Pengujian Performansi Mesin Pengering Tenaga Surya Dengan Produk Yang Dikeringkan Adalah Cassava Dengan Bentuk Produk Bujur Sangkar

(1)

PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA

SURYA DENGAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH

CASSAVA DENGAN BENTUK PRODUK BUJUR SANGKAR

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

INDRA GUNAWAN PURBA NIM. 080401047

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah

melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

penyusunan Tugas Akhir ini yang berjudul :“θengujian θerformansi εesin Pengering Tenaga Surya Dengan Produk Yang Dikeringkan Adalah Cassava Dengan Bentuk Produk

Bujur Sangkar”

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1

(S1) pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

(USU).

Dalam penyusunan tugas akhir ini bukan semata karena kemampuan

penyusun, tapi juga karena adanya campur tangan berbagai pihak yang mau

meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran dalam penyelesaian tugas akhir ini. Oleh

karena itu, dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan banyak terima kasih

kepada:

1. Bapak Ir. Tekad Sitepu selaku Dosen pembimbing, yang telah membantu

dalam bimbingan, saran, serta dukungan dalam penulisan laporan tugas

akhir ini.

2. Bapak Ir.M.Syahril Gultom,MT. selaku dosen pembanding I dan bapak

Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembanding II.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik

Mesin Universitas Sumatera.

5. Kedua orang tua penulis, Netapken Purba dan Rasmita br Ginting, abang

dan kakak penulis Sahat R. Gultom dan Nerawati br Purba, adik penulis

Roy Damenta Purba yang tidak pernah putus-putusnya memberikan

(11)

7. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang

telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama

penulis kuliah.

8. Rekan-rekan satu tim skripsi yaitu Nehemia Sembiring dan Fadly Ryan

Arikundo yang telah bersama-sama berjuang untuk menyelesaikan skripsi

dan saling bertukar pikiran selama proses penyusunan skripsi.

9. Ibu S. Farah Dina dan Abang Haznam yang juga telah membantu penulis

selama proses penyusunan skripsi ini mulai dari awal sampai akhir.

10.Rekan-rekan khususnya May Martin S, Herto M. Marbun, Edison M.

Manurung, yang bersama-sama dengan penulis menuntaskan kerja praktek

dan semua teman-teman angkatan 2008 lainnya yang belum disebut

namanya yang telah membantu penulis menyelesaikan laporan serta

memberikan petunjuk kepada penulis semasa perkuliahan.

11.Kepada pihak-pihak lain yang turut membantu penulis yang tidak dapat

disebutkan satu per satu.

Dalam menyelesaikan tulisan ini penulis telah mencoba semaksimal mungkin

guna tersusunnya skripsi ini. Penulis sadar bahwa skripsi ini masih kurang sempurna.

Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima

saran dan kritik yang dapat membangun den mendukung penulis demi tercapainya isi

tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi

manfaat kepada pembaca. Terima kasih.

Medan, Mei 2013

(12)

ABSTRAK

Mesin pengering tenaga surya merupakan suatu peralatan yang dapat digunakan untuk mengeringkan produk hasil pertanian dan perkebunan, Contoh salah satu produk hasil pertanian dan perkebunan yang dikeringkan menggunakan mesin pengering adalah singkong. Tujuan pengujian ini adalah membangun model matematik karakteristik pengeringan untuk singkong dan mendapatkan efisiensi rata-rata kolektor surya selama proses pengujian. Pada kolektor surya plat datar, radiasi matahari yang datang akan diteruskan oleh kaca sehingga dapat diserap oleh plat absorber panas yang dihasilkan oleh absorber akan mengalir ke dalam ruang pengering secara konveksi natural. Di dalam ruang pengering, panas yang datang dari kolektor akan memanaskan ruang pengering. Kadar air yang terdapat pada singkong diuapkan sehingga uap air dan panas bercampur menjadi satu dan keluar dari ruang pengering melewati chimney. Pada pengujian yang telah dilakukan didapat model metematik karakteristik pengeringan dari singkong yaitu _{. Efisiensi rata-rata tertinggi untuk} kolektor surya selama proses pengujian pengeringan adalah 37,09%.

