RANCANG BANGUN ALAT PENGERING DENGAN
MEMANFAATKAN PANAS KONDENSOR AC RUANGAN
(KASUS PENGERINGAN
CHIPS
KENTANG)
DEDY EKO RAHMANTO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Rancang Bangun Alat Pengering dengan Memanfaatkan Panas Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips
Kentang) adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Agustus 2011
ABSTRACT
DEDY EKO RAHMANTO. Design and Performance Test of Drying Chamber by Using Air Conditioning Condenser Rejected Heat (Case Study of Potatoes Chips Drying). Supervised by SUTRISNO and I DEWA MADE SUBRATA
Drying process is a method to decrease moisture content of the food products. The objectives of the research were to design and evaluate the performance of drying chamber using rejected heat of AC condenser for potatoes chips drying, determine potatoes moisture content and drying efficiency, and to investigate the influence of condenser fan velocity on cooling capacity. The drying chamber had 50.2 × 50.2 × 150.2 cm volume dimension, which contained seven aluminium trays. The chamber was connected to the condensing unit of an air conditioner. Potatoes were peeled, and cut sliced into 2.5 mm thickness of slices and then blanced using hot water. Then the slices were dried by using drying chambers for 6 h at high velocity fan, low velocity fan and substitution fan. The result showed that rejected heat of a room AC could be used for potatoes chips drying with temperature ranged from 33.88 to 44.05oC. The drying process with substitution fan was combined with reverse tray treatment produced relatively uniform moisture content of dried chips (8.20 ± 1.04% wb). The drying process resulted 20.42 – 23.32% of drying efficiency to AC condenser heat and 67.17 – 78.77% to AC electric energy consumtion. The velocity of condenser fan did not significantly influence on the cooling capacity. It can be concluded that the drying chamber using rejected heat of AC condenser can be used for the drying of agricultural products e.g. the potatoes drying.
RINGKASAN
DEDY EKO RAHMANTO. Rancang Bangun Alat Pengering dengan Memanfaatkan Panas Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips
Kentang). Dibimbing oleh SUTRISNO dan I DEWA MADE SUBRATA
Pengeringan merupakan suatu metode penurunan kadar air bahan pangan untuk tujuan pengawetan ataupun memudahkan proses selanjutnya. Pengering mekanis memerlukan sumber panas dalam proses kerjanya. Salah satu potensi sumber panas alat pengering mekanis yaitu dengan memanfaatkan udara panas dari kondensor AC (air conditioner) yang umumnya terbuang ke lingkungan dengan temperatur udara keluaran sekitar 36 - 46o
Hasil pengujian menunjukkan kenaikan suhu udara keluaran kondensor dipengaruhi oleh kecepatan kipas kondensor. Semakin tinggi kecepatan kipas kondensor, kenaikan suhu keluaran kondensor semakin rendah. Suhu keluaran kondensor selama pengujian pengeringan berkisar 33.88 sampai 44.05
C. Alat pengering yang dirancang memanfaatkan panas keluaran kondensor AC sebagai sumber energi panas. AC yang digunakan berdaya 1 hp yang menghasilkan energi panas dari kondensor lebih dari 9000BTU/jam.
Tujuan penelitian adalah merancang alat pengering dengan memanfaatkan sumber panas keluaran kondensor AC, menganalisis pengaruh kecepatan aliran udara dari kipas kondensor AC terhadap panas yang dihasilkan kondensor AC dan pengaruhnya terhadap kinerja pendinginan serta menghitung efisiensi alat pengering hasil rancangan. Selain itu juga dilakukan analisis ekonomi kelayakan pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan chips kentang.
Ukuran ruang pengering hasil rancang bangun adalah 50.2 x 50.2 x 150.2 cm dengan tujuh buah rak masing-masing berukuran 50 x 150 cm yang diuji kinerjanya pada kondisi kosong tanpa beban pengeringan dengan perlakuan kecepatan aliran udara keluaran kondensor berkecepatan tinggi, rendah dan kipas pengganti. Pengujian alat pengering dengan beban pengeringan chips kentang dilakukan menggunakan perlakuan kecepatan aliran udara keluaran kondensor berkecepatan tinggi, rendah dan kipas pengganti serta dikombinasi dengan pembalikan rak. Kentang dipotong-potong dengan ketebalan 2.5 mm kemudian diblansing dengan air panas selama 3 – 4 menit dan dilakukan pengeringan selama 6 jam dengan jumlah bahan 1.1 kg pada masing-masing rak.
Parameter yang diukur dalam pengujian alat pengering meliputi suhu, kelembaban, kecepatan aliran udara, konsumsi energi listrik dan penurunan berat bahan. Hasil pengukuran digunakan untuk menghitung energi kondensor, kapasitas pendinginan, energi pengeringan, efisiensi alat pengering dan kadar air. Analisis data dilakukan menggunakan grafik, standar deviasi dan standar deviasi relatif.
20.42 – 23.32% terhadap panas kondensor AC dan 67.17 – 78.77 % terhadap energi listrik AC. Pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan kentang secara ekonomi layak untuk diterapkan dengan nilai hasil perhitungan NPV sebesar Rp 5,364,002.92 dan BCR 1.181 untuk waktu 2 tahun.
© Hak cipta milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
RANCANG BANGUN ALAT PENGERING DENGAN
MEMANFAATKAN PANAS KONDENSOR AC RUANGAN
(KASUS PENGERINGAN
CHIPS
KENTANG)
DEDY EKO RAHMANTO
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Tesis : Rancang Bangun Alat Pengering dengan Memanfaatkan Panas Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips
Kentang)
Nama : Dedy Eko Rahmanto
NRP : F151090141
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr Ketua Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah S.W.T yang telah melimpahkan segala rahmat dan hidayah-Nya, di antaranya yaitu dapat terselesaikannya penelitian yang berjudul Rancang Bangun Alat Pengering dengan Memanfaatkan Panas Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips Kentang) sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Magister Sains pada Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini merupakan salah satu karya yang tentunya melibatkan bantuan dari segala pihak sehingga haturan terima kasih disampaikan antara lain kepada:
1. Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr selaku Anggota Komisi Pembimbing yang dengan arif dan bijak membimbing studi penulis.
2. Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP M.Si selaku Penguji Luar Komisi yang telah memberikan koreksi untuk penyempurnaan tesis penulis.
3. Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS atas saran dan koreksinya.
4. Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan Institut Pertanian Bogor.
5. Para staf pengajar Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan yang dengan tulus mengajarkan ilmunya kepada penulis.
6. Teknisi beserta staf administrasi Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan yang telah membantu penelitian dan administrasi studi penulis.
7. Almarhum kedua orang tua (Bapak Suroto dan Ibu Siti Fatimah) semoga mendapat tempat yang mulia di sisi-Nya.
8. Istri tercinta dengan penuh kasih dan sayang (Nurhayati, S.TP, M.Si) yang dengan doa dan alunan irama cintanya menjadikan penulis mampu memelodikan bahtera hidup untuk senantiasa menggapai ridho Allah SWT. 9. Putri tersayang (Aisyah Putri Nur Rahmanto) yang telah memberi arti untuk
menjadikan penulis sebagai ayah agar senantiasa menggapai ridho Allah SWT.
11.Keluarga Bapak Suroto dan adik-adikku sebapak (Hari Wibowo, Yayan Eko Prasetyo, Diah Ayu Kusumaningsih dan Sony Muhammad Ali Bintang), sahabat, rekan dan teman yang bersama mereka menjadikan kehidupan penuh cerminan dalam keterbatasan.
Kesempurnaan merupakan hal yang amat didambakan, meskipun tidak akan pernah tercapai karena Allah SWT sematalah yang merupakan Dzat Maha Sempurna. Oleh karena itu adanya saran dari pembaca terhadap hasil penelitian ini dengan senang hati akan penulis rekomendasikan pada penelitian lebih lanjut. Dengan penuh harapan, semoga penelitian ini memberikan manfaat bagi pembaca utamanya serta kemaslahatan umat.
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Mantingan Kab. Ngawi Jawa Timur pada 19 Juli 1978 sebagai putra tunggal dari pernikahan Bapak Suroto dengan Ibu Siti Fatimah. Penulis dibesarkan di Dsn. Ngudal Ds. Cepoko Kec. Ngrambe Kab. Ngawi.
