ANALISIS PINDAH PANAS PADA SISTEM PEMANAS
TAMBAHAN ALAT PENGERING SURYA HIBRID-TIPE
RAK BERPUTAR UNTUK SAWUT UBI JALAR
ADITYA NUGRAHA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Pindah Panas pada Sistem Pemanas Tambahan Alat Pengering Surya Hibrid-Tipe Rak Berputar untuk Sawut Ubi Jalar adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
ADITYA NUGRAHA. Analisis Pindah Panas pada Sistem Pemanas Tambahan Alat Pengering Surya Hibrid-Tipe Rak Berputar untuk Sawut Ubi Jalar. Dibimbing oleh DYAH WULANDANI.
Pemanas tambahan pada alat pengering ERK-Hybrid merupakan bagian yang penting dalam proses pengeringan. Kehilangan panas pada sistem tersebut mempengaruhi proses pengeringan. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan analisis pindah panas yang terjadi pada sistem pemanas tambahan untuk mencari efisiensi sistem pemanasan air dan efektivitas heat exchanger, serta menentukan model matematis pendugaan suhu pada sistem ruang pengering. Berdasarkan hasil pengujian, didapatkan efisiensi sistem pemanasan air dan tungku sebesar 52-56 persen, kehilangan panas terbesar terjadi pada lubang udara masuk tungku sebesar 1800-2525 watt. Rata-rata nilai efektivitas pada HE1 dan HE2 adalah 0.35 dan
0.65, sementara nilai NTU sebesar 0.42 dan 1.21. Pemodelan simulasi pendugaan suhu ruang pengering ini dapat digunakan yang memiliki error sebesar 5%. Berdasarkan hasil analisis pindah panas ini, terjadi kehilangan panas yang cukup besar pada sistem pemanasan air dan tungku, sehingga perlu modifikasi pada sistem tersebut. Beberapa modifikasi untuk meningkatkan suhu ruang pengering antara lain membuat penutup pada tungku, memperbesar luasan permukaan HE2,
meningkatkan daya pompa dan kipas serta laju pemasukkan bahan bakar. Kata kunci: pindah panas, heat exchanger, efisiensi, efektivitas
ABSTRACT
ADITYA NUGRAHA. Heat Transfer Analysis Of Auxiliary Heater System Of Hybrid Solardryer-Rotating Rack Type For Sweet Potatos Grates. Supervised by DYAH WULANDANI.
Auxiliary heater on GHE-Hybrid heating instrument is one of important part in heating process. Heat loss on the system can affect heating process. The aim of this research is to find water heating system efficiency and effectiveness of the heat exchanger, and determine the mathematical model of energy balance on drying stove system by analyzing heat transfer occured on auxiliary heater. Based on result, efficiency on water heating system and stove was 52-56 %, the highest heat loss on inlet air in the stove was 1800-2525 watt. The average of the effectiveness of the HE1 and HE2 respectively were 0.35 and 0.65, while the value
of NTU respectively were 0.42 and 1.21. This estimation of simulation modeling can be applied, indicated by error of 5%. Base on the heat transfer analysis, stove and water heating system yield the highest heat loss, so auxiliary heater system need to be modified, such as: by adding the cover stove, expanding HE2 heat
transfer area, increasing pump power and fan, and increasing biomass input rate.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
ANALISIS PINDAH PANAS PADA SISTEM PEMANAS
TAMBAHAN ALAT PENGERING SURYA HIBRID-TIPE
RAK BERPUTAR UNTUK SAWUT UBI JALAR
ADITYA NUGRAHA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Judul Skripsi : Analisis Pindah Panas pada Sistem Pemanas Tambahan Alat Pengering Surya Hibrid-Tipe Rak Berputar untuk Sawut Ubi Jalar Nama : Aditya Nugraha
NIM : F14090052
Disetujui oleh
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia-Nya sehingga tugas akhir ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2013 ini ialah pengeringan, dengan judul Analisis Pindah Panas pada Sistem Pemanas Tambahan Alat Pengering Surya Hibrid-Tipe Rak Berputar untuk Sawut Ubi Jalar.
Dengan selesainya penelitian hingga tersusunnya skripsi ini, penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada:
1. Dr Ir Dyah Wulandani, MSi selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah memberikan nasihat kepada penulis dalam penelitian hingga penyelesaian tugas akhir skripsi ini.
2. Dr Ir Leopold Oscar Nelwan, MSi dan Dr Ir Y.Aris Purwanto, MSc selaku dosen penguji yang telah memberikan masukan yang berharga bagi penulis. 3. Bapak Andi Riva’i dan Ibu σunung Akhirwati selaku orang tua yang telah
memberikan banyak dorongan, motivasi, semangat dan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Elsamila, Stephani, Andreas, Endah, Ivan, Nopri, Tika, Adytia, Desi, Jarwo, Naufal, Rizki, Gumi, koi, Anisa, Trihadi dan teman-teman Orion TMB 46 yang membantu selama penulis melakukan penelitian.
5. Iqbal, Anggar, Dito, Ihsan, Lutfi, dan Reza dari Dermaga Regensi B22 yang telah memberikan dukungan penulis selama penelitian.
6. Bapak Harto, Bapak Darma dan Mas Firman yang telah membantu penulis dalam penelitian, serta seluruh staff UPT TMB IPB yang telah membantu dalam proses administrasi.
Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
DAFTAR SIMBOL vii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Ubi Jalar 2
Pengeringan Efek Rumah Kaca (ERK) 3
Sistem Pemanas Tambahan 3
Perpindahan Panas 5
METODE 5
Waktu dan Tempat Penelitian 5
Bahan 5
Alat 5
Prosedur Penelitian 6
Parameter Pengukuran 9
Analisis Data 11
HASIL DAN PEMBAHASAN 14
Sistem Pemanasan Air dan Tungku 14
Efektivitas dan NTU Heat Exchanger 16
Pemodelan Tanpa Beban Pengeringan 16
Modifikasi Sistem Pemanas Tambahan 19
SIMPULAN DAN SARAN 22
Simpulan 22
Saran dan Rekomendasi 22
LAMPIRAN 24
RIWAYAT HIDUP 52
DAFTAR TABEL
1 Parameter yang digunakan dalam simulasi pengeringan tanpa beban 9 2 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem pemanasan air dan tungku 14 3 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem tungku 15 4 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem pemanasan air 15 5 Kehilangan panas pada sistem pemanasan air dan tungku 15
6 Efektivitas dan NTU heat exchanger 16
7 Suhu rata-rata, nilai error hasil validasi 20 8 Skenario modifikasi dan hasil simulasi ruang pengering 20 9 Parameter untuk perhitungan NTU dan ϵ HE1 48
10 Parameter untuk perhitungan heat exchanger dalam pengering 49 11 Parameter untuk menghitung kehilangan panas pada tungku 50
DAFTAR GAMBAR
1 Ubi jalar 2
2 Konfigurasi dari penukar panas aliran tertutup. (a) Counterflow.
(b) Parallelflow. (c) Crossflow. 4
3 Pengering ERK-hybrid tipe rak berputar 6
4 Pemanas tambahan pada pengering ERK rak berputar 6
5 Diagram alir tahapan penelitian 7
6 Skema aliran pindah panas pada sistem pemanas tambahan 8 7 Aliran pindah panas seluruh sistem pengering ERK rak berputar 8
8 Titik-titik pengukuran suhu 10
9 Kehilangan panas pada sistem pemanasan air 12
10 Skema aliran pindah panas penukar kalor dalam tangki pemanas air 13
11 Validasi simulasi suhu ruang pengering 18
12 Validasi simulasi suhu absorber 19
13 Validasi simulasi suhu air dalam heat exchanger 19 14 Grafik perbandingan suhu simulasi pengeringan 21 15 Wilayah-wilayah di dalam tabung-tabung vertikal 38
16 Desain perbaikan pada tungku (dalam mm) 51
DAFTAR LAMPIRAN
2
3 Data nilai-nilai hasil pengukuran dengan beban (percobaan 3) 29 4 Koreksi-koreksi untuk beberapa situasi konveksi bebas 31 5 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada ruang pengering 31 6 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada absorber 35 7 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada sistem pemanasan air 36 8 Perhitungan untuk koefisien pindah panas tungku 46 9 Perhitungan efisiensi sistem pemanasan air dan tungku 47 10 Perhitungan NTU dan efektivitas penukar kalor 48
11 Perhitungan kehilangan panas pada tungku 50
12 Perhitungan kehilangan panas pada tungku yang telah dimodifikasi 51
13 Rekomendasi perbaikan pada tungku 51
DAFTAR SIMBOL
ϵ Efektivitas penukar panas %
3 Tetapan Stefan Boltzman ( 5,67 x 10-8 ) W m-2K-4 Indeks
a Air
a1 Air yang masuk ke HE dalam ruang pengering (air dalam tangki)
a2 Air keluaran HE dalam ruang pengering
abs Absorber
bb Bahan bakar biomassa
C Cerobong pada HE dalam tangki dp Dinding ruang pengering
dTk Dinding tangki pemanas air dTu Dinding tungku
HE1 Heat exchanger dalam tangki pemanas air
HE2 Heat exchanger dalam ruang pengering
L Lingkungan
Lu Lubang masukan udara pada tungku pTu Penutup lubang pemasukan bahan bakar r Ruang pengering
Tu Tungku
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Ubi jalar merupakan salah satu produk pangan lokal yang potensial dan prospektif untuk dikembangkan sebagai produk diversifikasi pangan. Ubi jalar juga dapat diolah menjadi beranekaragam produk dan bahan baku industri seperti pati, tepung, saus dan alkohol. Menurut Sarwono (2005), subtitusi terigu dengan tepung ubi jalar pada industri makanan olahan akan mengurangi penggunaan terigu 1.4 juta ton per tahun, disamping dapat menghemat penggunaan gula hingga 20%.
