PENGUJIAN ALAT
PENGERING HIBRIDA POMPA KALOR
DAN SURYA UNTUK MENGERINGKAN BIJI KAKAO
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh :
SABDA TUAH RAJA BANGUN (100401106)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ungkapkan atas kehadirat Allah SWT karena dengan Rahmat
dan Hidayah-Nya penulis diberikan kesehatan, kesempatan dan kemampuan sehingga
dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa
Kalor dan Surya Untuk Mengeringkan Biji Kakao
Dalam mengerjakan skripsi ini banyak kesulitan dan tantangan yang dihadapi
oleh penulis, tetapi berkat bimbingan, dorongan serta bantuan dari semua pihak baik
berupa moril maupun materi akhirnya skripsi ini dapat diselesaikan. Pada
kesempatan ini dengan kerendahan hati hati penulis menyampaikan rasa hormat dan
ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada:
1. Ketua Departemen Teknik Mesin, Bapak Dr.Eng Ikhwansyah Isranuri, yang
telah mengijinkan topik skripsi ini kepada penulis.
2. Sekretaris Departemen Teknik Mesin bapak Ir. Syahril Gultom M.T yang
telah menizinkan mengarahkan ke dosen pembimbing.
3. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT selaku pembimbing yang telah
memberikan waktu dan pemikiran untuk memberikan masukan kepada
penulis.
4. Ibu Dr. Ir. Sari Farah Dina M.T yang telah menyumbangkan ide-ide dalam
pengerjaan skripsi ini dan juga materilnya.
5. Kedua orang tua tercinta penulis Ir.Sahudin Bangun dan ibu Amanita Br
Sinulingga, yang telah membesarkan dan mendidik penulis selama ini dengan
segala kasih sayang.
6. Abang dan adik saya Alm Tua Bastari Prima Bangun S.P, Kharisma P
Bangun, dan Intania C S Bangun.
7. Para dosen di program studi Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera
Utara yang telah memberikan saran maupun dorongan kepada penulis.
8. Ka.Lab Instalasi Uap bapak Ir.Jaya Arjuna dan Ka.Lab Foundry bapak
Suprianto ST.MT. yang telah mengizinkan menggunakan laboraturium
9. Bapak Sarjana ST atas bantuan teknis dan nonteknisnya, dalam membantu
skripsi kami.
10.Seluruh rekan-rekan mahasiswa S1 dan satu team khususnya Budi Harry
Cipta dan Nico Hermanto serta rekan Ekstensi yang selalu menyediakan
waktu untuk saling mengingatkan dan memberikan kritik dan saran kepada
penulis.
11.Staf/karyawan program studi Departemen Teknik Mesin USU
12.Seluruh pihak yang telah membantu yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Dalam Penulisan skripsi ini penulis menyadari tentunya masih banyak terdapat
kekurangan dikarenakan keterbatasan dan kemampuan yang penulis miliki, untuk itu
penulis mengharapkan saran maupun sumbangan pemikiran dari semua pihak yang
sifatnya membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhirnya semoga
skripsi ini berguna dan bermanfaat bagi semua pihak. Terimakasih
Medan, Juni 2015
ABSTRAK
Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor dan Surya untuk Mengeringkan Biji Kakao dilatar belakangi dengan dibutuhkannya alat pengering biji kakao yang bekerja pada temperatur dan kelembapan udara yang rendah dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat malam hari dan saat hujan, hal ini diperlukan karena selama ini pengeringan biji kakao dilakukan dengan menjemur langsung dibawah sinar matahari dan dengan tambahan bantuan angin (bergantung pada cuaca). Seiring dengan berkembangnya teknologi industri pengering yang khususnya untuk tanaman pangan yang nilai ekonomisnya tinggi, herbal dan obat-obatan membutuhkan pengeringan dengan temperature rendah dan kelembapan rendah untuk menghindari kerusakan pada bahan dan juga kandungannya, yang tidak bergantung pada cuaca, hemat energy dan ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan melakukan pengujian yang meliputi penghitungan kinerja Pompa kalor (COP), perhitungan Total Performance, perhitungan konsumsi energy (SEC), perhitungan laju ekstraksi (SMER) dan mengetahui karakteristik pengeringan biji kakao. Adapun variabel dalam penelitian ini adalah kecepatan udara yang mengalir dalam ruang pengering bervariasi dan biji kakao yang diuji memiliki kadar air yang berbeda serta waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan bahan. Dari hasil penelitian diperoleh: temperatur udara rata-rata ruang pengering pada proses pengeringan biji kakao dengan sistem pompa kalor hibrida untuk sample 1 39.85oC, sample 2 41.690C dan sample 3 44.030C dan kelembaban udara rata-rata untuk sample 1 55.93%, sample 2 54,58% dan sample 3 50,31%, COP dari pompa kalor adalah 4,4328 dan Total Performance (TP) sistem pompa kalor adalah 11,06; SEC untuk masing-masing sample yang dikeringkan adalah: sample 1 5,8137 kWh/kg, sample 2 4.017 kWh/kg dan sample 3 3.467 kWh/kg. secara bersamaan diperoleh nilai SMER sample 1 0.172 kg/kWh, sample 2 0.24892 kg/kWh dan sample 3 0.28836 kg/kWh. Kadar air untuk sample 2 7,2 % dan sample 3 sebesar 6.13%.
Kata Kunci: Coefficient of Performance(COP),Total Performance (TP), Specific
Energi Consumption(SEC), Specific moisture extraction rate(SMER), Pengering,
ABSTRACT
Testing of Equipment Dryer Heat Pumps and Solar Hybrid Drying Cocoa Beans for background with cocoa beans needed dryers that work in temperatures and low humidity can be used not only during daylight hours but also at night and when it rains, it is needed because during this drying cocoa beans carried out by direct drying under the sun and with the addition help of the wind (dependent on weather). In line with the development of industrial technologies dryers are especially for food crops of high economic value, herbs and medicines require drying with low temperature and low humidity to avoid damage to material as well as its contents, which do not depend on the weather, energy-efficient and eco friendly. This study aimed to test the heat pump covers the Coefficient of Performance (COP), the calculation of the Total Performance (TP), the calculation of Specific Energy Consumption (SEC), the calculation of the Specific Moisture extraction rate (SMER) and determine the characteristics of cocoa beans drying. The variables in this study is the velocity of air flowing through the drying chamber is varied and cocoa beans tested had different moisture content as well as the time required to dry the material. The result showed: the average air temperature in the drying chamber drying process cocoa beans with a hybrid heat pump system for 39.85 0C sample 1, sample 2 is 41.69 0C and sample 3 44.03 0C and air humidity average 55.93% for sample 1, sample 2 54.58% and 50.31% of sample 3, the COP of the heat pump is 4.4328 and Total Performance (TP) heat pump system is 11.06; SEC for each sample is dried: sample 1 5.8137 kWh / kg, sample 2 4,017 kWh / kg and sample 3 3,467 kWh / kg. simultaneously obtained sample value Smer 1 0172 kg / kWh, sample 2 0.24892 kg / kWh and sample 3 0.28836 kg / kWh. The water content of 7.2% for sample 2 and sample 3 at 6.13%.
