commit to user
IV-1 BAB IV
PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Pada bab ini berisi pemaparan mengenai tahapan tahapan pengumpulan dan pengolahan data. Tahapan tahapan pengumpulan dan pengolahan data kemudian dijabarkan dan diuraikan pada sub bab berikut :
4.1. Evaluasi Terhadap Alat yang Sudah Ada
Pada subbab ini dijabarkan mengenai evaluasi terhadap rancangan alat yang sudah ada yaitu rancangan alat pengering milik Susilo, dkk. (2014), Agassi (2014), dan Muttaqin, dkk. (2015). Evaluasi dilakukan dengan mereview hasil penelitian yang dilakukan oleh Susilo, dkk. (2014), Sakinah (2015), Agassi (2014), Muttaqin, dkk. (2015), dan evaluasi dengan observasi kinerja alat di lapangan dan wawancara dengan pengguna. Evaluasi kinerja alat dilakukan guna meninjau performa alat secara keseluruhan apakah sudah memenuhi kebutuhan dan spesifikasi yang dibutuhkan oleh konsumen. Kemudian evaluasi difokuskan mengenai performa dari kotak pengumpul panas dikarenakan penelitian ini berfokus pada peningkatan performa kotak pengumpul panas. Dengan dilakukannya evaluasi kemudian akan terlihat bagian mana yang dapat dilakukan perbaikan dan pengembangan guna meningkatkan performa produk.
4.1.1. Rancangan Susilo, dkk. (2014)
Susilo, dkk. (2014) telah merancang alat pengering simplisia dengan metode indirect pasive solar dryer dengan sumber panas berasal dari sinar matahari. Rancangan alat tersebut terdiri dari kabin pengering, kotak pengumpul panas, dan connector.
Gambar 4.1 Rancangan Alat Pengering Solar Dryer Susilo, dkk. (2014) Sumber : Susilo, dkk. (2014)
commit to user
IV-2 4.1.2. Evaluasi Rancangan Susilo, dkk. (2014)
Setelah melakukan perancangan, Susilo, dkk. (2014) kemudian melakukan pengujian performa alat pengering. Menurut Susilo, dkk. (2014) hasil desain rancangan alat pengering simplisia sudah memenuhi semua kebutuhan dari konsumen sebagai pengguna alat. Desain alat pengering ini meliputi wadah pengering (chamber), atap, cerobong keluaran (exhaust), solar air collector, dan penghubung (connector). Secara fungsional masing masing komponen telah berfungsi dengan baik hal ini dapat dilihat dari kinerja alat yang mampu mempersingkat pengeringan simplisia sesuai dengan tujuan.
Desain kaki pada kotak pengumpul panas dibuat permanen dan melekat pada badan kotak pengumpul panas. Pada saat pengoperasionalan, desain tersebut mengalami kendala dengan sulitnya mobilitas alat. Disisi lain, material ikut mempengaruhi performa dari rancangan alat. Material yang digunakan sebagai penyerap dan penyimpan energi panas matahari terbuat dari seng gelombang. Penggunaan seng sebagai material perlu ditinjau ulang dikarenakan masih terdapat beberapa material yang memiliki sifat konduktivitas yang lebih baik. Warna cat pada seng juga memiliki pengaruh dalam penyerapan panas radiasi sinar matahari, penggunaan warna hitam mengkilap dirasa kurang maksimal dalam penyerapan panas karena warna mengkilat bersifat memantulkan cahaya matahari.
Sakinah (2014) telah melakukan evaluasi alat pengering rancangan dari Susilo, dkk. (2014). Rancangan tersebut dievaluasi menggunakan metode eksperimen sehingga diketahui performa nyata dari alat tersebut. Menurut Sakinah (2014), alat pengering simplisia indirect passive solar dryer mampu menghasilkan temperatur rata rata dalam kabin sebesar 47o Celsius dan hanya dapat mengeringkan maksimal 6 kg simplisia kunyit basah. Hal ini berbeda dengan penelitian yang dilakukan oleh Susilo, dkk. (2014), yang menyatakan bahwa rancangan pengering mempunyai kapasitas maksimum sebesar 25 kg simplisia basah.
4.1.3 Rancangan Agassi, dkk. (2014)
Agassi (2014) telah merancang alat pengering simplisia jahe sebagai pengembangan dari rancangan sebelumnya yaitu milik Susilo, dkk. (2014) guna meningkatkan suplai panas sehingga pengeringan alat ini menggunakan sumber
commit to user
IV-3
panas dari radiasi sinar matahari ditambah dengan backup panas dari kompor biomassa. Kapasitas maksimal pengeringan dari rancangan alat ini adalah sebesar 7 Kg. Berikut ini merupakan rancangan dari alat pengering milik Agassi (2014).
Gambar 4.2 Alat Pengering Rancangan Agassi, dkk. (2014) Sumber : Agassi, dkk. (2014)
4.1.4 Evaluasi Rancangan Agassi, dkk. (2014)
Menurut Agassi (2014) rancangan pengering simplisia khususnya kotak penyimpan panas tersebut memiliki beberapa kekurangan mengenai performa alat apabila dikaitkan dengan kebutuhan konsumen. Kekurangan yang pertama adalah peletakan kompor biomass yang berada tepat dibawah kabin menghasilkan asap yang masuk kedalam kabin sehingga kebersihan dari produk tidak terjaga. Dari segi kandungan pada simplisia, konsumen menginginkan hasil pengeringan simplisia memiliki kualitas yang baik dengan kandungan nutrisi yang tetap terjaga. Akan tetapi, hal ini tidak tercapai dikarenakan dengan penggunaan kompor biomass justru mengakibatkan pengeringan over heat. Batas maksimal pengeringan yang diperbolehkan adalah 60o celsius sedangkan hasil panas dari kompor biomass mencapai 75,5 o celsius.
commit to user
IV-4 4.1.5 Rancangan Muttaqin, dkk. (2015)
Muttaqin, dkk. (2015) telah melakukan perancangan alat pengering simplisia jahe menggunakan sumber panas dari radiasi sinar matahari dengan backup panas dari kompor biomassa sebagai pengembangan dari rancangan alat milik Agassi (2014). Perbedaan yang nyata pada rancangan dari Muttaqin, dkk. (2015) adalah peningkatan kapasitas pengeringan menjadi 9 Kg dan pemindahan posisi kompor biomass yang terpisah dengan kabin pengering sehingga asap hasil pembakaran tidak mencemari kabin sehingga produk hasil pengeringan akan tetap higienis. Berikut ini merupakan rancangan dari alat pengering milik Muttaqin, dkk. (2015).
Gambar 4.3 Alat Pengering Rancangan Muttaqin, dkk. (2015) Sumber :Muttaqin, dkk. (2014)
Dengan alat tersebut, kapasitas pengeringan telah meningkat dari alat sebelumnya yang dapat mengeringkan 7 Kg, menjadi 9 Kg. Segi kebersihan dari produk yang dikeringkan juga sesuai dengan keinginan konsumen karena asap pembakaran tidak masuk kedalam kabin. Akan tetapi, penggunaan kompor biomass menghasilkan temperatur yang tidak dapat dikontrol sehingga menghasilkan panas sebesar 61o celsius dan berdampak pada rusaknya produk
commit to user
IV-5
simplisia karena panas maksimal untuk memproduksi simplisia dengan kualitas yang baik adalah 60o celsius.