Proses pengeringan ubi jalar selama ini dilakukan dengan cara tradisional dan modern yaitu penjemuran langsung dibawah panas matahari dan menggunakan mesin pengering rotari. Pengeringan penjemuran seperti ini memang relatif murah, tetapi memiliki banyak kekurangan yaitu membutuhkan lahan terbuka yang luas, tergantung pada penyinaran matahari, kelembaban dan kondisi angin. Produk yang dihasilkan dari pengering dengan cara ini juga dapat terkontaminasi material asing seperti debu dan tidak aman dari serangga. Hal tersebut menyebabkan produk tersebut menjadi kurang higienis. Pengering rotari merupakan salah satu pengering tipe kontinyu dan mempunyai kapasitas besar. Masalah yang akan timbul pada pengering dengan kapasitas besar adalah kinerja pengering dan serta konsumsi energi yang besar, serta biaya pengeringan yang dikeluarkan lebih besar, sehingga kurang sesuai digunakan untuk UKM (Usaha Kecil Menengah).
2
Perumusan Masalah
Pemanas tambahan pada alat pengering ERK-hybrid merupakan bagian yang penting dalam proses pengeringan. Maka dari itu diperlukan penelitian untuk menganalisis pindah panas yang terjadi pada sistem pemanas tambahan yang berguna untuk mengetahui dimana letak kehilangan panas. Pengujian terhadap pemanas tambahan ini diharapkan dapat ditindaklanjuti dengan rekomendasi untuk pemeliharaan, perbaikan dan modifikasi, sehingga efisiensinya meningkat.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mendapatkan nilai efisiensi sistem pemanasan air dan tungku serta efektivitas dan NTU (number of transfer unit) pada heat exchanger sebagai alat pemanas tambahan.
2. Menentukan model matematis keseimbangan energi pada sistem ruang pengering
3. Melakukan analisis pindah panas alat pengering ERK tipe rak berputar dan sistem pemanas tambahan.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini yaitu untuk memberikan informasi kondisi sistem pemanas tambahan dengan menganalisis pindah panas pada sistem pemanas tambahan yang digunakan sebagai dasar dalam rangka untuk memperbaiki performa tungku dan heat exchanger.
TINJAUAN PUSTAKA
Ubi Jalar
Ubi jalar merupakan salah satu komoditas utama yang mempunyai daya adaptasi yang luas, sehingga dapat tumbuh dan berkembang dengan baik di seluruh nusantara. Komoditas ini merupakan tanaman umbi-umbian penting ke-2 setelah ubi kayu yang mempunyai manfaat beragam (Hafsah 2004).
3 Pengolahan ubijalar segar menjadi produk setengah jadi sangat penting guna pengamanan ubijalar segar yang tidak tahan disimpan (Syah 2008). Umbi-umbian biasanya dikeringkan untuk tujuan tertentu, misalnya untuk pembuatan tepung. Widowati et al. (2002) menyebutkan proses pembuatan ubijalar menjadi tepung didahului oleh proses pengupasan dan pencucian, kemudian ubijalar disawut atau dirajang tipis. Sawut basah direndam dalam sodium bisulfit 0.3% selama ± 1 jam lalu dipress, diremahkan, dan kemudian dikeringkan sampai kadar air 12-14%.
Pengeringan Efek Rumah Kaca (ERK)
Menurut Henderson dan Perry (1976), pengeringan adalah pengeluaran air dari suatu bahan pertanian menuju kadar air keseimbangan dengan udara sekeliling atau pada tingkat kadar air dimana mutu bahan pertanian dapat dijaga dari serangan jamur, aktivitas serangga dan enzim. Keuntungan utama dari proses pengeringan adalah bahan lebih tahan lama disimpan pada suhu ruang karena mikroba dan enzim pada bahan pangan dapat diatasi akibat berkurangnya kadar air dalam bahan. Metode pengeringan secara umum terdiri dari dua yaitu pengeringan manual/alami dan mekanis/buatan. Pada pengeringan alami panas pengeringan dipengaruhi oleh cahaya matahari dan kondisi lingkungan. Pengeringan mekanis dilakukan dengan pemanas tambahan.
Pengering Efek Rumah Kaca (ERK) adalah alat pengering berenergi surya yang memanfaatkan efek rumah kaca yang terjadi karena penutup transparan pada dinding bangunan,serta plat absorber sebagai pengumpul panas untuk menaikkan suhu udara ruang pengering didalamnya (Kamaruddin et al. 1994). Alat pengering ERK-hybrid tipe rak berputar merupakan hasil rancangan tim peneliti hibah bersaing IPB (Wulandani et al. 2009). Pengering ini terdiri dari tiga bagian utama, yaitu bangunan rumah kaca dengan dimensi 2.15 m x 1.75 m x 1.9 m, silinder dengan rak pengering dan pemanas tambahan yaitu tungku biomassa, tangki air dan radiator. Pengering ini dilengkapi tungku biomassa untuk memanaskan air, pompa digunakan untuk sirkulasi air dan radiator untuk mengubah uap air menjadi udara panas. Bangunan rumah kaca berfungsi sebagai pengumpul panas.
Sistem Pemanas Tambahan
Sistem pemanas tambahan dalam sistem pengeringan berfungsi untuk mempertahankan suhu ruang pengering pada tingkat tertentu yang diinginkan, disesuaikan dengan keadaan bahan serta keadaan cuaca di sekitar sistem pengeringan.
Tungku Biomassa
4
dunia. Tujuan utama dari usaha-usaha tersebut adalah mencari pengganti sumberdaya fossil seperti minyak bumi, gas alam, batu bara dengan sumber-sumber yang dapat diperbaharui. Pada waktu yang sama, produksi limbah hasil pertanian meningkat sehingga dapat dimanfaatkan untuk bahan bakar biomassa.
Heat Exchanger (Penukar Panas)
Menurut Chapman (1984), heat exchanger merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan sejumlah panas dari sebuah bahan atau zat ke bahan atau zat lain. Bentuk yang paling sederhana dari penukar panas adalah regenerator berupa kontainer dimana bahan yang bersuhu tinggi didalamnya akan kontak secara langsung dengan bahan yang bersuhu lebih rendah. Pada sistem ini, masing-masingbahan atau fluida akan mencapai suhu akhir yang sama. Jumlah daripanas yang dapat dipindahkan dapat dihitung dengan konsep keseimbangan energi. Energi yang dilepaskan oleh fluida yang lebih panas akan sama dengan jumlah energi yang diterima oleh fluida yang lebih dingin.
(a) (b)
Gambar 2 Konfigurasi dari penukar panas aliran tertutup. (a) Counterflow. (b) Parallelflow. (c) Crossflow.
Bentuk lain dari penukar panas adalah menggunakan dinding atau sekat sehingga memungkinkan adanya perambatan panas dari fluida yang bersuhu tinggi ke fluida yang bersuhu rendah. Sistem ini kemudian disebut dengan sistem penukar panas sistem tertutup (closed type heat exchanger). Sedangkan pada penukar panas sistem terbuka (open type heat exchanger) sebelum fluida masuk kedalam sistem penukar panas, fluida akan masuk terlebih dahulu kedalam suatu ruangan terbuka, setelah bercampur fluida akan masuk dan meninggalkan penukar panas dalam aliran tunggal (Rachmansyah 1999).
5
Perpindahan Panas
Perpindahan panas (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perpedaaan suhu diantara benda atau material. Dari termodinamika telah diketahui bahwa energi yang pindah itu dinamakan kalor (Holman 1986). Kalor dapat berpindah dari tempat dengan temperatur lebih tinggi ke tempat dengan tempertatur yang lebih rendah. Ada tiga cara pindah panas yang dikenal yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
Kalor dari suatu bagian benda bertemperatur lebih tinggi akan mengalir melalui zat benda itu ke bagian lainnya yang bertemperatur lebih rendah. Zat atau partikel zat dari benda yang dialui kalor ini sendiri tidak mengalir sehingga tenaga kalor berpindah dari satu partikel ke lain partikel dan mencapai bagian yang dituju. Perpindahan ini disebut konduksi, arus panasnya adalah arus kalor konduksi dan zatnya itu mempunyai sifat konduksi kalor. Konveksi kalor terjadi karena partikel zat bertemperatur lebih tinggi berpindah tempat secara mengalir sehingga dengan sendirinya terjadi perpindahan kalor melalui perpindahan massa. Aliran zat atau fluida, dapat berlangsung sendiri sebagai akibat perbedaan massa jenis karena perbedaan temperatur, dan dapat juga sebagai akibat paksaan (Halli 2012). Mode ketiga dari transmisi kalor disebabkan oleh perambatan gelombang elektromagnetik, yang dapat terjadi baik didalam vakum total maupun di dalam medium. Bukti eksperimental mengindikasikan bahwa perpindahan kalor radian adalah proposional terhadap pangkat keempat dari temperatur absolut, sementara konduksi dan konveksi proposional terhadap selisih temperatur linier (Pitts dan Sissom 2008).
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini telah dilaksanakan selama 4 bulan, terhitung dari tanggal 23 Maret 2013 hingga tanggal 23 Juni 2013.