Jenjang pendidikan penulis dimulai dari TK Dharma Wanita Ngrambe pada tahun 1982 - 1984, SD Negeri 1 Ngrambe pada tahun 1984 - 1990, SMP Negeri 1 Ngrambe pada tahun 1990 - 1993, SMU Negeri 1 Ngrambe pada tahun 1993 - 1996. Penulis menempuh pendidikan sarjana di Universitas Jember melalui jalur masuk PMDK pada Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian tahun 1996 -2001. Selama kuliah S1 penulis menjadi asisten praktikum pada beberapa mata kuliah di antaranya yaitu Energi dan Eliktrifikasi Pertanian, Alat dan Mesin Pertanian, Instrumentasi, Irigasi dan Drainase serta Satuan Operasi. Setelah lulus S1 penulis bekerja wirausaha di bidang elektronika dan perbengkelan.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ... 21
DAFTAR GAMBAR ... 23
DAFTAR LAMPIRAN ... 25
PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
Tujuan ... 2
Hipotesis... 3
Manfaat ... 3
TINJAUAN PUSTAKA ... 5
Mekanisme Pengeringan ... 5
Psikometri dalam Pengeringan... 5
Tekanan Uap dan Kelembaban relatif... 5
Pemanasan Udara dan Entalpi ... 6
Penentuan Kadar Air Bahan ... 7
Efisiensi Pengeringan dan SMER ... 7
Sumber Panas Pengering Mekanis ... 8
Sistim Pendingin AC... 8
Pemanfaatan Panas Kondensor AC untuk Pengeringan... 10
Desain Sistim Pengering ... 10
Kentang dan Chips Kentang... 11
Analisis Kelayakan Ekonomi Investasi... 12
METODOLOGI ... 13
Lokasi dan Waktu ... 13
Bahan dan Alat ... 13
Bahan ... 13
Alat... 13
Tahapan Perancangan Alat Pengering ... 13
Pendekatan Rancangan... 15
Kriteria Rancangan... 15
Rancangan Fungsional dan Struktural ... 16
Analisis Potensi Panas Kondensor AC ... 19
Penentuan Dimensi Ruang Pengering ... 20
Pengujian Alat Pengering ... 22
Pengujian Alat Pengering Tanpa Beban Pengeringan ... 22
Pengujian Alat Pengering dengan Beban Pengeringan Chip Kentang ... 26
Parameter Pengukuran ... 27
Analisis Data dan Perhitungan ... 27
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 31
Potensi Udara Panas dari Kondensor AC ... 31
Hasil Rancang Bangun Alat Pengering ... 32
Ruang dan Rak Pengering ... 32
Penyalur Udara dari Kondensor ... 34
Pintu dan Saluran Keluaran ... 35
Pengatur Kecepatan Kipas Kondensor AC... 35
Alat Pengering dan Proses Perpindahan Panas... 36
Hasil Uji Kinerja Kondensor dan Alat Pengering ... 37
Kipas Kondensor AC dan Kecepatan Aliran Udara ... 37
Suhu Udara Kondensor dan Evaporator ... 39
Suhu Udara Ruang Pengering... 41
Driving Force dan Penyerapan Uap Air oleh Udara Pengering... 44
Kadar Air Hasil pengeringan ... 45
Laju Pengeringan ... 48
Penggunaan Energi Listrik Sistim Pendingin... 52
Energi dan Efisiensi Pengeringan... 53
COP dan Kapasitas Pendinginan AC... 55
Estimasi Biaya Alat Pengering dan Kelayakannya ... 57
KESIMPULAN DAN SARAN ... 59
Kesimpulan... 59
Saran ... 59
DAFTAR TABEL
1 Perlakuan pengujian kondisi kosong... 25
2 Rancangan pengujian alat untuk mengeringkan bahan... 27
3 Hasil perhitungan penyerapan panas rata-rata oleh udara dari kondensor... 40
4 Suhu udara rata-rata di ruang pengering tanpa bahan yang dikeringkan ... 43
5 Penurunan suhu udara rata-rata setelah melalui ruang pengering... 43
6 Kadar air bahan sebelum dan sesudah pengeringan... 45
7 Suhu lingkungan dan penggunaan listrik oleh sistim pendingin pada perlakuan tanpa beban pengeringan ... 52
8 Suhu lingkungan dan penggunaan energi listrik oleh sistim pendingin selama pengeringan chips kentang... 53
9 Energi dan efisiensi pengeringan ... 54
10 Nilai SMER rata-rata selama pengeringan... 11 Nilai COP pendinginan rata-rata selama pengeringan ... 56
55 12 Biaya investasi pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan chips kentang... 57
13 Biaya operasional pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan chips kentang... 57
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 Psychrometric chart... 6 2 Mekanisme kerja mesin pendingin... 9 3 Kesetimbangan massa dan energi dalam sistim pengering ... 10 4 Diagram alir tahapan rancang bangun alat pengering... 15 5 Diagram alir analisis teknik perancangan alat pengering ... 19 6 Diagram alir pengujian alat pengering... 22 7 Posisi sensor thermocouple pada masing-masing rak... 23 8 Posisi penempatan sensor suhu bola basah dan suhu bola kering... 24 9 Posisi penempatan sensor thermocouple pada rak pengering ... 24 10 Posisi pengukuran kecepatan aliran udara pada alat pengering ... 25 11 Psikrometri udara awal (A) dan sesudah melalui kondensor (B) serta titik
penyerapan uap air maksimal (C). ... 12 Gambaran sederhana kondisi kantilever rangka rak pengering pada saat
diangkat di bagian tengah-tengah rak ... 33 31
13 Bagian utama ruang pengering tampak depan (a) dan tampak samping (b) ... 34 14 Penyalur udara dari kondensor tampak depan (a) dan tampak samping (b) ... 35 15 Rangkaian pengatur kecepatan motor kipas kondensor AC ... 35 16 Koneksi kumparan motor untuk putaran ccw (a) dan putaran cw (b) ... 36 17 Alat pengering (a) dan diagram proses perpindahan panas pada sistim
pengering (b). ... 37 18 Baling-baling kipas kondensor asli (a) dan kipas pengganti (b). ... 37 19 Kecepatan aliran udara dari kondensor yang melalui ruang pengering
20 Suhu udara lingkungan, kondensor dan evaporator selama pengujian dengan beban pengeringan. ... 39 21 Grafik hubungan laju aliran udara kondensor dan kenaikan suhu udara
keluarannya... 40 22 Suhu udara rata-rata pada rak bagian depan dan suhu udara lingkungan ... 41 23 Suhu udara rata-rata pada rak bagian tengah dan suhu udara lingkungan... 42 24 Suhu udara rata-rata pada rak bagian belakang dan suhu udara
lingkungan ... 42 25 Driving force rata-rata selama pengujian pengeringan... 44 26 Penyerapan uap air dari chips kentang oleh udara pengering. ... 44 27 Kadar air chips kentang sebelum dan sesudah pengeringan... 46 28 Kadar air chips kentang pada pengeringan dengan perlakuan kipas
kecepatan tinggi tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak . ... 47 29 Kadar air chips kentang selama pengeringan dengan perlakuan kipas
kecepatan rendah tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak... 47 30 Kadar air bahan selama pengeringan pada perlakuan kipas pengganti
tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak ... 48 31 Laju pengeringan chips kentang pada aliran udara kondensor kecepatan
tinggi tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak ... 49 32 Laju pengeringan pada aliran udara kondensor kecepatan rendah tanpa
pembalikan rak dan dengan pembalikan rak. ... 50 33 Laju pengeringan pada perlakuan kipas pengganti tanpa pembalikan rak
DAFTAR LAMPIRAN
1 Kecepatan udara dalam ruang pengering ... 63 2 Data kenaikan suhu udara setelah melewati kondensor pada beberapa
perlakuan laju udara ... 63 3 Suhu udara rata-rata pada rak bagian depan ... 63 4 Suhu udara rata-rata pada rak bagian tengah ... 63 5 Suhu udara rata-rata pada rak bagian belakang ... 64 6 Data suhu rata-rata selama pengeringan ... 64 7 Data suhu Lingkungan rata-rata dari waktu ke waktu selama pengeringan ... 64 8 Data suhu udara kondensor rata-rata dari waktu ke waktu selama
pengeringan ... 65 9 Laju pengeringan chips kentang ... 65 10 Penyerapan uap air rata-rata oleh udara pengering ... 66 11 Kadar air selama pengeringan tanpa pembalikan rak ... 66 12 Kadar air selama pengeringan dengan pembalikan rak ... 13 Driving force selama pengujian pengeringan chips kentang ... 67
67
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pengeringan merupakan suatu metode pengawetan pangan yang paling tua dengan tujuan menurunkan kadar air bahan sehingga aktivitas air menurun (Singh & Heldman 2009). Pengeringan yang paling banyak digunakan adalah secara konvensional dengan menggunakan sinar matahari. Cara ini sangat murah dan mudah, akan tetapi sulit terkontrol, sangat tergantung dengan cuaca, memerlukan tempat yang luas dan waktu yang lama serta kurang terjaga kebersihannya (Mujumdar 2006; Simson & Straus 2010).
Pengeringan dengan alat pengering mekanis membutuhkan waktu yang lebih singkat dari pengeringan konvensional. Pengering mekanis memerlukan sumber panas buatan yang berasal dari bahan bakar biomassa, bahan bakar minyak dan gas, elemen pemanas tenaga listrik maupun penggunaan limbah panas (Araullo 1976; Heldman & Lund 2007; Smith 2010). Salah satu limbah panas yang berpotensi sebagai sumber panas untuk alat pengering mekanis adalah panas keluaran dari kondensor AC (air conditioner).
Pada AC tipe split, udara yang digunakan untuk membawa panas dari kondensor AC bisa meningkat sekitar 10oC dari suhu lingkungan dengan suhu keluaran sekitar 36 – 46o
Besarnya energi panas yang dihasilkan oleh kondensor AC bisa mencapai 3 sampai 4 kali dari energi listrik yang digunakannya. Kondensor AC 1 hp bisa mengeluarkan energi panas lebih dari 9000 BTU/jam atau lebih dari 2.64 kJ/detik. Hal itu berdasarkan kapasitas pendinginan secara umum untuk AC dengan daya 1 hp, sedangkan energi panas yang dilepaskan kondensor sebesar energi panas yang diserap evaporator ditambah energi dari kerja kompresor. (Trott & Welch 2000).
