RANCANG BANGUN ALAT PENGERING BAHAN PERTANIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN ALAT PENUKAR KALOR
DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH CABAI MERAH KERITING
TUGAS SARJANA
Tugas Sarjana yang Diajukan Sebagai Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
CHAIRIL ANWAR NIM. 120421003
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
RANCANG BANGUN ALAT PENGERING BAHAN PERTANIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN ALAT PENUKAR KALOR
DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH CABAI MERAH KERITING
CHAIRIL ANWAR
NIM. 120421003
Telah Disetujui dari Hasil Seminar Tugas Sarjana
Priode Ke- 241 Pada Tanggal 9 Oktober 2015
Disetujui Oleh:
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena
atas berkatnya karunia-Nya, sehingga dapat menyelesikan tugas sarjana ini
dengan baik.
Adapun judul dari tugas sarjana ini adalah Rancang Bangun Alat
Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan Alat Penukar Kalor.
Tugas sarjana ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut
kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara.
Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis banyak kesulitan dan
kendala akan tetapi penulis juga mendapat dukungan dari berbagai pihak berupa
semangat, doa dan nasehat yang terus menopang penulis dalam menyelesaikan
laporan ini. Maka pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST.MT., selaku dosen pembimbing yang
dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada
penulis;
2. Ibu Dr. Ir. Sari Farah Dina., Selaku pembimbing lapangan yang telah banyak
membantu penulis selama proses penyusunan laporan tugas sarjana ini mulai
dari awal hingga akhir;
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri., selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara;
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT., selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara;
5. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc., Selaku Koordinator Program Pendidikan
6. Seluruh Dosen dan Staf Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara;
7. Instansi Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan yang telah menjadi
investor dalam pembuatan alat yang penulis rancang;
8. Ayahanda dan Ibunda yang selalu mendoakan, memberikan semangat dan
bantuan baik secara moril maupun materil kepada penulis sejak awal
perkuliahan hingga selesai laporan tugas sarjana ini;
9. Abang dan kakak-kakak saya yang terus mendoakan, mendukung dan
memberikan motivasi kepada penulis;
10. Rekan-rekan satu tim tugas sarjana, Daniel Adri H Nababan dan Much.
Shiddieq Munadzar yang telah meluangkan waktunya bersama untuk
berdiskusi dan bertukar pikiran serta memberikaan kritik dan saran terhadap
penulis;
11. Seluruh mahasiswa/i Departemen Teknik Mesin Ekstensi maupun Reguler
yang telah memberikan dukungan dan semangat kepada penulis;
12. Dan semua pihak yang telah banyak membantu dalam penulisan laporan
tugas sarjana ini yang namanya tidak bisa penulis tuliskan satu persatu.
Walaupun penulis sudah berusaha semaksimal mungkin, namun penulis
menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna. Oleh sebab itu, penulis
mengharapkan kritikan dan saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaan
laporan tugas sarjana ini.
Akhir kata penulis berharap semoga laporan tugas sarjana ini bermanfaat
bagi siapa saja yang membacanya, baik sebagai bahan masukkan maupun sebagai
bahan perbandingan. Terima kasih.
Medan, September 2015 Penulis,
ABSTRAK
Kajian pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dilatar belakangi dengan dibutuhkannya alat pengering bahan pertanian yang dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat hari hujan, hal ini mengingat selama ini pengeringan bahan pertanian dilakukan dengan menjemur langsung bahan pertanian di bawah sinar matahari dan tambahan bantuan angin (bergantung pada cuaca). Cuaca yang tidak menentu akan sangat mempengaruhi kualitas dari hasil bahan yang dikeringkan. Kadar air yang terlalu tinggi akibat panas yang tidak cukup untuk mengurangi kadar air akan memicu berkembangnya mikroba atau jamur yang dapat mengakibatkan pembusukkan. Oleh karena itu, dirancang sebuah alat untuk membantu dalam hal memaksimalkan pengeringan hasil pertanian. Pompa kalor dapat dimanfaatkan sebagai alat pengering. Penelitian ini bertujuan melakukan kajian yang meliputi perhitungan Coefficient of performance
(COP) pompa kalor, perhitungan Total Performance (TP), perhitungan Specific Energy Consumtion (SEC), perhitungan Specific Moisture Extraction Rate
(SMER) dan mengetahui karakteristik pengeringan cabai merah keriting. Dari hasil penelitian diperoleh: temperatur udara rata-rata masuk ruang pengering adalah 54,170C dan kelembaban udara rata-rata adalah 23,36 %, COP dari pompa kalor adalah 3,4 dan Total Performance (TP) sistem pompa kalor adalah 8,28; SEC bahan yang dikeringkan secara bersamaan adalah 17,54 – 31,25 kWh/kg. SMER bahan yang dikeringkan secara bersamaan adalah 0,032 – 0,057 kg/kWh. Karakteristik dari proses pengeringan yang dilakukan memperlihatkan bahwa daya yang dibutuhkan untuk pengeringan bahan cabai merah keriting belah lebih rendah dibandingkan dengan cabai merah keriting utuh.
ABSTRACT
This agriculture product with heat pump dryer sudy was based in order to design dryer which can be used not only at sunny day but rainy day also, because drying process was done by sunshine and wind. Uncertain weather will be have impact on product quality. Highly moisture as a result less heat to decrease moisture will increase microbe population. So, we design a dryer to optimize this drying product. Heat pump can be used as a dryer. This research was made in order to study about Coefficient of performance (COP), Total Performance (TP), Specific Energy Consumtion (SEC) and Specific Moisture Extraction Rate (SMER) calculation and to know the characteristic of red chili. From this research, verrieved: average temperature in drying box 54,170C and relative humidity 23,36 %, COP of heat pump 3,4, Total Performance of heat pump 8,28; SEC of drying process 17,54 – 31,25 kWh/kg. SMER of drying process 0,032 – 0,057 kg/kWh. This characteristic from drying process show that power required to dry cutin half red chili lower than whole red chili.