Bahan
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah ubi jalar yang diperoleh dari Kelompok Tani Hurip di Desa Cikarawang, Kecamatan Darmaga, Kabupaten Bogor.
Alat
6
biomassa. Pengering ini terdiri dari tiga bagian utama, yaitu bangunan rumah kaca dengan dimensi 2.15 m x 1.75 m x 1.9 m, silinder dengan rak pengering (Gambar 3) dan pemanas tambahan yaitu tungku biomassa, tangki pemanas air dan radiator (Gambar 4). Tungku biomassa berbentuk balok dengan dimensi 0.57 m x 0.53 m x 0.34 m. Tangki pemanas air berbentuk tabung dengan diameter 0.46 m dan tinggi 0.55 m, serta didalamnya terdapat heat exchanger yang berbentuk silinder (9 buah) dan balok. Radiator yang berada dalam ruang pengering berjumlah 3 buah dengan luas permukaan 2.996 m2. Pemanas tambahan dilengkapi pompa air untuk sirkulasi air ke radiator dan kembali ke tangki air, pompa yang digunakan membutuhkan daya sebesar 125 Watt.
Gambar 3 Pengering ERK-hybrid tipe rak berputar
Gambar 4 Pemanas tambahan pada pengering ERK rak berputar
Instrumen yang dibutuhkan sebagai berikut termokopel tipe CC, termokopel tipe K, timbangan digital dengan ketelitian 0.1 gram, drying oven SS-204 D Ikeda Scientific, hybrid recorder, termometer air raksa, anemometer kanomax tipe 6011, digital multimeter, pyranometer, stopwatch, pisau, alat sawut ubi, ember, gelas ukur dan tray.
Prosedur Penelitian
7
Gambar 5 Diagram alir tahapan penelitian Kegiatan penelitian terdiri dari beberapa tahapan, yaitu : 1. Persiapan
Persiapan yang dilakukan yaitu pengumpulan data sifat-sifat termofisik material pengering dan produk yang dikeringkan. Sifat termofisik berupa nilai panas jenis spesifik, konduktifitas termal, koefisien pindah panas, emisivitas bahan dan mengenal jenis penukar panas yang digunakan
2. Percobaan pengeringan
Percobaan pengeringan dillakukan sebanyak 3 kali, yaittu pengeringan tanpa beban dan pengeringan menggunakan produk. Percobaan 1 merupakan percobaan tanpa beban dilakukan selama 24 jam. Percobaan 2 dan 3 dilakukan menggunakan beban, selama 14.5 jam dan 13.5 jam. 3. Analisis efisiensi sistem pemanasan air dan tungku dan efektivitas
sistem penukar panas
Dari data yang didapatkan dari percobaan, dihitung jumlah panas yang diterima air berbanding dengan panas yang diberikan bahan bakar
Pemodelan pindah pindah panas suhu & simulasi suhu
Ya
Tidak Validasi
error suhu
Modifikasi sistem penukar panas
Rekomendasi
Selesai Mulai
Persiapan : Pengumpulan data sifat-sifat termofisik material pengering & Produk yang dikeringkan
Percobaan pengeringan
8
biomassa, kemudian didapatkan efisiensi sistem pemanasan air dan tungku, nilai efisiensi tersebut didapatkan dari persamaan 9. Data percobaan suhu yang bersangkutan dengan penukar panas, digunakan untuk mencari nilai efektivitas penukar panas. Nilai efektivitas tersebut didapatkan dari persamaan 21 dan 23. Penukar panas yang digunakan pada alat pengering ini ada dua buah, yaitu penukar panas yang terdapat pada tangki pemanas air (HE1) dan penukar panas yang terdapat pada
ruang pengering (HE2). Data percobaan tersaji pada Lampiran 1, 2, dan
3. Skema aliran pindah panas pada sistem pemanas tambahan dapat dilihat pada Gambar 6.
Keterangan:
(1) Tungku biomassa; (2) HE1; (3) Pompa air; (4) Selang; (5) HE2
Gambar 6 Skema aliran pindah panas pada sistem pemanas tambahan 4. Pemodelan pindah panas dan simulasi suhu ruang pengeringan
Simulasi ini dilakukan melalui pendekatan-pendekatan dari distribusi suhu yang dihasilkan pada pengujian tanpa beban. Sehingga dapat diketahui distribusi suhu dalam ruang pengering. Simulasi ini menggunakan parameter-parameter pada Tabel 1. Skema aliran pindah panas seluruh sistem pengeringan ERK rak berputar ini dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7 Aliran pindah panas seluruh sistem pengering ERK rak berputar Pindah panas Konveksi dan Konduksi
Panas melalui konveksi Iradiasi surya
Pindah massa
9 Tabel 1 Parameter yang digunakan dalam simulasi pengeringan tanpa beban
Parameter Simbol Satuan Nilai Keterangan
Udara pengering
Massa udara ruang pengering mr Kg 25.4906 Wulandani (2009)
Laju udara lingkungan ṁL kg/detik 0.001814 Utari (2013)
Panas spesifik lingkungan CpL J/kgᵒC 1005.8109 Lampiran 5
Panas spesifik ruang pengering Cpr J/kgᵒC 1006.9217 Lampiran 5
Luas permukaan dinding Adp m
2
Massa absorber mabs kg 59.4249 Utari (2013)
koefisien pindah panas absorber habs W/m2ᵒC 2.71 Lampiran 6
Panas spesifik absorber Cpabs J/kgᵒC 452 Holman (1986)
Absorsivitas absorber αabs 0.96 Utari (2013)
Transimivitas ruang pengering abs 0.45 Wulandani (2009)
Luas permukaan absorber Aabs m2 3.7625 Pengukuran
Heat exchanger (dalam ruang pengering)
Massa HE2 mHE2 kg 4.5 Wulandani (2009)
Panas jenis spesifik radiator CpHE2 J/kgᵒC 385 Holman (1986)
Luas permukaan radiator ( 3 buah ) AHE2 m 2
2.9961 Wulandani (2009)
Koefisien pindah panas menyeluruh HE2 UHE2 W/m2ᵒC 15 Wulandani (2009)
Sistem pemanasan air
Laju air yang masuk ke tangki ṁa kg/detik 0.31 Lampiran 7
Panas spesifik air dalam tangki Cpa J/kgᵒC 4191.18 Lampiran 7
Massa air dalam tangki ma kg 79.93 Lampiran 7
Nilai kalor biomassa Hbb J/kg 15779127 Utari (2013)
Laju bahan bakar biomassa (pagi–siang) ṁbb kg/detik 0.000453 Pengukuran
Laju bahan bakar biomassa (sore–malam) ṁbb kg/detik 0.000645 Pengukuran
Efisiensi sistem pemanasan air dan
tungku ɳ 0.54 Lampiran 9
5. Rekomendasi
Setelah mendapatkan model simulasi ruang pengering, nilai efisiensi sistem pemanasan air dan tungku dan nilai efektivitas penukar kalor, dilakukan rekomendasi berupa modifikasi penukar panas dan tungku.
Parameter Pengukuran Suhu
Suhu yang diukur adalah api pembakaran, suhu udara yang keluar dari cerobong, suhu air dalam tangki, suhu air yang keluar dari HE2, suhu dinding pada
HE1, suhu dinding tungku, suhu dinding tangki, suhu fin pada HE2, suhu ruang
10
lingkungan (bola basah-kering). Pengukuran menggunakan termometer, termokopel tipe K dan CC pada titik-titik pengukuran (Gambar 8). Pengukuran suhu ruang menggunakan termometer yang diletakkan di tengah ruang, dengan asumsi suhu pada ruangan merata. Pengambilan data suhu dilakukan secara periodik yaitu setiap 30 menit sekali.
Keterangan :
T1: Suhu lubang pemasukan bahan bakar, T2: suhu api pembakaran, T3: suhu dinding tungku, T4: suhu air dalam tangki, T5: suhu dinding tangki, T6: suhu air keluaran HE2,
T7: suhu dinding HE1, T8 : suhu cerobong, T9: suhu lantai absorber, T10-T12: suhu
dinding fin HE2, T13: suhu ruang pengering, T14: suhu dinding pengering, T15: suhu
udara lingkungan, T16: suhu atap pengering.
Gambar 8 Titik-titik pengukuran suhu
Iradiasi Surya
Pengukuran menggunakan pryanometer dan diletakan ditempat yang tidak terhalang cahaya matahari.
Kecepatan Aliran Udara
Diukur menggunakan anemometer model 6011 Kanomax, dengan ketelitian 0.01 m/detik. Bagian yang ukur meliputi kecepatan aliran udara lingkungan dan kecepatan udara dalam ruang pengering.
Kebutuhan Bahan Bakar
Jumlah biomassa yang dibutuhkan selama proses pengeringan merupakan penggunaan biomassa yang terbakar.
Debit Air
11
Analisis Data Pindah Panas
Analisis parameter pindah panas dihitung berdasarkan persamaan-persamaan sebagai berikut:
1. Pindah Panas Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi, maka laju perpindahan panas berbanding lurus dengan gradient suhu normal.:
�~ �
Jika dimasukkan konstanta proporsionalitas atau ketetapan kesebandingan, maka:
Perpindahan kalor total dapat dinyatakan sebagai: qv = hA ΔT
dimana h merupakan koefisien perpindahan kalor konveksi, dan A merupakan luasan permukaan.
h = Nu k
dimana k adalah konduktivitas dan L merupakan dimensi karakteristik.
