekan f (fruction factor) :
∆� =�
��ℎ X
���2
2 ………....(2.19 )
Dimana Um adalah kecepatan nilai tengah fluida didalam pipa dan Dh
adalah diameter hidrolik, yang tergantung pada bentuk penampang pipa tempat fluida mengalir . Secara umum diameter hidrolik didefinisikan sebagai :
Dh = 4����� ��������
=
4� �
K adalah keliling atau kadang diistilahkan dengan perimeter,p. Peramaan diameter hidrolik untuk beberapa penampang aliran yang paling umum digunakan adalah sebagai berikut . Untuk penampang berbentuk lingkaran dengan diameter D perhitungannya adalah sebagai berikut :
A= 1
4 �D
2
dan K = �D, maka Dh = D………..(2.20) Penampang berbentuk persegi dengan ukuran masing-masing sisi a dan b perhitungannya adalah :
A = axb dan K = 2(a+b), maka Dh = 2ab/(a+b)………..……..(2)
( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita,Perpindahan Panas hal : 55) c. Konveksi dengan perubahan fase, yaitu proses perindahan panas
konveksi yang disertai berubahnya fase fluida seperti pada proses pendidihan (boiling) dan pengembunan (kondensasi).
dengan Hukum newton pendinginan ( Newton’s Law of Cooling ), yaitu :
Dasar: Hukum Newton
qkonv = hA( Ts - T∞ ) ………....(2.22) Dimana :qkonv = Besarnya laju perpindahan panas knveksi ( W )
h = Koefisien konveksi ( W/m2 K )
A = Luas permukaan perpindahan panas konveksi ( m2 )
(sumber: http://sekolahmandiri.blogspot.com/2012/06/mengetahui-perpindahan-energi-panas.html)
Gambar 2.11 contoh peristiwa perpindahan panas secara konveksi
2.8.3. Perpindahan Panas Radiasi
Radiasi adalah energi yang diemisikan oleh benda yang berada pada temperatur tinggi, dimana merupakan perubahan dalam konfigurasi electron dari atom. Energi dari mean radiasi ditransfortasikan oleh
gelombang elektromagnetik atau lainnya. Pada perpindahan panas konduksi dan konveksi proses perpindahan panasnya membutuhkan media.
Sedangkan pada perpindahan panas radiasi tidak diperlukan media.
Perpindahan panas secara radiasi lebih efektif terjadi pada ruang hampa.Laju perpindahan panas radiasi dirumuskan sebagai berikut :
qrad = εσ A (Ts4 – Tsur4 ) ………(2.23) Dimana: Q rad = Laju perpindahan panas radiasi ( W )
ε = Emisivitas permukaan material
σ = Konstanta Stefan Bolztman ( 5.669 x 10-8 W/m2k4 ) Ts = Temperature permukaan benda ( K )
Tsur = Temperature surrounding ( K )
(sumber:http://www.gomuda.com/2013/04/perpindahan-kalor-konduksikonveksi-dan.htm)
Gambar 2.12 perpindahan panas secara radiasi
2.8.4.Konduktivitas Thermal (Daya Hantar Panas)
Adalah sifat bahan yang menunjukkan seberapa cepat bahan itu dapat menghantarkan panas konduksi, Pada umumnya nilai k dianggap tetap, namun sebenarnya nilai k dipengaruhi oleh suhu (T).
2.9. Kadar Air
Kadar air merupakan salah satu sifat fisik dari bahan yang menunjukan banyaknya air yang terkandung di dalam bahan. Kadar air biasanya dinyatakan dengan persentase berat air terhadap bahan basah atau dalam gram air untuk setiap 100 gram bahan yang disebut dengan kadar air basis basah (bb). Berat bahan
kering atau padatan adalah berat bahan setelah mengalami pemanasan beberapa waktu tertentu sehingga beratnya tetap atau konstan (Safrizal, 2010).