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ………. i
ABSTRAK ……… iii
ABSTRACT……….... iv
DAFTAR ISI ………. v
DAFTAR TABEL ……… viii
DAFTAR GAMBAR ……… ix
DAFTAR NOTASI ………... xiii
BAB I PENDAHULUAN ……….. 1
1.1 Latar Belakang ……….. 1
1.2 Perumusan Masalah ………... 2
1.3 Tujuan Penelitian ………... 3
1.3.1 Tujuan Umum ……….. 3
1.3.2 Tujuan Khusus ……….. 3
1.4 Manfaat Penelitian ………. 3
1.5 Sistematika Penulisan ……… 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ………... 6
2.1 Pengeringan ……… 6
2.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Pengeringan …. 7 2.3 Jenis-Jenis Pengeringan ……….. 7
2.4 Pompa Kalor (Heat Pump)……….. 9
2.4.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ………. 10
2.4.2 Pengering Pompa Kalor ……… 13
BAB III METODE PENELITIAN ………... 19
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ……… 19
3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan ……… 19
3.2.1 Alat ……… 19
3.2.2 Bahan ……… 31
3.3 Metode Pelaksanaan Penelitian ……….. 39
3.4 Eksperimental Set Up………. 41
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ……… 43
4.1 Rancang Bangun Alat ………. 43
4.1.1 Rangka Utama ……….. 44
4.1.2 Ruang Penngering ……… 45
4.1.3 Baki/wadah ……… 45
4.1.4 Evaporator ……… 46
4.1.5 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate……….. 47
4.1.6 Ruang Kondensor ………. 47
4.1.7 Pressure Gauge………. 48
4.1.8 Kontrol Panel ……… 48
4.1.9 Dudukan Alat Pengering ……… 49
4.2 Prinsip Kerja ………... 50
4.3 Analisa Performansi Teknis ……… 50
4.3.1 Data Hasil Pengukuran ………. 50
4.3.2 Menghitung Coefficient of Performance (COP) Pompa Kalor ……… 52
4.3.3 Pengukuran Temperatur dan Relative Humidity(RH) …. 56 4.4 Proses Pembuatan (Manufacturing Process)……….. 58
4.4.1 Proses Pemotongan ……… 59
4.4.2 Proses Penyambungan ……….. 60
4.4.3 Proses Pemasangan/perakitan ………... 61
4.5 Prosedur Pengoperasian Kerja Alat Pengering Bahan
Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan APK ……… 61
4.6 Hasil Pengujian Cabai Merah Keriting ……….. 62
4.6.1 Cabai Merah Keriting Utuh ……….. 62
4.6.2 Cabai Merah Keriting Belah ………. 65
4.6.3 Hasil Pengukuran Relative Humidity (RH) Pada Pengeringan Cabai Merah Keriting Utuh dan Cabai Merah Keriting Belah ……… 68
4.7 Pembahasan ……… 74
4.7.1 Kinerja Pompa Kalor ……… 74
4.7.2 Karakteristik Pengeringan ……… 75
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ………... 76
5.1 Kesimpulan ………. 76
5.2 Saran ……….. 77
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Kecepatan dan Temperatur Udara Menuju Kondensor ……… 51
Tabel 4.2 Data Temperatur dan Kelembaban ……….. 51
Tabel 4.3 Data Termodinamik Refrigeran R22 ……… 54
Tabel 4.4 Interpolasi Nilai Entalpi ………….……… 54
Tabel 4.5 Temperatur dan RH Udara Masuk Ruang Pengering ………. 56
Tabel 4.6 Temperatur dan RH Udara Keluar Ruang Pengering ……….. 57
Tabel 4.7 Moisture Ratio Pada Pengeringan Cabai Merah Utuh ……… 63
Tabel 4.8 Moisture Ratio Pada Pengeringan Cabai Merah Belah ……… 66
Tabel 4.9 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering Pada Tanggal 3 September 2015 ………. 68
Tabel 4.10 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering Pada Tanggal 4 September 2015 ………. 69
Tabel 4.11 Temperatur dan RH Saat Udara Masuk Ruang Pengering Pada Tanggal 5 September 2015 ………. 70
Tabel 4.12 Temperatur dan RH Saat Udara Keluar Ruang Pengering Pada Tanggal 3 September 2015 ………. 71
Tabel 4.13 Temperatur dan RH Saat Udara Keluar Ruang Pengering Pada Tanggal 4 September 2015 ………. 72
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Refrigerator dan Pompa Kalor (Heat Pump)……… 10
Gambar 2.2 Skema Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ………. 11
Gambar 2.3 Diagram T-s dan Diagram P-h dari Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ……… 12
Gambar 2.4 Diagram Pengering Bahan Pertanian Pompa Kalor ………. 13
Gambar 2.5 Skema Pengeringan ……….. 14
Gambar 3.1 Air Conditioner (AC) ……… 20
Gambar 3.2 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate ……….. 21
Gambar 3.3 Exhaust Fan ……….. 21
Gambar 3.4 Kontrol Panel ……… 22
Gambar 3.5 Mesin Las Listrik 900 Watt ……….. 23
Gambar 3.6 Gerinda Potong ………. 23
Gambar 3.7 Gerinda Tangan ……… 23
Gambar 3.8 Bor Tangan ……… 24
Gambar 3.9 Meteran ………. 24
Gambar 3.10 Penggaris Siku ……… 24
Gambar 3.11 Spidol ……….. 25
Gambar 3.12 Gunting Seng ……….. 25
Gambar 3.13 Alat Tembak Paku Rivet ………. 25
Gambar 3.15 Laptop ……… 26
Gambar 3.16 Timbangan Duduk Digital ……….. 27
Gambar 3.17 Agilent 34972 A……….. 27
Gambar 3.18 RH Meter ……… 28
Gambar 3.19 Hot Wire Anemometer ……… 29
Gambar 3.20 Pressure Gauge ………... 31
Gambar 3.21 Cabai Merah Keriting ………. 32
Gambar 3.22 Besi Hollow Galvanis ………. 32
Gambar 3.23 Besi Hollow Stainless Steel……… 33
Gambar 3.24 Besi Siku Galvanis ………. 33
Gambar 3.25 Pelat Aluminium ………. 34
Gambar 3.26 Rockwool Insulation ……….. 34
Gambar 3.27 Aluminium Foil……….. 35
Gambar 3.28 Kaca ……… 35
Gambar 3.29 Kasa Stainless Steel……… 36
Gambar 3.30 Roda Trolley………... 36
Gambar 3.31 Pipa PVC ……… 37
Gambar 3.32 Sambunngan ElbowPipa PVC ……….. 37
Gambar 3.33 Kabel NYM ……… 38
Gambar 3.34 Gagang Pintu ……….. 38
Gambar 3.36 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Penelitian ………. 40
Gambar 3.37 Eksperimental Set Up………. 41
Gambar 4.1 Alat Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor dengan APK ……… 43
Gambar 4.2 Rangka Utama ……….. 44
Gambar 4.3 Ruang Pengering ……….. 45
Gambar 4.4 Baki/wadah ……… 46
Gambar 4.5 Evaporator ……… 46
Gambar 4.6 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate ……….. 47
Gambar 4.7 Ruang Kondensor ………. 47
Gambar 4.8 Pressure Gauge ………. 48
Gaambar 4.9 Kontrol Panel ……….. 49
Gambar 4.10 Dudukan Alat Pengering ……….. 49
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Masuk Ruang Pengering ……….. 57
Gambar 4.12 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Keluar Ruang Pengering ……….. 58
Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Moisture Ratio dengan Waktu Pengeringan Pada Cabai Merah Utuh ………. 64
Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Moisture Ratio dengan Waktu Pengeringan Pada Cabai Merah Belah ………... 66
Gambar 4.15 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada Saat Udara Masuk Ruang Pengering 3 September 2015 ……… 68
Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada
Saat Udara Masuk Ruang Pengering 5 September 2015 ………. 70 Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada
Saat Udara Keluar Ruang Pengering 3 September 2015 ……… 71
Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada
Saat Udara Keluar Ruang Pengering 4 September 2015 ……… 72 Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Temperatur, RH dan Waktu Pada
DAFTAR NOTASI
A Luas penampang saluran udara m2
AC Air conditioner
APK Alat penukar kalor
COPPK,h Coefficient of performance
Cpud Panas spesifik udara kJ/kg . K
h1 Entalpi refrigeran keluar evaporator, masuk kompresor kJ/kg
h2 Entalpi refrigeran keluar kompresor, masuk kondensor kJ/kg
h3 Entalpi refrigeran keluar kondensor, masuk katup ekspansi kJ/kg
h4 Entalpi refrigeran keluar katup eksapansi, masuk ke evaporator kJ/kg
Laju aliran massa udara kg/s
Laju aliran massa refrigeran kg/s
P Tekanan kPa
Kalor yang dilepaskan kondensor kWh
Qe Kalor yang diserap oleh evaporator Kw
RH Relative humidity atau kelembaban udara realtif %
SEC Specific energy consumption kWh/kg
SMER specific moisture extraction rate kg/kWh
t Waktu detik
T Temperatur oC
Ti,udara Suhu rata-rata udara masuk kondensor K
To,udara Suhu rata-rata udara keluar kondensor K
TP Total performance
v Kecepatan aliran udara m/s
Kerja Kompresor kW
Wf Berat kering kg
Energi menggerakkan kipas kW
Win Kerja (enrgi) yang masuk ke dalam sistem kW
Wo Berat basah kg
ABSTRAK
Kajian pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dilatar belakangi dengan dibutuhkannya alat pengering bahan pertanian yang dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat hari hujan, hal ini mengingat selama ini pengeringan bahan pertanian dilakukan dengan menjemur langsung bahan pertanian di bawah sinar matahari dan tambahan bantuan angin (bergantung pada cuaca). Cuaca yang tidak menentu akan sangat mempengaruhi kualitas dari hasil bahan yang dikeringkan. Kadar air yang terlalu tinggi akibat panas yang tidak cukup untuk mengurangi kadar air akan memicu berkembangnya mikroba atau jamur yang dapat mengakibatkan pembusukkan. Oleh karena itu, dirancang sebuah alat untuk membantu dalam hal memaksimalkan pengeringan hasil pertanian. Pompa kalor dapat dimanfaatkan sebagai alat pengering. Penelitian ini bertujuan melakukan kajian yang meliputi perhitungan Coefficient of performance
(COP) pompa kalor, perhitungan Total Performance (TP), perhitungan Specific Energy Consumtion (SEC), perhitungan Specific Moisture Extraction Rate
(SMER) dan mengetahui karakteristik pengeringan cabai merah keriting. Dari hasil penelitian diperoleh: temperatur udara rata-rata masuk ruang pengering adalah 54,170C dan kelembaban udara rata-rata adalah 23,36 %, COP dari pompa kalor adalah 3,4 dan Total Performance (TP) sistem pompa kalor adalah 8,28; SEC bahan yang dikeringkan secara bersamaan adalah 17,54 – 31,25 kWh/kg. SMER bahan yang dikeringkan secara bersamaan adalah 0,032 – 0,057 kg/kWh. Karakteristik dari proses pengeringan yang dilakukan memperlihatkan bahwa daya yang dibutuhkan untuk pengeringan bahan cabai merah keriting belah lebih rendah dibandingkan dengan cabai merah keriting utuh.