C. Selain itu AC biasanya beroperasi dalam jangka waktu yang cukup lama yaitu sekitar lebih dari 4 jam setiap hari. Kondisi udara keluaran kondensor AC tersebut berpotensi untuk digunakan sebagai energi pengeringan. Pemanfaatan udara panas tersebut diantaranya pernah diteliti untuk pengeringan baju (Suntivarakorn et al. 2009; Mahlia et al. 2009).
2
dan hasil pertania. Salah satu produk hasil pertanian yang memerlukan proses pengeringan adalah chips kentang untuk keperluan pembuatan keripik ataupun untuk pembuatan tepung kentang. Kentang yang telah dikupas dipotong-potong terlebih dahulu kemudian diblansing dan dikeringkan dengan udara panas.
Penelitian dalam skala kecil dengan kondensor 1 hp dapat menjadi salah satu kajian pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan bahan pangan. Pemanfaatan potensi energi ini diharapkan dapat menjadi energi alternatif dalam proses pengeringan bahan pangan dan mengurangi efek pemanasan global, sedangkan AC tetap dapat berfungsi untuk mendinginkan ruangan tanpa terganggu kinerjanya. Pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan di waktu yang akan datang diharapkan dapat diaplikasikan untuk skala yang lebih besar, sebagai contoh AC central kebutuhan dayanya diatas 10 hp, kebutuhan daya yang lebih besar akan menghasilkan energi panas yang lebih besar juga.
Tujuan Tujuan dari penelitian ini antara lain yaitu:
1. Merancang alat pengering dengan memanfaatkan sumber panas keluaran kondensor AC ruangan 1 hp untuk pengeringan bahan hasil pertanian (kentang).
2. Menganalisis pengaruh kecepatan udara dari kipas kondensor AC terhadap suhu yang dihasilkan kondensor dan pengaruhnya terhadap kapasitas pendinginan AC.
3. Menghitung efisiensi alat pengering hasil rancangan dan kadar air hasil pengeringan (chips kentang).
3
Hipotesis Hipotesis dari penelitian ini yaitu:
1. Panas keluaran kondensor AC (air conditioner) dapat digunakan sebagai sumber panas untuk proses pengeringan bahan hasil pertanian (kentang). 2. Kecepatan udara dari kipas kondensor AC dapat mempengaruhi suhu keluaran
kondensor dan kapasitas pendinginan AC.
3. Alat pengering hasil rancangan mempunyai efisiensi pengeringan yang tinggi. 4. Alat pengering hasil rancangan layak untuk aplikasikan sebagai alat pengering
hasil pertanian.
Manfaat
TINJAUAN PUSTAKA
Mekanisme Pengeringan
Udara panas dihembuskan pada permukaan bahan yang basah, panas akan berpindah ke permukaan bahan, dan panas laten penguapan akan menyebabkan kandungan air bahan teruapkan. Uap air akan berdifusi melalui lapisan udara sekeliling dan akan terbawa bersama pergerakan udara pengering. Proses ini terjadi karena tekanan uap air di udara lebih rendah dibandingkan dengan tekan uap air pada permukaan bahan. Perbedaan tekanan ini menghasilkan gaya untuk memindahkan kandungan air dari dalam bahan. Karakteristik dari udara pengering yang diperlukan untuk keberhasilan pengeringan yaitu: suhu yang tinggi, kelembaban relatif yang rendah dan kecepatan udara yang tinggi (Hui 1992).
Driving force merupakan perbedaan kelembaban mutlak pada
kesetimbangan dengan permukaan bahan yang dikeringkan dan udara pengering. Adanya driving force ini yang yang menyebabkan pengeringan dapat berjalan. Driving force dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:
Df = Ys – Ya D
... (1)
f adalah driving force (kg/kg udara kering), Ys adalah kelembaban mutlak kondisi jenuh pada suhu permukaan bahan (kg/kg udara kering) dan Ya
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).
adalah kelembaban mutlak udara pengering (kg/kg udara kering).
Psikometri dalam Pengeringan Tekanan Uap dan Kelembaban relatif
Tekanan uap air adalah tekanan parsial dari moleku-molekul uap air dalam udara lembab. Apabila udara sepenuhnya dijenuhi oleh uap air, maka tekanan uap tersebut dinamakan tekanan uap jenuh (Sherwin 1996).
6
yang sama dan tekanan atmosfir. Kelembaban relatif ditunjukan dalam desimal atau bila dikalikan seratus dalam persen. Kelembaban spesifik (mutlak) adalah massa uap air yang terdapat dalam setiap satuan massa udara kering dari campuran udara dan uap air. Kelembaban spesifik udara biasanya tetap selama tidak ada penambahan maupun pengurangan kandungan uap air dalam udara (Brooker et al. 1992).
Pemanasan Udara dan Entalpi
Terjadinya pemanasan udara ditandai dengan naiknya suhu udara. Pada keadaan ini kelembaban mutlak udara konstan. Akan tetapi bila dilihat pada psychrometric chart, suhu udara bergerak ke kanan yang menyebabkan turunnya
kelembaban relatif (Gambar 1).
Gambar 1 Psychrometric chart
7
Penentuan Kadar Air Bahan
Kadar air bahan dapat ditentukan secara langsung dengan metode oven dengan cara sebagai berikut: cawan kosong dikeringkan dalam oven selama 15 menit, lalu didinginkan dalam desikator, dan ditimbang. Sampel ditimbang dalam cawan yang telah diketahui bobot kosongnya, lalu dikeringkan dalam oven pengering suhu 105ºC selama 6 jam. Cawan dan isinya didinginkan dalam desikator, lalu ditimbang. Pengeringan dilakukan hingga diperoleh berat konstan. Kadar air dihitung berdasarkan kehilangan berat yaitu selisih berat awal sampel sebelum dikeringkan dengan berat akhir setelah dikeringkan.
Kadar air (% bk) = 100% w1 adalah berat sampel sebelum dikeringkan (g), w2
Efisiensi Pengeringan dan SMER
adalah berat sampel setelah dikeringkan (g) (AOAC 1995).
Efisiensi pengeringan merupakan perbandingan antara energi yang digunakan untuk menguapkan kandungan air bahan dengan energi untuk memanaskan udara pengering. Efisiensi pengeringan biasanya dinyatakan dalam persen. Efisiensi pengeringan merupakan salah satu parameter dari kinerja alat pengering, semakin tinggi nilai efisiensi maka alat pengering tersebut semakin baik. Perhitungan efisiensi pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut ini :
%
η adalah efisiensi pengeringan (%), Qp adalah energi yang digunakan untuk pengeringan (kJ), Q adalah energi untuk memanaskan udara pengering (kJ)(Taib et al. 1987).
8
SMER =
e
W MER
... (5) MER adalah kandungan air yang diuapkan (kg) dan We
Sumber Panas Pengering Mekanis
adalah energi listrik (kWh).
Proses pengeringan bahan hasil pertanian dapat menggunakan beberapa sumber panas. Pengering mekanis memerlukan sumber energi panas yang biasanya berasal dari uap panas, udara panas ataupun pembakaran langsung bahan bakar (Heldman & Lund 2007; Smith 2010). Jumlah panas yang dihasilkan tiap satuan berat bahan bakar disebut sebagai panas pembakaran (Richey 1961). Pengering yang lain menggunakan energi listrik untuk memanaskan elemen pemanas serta menggerakan blower yang mengalirkan udara pengering. Elemen pemanas biasanya berupa kumparan kawat tahan panas dengan hambatan jenis kawat yang cukup besar dan dapat dialiri listrik. Aliran udara setelah melalui elemen pemanas digunakan untuk proses pengeringan (Araullo 1976).
Sistim Pendingin AC
AC adalah alat pendingin ruangan dengan sistem terkendali menggunakan fluida kerja (refrigerant) yang menyerap panas dari dalam ruangan dan mengeluarkannya ke luar ruangan. Refrigerant mengalir dari tangki penampung masuk ke dalam evaporator melalui sebuah katup ekspansi. Di dalam evaporator, refrigerant cair dipaksa menguap dengan cara menurunkan tekanannya
9
Gambar 2 Mekanisme kerja mesin pendingin
Kondensor berfungsi untuk melepaskan kalor uap refrigerant tersebut ke sekelilingnya. Kondensor adalah alat untuk membuat kondensasi refrigerant dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Refrigerant di dalam kondensor dapat mengeluarkan kalor yang diserap dari evaporator dan panas yang ditambahkan oleh kompresor. Kondensor membuang kalor dan mengubah wujud refrigerant dari gas menjadi cair. Kondensor diletakkan antara kompresor dan alat
pengatur refrigerant yaitu pada sisi tekanan tinggi dari sistem. Kondensor ditempatkan di luar ruangan yang sedang didinginkan agar dapat membuang panasnya ke lingkungan di luar ruangan.
Untuk memperbesar perpindahan kalor, maka pada konstruksi pipa-pipa penukar panas diberi sirip sirip (fins). Selain untuk memperluas permuakaan pipa, sirip-sirip ini juga berfungsi untuk menambah kekuatan konstruksi dari kondensor karena refrigerant meninggalkan kompresor dalam bentuk uap yang bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi (Tim Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta 2003).