4.1.6. Evaluasi Berdasarkan Observasi Lapangan
Setelah mereview hasil penelitian dari Susilo, dkk. (2014), Sakinah (2014), Agassi (2014), dan Muttaqin, dkk. (2014), kemudian dilakukan observasi lapangan guna melihat langsung kinerja alat saat bekerja. Setelah melihat langsung performa alat saat bekerja, rancangan beberapa rancangan alat yang sudah ada memiliki beberapa permasalahan yang kemudian dapat digunakan guna perancangan selanjutnya sehingga performa alat dapat berjalan maksimal. Permasalahan tersebut dijabarkan pada tabel berikut ini :
Tabel 4.1 Kekurangan Alat Rancangan Sebelumnya
Permasalahan pertama adalah dari segi material, penggunaan seng dengan lapisan tunggal untuk plat kotak pengumpul panas dirasa kurang sesuai karena masih terdapat beberapa material yang dapat menyerap panas lebih optimal. Penggunaan cat besi yang berwarna mengkilap juga menjadi poin yang dipertimbangkan karena dari segi warna, warna hitam doff lebih menyerap panas dibanding warna mengkilap yang cenderung memantulan panas. Penggunaan cat besi juga dirasa kurang sesuai karena aplikasi alat yang digunakan pada kondisi panas dan hujan sehingga diperlukan cat dengan bahan khusus yang lebih tahan terhadap panas dan tidak menutup pori pori sehingga penyerapan radiasi lebih besar seperti penggunaan cat Hi-Tempt. Untuk material kotak pengumpul panas yang terbuat dari kayu, menimbulkan pertanyaan besar mengenai keawetannya. Sifat kayu yang dapat berjamur dan mengalami pelapukan akan mengalami permasalahan jangka panjang jika dilihat dengan alat yang digunakan diluar
Aspek Kekurangan Akibat
Material Penggunaan Seng sebagai media
penyerapan panas Penyerapan kurang maksimal
Material Penggunaan besi Performa dan keawetan kurang
Material Warna cat yang cenderung glossy Mengurangi performa penyerapan panas Material Penggunaan kayu sebagai material utama Durability yang buruk
Teknis Rancangan kaki yang permanen
(tidak ada roda) Fleksibilitas rendah
Teknis Penahan plat penyerap panas yang
membujur horizontal Mengganggu aliran udara panas Teknis Kemiringan kotak pengumpul panas
yang kurang sesuai Penyerapan radiasi matahari kurang maksimal Teknis Penggunaan kompor biomass Mengurangi sisi kepraktisan operator dan faktor ekonomis Kapasitas Kapasitas kecil Kurang mencukupi kebutuhan pengguna
commit to user
IV-6
ruangan yang terkena paparan panas dan hujan. Selain berdampak pada kerusakan alat, adanya jamur juga menyebabkan produk hasil pengeringan kurang higienis. Dikarenakan pengeringan yang kurang steril dengan adanya jamur ditambah produk pengeringan merupakan bahan baku obat yang menuntut kualitas dan kebersihan yang baik.
Gambar 4.4 Kotak Pengumpul Panas yang Ada saat Ini
Untuk segi teknis, rancangan kaki kotak pengumpul panas yang dibuat permanen akan menimbulkan permasalahan ketika dilakukan pemindahan alat. Rancangan tersebut cenderung memiliki fleksibilitas yang rendah. Kemudian, rancangan Susilo, dkk. (2014) menyangkut penahan seng gelombang yang dibuat melintang horisontal akan menghalangi sirkulasi udara yang masuk sehingga aliran udara akan terhambat part penahan. Hal ini dapat dilihat pada gambar 4.5 part penahan.
Gambar 4.5 Part Penahan Sumber : Susilo, dkk. (2014)
commit to user
IV-7
Susilo, dkk. (2014) merancang kotak pengumpul panas dengan kemiringan sebesar 35o, sedangkan alat kotak pengumpul panas milik Agassi (2014) dan Muttaqin, dkk. (2015) menggunakan kemiringan sebesar 15o. Kemiringan tersebut masih perlu dilakukan evaluasi apakah dengan kemiringan sebesar 35o dan 15o,
kotak pengumpul panas dari alat yang sudah ada akan mendapatkan radiasi matahari yang optimal karena menurut Pangestuningtyas, dkk. (2013), sudut kotak pengumpul panas yang optimal dalam penerimaan radiasi matahari di Jawa Tengah adalah 9o. Mengingat letak geografis Kabupaten Karanganyar yang termasuk bagian dari Jawa Tengah sebagai tempat digunakannya alat yang merupakan daerah dekat garis khatulistiwa dengan posisi 7o lintang selatan.
Penggunaan kompor biomass memang mampu meningkatkan temperatur pengeringan secara signifikan. Akan tetapi, penggunaan kompor biomass menghasilkan permasalahan yaitu tidak adanya kontrol temperatur sehingga rancangan alat yang menggunakan biomass pasti mengalami over heat sehingga nutrisi yang berada pada simplisia hilang dan produk mengalami penurunan kualitas. Selain itu, keluhan pengguna mengenai kepraktisan alat juga menjadi pertimbangan dikarenakan dengan adanya kompor biomass,pengguna harus selalu stand by mengawasi dan menyuplai bahan bakar untuk menyalakan kompor. Dan pertimbangan terakhir mengenai penggunaan kompor biomass yang harus dipertimbangkan adalah tren semakin meningkatnya produsen simplisia sehingga harga menjadi fluktuatif dan oleh karena itu produsen simplisia cenderung menekan biaya produksi untuk menghadapi harga yang fluktuatif. Oleh karena itu, perlu dilakukan pertimbangan ulang mengenai penggunaan rancangan alat pengering menggunakan kompor biomass.
Dari segi kapasitas pengeringan, rancangan milik Susilo, dkk. (2014) mampu menampung kapasitas rimpang simplisia basah sebesar 6 Kg, dengan lama waktu pengeringan selama 4 hari. Kemudian dikembangkan lagi rancangan alat pengering oleh Agassi (2014) sehingga menghasilkan alat dengan kapasitas pengeringan sebesar 7 Kg dengan lama waktu pengeringan selama 8 jam. Sedangkan rancangan Muttaqin, dkk. (2015) mampu menampung rimpang basah sebesar 9 Kg untuk dilakukan pengeringan. Akan tetapi, dengan kapasitas maksimal yaitu rancangan milik Muttaqin, dkk. (2015) sebesar 9 Kg, masih belum
commit to user
IV-8
mampu untuk memenuhi kebutuhan konsumen dikarenakan panen dari produk simplisia yang mampu mencapai satuan ton. Oleh karena itu diperlukan rancangan alat pengering yang memiliki kapasitas pengeringan yang besar dengan hasil dari pengeringan yang berkualitas pula.