ABSTRACT
This agriculture product with heat pump dryer sudy was based in order to design dryer which can be used not only at sunny day but rainy day also, because drying process was done by sunshine and wind. Uncertain weather will be have impact on product quality. Highly moisture as a result less heat to decrease moisture will increase microbe population. So, we design a dryer to optimize this drying product. Heat pump can be used as a dryer. This research was made in order to study about Coefficient of performance (COP), Total Performance (TP), Specific Energy Consumtion (SEC) and Specific Moisture Extraction Rate (SMER) calculation and to know the characteristic of red chili. From this research, verrieved: average temperature in drying box 54,170C and relative humidity 23,36 %, COP of heat pump 3,4, Total Performance of heat pump 8,28; SEC of drying process 17,54 – 31,25 kWh/kg. SMER of drying process 0,032 – 0,057 kg/kWh. This characteristic from drying process show that power required to dry cutin half red chili lower than whole red chili.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengeringan hasil pertanian maupun perkebunan secara alami ataupun
dengan menjemur secara langsung di luar ruangan dengan menggunakan
panas sinar matahari dan tambahan bantuan angin sudah terjadi selama
beratus-ratus tahun. Apalagi jika melihat dari letak geografis Indonesia maka
pengeringan secara konvensional sangatlah cocok. Tetapi seiring dengan
kemajuan zaman, pengeringan hasil pertanian maupun perkebunan tidak lagi
hanya dilakukan dengan cara konvensional tersebut melainkan dengan
membuat alat yang mampu menghasilkan panas sebagai pengganti panas dari
sinar matahari. Pemakaian alat ini mempunyai keuntungan, yaitu tidak
bergantung kepada cuaca (dapat dilakukan pada malam hari dan pada saat
terjadi hujan) [1,3].
Salah satu teknologi yang dapat digunakan sebagai pengering adalah
alat pengering sistem pompa kalor. Dimana alat pengering sistem pompa
kalor merupakan alat yang memindahkan panas dari satu lokasi (sumber) ke
lokasi lainnya menggunakan kerja mekanis. Sebagian besar teknologi pompa
kalor memindahkan panas dari sumber panas yang bertemperatur rendah ke
lokasi bertemperatur lebih tinggi. Contoh yang paling umum adalah lemari
es, freezer, pendingin ruangan, dan sebagainya. Pompa kalor bisa disamakan dengan alat kalor yang beroperasi dengan cara terbalik [3].
Alat pengering sistem pompa kalor sangat dibutuhkan untuk
pengeringan bahan pertanian ataupun perkebunan, terutama memberikan
waktu yang cepat, yang tidak tergantung kepada cuaca dan juga hemat energi.
Pompa kalor merupakan salah satu sistem yang dapat dimanfaatkan
Pada penelitian sebelumnya telah digunakan pompa kalor sistem
tertutup tetapi udara panas dari ruang pengering terbuang percuma. Sehingga
efisiensi pompa kalor rendah.
Untuk menanggulangi hal tersebut, maka digunakan metode dengan
penambahan alat penukar kalor barupa flat plate heat exchanger. Dimana alat penukar kalor (APK) berfungsi memanfaatkan udara panas buangan dari
ruang pengering untuk menaikkan temperatur udara yang berasal dari
evaporator yang selanjutnya dialirkan ke kondensor.
1.2Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas terlihat bahwa pemanfaatan alat
pengering sistem pompa kalor dengan APK perlu terus dikembangkan, hal ini
disebabkan bahwa alat pengering sistem pompa kalor dengan APK ini dapat
digunakan setiap saat dan cepat.
Beberapa permasalahan yang akan diselesaikan dalam rancang bangun
ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana model fisik unit alat pengering bahan pertanian sistem pompa
kalor dengan APK;
2. Bagaimana prinsip kerja alat pengering bahan pertanian sistem pompa
kalor dengan APK;
3. Bagaimana perhitungan nilai parameter-parameter yang mempengaruhi
performansi alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan
APK;
4. Bagaimana proses pembuatan dan prosedur pengoperasian alat pengering
bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK;
5. Bagaimana hasil pengeringan cabai merah keriting dengan menggunakan
1.3 Tujuan Penelitian
1.3.1. Tujuan Umum
Tujuan umum dilakukannya penelitian ini adalah melakukan
kajian terhadap alat pengering bahan pertanian dengan sistem pompa
kalor dengan APK.
1.3.2. Tujuan Khusus
Tujuan khusus dilakukan rancang bangun ini adalah:
1. Mengetahui model fisik unit pengering bahan pertanian sistem
pompa kalor dengan APK
2. Mengetahui prinsip kerja alat pengering bahan pertanian sistem
pompa kalor dengan APK
3. Mengetahui perhitungan parameter-parameter yang
mempengaruhi performansi alat pengering bahan pertanian sistem
pompa kalor dengan APK
4. Mengetahui proses pembuatan dan prosedur pengoperasian alat
pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK
5. Mengetahui hasil pengeringan cabai merah keriting dengan
menggunakan alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Menghasilkan prototipe alat pengering sistem pompa kalor dengan APK
2. Menghasilkan rekomendasi alat pengering bahan pertanian
3. Sebagai wacana dalam sistem pompa kalor dengan APK untuk penelitian
1.5Sistematika Penulisan
Agar penulisan tugas sarjana ini tersusun secara sistematis dan mudah
untuk dipahami, maka tugas sarjana ini disusun kedalam beberapa bagian ,
yaitu [4 halaman 4,5]:
BAB I Pendahuluan
Membahas mengenai latar belakang dari judul tugas sarjana, tujuan
penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II Tinjauan Pustaka
Membahas mengenai dasar teori-teori yang berhubungan dengan
penulisan tugas sarjana dan digunakan sebagai landasan dalam memecahkan
masalah. Dasar teori diperoleh sebagai sumber dan literatur, diantaranya:
buku-buku literatur, jurnal, e-book dan website.
BAB III Metode Penelitian
Membahas mengenai metode yang akan digunakan untuk
menyelesaikan penulisan tugas sarjana. Pada Bab ini dibahas mengenai
langkah-langkah penelitian dan analisa data yang akan digunakan untuk
menyelesaikan permasalahan dari topik yang diangkat, dan beberapa aspek
yang menunjang metode penelitian.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Pada Bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai data-data yang telah
diperoleh dari hasil penelitian yang telah dilakukan.
BAB V Kesimpulan dan Saran
Di dalam Bab ini berisi kesimpulan dari penulisan tugas sarjana dan
saran-saran yang digunakan sebagai tindak lanjut dari penelitian yang telah
Daftar Pustaka
Di dalam daftar pustaka berisi semua sumber bacaan yangn digunakan
sebagai bahan acuan dalam penulisan laporan tugas sarjana ini.
Lampiran
Di dalam lampiran berisikan semua dokumen yang digunakan dalam
penelitian dan dalam penulisan hasil-hasil analisis data yang tidak
dicantumkan dalam naskah laporan tugas sarjana ini. Setiap lampiran diberi
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengeringan
Pengeringan adalah proses mengurangi kadar air dari suatu bahan [1].
Dasar dari proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara
karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang
dikeringkan. Laju pemindahan kandungan air dari bahan akan mengakibatkan
berkurangnya kadar air dalam bahan tersebut.
Prinsip pengeringan biasanya akan melibatkan dua kejadian yaitu panas
yang diberikan pada bahan dan air harus dikeluarkan dari bahan. Dua
fenomena ini menyangkut pindah panas ke dalam dan pindah massa ke luar.