Jumlah panas yang dapat diserap dari lingkungan sekitar/ruangan dingin oleh refrigerant di dalam evaporator, maupun jumlah panas yang dapat dilepas/ dikeluarkan oleh refrigerant ke lingkungan sekitar/ruangan panas di dalam kondensor sangat tergantung pada efektifitas kerja evaporator serta kondensor yang merupakan unit-unit penukar kalor (heat exchanger) (Sugiyatno et al. 2004)
Koefisien prestasi pendinginan (COP) akan meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan udara pendingin pada kondensor. Kecepatan udara akan terus meningkat sehingga mencapai optimal pada kondisi tertentu yang selanjutnya kenaikan kecepatan udara tidak memberikan banyak pengaruh terhadap koefisien prestasi pendinginan mesin pendingin (Effendi 2005).
10
Pemanfaatan Panas Kondensor AC untuk Pengeringan
Selama ini panas dari kondensor AC terbuang belum termanfaatkan secara optimal. Suntivarakon et al. (2009) telah meneliti tentang pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan baju dengan laju pengeringan 1.1 kg/jam tanpa kipas tambahan dan 2.26 kg/jam dengan kipas tambahan. Potensi panas keluaran dari kondensor AC yang digunakan sebesar 12648 BTU/jam atau setara dengan 3.71 kJ/detik.
Mahlia et al. (2009) melaporkan penelitian pengeringan baju dengan menggunakan kondensor AC tipe split berkapasitas 10000BTU/jam. Laju pengeringan yang dihasilkan sebesar 0.56 – 0.75 kg/jam dengan nilai specific moisture extraction rate (SMER) 0.1809 - 0.2205 kg/kWh. SMER merupakan
perbandingan dari kandungan air yang dapat diuapkan dengan energi listrik yang digunakannya.
Desain Sistim Pengering
Desain suatu sistim pengering melibatkan beberapa hal yang perlu diperhatikan. Faktor-faktor yang mempunyai pengaruh langsung terhadap kapasitas sistim pengering yaitu jumlah dan karakteristik udara yang diperlukan untuk pengeringan serta lama waktu pengeringan yang diperlukan untuk masing-masing jenis produk yang akan dikeringkan. Faktor-faktor tersebut memerlukan beberapa analisis pendekatan di antaranya yaitu kesetimbangan massa dan kesetimbangan energi.
Penerapan kesetimbangan massa dan energi pada keseluruhan sistim pengering diilustrasikan seperti pada Gambar 3 dengan melibatkan beberapa parameter yang mempengaruhi desain sistim pengering. Analisis yang diilustrasikan tersebut digunakan untuk sistem countercurrent dan melalui suatu pendekatan yang sama juga dapat diterapkan untuk sistim yang lain.
Gambar 3 Kesetimbangan massa dan energi dalam sistim pengering ma , Ta2 , ω2
Tp2 , W 2 Mp , Tp1 , W 1
Ta1 , ω 1 Produk
11
Suatu kesetimbangan air yang masuk dan keluar dari sistim pengering dapat dirumuskan sebagai berikut ini.
ma ω 2 + mp W 1 = ma ω 1 + mp W 2 ... (6)
ma adalah laju aliran udara ( kg udara kering/jam), mp adalah laju aliran produk
(kg padatan kering/jam), ω adalah kelembaban mutlak (kg air/kg udara kering)
dan W adalah kandungan air produk basis kering (kg air/kg padatan kering) Kesetimbangan energi dalam sistim pengering dapat dijelaskan dengan hubungan berikut ini.
maHa2 + mpHp1 = maHa1 + mpHp2
Kentang dan Chips Kentang
+ qL ... (7)
qL adalah energi panas yang hilang dari sistim pengering, Ha adalah kandungan energi panas udara atau entalpi udara (kJ/kg udara kering), Hp adalah kandungan energi panas dari produk (kJ/kg produk kering)
Berdasarkan persamaan diatas dapat digunakan untuk menentukan jumlah udara yang diperlukan selama pengeringan, jumlah produk yang dapat dikeringkan dan karakteristik udara keluaran jika faktor-faktor yang lain juga diketahui (Singh & Heldman 2009).
Kentang (Solanum tuberosum L.) dapat tumbuh dan banyak dibudidayakan lebih dari 100 negara di dunia sebagai salah satu bahan pangan utama. Kentang merupakan bahan yang penting bagi industri pangan. Kondisi pertumbuhan, sifat genetik, umur dan penaganan pasca panen dapat mempengaruhi kualitas kentang (Singh & Kaur 2009).
12
Analisis Kelayakan Ekonomi Investasi
Analisis kelayakan ekonomi suatu investasi dapat dilakukan dengan cara diantaranya dengan menghitung nilai net present value (NPV) dan benefit cost ratio (BCR). NPV adalah nilai sekarang bersih dan BCR adalah perbandingan
total nilai sekarang penerimaan dengan nilai sekarang pengeluaran. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:
P = F (P/F,i,n) dengan faktor bunga n i) 1 (
1
+ ... (8)
NPV = Σ Nilai P penerimaan - Σ Nilai P pengeluaran ... (9) Bila nilai NPV lebih dari nol berarti layak.
BCR = (Σ Nilai P penerimaan) / (Σ Nilai P pengeluaran
P adalah nilai sekarang (Rp), i adalah faktor bunga dalam desimal dan n adalah lama kegiatan (tahun) (Humphreys 1991; Kastaman 2006).
METODOLOGI
Lokasi dan WaktuDesain dan pembuatan alat pengering dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadi Supardjo. Pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Energi Terbarukan Departemen Tenik Mesin dan Biosistem FATETA IPB pada bulan Januari 2011 – Mei 2011.
Bahan dan Alat
Bahan
Bahan yang digunakan untuk membuat alat pengering di antaranya yaitu kayu lapis dengan tebal 18 mm, aluminium strip 12 mm, aluminium profil L 13 mm, aluminium lembaran tebal 0.3 mm, kawat net aluminium, sekrup, baut, paku, blind rivet, lem kayu dan baling-baling kipas standing fan. Bahan yang digunakan
untuk uji kinerja alat pengering adalah kentang varietas Granola yang diiris dalam bentuk chips dengan ketebalan 2.5 mm dan diblansing selama 3 – 4 menit dengan air panas.
Alat
Alat yang digunakan untuk pembuatan alat pengering adalah gergaji, palu, meteran, pasah kayu, gunting logam, tang, spidol, obeng, tang rivet, bor listrik, jangka sorong dan AC 1 hp (merk Koshima KA10T1 dengan kapasitas pendinginan 9000 BTU/jam dan kebutuhan daya listrik 0.9 kW). Alat yang digunakan untuk uji kinerja adalah data loger, thermocouple tipe T, anemometer, timbangan digital, watt meter, flash drive, komputer, pengatur kecepatan motor kipas, oven, pisau, kompor gas, panci dan pemotong keripik.
Tahapan Perancangan Alat Pengering Gagasan Awal
14
sebagai energi pengeringan bahan pangan maupun produk pertanian tanpa mengganggu kapasitas pendinginan dari AC tersebut.
Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan
Pengembangan dan penyempurnaan gagasan dilaksanakan dengan melakukan penelitian pendahuluan pengeringan chips kentang menggunakan rak pengering dari aluminium profil L 13 mm dengan kawat net aluminium berukuran 30 × 30 cm. Rak pengering diletakkan di depan kondensor AC 1 hp dengan suhu keluaran sekitar 42oC pada suhu lingkungan 30oC. Pengeringan berlangsung selama 2.5 jam mampu menurunkan kadar air chips kentang dari 85.44% bb menjadi 10.05% bb. Berat bahan awal 130.21 g dan berat akhir 21.07 g. Laju penguapan kandungan air rata-rata pada 30 menit pertama 1.792 g/menit dan di akhir pengeringan 0.022 g/menit. Rancang bangun alat pengering dilakukan berdasarkan hasil penelitian pendahuluan.
Analisis Rancangan
Analisis rancangan alat pengering yang dilakukan meliputi karakteristik potensi udara keluaran dari kondensor AC, laju aliran udara, jumlah bahan yang akan dikeringkan, luasan rak pengering, ukuran ruang pengering, saluran udara ke ruang pengering. Perencanaan bahan-bahan untuk pembuatan alat pengering menggunakan bahan-bahan yang tersedia di pasaran. Pengukuran dilakukan terhadap suhu dan RH udara keluaran kondensor AC dan udara lingkungan, laju aliran udara dan diameter saluran udara keluaran kondensor AC. Data hasil pengukuran tersebut diperlukan pada perancangan/desain alat pengering yang akan dibuat.
Pembuatan Alat Pengering
15
Pendekatan Rancangan Kriteria Rancangan
Perancangan alat pengering ini bertujuan untuk menurunkan kadar air bahan pangan yang dalam penelitian ini digunakan chips kentang sehingga dapat meningkatkan daya simpan dan mempermudah proses selanjutnya dengan memanfaatkan panas keluaran kondensor AC. Kadar air chips kentang sekitar 85% basis basah diturunkan melalui pengeringan dengan alat pengering hasil rancangan hingga mencapai kadar air sekitar ≤14% basis basah.