4.1.7 Identifikasi Kebutuhan Rancangan Terbaru
Identifikasi kebutuhan rancangan terbaru dibuat untuk menggali kebutuhan terbaru dari pengguna setelah mengaplikasikan rancangan milik Susilo, dkk. (2014) guna memenuhi kebutuhan dan meningkatkan performa pengeringan simplisia basah dengan tetap mempertimbangkan kebutuhan lama dari pengguna. Identifikasi kebutuhan rancangan dilakukan dengan melakukan wawancara kepada pengguna alat yaitu petani biofarmaka di Karanganyar. Berdasarkan hasil wawancara, terdapat beberapa kebutuhan tambahan pada alat guna memudahkan penggunaan alat dilapangan dari sisi pengguna yaitu petani biofarmaka. Hasil dari wawancara kemudian diterjemahkan menjadi kebutuhan pengguna. Kebutuhan pengguna disajikan pada tabel 4.2
Tabel 4.2 Kebutuhan Pengguna Terbaru
No. Identifikasi kebutuhan pengguna
1 Jumlah simplisia yang dikeringkan kurang banyak
2 Sulit dipindahkan 3 Awet
4 Bersih
Tabel 4.3 Kebutuhan Alat yang Sudah Ada
Sumber Susilo, dkk. (2014)
No. Identifikasi Kebutuhan Pengguna Kebutuhan Teknis 1 Simplisia terhindar dari kontaminasi kotoran
debu, dan cemaran lainnya
2 Pengeringan simplisia tidak langsung dibawah sinar matahari
3 Simplisia tidak dipindah pindah saat proses pengeringan
4 Tidak membutuhkan area yang luas Kapasitas besar pada area yang kecil 5 Proses pengeringan cepat dan sesuai standar
Suhu pengeringan optimal, yaitu dengan mempertimbangkan standar suhu pengeringan simplisia berkisar 40-60 derajad celsius dan tingkat kelembaban dibawah 55% (standar balitro)
6
Sumber energi murah
Alat pengering simplisia bebas sumber energi,memanfaatkan energi panas matahari
7
Mudah dalam pengoperasian
Setting alat pengering simplisia mudahdan tidak membutuhkan waktu yang lama
8 Mudah dalam perawatan Material yang digunakan ramah lingkungan dan mudah dalam perawatan Proses pengeringan simplisia didalam ruang tertutup / chamber
commit to user
IV-9
Setelah diketahui kebutuhan pengguna alat berdasarkan wawancara, kemudian kebutuhan pengguna tersebut ditransformasikan menjadi kebutuhan teknis dari rancangan. Langkah awal transformasi kebutuhan pengguna menjadi kebutuhan teknis rancangan adalah merubahnya menjadi kebutuhan teknis alat pengering simplisia secara umum. Setelah diketahui mengenai kebutuhan teknis alat pengering simplisia secara umum, kemudian dilakukan breakdown lanjutan mengenai kebutuhan teknis yang spesifik pada rancangan kotak pengumpul panas. Kebutuhan teknis disini difokuskan kepada kebutuhan teknis kotak pengumpul panas dikarenakan penelitian ini berfokus pada pengembangan kotak pengumpul panas. Tabel 4.4 menunjukkan kebutuhan teknis dari rancangan alat.
Tabel 4.4 Kebutuhan Teknis Alat Pengering Simplisia
Tabel 4.5 Kebutuhan Teknis Solar Collector
Berikut ini merupakan penjelasan mengenai kebutuhan teknis dari kotak pengumpul panas.
1. Kemampuan penyerapan radiasi pada kotak pengumpul panas ditingkatkan Dengan adanya kebutuhan mengenai kapasitas pengeringan simplisia yang diperbesar, maka akan memunculkan beberapa kebutuhan lanjutan menyangkut rancangan kotak pengumpul panas. Dengan diperbesarnya kabin
No. Identifikasi kebutuhan pengguna Kebutuhan teknis 1 Jumlah simplisia yang dikeringkan kurang banyak Kapasitas kabin pengering diperbesar
2 Sulit dipindahkan Mobilitas dari alat pengering simplisia ditingkatkan dengan penggunaan roda dan material yang lebih ringan
3 Awet
Penggunaan material seperti galvalum dan papan ACP yang memiliki ketahanan terhadap suhu panas, dingin, korosi dan pelapukan sebagai material penyusun
Pengeringan dilakukan didalam wadah
Material penyusun alat terbuat dari bahan yang terhindar dari jamur dan karat 4 Bersih
No
3
4
Penggunaan material seperti galvalum dan papan ACP yang memiliki ketahanan terhadap suhu panas, dingin, korosi dan pelapukan sebagai material penyusun Penggunaan material logam seperti galvalum dan papan ACP menghindarkan alat dari kotoran seperti jamur dan karat
Kebutuhan teknis solar colector
1
Meminimalkan panas yang keluar melalui konduktivitas dan radiasi kaca dengan penggunaan sistem insulasi
Kebutuhan energi panas meningkat, sehingga kemampuan penyerapan radiasi pada solar collector harus ditingkatkan
2
Solar collector mudah dipindahkan sesuai dengan kebutuhan dengan penggunaan roda pada rancangan
commit to user
IV-10
pengering, dibutuhkan rancangan kotak pengumpul panas yang mampu menghasilkan panas jauh lebih besar dibandingkan dengan rancangan sebelumnya yang memiliki kapasitas 6 kg dan diperlukan sistem isolasi sehingga panas yang telah terkumpul tidak keluar melalui konduktivitas material. Dengan ditambahnya volume kabin pengering dan bertambahnya jumlah rimpang basah maka diperlukan penyerapan radiasi panas matahari yang lebih banyak agar panas yang diterima optimal dalam usaha mengeringkan simplisia basah.
2. Meminimalkan panas yang keluar dari kotak pengumpul panas
Penggunaan lapisan kaca pada kotak pengumpul panas, menyebabkan terjadinya perpindahan panas baik melalui konveksi maupun radiasi. Perpindahan panas tersebut menyebabkan panas yang berada di dalam kotak pengumpul panas akan keluar sehingga temperatur yang dicapai tidak optimal. Oleh karena itu dibutuhkan suatu konsep sistem isolasi yang tepat sehingga akan menghambat panas didalam kotak pengering yang keluar.
3. Kotak pengumpul panas mudah dipindahkan sesuai dengan kebutuhan Rancangan kotak pengumpul panas Susilo, dkk.(2014) dengan kaki kaki yang permanen akan menyulitkan pengguna pada saat mobilitas alat, baik penyimpanan maupun penyesuaian pada posisi matahari mengingat matahari berpindah sesuai dengan lintasannya dari bagian bumi belahan utara ke bagian bumi belahan selatan. Oleh karena itu kemudian diperlukan rancangan perbaikan yang memudahkan pengguna dalam mobilitas kotak pengumpul panas sehingga ketika dibutuhkan perpindahan posisi sesuai dengan kebutuhan, pengguna dapat memindahkan dengan mudah.
4. Penggunaan material logam seperti galvalum dan papan ACP
Pada alat pengering simplisia rancangan Susilo, dkk. (2014), kotak pengumpul panas dibuat dengan bahan kayu pada bagian luarnya. Hal ini menimbulkan permasalahan pada keawetan alat dikarenakan penggunaan alat yang dilakukan diluar ruangan dengan paparan matahari yang panas serta terpaan hujan akan berdampak pada material penyusunnya yang terbuat dari kayu. Walaupun sudah dilapisi dengan cat, kayu memiliki sifat yang rentan terhadap jamur dan pelapukan apabila diaplikasikan untuk luar ruangan
commit to user
IV-11
sehingga diperlukan material penyusun lain yang lebih tahan terhadap terpaan cuaca yaitu dengan penggunaan papan ACP dan galvalum yang tahan karat sehingga memiliki ketahanan dan usia pakai alat yang lebih panjang.