(13)

ABSTRACT

Solar drying machine is a device that can be used for drying agricultural products and plantation. One example of agricultural and plantation products are dried using a dryer is cassava. The purpose of testing is to build mathematical models for cassava drying characteristics and obtain an average efficiency of the solar collectors during the testing process. On a flat plate solar collectors, solar radiation coming will be forwarded by the glass so it can be absorbed by the absorber plate heat generated by the absorber will flow into the natural convection drying chamber. In the drying chamber, the heat coming from the collector will heat the drying chamber. Water content contained in the cassava was evaporated to steam and hot water mixed into one and out of the drying chamber through the chimney. In the testing that has been done metematik models

obtained from cassava drying characteristics ie

_{. The highest average efficiency for the} solar collectors during the drying test is 37.09%.

(14)

DAFTAR ISI

2.1Pengeringan Hasil Pertanian dan Perkebunan...4

2.2Jenis - Jenis Pengeringan ...4

2.3Faktor Yang Memepengaruhi Pengeringan ...6

2.4Sekilas Tentang Singkong (Cassava) ...8

2.5Matahari (Surya) ...10

2.5.1 Karakteristik Matahari ...10

2.5.2 Teori Dasar Radiasi Surya ...12

(15)

2.7.2 Perpindahan Panas Konveksi ...26

2.7.3 Perpindahan Panas Radiasi ...28

2.7.4 Perpindahan Massa ...29

BAB III METODOLOGI PENGUJIAN 3.1 Waktu dan Tempat Pengujian ...31

3.2 Metode Pengujian Performansi ...31

3.3 Alat dan Bahan yang Digunakan ...32

3.3.1 Alat ...32

3.3.2 Bahan ...39

3.4 Experimental Set Up ...43

3.5 Prosedur Pengujian ...45

BAB IV DATA DAN ANALISIS DATA 4.1 Analisa Intensitas Radiasi Matahari ...46

4.1.1 Analisa Intensitas Radiasi Matahari Tanggal 1Maret 2013 ...46

4.2 Laju Aliran Massa Udara Di Dalam Kolektor Surya ( ̇ ) Dan Temperatur Rata-Rata Keluar Dari Kolektor ( ̅out ) ...53

4.3 Hasil Pengukuran Temperatur Ruang Pengering dan Inti Cassava ...64

(16)

4.3.2 Hasil Pengukuran Temperatur Pengeringan Sampel 2 ...67

4.4 Analisa Model Persamaan Pengeringan Cassava ...69

4.4.1 Analisa Moisture Ratio (MR) Pada Pengeringan Cassava ...69

4.4.2 Analisa Koefisien Diffusifitas Efektif (Deff) ...73

4.4.3 Analisa Slope (k) ...75

4.5 Analisa Koefisien Perpindahan Massa (hm) ...75

4.6 Efisiensi Kolektor Surya ...77

4.7 Energi Untuk Pengeringan ...83

4.7.1 Kalor Uap Untuk Singkong (Cassava) ...83

4.4.2 Kalor Yang Diterima Dari Kolektor ...86

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...88

5.2 Saran ...88

DAFTAR PUSTAKA ...90

(17)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Daftar Komposisi Kimia Cassava (singkong)/100 gr bahan ... 9

Tabel 2.2 Urutan Hari Berdasarkan Bulan ... 15

Tabel 2.3 Faktor Koreksi Iklim ... 20

Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer ... 35

Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor ... 36

Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus ... 37

Tabel 3.4 Spesifikasi T and RH Smart Sensor ... 38

Tabel 3.5 Spesifikasi Load Cell ... 39

Tabel 4.1 Data Radiasi Matahari Pengukuran pada tanggal 1 Maret 2013 ... 46

Tabel 4.2 Perbandingan Data Hasil Pengujian Dengan BMKG Kota Medan ... 47

(18)