� = ( GrPr) m
Perpindahan kalor konveksi bergantung pada angka Reynold (Re) dan Prandtl (Pr). Bentuk paling sederhana koefisien perpindahan kalor konveksi paksa dapat dinyatakan dalam bentuk berikut:
Nu = C Rem Prn
Dimana C,m, dan n ialah konstanta yang ditdasarkan pada angka Reynold dalam berbagai bentuk dan kondisi.
Pelat datar Laminar ( ReL < 5 x 105 )
NuL = 0.664 ReL ½ Pr 1/3
3. Pindah Panas Radiasi
Rumus untuk perpindahan panas secara radiasi menerapkan hukum Stefan Boltzmann, yaitu:
qr= ɛ T4
12
merupakan konstanta Stefan-Boltzmann ( 5.67 x 10-8 W/m2K4 ) dan ɛ adalah emisivitas.
Sistem Pemanasan Air dan Tungku
Perhitungan keseimbangan energi pada sistem ini meliputi jumlah energi yang diterima unit pemasakan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi dari sistem pemanasan air dan tungku ini adalah perbandingan dari jumlah panas yang diterima oleh air akibat pembakaran bahan bakar (Qbb) untuk memanaskan air
tersebut. Efisiensi tersebut dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut:
ɳ � � � = 1− 2
Maka keseimbangan yang terjadi pada sistem pemanasan air dan tungku dapat dimodelkan sebagai berikut :
ɳ = 1− 2
Ideal nya seluruh panas yang dihasilkan dari proses pembakaran harus digunakan untuk memanaskan air dalam tangki. Namun demikian dalam prakteknya banyak panas yang hilang dalam beberapa cara sebagaimana ditunjukan Gambar 9.
Gambar 9 Kehilangan panas pada sistem pemanasan air
Pada tungku terjadi beberapa kehilangan panas, antara lain: kehilangan panas pada dinding tungku (QL1), kehilangan panas pada lubang udara masuk
pada tungku (QL2), kehilangan panas pada gas buang cerobong (QL3), sedangkan
Pada tangki air terjadi kehilangan panas pada dinding tangki (QL4). Kehilangan
panas ini didekati dengan persamaan:
1 =ℎ � − + � ɛ 4− 4
2 = � ɛ 4− 4
3 = � ɛ 4− 4 + � ɛ 4− 4
+� ℎ −
4 = � ℎ −
Berdasarkan jumlah kehilangan panas dari sistem tungku (QLtu) yaitu QL1,
QL2 dan QL3 , efisiensi sistem tungku dapat dihitung dengan persamaan 15.
13 Perbandingan antara panas yang diterima air (Qa) dan panas yang
diberikan tungku ke tangki pemanas air (Qtu) merupakan efisiensi dari sistem
pemanasan air. Efisiensi tersebut dapat dihitung dengan persamaan 17.
ɳ � � � = 1− 2
Sistem Heat Exchanger dalam Tangki Pemanas Air (HE1)
Dalam sistem pemanasan air ini terdapat penukar kalor, penukar kalor yang digunakan dalam tangki yaitu penukar kalor tipe aliran berlawanan arah (CrossFlow). Pada sistem penukar panas ini keseimbangan energi meliputi panas dari air yang dipanaskan (Qa), panas dari laju aliran udara yang melewati penukar
panas (Qu) dan beban panas teoritis dari penukar panas (Qhe). Skema aliran
pindah panas pada penukar panas yang digunakan pada sistem pemanasan air dapat dilihat pada Gambar 10. Dari konsep keseimbangan energi diperoleh (Rachmansyah 1999) :
Qa = Qu = Qhe
atau
1− 2 = − =� 1 1 �
Nilai ϵ merupakan nilai efektifitas penukar panas, secara umum nilai efektivitas ini tergantung dari faktor suhu yang terjadi pada penukar panas selama proses berlangsung. Nilai efektifitas penukar kalor dengan Cmin/Cmaks = 0 dapat
dihitung dengan persamaan 21 ( Holman 1986 ).
= � = ( ) �
( )
= 1− −�
� = �
�
Nilai koefisien pindah panas pada heat exchanger ini dapat dihitung menggunakan persamaan 4, disesuaikan dengan geometri dari bentuk heat exchanger tersebut.
NTU ( number of heat transfer units ) adalah jumlah satuan perpindahan panas yang merupakan tolak ukur perpindahan panas suatu penukar kalor.
Gambar 10 Skema aliran pindah panas penukar kalor dalam tangki pemanas air
…….………..…….……..…..(18)
….….(19)
……...…..……...(17)
14
Sistem Heat Exchanger dalam Ruang Pengering (HE2)
Pada sistem heat exchanger dalam ruang pengering ini memiliki keseimbangan energi yang sama dengan heat exchanger yang terdapat dalam tangki air. Sistem aliran pada HE2 dapat dilihat pada Gambar 6.
Nilai efektivitas pada sistem penukar kalor dapat dicari dengan persamaan (Holman 1986):
=
= � − = − �
Dimana panas maksimal yang mungkin terjadi dapat dihitung dengan persamaan (Holman 1986) :
= (ṁ ) � ℎ − =(ṁ ) � � − �
Setelah mendapatkan nilai efektivitas, nilai NTU untuk penukar kalor aliran silang dapat dihitung dengan persamaan (Holman 1986 ) :
� =− [1 + 1 1 + ]
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem Pemanasan Air dan Tungku Efisiensi Sistem Pemanasan Air dan Tungku
Efisiensi pemanasan sistem pemanasan air dan tungku merupakan perbandingan jumlah panas yang diterima air dengan panas hasil pembakaran bahan bakar. Hal ini menunjukan kemampuan pemanas air yaitu tungku dan tangki pemanas air untuk menaikan suhu air dengan melepaskan panas dari hasil pembakaran bahan bakar biomassa selama proses berlangsung. Berikut data hasil pengukuran pada sistem pemanasan air dan tungku dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem pemanasan air dan tungku
Percobaan Qbb Qa ɳ yang dihasilkan dari pembakaran diserap untuk proses pemanasan air dan sebagian hilang diserap oleh dinding tungku, dinding tangki dan ke lingkungan.
Efisiensi yang didapatkan dari nilai kehilangan pada sistem tungku dapat dilihat pada Tabel 3 dengan contoh perhitungan yang tersaji pada Lampiran 11. Pada analisis pindah panas yang dilakukan, tidak semua kehilangan panas pada seluruh komponen tungku diperhitungkan seperti pembakaran yang tidak sempurna. Kemungkinan efisiensi tungku yang dihasilkan dalam perhitungan ini ...(23)
....(25) ...(24)
15 masih lebih besar daripada efisiensi tungku aktual. Nilai efisiensi tungku yang diperoleh merupakan perbandingan panas yang diterima tungku dan panas yang diberikan oleh bahan bakar biomassa.
Tabel 3 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem tungku
Percobaan Qbb QLtu Qtu ɳ
W W W %
1 10018.5 2920.3 7098.2 70.8
2 10389.6 2701.2 7688.4 74.0
3 10061.2 2276.9 7784.3 77.4
Panas yang diterima tangki pemanas air digunakan untuk memanaskan air. Efisiensi sistem pemanasan air merupakan perbandingan antara panas yang diterima air dan panas yang diberikan oleh tungku ke tangki pemanas air. Nilai efisiensi sistem pemanasan air dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Hasil pengukuran efisiensi pada sistem pemanasan air
Percobaan Qtu Qa ɳ
W W %
1 7098.2 5585.1 78.7
2 7688.4 5559.0 72.3
3 7784.3 5246.9 67.4
Kehilangan Panas pada Sistem Pemanasan Air dan Tungku
Panas yang hilang pada sistem pemanasan air dan tungku antara lain kehilangan panas pada dinding tungku (QL1), kehilangan panas pada lubang udara
masuk pada tungku (QL2), kehilangan panas pada gas buang cerobong (QL3),
sedangkan Pada tangki air terjadi kehilangan panas pada dinding tangki (QL4).
Tabel 5 Kehilangan panas pada sistem pemanasan air dan tungku
Percobaan QL1 QL2 QL3 QL4
Watt Watt Watt Watt
1 248.0 2524.9 109.8 117.0
2 250.1 2327.4 96.7 118.5
3 208.9 1805.1 78.6 130.6
16
Efektivitas dan NTU Heat Exchanger
Pada alat pengering tipe rak berputar-hybrid ini memiliki dua buah heat exchanger. Kemampuan heat exchanger dalam memberikan panas dapat dilihat dari nilai efektivitasnya, yaitu panas aktual yang terjadi terhadap panas maksimal yang mungkin diberikan oleh heat exchanger. Nilai efektivitas kedua heat exchanger disajikan pada Tabel 6 dengan contoh perhitungan yang tersaji pada Lampiran 10. Nilai efektivitas HE1 sebesar 0.34-0.35, yang berarti efektivitas dari
heat exchanger cukup kecil. Hal tersebut dikarenakan panas aktual yang diterima air jauh lebih kecil dibandingkan dengan panas maksimal yang diberikan heat exchanger. Nilai Efektivitas HE2 lebih besar dibanding HE1 yaitu sebesar
0.63-0.68. Luas permukaan HE2 yang besar mempengaruhi banyaknya panas yang
diterima ruang pengering sehingga efektivitasnya cukup tinggi. Nilai NTU pada heat exchanger merupakan tolak ukur perpindahan panas suatu penukar kalor, semakin tinggi nilai NTU semakin tinggi efektivitasnya.