Selain itu, penggunaan kayu sebagai material penyusun rancangan alat pengering milik Susilo, dkk. (2014) selain menimbulkan permasalahan pada keawetannya, juga akan berdampak pada kebersihan dari proses pengerjaan. Dengan penggunaan kayu, akan menimbulkan tumbuhnya jamur pada alat. Adanya jamur tersebut akan mengurangi kualitas dan kebersihan dari produk yang dikeringkan mengingat produk tersebut merupakan bahan baku dari obat yang menuntut kebersihan dan kualitas yang baik sehingga dibutuhkan material yang terhindar dari jamur, spora, dan pengotor lainnya. Salah satu material yang memiliki keunggulan tersebut adalah papan ACP, dan galvalum.
4.2 Perencanaan
Setelah dilakukan identifikasi mengenai alat yang sudah ada, observasi, dan wawancara, kemudian tahapan selanjutnya adalah dimulainya tahap perencanaan berdasarkan hasil dari identifikasi yang telah dilakukan. Berikut ini merupakan faktor faktor yang telah didapatkan dari tahapan sebelumnya berupa evaluasi alat yang sudah ada, observasi lapangan, dan wawancara dengan pengguna mengenai kebutuhan alat. Faktor faktor tersebut nantinya digunakan sebagai dasar bahan kebutuhan rancangan alat pengering simplisia. Faktor faktor tersebut digambarkan dalam bagan berikut ini :
commit to user
IV-12
Gambar 4.6 Bagan Kebutuhan Teknis
Kapasitas kabin pengering diperbesar
Kebutuhan Konsumen Jumlah simplisia yang
dikeringkan kurang banyak Rancangan Kotak Pengumpul
Panas
Kebutuhan Teknis
Meminimalkan panas yang memantul dan keluar melalui
konduktivitas kaca
Kebutuhan energi meningkat, kemampuan penyerapan radiasi
pada kotak pengumpul panas ditingkatkan
Kebutuhan Teknis Kotak Pengumpul Panas
Perbaikan isolasi panas pada bagian lapisan kaca
Melipatgandakan cahaya masuk ke kotak pengumpul panas
Penerapan konsep lapisan kaca
ganda Penerapan konsep reflektor Penyesuaian posisi kemiringan
alat
Penyesuaian kemiringan kotak pengumpul panas dengan posisi
lintang lokasi
Kemiringan kotak pengumpul panas 9 derajad Memperluas penampang
penyerap panas
Penggunaan seng gelombang galvalum susun ganda Penggunaan cat penyerap panas
Penggunaan cat semprot hi tempt yang dapat menyerap panas optimal
dan tahan terhadap suhu tinggi
Posisi di depan Kotak pengumpul panas dan menempel pada kabin
Stainless stell Menggunakan material kaca
dan akrilik
Susunan akrilik didalam, dengan kaca di luar sebagai
commit to user
IV-13
Gambar 4.6 Bagan Kebutuhan Teknis (Lanjutan)
Sulit Dipindahkan Tidak Awet Kotor dan Berjamur Kebutuhan Konsumen
Rancangan Kotak Pengumpul Panas
Mobilitas alat pengering ditingkatkan
Alat pengering simplisia memiliki ketahanan dalam waktu yang lama dengan material penyusun
alat terbuat dari bahan yang tahan terhadap suhu luar, terpaan angin, dan hujan
Pengeringan dilakukan di dalam wadah
Material terbuat dari bahan yang tidak berjamur dan
berkarat Kebutuhan Teknis Kotak pengumpul panas mudah dipindahkan Terbuat dari material ringan
Alat pengering simplisia memiliki ketahanan dalam waktu yang lama dengan material penyusun
alat terbuat dari bahan yang tahan terhadap suhu luar, terpaan angin, dan hujan
Material terbuat dari bahan yang tidak berjamur dan
berkarat
Kebutuhan Teknis Kotak Pengumpul Panas
Kaki Kaki menggunakan roda
Material rangka terbuat dari galvalum
Material body menggunakan panel komposti alumunium
Material papan penyerapan menggunakan galvalum
commit to user
IV-14
4.3 Pengembangan Konsep Prototipe Sebagai Alternatif Solusi Permasalahan
Pada tahap Pengembangan Konsep Prototipe terdiri dari tahapan membangkitkan konsep rancangan dan pengembangan sebagai alternatif solusi permasalahan yang ada.
Tahapan ini merupakan tahapan dimana konsep rancangan dibuat berdasarkan dari kebutuhan konsumen yang telah diperoleh dari beberapa tahapan sebelumnya yaitu evaluasi dari Susilo, dkk. (2014), Sakinah (2014), observasi lapangan, dan wawancara mengenai kebutuhan terbaru dari pengguna. Untuk mengatasi permasalahan yang ada pada alat pengering sebelumnya dengan peningkatan kapasitas, terdapat dua alternatif konsep yang dapat diterapkan. Konsep pertama adalah penggunaan sistem reflektor cahaya dan yang kedua adalah penggunaan lapisan kaca ganda.
4.3.1 Konsep Reflektor Cahaya
Reflektor cahaya merupakan papan yang dapat memantulkan cahaya yang digunakan untuk melipat gandakan cahaya yang masuk menuju kotak pengumpul panas. Dengan semakin banyaknya cahaya yang masuk, radiasi matahari yang diterima papan akan semakin banyak sehingga panas yang akan dihasilkan kotak pengumpul panas akan semakin besar (Scanlin, dkk. 1999). Pemilihan penggunaan konsep reflektor cahaya dikarenakan menimbang dari kebutuhan mengenai efektivitas tempat. Kotak pengumpul panas sebenarnya dapat menangkap lebih banyak radiasi apabila ukuran dari kotak tersebut diperbesar. Akan tetapi, kebutuhan konsumen mengenai efektivitas tempat serta biaya tidak terpenuhi. Oleh karena itu, kemudian alternatif konsep penggunaan reflektor sebagai pemantul cahaya digunakan karena dengan penggunaan reflektor, dengan ukuran kotak yang sama akan dapat menerima radiasi matahari yang lebih besar. Berikut ini konsep reflektor yang diterapkan :
commit to user
IV-15
Gambar 4.7 Konsep Reflektor Cahaya
4.3.2 Konsep Lapisan Kaca Ganda
Pada rancangan alat sebelumnya, lapisan kaca pada kotak pengumpul panas dirancang dengan hanya satu lapis kaca. Hal ini menyebabkan panas di dalam kotak pengumpul mudah untuk keluar dari kotak pengumpul panas dikarenakan konduktivitas kaca yang masih cukup besar serta penggunaan kaca satu lapis yang kurang mengisolasi panas. Sehingga kemudian dilakukan perbaikan konsep dengan menerapkan sistem kaca lapisan ganda sehingga kotak pengumpul panas dapat mengisolasi panas lebih baik dan panas yan telah terkumpul tidak terlalu banyak terbuang keluar (Scanlin, dkk. 1999). Berikut ini konsep penerapan lapisan kaca ganda :
commit to user
IV-16 4.4 Perancangan Tingkat Sistem
Setelah dilakukan pengembangan konsep dalam rangka pencarian solusi permasalahan yang ada, tahapan selanjutnya adalah perancangan tingkat sistem. Perancangan tingkat sistem dilakukan untuk memberikan gambaran mekanisme / sistem kerja alat kotak pengumpul panas baik dari konsep reflektor maupun konsep lapisan kaca ganda. Mekanisme kotak pengering dengan konsep reflektor bisa dilihat pada gambar 4.9.