Yang dimaksud dengan pindah panas adalah peristiwa perpindahan energi
dari udara ke dalam bahan yang dapat menyebabkan berpindahnya sejumlah
massa (kandungan air) karena gaya dorong untuk keluar dari bahan (pindah
massa).
Dalam pengeringan umumnya diinginkan kecepatan pengeringan yang
maksimum, oleh karena itu diusahakan untuk mempercepat pindah panas dan
pindah massa. Perpindahan panas dalam proses pengeringan dapat terjadi
melalui dua cara yaitu pengeringan langsung dan pengeringan tidak langsung.
Pengeringan langsung yaitu sumber panas berhubungan dengan bahan yang
dikeringkan, sedangkan pengeringan tidak langsung yaitu panas dari sumber
panas dilewatkan melalui permukaan benda padat (conventer) dan conventer
tersebut yang berhubungan dengan bahan. Setelah panas sampai ke bahan
maka air dari sel-sel bahan akan bergerak ke permukaan bahan kemudian
2.2Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Pengeringan.
Proses pengeringan suatu bahan tergantung pada 2 faktor, yaitu faktor
eksternal dan faktor internal. Penghilangan air sebagai uap dari permukaan
material tergantung pada kondisi eksternal, yaitu temperatur (Temperature) yang tinggi, laju udara (Air Flow) yang tinggi, kelembaban udara (air Humidity) yang rendah, luas permukaan terbuka dan tekanan (Pressure). Pergerakan kelembaban internal pada material (Kondisi Internal) yang
dikeringkan adalah fungsi dari sifat fisik zat padat (luas permukaan), suhu
dan kadar air. Pada proses pengeringan salah satu dari kondisi ini
memungkinkan menjadi faktor pembatas yang mengatur laju pengeringan,
meskipun keduanya dapat berproses secara berkesinambungan.
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 [6].
2.3 Jenis – Jenis Pengeringan
Jenis-jenis pengeringan berdasarkan karakteristik umum dari beberapa
pengering konvensional dibagi atas 8 bagian, yaitu : (Arun S. Mujumdar,
Chung Lim Law. 2009).
1. Baki atau wadah
Pengeringan jenis baki atau wadah adalah dengan meletakkan material
yang akan dikeringkan pada baki yang lansung berhubungan dengan
media pengering. Cara perpindahan panas yang umum digunakan adalah
konveksi dan perpindahan panas secara konduksi juga dimungkinkan
2. Rotari
Pada jenis ini ruang pengering berbentuk silinder berputar sementara
material yang dikeringkan jatuh di dalam ruang pengering. Medium
pengering, umumnya udara panas, dimasukkan ke ruang pengering dan
bersentuhan dengan material yang dikeringkan dengan arah menyilang.
Alat penukar kalor yang dipasang di dalam ruang pengering untuk
memungkinkan terjadinya konduksi.
3. Flash
Pengering dengan flash (flash dryer) digunakan untuk mengeringkan kandungan air yang ada di permukaan produk yang akan dikeringkan.
Materi yang dikeringkan dimasukkan dan mengalir bersama medium
pengering dan proses pengeringan terjadi saat aliran medium pengering
ikut membawa produk yang dikeringkan. Setelah proses pengeringan
selesai, produk yang dikeringkan akan dipisahkan dengan menggunakan
hydrocyclone.
4. Spray
Teknik pengeringan spray umumnya digunakan untuk mengeringkan produk yang berbentuk cair atau larutan suspensi menjadi produk padat.
Contohnya, proses pengeringan susu cair menjadi susu bubuk dan
pengeringan produk-produk farmasi. Cara kerjanya adalah cairan yang
akan dikeringkan dibuat dalam bentuk tetesan oleh atomizer dan dijatuhkan dari bagian atas. Medium pengering (umumnya udara panas)
dialirkan dengan arah berlawanan atau searah dengan jatuhnya tetesan.
Produk yang dikeringkan akan berbentuk padatan dan terbawa bersama
medium pengering dan selanjutnya dipisahkan dengan hydrocyclone.
5. Fluidized bed
Pengeringan dengan menggunakan kecepatan aliran udara yang relatif
dibandingkan dengan jenis wadah, jenis ini mempunyai luas kontak yang
lebih besar.
6. Vacum
Pengeringan dengan memanfaatkan ruangan bertekanan udara rendah.
Dimana pada ruangan tersebut tidak terjadi perpindahan panas, tetapi yang
terjadi adalah perpindahan massa pada suhu rendah.
7. Membekukan
Pengeringan dengan menggunakan suhu yang sangat rendah. Biasanya
digunakan pada produk-produk yang bernilai sangat tinggi, seperti produk
farmasi dan zat-zat kimia lainnya.
8. Batch dryer
Pengeringan jenis ini hanya baik digunakan pada jumlah material yang
sangat sedikit, seperti penggunaan pompa panas termasuk pompa panas
kimia.
Pada bagian tugas sarjana ini akan dilakukan simulasi pada pengeringan
tipe Baki (wadah) dengan menggunakan udara panas yang berasal dari
kondensor air conditioner (AC) sebagai sumber energi pemanas yang akan di alirkan ke dalam ruang pengering.
2.4 Pompa Kalor (Heat Pump)
Pompa kalor (heat pump) adalah suatu perangkat yang
mendistribusikan panas dari media suhu rendah ke suhu tinggi. Pompa kalor
merupakan perangkat yang sama dengan mesin pendingin (refrigerator), perbedaannya hanya pada tujuan akhir. Mesin pendingin bertujuan menjaga
ruangan pada suhu rendah (dingin) dengan membuang panas dari ruangan.
Sedangkan pompa kalor bertujuan menjaga ruangan berada pada suhu yang
R
Gambar 2.1 Refrigerator dan Pompa Kalor (Heat Pump) [7]
Pompa kalor memanfaatkan sifat fisik dari penguapan dan
pengembunan dari suatu fluida yang disebut dengan refrigerant. Pada aplikasi sistem pemanas, ventilasi dan pendingin ruangan, pompa kalor merujuk pada
alat pendinginan kompresi-uap yang mencakup saluran pembalik dan penukar
panas sehingga arah aliran panas dapat dibalik. Secara umum, pompa kalor
mengambil panas dari udara atau dari permukaan. Beberapa jenis pompa
kalor mengambil panas udara tidak bekerja dengan baik setelah temperatur
jatuh di bawah -50C (230F) [1].
2.4.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap
Siklus refrigerasi kompresi uap merupakan silkus yang paling
umum digunakan untuk mesin pendingin dan pompa kalor. Komponen
utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah :
1. Kompresor, berfungsi untuk memindahkan uap refrigeran dari
evaporator dan menaikkan tekanan dan temperatur uap refrigeran ke
suatu titik di mana uap tersebut dapat berkondensasi dengan normal
2. Kondensor, berfungsi melakukan perpindahan kalor melalui
permukaannya dari uap refrigeran ke media pendingin kondensor.
3. Katup Ekspansi, berfungsi untuk mengatur jumlah refrigeran yang
mengalir ke evaporator dan menurunkan tekanan dan temperatur
refrigeran cair yang masuk ke evaporator, sehingga refrigeran cair
akan menguap dalam evaporator pada tekanan rendah.
4. Evaporator, berfungsi melakukan perpindahan kalor dari ruangan
yang didinginkan ke refrigerant yang mengalir di dalamnya melalui permukaan dindingnya.
Siklus refrigerasi kompresi uap ini dapat digambarkan seperti
gambar berikut:
Condenser
Evaporator
Compressor Expansion
valve
Win WARM
environment
1 2 3
4
QH
COLD Refrigerated
space QL
a. Diagram T-s b. Diagram P-h
Gambar 2.3. Diagram T-s dan diagram P-h dari Siklus Refrigrasi
Kompresi Uap [7]
Dari gambar di atas, siklus ini terdiri dari 4 proses, yaitu:
1-2 : Proses Kompresi
Proses berlangsung dalam kompresor dan berlangsung
secara isentropik adiabatik. Refrigeran meninggalkan evaporator
dalam wujud uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah,
kemudian masuk dalam kompresor, selanjutnya oleh kompresor
uap dinaikkan tekanannya menjadi uap bertekanan dan
temperaturnya meningkat.