Keywords: Coefficient of Performance (COP), Total Performance (TP), Specific
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
ABSTRACT ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR GRAFIK ... ix
DAFTAR SIMBOL ... xi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang 1 1.2 Tujuan Penelitian ... 3
1.3 Perumusan Masalah 3 1.4 Batasan Masalah 4 1.5 Manfaat Penelitian ……… 4
1.6 Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Pengenalan 5 2.2 Heat Pump 7 2.2.1 Dasar dari pompa kalor……… 7
2.2.2 Refrigerant……… 8
2.2.3 Aplikasi Pompa Kalor……….. 9
2.3 Pengering Pompa Kalor 9 2.3.1 Klasifikasi Pompa Kalor……….. 10
2.3.2 Ulasan mengenai Pompa Kalor-pengering tambahan (Heat Pump-Assisted Dryer……… 11
2.3.3. Sistem Pompa Kalor Dengan Cairan Kimia……… 15
2.3.4 Pengering Pompa Kalor bersumber dari Bumi (Geothermal)……. 17
2.3.5 Klasifikasi Sistematis Pompa Kalor kombinasi Kolektor Surya (SAHP)……….. 19
2.3.6 Klasifikasi Sistematis Pompa Kalor kombinasi Kolektor Surya (SAHP)……… 21
2.3.6.1 Energi Surya membantu Sistem Pengering Pompa Kalor………. 23
2.3.6.2 Sistem Pengering Pompa Kalor Hybrid terintegrasi Surya (SAHPD)……….. 30
2.3.6.3 Sistem Pompa Kalor Kimia Terintegrasi Pengeringan Surya……….. 34
2.4 Tren dimasa depan dalam penelitian dan pengembangan SAHPD 40 2.5 Kesimpulan 42 2.6 Review jurnal-jurnal yang berkaitan dengan Pengering Pompa Kalor 43 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 52
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 52 3.2 Metode Pengujian 52 3.2.1 Pemilihan Heat Pump atau Pompa Kalor 52 3.2.2 Perancangan Solar Collector atau Kolektor Surya 53 3.3 Alat dan Bahan 53 3.3.1 Peralatan Pengujian 53 1. Heat Pump ………… …...53
2. Solar Collector………. 54
3. Ruang Pengering……….. 55
4. Kontrol Panel……… 56
5. Load Cell………. 56
6. Rh (Relative Humidity) Meter………. 58
8. Pressure Gauge……… 61
9. Agilient 34972A………... 62
10.Clamp Meter Digital……… 63
3.3.2 Bahan 64 3.4 Data Penelitian 65 3.5 Diagram Alir Penelitian 66 3.6 Set-Up Eksperimental……… 68
BAB IV Hasil Dan Pembahasan ... 70
4.1 Hasil Penelitian 70 4.1.1 Data hasil Pengeringan 70 1. Kecepatan Udara………... 70
2. Temperatur dan kelembapan udara……….. 71
3. Tekanan Refrigerant……….. 71
4.1.2 Menghitung Coefficient of performance(COP) pompa kalor… 72 4.1.3 Kolektor Surya………. 75
4.1.4 Menghitung SMER dan SEC………. 82
1.Sample Kakao 1………. 83
2. Sample Kakao 2……….. 90
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 99
5.1 Kesimpulan 99
5.2 Saran 99
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Diagram siklus dasar pompa kalor dengan media udara ... 8
Gambar 2.2 Skema diagram pompa kalor ... 10
Gambar 2.3 Klasifikasi Pompa Kalor... 11
Gambar 2.4 Type standart dari Pompa kalor kimia... 16
Gambar 2.5 Skema Diagram SAHP ... 21
Gambar 2.6 Pengering Surya untuk kacang dilengkapi dengan pompa kalor absorpsi dan penyimpanan panas ... 25
Gambar 2.7 Sistem Kompleks pengering pompa kalor dikombinasikan dengan surya ... 26
Gambar 2.8 Skema diagram pengering pompa kalor dibantu surya dan pemanas air ... 29
Gambar 2.9 Skematik diagram Pompa kalor dibantu pengeringan Surya menggunakan kolektor surya multifungsi ... 29
Gambar 2.10 Kapasitas pengeringan pompa kalor: mengurangi kelmbapan udara dari 80% menjadi 45%, dan meningkatkan suhu udara dari 30 sampai 400C di 20 menit………. 31
Gambar 2.11 Variasi suhu udara di ruang pengering dengan menggunakan kolektor surya multifungsi di radiasi matahari dari 440 W / m2 ... .32
Gambar 2.12 Suhu dan kelembaban relatif udara dalam pengeringan ketika kolektor surya bertindak sebagai pendingin. ... 33
Gambar 2.13 Para kolektor panas matahari multifungsi sebagai pendingin. ... 33
Gambar 2.14 Kolektor panas matahari multifungsi bertindak sebagai evaporator .. 34
Gambar 2.15 Diagram skematik surya hibrida pengering pompa kalor kimia ... 36
Gambar 2.16 Radiasi per jam rata-rata di Malaysia pada bulan Desember ... 37
Gambar 2.17 Suhu lingkungan rata di Malaysia pada bulan Desember ... 38
Gambar 2.19 COP of SACHPD ... 39
Gambar 2.20 System power output ... 40
Gambar 3.1 Pompa Kalor ... 54
Gambar 3.2 Solar Collector ... 55
Gambar 3.3 Ruang pengering ... 55
Gambar 3.4 Kontrol Panel ... 56
Gambar 3.5 Aluminium S Type Load Cell ... 57
Gambar 3.6 Rh Meter ... 58
Gambar 3.7 Hot Wire Anemometer ... 59
Gambar 3.8 Pressure gauge ... 61
Gambar 3.9 Agilient 34972 A ... 62
Gambar 3.10 Clamp Meter Digital ... 63
Gambar 3.11 Biji Kakao basah... 64
Gambar 3.12 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian ... 66
Gambar 3.13 Set Up Eksperimental………. . 69
Gambar 3.14 Foto Aplikasi Lapangan………. 69
Gambar 4.1 Grafik waktu vs intesitas radiasi tanggal 10 Mei 2015……….. 76
Gambar 4.2 Grafik waktu vs temperature kolektor 1 tanggal 10 Mei 2015……...76
Gambar 4.3 Grafik waktu vs temperature kolektor 2 tanggal 10 Mei 2015……...77
Gambar 4.4 Grafik waktu vs intensitas radiasi tanggal 13 Mei 2015 ……….78
Gambar 4.5 Grafik waktu vs temperature kolektor 1 tanggal 13 Mei 2015……...78
Gambar 4.6 Grafik waktu vs temperature kolektor 2 pada tanggal 13 Mei 2015.. 80
Gambar 4.7 Grafik waktu vs intesitas radiasi tanggal 15 Mei 2015……….. 80
Gambar 4.8 Grafik waktu vs temperature kolektor 1 tanggal 15 Mei 2015……... 81
Gambar 4.9 Grafik waktu vs temperatur kolektor 2 tanggal 15 Mei 2015……….82
Gambar 4.10 Sample Kakao 1……….. 84
Gambar 4.11 Penurunan berat biji kakao sampel 1 hari pertama………. 84
Gambar 4.12 Grafik Rh, T ruang pengering Hari pertama……….. 85
Gambar 4.13 Penurunan berat biji kakao sampel 1 hari kedua……….85
Gambar 4.14 Grafik Rh, T ruang pengering hari kedua ……… 86
Gambar 4.15 Penurunan berat biji kakao sample 1 hari ketiga……….86
Gambar 4.16 Grafik Rh, T ruang pengering hari ketiga………... 87
Gambar 4.17 Sample Biji Kakao 2………90
Gambar 4.19 Grafik Rh, T ruang pengering hari pertama………91
Gambar 4.20 Penurunan biji kakao sample 2 hari kedua………. 92
Gambar 4.21 Grafik Rh,T Ruang pengering hari kedua………92
Gambar 4.22 Biji kakao sample 3………. 95
Gambar 4.23 Grafik penurunan berat biji kakao sample 3 hari pertama ………. 96
Gambar 4.24 Grafik Rh,T ruang pengering hari pertama……….96
Gambar 4.25 Grafik penurunan berat biji kakao sample 3 hari kedua………..97
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Refrigeran ... 9
Tabel 2.2 Agricultural and marine product ... 13
Tabel 4.1 Kecepatan dan temperatur udara menuju ruang pengering ... 71
Tabel 4.2 Data temperatur dan kelembaban………72
Tabel 4.3 Data termodinamik refrigeran R22……….. 75
Tabel 4.4 Laju pengeringan, SMER dan SEC biji kakao Hybrida dan pompa kalor 90 Tabel 4.5 Laju pengeringan, SMER dan SEC biji kakao 2……… 95
Tabel 4.6 Laju pengeringan, SMER dan SEC biji kakao 3……… 97
DAFTAR NOTASI
Lambang Keterangan Satuan
Pgauge Tekanan pressure gauge kPa
Pabsolut Tekanan 1 atm kPa
̇ Energi untuk kompressor watt
̇ Energi untuk fan dan blower watt
Coefficient of performance Heat Pump
̇ Kalor kondensor kW
̇ LajuAliran Massa Udara kg/s
Berat Jenis Udara kg/m3
A Luas Penampang Saluran Udara m2
P Panjang Penampang m
L
Lebar Penampang mv Kecepatan Udara m/s
Panas jenis spesifik udara
Suhu Udara Keluar Kondensor K Suhu Udara Masuk Kondensor K
̇ LajuAliranRefrigeran kg/s
Entalpi Dalam Kondisi Vapor kJ/kg Entalpi Dalam Kondisi Vapor kJ/kg Entalpi Dalam Kondisi Liquid kJ/kg Entalpi Dalam Kondisi Liquid kJ/kg
Kalor Evaporator kW
ABSTRAK
Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor dan Surya untuk Mengeringkan Biji Kakao dilatar belakangi dengan dibutuhkannya alat pengering biji kakao yang bekerja pada temperatur dan kelembapan udara yang rendah dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat malam hari dan saat hujan, hal ini diperlukan karena selama ini pengeringan biji kakao dilakukan dengan menjemur langsung dibawah sinar matahari dan dengan tambahan bantuan angin (bergantung pada cuaca). Seiring dengan berkembangnya teknologi industri pengering yang khususnya untuk tanaman pangan yang nilai ekonomisnya tinggi, herbal dan obat-obatan membutuhkan pengeringan dengan temperature rendah dan kelembapan rendah untuk menghindari kerusakan pada bahan dan juga kandungannya, yang tidak bergantung pada cuaca, hemat energy dan ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan melakukan pengujian yang meliputi penghitungan kinerja Pompa kalor (COP), perhitungan Total Performance, perhitungan konsumsi energy (SEC), perhitungan laju ekstraksi (SMER) dan mengetahui karakteristik pengeringan biji kakao. Adapun variabel dalam penelitian ini adalah kecepatan udara yang mengalir dalam ruang pengering bervariasi dan biji kakao yang diuji memiliki kadar air yang berbeda serta waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan bahan. Dari hasil penelitian diperoleh: temperatur udara rata-rata ruang pengering pada proses pengeringan biji kakao dengan sistem pompa kalor hibrida untuk sample 1 39.85oC, sample 2 41.690C dan sample 3 44.030C dan kelembaban udara rata-rata untuk sample 1 55.93%, sample 2 54,58% dan sample 3 50,31%, COP dari pompa kalor adalah 4,4328 dan Total Performance (TP) sistem pompa kalor adalah 11,06; SEC untuk masing-masing sample yang dikeringkan adalah: sample 1 5,8137 kWh/kg, sample 2 4.017 kWh/kg dan sample 3 3.467 kWh/kg. secara bersamaan diperoleh nilai SMER sample 1 0.172 kg/kWh, sample 2 0.24892 kg/kWh dan sample 3 0.28836 kg/kWh. Kadar air untuk sample 2 7,2 % dan sample 3 sebesar 6.13%.