Gambar 4.9 Sistem Kerja Reflektor
Mekanisme kerja kotak pengumpul panas menggunakann konsep reflektor pada Gambar 4.9 Diawali dari sinar matahari yang menyinari kaca kotak pengumpul panas yang kemudian sinar tersebut masuk ke dalam kotak dengan terdapat sebagian sinar yang terpantul keluar. Untuk meningkatkan suplai panas dari kotak pengumpul panas, digunakanlah reflektor yang berfungsi untuk memantulkan sinar matahari yang tidak masuk kekaca menuju kotak pengumpul panas, sehingga cahaya yang masuk berlipat ganda. Sinar matahari yang masuk kedalam kotak pengumpul panas tersebut kemudian terjebak didalam kotak dan kemudian material penangkap panas mulai bekerja dengan menangkap dan menyimpan panas yang dihasilkan dari terjebaknya sinar radiasi matahari. Pada saat yang bersamaan, udara luar masuk menuju kotak pengumpul panas melalui lubang inlet yang berada di depan. Udara yang masuk tersebut kemudian menerima pengaruh dari panas hasil serapan radiasi matahari sehingga udara tersebut berubah menjadi udara panas. Dengan memanfaatkan sifat udara panas
commit to user
IV-17
yang bergerak naik, kemudian udara panas tersebut mengalir menuju kabin pengering dikarenakan kotak pengumpul panas memiliki kemiringan sebesar 9o.
Gambar 4.10 Sistem Kerja Lapisan Kaca Ganda
Gambar 4.10 merupakan gambaran dari sistem lapisan kaca ganda. Penggunaan lapisan kaca tunggal akan menghasilkan alat denga insulasi yang kurang baik, hal ini dikarenakan lapisan kaca tunggal dengan menggunakan kaca yang memiliki konduktivitas yang tinggi akan mengeluarkan temperatur panas yang ada didalam kotak pengumpul panas secara konveksi maupun radiasi. Oleh karena itu kemudian digunakan konsep lapisan kaca ganda sehingga akan mendapatkan sistem insulasi yang lebih baik yang pada akhirnya temperatur panas yang keluar dapat di minimalkan. Penggunaan lapisan kaca ganda memungkinkan pencegahan dari perpindahan panas secara konveksi maupun radiasi dikarenakan jarak yang berisi udara diantara kedua lapisan yang terlalu kecil bagi udara untuk melakukan sirkulasi (Weiss, 2012). Udara yang terperangkap merupakan konduktor yang sangat lemah sehingga panas dapat diinsulasi dengan baik (The national Insulator Assosiation, 2015).
4.5 Perancangan Tingkat Detail
Setelah perancangan tingkat sistem selesai dilakukan, kita telah mendapatkan alternatif konsep sistem mengenai cara kerja dari konsep yang akan digunakan sebagai solusi dari permasalahan yang ada. Langkah selanjutnya adalah perancangan tingkat detail. Tahapan ini mencakup spesifikasi lengkap kotak pengumpul panas mulai dari bentuk, material, serta susunan yang digunakan. Detail rancangan kotak pengumpul panas dibuat dengan menggunakan software Solidwork 2013.
commit to user
IV-18
Gambar 4.11 Kotak Pengumpul Panas
Kotak pengumpul panas merupakan alat bagian dari pengering simplisia tenaga matahari yang memiliki fungsi untuk mengumpulkan panas dari radiasi sinar matahari yang kemudian diubah menjadi udara panas yang dialirkan menuju kabin pengering untuk melakukan proses pengeringan rimpang basah. Rancangan detail kolektor terdiri dari beberapa bagian yaitu rangka kotak pengumpul panas, lapisan kaca ganda, plat penangkap panas matahari, dan reflektor. Berikut ini merupakan detail dari rancangan kotak pengumpul panas :
1. Rangka kotak pengumpul panas
Rangka kotak pengumpul panas merupakan bagian dari kotak pengumpul panas yang berfungsi untuk meletakkan dan melindungi plat pengumpul panas dan lapisan kaca ganda, serta sebagai tempat menopang reflektor sehingga bagian bagian tersebut dapat terakit dan membentuk suatu sistem kerja. Selain fungsi tersebut, rangka kotak pengumpul panas memiliki fungsi penting untuk menampung udara dari luar yang kemudian mengalami pemanasan sebelum akhirnya dialirkan ke kabin pengering. Rangka tersebut bertugas untuk menampung dan mencegah udara yang dipanaskan untuk keluar sehingga temperatur udara yang sudah panas dapat terjaga dan kemudian dialirkan menuju kabin pengering. Rangka kotak pengumpul panas disusun oleh material berupa galvalum sebagai frame dan papan yang terbuat dari aluminum composite panel. Pemilihan material tersebut didasarkan pada kebutuhan konsumen yang
commit to user
IV-19
menginginkan alat dapat bertahan dalam waktu yang lama, bersih terhindar dari jamur dan karat, serta ringan. Penggunaan galvalum sebagai frame rangka dikarenakan galvalum memiliki sifat yang kuat dan ringan. Pemilihan aluminum composite panel sebagai papan penutup frame didasari oleh sifat dari material tersebut yang tahan terhadap temperatur luar, dan merupakan insulator yang baik. Rancangan rangka kotak pengumpul panas didesain memiliki kemiringan sebesar 9o mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh pangestuningtyas, dkk. (2013) sebagai sudut yang optimal dalam penerimaan panas radiasi matahari.
Dimensi dari kotak pengumpul panas dengan lebar lubang inlet sebesar 20 cm, tinggi inlet sebesar 20 cm, serta panjang lubang inlet sebesar 120 cm. Pada bagian inlet, terdapat jaring mesh yang berfungsi untuk menghindari kotoran yang masuk kedalam kotak pengumpul panas. Dalam perancangan inlet, terdapat fitur berupa pengaturan bukaan udara yang akan masuk sehingga kita dapat mengatur kebutuhan suplai udara yang akan masuk ke kotak pengumpul panas. Untuk bagian kotak tempat diletakkannya plat penyerap panas, memiliki dimensi dengan panjang 200 cm, lebar 120 cm, dengan tinggi 20 cm. Connector dirancang untuk mengalirkan udara panas menuju kabin pengering. Connector pada rancangan ini memiliki dimensi dengan panjang bagian bawah 40 cm, lebar 120 cm tinggi 20 cm, serta panjang bagian atas 19 cm. Gambar detail rancangan rangka kotak pengumpul panas dapat dilihat pada gambar 4.
commit to user
IV-20
2. Lapisan kaca ganda
Lapisan kaca ganda pada rancangan kotak pengering simplisia tenaga matahari berfungsi sebagai lapisan yang meneruskan cahaya matahari agar bisa masuk kedalam kotak pengumpul panas sehingga kemudian panas tersebut dapat terjebak. Selain berfungsi untuk meneruskan, lapisan kaca ganda juga berfungsi sebagai insulasi panas sehingga panas yang telah terjebak didalam kotak pengumpul panas tidak keluar. Penggunaan lapisan kaca ganda memungkinkan pencegahan dari perpindahan panas secara konveksi maupun radiasi dikarenakan jarak yang berisi udara diantara kedua lapisan yang terlalu kecil bagi udara untuk melakukan sirkulasi (Weiss, 2012). Udara yang terperangkap merupakan konduktor yang sangat lemah sehingga panas dapat diinsulasi dengan baik (http://www.gcsescience.com). Lapisan kaca ganda dalam rancangan ini memiliki beberapa alternatif material yaitu kaca, akrilik dan polycarbonat.