2-3 : Proses Kondensasi (Pelepasan Panas)
Proses berlangsung dalam kondensor. Refrigeran yang
berasal dari kompresor dengan tekanan tinggi dan temperatur
tinggi masuk kedalam kondensor untuk mengubah wujudnya
menjadi cair. Terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan
lingkungan (udara) sehingga panas berpindah dari refrigeran ke
udara pendingin yang menyebabkan uap refrigeran mengembun
3-4 : Proses Ekspansi
Refrigeran (dalam wujud cair jenuh) mengalir melalui
katup ekspansi. Refrigeran mengalami ekspansi pada entalpi
konstan dan berlangsung secara irreversibel. Terjadi penurunan
tekanan dan temperatur.
4-1 : Proses Evaporasi (Penyerapan Panas)
Proses terjadi di dalam evaporator dan berlangsung secara
isobar isothermal (tekanan konstan dan temperatur konstan).
Refrigeran (fasa campuran uap-cair) mengalir melalui evaporator.
Panas dari lingkungan diserap refrigeran melalui evaporator.
2.4.2 Pengering Pompa Kalor
Prinsip kerja pengering bahan pertanian sistem pompa kalor
diilustrasikan seperti gambar 2.4 pompa kalor memberikan panas
dengan mengekstraksi energi dari udara sekitar. Panas kering udara
diproses memasuki ruang pengering dan berinteraksi dengan bahan
pertanian.
Udara lembab yang hangat dari ruang pengering digunakan
kembali untuk menaikkan temperatur udara yang keluar dari evaporator
di dalam alat penukar kalor yang nantinya akan dialirkan ke kondensor
dan kembali ke ruang pengering.
Keterangan gambar:
1. Alat pengering pompa kalor
2. Udara panas dari kondensor
3. Udara panas memenuhi ruang pengering
4. Udara lingkungan diserap evaporator
5. Udara dari ruang pengering dan evaporator di kondisikan dalam alat
penukar kalor
Melalui skema siklus refrigerasi kompresi uap, panas yang
dikeluarkan oleh kondensor dimanfaatkan untuk mengeringkan bahan
pertanian. Udara panas dari kondensor dialirkan ke ruang pengering,
selanjutnya udara hasil pengeringan menjadi lembab (basah). Udara
dari ruang pengeringan kemudian dialirkan ke alat penukar kalor untuk
menaikkan udara dingin yang keluar dari evaporator, udara tersebut
selanjutnya akan menuju kondensor. Demikian seterusnya siklus udara
pengering tersebut bersirkulasi. Skema dari pengering bahan pertanian
ini terlihat pada gambar 2.5.
Kinerja alat pengering salah satunya dapat ditentukan dari
efisiensi pengeringan. 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. Semakin tinggi nilai
efisiensi pengeringan maka alat pengering tersebut semakin baik.
2.5 Perhitungan Performansi Teknis
Perhitungan efisiensi pengeringan dapat dilakukan dengan
menggunakan persamaan:
………. (2.1)
Dimana:
Qp adalah energi yang digunakan untuk pengeringan (kJ)
Q adalah energi untuk memanaskan udara pengering (kJ)
Nilai laju ekstraksi air spesifik atau specific moisture extraction rate
(SMER) merupakan perbandingan jumlah air yang dapat diuapkan dari bahan
dengan energi listrik yang digunakan tiap jam atau energi yang dibutuhkan
untuk menghilangkan 1 kg air [8]. Dinyatakan dalam kg/kWh.
Perhitungan SMER menggunakan persamaan:
………. (2.2)
Dimana :
adalah jumlah air yang diuapkan (kg/h)
adalah energi yang digunakan untuk proses pengeringan (kW)
Energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption
yang hilang, dinyatakan dalam kWh/kg dan dihitung dengan menggunakan
persamaan:
………. (2.3)
Dimana:
adalah specific energy consumption (kWh/kg)
Laju pengeringan (drying rate; kg/jam), dihitung dengan menggunakan persamaan [9]:
……… (2.4)
Dimana :
adalah berat bahan pertanian sebelum pengeringan (kg)
adalah bahan pertanian setelah pengeringan (kg)
adalah waktu pengeringan (jam)
Kinerja dari pompa kalor dinyatakan dalam coefficient of performance (COP), yang didefenisikan sebagai perbandingan antara kalor yang dilepaskan oleh kondensor dengan kerja (energi) yang dibutuhkan untuk
menggerakkan kompresor [10] :
……… (2.5)
Dimana :
adalah kalor yang dilepaskan oleh kondensor (kW)
adalah kerja (energi) yang masuk dalam kompresor (kW)
Kalor yang dilepaskan oleh kondensor dihitung dengan persamaan:
Dimana:
adalah laju aliran massa udara (kg/s)
adalah panas spesifik udara ( )
adalah suhu rata-rata udara keluar kondensor (K)
adalah suhu rata-rata udara masuk kondensor (K)
Kerja yang masuk ke dalam sistem (kerja kompresor) di hitung dengan
persamaan:
……….. (2.7)
Dimana:
adalah laju aliran massa refrigeran (kg/s)
h1 diperoleh dari tekanan pada saluran keluar evaporator
h2 diperoleh dari tekanan pada saluran keluar kompresor
Sebuah Sistem kompresi uap dengan memanfaatkan evaporator dan
kondensor sekaligus disebut dengan sistem kompresi uap hibrid. Kinerja dari
sebuah sistem kompresi uap hibrid dinyatakan dengan Total Performance (TP) yang menyatakan jumlah beban maksimum pada ruang pendinginan dan ruang pengeringan dibandingkan dengan daya kompresi, yang dirumuskan
dengan:
………... (2.8)
Dimana:
adalah kalor yang diserap oleh evaporator (kW)
adalah kalor yang dilepaskan oleh kondensor (kW)
Kalor yang diserap oleh evaporator dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut:
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan pada bulan Maret 2015 sampai dengan bulan
September 2015. Kegiatan penelitian ini mencakup perancangan dan
pembuatan alat, pengujian sampai dengan pengambilan dan pengolahan data.
Lokasi pembuatan alat bertempat di Bengkel Las Rudi Karya Jalan Pasar
Baru No. 34 Padang Bulan Medan, Sumatera Utara dan Lokasi pengujian alat
bertempat di Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan yaitu di Jalan
Sisingamangaraja No. 24 Medan, Sumatera Utara.
3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan
3.2.1 Alat
Adapun alat-alat yang digunakan dalam rancang bangun alat
pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK ini terbagi
menjadi 3 bagian yaitu:
1. Alat utama
Alat utama yang digunakan pada alat pengering bahan pertanian
sistem pompa kalor dengan APK adalah sebagai berikut:
a. Air conditioner (AC)
Air conditioner (AC) digunakan sebagai pompa kalor yang dirancang untuk mengeringkan bahan pertanian. Dimana AC yang
digunakan bermerek Polytron tipe PA-1105 dengan spesifikasi
Gambar 3.1 Air conditioner (AC) Spesifikasi:
Kapasitas pendinginan : 9000 Btu/h
Rata-rata tegangan dan frekuensi : 220 V dan 50 Hz
Kuat arus rata-rata : 4.3 A
Konsumsi daya rata-rata : 950 W
Refrigeran : R22
b. Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate
Alat penukar kalor tipe flat plate ini digunakan untuk menaikkan temperatur udara yang berasal dari evaporator menuju
kondensor dengan cara memanfaatkan udara panas buangan yang
berasal dari ruang pengering. Di dalam alat penukar kalor ini
terjadi perpindahan panas secara konveksi-konduksi melalui
plat-plat yang tersusun di dalam alat penukar kalor. Yang mana
nantinya udara yang berasal dari evaporator akan diteruskan ke
kondensor sedangkan udara yang berasal dari ruang pengering
Gambar 3.2 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate
c. Exhaust fan
Exhaust fan berfungsi untuk menghasilkan udara bertekanan dan mensirkulasikan udara panas dan memberikan
kecepatan pada udara di ruang pengering. Model exhaust fan
yang digunakan BPT12-13B3 ceiling exhaust fan dengan merek Visalux. Dimensinya adalah 265x185x265mm, dengan
daya 30 watt, tegangan 220V~50Hz serta memiliki berat
1,4kg.
d. Kontrol Panel
Kontrol panel terdiri dari sekumpulan alat kontrol yang
bertujuan untuk mengatur atau mensetting kerja pada alat
pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK.