Tabel 6 Efektivitas dan NTU heat exchanger
Percobaan HE1 HE2
NTU ϵ NTU ϵ
I 0.43 0.35 1.18 0.63
II 0.42 0.35 1.32 0.68
III 0.42 0.34 1.15 0.63
Nilai efektivitas HE1 yang diperoleh sesuai dengan hasil penelitian Rukmini
(2006) menyatakan, nilai efektivitas heat exchanger berkisar 0.28-0.36. Heat exchanger yang digunakan hampir sama dengan HE1 yaitu tipe counterflow,
namun berbeda dari segi desain. Prinsip kerja heat exchanger pada penelitian Rukmini, udara masuk memanaskan pipa-pipa heat exchanger kemudian pipa tersebut memanaskan udara pengering. Hal ini berbeda dengan HE1 pada
penelitian ini, pipa-pipa penukar panas memanaskan air dalam tangki. Nilai HE2
yang diperoleh dalam pengujian mendekati hasil peneltian Rachmansyah (1999) yaitu berkisar 0.56-0.68. Heat exchanger yang digunakan berupa radiator dan bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan air yaitu minyak tanah.
Pemodelan Tanpa Beban Pengeringan
Pemodelan simulasi dilakukan untuk mengetahui sebaran suhu pada ruang pengering, suhu absorber, suhu air yang masuk kedalam HE2. Tujuan dan manfaat
dari simulasi ini adalah untuk memperkirakan suhu ruang pengering selama proses pengeringan. Pemodelan dari simulasi ini dapat digunakan untuk mengevaluasi metode pengoperasian terbaik atau sebagai acuan untuk memperbaiki peforma pada alat pengering ini. Proses simulasi ini merupakan pengembangan dari pemodelan matematis yang telah dimodifikasi sesuai dengan keadaan dalam proses pengeringan berdasarkan keseimbangan energi pada setiap komponen penyusun pengering ERK (Kamaruddin 1994).
17 dalam HE2. Perhitungan hasil simulasi ini didapatkan dari data suhu lingkungan
(TL), iradiasi surya (I), suhu air yang keluar dari HE2 (Ta2) dan laju pemasukan
biomassa (ṁbb) pada saat pengambilan data tanpa beban selama 24 jam. Simulasi
ini menggunakan parameter-parameter yang ada, dapat dilihat pada Tabel 1. Berikut adalah pengembangan dari pemodelan matematis yang digunakan dalam proses simulasi pengeringan tanpa beban:
Pada ruang pengering
Persamaan 29 digunakan untuk menduga suhu ruang pengering pada ruang pengering yang dipengaruhi oleh kondisi plat absorber, suhu absorber, suhu lingkungan dan suhu heat exchanger. Peningkatan suhu pada ruangan dipengaruhi oleh panas yang diberikan absorber, heat exchanger dan panas yang keluar dari ruang ke lingkungan. Pada persamaan ini menggunakan asumsi panas yang diberikan heat exchanger sebesar 0.4 dan asumsi panas dari absorber 0.6 (siang) dan 0.8 (malam). Nilai 0.4 digunakan asumsi, yang dimaksud hanya 40% panas yang diberikan heat exchanger ke ruangan, sementara panas yang diberikan absorber ke ruangan pada siang hari hanya 60% dan panas yang diterima absorber pada malam hari hanya 80%.
Pada absorber
18
Nilai 0.2 yang digunakan sebagai asumsi, maksudnya adalah dari energi surya keseluruhan yang diterima oleh absorber dalam ruang pengering, hanya 20%. Asumsi panas dari ruangan sama dengan persamaan 29 yaitu 60% dan 80 %.
Pada sistem pemanasan air
1 1
Persamaan 35 digunakan untuk menduga suhu air dalam tangki yang akan masuk ke HE2 dan dipengaruhi oleh kondisi suhu air dalam tangki,
kondisi tungku dan kondisi heat exchanger.
Validasi Pemodelan Simulasi
Validasi pemodelan simulasi ini dilakukan terhadap suhu ruang pengering, suhu absorber dan suhu air di dalam HE2. Validasi bertujuan untuk membuktikan
kebenaran model dalam menggambarkan kondisi nyata. Validasi ini didapatkan dengan membandingkan hasil simulasi dengan data pengukuran hasil percobaan. Validasi suhu dapat dilihat pada Gambar 11 (validasi suhu ruang pengering), Gambar 12 (validasi suhu absorber) dan Gambar 13 (validasi suhu air dalam heat exchanger).
19
Gambar 12 Validasi simulasi suhu absorber
Gambar 13 Validasi simulasi suhu air dalam heat exchanger
20
dengan efisiensi pemanasan air rata-rata yang didapatkan dari hasil perhitungan sebesar 54 persen.
Tabel 7 Suhu rata-rata, nilai error hasil validasi
Keterangan Suhu rata-rata (ᵒC) Error
Ukur Simulasi (%) tungku serta simulasi yang dihasilkan, maka dilakukan beberapa modifikasi untuk mencapai suhu ruang pengering antara 50-55ᵒC. Suhu yang digunakan untuk pengeringan ubi berkisar 50-55ᵒC, suhu yang tidak melewati suhu kritis antosianin, dimana pada suhu diatas 65ᵒC antosianin akan mulai terdegradasi (Karleen 2010). Dilakukan beberapa skenario untuk mencapai suhu pengeringan ubi tersebut, skenario dan hasil simulasi suhu ruang pengering dapat dilihat pada Tabel 8 dan Gambar 14. Simulasi ini menggunakan parameter-parameter pada penelitian ini, dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 8 Skenario modifikasi dan hasil simulasi ruang pengering
Ske-4 2.29 4692.7 54 Menaikan koefisien pindah panas
menyeluruh (UHE2= 25 W/m2ᵒC)
21 adalah plat besi. Laju aliran oksigen pada tungku setelah dimodifikasi diasumsikan sama dengan laju pembakaran yang terjadi pada tungku sebelum dimodifikasi.
2= ℎ � − + � ɛ 4− 4
Gambar 14 Grafik perbandingan suhu simulasi pengeringan
Pada skenario 3, daya pompa yang awalnya 125 watt ditingkatkan menjadi 200 watt. Peningkatan daya pompa berhubungan dengan pressure drop dan debit pompa. Dengan meningkatnya debit pompa, laju air yang mengalir pada HE2 pun
meningkat. Hal ini bertujuan agar pindah panas air ke HE2 semakin besar,
sehingga berpengaruh pada suhu ruangan yang meningkat. Namun hasil simulasi suhu ruang pada skenario ini menurun, hal ini dikarenakan pada pemodelan simulasi menggunakan data percobaan suhu air yang keluar dari HE2 (Ta2) dan
nilai koefisien pindah panas UHE2 yang masih menggunakan data percobaan awal.
Oleh karena itu suhu Ta2 dibuat pemodelan matematis.
Pada skenario 4, meningkatkan suhu ruang pengering dengan meningkatkan daya kipas yang bertujuan untuk meningkatkan kecepatan angin dari HE2 ke ruang
pengering, sehingga nilai koefisien pindah panas menyeluruh pada HE2 (UHE2)
juga meningkat dan panas yang berpindah dari HE2 ke ruangan lebih besar.
Pada Skenario 5 dan 7, laju pemasukan bahan bakar ditingkatkan sampai suhu air mampu memindahkan panas melalui HE2 ke ruangan, sehingga suhu
ruang mencapai suhu yang diinginkan. Pada skenario 5 untuk mencapai suhu 50ᵒC pada ruangan membutuhkan bahan bakar 4.47 kg/jam. Sementara pada skenario 7 hanya membutuhkan bahan bakar 3.49 kg/jam, hal ini dikarenakan tungku yang digunakan telah dimodifikasi sehingga laju bahan bakar lebih sedikit.
Pada skenario 6, memperluas permukaan HE2 menjadi 5.99 m2 yang
bertujuan memperbesar panas yang berpindah dari HE2 ke ruang pengering.
22
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Berdasarkan perhitungan analisis pindah panas, didapatkan efisiensi sistem pemanasan air dan nilai efektivitas serta NTU pada kedua heat exchanger yang digunakan oleh sistem pemanas tambahan alat pengering rak berputar-hybrid ini. Efisiensi sistem pemanasan air dan tungku didapatkan dari hasil percobaan sebesar 52-56%. Pada sistem pemanasan air dan tungku terjadi kehilangan panas, kehilangan panas yang terbesar terjadi di bagian lubang pemasukkan bahan bakar sebesar 1800- 2525 Watt. Nilai rata-rata efektivitas HE1 dan HE2 berturut turut
sebesar 0.35 dan 0.65, sedangkan nilai NTU sebesar 0.43 dan 1.21. Nilai ini menjadi tolak ukur besarnya perpindahan panas pada heat exchanger. Pemodelan simulasi pendugaan suhu ruang pengering ini dapat digunakan karena nilai error yang kecil. Modifikasi sistem pemanasan tambahan diperlukan untuk meningkatkan suhu ruang pengering. Modifikasi yang dilakukan antara lain perbaikan tungku, peningkatan daya pompa dan kipas, serta membesar luasan permukaan HE2.
Saran dan Rekomendasi
Saran dan rekomendasi yang bisa diberikan pada penelitian ini adalah: 1. Berdasarkan hasil analisis pindah panas pada sistem pemanas tambahan
ini, terjadi kehilangan panas pada yang cukup besar pada sistem pemanasan air dan tungku, sehingga perlu modifikasi pada bagian tungku yang telah dilakukan pada penelitian ini.