Alat pengering tersebut menyalurkan panas keluaran kondensor AC ke dalam ruang pengering dan diharapkan dapat memanaskan ruangan, rak pengering serta bahan yang dikeringkan kemudian membawa kandungan uap air dari bahan yang dikeringkan ke lingkungan melalui saluran keluaran. Kapasitas rak pengering ditargetkan mempunyai luasan total lebih dari 5 m2. Luasan rak pengering tersebut dianalisis berdasarkan ketersediaan energi panas dari kondensor AC, suhu dan aliran udara.
Gambar 4 Diagram alir tahapan rancang bangun alat pengering
Gagasan awal
Pengembangan dan penyempurnaan gagasan
Analisis rancangan
Pembuatan alat pengering Penyiapan alat dan bahan untuk pembuatan
alat pengering Mulai
Sesuai?
Selesai Tidak
Hasil rancangan
16
Rancangan Fungsional dan Struktural
Alat pengering tersebut berfungsi untuk mengeringkan bahan pangan yang dalam pengujiannya menggunakan chips kentang hingga kadar air tertentu (≤14% basis basah). Fungsi-fungsi komponen utama alat pengering diperlukan untuk menunjang alat pengering tersebut dapat bekerja dengan baik .
Penentuan bentuk dan dimensi struktur alat pengering dilakukan berdasarkan ukuran saluran udara kipas kondensor AC, potensi panas kondensor AC dan jumlah bahan yang akan dikeringkan. Penentuan dimensi tersebut bertujuan memudahkan penyaluran udara ke ruang pengering, sehingga diharapkan udara yang masuk ke ruang pengeringan dapat termanfaatkan untuk pengeringan.
Alat pengering yang dirancang berupa pengering tipe rak dengan tujuh buah rak yang terbuat dari bahan aluminium. Rak pengering dibuat berbentuk persegi panjang. Secara umum, alat pengering ini terdiri dari bagian utama, yaitu: sumber panas, kipas kondensor, penyalur udara, ruang pengering, rak pengering, pintu dan saluran keluaran serta pengatur kecepatan kipas kondensor.
Sumber panas pengeringan
Pengeringan memerlukan energi panas untuk menaikkan suhu udara sehingga kelembaban relatif udara turun dan meningkatkan potensinya untuk menguapkan serta membawa kandungan air dari bahan yang dikeringkan. Sumber panas yang digunakan oleh alat pengering tersebut adalah panas keluaran dari kondensor AC yang umumnya terbuang ke lingkungan tanpa termanfaatkan. Kondensor AC yang digunakan berdaya 1 hp merk Koshima yang memiliki diameter saluran udara keluaran 38 cm.
Bagian utama kondensor AC terdiri dari kompresor, heat exchanger dan casing kondensor. Kondensor berfungsi untuk melepaskan panas yang diserap
oleh refrigerant dari evaporator. Panas keluaran kondensor ini yang dimanfaatkan untuk energi pengeringan.
Kipas Kondensor
17
ke ruang pengering untuk menguapkan dan membawa kandungan air bahan ke lingkungan.
Kipas kondensor AC Koshima 1 hp memiliki diameter baling-baling 32.6 cm dan diameter hub 11.2 cm, sedangkan kipas pengganti memiliki diameter hub 7.3 cm dan diameter baling-baling 32.6 cm. Penggunaan kipas pengganti dengan diameter hub yang kecil diharapkan dapat menghasilkan aliran udara yang lebih seragam pada pemanfaatan kondensor AC untuk pengeringan.
Penyalur udara
Udara panas dari kondensor AC disalurkan ke ruang pengering menggunakan saluran udara yang dipasang menyatu dengan ruang pengering. Saluran udara pengering dibuat pendek untuk mengurangi kehilangan panas tetapi tidak mengganggu penyebaran udara ke ruang pengering. Ujung depan saluran udara dibuat dengan ukuran yang sesuai dengan lubang keluaran udara dari kipas kondensor AC.
Penyalur udara terbuat dari kayu lapis dengan ketebalan 18 mm, berbentuk limas segi empat terpancung yang menangkap aliran udara dari kipas kondensor dan menyalurkannya ke ruang pengering. Ukuran sisi dalam penyalur udara yang berhubungan dengan kondensor minimal sama dengan lubang saluran keluaran udara kondensor (38 cm).
Ruang Pengering
Ruang pengering adalah bagian utama alat pengering yang merupakan ruang tempat terjadinya proses pengeringan. Rak-rak yang berisi bahan yang dikeringkan ditempatkan di dalam ruang pengering. Udara pengering melalui ruangan tersebut dan membawa kandungan air bahan ke lingkungan.
Rak pengering
18
Pintu dan saluran keluaran
Pintu ruang pengering berfungsi sebagai jalan untuk memasukkan dan mengeluarkan rak pengering serta sebagai saluran keluaran udara. Saluran keluaran berfungsi sebagai jalan udara keluar dari dalam ruang pengering ke lingkungan. Udara yang membawa uap air dari bahan yang dikeringkan akan melalui saluran keluaran dan menuju ke lingkungan.
Pengatur kecepatan putaran kipas
Pengatur kecepatan kipas digunakan untuk mengatur putaran kipas kondensor AC pada kondisi kecepatan tinggi atau rendah. Pengaturan kecepatan kipas kondensor dilakukan untuk mendapatkan suhu keluaran kondensor yang sesuai selama proses pengeringan. Kecepatan putaran kipas diatur menggunakan pengatur kecepatan motor AC yang umum ada di pasaran yang berbasis pada UJT dan triac.
Analisis Teknik Rancang Bangun Alat Pengering
19
Gambar 5 Diagram alir analisis teknik perancangan alat pengering Analisis Potensi Panas Kondensor AC
Analisis potensi panas keluaran kondensor AC diawali dengan pengukuran suhu dan kelembaban udara keluaran dari kondensor AC serta udara lingkungan menggunakan termometer dan higrometer. Kecepatan aliran udara kondensor AC diukur menggunakan anemometer. Hasil pengukuran digunakan untuk perhitungan potensi panas kondensor AC dengan cara berikut ini.
Tekanan uap jenuh dan tekanan uap air aktual dihitung dengan menggunakan persamaan:
3
eo(T) adalah tekanan uap jenuh pada suhu udara (kPa), Pv adalah tekanan uap aktual (kPa), eo(Twet) adalah tekanan uap jenuh pada suhu bola basah (kPa), Twet adalah suhu thermometer bola basah (oC), T adalah suhu udara normal (suhu thermometer bola kering) (oC) dan γpsy
adalah konstanta psikrometri yang nilainya 0.06738 pada tekanan 1 atm (FAO 1998).
... (13) Kelembaban spesifik udara dapat dihitung dengan persamaan :
Data suhu, RH dan kecepatan udara dari kondensor AC dan lingkungan
Analisis potensi panas kondensor AC
20
ω adalah kelembaban spesifik (kg/kg), Pa adalah tekanan udara tanpa uap air (kPa) dan Pv
v
a P P
P = −
adalah tekanan uap air pada suhu udara (kPal).
... (15) P adalah tekanan atmosfir (kPa).
Entalpi udara sebelum dan sesudah melalui kondensor dihitung menggunakan Persamaan berikut ini.
h = T+ω(2501+ 1,82T) ... (16)
Entalpi (h) dinyatakan dalam kJ/kg udara kering udara dan T adalah suhu udara dalam o
Volume spesifik udara yang keluar dari kondensor AC dihitung dengan menggunakan persamaan:
... (17) Vs adalah volume spesifik udara (m3/kg udara kering) (Singh 2009).
Laju aliran udara keluaran kondensor dihitung dengan menggunakan persamaan: A
v
Dc= × ... (18) Dc adalah laju aliran udara (m3/detik), v adalah kecepatan aliran udara (m/detik) dan A adalah luas penampang saluran udara keluaran kondensor AC (m2
)
Laju aliran panas yang dibawa oleh udara keluaran kondensor dihitung dengan menggunakan persamaan:
... (19)
Q adalah laju aliran panas (kJ/menit), hB adalah entalpi udara setelah mengalami
pemanasan (kJ/kg), hA
Penentuan Dimensi Ruang Pengering
adalah entalpi udara sebelum pemanasan (kJ/kg) (Taib et al. 1987).
21
Sisi tepi samping rak dan penyanggah rak pengering akan mengurangi luasan penampang untuk aliran udara. Perhitungan lebar penampang melintang ruang pengering dilakukan dengan mempertimbangkan ukuran penampang rak, penyanggah rak dan jumlah rak serta luas penampang saluran udara keluaran kondensor AC. Perhitungan ukuran minimal penampang ruang pengering dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut ini:
0
L adalah lebar penampang ruang pengering (cm), S adalah tinggi total seluruh rak dengan penyanggahnya (cm) dan A adalah luas penampang saluran udara keluaran kondensor AC (cm2
L
). Nilai L dapat diselesaikan dengan rumus ABC atau dengan cara interasi.
Panjang ruang pengering ditentukan berdasarkan jumlah bahan yang akan dikeringkan dan keperluan luasan rak untuk setiap kg bahan. Panjang rak pengering ditentukan dengan persamaan:
Panjang rak = ... (21) Kr adalah keperluan luasan rak untuk setiap kg bahan (m2
i
/kg), m adalah jumlah bahan yang akan dikeringkan (kg).