Kata Kunci: Coefficient of Performance(COP),Total Performance (TP), Specific
Energi Consumption(SEC), Specific moisture extraction rate(SMER), Pengering,
ABSTRACT
Testing of Equipment Dryer Heat Pumps and Solar Hybrid Drying Cocoa Beans for background with cocoa beans needed dryers that work in temperatures and low humidity can be used not only during daylight hours but also at night and when it rains, it is needed because during this drying cocoa beans carried out by direct drying under the sun and with the addition help of the wind (dependent on weather). In line with the development of industrial technologies dryers are especially for food crops of high economic value, herbs and medicines require drying with low temperature and low humidity to avoid damage to material as well as its contents, which do not depend on the weather, energy-efficient and eco friendly. This study aimed to test the heat pump covers the Coefficient of Performance (COP), the calculation of the Total Performance (TP), the calculation of Specific Energy Consumption (SEC), the calculation of the Specific Moisture extraction rate (SMER) and determine the characteristics of cocoa beans drying. The variables in this study is the velocity of air flowing through the drying chamber is varied and cocoa beans tested had different moisture content as well as the time required to dry the material. The result showed: the average air temperature in the drying chamber drying process cocoa beans with a hybrid heat pump system for 39.85 0C sample 1, sample 2 is 41.69 0C and sample 3 44.03 0C and air humidity average 55.93% for sample 1, sample 2 54.58% and 50.31% of sample 3, the COP of the heat pump is 4.4328 and Total Performance (TP) heat pump system is 11.06; SEC for each sample is dried: sample 1 5.8137 kWh / kg, sample 2 4,017 kWh / kg and sample 3 3,467 kWh / kg. simultaneously obtained sample value Smer 1 0172 kg / kWh, sample 2 0.24892 kg / kWh and sample 3 0.28836 kg / kWh. The water content of 7.2% for sample 2 and sample 3 at 6.13%.
Keywords: Coefficient of Performance (COP), Total Performance (TP), Specific
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Mesin pengering saat ini sedang berkembang pesat. Banyak sektor industry yang
menggunakan mesin pengering dalam berbagai proses pengeringan. Mulai dari skala
rumah tangga hingga skala industri produksi. Berbagai Perusahaan di bidang pertanian,
kesehatan, produksi makanan memerlukan mesin pengering bahan dalam pekerjaannya.
Untuk mendapatkan hasil produk dengan kualitas yang baik diperlukan bahan
pendukung yang berkualitas pula. Sebagian bahan yang berkualitas baik di peroleh
dengan perlakuan berupa pengeringan terlebih dahulu. Perusahaan yang berhubungan
dengan bahan herbal dapat menyerahkan pengeringan bahannya kepada perusahaan jasa
pengolahan bahan herbal atau membeli langsung bahan herbal pada perusahaan
pengering tanaman herbal yang ada telah di keringkan dan diolah terlebih dahulu. Bagi
perusahaan besar, memiliki alat pengering sendiri dan langsung mengolahnya sesuai
kebutuhan bukan suatu permasalahan. Tetapi untuk perusahaan
pengolahan bahan herbal skala kecil-menengah, khususnya yang langsung memperoleh
tanaman herbal dengan sangat mudah, letaknya sangat dekat dengan sumber dan
menanam langsung tanaman herbal tersebut, tentulah merugikan jika harus
mengeluarkan biaya transportasi untuk mengirimkan tanaman herbal ke perusahaan
pengering terlebih dahulu atau jika membeli bahan dari perusahaan pengolahan herbal
yang lain yang harganya lebih tinggi. Ini disebabkan karena pengeringan terbuka atau
secara konvensional, langsung ke sinar matahari dan di letakkan terbuka dan disusun
langsung di area terbuka ternyata merusak bahan-bahan yang akan diolah. Kurang tepat
jika perusahaan tersebut memaksakan untuk membeli alat pengering yang ada dipasaran
yang relatif mahal, dan tidak semudah yang dibayangkan untuk biaya dan efisiensi.
Solusi yang tepat adalah memiliki dan menggunakan alat pengering sendiri yang murah,
sederhana dan tepat guna serta ramah lingkungan.
Oleh karena itu, melihat dan mempelajari penelitian-penelitian sebelumnya
heat pump drier. Mengingat energi surya menjadi energi yang menjanjikan untuk masa ke depan. Sehingga pemanfaatan energi surya menjadi maksimal dalam dunia
keteknikan, khususnya teknik pengeringan. Konsep alat pengering ini murah (dengan
menggunakan bahan-bahan yang mudah didapat di pasaran), mudah dirakit (di
assembling) dan ukurannya bisa di sesuaikan untuk usaha berskala kecil ataupun besar. Peralatan pengering yang berkapasitas besar memerlukan lahan atau tempat yang
begitu luas. Dimana lahan tersebut harus mendapat cahaya matahari sepenuhnya seluas
lahan tersebut untuk di manfaatkan oleh solar collector ,serta heat pump yang berkapasitas besar. Selain itu ruang pengering yang besar setidaknya membutuhkan alat
angkat dalam memindahkannya. Dalam penelitian ini, digunakan kaki roda pada alat
pengeringnya agar dapat memindahkannya, serta ruangan pengering yang berukuran
2x2x1 meter. Tentunya alat pengering dalam penelitian ini tidak kapasitas besar namun
sangat mudah di modifikasinya bila rancangan selanjutnya untuk kapasitas besar.
Sehingga tidak mematokkan ukuran alat pengeringnya.
Sistem ini juga tidak menggunakan temperatur yang tinggi bagi seperti
perusahaan pengering yang sebagaimana sistem yang lain (misalnya sistem boiler). Telah diketahui bahwa temperatur pengeringan bahan untuk olahan herbal tidak
memerlukan temperatur yang tinggi namun temperatur sedang (40⁰C-70⁰C) dengan
kelembapan udara yang rendah (udara kering). Konsep utama pengeringannya adalah
mendapat suhu dan kelembapan yang diinginkan serta COP heat pump yang baik. Berawal dari konsep-konsep sederhana ini, sangat menjanjikan untuk kedepannya
dapat juga dikembangkan sistem yang lebih efektif dan efisien dalam pengeringan semua
bahan untuk pengolahan berbagai produk serta menjawab isu global dengan
menghasilkan produk yang ramah lingkungan.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan pengeringan dari sistem pengering ini yaitu:
1. Mengetahui waktu pengeringan, SMER, SEC dan Kadar air pengeringan bahan.
2. Penelitian ini di tujukan untuk meningkatkan kualitas dan harga tanaman pangan
yang nilai ekonomisnya tinggi seperti herbal, sayuran, buah-buahan dan obat-obatan.
3. Mengeringkan bahan dengan temperatur rendah sehingga bahan yang dikeringkan
4. Mengetahui kelembapan udara di ruang pengering selama proses pengeringan
1.3. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas terlihat bahwa pemanfaatan pompa kalor (heat pump) dan kolektor surya (solar collector) untuk proses pengeringan bahan makanan dan herbal perlu terus dikembangkan, dikarenakan kemampuannya mengeringkan pada
temperatur rendah, biaya rendah, operasi bisa dilakukan dibawah kondisi ruangan
lembab dan terutama ramah lingkungan. Pengeringan terhadap bahan makanan dan
herbal perlu agar bisa tahan lama, efektif dan efisien dalam pengiriman kemana saja.