1. Kaca
Penggunaan material kaca dengan kaca pada lapisan double glazing memiliki beberapa kelemahan dan kelebihan. Kelebihan dari penggunaan material tersebut adalah sifat kaca yang lebih keras dibandingkan material seperti akrilik dan polycarbonate sehingga lebih tahan gores dan tahan terhadap temperatur luar. Akan tetapi, kaca memiliki konduktivitas yang tinggi yaitu 0,8 W/mK dengan transmisi panas sebesar 88 % sehingga panas yang ada didalam kotak pengumpul panas lebih banyak terbuang dibandingkan dengan akrilik dan polycarbonate. Kaca juga memiliki nilai transmisi cahaya sebesar 90 %, lebih rendah dibandingkan akrilik. Untuk berat jenis, kaca memiliki berat jenis sebesar 2400-2800 kg/m3 sehingga lebih berat dibanding material lain (http://materialsworld.utep.edu).
2. Akrilik
Akrilik merupakan bahan yang mampu meneruskan cahaya lebih baik dari pada kaca yaitu sebesar 92-95 % dan memiliki konduktivitas yang lebih kecil dibandingkan kaca sehingga dapat menyimpan panas lebih baik dibandingkan dengan kaca. Konduktivitas termal dari akrilik
commit to user
IV-21
adalah 0,17 W/mK dengan transmisi panas berkisar antara 63-68%. Dengan berat jenis akrilik sebesar antara 1150-1190 kg/m3 sehingga lebih ringan dibandingkan dengan kaca. Akan tetapi, akrilik memiliki kelemahan yaitu kurang tahan terhadap lingkungan luar sehingga ketika diaplikasikan pada rancangan, lapisan akrilik akan mudah tergores serta harga yang lebih mahal dibandingkan kaca (http://materialsworld.utep.edu).
3. Polycarbonate
Polycarbonate merupakan bahan lain selain akrilik dan kaca yang dapat meneruskan cahaya sehingga cocok digunakan untuk lapisan glazing. Kelebihan dari polycarbonate adalah ketahanan impact nya yang lebih baik dibandingkan dengan akrilik dan kaca. Akan tetapi, polycarbonate lebih lunak dibandingkan dengan kaca dan akrilik sehingga lebih mudah tergores. Polycarbonate dapat meneruskan cahaya sebesar 87% dengan konduktivitas termal sebesar 0,19-0,22 W/mK lebih baik dibandingkan dengan kaca. Berat jenis dari polycarbonate adalah sebesar 1200 – 1220 kg/m3 lebih rendah dibandingkan dengan kaca, dengan harga yang lebih mahal dibandingkan akrilik dan kaca (http://materialsworld.utep.edu).
Lapisan kaca ganda dalam rancangan ini disusun dari dua material dengan lapisan luar menggunakan kaca dan lapisan dalam menggunakan akrilik. Penggunaan kaca sebagai lapisan luar disebabkan oleh kemampuan kaca dalam menahan temperatur luar baik dari terpaan panas maupun hujan dan ketahanan gores yang lebih baik dibandingkan dengan akrilik. Penggunaan akrilik didasari oleh sifatnya yang memiliki konduktivitas yang kecil sehingga udara panas akan terisolasi serta penerusan cahaya yang blebih baik dibandingkan dengan kaca maupun ploycarbonate. Berikut ini merupakan gambaran rancangan detail dari lapisan kaca ganda :
commit to user
IV-22
Gambar 4.13 Lapisan Kaca Ganda
Gambar 4.14 Lapisan Kaca Ganda (Irisan)
3. Plat penangkap panas
Plat penangkap panas memiliki peranan yang sangat penting dalam pemanasan udara luar yang masuk kedalam kotak pengumpul panas. Plat penangkap panas berfungsi untuk menangkap panas dan menyimpannya sehingga kemudian digunakan untuk memanaskan udara yang masuk kedalam kotak pengumpul panas. Pada rancangan kotak pengumpul panas ini, plat pengumpul panas dirancang menggunakan bahan seng gelombang berbahan galvalum. Galvalum dipilih karenakonduktivitas termalnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan seng yaitu sebesar 166 W/m˚K (http://materialsworld.utep.edu). Alasan lain adalah dikarenakan objek yang dikeringkan merupakan bahan baku pembuatan obat, maka diperlukan bahan yang tahan terhadap karat sehingga objek yang dikeringkan dalam hal ini simplisia dapat terjaga kebersihannya.
Pemilihan plat gelombang dibandingkan dengan plat datar memiliki alasan karena plat gelombang memiliki luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan plat datar. Pada rancangan ini, plat gelombang yang diaplikasikan disusun menjadi dua lapis untuk mempertebal sehingga simpanan panas dapat bertahan lebih lama. Dimensi dari plat penangkap panas memiliki panjang sebesar 200 cm dengan lebar sebesar 110 cm. Penyangga plat pengumpul panas juga didesain berbeda dengan rancangan
commit to user
IV-23
alat sebelumnya. Penggunaan penyangga dengan bentuk C memungkinkan udara yang masuk akan tetap mengalir secara lancar sehingga tidak terhambat oleh penahan dari plat pengumpul panas. Berikut ini merupakan gambaran dari plat pengumpul panas :
Gambar 4.15 Penangkap Panas
4. Reflektor
Reflektor dalam rancangan ini memiliki fungsi dalam peningkatan suplai panas kotak pengumpul panas. Reflektor dapat melipat gandakan cahaya yang masuk kedalam kotak pengumpul panas sehingga kemudian suplai panas dari kotak pengumpul panas dapat optimal dan pemanasan udara yang masuk akan berjalan dengan baik. Dengan adanya peningkatan kapasitas pengeringan, penggunaan reflektor diharapkan mampu memberikan suplai panas yang lebih banyak sehingga dengan adanya pertambahan kapasitas tidak menurunkan performa pengeringan. Pada rancangan ini, terdapat tiga alternatif peletakan posisi reflektor yaitu bagian depan belakang, bagian samping, dan reflektor empat sisi.