2. Berdasarkan hasil simulasi dari pemodelan, diperlukan penelitian lanjutan untuk pemodelan suhu air yang keluar dari HE2 (Ta2) serta
pemodelan iradiasi surya dan suhu lingkungan. Pemodelan iradiasi dan suhu lingkungan tersebut didasarkan pada data di daerah tersebut.
3. Diperlukan penelitian yang lebih detail mengenai kondisi HE2, yaitu
penentuan koefisien pindah panas menyeluruh HE2 dengan
memperhatikan laju air dan udara pada sistem tersebut.
4. Dengan pemodelan yang sudah dibangun dapat digunakan sebagai dasar optimasi penggunaan biaya. Optimasi biaya tersebut mencakup biaya investasi untuk perbaikan alat dan biaya operasional untuk pengeringan suatu bahan tertentu.
DAFTAR PUSTAKA
Chapman AJ. 1984. Heat Transfer. Ed ke-4. New York (US): Macmillan Publishing Co.
Hafsah MJ. 2004. Prospek Bisnis Ubi Jalar. Jakarta (ID): Pustaka Sinar Harapan. Halli A. 2012. Koefisien perpindahan panas menggunakan profil kotak pada alat
23 Henderson SM, Perry RL. 1976. Agricultural Process Engineering. Wesport
(US): The AVI Publishing Co.Inc.
Holman JP. 1986. Perpindahan Kalor. Jasifi E, penerjemah; Hariandja, editor. Jakarta (ID): Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Heat Transfer. Ed ke-6. Kamaruddin A, Thamrin FW, Wulandani D. 1994. Optimasi dalam perencanaan
alat pengering hasil pertanian dengan energi surya [laporan akhir penelitian hibah bersaing I]. Bogor (ID): Ditjen Dikti, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan IPB.
Karleen S. 2010. Optimasi proses pembuatan tepung ubi jalar ungu (Ipomoea batatas (L.)Lam) dan aplikasinya dalam pembuatan keripik simulasi (simulated chips) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Mursalim. 1995.Uji penampilan sistem pengering kombinasi energri surya dan tungku batu bara dengan bangunan tembus cahaya sebagai pembangkit panas untuk pengeringan vanili (Vanilla Planivora) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Pitts DR, Sissom LE. 2008. Perpindahan Kalor. Layukallo T, penerjemah; Simarmata L, editor. Jakarta (ID): Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Heat Transfer. Ed ke-2.
Rachmansyah A.1999.Uji unjuk kerja pemanas tambahan pada pengering efek rumah kaca (ERK) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Rukmini A. 2006. Perancangan dan uji alat penukar panas (heat exchanger) tipe counter flow [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Sarwono B. 2005. Ubi Jalar. Jakarta (ID): Penebar Swadaya.
Syah H. 2008. Kajian pengering rotari tipe Co-current untuk pengeringan sawut ubi jalar [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Utari S. 2013. Uji performansi pengering efek rumah kaca (ERK)-Hybrid tipe rak berputar untuk pengeringan sawut ubi jalar (Ipomoea batatas L.) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Widowati S, Sulismono, Suarni, Sutrisno, Komalasari O. 2002. Petunjuk Teknis Proses Pembuatan Aneka Tepung dari Bahan Pangan Sumber Karbohidrat Lokal. Jakarta(ID): Balai Penelitian Pascapanen Pertanian.
Lampiran 1 Data nilai-nilai hasil pengukuran pada tanpa beban (percobaan 1)
Waktu TTu THE21 THE22 THE23 Ta1 TdTk Ta2 THE2 TdTu TLU TL Tr Tabs TC Tat Tdp Iradiasi bb
(kg) (jam) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (W/m2)
11.00 31.5 47.5 48.8 67.1 57.9 114.286
11.30 37.5 38.5 41.3 37.4 38.2 71.429 1.5
12.00 410.71 39.5 38.9 39.1 36.3 33.1 34.6 41.8 36.6 35.2 29.5 35 39.8 43.3 36.6 36.2 14.286 1.5
12.30 499.69 38.1 36.5 37.3 50.6 42.2 49.2 52.3 45.7 36.7 29.5 33 38 48.1 30.1 31.9 157.143 3
13.00 407.13 65.4 64.4 52.4 71.2 63.8 69.7 73.4 50.2 34.1 27.5 32.5 41.8 58.5 38.9 40.1 200 1.5
13.30 418.48 68.4 66.2 57.7 74.1 61 71.8 77 53.8 39.5 31.5 42.5 47 50.8 40.8 42.4 285.714 1
14.00 411.04 74.4 71.4 63.1 80.6 73 79 81.8 52.4 48.2 33.5 54.5 50.5 43.3 49.9 47.1 157.143 1.5
14.30 561.13 75.1 72.3 62.7 81.2 72.1 78.4 81.3 64.9 36.1 32.5 50 55 46.9 32.3 49.5 100 2
15.00 590.96 73.5 71.8 59.5 80.2 70.7 78.1 81.1 69.9 43.5 30.5 48.5 51.9 48 35.6 34.5 71.429 15.30 606.68 65.7 63.8 55.5 72.8 63.1 69.3 71.2 73.7 47.1 31.5 49 49.6 55.3 41.7 42.9 28.571 16.00 417.17 58.6 56.7 48.4 64.7 56.2 61.3 63.5 64.7 42 30.5 43 46.8 41.7 37.5 39.3 14.286
16.30 510.96 60.5 58.1 48.6 66.2 50.3 64.2 66.9 68.8 42.5 23.5 43.5 44.8 54.2 33.3 36.6 110.39 2
17.00 523.49 65 62.2 54.2 71.2 62.6 68.4 71.7 71.9 59.8 29.5 48.5 47.6 58 34.2 38.9 1
17.30 501.04 70.1 67 56 76.7 68.4 74.3 77.6 67.8 42.8 29.5 51 49.6 46 32.1 39.7 1.5
18.00 501.52 68.1 65 53.1 75.2 65.2 72 75.4 68.8 72.9 28 46 47.4 50.7 29.7 36.7 1
18.30 561.51 66.3 63.1 54 73.1 66.2 70.2 73.5 70.4 37.8 28.5 45.5 48.1 55 30.2 37.7 1
19.00 543.7 67.3 64.1 54.2 73.7 66.5 71.1 73.6 70.5 33.3 27.5 47 48.4 57.2 29.4 37.3 1
25 Lampiran 1 Data nilai-nilai hasil pengukuran pada tanpa beban (Lanjutan 1)
Waktu TTu THE21 THE22 THE23 Ta1 TdTk Ta2 THE2 TdTu TLU TL Tr Tabs TC Tat Tdp Iradiasi bb (kg)
(jam) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (W/m2)
20.00 518.48 70.4 67.5 54.9 76.8 70.7 74.1 77.8 68.3 43.3 27 46.5 48.8 53.6 29.2 36.8 1
20.30 549.22 69.5 66.6 56.8 77.5 69.3 75.1 78.9 69.2 36.7 27 49 49.2 57.9 29.8 37.5 1
21.00 570.96 69.2 66.1 56.3 76.6 66 73.4 78.7 70.2 87.6 26.5 49 49.3 58.6 29.6 37.6 1.5
21.30 507.37 68.5 65.6 54.3 75.3 68.2 72.5 75.9 67.8 32.2 26.5 46 46.6 48.6 29.1 37.2 1.5
22.00 580.59 68.5 65.4 53.6 75.8 67.9 72.2 75.2 71.3 34.9 26 44.5 46.6 56.5 28.2 36.3 1
22.30 511.04 71.3 67.6 54.8 77.9 68.9 75.5 78.9 65.4 35.6 26.5 45.5 46.4 51.7 28.2 36.3 1.5
23.00 461.44 76.4 73.7 58.6 79.6 73.4 76.9 85.8 61.5 42.8 26.5 47.5 46 44.3 28.9 37.2 1.5
23.30 553.99 73.9 70.6 57.3 76.6 72.2 74.1 81.7 68.7 35 26.5 41.5 45.8 48.4 30.1 37.3 1.5
00.00 556.41 70.4 67.1 50 75.8 70 73.1 78.6 70.3 34.7 27.5 41 42.6 49.3 27.9 34.4 2
00.30 511.04 75.2 70.7 55.7 78.3 72.4 76 84.3 67 33.7 25.5 48.5 46 46.4 29.6 36.2 1
01.00 584.28 71.1 67.1 55 72.4 68.3 68.8 78.2 71.1 35.8 26.5 47 47.8 52.3 30 36.1 1.5
01.30 547.52 77.4 74.8 58.9 76.4 74.5 74.2 85.1 68.7 32.8 25.5 45.5 46.5 54.4 29.7 36.3 1
02.00 643.99 77.8 74.7 57.8 79.5 76.4 77.2 85.3 72.3 36.5 25.5 46 47 68.4 30.2 37 1.5