Tabel 4.13 Temperatur dan kelembaban ralatif (RH) pada 1 maret 2013 ... 65

Tabel 4.17 Moisture ratio cassava sampel pertama... 70

Tabel 4.18 Moisture ratio cassava sampel kedua ... 71

Tabel 4.19 Efisiensi mesin pengering untuk sampel 1 tanggal 1 maret 2013 ... 79

(19)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 MesinPengering ... 10

Gambar 2.2 Matahari ... 11

Gambar 2.3 Radiasi surya ... 13

Gambar 2.4 Lapisan atmosfer bumi ... 13

Gambar 2.5 Pergerakan bumi terhadap matahari ... 14

Gambar 2.6 Hubungan matahari dan bumi ... 14

Gambar 2.7 Sudut sinar dan posisi sinar matahari ... 17

Gambar 2.8 Komponen-komponen umum kolektor ... 22

Gambar 2.9 Kolektor surya pelat datar ... 23

Gambar 2.10 Kolektor surya prismatic ... 24

Gambar 2.11 Kolektor surya konsentrator ... 24

Gambar 2.12 Evacuated tube collector ... 25

Gambar 2.13 Perpindahan panas konduksi ... 26

Gambar 2.14 Perpindahan panas konveksi ... 27

Gambar 2.15 Perpindahan panas konveksi pada plat datar ... 27

Gambar 2.16 Perpindahan panas radiasi ... 28

Gambar 3.1 Mesin pengering ... 32

Gambar 3.2 Laptop... 33

Gambar 3.3 Agilient 34972 A ... 33

Gambar 3.4 Spesifikasi Agilient 34972 A ... 34

Gambar 3.5 HoboMicrostation data logger ... 35

Gambar 3.6 Alat ukur Hobo Microstation data logger... 38

Gambar 3.7 load cell ... 39

(20)

Gambar 3.9 Triplek ... 40

Gambar 3.10 Rockwool ... 40

Gambar 3.11 Kaca ... 41

Gambar 3.12 Styrofoam ... 41

Gambar 3.13 Pelat Seng ... 42

Gambar 3.14 Lem Kaca ... 42

Gambar 3.15 Cat ... 42

Gambar 3.16 Experimental set up ... 43

Gambar 3.17 Diagram blok proses pengerjaan skripsi ... 45

(21)

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 perbandingan data intensitas radiasi matahari hasil pengukuran pada

pengujian dengan data BMKG Kota Medan pada tanggal

1 Maret 2013 ... 51

Grafik 4.2 perbandingan data intensitas radiasi matahari hasil pengukuran pada pengujian dengan data BMKG Kota Medan pada tanggal 2 Maret 2013 ... 53

Grafik 4.3 perbandingan data intensitas radiasi matahari hasil pengukuran pada pengujian dengan data BMKG Kota Medan pada tanggal 5 Maret 2013 ... 54

Grafik 4.4 perbandingan data intensitas radiasi matahari hasil pengukuran pada pengujian dengan data BMKG Kota Medan pada tanggal

Grafik 4.9 Temperatur ruang pengering dan inti ubi kayu sampel 1 hari 1 ... 68

(22)

Grafik 4.14 moisture ratio ubi kayu sampel kedua ... 75

Grafik 4.15 ln MR vs waktu sampel 1... 76

(23)

DAFTAR SIMBOL

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

A Luas Penampang m2

A Altitude ( ketinggian dari permukaan laut ) km

B Konstanta Yang Bergantung Pada n

Panas Jenis kJ/kg K

Gsc Daya radiasi rata-rata yang diterima

atmosfer bumi (1367) W/m2

Radiasi Total W/m2

GrL Bilangan Grashof

(24)

hm Koefisien perpindahan massa m/s

I Tanggal

I Intensitas radiasi W/m2

k slope (drying constant) 1/menit

k Konduktivitas Bahan Termal W/mK

L Panjang kolektor m

L Setengah dari ketebalan slab (ukuran ubi kayu) m

Le Bilangan Lewis

Lloc Posisi Bujur o

Lst Standart Meridian untuk waktu lokal o

m Air mass

Moisture Ratio

M Massa spesimen pada saat pengeringan gr

Me Massa kering specimen gr

Mi Massa awal specimen gr

̇ Laju Aliran Massa Udara kg/s

Nu Bilangan nusselt

Re Bilangan Reynold

ST Solar Time (Jam Matahari)

(25)

s

Kecepatan karakteristik yang merupakan

fungsi jarak searah panjang plat (sumbu-y) m/s

Profil kecepatan dalam lapisan batas

(26)

Fraksi radiasi yang Dditeruskan untuk masuk

ke atmosphere bumi

Efisiensi %

µ Viskositas dinamik

Massa Jenis kg/m3

Emisivitas panas permukaan

Kontanta Stefan Boltzomann (5,67 x 10-8) W/m2 K4