Untuk itu, perlu pembahasan dan pengembangan desain awal untuk membuat sistem
1.4. Batasan Masalah
Dalam penelitian ini,memiliki beberapa batasan masalah,yaitu :
1. Pada pengujian ini hanya dibatasi untuk mencari SMER, SEC dan Kadar air saja.
2. Fisiologis bahan pada saat pengeringan dengan alat pengering tidak dibahas detail.
1.5. Manfaat Penelitian
Penelitian ini merupakan suatu upaya yang dilakukan agar dapat
diaplikasikan ke perusahaan berskala kecil, menengah hingga besar dalam
pengeringan bahan herbal, sayuran, buah-buahan dan lainnya.
1.6. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari 5 bab.
BAB I merupakan pendahuluan. Bab ini memberikan gambaran menyeluruh
mengenai tugas akhir yang meliputi pembahasan latar belakang, tujuan
penulisan, perumusan masalah, manfaat penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II adalah tinjauan pustaka, dimana pada bab ini berisikan landasan teori dan
studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode
pendekatan yang digunakan untuk menganalisa persoalan. BAB III merupakan
metode penelitian yang berisikan metode dari pengerjaan meliputi
langkah-langkah pengolahan dan analisa data. BAB IV adalah hasil dan pembahasan yang
berisi tentang hasil pengujian eksperimental. BAB V merupakan kesimpulan dan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengenalan
Pemanfaatan pompa kalor untuk pengering sangat menarik dan praktis.
Pengering pompa kalor memiliki koefisien kinerja yang tinggi dan berpotensi
memperbaiki kualitas produk yang dikeringkan karena kemampuan pompa kalor
untuk beroperasi pada suhu yang lebih rendah. Keuntungan utamanya yaitu pengering
kompatibel dan pada suhu rendah. Bagi perkembangan pengering pompa kalor,
teknologi pompa kalor digunakan untuk meningkatkan nilai ekonomis dan efisiensi
pengering udara panas konvensional. Penurun kadar air di alat pengering pompa kalor
menerima banyak perhatian karena kemampuannya untuk membalikkan panas laten
dan mentransfernya ke pengeringan udara yang mampu mengeringkan pada
temperatur rendah, biaya rendah dan operasi bahkan di bawah kondisi ruangan
lembab dan menyebabkan pencemaran lingkungan yang minimum [1]. Perlu
diingat bahwa jika pengering bekerja secara efisien, udara keluar harus memiliki suhu
yang dekat dengan temperatur wet bulb dan juga pada kelembaban yang tinggi. Oleh
karena itu, sebagian besar entalpi gas panas laten dalam uap air dan harus
mengembalikan panas , bila memungkinkan, termasuk kondensasi uap air dari udara
pengeringan. Metode ini diterapkan dalam Penurun kadar air di alat pengering
pompa kalor [2].
Tiga keunggulan utama dari pengering pompa kalor adalah [3]:
1. Pengeringan pada suhu rendah dapat meningkatkan kualitas.
2. Efisiensi energi yang tertinggi dicapai karena keduanya sensible dan panas
laten evaporasi diperlukan.
3. Kondisi Pengering dan karena laju pengeringan tidak dipengaruhi oleh
Prinsip dari pompa kalor, sama dengan yang terlibat dalam siklus pendinginan, telah dikenal selama lebih dari 100 tahun. Dalam tiga dekade terakhir, aplikasi pompa kalor telah dibatasi hanya oleh kondisi ekonomi [2]. Perlu dicatat bahwa melawan keunggulan ini, menggunakan energi listrik yang umumnya lebih mahal daripada bentuk-bentuk dari energi lain dan munculnya krisis energi pada awal tahun 1970 menyebabkan beberapa kekhawatiran terkait untuk menemukan sumber energi alternatif untuk pembangkit listrik dalam bidang industri, oleh karena itu, penerapan pompa kalor pengeringan terbatas.
Siklus refrigerasi tradisional digerakkan oleh listrik atau panas, yang sangat meningkatkan konsumsi listrik dan energi fosil. The International Institute of Refrigeration di Paris (IIF / IIR) memperkirakan bahwa sekitar 15% dari seluruh listrik diproduksi di seluruh dunia digunakan untuk pendinginan dan AC proses dari berbagai jenis, dan konsumsi energi untuk sistem pendingin udara baru-baru ini diperkirakan 45% dari seluruh rumah tangga dan bangunan komersial. Selain itu, konsumsi beban puncak listrik selama musim panas sedang ditegakkan kembali oleh penyebaran peralatan AC [4-6].
Agar mengoptimalkan kualitas produk tanaman pangan khusus seperti herbal, ginseng, dll, diperlukan pengeringan pada suhu rendah (30-45 0C) dan kelembaban relatif. Ini merupakan pertimbangan penting karena tumbuhan ini memiliki nilai komersial yang relatif tinggi serta nilai obat tersebut. Pengeringan Suhu tinggi memperburuk struktur material dan menyebabkan tidak cocoknya untuk digunakan lebih lanjut [7]. Pengeringan suhu rendah untuk tanaman khusus mengurangi resiko kerugian dalam kandungan gizi dan kerusakan sifat fisik. Sistem pengeringan menggabungkan pompa kalor di mana memanaskan baik sensible dan laten yang diperoleh kembali dari pembuangan udara. Panas ini kemudian didaur ulang kembali melalui pengering dengan memanaskan udara yang masuk pengering [8]. Pompa kalor saat ini relatif sedikit dipasang di industri. Namun, peraturan lingkungan hidup menjadi lebih ketat, pompa kalor industri dapat menjadi teknologi penting untuk mengurangi emisi, meningkatkan efisiensi [9], dan membatasi penggunaan air tanah untuk pendinginan. Pompa kalor digunakan secara luas dalam pengurangan kadar uap air dan pengeringan pada proses industri dengan suhu rendah dan sedang (maksimum 100 0C). Aplikasi utama mengering pulp dan kertas, berbagai produk makanan, kayu dan potongan kayu. Karena pengeringan dijalankan dalam sistem tertutup, bau dari pengeringan produk makanan, dll berkurang [10].
energi dengan permukaan besar [13]. Ketiga, mungkin perlu untuk menyesuaikan kinetika pengeringan produk dengan densitas radiasi matahari, parameter lain untuk kualitas produk termal terkait waktu yang bervariasi seperti tekstur dan warna dapat mengalami penurunan yang signifikan. Oleh karena itu, sangat penting bahwa, metode ilmiah yang lebih untuk pengeringan telah muncul disebut sebagai pengeringan surya yang diatur[12].
Gabungan pompa kalor dan panas matahari dapat mengatasi kesulitan-kesulitan ini dan memenuhi permintaan penting dalam industri pengeringan sehubungan dengan kontrol kualitas produk, mengurangi konsumsi energi dan mengurangi dampak lingkungan. Untuk bahan panas yang sensitif dapat meningkatkan kontrol kualitas yang ingin dicapai karena suhu pengeringan rendah dan udara bebas dari luar. Konsumsi energi berkurang dicapai karena koefisien kinerja yang tinggi dari pompa kalor dan efisiensi termal yang tinggi pada pengering ketika dirancang dengan baik [14].
Tulisan ini menyajikan kemajuan sistem dalam pengeringan yang mengkombinasikan kolektor surya yang dibantu pompa kalor pada penelitian dan pengembangan arah di lapangan.
2.2. Heat pump
Pompa kalor adalah pendingin (refrigerators) yang meningkatkan energi yang didapat dengan mendinginkan dari energi bersuhu rendah ke tingkat suhu yang lebih tinggi dengan bantuan eksternal (pendorong) energi dan dikirim dari kompresor ke refrigeran [15- 17]. Pompa kalor merujuk pada fakta bahwa baik pendinginan dan kinerja pemanasan pada refrigerator yang digunakan [17].
2.2.1 Dasar dari pompa kalor
Gambar 2.1.Diagram siklus dasar pompa kalor dengan media udara 2.2.2 Refrigerants
2.2.3 Aplikasi Pompa Kalor
Ada beberapa aplikasi pemanasan dan pendinginan yang tidak bisa mendapatkan keuntungan dari teknologi pompa kalor dan dengan demikian memberikan efisiensi energi yang signifikan.
Pompa kalor juga bisa untuk mengklaim panas gratis atau limbah dari sejumlah tempat seperti: udara ambien, air tanah, tanah itu sendiri, aplikasi komersial di mana panas yang tidak diinginkan akan dibuang.
Teknologi pompa kalor dapat digunakan di dalam negeri dan aplikasi komersial yang beragam seperti pemanas ruangan atau pendinginan untuk manusia demi kenyamanan dalam kantor, rumah, pemanas udara dan segala macam instalasi perumahan. Mereka juga dapat ditemukan dalam aplikasi komersial di mana sejumlah besar air yang tersedia untuk pengeringan, kolam renang dan produksi pabrik [25].