Ukuran minimal nilai momen inersia batang rangka aluminium untuk pembuatan rak pengering ditentukan dengan menggunakan Persamaan 22. Asumsi yang digunakan adalah defleksi yang diijinkan tidak lebih dari L/125.
... (22)
I adalah momen inersia batang (m4), F adalah gaya dari beban total (N), L adalah panjang batang (m), E adalah modulus elastisitas aluminium (7.1 x 1010 N/m2)
adalah defleksi yang diijinkan.
Defleksi yang terjadi bila rak pengering dipegang dan diangkat pada bagian tengahnya dengan beban berat rak itu sendiri beserta chips kentang yang dikeringkan dapat dihitung dengan Persamaan 22. Asumsi yang digunakan adalah kondisi kantilever dan beban terbagi rata.
22
δ adalah defleksi (m).
Defleksi yang terjadi pada rangka rak pada saat diletakkan di atas penyanggah rak dalam ruang pengering dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ini:
EI
Asumsi yang digunakan adalah simple beam dan defleksi maksimal yang diijinkan adalah L/250 (Ashby 2005; Gross et al. 2011; Shingley & Mischake 2001).
Pengujian Alat Pengering
Pengujian keseragaman suhu udara pada alat pengering dilakukan dalam kondisi kosong tanpa beban pengeringan, sedangkan pengujian kinerja pengeringan dilakukan dengan mengeringkan bahan berupa chips kentang. Diagram alir pengujian alat pengering ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6 Diagram alir pengujian alat pengering
Pengujian Alat Pengering Tanpa Beban Pengeringan
A. Pengujian alat pengering pada kondisi kosong tanpa bahan dilakukan untuk mengetahui suhu udara pada masing-masing rak dengan cara sebagai berikut:
Perbaikan dan
Penyiapan alat dan bahan untuk pengeringan
23
1. Memasang sensor thermocouple pada bagian depan ruang pengering sebanyak tiga buah sensor pada masing-masing rak (Gambar 7).
2. Memasang sensor thermocouple pada udara lingkungan di antara kondensor dan evaporator.
3. Memasang sensor thermocouple di bagian depan keluaran evaporator. 4. Memasang alat pengatur kecepatan kipas kondensor.
5. Menghubungkan sensor thermocouple ke data logger. 6. Menghidupkan dataloger.
7. Menghubungkan AC ke sumber listrik dan menghidupkannya. 8. Mengatur kecepatan kipas kondensor pada posisi kecepatan tinggi.
9. Mengaktifkan pencatatan data pada data logger setelah suhu yang terbaca mulai stabil dengan set waktu pencatatan setiap 10 detik.
10.Menghentikan mode pencatatan data pada dataloger setelah 30 menit. 11.Mematikan AC.
12.Mengulangi prosedur 6 sampai 11 untuk ulangan ke 2.
13.Melakukan prosedur pengujian untuk kecepatan rendah dan ulangannya. 14.Melakukan prosedur pengujian untuk kipas pengganti dan ulangannya.
15.Mengulangi prosedur pengujian 1 sampai 14 untuk rak bagian tengah dan untuk rak bagian belakang. Prosedur ini dilakukan karena jumlah sensor yang ada pada data logger terbatas.
Gambar 7 Posisi sensor thermocouple pada masing-masing rak
B. Pengujian untuk mengetahui kebutuhan listrik dan energi kondensor AC yang masuk dalam ruang pengering tanpa beban pengeringan dilakukan dengan menggunakan prosedur sebagai berikut:
24
1. Memasang watt meter untuk mengukur kebutuhan energi listrik 2. Memasang pengatur kecepatan kipas kondensor.
3. Memasang thermocouple pada ujung kompresor AC, pada bagian depan keluaran kipas kondensor, pada bagian depan keluaran kipas evaporator, pada lingkungan antara evaporator dengan kondensor dan diatas rak 1, rak 4 dan rak 7.
4. Menghubungkan thermocouple ke data logger. Bagian yang memerlukan suhu bola basah adalah suhu lingkungan, keluaran kondensor dan keluaran evaporator.
Penempatan thermocouple untuk keluaran evaporator adalah tepat di depan hembusan kipas evaporator, yang dipasang adalah thermocouple untuk suhu bola kering dan thermocouple yang dijadikan termometer bola basah. Demikian juga penempatan thermocouple untuk keluaran kondensor. Penempatan sensor suhu dan suhu bola basah untuk udara lingkungan adalah di antara evaporator dan kondensor seperti Gambar 8.
Gambar 8 Posisi penempatan sensor suhu bola basah dan suhu bola kering Penempatan sensor suhu pada rak pengering ada 5 lokasi untuk rak yang diberi sensor yaitu dua sensor pada bagian ujung depan masuknya aliran udara ke rak, satu sensor pada bagian tengah rak dan dua sensor pada bagian ujung belakang rak tepat saat aliran udara akan keluar ke lingkungan (Gambar 9). Selanjutnya dapat diketahui suhu udara pada saat memasuki rak, dan suhu udara setelah melalui rak.
Evaporator Kondensor
Alat Pengering
25
Gambar 9 Posisi penempatan sensor thermocouple pada rak pengering
5. Menghidupkan AC dengan kecepatan kipas kondensor yang berbeda untuk masing-masing perlakuan selama 40 menit pada setiap ulangan . 6. Mengukur kecepatan aliran udara yang melalui masing-masing rak
dengan anemometer pada lima bagian di lubang keluaran udara dari ruang pengering (Gambar 10).
Gambar 10 Posisi pengukuran kecepatan aliran udara pada alat pengering
Pengujian alat pengering pada kondisi kosong hanya melibatkan satu faktor dengan beberapa taraf yaitu faktor kecepatan udara saja yang akan diubah yaitu: kecepatan tinggi, rendah dan kipas pengganti dan faktor lingkungan diasumsikan tidak mempengaruhi sebaran suhu dalam ruang pengering. Oleh karena itu percobaan pengujian kondisi kosong tanpa beban pengeringan dilakukan menggunakan rancangan acak lengkap (RAL) sebanyak dua kali ulangan yang ditabulasikan pada Tabel 1.
Tabel 1 Perlakuan pengujian kondisi kosong
Ulangan Perlakuan Kecepatan Aliran Udara Kondensor
Rak 7 Rak 6 Rak 5
Rak 1 Rak 2 Rak 3 Rak 4
Posisi pengukuran kecepatan udara Dinding
samping
26
Kecepatan Tinggi Kecepatan Rendah Kipas Pengganti
1 KT1 KR1 KP1
2 KT2 KR2 KP2
Pengujian Alat Pengering dengan Beban Pengeringan Chip Kentang
Pengujian alat pengering dengan beban pengeringan chip kentang dilakukan sebagai berikut:
1. Memasang thermocouple sebanyak 24 titik pengukuran pada posisi seperti pengujian tanpa beban pengeringan prosedur B.
2. Mengupas dan membersihkan kentang kemudian memotongnya secara melintang berbentuk chips dengan ketebalan 0.25 cm dan di blansing dengan air panas selama 3 - 4 menit.
3. Memasukkan chips kentang ke dalam rak-rak pengeringan, masing-masing sekitar 1.1 kg.
4. Mengambil sampel yang akan digunakan dari masing-masing rak kemudian ditimbang beratnya masing-masing rak sebanyak 9 sampel yang meliputi 3 sampel dari bagian depan, 3 sampel dari bagian tengah dan 3 sampel dari bagian belakang.
5. Memasukkan sampel kembali bersama bahan lainnya ke dalam rak pengering. 6. Menghidupkan dataloger dan mengaktifkan pencatatan data.
7. Menghidupkan AC dan proses pengeringan yang dimulai dengan kecepatan tinggi.
8. Menimbang berat rak beserta bahan yang dikeringkan dan menimbang sampel setiap 30 menit selama pengeringan hingga pengeringan berakhir (6 jam). 9. Mematikan AC setelah pengeringan selama 6 jam dan menghentikan mode
pencatatan data pada dataloger.
10.Melakukan prosedur 1 sampai 9 untuk kipas kondensor kecepatan tinggi yang dikombinasi dengan pembalikan rak pada menit ke 150. Pembalikan rak dilakukan dengan megubah posisi rak yaitu bagian rak yang semula di depan diubah ke belakang (pembalikan arah 180o
11.Melakukan prosedur 1 sampai 10 untuk kecepatan kipas kondensor rendah dan untuk perlakuan kipas pengganti.
27
Rancangan pengujian alat pengering untuk mengeringkan chips kentang ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2 Rancangan pengujian alat untuk mengeringkan bahan
Perlakuan Kecepatan Tinggi Kecepatan Rendah Kipas Pengganti
Tanpa pembalikan rak KTA KRA KPA
Dengan pembalikan rak KTB KRB KPB
Parameter Pengukuran
Data yang diukur dan diamati dalam pengujian antara lain meliputi: 1. Suhu dan kelembaban udara
Suhu dan kelembaban udara yang diukur diperlukan untuk mengetahui kondisi udara dan nilai entalpi udara. Suhu dan kelembaban udara yang diukur adalah udara lingkungan, keluaran kondensor dan keluaran evaporator.