Gambar 3.4 Kontrol Panel
Keterangan:
1. Display termostat 2. Lampu indikator
3. Saklar
4. Voltmeter
5. Amperemeter
6. Switch exhaust fan
2. Alat Bantu
Berikut adalah alat bantu pembuatan alat pengering bahan
pertanian sistem pompa kalor dengan APK.
a. Mesin Las Listrik 900 Watt
Mesin las listrik 900 watt digunakan untuk menyambung
besi hollow dalam pembuatan rangka alat pengering dan juga menyambung besi siku dalam pembuatan dudukan alat pengering
bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK.
4
5 1
2
3
Gambar 3.5 Mesin Las Listrik 900 Watt
b. Gerinda Potong
Gerinda potong digunakan untuk memotong besi hollow
ataupun besi siku yang akan digunakan sebagai penyusun rangka
alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK.
Gambar 3.6 Gerinda Potong
c. Gerinda Tangan
Gerinda tangan digunakan untuk merapikan bekas
sambungan las dan juga digunakan utuk memotong pelat
aluminium dalam pembuatan alat pengering bahan pertanian ini.
d. Bor Tangan
Bor tangan digunakan untuk melubangi pelat aluminium
yang digunakan sebagai dinding alat pengering. Bagian yang
telah dilubangi segera di rivet dengan alat tembak rivet.
Gambar 3.8 Bor Tangan
e. Meteran
Meteran digunakan untuk mengukur bahan yang akan
dipotong.
Gambar 3.9 Meteran
f.Penggaris Siku
Penggaris siku digunakan untuk membuat tanda persegi
ataupun sudut 45 derajat dan 90 derajt pada pelat, besi siku
ataupun besi hollow dalam proses pembuatan alat pengering sistem pompa kalor dengan APK.
g. Spidol
Spidol digunakan untuk melukis ataupun menggambar pada
pelat, besi siku dan juga besi hollow yang akan dipotong sesuai gambar yang telah dibuat.
Gambar 3.11 Spidol
h. Gunting Seng
Gunting seng digunakan untuk memtong pelat aluminium
yang telah digambar sebelumnya dan juga digunakan untuk
memotong rockwool sesuai dengan keinginan.
Gambar 3.12 Gunting Seng
i. Alat Tembak Paku Rivet
Alat tembak paku rivet digunakan untuk menembakkan
paku rivet pada pelat aluminium yang akan digunakan sebagai
dinding alat pengering. Dimana fungsi dari paku rivet itu sendiri
adalah sebagai alat penyambung pada aluminium, sebab pelat
aluminium sangat sulit untuk disolder dan dilas.
j.Alat Tembak Lem Silikon
Alat tembak lem silikon digunakan untuk menembakkan
lem silikon pada sudut-sudut pelat yang terdapat celah. Dimana
fungsi dari lem silikon adalah mencegah terjadinya kebocoran.
Gambar 3.14 Alat Tembak Lem Silikon
3. Alat pendukung dan alat ukur
Adapun alat pendukung dan alat ukur yang digunakan
dalam pengujian alat pengering bahan pertanian system pompa kalor
dengan APK adalah:
a. Laptop
Laptop digunakan untuk menyimpan dan mengolah data
yang telah diperoleh dari Agilent dan Rh (Relative Humidity)
meter.
b. Timbangan Digital
Timbangan digital digunakan untuk megukur berat produk
yang dikeringkan secara berkala yaitu setiap satu jam sekali. Alat
ini digunakan selama pengeringan berlangsung tujuannya untuk
menngetahui pengurangan berat produk selama proses
pengeringan. Jenis timbangan digital yang digunakan adalah
timbangan duduk digital.
Gambar 3.16 Timbangan Duduk Digital
c. Agilent 34972 A
Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang
pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya. Pencatatan data
pengukuran disimpan pada flashdisk yang dihubungkan pada bagian belakang alat ini.
Spesifikasi Alat: Daya 35 Watt
Jumlah saluran termokopel 20 buah Tegangan 250 Volt
Mempunyai 3 saluran utama Ketelitian termokopel 0,03o C
Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik Mempunyai 8 tombol panel dan sistem kontrol
Fungsional antara lain pembacaan suhu termokopel, Resistance Temperature Detector (RTD), dan termistor, serta arus listrik AC
d. RH (Relative Humidity) Meter
RH meter digunakan untuk mengukur suhu dan kelembaban udara
yang mengalir di dalam saluran udara pada pompa kalor. Jenis
RH meter yang digunakan adalah EL-USB-2 (High Accuracy Humidity, Temperature and Dew Point Data Logger).
Gambar 3.18 RH Meter
Spesifikasi:
Temperature range : -400F to 1580F (-400C to 700C)
Humidity range : 0 to 100% RH
Long battery life : 1 year 3.6V Lithium battery
Comes with Windows 98, 2000, XP and Vista Compatible Analisys Software
e. Hot Wire Anemometer
Digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara yang
mengalir di dalam suatu aliran. Jenis Anemometer yang digunakan adalah Hot wire anemometer Krisbow KW0600653.
Gambar 3.19 Hot Wire Anemometer
General Spesifications
Display 46.7 mm x 60 mm LCD display Dual function meter’s display Measurement m/s (meters per second)
Km/h (kilometers per hour0 Ft/min (feet per minute) MPH (miles per hour)
Knot (nautical miles per hour) Temp. oC, oF
Data hold
Memory Maximum and minimum with recall
Operating Humidity Less than 80% RH
Power Supply 9V battery
Power Current Approx. DC 60-90 mA
Weight 280g
Dimension 210mmx75mmx50mm
Accessories Hot wire sensor 9V battery
Electrical Specifications Air Velocity
Measurement: Range: Resolution: Accuracy:
m/s 0.1 – 25.0 m/s 0.01 m/s ±(5%+ 1d) reading or ±(1%+ 1d) full scale Km/h 0.3 – 90.0 km/h 0.1 km/h
Ft/min 20 – 4925/min 1ft/min
MPH 0.2 – 55.8
MPH
0.1MPH
Knot 0.2 – 55.8knots 0.1knots Temperature
Measuring Range
0oC to 50oC (32oF to 122oF)
Accuracy ±1oC/1.8oF
f.Pressure Gauge
Digunakan untuk mengukur tekanan refrigran yang masuk
Gambar 3.20 Pressure Gauge
Spesifikasi :
Dimensi : diameter 66mm
Kisaran tekanan : -1 …14 Bar / -30”Hg… + 200 psi Sambungan : 1/4" SAE (Bottom Connection)
3.2.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terbagi menjadi 2
yaitu:
1. Bahan uji
Yang menjadi bahan uji dalam proses pengeringan ini adalah
cabai merah keriting yang memiliki kadar air sekitar ±78,50% (kadar
air cabai sudah diteliti sebelumnya di Balai Riset dan Standarisasi
Industri Medan pada tanggal 3 September 2015). Sebelum
dikeringkan cabai merah keriting dibuang tankainya dan dicuci
bersih, lalu cabai di rendam ke waterbath dengan temperatur 600C selama 10 menit. Hal ini dilakukan guna mempertahankan warna
Gambar 3.21 Cabai Merah Keriting
2. Bahan penyusun alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor
dengan APK
Berikut adalah bahan penyusun alat pengering bahan
pertanian sistem pompa kalor dengan APK.
a. Besi hollow galvanis
Bahan ini digunakan sebagai rangka alat pengering bahan
pertanian sistem pompa kalor dengan APK dimana dimensi besi
hollow yang digunakan adalah 40x40x5800mm dengan tebal 1.5mm.
b. Besi hollow stainless steel
Bahan ini digunakan sebagai rangka baki atau wadah
daripada cabai yang akan dikeringkan. Dimana besi hollow stainless steel yang digunakan adalah 20x20x5800mm dengan tebal 1.5mm.
Gambar 3.23 Besi HollowStainless Steel
c. Besi siku galvanis
Bahan ini digunakan sebagai dudukan alat pengering bahan
pertanian sistem pompa kalor dengan APK dan juga sebagai
dudukan baki atau wadah dari pada cabai yang akan dikeringkan.