2.3 Pengering Pompa Kalor
Ada berbagai cara untuk pengeringan bahan basah dan seringkali diperlukan untuk membandingkan efisiensi dari metode yang berbeda. Parameter yang mudah digunakan adalah 'efektivitas' yang mengacu pada jumlah air yang diambil per masukan satuan energi, dinyatakan dalam kg H2O kW h-1 [26]. Metode pengeringan
yang paling sederhana adalah untuk meniup udara panas di atas bahan lembab dan untuk membuang udara lembab ke atmosfer [27,28]. Peningkatan dapat dilakukan dengan cara menghitung ulang sebagian dari udara tetapi jumlah peningkatan dibatasi dan itu adalah dengan mengorbankan peningkatan waktu pengeringan.
Salah satu cara yang paling efisien serta dapat dikendalikan untuk mengeringkan bahan basah adalah dengan menggunakan pengeringan pompa kalor. Selama bertahun-tahun pompa kalor telah dikenal sebagai metode yang efisien energi. untuk pengeringan adalah perbedaan panas panas yang dihasilkan oleh kondensor dan panas dingin evaporator akan menggunakan secara bersamaan selama operasi. Panas dari kondensor akan diproduksi panas dan akan digunakan untuk memanaskan material dan panas dingin dari evaporator akan digunakan dalam proses (Gbr. 2).
terintegrasi telah dilaporkan di banyak bagian Eropa, Asia dan Australia di mana teknologi telah diterapkan terutama di sektor pengolahan makanan laut [29].
2.3.1 Klasifikasi Pompa Kalor
Sumber panas yang paling umum untuk pengeringan aplikasi udara, tanah dan sumber bahan kimia dengan pompa kalor. Di antaranya, yang bersumber dari pompa air panas telah banyak digunakan dalam aplikasi pengeringan. Skema klasifikasi untuk pengering pompa kalor diberikan pada Gambar. 3.
Gambar 2.2 Skema diagram pompa kalor
Gambar 2.3. Klasifikasi Pompa Kalor
Kemampuan pompa kalor untuk mengkonversi panas laten kondensasi uap ke dalam panas sensibel dari aliran udara yang melewati kondensor membuat mereka menarik dalam aplikasi pengeringan terutama bila dikombinasikan dengan kemampuan untuk menghasilkan kondisi pengeringan yang terkendali dengan baik [30]. Untuk alasan ini pengering pompa kalor telah digunakan selama puluhan tahun di pembakaran kayu untuk mengurangi kelembapan udara dan meningkatkan kualitas kayu [31].
2.3.2.1Sistem pengering Pompa Kalor dengan media Udara
Mengikuti tren secara umum untuk meningkatkan kualitas produk dan mengurangi konsumsi energi, banyak peneliti telah mengakui fitur khusus pompa kalor, yang telah menghasilkan pertumbuhan yang cepat dari kedua teori dan penelitian tentang pengeringan pompa kalor dengan media udara (Tabel 2) diterapkan.
Keuntungan utama dan keterbatasan pengering pompa kalor adalah sebagai berikut [66]:
keuntungan:
Efisiensi energi yang lebih tinggi dengan profil temperatur terkontrol untuk memenuhi persyaratan produk.
Kualitas produk yang lebih baik dengan profil temperatur terkontrol untuk memenuhi persyaratan produk
Beragam pengeringan kondisi biasanya dari -200C sampai 100 0C (dengan pemanasan tambahan) layak. Output Produk yang konsiten
Kontrol yang sangat baik bagi lingkungan untuk produk bernilai tinggi dan mengurangi konsumsi listrik untuk produk bernilai rendah.
Cocok untuk produk bernilai tinggi dan bernilai rendah. Memungkinkan pengolahan Aseptik.
Fitur lain dari pengering pompa kalor adalah sifat konsumsi energi yang rendah [67,68].
menggunakan pengering udara panas konvensional [38,41,43,53].
Biaya modal awal mungkin tinggi karena banyak komponen pendingin. Sistem Membutuhkan waktu steady state untuk mencapai kondisi pengeringan yang diinginkan.
Diperlukan perawatan secara berkala untuk komponen.
Kebocoran refrigeran ke lingkungan dapat terjadi jika ada keretakan pada pipa karena sistem bertekanan.
2.3.3 Sistem Pompa Kalor Dengan Cairan Kimia
Pompa kalor kimia (CHP) adalah sistem manajemen energi panas yang memiliki beberapa kegunaan memungkinkan sejumlah fungsi simultan dan tidak memerlukan masukan energi mekanik. Penggunaan ini termasuk penyimpanan panas energi, pompa kalor, meningkatkan kualitas panas dan pendinginan [69,70]. Di antara proses industri, unit usaha tertentu seperti pengeringan, distilasi, penguapan dan kondensasi berurusan dengan sejumlah besar perubahan entalpi dimana CHP dapat secara efektif dimanfaatkan [71]. Dalam beberapa tahun terakhir beberapa penelitian telah dilakukan dalam menggunakan panas kimia sistem pompa pengeringan.
Sebuah sistem pompa kalor kimia (CHP) memanfaatan energi panas ramah lingkungan yang efektif dalam pengeringan diusulkan dari sudut pandang penghematan energi dan dampak lingkungan. CHPs dapat menyimpan energi panas dalam bentuk energi kimia dengan reaksi endotermik dan melepaskannya di berbagai tingkat suhu untuk kebutuhan panas dengan exo / reaksi endotermik. CHPs memiliki potensi untuk mengembalikan panas dan penurunan kadar uap air dalam proses pengeringan dengan penyimpanan panas dan pelepasan panas pada suhu rendah /tinggi. Dalam penelitian ini, penulis memperkirakan potensi aplikasi CHP dengan sistem pengeringan untuk keperluan industri. Beberapa sistem gabungan CHPs dan pengering yang diusulkan sebagai pengering pompa kalor kimia (CHPD). Potensi komersial CHPDs dibahas [72].
reaktor silinder tunggal untuk mempelajari efek dari kondisi pertukaran panas pada produksi udara panas. Hasil menunjukkan bahwa produksi udara panas ditingkatkan dengan memperbesar alat penukar kalor, meningkatkan kecepatan transfer kalor dengan menggunakan jala stainless dan meningkatkan laju aliran udara [73].
Hasil penyelidikan eksperimental pada pengendalian produksi udara panas menggunakan sepasang pompa kalor kimia (CHP) disajikan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan bagaimana CHP dibantu pengering bets dapat dioperasikan secara efektif. CHP menggunakan terkenal CaO / H2O / Ca (OH) 2 hidrasi / dehidrasi reaksi, yang reversibel. Suhu udara panas dapat dikendalikan dengan mengatur suhu reaktor, dan tekanan, serta tenaga panas yang disediakan untuk itu. Hal ini menunjukkan bahwa udara panas dapat diproduksi baik dalam penyimpanan panas dan pelepasan panas bertahap CHP [74].
2.3.4 Pengering Pompa Kalor bersumber dari Bumi (Geothermal)
Sebuah pompa kalor yang bersumber dari dalam tanah (Bumi)
(GSHP) mengubah energi bumi menjadi energi yang berguna
untuk panas dan dingin. Ini menyediakan panas suhu rendah
dengan mengekstraksi dari tanah atau reservoar air. Ini sebenarnya
dapat menghasilkan lebih banyak energi daripada yang
digunakannya, karena memperoleh energi bebas tambahan dari
tanah [75]. Ada berbagai penelitian pada pompa kalor sistem
geothermal (GSHP) [76-96], sedangkan, beberapa studi telah
dilakukan mengenai pemanfaatan jenis pompa kalor untuk aplikasi
pengeringan.
Sebuah pompa kalor Geothermal (GSHP) menggunakan tanah
sebagai sumber panas dalam modus operasi memanaskan dan heat
sink dalam pendinginan. Dalam modus pemanas, GSHP menyerap
panas dari tanah dan menggunakannya untuk kalor fluida kerja.
GSHPs merupakan alternatif yang efisien untuk metode
konvensional rumah pendingin karena mereka menggunakan tanah
sebagai sumber energi atau tenggelam daripada menggunakan
udara ambien. Tanah adalah media pertukaran panas termal lebih
stabil dari pada udara, pada dasarnya tidak terbatas dan selalu
tersedia. Para GSHPs bertukar kalor dengan tanah, dan
mempertahankan tingkat kinerja yang tinggi bahkan di iklim
dingin [97].
Penilaian sumber energik dari dalam tanah (atau panas bumi)
pengeringan system HP (GSHP) disajikan. Sistem ini dirancang,
dibangun dan diuji di Solar Energy Institute of Ege University,
Izmir, Turki. Distruksi exergi di masing-masing komponen dari
sistem secara keseluruhan ditentukan untuk nilai rata-rata
parameter eksperimental diukur. Exergi efisiensi komponen sistem
potensi untuk perbaikan. nilai COP untuk unit GSHP dan
keseluruhan sistem pengeringan GSHP ditemukan berkisar antara
1,63-2,88 dan 1,45-2,65, masing-masing, sementara yang sesuai
dengan nilai-nilai efisiensi exergi secara produk / bahan bakar
ditemukan 21,1 dan 15,5% pada negara yang bersuhu mati 27,8 0C.