02.30 631.61 74.3 72.2 59 77.4 67.4 74.1 85.5 70.4 51.8 25.5 46 45.7 68.5 29.6 36.3 1
03.00 696.11 73.9 70.4 56.2 77.1 67.8 74 81.9 73.2 76 25 45 45.2 63.4 29 35.8 1
03.30 651.62 71.1 69.1 54.5 74.3 67.3 71.5 77.8 71.9 39.2 25 44 44.8 68.6 29.6 36 1
04.00 544.08 69.6 68.1 53.2 69.6 55.7 66.3 76.9 68.2 69.3 27 43 44.3 58.7 28.7 35.2 1
04.30 599.71 69.2 67.9 52.7 73 59.4 70.3 77.9 68.6 43 24.5 43 44.4 60.4 29.6 35.5 1
05.00 596.11 70.7 67.3 53.1 73.2 59.4 70.3 77.5 68 72.2 20 42 44.6 61.2 29.6 35.6 1.5
05.30 522.88 68.4 65.7 52 74.3 57.1 69.3 75.8 67.3 78.7 24.5 42 44.2 56.7 28 34.6 1
26
Lampiran 1 Data nilai-nilai hasil pengukuran pada tanpa beban (Lanjutan 2)
Waktu TTu THE21 THE22 THE23 Ta1 TdTk Ta2 THE2 TdTu TLU TL Tr Tabs TC Tat Tdp Iradiasi bb
(kg) (jam) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (W/m2)
06.30 515.8 71.4 68.3 54.5 75.1 65.3 72.2 79.2 67.1 39.7 25.5 47 46.2 51.1 30.7 37
07.00 619.61 65.8 63.2 52.8 69.5 59.6 65.4 72.8 72.2 32.6 27 47 47.5 58.3 32.4 37.3 57.143 0.5 07.30 544.44 66.5 64.8 52.4 68.5 58.8 65.2 72.3 69.1 39.1 28.5 44 46.1 56.4 33.5 38.6 85.714 0.5 08.00 457.77 61.9 58.1 51.4 63.8 53.5 60.5 66.6 64.8 74.7 28.5 39.5 46.1 48.3 33.9 38.3 228.571 0.5 08.30 549.22 63.5 60.1 54.6 65.4 57.7 62.1 68.9 67.6 44.3 34 49 51.5 54.4 55.4 49.9 428.571
09.00 509.11 63 60.5 53.8 62.1 57.1 58.6 67.4 66.3 57.6 32.5 48 50.7 46.4 53.6 47 428.571 09.30 423.61 60.8 55.8 53.4 59.2 56.4 55.7 64.4 62.4 43.7 37 51 53.3 44.4 62.1 51.9 528.571 10.00 491.87 60.2 56.5 53.2 60.4 56.6 57 64 63.1 47.4 38.5 49.5 50.7 52.3 59 50.7 385.714 10.30 404.77 60.1 55.9 53.8 58 57.3 55 62.5 60.6 44.4 37.5 50 51.9 43.3 69.6 54.5 442.857
11.00 508.35 57.5 55 52.9 57.4 58.8 51.9 61.7 63 48.8 37.5 51 52.3 52.4 66.2 54.2 700
Keterangan :
Ttu : Suhu tungku Tdp : Suhu dinding pengering
THE2 : Suhu HE dalam ruang pengering Bb : Jumlah bahan bakar biomassa
Ta1 : Suhu air dalam tangki Tr : Suhu ruang pengering
TdTk : Suhu dinding tangki air Tabs : Suhu absorber
Ta2 : Suhu air keluaran HE2 TC : Suhu udara keluaran cerobong
THE1 : Suhu HE dalam tangki Tat : Suhu dinding atap
TdTu : Suhu dinding tungku
TLU : Suhu dari lubang masuk udara tungku
27 Lampiran 2 Data nilai-nilai hasil pengukuran dengan beban (percobaan 2)
Waktu TTu THE21 THE22 THE23 Ta1 TdTk Ta2 THE1 TdTu TLU TL Tr Tabs TC Tat Tdp Iradiasi bb
(kg) (jam) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (W/m2)
14.00 30 35.5 38 33.8 31.4 114.29
14.30 30.5 35 37.5 33.7 31.5 42.86
15.00 31 35 37 33.4 30.9 114.29 2
15.30 630.3 49.8 49.7 49.3 52.8 48 52.2 53.1 40.6 44.1 30.5 38 36.8 62.3 33.5 30.8 85.71 1
16.00 545.8 51.2 51.8 51.4 54.4 47.5 53.6 54.2 44.2 53.6 30.5 39 37.7 40.2 34 30.7 42.86 0.5 16.30 646.9 53.3 53.4 53.7 57.6 51.1 55.4 56.8 44.9 55.8 29 39.5 38.1 48.4 35.3 30.3 28.57 1
17.00 635 58.5 57.6 53.2 63.3 53.9 60.9 62.1 51.9 39.3 29 40 36.3 45.2 39.5 29.8 1
17.30 491.9 56 55.6 53.6 60.8 53.9 57.6 59.4 59.1 41.2 27.5 39.5 35.7 37.6 39.7 29 1.5
18.00 458.4 58.4 55.1 52.3 69 60.7 65.1 67.1 62.4 42.6 26.5 40.5 35.1 34.2 30.4 31.6 1.5
18.30 593.1 63.7 62.6 60.1 72.5 62.9 68.7 72.3 63.9 53 26.5 41 36.2 42.9 27.2 29.1 2
19.00 616.2 68.8 68.4 64.2 75.7 65.5 69.2 74.1 67 61.2 26 41 36.7 61 27.4 28.7 1
19.30 534.1 70 68.6 65.1 77 64.9 72.8 95.7 65.1 53.2 25 42 35 39.4 29.7 34.1 1
20.00 576.4 73.3 72.9 66.9 86.1 80 82.6 95.4 74.9 32.8 26 43 38.8 41.2 28.4 36 2
20.30 382.8 72.3 70.9 61.1 83.8 68.1 78.7 83.6 72.1 32.9 25 42 37.8 35.7 26.5 35 1
21.00 351.72 72.1 72.8 60.1 83.6 69.7 77.7 89.5 73.6 33.5 25.5 41 39 32.1 28.5 36.4 1
21.30 441.5 67.2 64.8 58.7 77.1 62.8 71.6 79.6 70.8 33.3 24.5 40 37.2 35 26.4 33.1 1
28
Lampiran 2 Data nilai-nilai hasil pengukuran dengan beban (percobaan 2)
Waktu TTu THE21 THE22 THE23 Ta1 TdTk Ta2 THE1 TdTu TLU TL Tr Tabs TC Tat Tdp Iradiasi bb (kg)
(jam) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (W/m2)
22.30 505.9 64.8 64 58.5 72.4 59 68.6 83 67 34 24.5 40 37.2 37.7 27.1 33.4 1
23.00 386.6 61.6 59.6 56.5 71.2 58.4 66.6 70.4 60.5 32.5 25 40 40.6 31,1 26.7 34.8 1
23.30 409.5 60.8 58.1 54.1 69.3 56.9 65.8 69.9 39.3 34.9 23.5 40 41.1 35.5 26.8 34.8 1
00.00 340.5 60.4 58.6 52.5 69.5 59.8 66 71 41.9 32.4 23.5 39.5 40.6 32 27.2 34.8 1.5
00.30 350.5 64.4 57.1 55 71.2 59.2 67.1 74.5 41.6 32.4 24.5 40 41.2 33.6 271 34.8
01.00 387.5 65.5 60 58.3 74 67.1 68.2 71.8 84.4 39.9 24 42 42 32 26.9 35.4 2
01.30 388.3 62.1 60.2 59.8 72.7 64.5 66.3 70.4 85.3 44.9 24.5 41 42.7 30.7 26.9 36.1 1
02.00 475.5 64.8 64.3 61.3 72.4 61.8 65.8 73.5 83.6 78.9 23.5 40 42.7 42 26.5 35.7 1.5
02.30 678.4 66.5 64.9 62.8 72.9 62.3 66.9 93.6 80.4 37.3 24 42 42 65.8 27.7 34.7 1.5
03.00 611.5 65.8 62.6 60.5 72.9 59.5 67.3 70.4 71.7 41.1 23 41 43.9 58.6 25.3 34.9 1
03.30 466.2 63.7 62.5 60.4 67.7 59 63.2 65.7 72.2 37.7 23.5 40 43.9 41.3 25.3 34.7 1
04.00 663.5 64.3 62.6 60.5 68.4 57 64.6 68 70.6 39.9 23.5 43 44.7 48.6 25.5 35.5 0.5
29 Lampiran 3 Data nilai-nilai hasil pengukuran dengan beban (percobaan 3)
Waktu TTu THE21 THE22 THE23 Ta1 TdTk Ta2 THE1 TdTu TLU TL Tr Tabs TC Tat Tdp Iradiasi bb
(kg) (jam) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (W/m2)
13.00 36 37 36 33.8 31.4 300
13.30 37 43 37 33.7 31.5 471.43
14.00 36 46 36 33.4 30.9 442.86
14.30 34 41 34 33.5 30.8 428.57
15.00 34.5 44.5 34.5 34 30.7 342.86
15.30 168.1 40.6 40.7 40.1 40.8 37.2 37 45.3 42.2 35.8 34.5 41 34.5 36 35.3 30.3 157.14 3
16.00 207.9 45.2 42.8 40.4 55.8 47.3 51.5 61.2 45.2 39.4 31.5 37 31.5 42 39.5 29.8 42.86
16.30 379.5 58.4 56.8 54.1 70.1 64.7 66.1 77.4 58.8 42.3 29 37 29 48 39.7 29 14.29 2
17.00 389.1 59.8 57.1 54.2 67.2 62.1 63.4 81 61 34.8 27 40 27 35 30.4 31.6 1.5
17.30 341.5 58.1 56.3 53 65.9 60.5 62.1 78.7 60.8 32.6 26.5 44 26.5 34 27.2 29.1 2
18.00 378.8 62.2 60.1 57.5 67.4 68 63.6 84.6 63.5 35.5 26 40 26 32 27.4 28.7 1.5
18.30 486.5 63.1 60.2 57.9 70.8 68.6 66.9 85.3 65.1 37.6 25 40 25 38 29.7 34.1 1
19.00 610.2 70.2 68.7 65 81.3 76.3 77.6 86.5 67.1 40.4 25.5 50.5 25.5 44 28.4 36 1.5
19.30 615.1 71.3 68.9 66 82.2 69.3 78.2 83.9 67.3 40.8 25.5 49 25.5 45 26.5 35 1
20.00 467.8 70.1 67.3 64.7 80.3 74.3 76.3 87 61.6 39.9 25.5 51 25.5 37 28.5 36.4 1