Dimana dimensi besi siku yang digunakan untuk dudukan alat
pengering ini adalah 40x40x5800mm sedangkan besi siku yang
digunakan untuk dudukan baki atau wadah cabai adalah
20x20x5800mm.
d. Pelat Aluminium
Bahan ini digunakan sebagai dinding ataupun penutup
daripada alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor
dengan APK. Dimensi daripada pelat aluminium yang digunakan
adalah 2000x900x0.8mm.
Gambar 3.25 Pelat Aluminium
e. Rockwool Insulation
Bahan ini digunakan untuk menahan panas keluar dari
ruang kondensor, pipa-pipa dan ruang pengering pada alat
pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK.
Ukuran rockwool yang digunakan adalah 6000x1000x50mm dengan density 60Kg.
f. Aluminium foil
Bahan ini digunakan untuk membungkus atau membalut
rockwool yang dipasang pada alat pengering. Sifat daripada aluminium foil itu sendiri mampu meredam panas sehingga panas yang ada di dalam ruangan tidak mudah untuk keluar atau
terbuang.
Gambar 3.27 Aluminium foil
g. Kaca
Bahan ini dipasang dibagian pintu depan dan pintu
belakang alat pengering pompa kalor dengan APK. Hal ini dibuat
guna mempermudah kita untuk melihat dari luar bahan pertanian
yang dikeringkan dan juga untuk melihat komponen-komponen
penyusun alat pengering pompa kalor dengan APK pada bagian
pintu belakang alat. Kaca yang digunakan adalah kaca dengan
ketebalan 5mm.
h. Kassa stainless steel
Bahan ini digunakan sebagai wadah bahan pertanian yang
akan dikeringkan. Hal ini dipilih dikarenakan bahan kassa
stainless steel tidak akan merubah kandungan gizi maupun vitamin bahan pertanian yang akan dikeringkan walau pada
temperatur yang tinggi.
Gambar 3.29 Kassa Stainless Steel
i. Roda trolley
Roda trolley digunakan untuk memudahkan dalam memindahkan alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor
dengan APK ke tempat yang diinginkan. Roda trolley yang digunakan berdiameter 4 inchi dengan tipe hidup, mati dan rem.
j. Pipa PVC
Bahan ini digunakan sebagai penguhubung antara ruangan
evaporator dengan APK, APK dengan ruang kondensor, ruang
kondensor dengan ruang pengering dan ruang penering dengan
APK. Pipa PVC yang digunakan berdiameter 3 inchi dan 4 inchi.
Gambar 3.31 Pipa PVC
k. Sambungan elbow pipa PVC
Bahan ini digunakan sebagai sambungan pipa PVC. Dalam
alat pengering ini sambungan pipa PVC yang digunakan berupa
sambungan elbow dengan sudut 900 yang berdiameter 3 inchi dan 4 inchi.
l. Kabel NYM
Kabel NYM digunakan sebagai media penghantar untuk
menyalurkan arus listrik ke alat pengering. Kabel NYM dipilih
karena memiliki keunggulan yang lebih baik, dengan isolasi
ganda yang mampu mencegah kerusakan.
Gambar 3.33 Kabel NYM
m.Gagang Pintu
Gagang pintu digunakan untuk memudahkan kita dalam
membuka dan menutup pintu alat pengering bahan pertanian
sistem pompa kalor dengan APK.
n. Engsel Pintu
Engsel pintu digunakan sebagai alat bantu yang dipasang
pada pintu agar mudah dibuka dan ditutup.
Gambar 3.35 Engsel Pintu
3.3 Metode Pelaksanaan Penelitian
Dalam pelaksanaan penelitian ini dilakukan kegiatan yang meliputi
beberapa tahapan yang digambarkan dalam bentuk diagram yang tergambar
Usulan Penelitian Studi Literatur
Gambar 3.36 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Penelitian Buku
Referensi, Jurnal-jurnal Pendukung, dan Internet
Start
Tahap Persiapan:
1. Membuat Alat Pengering Pompa Kalor 2. Pengujian Alat Pengering
ya
Finish
Kesimpulan/ Pembuatan Laporan
Pengolahan dan Analisis Data Tidak
Validasi
Merancang dan mendesain alat pengering pompa kalor
Tidak
3.4 Experimental Set Up
Udara yang mengalir dalam sistem berlangsung secara terbuka, seperti
terlihat pada gambar 3.37. Dimana udara sekitar dihisap oleh blower
evaporator dan dialirkan melewati alat penukar kalor tipe flat plate menuju kondensor, udara yang dialirkan melewati kondensor merupakan udara
bersuhu rendah dan kering. Setelah melewati kondensor suhu udara menjadi
naik (kondensor melepaskan panas) dan kelembaban udara turun. Kemudian
udara dihisap oleh Exhaust fan dan diteruskan ke ruang pengering untuk mengeringkan bahan pertanian. Setelah melewati ruang pengering suhu
udara mulai turun dan kelembaban udara naik, hal ini disebabkan udara
menyerap uap air yang ada pada bahan pertanian yang dikeringkan
(terjadinya perpindahan massa). Sebelum dibuang ke lingkungan sekitar
udara yang melewati ruang pengering selanjutnya dialirkan melewati alat
penukar kalor tipe flat plate tujuannya untuk menaikkan suhu udara yang keluar dari evaporator menuju kondensor, selanjutnya udara yang berasal
dari ruang pengering dibuang ke lingkungan sekitar. Demikian selanjutnya
proses ini berlangsung secara berulang.
Pada gambar 3.37 juga diperlihatkan titik-titik penempatan alat-alat
ukur yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel yang menjadi objek
penelitian dan selanjutnya menjadi bahan untuk proses analisis lebih lanjut.
Pengukuran suhu dan kelembaban udara dilakukan pada titik 1 dan 2,
yaitu pada saat udara akan masuk ke ruang pengering dan keluar ruang
pengering dengan menempatkan Rh meter pada masing-masing titik tersebut.
Sedangkan pengukuran kecepatan udara yang mengalir dalam saluran
dilakukan pada tutuk dimana udara akan masuk ke dalam ruang pengering
dengan menempatkan hot wire anemometer.
Untuk mengukur berat bahan pertanian yang dikeringkan dengan
menggunakan timbangan duduk digital, Selanjutnya alat-alat pengukuran
tersebut akan dihubungkan ke Laptop untuk memindahkan data yang
terekam pada alat-alat pengukuran tersebut. Data yang diperoleh ini
selanjutnya akan diolah dan dilakukan analisis untuk mendapatkan hasil dari
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Rancang Bangun Alat
Alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK ini
dirancang dengan dimensi keseluruhan yaitu 1800mm x 1300mm x 1600mm.
Gambar 4.1 Alat Pengering Bahan Pertanian Sistem Pompa Kalor
dengan Alat Penukar Kalor
Berikut adalah komponen utama dari alat pengering bahan pertanian
sistem pompa kalor dengan APK:
1. Rangka Utama
2. Ruang Pengering
3. Baki/wadah
1 2
3
4
5
6
7
4. Evaporator
5. Alat Penukar Kalor tipe Flat Plate
6. Ruang Kondensor
7. Pressure Gauge
8. Kontrol Panel
9. Dudukan Alat Pengering
10. Roda
4.1.1 Rangka Utama
Rangka utama dari alat pengering ini memiliki fungsi sebagai
tempat/dudukan daripada evaporator, APK tipe Flat Plate, ruang kondensor dan juga ruang pengering. Rangka utama ini harus kuat dan
juga kokoh, maka bahan yang dipilih yaitu besi hollow galvanis 40mm x 40mm x 5800mm dengan ketebalan 1,8mm. pada rancang bangun ini,
rangka utama memiliki dimensi PxLxT yaitu 1798mm x 1298mm x
1498mm.
4.1.2 Ruang Pengering
Ruang pengering dirancang sebagai tempat bahan pertanian yang
akan dikeringkan, ruang pengering diharapkan mampu menjaga panas
yang diperoleh dari kondensor. Agar panas diruang pengering tidak
mudah terbuang keluar maka dinding ruang pengering dirancang
disusun dengan 3 bagian yaitu bagian dalam dilapisi oleh pelat
aluminium foil dengan ketebalan 0,5mm, bagian tengah dilapisi isolator berupa rockwool dengan density 60 Kg dan ketebalan 50mm dan bagian luar dilapisi oleh pelat aluminium dengan ketebalan 0,8mm. Ruang
pengering dirancang mampu menampung bahan uji (cabai merah
keriting) sebanyak 3 Kg maka dibuatlah dimensi dari pada ruang
pengering yaitu PxLxT (500mm x 500mm x 500mm) yang terbagi
dalam 3 buah baki/wadah.