Tingkat ekstraksi kelembaban udara tertentu (SMER) atas dasar
sistem diperoleh menjadi 0,122 kg kW-1 h-1 . Untuk sistem
pengeringan, yang disebut kelembaban udara tertentu tingkat
exergetic (SMExR), yang didefinisikan sebagai rasio kelembaban
dihapus dalam kg ke input exergi di kW h, juga diusulkan oleh
penulis. Dengan SMExR seluruh GSHP sistem pengeringan
ditemukan 5.11 kg kW -1 h-1 [98].
Analisis exergi proses pengeringan lapisan tunggal dari daun
mint di tanah sumber pompa kalor tray dryer, yang dirancang dan
dibangun di Solar Energy Institute, Universitas Ege, Izmir, Turki
disajikan. Proses pengeringan diwujudkan pada tiga varian suhu
udara pengeringan 40, 45 dan 50 0C, dan laju aliran massa
0,01-0,05 kg/s pada kelembaban relatif konstan 16%. Efek dari suhu
dan laju aliran massa pada kerugian exergi, efisiensi exergi dan
potensi perbaikan proses pengeringan diselidiki. Efisiensi exergi
maksimum ruang pengering diperoleh pada suhu 50 0C dan laju
aliran massa udara pengeringan 0,05 kg/s. Nilai efisiensi exergi
diperoleh bervariasi dari 76,03% menjadi 97,24% pada
pengeringan suhu udara 40-50 0C dengan laju aliran massa udara
pengeringan dari 0,01-0,05 kg s-1 [99].
Analisis exergi dari proses pengeringan lapisan tunggal daun
laurel di tanah bersumber panas dari pompa kalor dilemari
pengeringan, yang dirancang dan dibangun di Solar Energy
Institute, Universitas Ege, Izmir, Turki menunjukkan. Efek dari
potensi peningkatan exergetic dari proses pengeringan diselidiki.
Hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi exergi dari pengering
meningkat dengan meningkatnya suhu udara pengeringan. Selain
itu, daun salam yang cukup dikeringkan pada suhu berkisar 40-50
0
C dengan kelembaban relatif yang bervariasi 16-19% dan
kecepatan udara pengeringan 0,5 ms-1 selama periode pengeringan
9 jam. Nilai efisiensi exergi diperoleh berkisar 81,35-87,48%
berdasarkan inflow, dan outflow losses exergi, dan 9,11-15,48%
berdasarkan atas bahan baku produk / bahan bakar antara suhu
pengeringan udara yang sama dengan laju aliran massa udara
pengeringan 0,12 kg s-1 [100].
2.3.5 Klasifikasi Sistematis Pompa Kalor kombinasi Kolektor Surya
(SAHP)
Sebuah sistem pompa kalor dibantu surya terdiri dari unit
siklus kompresi uap yang dikombinasikan dengan kolektor surya
dan sistem gabungan ini memiliki koefisien kinerja yang tinggi
[101-103]. Kolektor surya dibantu sistem pompa kalor dapat
diklasifikasikan ke sistem SAHP konvensional dan langsung
ekspansi ke sistem SAHP (DX-SAHP). Dalam sistem langsung
(Gbr. 5), sistem kolektor surya tidak bertindak sebagai evaporator
dan itu terdiri atas satu pompa kalor (evaporator, kondensor,
kompresor dan katup ekspansi) dan kolektor surya. Sistem
DX-SAHP pada dasarnya terdiri dari kolektor surya, penukar panas
sebagai kondensor, katup ekspansi termostatik dan kompresor.
Kolektor surya digunakan sebagai evaporator dari sistem pompa
kalor. Refrigeran langsung menguap dalam solar
kolektor-evaporator karena masukan energi surya, di mana perubahan fasa
dari cair ke uap terjadi. Dengan demikian, tidak seperti sistem
digunakan untuk tujuan yang sama, kedua proses, yaitu
mengumpulkan energi matahari dan menguapkan refrigeran, yang
direalisasikan hanya dalam satu unit [104]. Hal ini menyebabkan
beberapa keunggulan dibandingkan sistem SAHP konvensional
[104]:
a) Penguapan langsung dari refrigeran dalam evaporator
ke kolektor surya mengakibatkan koefisien perpindahan
panas yang lebih tinggi.
b) Penggunaan kolektor surya sebagai evaporator
mengurangi biaya sistem secara keseluruhan karena
kebutuhan untuk evaporator tambahan dalam sistem
SAHP tradisional dihilangkan.
c) Masalah yang mungkin terjadi pada kolektor air (yaitu
korosi, beku pada saat malam), dihilangkan karena
penggunaan refrigeran sebagai fluida kerja,
menyebabkan sistem yang lebih optimal.
d) Menggunakan refrigeran sebagai fluida kerja dalam
hasil siklus pompa kalor pada suhu rendah selama
proses penguapan dalam kolektor surya, yang
menyebabkan kerugian sistem yang lebih rendah karena
nilai kerugian kolektor adalah fungsi dari kolektor ke
perbedaan suhu lingkungan.
e) Kolektor, termasuk kolektor kosong plat datar, bekerja
pada nilai efisiensi tinggi berdasarkan kolektor untuk
perbedaan suhu lingkungan rendah, yang juga
Gambar 2.5. Skema Diagram SAHP
2.3.6 Deskripsi singkat dari Pengering Pompa Kalor Dibantu Solar Kolektor
(SAHPD)
Pompa kalor telah diketahui menjadi lebih efisien energi bila
digunakan dengan operasi pengeringan. Keuntungan utama dari
pengering pompa kalor muncul dari kemampuan pompa kalor
untuk memulihkan energi dari pembuangan udara serta
kemampuan mereka untuk mengontrol mereka suhu udara
pengering dan kelembaban [105].
Ada berbagai desain SAHPD tergantung pada sifat dari
aplikasi langsung seperti satu dengan dan tanpa fasilitas
penyimpanan kalor. Gambar. 6 menggambarkan skema sistem
SAHPD yang disederhanakan. Ini merupakan gambaran skematik
dari berbagai komponen pendingin dan integrasi sistem surya
dengan ruang pengering. Inlet pengeringan udara melewati ruang
pengering dan mengambil uap air dari produk [105]. Udara lembab
dari pengering dilewatkan melalui evaporator dari pompa panas
yang bertindak sebagai dehumidifier [106]. Selama proses
bijaksana untuk titik embun. Hasil pendinginan lebih lanjut dalam
air yang terkondensasi dari udara. Kedua panas sensibel dan laten
kemudian diserap oleh evaporator untuk mendidihkan refrigeran.
Panas kembali dipompakan ke kondensor, di mana ia dipanaskan
oleh fluida kerja kondensasi. Pada kolektor surya, radiasi matahari
dari matahari diubah menjadi kalor sensibel. udara melewati
jumlah pipa di panel ini kemudian memanas. Udara panas ini
memasuki kondensor. Udara dipanaskan dan kadar uap menyerap
lebih banyak panas dari kondensor dan kemudian salah satu yang
suhu yang lebih tinggi dan benar kadar uap yang mudah mengalir
melalui ruang pengering untuk aplikasi pengeringan.
Seperti banyak sistem mekanis, perangkat SAHPD memiliki
kelebihan dan kekurangan. Potensi keuntungan dari SAHPD [105]:
1) Konversi energi alam yang mudah untuk pemanasan
langsung dan penyimpanan mengakibatkan
penghematan yang signifikan dari energi dan efisiensi
sistem yang lebih baik.
2) Kualitas produk yang lebih baik, waktu kondisi
pengeringan dikendalikan dengan baik untuk
memenuhi kebutuhan produksi tertentu.
3) Mudah untuk melaksanakan kontrol strategi.
4) Karena pompa kalor mengkonsumsi lebih sedikit energi
primer dari sistem pemanas konvensional, alat ini
adalah sebuah teknologi penting untuk mengurangi
emisi gas yang membahayakan lingkungan, seperti
karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2) dan
nitrogen oksida (NOx). Namun, dampak lingkungan
secara keseluruhan dari pompa kalor listrik sangat
tergantung pada bagaimana listrik dihasilkan. Pompa
listrik tenaga air atau energi terbarukan, mengurangi
emisi lebih signifikan daripada jika listrik yang
dihasilkan oleh batu bara, minyak atau pembangkit
listrik berbahan bakar gas [10].
Kekurangannya sebagai berikut [107]:
1) Biaya modal yang lebih tinggi yang dikeluarkan untuk
panel surya tambahan, blower, tangki penyimpanan, dll
2) Jumlah energi matahari yang tersedia bervariasi secara
signifikan sepanjang hari.