20.30 459.4 67.5 64.7 62.5 78 66.9 74.1 78.3 58.7 37.1 25.5 44 25.5 36 26.4 33.1 0.5
21.00 445.4 64 62.6 60.5 76.2 75.8 72.6 86.4 56.9 36.8 25 51 25 34 25.9 33.5 1
30
Lampiran 3. Data nilai-nilai hasil pengukuran dengan beban (percobaan 3)
Waktu TTu THE21 THE22 THE23 Ta1 TdTk Ta2 THE1 TdTu TLU TL Tr Tabs TC Tat Tdp Iradiasi bb (kg)
(jam) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (ᵒC) (W/m2)
22.00 518.9 64.7 61.6 58.6 73.3 61.2 69.1 72.4 53.7 39 25 38 25 38 26.7 34.8
22.30 466.6 65 63.1 57.4 70.1 71.6 65.9 79.5 51.2 40.3 25 39 25 36 26.8 34.8
23.00 472.9 66.7 64.3 63.6 71 57.1 66.6 70.8 48.1 41.3 25 45 25 38 27.2 34.8 1.5
23.30 404.9 65.4 62.5 59.6 69.3 65.2 65.4 74.5 48.5 40.1 25 45 25 36 27.1 34.8 1
00.00 460 66.6 65.5 61 73 62.4 68.7 71.8 53.9 36.2 24.5 45 24.5 38 26.9 35.4 2
00.30 639.1 68.4 67.6 63.4 76.3 66.9 72.2 70.4 69 41.1 24.5 46 24.5 42 26.9 36.1 1.25
01.00 570.6 66.3 63.6 60.8 71.3 60.9 67.2 73.5 58.2 40.1 24 45 24 40 26.5 35.7
01.30 577.2 62.8 59.4 57 69.1 57.2 64.9 93.6 67.7 40.6 24.5 44 24.5 41 27.7 34.7 1.5
02.00 556.7 60.4 58.5 54.8 67.4 57.5 63.3 70.4 66.3 39.3 24.5 44 24.5 40 25.3 34.9
31
Lampiran 4 Koreksi-koreksi untuk beberapa situasi konveksi bebas
Konfigurasi Gr Pr L c m
Sumber: Pitts dan Sissom, 2008
Lampiran 5 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada ruang pengering
Parameter Simbol Satuan Nilai
Panjang dinding p m 2.15
Lebar dinding l m 1.75
Tinggi dinding t m 1.9
Luas permukaan dinding tegak kanan/kiri Adkk m2 3.325
Luas permukaan dinding tegak
depan/belakang Addb m2 4.085
Luas permukaan dinding horizontal atap Aat m2 3.7625
Luas permukaan dinding Adp m2 18.5825
Suhu dinding Td K 312.51
Suhu lingkungan TL K 301.68
Suhu ruang pengering Tr K 318.51
Suhu atap Tat K 310.14
Panas spesifik udara lingkungan CpL J/kgᵒC 1005.81
Panas spesifik udara ruang pengering Cpr J/kgᵒC 1006.92
Kecepatan angin lingkungan U∞ m/detik 0.195
Kecepatan angin dalam ruang pengering U∞ m/detik 0,39
Tebal dinding ruang pengering ΔX m 0.001
Konduktivitas thermal dinding K W/m2ᵒC 0.22828 Koefisien Pindah panas menyeluruh dinding
32
1. Perhitungan koefisien pindah panas keseluruhan dinding ruang pengering (Ud)
Perhitungan koefisien pindah panas keseluruhan dinding ruang pengering (Udp)
- Perhitungan hi ( dinding ke ruang pengering) a. Perhitungan suhu film (Tf)
: Dimensi karakteristik konveksi paksa ( tinggi/panjang )
� : Viskositas Dinamik ( kg/m detik ), didasarkan pada Tf (Holman
C, m , n , didasarakan bilangan Reynold (Holman 1986) Pr = Bilangan Prandtl didasarkan pada Tf (Holman 1986)
- Perhitungan menghitung ho (lingkungan ke dinding)
33
Maka koefisien pindah panas meyeluruh dinding ruang pengering (Udp):
Perhitungan koefisien pindah panas keseluruhan atap ruang pengering (Uat)
34
Perhitungan menghitung ho (lingkungan ke atap)
a. Perhitungan suhu film (Tf)
Maka koefisien pindah panas meyeluruh pada atap ruang pengering (Uat):
Maka koefisien pindah panas menyeluruh dinding pengering (Ud):
= +
2
= 1.073 + 1.118 2
= 1.096 W/m2 0C
2. Perhitungan panas spesifik lingkungan (CpL)
35
3. Perhitungan panas spesifik ruang pengering (Cpr)
Tr = 318.51 K
Lampiran 6 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada absorber
Parameter Simbol Satuan Nilai
Panjang p m 2.15
Lebar l m 1.75
Luas permukaan absorber Aabs m2 3.7625
Suhu absorber Tabs K 320.16
Suhu ruang pengering Tr K 318.51
Koefisien pindah panas konveksi absorber habs W/m2ᵒC 2.711
1. Perhitungan koefisien pindah panas konveksi absorber (habs)
36
= 79.64 � 0.0277 0.814 = 2.711W/m2 0C
Lampiran 7 Perhitungan beberapa parameter untuk simulasi pada sistem pemanasan air
Parameter Simbol Satuan Nilai
Diameter tabung silinder HE1 luar dso m 0.0412
Diameter tabung silinder HE1 dalam dsi m 0.0372
Tinggi tabung silinder HE1 t m 0.393
Luas permukaan tabung silinder HE1 AHeS m2 0.45757
Panjang HE1 Kotak p M 0.26
Lebar HE1 Kotak l m 0.26
Tinggi HE1 Kotak t m 0.05
Luas permukaan HE1 kotak AHeP m2 0.2444
Diameter tangki luar ddTK m 0.463
Tinggi tangki tdTK m 0.55
Diameter tangki dalam ddTK m 0457
Luas permukaan tangki luar AdTK m2 0.7996
Luas permukaan tangki dalam 0.78924
Suhu dinding tangki TdTK K 335.755
Suhu heat exchanger dalam tangki THE1 K 345.73
Suhu air dalam tangki Ta1 K 344.39
Suhu air dari HE2 Ta2 K 340.1
Suhu api tungku TTu K 802.48
Suhu Lingkungan TL K 301.68
Koefisien pindah panas menyeluruh HE1 UHE1 W/m2ᵒC 7.447
Koefisien pindah panas menyeluruh
dinding tangki UdTK W/m2ᵒC 4.174
Konduktivitas thermal dinding tangki K W/m2ᵒC 73
Gravitasi G m/detik2 9.81
Panas jenis spesifik air Cpa J/kg K 4191.18
Laju air ṁa kg/detik 0.3
Kecepatan air U∞a m/detik 0.00183
Debit air Qa m3/detik 0.00031
37 1. Perhitungan koefisien pindah panas menyeluruh HE (UHE1)
Perhitungan koefisien pindah panas menyeuruh HE tabung silinder (UHeS)
Perhitungan hHeSi ( api tungku ke dinding HE1)
f. Perhitungan koefisien pindah panas konveksi
ℎ � = �
= 64.976 � 0.0453 0.393 = 7.493 W/m2 0C
Perhitungan hHeSo ( Dinding HE tangki ke air )
a. Perhitungan suhu film (Tf)
38
b. β = 1 / Tf
β = 1 / 345.055 = 0.002898 c. Perhitungan bilangan Reynold
Kondisi ini terjadi pada kumpulan tabung di dalam aliran memotong yang segaris., maka :
∞ � = ∞
− =
0.00183 � 0.0753
0.0753−0.0412
= 0.0040 m/detik Dimana :
a : Jarak dari titik tengah tabung dengan tabung lain nya D : Diameter luar tabung
= ∞ � = 0.0040 � 0.372 4.09� 10−7
= 367.346
Pada kondisi perpindahan panas konveksi paksa ini, aliran dari luar ( ∞ ) sangat rendah , mungkin cukup terpengaruh oleh arus konveksi bebas. Maka diperlukan analisis orde besaran persamaan lapisan-batas konveksi bebas, kriteria nya sebagai berikut:
Gr/ Re2> 10
Konveksi bebas sangat penting, hasil ini sesuai dengan Gambar 14
39
Sehingga Gr/ Re2> 10 , hal ini konveksi bebas penting . e. Bilangan Rayleigh (Ra) g. Perhitungan koefisien pindah panas konveksi
ℎ = �
= 452.27 � 0.661 0.393
= 714.922W/m2 0C
Maka nilai koefisien pindah panas menyeluruh HE silinder tabung
= 1
Perhitungan koefisien pindah panas menyeuruh HE plat vertikal (UHePv)
Perhitungan hHePvi (api tungku ke plat vertikal )