Gambar 4.3 Ruang Pengering
4.1.3 Baki/wadah
Baki/wadah dirancang dengan besi hollow stainless steel 20mm x 20mm dengan tebal 1,5mm dan juga kassa stainless steel. Hal ini dipilih dikarenakan bahan stainless steel tidak akan merubah kandungan gizi Ruang
maupun vitamin bahan pertanian yang dikeringkan walau pada temperatur yang tinggi. Baki/wadah dibuat sebanyak 3 buah dengan dimensi 497mm x 495mm.
Gambar 4.4 Baki/ wadah
4.1.4 Evaporator
Evaporator merupakan bagian dari AC split yang digunakan pada
alat pengering ini, dimana AC split yang digunakan bermerek Polytron
tipe PA-1105 dengan spesifikasi sebagai berikut:
Kapasitas pendinginan : 9000 Btu/h
Rata-rata tegangan dan frekuensi : 220 V dan 50 Hz
Kuat arus rata-rata : 4.3 A
Konsumsi daya rata-rata : 950 W
Refrigeran : R22
4.1.5 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate
Alat penukar kalor tipe Flat Plate dirancang untuk menaikan temperatur udara yang berasal dari evaporator menuju kondensor
dengan cara memanfaatkan udara panas buangan yang berasal dari
ruang pengering. APK ini dibuat dengan dimensi PxLxT yaitu 310mm
x 180mm x 325mm dengan bahan pelat seng dengan ketebalan 0,1mm.
Gambar 4.6 Alat Penukar Kalor tipe Flat Plate 4.1.6 Ruang Kondensor
Ruang kondensor dirancang sebagai tempat dari pada kondensor
AC split dan juga kompresor AC serta kipas. Ketiga alat ini merupakan
komponen dari AC split merek Polytron tipe PA-1105.
Gambar 5.7 Ruang Kondensor
Kipas
Kondensor
4.1.7 Pressure Gauge
Pressure Gauge dirancang untuk mengukur tekanan refrigeran yang masuk ke kompresor, keluar kompresor dan juga keluar
kondensor. Pressure Gauge yang digunakan bermerek Dove dengan dimensi 66mm dan kisaran tekanan ( -1 s/d 14 Bar /-30”Hg… +200Psi) dan (-1 s/d 35 Bar / -30”Hg …+500Psi) dimana tipe sambungan yaitu
¼” SAE (Buttom Connection).
Gambar 4.8 Pressure Gauge
4.1.8 Kontrol Panel
Kontrol panel dirancang sebagai alat kontrol yang bertujuan untuk
mengatur atau mensetting kerja pada alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan APK. Kontrol panel ini dibuat dengan
dimensi 300mm x 400mm dengan tebal 100mm. Dimana kontrol panel
itu sendiri terdiri dari 1 buah thermostat, 2 buah lampu indicator, 1 buah
Gambar 4.9 Kontrol Panel
4.1.9 Dudukan Alat Pengering
Sesuai dengan bahan yang dipakai pada alat pengering bahan
pertanian sistem pompa kalor dengan APK maka dudukan alat
pengering ini haruslah kuat dan kokoh untuk menopang alat tersebut.
Dimana dudukan alat pengering ini didesain dengan menggunakan
bahan besi siku galvanis 40mm x 40mm dan tebal 1,8mm dengan diberi
roda trolley ukuran 4 inchi pada setiap sudut dudukan. Dudukan alat pengering memiliki dimensi panjang 1804mm, lebar 1304mm dan
tinggi dari lantai 150mm.
Gambar 4.10 Dudukan Alat Pengering
Voltmeter
Amperemeter Termostat
Lampu Indikator
Saklar
4.2 Prinsip Kerja
Prinsip kerja alat pengering bahan pertanian sistem pompa kalor dengan
APK adalah dimana pompa kalor memberikan panas dengan mengekstaksi
energi dari udara sekitar. Panas kering udara diproses memasuki ruang
pengering dan berinteraksi dengan bahan pertanian yang akan dikeringkan.
Udara lembab dan hangat dari ruang pengering diteruskan ke APK
untuk menaikkan temperatur udara yang keluar dari evaporator yang akan
dialirkan ke kondensor dan kembali ke ruang pengering. Demikian seterusnya
siklus udara pengering tersebut bersirkulasi.
4.3 Analisa Performansi Teknis
4.3.1 Data Hasil Pengukuran
Proses pengumpulan data dilakukan pada Senin, 2 Agustus 2015,
Pukul 9.30 WIB s/d selesai. Awal mula mesin pompa kalor dihidupkan
selama ± 90 menit atau temperatur ruang pengering mencapai 37,6 0C
selama ± 5 jam. Adapun data yang diperoleh dari hasil pengukuran
yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Kecepatan Udara
Udara yang mengalir dalam sistem pengeringan bervariasi
kecepatannya. Pengukuran kecepatan dilakukan pada titik dimana
udara akan masuk ke kondensor dengan menggunakan hot wire anemometer. Adapun data hasil pengukuran kecepatan udara ini diperlihatkan pada tabel 4.1. Dimana data yang diperoleh adalah
Tabel 4.1 Kecepatan dan Temperatur Udara Menuju Kondensor
2. Temperatur dan Kelembaban Udara
Pengukuran temperatur dan kelembaban udara dilakukan dengan
menggunakan alat ukur Rh meter, dimana Rh meter diletakkan pada
2 titik pengukuran, yaitu pada saat udara keluar kondensor menuju
ruang pengering dan udara pada saat keluar ruang pengering menuju
APK. Adapun data temperatur dan kelembaban terlihat pada tabel
4.2 di bawah ini:
Tabel 4.2 Data Temperatur dan Kelembaban
No. Titik
Titik 1 : Udara Masuk Ruang Pengering
Titik 2 : Udara Keluar Ruang Pengering
3. Tekanan Refrigeran
Pengukuran tekanan refrigeran dilakukan dengan menggunakan
refrigeran masuk ke kompresor (titik A), keluar kompresor (titik B)
dan keluar kondensor (titik C). Hasil pengukuran untuk
masing-masing titik tersebut adalah:
Titik A; P1gage = 40 Psi = 377,115 kPa, tekanan absolutnya adalah
P1abs = 477,115 kPa = 0,477 MPa
Titik B; P2gage = 250 Psi = 1825,01 kPa, tekanan absolutnya
adalah P2abs = 1925,01 kPa = 1,925 MPa
Titik C; P3gage = 200 Psi = 1480,27 kPa, tekanan absolutnya
adalah P3abs = 1580,27 kPa = 1,580 MPa
4.3.2 Menghitung Coefficient of performance (COP)Pompa Kalor
Coefficient of performance (COP) pompa kalor adalah perbandingan antara kalor yang dilepas oleh kondensor dengan kerja
(energi) yang di konsumsi dalam siklus. Dimana energi yang
dikonsumsi pada siklus ini adalah :
1. Energi menggerakkan kompressor;
2. Energi menggerakkan kipas;
Coefficient of performance (COP) pompa kalor dihitung dari persamaan (2.5), yaitu:
Atau:
Dimana:
Kalor yang dilepaskan oleh kondensor dihitung dengan persamaan
Laju aliran massa udara:
Dimana:
adalah density(berat jenis) udara, ρ = 1,22 kg/m3.
A adalah luas penampang saluran udara, dimana:
Panjang, = 0,6m dan Lebar, = 0,5m
adalah kecepatan udara mengalir dalam saluran kondensor.
Untuk kecepatan udara 0,27 m/s diperoleh laju aliran massa udara
adalah:
Panas jenis spesifik udara:
Suhu rata-rata udara keluar kondensor: = 327,17 K
Suhu rata-rata udara masuk kondensor: = 313,31 K
Kalor yang dilepaskan oleh kondensor adalah:
![Gambar 2.1 Refrigerator dan Pompa Kalor (Heat Pump) [7]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/522895.60063/33.595.167.467.107.333/gambar-refrigerator-dan-pompa-kalor-heat-pump.webp)