2.3.6.1Energi Surya membantu Sistem Pengering Pompa Kalor
Menggabungkan kolektor surya dan HPD di
tempat-tempat di mana sumber energi matahari yang melimpah
tersedia dapat lebih meningkatkan efisiensi suhu pengeringan
dan energi dari sistem pengeringan secara keseluruhan. Koleksi
energi surya dan disisihkan untuk penggunaan masa depan
dalam bahan perubahan fasa seperti lilin parafin untuk
pemakaian energi sensibel udara pengeringan mengakibatkan
sarana yang lebih murah dengan menggunakan suhu
pengeringan yang lebih tinggi dibandingkan pada sistem
pemanas konvensional. Selanjutnya, sistem tersebut
menawarkan fleksibilitas operasi dengan pompa kalor, tata
surya, atau pada kedua sistem saling melengkapi. Sebuah
eksperimen kolektor surya mengguncang sistem tempat
penyimpanan untuk pengeringan kacang telah dievaluasi oleh
Troger dan Butler [107,108].
Chauhan et al. [107,109] mempelajari karakteristik
pengeringan ketumbar stasioner dalam kapasitas 0,5 t / bets
surya dan unit penyimpanan batuan untuk menerima udara
panas selama tidak adanya sinar matahari. Mereka menemukan
bahwa untuk mengurangi air rata-rata butir ketumbar dari 28,2
(basis kering) 11,4% (basis kering) membutuhkan 27 jam sinar
matahari kumulatif. Menggunakan penyimpanan d panas dari
batuan sistem penyimpanan energi, pengurangan kelembaban
yang sama dapat dicapai dengan hanya 18 jam kumulatif sinar
matahari. Sistem pasokan energi matahari yang diusulkan
dalam bagian ini terdiri dari kolektor surya, blower, tangki
penyimpanan perubahan fasa, udara-katup, dan pipa seperti
yang ditunjukkan pada Gambar. 6. Tergantung pada jenis
bahan pengeringan yang menentukan suhu udara, udara dapat
diterbangkan dengan terbuka partial discharge penuh
mengedarkan atau modus peredaran debit penuh.
Gambar. 7 menunjukkan susunan skematik pengering
surya dilengkapi dengan pompa kalor absorpsi dan
penyimpanan panas [110,111]. Sebagian dari entalpi masuk
udara luar digunakan interposing sistem pompa 2-untuk
menguapkan air disemprotkan dalam evaporator 3. uap air
masuk ke dalam air garam disemprotkan ke dalam tangki 4.
Pompa 5 mengumpan air garam melalui penukar kalor
regenerator 6 menjadi boiler bertekanan tinggi 7. Air dalam
boiler disuling dengan bantuan energi matahari yang diperoleh
dalam kolektor 10 dan disimpan dalam tangki air 11, dan
dengan menggunakan energi tambahan A ke sejauh diperlukan
cairan yang kental diarahkan kembali ke tangki 4 melalui
regenerator 6. uap air tekanan tinggi mengembun di kondenser
8 dan dengan bantuan sistem penukar pompa kalor 9
menghangatkan udara sehingga kadar air berkurang, yang
tinggi mengalir melalui katup ekspansi E mendingin dan tiba di
evaporator 3. Sistem ini awalnya dirancang untuk pengeringan
kacang.
Gambar 2.6 Pengering Surya untuk kacang dilengkapi dengan pompa
kalor absorpsi dan penyimpanan panas [111].
Gambar. 7 menggambarkan skema sistem yang lengkap dengan pompa
kalor [111,112]. Bagian dari udara lembab meninggalkan pengering yang
mengalir melalui penukar kalor penguapan 9 dari pompa panas, dan sebagian
proporsional kadar air terkondensasi. Masukan panas ke media kerja pompa
panas (dilengkapi dengan energi input kompresor 10 dan dengan bantuan
penukar panas kondensor 11) dapat diambil ke dalam sistem air panas.
Tergantung pada negara sekitar, udara meninggalkan alat penukar kalor 9 dapat
dikembalikan untuk memanaskan penukar 6 dari pengering.Dalam kasus
pengering terhubung ke sistem energi pemeliharaan ternak pertanian, pompa
panas dapat juga digunakan untuk pendinginan susu dan memproduksi air
Gambar 2.7.Sistem Kompleks pengering pompa kalor dikombinasikan dengan
surya [111].
Sistem kolektor dengan fluida medium 5 yang dibangun di atas
bangunan pengeringan terhubung ke siklus tertutup. Sistem ini dapat memiliki
modus operasi yang berbeda. Ketika katup 2 dan 3 ditutup, sistem kolektor
bekerja pada alat penukar kalor dengan fluida udara 6 dan berfungsi sebagai
pengering 7. Dengan katup 1 dan 3 ditutup, tangki air panas dihangatkan 8.
Dalam posisi transisi dari katup 1 dan 2 (katup 3 ditutup), dua mode sebagian
dapat beroperasi secara bersamaan. Jika katup 1 dan 4 ditutup, udara
pengeringan dipanaskan dalam penukar kalor 6 dengan menggunakan cadangan
air panas penyimpan kalor 8. udara meninggalkan pengering memiliki hampir
tidak memiliki entalpi yang sama ketika memasuki pengering. Sebagian besar
dari entalpi digunakan pada pengeringan dapat kembali dengan kondensasi
yang menyerap uap air . Untuk tujuan ini pompa kalor dapat dimasukkan dalam
peralatan Pengeringan surya dibantu dengan pompa kalor dan
dikombinasikan dengan penyimpan panas telah dikembangkan untuk
pengeringan kacang [113,114].
Sebuah pompa kalor hybrid dibantu pengering surya dengan modul
fotovoltaik diusulkan oleh Bhattacharya et al. [115]. Sistem ini dirancang untuk
proses pengeringan sayuran dan buah-buahan.
Hawlader et al. [117] dirancang dan dibangun pengering pompa kalor
dibantu kolektor surya dan pemanas air, seperti ditunjukkan pada Gambar. 9.
eksperimental set-up terdiri dari dua jalur terpisah yang digunakan untuk udara
dan refrigerant. Kolektor surya udara, kondensor berpendingin udara, pemanas
tambahan, blower, unit pengering , evaporator, dan suhu dan aliran perangkat
kontrol berada di jalur udara. Jalur pendingin terdiri dari unit pompa kalor
kompresi uap , pada kolektor evaporator, kompresor jenis terbuka yang bekerja
bolak-balik, regulator tekanan evaporator, katup ekspansi, tangki kondensor,
dan unit fan-coil. Kedua evaporator yang terhubung secara paralel pada katup
ekspansi individu. Evaporator 1 bertindak sebagai penangkap uap air dan
Evaporator 2 tampil sebagai kolektor evaporator. Sebuah kolektor surya plat
datar kosong digunakan sebagai evaporator dan R134a sebagai refrigeran.
Nilai-nilai COP, diperoleh dari simulasi dan percobaan yang 7.0, dan 5.0,
masing-masing, sedangkan fraksi surya (SF) nilai 0,65 dan 0,61 yang diperoleh
dari simulasi dan percobaan, masing-masing.
Dalam studi lain Hawlader dan Jahangeer [118], mempresentasikan
kinerja pengering pompa kalor dibantu surya dan pemanas air diselidiki nilai
COP 7,5 untuk kecepatan kompresor diamati 1800 rpm . Dalam pengeringan
kacang hijau, Nilai rendemen kelembaban 0,65 untuk beban bahan 20 kg dan
kecepatan kompresor diperoleh 1200 rpm.
Di Negara China bagian Utara, produk pertanian dapat dipanen atas
kelembapan penyimpanan yang aman untuk mencegah kerugian lahan yang
berlebihan. Sebuah pengering pompa kalor dibantu sistem surya (SAHP)
permintaan di bidang ini. Sistem pengeringan dirancang sedemikian rupa
sehingga beberapa komponen dapat diisolasi tergantung pada pola cuaca dan
kondisi penggunaan. Kinerja seluruh sistem telah dimodelkan dan diselidiki di
bawah hari musim panas khas kota Baoding, China. Hasil menunjukkan bahwa
koefisien kinerja (COP) dari sistem pengeringan SAHP adalah 5,369, sementara
itu 3,411 tanpa masukan energi surya. Dengan tangki penyimpanan energi,
sistem pengeringan SAHP melakukan lebih stabil dan memodulasi ketidak
sesuaian antara radiasi matahari dan energi yang dibutuhkan di malam hari.
Diskusi lain pada nomor kolektor, waktu pengeringan dan suhu pengeringan
juga diproses, yang akan membantu untuk menerapkan sistem di China [119].
Percobaan dilakukan pada pengering pompa kalor dibantu energi surya
dengan Hawlader et al. [120] untuk membandingkan kinerja
evaporator-kolektor dan evaporator-kolektor udara yang digunakan dalam sistem surya yang
terintegrasi. Ditemukan bahwa evaporator-kolektor yang dilakukan lebih baik
daripada kolektor udara dalam sistem pengeringan pompa kalor dibantu surya.