2. Suhu udara pada rak pengering
Suhu masing-masing rak diukur untuk mengetahui kondisi sebaran suhu udara pada rak pengering.
3. Laju aliran udara
Laju aliran udara diukur untuk mengetahui jumlah udara yang mengalir dalam volume per satuan waktu. Laju aliran udara yang diukur adalah laju aliran udara keluaran kondensor dan laju aliran udara keluaran evaporator.
4. Penurunan berat bahan
Penurunan berat bahan diukur untuk mengetahui laju pengeringan dan perubahan kadar air pada setiap interval waktu pengamatan hingga proses pengeringan selesai. Perubahan berat bahan selama pengeringan menjadi dasar untuk perhitungan laju pengeringan, kadar air dan kebutuhan energi pengeringan.
Analisis Data dan Perhitungan
28
untuk mengetahui keseragaman sebaran suhunya. Data penurunan berat bahan digunakan untuk menghitung kadar air bahan dengan menggunakan Persamaan 2 dan 3. Kadar air dan laju pengeringan hasil pengujian dengan perlakuan kecepatan aliran udara yang berbeda serta kombinasi dengan pembalikan rak ditampilkan dalam bentuk grafik sehingga dapat diketahui hubungan antar waktu pengeringan dengan laju pengeringan dan penurunan kadar air bahan pada masing-masing perlakuan. Data kadar air hasil perlakuan dengan kecepatan aliran udara yang berbeda diuji dengan menghitung standar deviasinya untuk mengetahui perbedaan hasil pada masing-masing perlakuan dan untuk mengetahui keseragaman hasil dari masing-masing rak pengering
Laju aliran panas keluaran kondensor dihitung menggunakan prosedur persamaan 11 hingga 19. Perhitungan dilakukan dengan bantuan Microsoft Office Excel. Energi yang dihasilkan kondensor dihitung dari perkalian laju aliran panas
dan waktu. Energi yang digunakan untuk pengeringan dihitung dari energi yang digunakan untuk menguapkan kandungan air bahan. Energi untuk pengeringan dan energi kondensor dibandingkan untuk mendapatkan nilai efisiensi pengeringan pada masing masing perlakuan terhadap energi kondensor menggunakan Persamaan 4. Efisiensi pengeringan terhadap energi listrik AC diperoleh dengan membandingkan energi pengeringan dengan energi listrik yang digunakan AC dengan persamaan:
t
ηe adalah efisiensi pengeringan terhadap energi listrik (%), Qp adalah energi pengeringan (kJ) dan Wt
W Q COP= C
adalah energi listrik AC (kJ).
Kapasitas pendinginan AC dihitung berdasarkan nilai entalpi udara sebelum memasuki evaporator dan setelah memasuki evaporator dengan menggunakan prosedur persamaan seperti Persamaan 11 hingga 19. Koefisien performansi pendinginan (COP) dihitung dengan persamaan berikut ini:
... (26)
29
perlakuan pengeringan dihitung untuk mengetahui pengaruh perlakuan kipas kondensor terhadap kapasitas pendinginan AC. Sedangkan nilai SMER pengeringan dihitung menggunakan persamaan 5.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Potensi Udara Panas dari Kondensor AC
Hasil pengukuran suhu dan kelembaban udara keluaran kondensor AC pada penelitian pendahuluan diperoleh suhu udara keluaran kondensor 42oC, RH 35 %, dan laju aliran udara sekitar 15.31 m3/menit. Suhu lingkungan 30o
Entalpi udara yang dihitung menggunakan Persamaan 16 untuk udara lingkungan adalah 74.978 kJ/kg udara kering dan setelah melalui kondensor menjadi 87.363 kJ/kg udara kering, sehingga setiap kg udara kering menyerap panas dari kondensor sebesar 12.385 kJ. Volume spesifik udara yang keluar dari kondensor AC dari hasil perhitungan menggunakan Persamaan 17 adalah 0.9164 m
C dengan RH 65%. Tekanan uap air aktual dihitung dengan menggunakan Persamaan 12, sedangkan tekanan uap jenuh dihitung dengan menggunakan Persamaan 11 sehingga diperoleh tekanan uap aktualnya yaitu sebesar 2.869 kPa dan tekanan uap jenuhnya sebesar 8.199 kPa. Kelembaban mutlak dihitung menggunakan Persamaan 14 yang hasilnya adalah 0.0176 kg/kg udara kering.
3
/kg, yang berarti setiap kg udara kering volumenya adalah 0.9164 m3
Laju aliran panas yang dibawa oleh udara yang keluar dari kondensor AC dari hasil perhitungan menggunakan Persamaan 19 adalah 202.712 kJ/menit. Berdasarkan parameter-parameter yang diperoleh dari perhitungan tersebut maka potensi udara keluaran kondensor AC untuk kondisi tersebut dapat diilustrasikan pada psychrometric chart seperti Gambar 11.
.
Gambar 11 Psikrometri udara awal (A) dan sesudah melalui kondensor (B) serta titik penyerapan uap air maksimal (C).
32
Garis AB merupakan ilustrasi proses pemanasan udara, garis BC merupakan ilustrasi garis penyerapan uap air oleh udara dan C merupakan ilustrasi titik maksimal potensi penyerapan uap air oleh udara pada kondisi adiabatik. Potensi penyerapan uap air maksimal dari udara panas kondensor AC berdasarkan pembacaan psychrometric chart adalah 6.2 g/kg udara kering. Potensi penyerapan uap air maksimal udara yang keluar dari kondensor AC dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 19 yang dimodifikasi dengan cara mengganti nilai perubahan entalpi dengan potensi penyerapan uap air maksimal tiap kilogram udara kering, sehingga diperoleh nilai 103.51 gram uap air/menit. Berdasarkan potensi maksimal menyerap uap air tersebut dengan asumsi laju pengeringan sebanding dengan jumlah bahan pada penelitian pendahuluan, kondensor AC 1 hp dapat digunakan untuk mengeringkan sekitar 7521.5 gram chips kentang dengan keperluan luasan rak 5.199 m2
Hasil Rancang Bangun Alat Pengering .
Ruang dan Rak Pengering
Aliran udara kondensor AC memerlukan luasan saluran udara dalam ruang pengering yang minimal sama atau lebih besar dari saluran keluaran udara pada kondensor AC yang berdiameter 38 cm supaya udara mengalir dengan lancar. Perhitungan lebar penampang melintang ruang pengering dengan Persamaan 20 diperoleh ukuran lebar ruang pengering ≥ 44 cm dan ukuran yang diambil 50 cm.
33
Gambar 12 Gambaran sederhana kondisi kantilever rangka rak pengering pada saat diangkat di bagian tengah-tengah rak.
Penampang aluminium yang banyak di pasaran umumnya profil L 13 mm, untuk tebal 0.5 mm mempunyai nilai momen inersia 1.1 × 10-9 m4 dan aluminium dengan tebal 1 mm mempunyai nilai momen inersia 2.21 × 10-9 m4
Ruang pengering hasil rancangan dibuat dari bahan dasar kayu lapis dengan ketebalan 18 mm (Gambar 12). Nilai konduktivitas termal kayu lapis sekitar ≤ 0.15 W/m
. Aluminium tebal 0.5 mmm sebenarnya sudah memenuhi syarat untuk rangka rak pengering, akan tetapi dikhawatirkan adanya beban kejut dan kemungkinan operator alat pengering memegang tidak tepat di tengah-tengah rangka rak saat mengangkat rak untuk dimasukkan ke ruang pengering maka diperlukan aluminium yang lebih tebal sehingga dipilih aluminium profil L 13 mm dengan tebal 1 mm. Bagian utama rak untuk meletakkan bahan yang dikeringkan menggunakan kawat net aluminium tipe J1010. Bahan aluminium mudah menghantarkan panas, ringan, dan pengerjaannya mudah.
Berat rak pengering hasil rancang bangun pada penelitian ini rata-rata adalah 761.61 ± 2.75 gram. Berat rak beserta 1.1 kg chips kentang menjadi sekitar 1861.61 g yang menghasilkan gaya berat 18.26 N. Bahan aluminium profil L 13 mm dengan tebal 1 mm untuk rak pengering bila dipegang dan diangkat pada bagian tengah-tengah rangka rak beserta beban chips kentang seperti kondisi kantilever, berdasarkan hasil perhitungan menggunakan Persamaan 23 akan timbul defleksi sebesar 0.15 cm. Kondisi ini ini masih cukup aman karena masih kurang dari defleksi maksimum yang diijinkan L/125 yaitu 0.6 cm. Sedangkan defleksi yang terjadi pada rak saat diletakkan di atas penyanggahnya di dalam ruang pengering dengan dihitung menggunakan persamaan 24 dan diperoleh nilai defleksi 0.09 cm. Nilai tersebut cukup aman karena dibawah nilai defleksi maksimum yang diijinkan yaitu L/250 atau 0.2 cm.
o
C. Dimensi bagian dalam ruang pengering memiliki tinggi 50.2 cm, lebar 50.2 cm dan panjang 150.2 cm dengan 7 rak pengering yang
L2 L1
34
masing-masing berukuran 50 x 150 cm. Gambar teknik alat pengering dapat dilihat di Lampiran 14, sedangkan foto alat pengering yang telah dibuat ada di Lampiran 15. Jumlah rak ditentukan terlebih dahulu untuk menentukan lebar penampang ruang pengering dan panjang rak pengering. Pemilihan ukuran tersebut berdasarkan potensi maksimal penyerapan uap air dari udara keluaran kondensor AC dengan prosedur seperti pada analisis teknik.