Konsep Reflektor Depan Belakang
Konsep ini merupakan penerapan konsep reflektor pada kotak pengumpul panas dengan posisi peletakan reflektor berada di depan dan belakang. Berikut ini merupakan gambar dari konsep ini :
commit to user
IV-24
Posisi reflektor yang diletakkan pada bagian depan dan belakang memiliki kelebihan yaitu kesederhanaan dalam penggunaan karena tidak memerlukan pengaturan yang terlalu sering, ringan, serta tidak memakan tempat yang luas. Akan tetapi, posisi reflektor pada bagian depan dan belakang hanya mampu mengakomodasi pemantulan cahaya pada matahari tinggi, dan tidak efektif ketika mata hari rendah seperti pagi dan sore.
Konsep Reflektor Samping
Konsep ini merupakan penerapan konsep reflektor pada kotak pengumpul panas dengan posisi peletakan reflektor berada di samping kotak pengumpul panas. Berikut ini merupakan gambar dari konsep ini :
Gambar 4.17 Konsep Reflektor Samping
Posisi reflektor pada bagian samping dapat mengakomodasi pemantulan cahaya pada posisi matahari rendah, akan tetapi kurang maksimal untuk pemantulan matahari tinggi. Konsep reflektor samping perlu dilakukan perhitungan mengenai pengaturan sudut reflektor yang baik agar tidak menghasilkan bayangan hitam yang dapat mengurangi penangkapan radiasi matahari. Serta memakan lebih banyak tempat untuk peletakan alat.
Konsep Reflektor Empat Sisi
Konsep ini merupakan penerapan konsep reflektor pada kotak pengumpul panas dengan posisi peletakan reflektor berada di bagian depan, belakang, dam samping kotak pengumpul panas. Berikut ini merupakan gambar dari konsep ini :
commit to user
IV-25
Gambar 4.18 Konsep Reflektor Empat Sisi
Penerapan reflektor pada keempat sisi seperti pada gambar akan dapat melipat gandakan cahaya yang masuk kedalam kotak pengumpul panas baik pada saat matahari rendah maupun tinggi. Akan tetapi diperlukan pengaturan sudut yang sesuai untuk menghasilkan pemantulan yang baik tanpa menghasilkan bayangan hitam pada reflektor sisi samping, serta alat menjadi lebih memakan tempat dan berat.
Pada rancangan Scanlin (1999), tempat peletakan reflektor terdapat pada bagian depan dan belakang. Pada penelitian ini, bagian samping kotak pengumpul panas ditambahkan reflektor untuk semakin meningkatkan panas yang dihasilkan. Karena dengan adanya reflektor samping, kotak pengumpul panas dapat menghasilkan suplai panas yang lebih tinggi ketika posisi matahari rendah. Material penyusun reflektor terbuat dari bahan stainless stell dengan finishing mengkilap pada bagian permukaan sehingga dapat memantulkan cahaya. Penggunaan stainless stell sebagai bahan reflektor cahaya di dasari oleh beberapa alasan yaitu mengenai keawetan dan resiko kerusakan. Plat stainless stell memiliki daya tahan terhadap temperatur luar yang lebih baik dibandingkan dengan cermin baik dalam hal panas maupun hujan. Disisi lain, karena pengaplikasian reflektor yang mengharuskan untuk dapat disesuaikan dengan sudut perpindahan matahari maka dibutuhkan material yang memiliki resiko kerusakan yang kecil. Dalam hal ini, stainless stell memiliki keunggulan jika dibandingkan dengan cermin. Dari segi pemantulan cahaya, pada awalnya
commit to user
IV-26
cermin memang lebih unggul dibanding stainless stell, akan tetapi cermin tidak tahan akan temperatur luar dan rentan mengalami kerusakan. Dimensi reflektor belakang didesain dengan panjang 120 cm dengan lebar 100 cm, samping dengan panjang 200 cm dan lebar 60 cm di kedua sisi, dan reflektor depan dengan panjang 120 cm dengan lebar 100 cm. Berikut ini merupakan gambar rancangan reflektor :
Gambar 4.19 Rancangan Posisi Reflektor
Untuk melipat gandakan cahaya yang masuk kedalam kotak pengumpul panas sehingga suplai panas yang dihasilkan dapat meningkat, diperlukan suatu rancangan reflektor dengan sudut kemiringan yang tepat sehingga radiasi matahari dapat dipantulkan dengan maksimal kedalam kotak pengumpul panas. Apabila reflektor diaplikasikan dalam sudut yang kurang tepat, pantulan cahaya justru akan keluar atau menimbulkan bayangan yang dapat mengurangi serapan radiasi panas matahari. Dan untuk mengetahui sudut reflektor bagian samping yang sesuai dengan sudut yang dibentuk oleh ketinggian matahari sesuai dengan perpindahan waktunya dibutuhkan nilai mengenai sudut jam matahari. Sudut jam matahari dapat diketahui dengan rumus pada persamaan 2.1 :
( )
commit to user
IV-27
Kemudian dilakukan perhitungan untuk mengetahui sudut jam matahari dari mulai pukul 09.00 sampai dengan 15.00 dengan hasil perhitungan sebagai berikut :
Tabel 4.6 Sudut Jam Matahari
*tanda negatif menunjukkan arah jam matahari dari timur
Setelah diketahui sudut jam matahari, kemudian menggunakan hukum dasar fisika mengenai pemantulan yaitu sudut datang = sudut pantul, dilakukan pencarian mengenai berapa besar sudut reflektor untuk mendapatkan pantulan cahaya yang maksimal dan masuk ke kotak pengumpul panas. Agar cahaya yang dipantulkan dapat masuk ke kotak pengumpul panas, sudut pemantulan yang terbentuk disesuaikan sebesar 45o sehingga reflektor dapat memantulkan cahaya secara optimal. Pengaturan sudut reflektor cahaya dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Gambar 4.20 Pengaturan Sudut Reflektor
Dengan pengaturan sudut tersebut, cahaya akan dipantulkan menuju kotak pengumpul panas dengan optimal. Akan tetapi, dengan penyesuaian sudut seperti itu pengguna alat harus menyesuaikan sudut reflektor setiap jamnya, oleh karena itu kemudian dilakukan
No Waktu Sudut Jam Matahari
1 09.00 -45˚ 2 10.00 -30˚ 3 11.00 -15˚ 4 12.00 0˚ 5 13.00 15˚ 6 14.00 30˚ 7 15.00 45˚
commit to user
IV-28
penyederhanaan pengaturan sudut reflektor sehingga memudahkan pengguna dengan hanya mengganti sudut satu kali dalam sehari yaitu pukul 12.00 siang. Berikut ini pengaturan sudut guna menyederhanakan SOP penggunaan alat :
Gambar 4.21 Pengaturan Sudut Reflektor pukul 09.00 – 12.00