Kadar air bahan menunjukkan banyaknya kandungan air persatuan bobot bahan. Dalam hal ini terdapat dua metode untuk menentukan kadar air bahan tersebut yaitu berdasarkan bobot kering (dry basis) dan berdasarkan bobot basah (wet basis) (Safrizal, 2010).
Kadar air basis basah dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
Kabb= Wa
Wt x 100%= Wt-Wk
Wt x 100% ………...…………. (2.24)
Dimana:
Kabb = Kadar air basis basah (%)
Wa = Berat air dalam bahan (g) Wk = Berat kering mutlak bahan (g) Wt = Berat total (g) = Wa + Wk
Kadar air basis kering adalah perbandingan antara berat air yang ada dalam bahan dengan berat padatan yang ada dalam bahan. Kadar air berat kering dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
Kabk= Wa
Wk x 100%= Wt-Wk
Wt-Wa x 100%...(2.25)
Dimana:
Kabk = Kadar air basis kering (%)
Wa = Berat air dalam bahan (g) Wk = Berat kering mutlak bahan (g) Wt = Berat total (g) = Wa + Wk
Kadar air basis kering adalah berat bahan setelah mengalami pengeringan dalam waktu tertentu sehingga beratnya konstan. Pada proses pengeringan, air yang terkandung dalam bahan tidak dapat seluruhnya diuapkan meskipun demikian yang diperoleh disebut juga sebagai berat bahan kering (Ramadhani, 2011).
Laju pengeringan (drying rate; kg/jam) adalah banyaknya air yang diuapkan tiap satuan waktu atau penurunan kadar air bahan dalam satuan waktu. Penurunan kadar air produk selama proses pengeringan dihitung dengan menggunakan persamaan 2.11(Suntivarakorn, Satmarong, Benjapiyaporn, & Theerakulpisut, 2010). [Ref. International Journal of Aerospace & Mechanical Engineering; Oct2010, Vol. 4 Issue 4, hal. 220]
�̇� = �� − ��
� … … … . . … … … . . … … … . . . (2.26)
Dimana :
We = Berat pakan sebelum pengeringan (kg)
Wf = Berat pakan setelah pengeringan (kg) t = Waktu pengeringan (jam)
Laju pengeringan biasanya meningkat di awal pengeringan kemudian
konstan dan selanjutnya semakin menurun seiring berjalannya waktu dan
berkurangnya kandungan air pada bahan yang dikeringkan.Laju pengeringan
merupakan jumlah kandungan air bahan yang diuapkan tiap satuan berat kering
bahan dan tiap satuan waktu (Earle 1983; Mujumdar 2006).
2.9.2.Nilai Laju Ekstraksi Air Spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) Nilai laju ekstraksi air spesifik atau specific moisture extraction rate
(SMER) merupakan perbandingan jumlah air yang dapat diuapkan dari bahan
dengan energi listrik yang digunakan tiap jam atau energi yang dibutuhkan untuk
menghilangkan 1 kg air . Dinyatakan dalam kg/kWh.
Perhitungan SMER menggunakan persamaan (Mahlia, Hor and Masjuki 2010)
SMER = ṁ�
Dimana :
ṁd = Laju pengeringan (kg/jam)
Wc = Daya kompressor (kW)
Wb = Daya blower (kW)
2.9.3. Konsumsi Energi Spesifik (Specific Energy Consumption)
Energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption (SEC) adalah perbandingan energi yang dikonsumsi dengan kandungan air yang hilang,
dinyatakan dalam kWh/kg dan dihitung dengan menggunakan persamaan
(Mahlia, Hor and Masjuki 2010):
SEC =
1
����...(2.28)
2.9.4.Biaya Pokok Produksi
Biaya pokok produksi merupakan biaya yang dibutuhkan dalam menguapkan 1 kg air dalam satuan rupiah/kWh. Dalam hal ini biaya pokok produksi merupakan perkalian antara spesific energy consumption (kWh/kg) dengan tarif dasar listik (Rupiah/kW)
BAB III