Kayu lapis 18 mm tidak memerlukan rangka kayu dalam pengerjaannya. Bagian dalam ruang pengering dilapisi dengan aluminium lembaran yang memiliki ketebalan 0.3 mm agar dinding lebih awet dan dipasangi rangka penyanggah rak secara berjajar dari atas ke bawah.
Gambar 13 Bagian utama ruang pengering tampak depan (a) dan samping (b) Kayu lapis sebagai bagian utama ruang pengering pada hasil rancangan ini rentan terhadap pengaruh air dan kelembaban. Karena itu harus ditempatkan di tempat yang terlindung dari air hujan supaya lebih tahan lama. Dinding ruang pengering bisa juga dibuat dari bahan logam misalnya aluminium yang diberi isolator di sekelilingnya. Bahan logam lebih tahan terhadap pengaruh air dan kelembaban.
Penyalur Udara dari Kondensor
Penyalur udara dari kondensor ke ruang pengering dipasang menyatu dengan ruang pengering. Penyalur udara terbuat dari kayu lapis dengan ketebalan 18 mm, berbentuk limas segi empat terpancung yang menangkap aliran udara dari kipas kondensor dan menyalurkannya ke ruang pengering (Gambar 14).
150.4 cm 54
cm
54 cm
35
Pintu dan Saluran Keluaran
Pintu ruang pengering sekaligus sebagai saluran keluaran udara pengering dirancang dengan ukuran 50.2 × 50.2 cm. Pintu ruang pengering dengan ukuran tersebut dapat memudahkan rak untuk dimasukkan dan dikeluarkan karena ukuran rak pengering 50 × 150 cm sehingga ada kelonggaran untuk pergerakan rak pengering melalui pintu masuk dan di dalam ruang pengering.
Gambar 14 Penyalur udara dari kondensor tampak depan (a) dan tampak samping (b)
Pengatur Kecepatan Kipas Kondensor AC
Pengatur kecepatan kipas kondensor AC terbuat dari rangkaian pengatur kecepatan motor bolak balik yang berbasis pada triac dan UJT (Gambar 15). Rangkaian tersebut biasa dipakai untuk mengatur kecepatan motor listrik misalnya motor bor, blender dan sebagainya. Rangkaian pengatur kecepatan diletakkan dalam sebuah kotak rangkain dari plastik dan dirangkai secara seri dengan sumber listrik yang mensuplai motor kipas kondensor.
Gambar 15 Rangkaian pengatur kecepatan motor kipas kondensor AC Motor kipas kondensor dengan baling-baling dari kondensor AC Koshima arah putarannya ccw (berlawanan arah jarum jam), sedangkan baling-baling kipas
36
penggantinya memerlukan arah putaran cw (searah jarum jam) karena arah kemiringan baling-balingnya berbeda, sehingga harus dilakukan perubahan koneksi kumparan motor agar arah putaran motornya dapat diubah dari ccw menjadi cw pada saat menggunakan kipas pengganti (Gambar 16 ). Perubahan hubungan rangkaian dilakukan dengan membongkar motor kipas kemudian menelusuri bagian pertemuan antara kumparan utama dengan kumparan start dan memasangkan kabel tambahan sehingga hubungan rangkaian kumparan mudah digunakan untuk mengubah arah putaran motor.
Gambar 16 Koneksi kumparan motor untuk putaran ccw (a) dan putaran cw (b)
Alat Pengering dan Proses Perpindahan Panas
Alat pengering hasil rancang bangun dengan memanfaatkan panas kondensor AC tampak seperti Gambar 17a. Bagian utama alat pengering adalah ruang pengering, rak pengering, rangka penyanggah ruang pengering dan penyalur udara.
Diagram proses perpindahan energi panas pada sistim pengering ditunjukkan pada Gambar 17b. Energi panas dari udara lingkungan (Q1) diserap oleh evaporator dengan perantara refrigerant dan penukar panas di evaporator sehingga suhu udara lingkungan setelah melalui evaporator akan mengalami penurunan sesuai jumlah panas yang diserap oleh evaporator. Dari evaporator panas dibawa bersama refrigerant menuju unit kondensor. Panas (Q2) ditambah energi (Q3) dilepaskan ke udara lingkungan melalui penukar panas pada kondensor sehingga udara mengalami kenaikan suhu yang besarnya sebanding dengan jumlah panas yang diterimanya. Udara lingkungan yang telah mengalami pemanasan (Q4) dari kondensor dialirkan ke ruang pengering untuk mengeringkan bahan pangan (chips kentang) (Q5). Energi panas yang tidak terserap untuk proses pengeringan kembali ke lingkungan (Q6).
Pengatur kecepatan
Pengatur kecepatan
37
Gambar 17 Alat pengering (a) dan diagram proses perpindahan panas pada sistim pengering (b).
Hasil Uji Kinerja Kondensor dan Alat Pengering Kipas Kondensor AC dan Kecepatan Aliran Udara
Kipas kondensor AC berfungsi untuk menggerakan udara sehingga mengalir melalui penukar panas kondensor (Gambar 18). Kipas kondensor AC Koshima 1 hp yang asli memiliki diameter baling-baling 32.6 cm dan diameter hub 11.2 cm sedangkan kipas pengganti yang digunakan memiliki diameter hub
7.3 cm dan diameter baling-baling 32.6 cm. Penggunaan kipas pengganti dengan diameter hub yang kecil diharapkan dapat menghasilkan aliran udara yang lebih seragam pada pemanfaatan kondensor AC untuk pengeringan.
Gambar 18 Baling-baling kipas kondensor asli (a) dan kipas pengganti (b). Kecepatan aliran udara dari kipas kondensor yang melalui ruang pengering ditunjukkan pada Gambar 19.
Lingkungan Evaporator Kondensor
Ruang pengering dan bahan yang dikeringkan
38
KTA KTB KRA KRB KPA KPB
K
Gambar 19 Kecepatan aliran udara dari kondensor yang melalui ruang pengering pada uji pengeringan chips kentang untuk kipas kecepatan tinggi ( ), kecepatan rendah ( ) dan kipas pengganti ( )
Kecepatan kipas kondensor AC Koshima diatur menggunakan pengatur kecepatan motor dan menghasilkan aliran udara dalam ruang pengering dengan kecepatan 1.65 ± 0.46 m/detik pada kipas kecepatan tinggi, 1.09 ± 0.37 m/detik pada kecepatan rendah dan 1.03 ± 0.15 m/detik pada kipas pengganti dengan kecepatan penuh. Kecepatan aliran udara dengan standar deviasi yang paling rendah adalah pada perlakuan kipas pengganti yaitu 0.15 m/detik, sehingga aliran udara pada masing-masing rak dengan perlakuan kipas pengganti lebih seragam dibandingkan perlakuan yang lain. Kecepatan aliran udara yang lebih seragam memungkinkan untuk menghasilkan kadar air pengeringan yang lebih seragam pada masing-masing rak pengering. Laju aliran udara menggunakan kipas pengganti lebih rendah daripada kipas aslinya karena luas penampang baling-baling kipas pengganti lebih kecil dibandingkan kipas aslinya.
Kipas kecepatan tinggi (kipas asli) menghasilkan laju aliran udara yang tinggi, sehingga waktu kontak dengan penukar panas di dalam kondensor lebih singkat yang menyebabkan penyerapan panas tiap satuan massa udara lebih rendah. Kipas kecepatan rendah menghasilkan laju aliran udara yang lebih rendah sehingga waktu kontak dengan penukar panas di dalam kondensor lebih lama yang menyebabkan penyerapan panas tiap satuan massa udara lebih tinggi.
39
pembalikan rak yang disebabkan oleh alat pengatur kecepatan motor kipas menggunakan sistim manual, akan tetapi perbedaan laju udaranya rata-rata tidak lebih dari 0.5 m3/menit. Pengurangan laju aliran udara kondensor AC Koshima 1 hp dapat dilakukan selama tidak kurang dari 12 m3
Suhu Udara Kondensor dan Evaporator
/menit karena masih dalam batas aman kerja kompresor.
Suhu udara rata-rata yang keluar dari kondensor dan evaporator sistim pendingin selama proses pengeringan ditunjukkan pada Gambar 20. Semakin tinggi suhu udara lingkungan maka suhu keluaran dari kondensor juga semakin tinggi untuk perlakuan kecepatan aliran udara yang sama. Jika suhu awal udara lingkungan yang melewati kondensor lebih tinggi maka ketika aliran udara tersebut menerima panas dari kondensor akan menghasilkan suhu yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena jumlah panas yang diserap tiap satuan massa udara hampir sama tetapi suhu awalnya lebih tinggi.
15
KTA KTB KRA KRB KPA KPB
S
Gambar 20 Suhu udara lingkungan ( ), kondensor ( ) dan evaporator ( ) selama pengujian dengan beban pengeringan.