Efisiensi kolektor udara dibangkitkan karena laju aliran massa yang lebih tinggi
dari udara dan penggunaan alat penangkap uap dalam sistem. Kisaran efisiensi
kolektor udara, dengan dan tanpa dehumidifier, ditemukan sekitar 0,72-0,76
dan 0,42-0,48, masing-masing. Ia juga mengungkapkan bahwa efisiensi
evaporator-kolektor lebih tinggi dibandingkan dengan kolektor udara dan
meningkat dengan peningkatan laju aliran massa refrigeran. Efisiensi
maksimum evaporator-kolektor 0,87 terhadap efisiensi kolektor udara
Gambar 2.8.Skema diagram pengering pompa kalor dibantu surya dan
Gambar 2.9. Skematik diagram Pompa kalor dibantu pengeringan Surya
menggunakan kolektor surya multifungsi 126-128].
2.3.6.2 Sistem Pengering Pompa Kalor Hybrid terintegrasi Surya
(SAHPD)
Di negara-negara tropis seperti Malaysia yang memiliki
kelembaban relatif yang tinggi 70-90% menganggap setiap tahun
[121-123], masalah kelembaban, ketidakpastian cuaca dan intensitas
radiasi matahari yang tak terduga sangat tinggi [124], oleh karena itu,
pengering pompa kalor menggunakan kolektor panas matahari
multifungsi yang dirancang dan belajar di Universiti Kebangsaan
Malaysia (UKM) mempertimbangkan faktor-faktor di atas [125].
Sistem ini terdiri dari lima komponen utama: sistem kompresi uap
pompa kalor, kolektor panas matahari multifungsi, pengeringan ruang,
saluran udara dan kolektor surya saluran udara panas (Gambar 10.).
Kolektor panas matahari multifungsi melekat pada sistem yang
digunakan untuk mempertahankan kekuasaan dalam ruang pengering
dan juga untuk meningkatkan efisiensi sistem dan terdiri dari batang
aluminium dan sirip untuk mentransfer panas ke dan dari udara yang
melewatinya. Kolektor ditutupi oleh lembaran plastik transparan di
atas, dan terisolasi oleh karet busa di bagian bawah. Kolektor
multifungsi dirancang untuk beroperasi sebagai kolektor panas selama
jam sinar matahari dan sebagai evaporator selama jam malam atau
ketika radiasi matahari tidak cukup. Oleh karena itu, akan
meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem dan juga memperpanjang
waktu operasi [126-128].
Empat set percobaan dilakukan di laboratorium dengan dan
tanpa kolektor panas matahari multifungsi, percobaan pertama
dilakukan dengan pompa kalor sebagai sumber panas untuk keperluan
menyediakan proses pengeringan lambat, tapi itu penyerap uap air
yang baik. Butuh 80 menit untuk meningkatkan suhu udara di ruang
pengering dari 30 sampai 40 0C. Selama periode tersebut, kelembaban
menurun dari 80% menjadi 45% (Gambar. 11) dan setelah 180 menit
operasi, kelembaban udara di evaporator menurun menjadi 24% dan
suhu udara di ruang pengering meningkat menjadi 47 0C. Percobaan
dilakukan pada tanpa beban pengeringan.
Percobaan kedua dilakukan dengan kolektor panas multifungsi
yang melekat pada sistem. Oleh karena itu panas tambahan dari energi
surya dikumpulkan untuk melengkapi aktivitas pengeringan. Sebuah
simulator surya dengan 12 benjolan halogen, dengan kapasitas 150W
masing-masing, digunakan dalam percobaan. Pada radiasi matahari
konstan 440 W / m2, suhu udara di ruang pengering meningkat 34-38
0
C di 20 menit. Jika sistem yang digunakan pompa kalor saja, butuh
waktu 25 menit untuk mencapai suhu yang sama. Menggabungkan dua
sumber panas akan membuat pengeringan lebih efisien, dan pada saat
yang sama, mengurangi daya yang digunakan untuk pompa kalor
Gambar 2.10 kapasitas pengeringan pompa kalor: mengurangi
kelembaban udara dari 80% menjadi 45%, dan meningkatkan suhu
udara dari 30 sampai 40 0C di 20 menit.
Gambar 2.11.Variasi suhu udara di ruang pengering dengan
menggunakan kolektor surya multifungsi di radiasi matahari dari 440
W / m2.
Percobaan ketiga dilakukan ketika kolektor termal bertindak
sebagai sistem pendingin, untuk mendinginkan udara sebelum
memasuki evaporator. Selama operasi, kolektor panas matahari
multifungsi ditutup untuk tidak membiarkan udara luar untuk masuk
ke sistem, dan simulator solar dimatikan. Sistem ini bekerja tanpa
tambahan panas dari radiasi matahari, karena itu hanya pompa panas
mempertahankan suhu udara di ruang pengering. Suhu udara di ruang
pengering adalah 55 0C dan kelembaban adalah 15% dan kelembaban
dalam kolektor panas matahari multifungsi ditemukan 20%. Ini berarti
bahwa kolektor memindahkan panas dari ruang pengeringan dan
membawanya ke ruang penguapan untuk proses penguapan (Gambar.
Gambar 2.12.Suhu dan kelembaban relatif udara dalam pengeringan
ketika kolektor surya bertindak sebagai pendingin.
Gambar 2.13Para kolektor panas matahari multifungsi sebagai
pendingin. Perhatikan bahwa daya untuk kompresor mulai meningkat
setelah 15 menit operasi.
Akhirnya, percobaan keempat dioperasikan di mana kolektor
termal bertindak sebagai pengeringan evaporator menguapkan udara
sebelum memasuki ruang pengering; percobaan dilakukan pada
ditetapkan pada 5-20 0C. Pendingin udara luar ruang pengering akan
mendinginkan batang aluminium dan sirip; air tersebut dalam udara
panas dengan kelembaban tinggi di ruang pengering akan kondensat.
Dengan kata lain kolektor termal bertindak sebagai evaporator untuk
menghapus bagian air dalam udara lembab dan panas di ruang
pengering (Gbr. 15).
Gambar 2.14Kolektor panas matahari multifungsi bertindak sebagai
evaporator (untuk kondensat air di ruang pengering).
Hasil awal dari karya eksperimental mengungkapkan bahwa
sistem ini ramah lingkungan dan dapat digunakan di mana saja di
negara empat musim. Sistem siap untuk pengeringan produk
berkualitas tinggi. Penelitian lebih lanjut sedang dilakukan pada sistem
untuk mempelajari kinerjanya dalam berbagai kondisi.
2.3.6.3 Sistem Pompa Kalor Kimia Terintegrasi Pengeringan Surya
Integrasi sistem panas matahari untuk pompa kalor kimia
(CHP) akan membantu memperluas pemanfaatan CHPs dan juga
untuk banyak aplikasi di daerah tropis [72].
Kerja energi surya di pompa kalor kimia yang telah dilaporkan
disimpulkan bahwa dalam sistem ini panas tidak memiliki kerugian
akibat perbedaan suhu [129], dan sumber suhu rendah seperti energi
panas matahari dapat ditingkatkan untuk memenuhi untuk memenuhi
persyaratan di tingkat yang lebih tinggi dengan reaksi eksotermis.
Kolektor surya yang terintegrasi langsung ke reaktor kimia tubular
bentuk U sebagai penerima / reaktor dikembangkan untuk
mereformasi metana [130].
Sebuah desain penyimpan energi berbasis amonia dan
transportasi tata surya termokimia telah dikembangkan menggunakan
katalis mengajukan tabung langsung iradiasi (receiver / reaktor). Studi
eksperimental menunjukkan bahwa tabung sederhana dan tabung
penukar kontra aliran panas yang memadai untuk memperoleh
efisiensi penyimpanan yang lebih tinggi [131].
Sebuah pompa kalor adsorpsi surya memanfaatkan pasangan
air-zeolit menggunakan lapisan zeolit diteruskan pada kawat stainless
steel gauzes yang telah dikembangkan. Mereka ditempatkan secara
vertikal di kolektor. Kolektor surya terdiri dari dua ruang berbeda.
Variasi COP surya untuk gradien termal (0-30 0C) adalah antara 0,06
dan 0,13 [132].
Di antara aplikasi surya membantu pompa kalor kimia , sistem
pengering belum dilaporkan sampai sekarang, tetapi baru-baru ini
surya membantu pengering pompa kalor kimia (SACHPD) telah
dirancang, dibuat dan diuji di Malaysia. Diagram skematik sistem
ditunjukkan pada Gambar. 15 [133]. Sistem ini terdiri dari empat
komponen rata-rata kolektor surya (diungsikan jenis tabung), tangki
penyimpanan, unit pompa panas kimia dan ruang pengering . Dalam
penelitian ini, tangki silinder dipilih sebagai tangki penyimpanan. Unit
pompa kalor kimia mengandung reaktor, evaporator dan kondensor.