Dengan penyesuaian sudut tersebut, reflektor sisi kiri mengakomodasi pemantulan maksimal untuk matahari pagi sehingga dapat membantu melipatgandakan cahaya yang masuk saat pagi hari. Dengan berlipat gandanya cahaya yang masuk, panas yang dihasilkan akan semakin meningkat. Reflektor sisi kanan di atur dengan sudut 45o segaris lurus dengan sudut datang matahari agar tidak menghalangi cahaya pagi pada pukul 09.00 sehingga cahaya yang masuk ke kotak pengumpul panas akan maksimal. Setelah itu, ketika matahari mulai bergerak naik, reflektor sisi kanan akan mulai memantulkan cahaya agar masuk kedalam kotak pengumpul panas. Ketika matahari sampai pada pukul 12.00 dilakukan penyesuaian sudut kembali agar pemantulan dapat berjalan dengan baik. Berikut ini skema pengaturan sudut reflektor pada pukul 12.00 sampai dengan 15.00 :
commit to user
IV-29
Dengan pengaturan sudut seperti gambar diatas, reflektor sisi kanan akan memantulkan cahaya secara maksimal pada sore hari. Pengaturan sudut 45o dilakukan untuk menghindari timbulnya bayangan yang terjadi saat sore hari dikarenakan reflektor yang menghalangi arah datangnya cahaya. 5. Gambaran alat keseluruhan
Kotak pengumpul panas secara umum terdiri dari bagian rangka dan plat penyerapan panas, bagian lapisan kaca ganda dan bagian reflektor pemantul sinar. Kotak pengumpul panas memiliki dimensi keseluruhan dengan panjang260 cm x 120 cm x 55 cm. Berikut ini merupakan gambaran dari rancangan keseluruhan kotak pengumpul panas :
commit to user
IV-30
Kotak Pengumpul Panas
Connector Kotak Penyerap Radiasi Inlet Papan ACP Kerangka Ram Kawat Rivet Pipa Kotak
Galvalume Besi Siku
Pipa Kotak Alumunium Akrilik Kaca Rivet Pipa Kotak
Galvalume Besi Siku
Plat Gelombang Galvalume Papan ACP Kerangka Sekrup Papan ACP Kerangka Rivet Pipa Kotak Galvalume Besi Siku Besi Strip Plate
Sealant Sealant Sealant
commit to user
IV-31
Perbandingan kotak pengumpul panas yang dirancang pada penelitian ini dengan rancangan kotak pengumpul panas sebelumnya ditunjukkan pada tabel berikut :
Tabel 4.7 Perbandingan Kotak Pengumpul Panas
Tabel diatas merupakan tabel perbandingan gambaran umum rancangan alat yang sidah ada dengan rancangan alat saat ini. Untuk bagian dimensi, rancangan alat saat ini mengacu pada rancangan Muttaqin, dkk. (2015) sehingga tidak memiliki perbedaan dimensi yang cukup jauh. Perbedaan rancangan saat ini dengan rancangan sebelumnya terdapat pada bagian material, sumber cahaya masuk, lapisan glazing, dan kemiringan. Pada bagian material, rancangan saat ini menggunakan bahan galvalum dengan panel komposit alumunium sebagai papan penutup. Penggunaan material tersebut didasari oleh kebutuhan pengguna mengenai rancangan terbaru yang menginginkan alat memiliki ketahanan dalam waktu yang lama. Penggunaan kayu sebagai material pada rancangan sebelumnya dirasa kurang sesuai karena tidak tahan terhadap kondisi luar sehingga mengalami pengeroposan. Oleh karena itu rancangan alat terbaru menggunakan bahan galvalum dan panel komposit alumunium sebagai bahan rancangan.
Sumber cahaya masuk pada rancangan alat sebelumnya terdapat hanya pada bagian kaca. Untuk rancangan terbaru, sumber masuk ditambahkan konsep reflektor yang berfungsi untuk melipat gandakan cahaya yang masuk sehingga diharapkan performa dari alat akan penangkapan panas akan meningkat. Untuk lapisan glazing, rancangan saat ini menggunakan konsep lapisan ganda, berbeda dengan rancangan alat sebelumnya yang menggunakan lapisan tunggal pada glazing. Penggunaan lapisan ganda pada rancangan saat ini dikarenakan untuk perbaikan insulasi panas yang ada pada kotak pengumpul panas. Dengan
Susilo Agassi Muttaqin
Kaca Kaca Kaca
1,9 m x, 0,9 m x, 0,7 m 1,93 m x 1,2 m x 0,62 m 2,08 m x 1,17 m x 0,634 m
Kayu Kayu Kayu
Seng Seng Seng
1,2m² x 0,01m 1,8m² x 0,01m 2,2m² x 0,01m
35˚ 15˚ 15˚
single single single
kaca kaca kaca
5 mm 5 mm 5 mm
depan bawah depan dan bawah 0,0190m² 0,144 m² 0,234 m² tidak ada tidak ada ada non permanen non permanen non permanen permanen non permanen (roda) non permanen (roda)
ada non permanen non permanen (roda) 9˚
double
kaca dan akrilik kaca 5 mm dan akrilik 3 mm depan
0,156 m²
Rancangan saat ini Kaca + Reflektor 2,46 m x 1,2 m x 0, 55m
Galvalum dan panel komposit alumunium Plat gelombang berbahan galvalum 2m² 0,02m
Kemiringan kotak pengumpul panas lapisan glazing
Bahan lapisan glazing Tebal material glazing Luas material penangkap panas
Mobilitas kotak pengumpul panas Sambungan terhadap kabin pengering
Mesh
luas lubang sambungan terhadap kabin pengering Posisi lubang udara masuk
Perbandingan kotak pengumpul panas
Dimensi kotak pengumpul panas Sumber cahaya masuk
Material penyusun rangka Material penangkap panas
commit to user
IV-32
penggunaan lapisan ganda, diharapkan tidak banyak panas yang terbuang keluar dari kotak pengumpul panas. Material dari lapisan dalam menggunakan akrilik dengan maksud untuk menahan panas tidak keluar karena konduktivitas dari akrilik yang kecil dibanding kaca. Akan tetapi, pada lapisan luar tetap menggunakan kaca sebagai lapisan dikarenakan sifat kaca yang lebih tahan terhadap temperatur luar dibandingkan dengan akrilik. Untuk kemiringan kotak pengumpul panas, rancangan alat saat ini memiliki perbedaan dengan rancangan sebelumnya yaitu milik Susilo, dkk. 35o, rancangan Agassi dan Muttaqin, dkk. 15o. Rancangan saat ini menggunakan kemiringan sebesar 9o dengan mengacu pada penelitian Pangestuningtyas, dkk. (2013) yang meneliti tentang sudut optimal dalam penerimaan radiasi panas matahari. Penggunaan sudut yang tepat akan mempengaruhi penerimaan panas radiasi matahari sehingga kotak pengumpul panas menerima suplai radiasi panas yang optimal.
4.6 Pembuatan Prototipe
Setelah tahapan perancangan tingkat detail selesai dilakukan, tahapan selanjutnya adalah pembuatan prototipe. Perancangan tingkat detail menjelaskan mengenai detail detail rancangan alat kotak pengumpul panas yang kemudian digunakan sebagai dasar dalam pembuatan prototipe. Tujuan dari dilakukannya pembuatan prototipe adalah untuk mengetahui bentuk fisik dari konsep rancangan, proses pembuatan, serta agar dapat dilakukan pengujian kinerja dari konsep yang telah dikembangkan. Dari hasil pengujian konsep tersebut kemudian nantinya bisa dilakukan analisis mengenai mekanisme dan kinerja dari alat apakah sudah memenuhi kebutuhan konsumen dengan penambahan kapasitas pengeringan. Proses pembuatan prototipe diawali dengan pembuatan rangka rancangan (gambar 4.32) seperti dapat dilihat pada gambar 4.31, kemudian kaki rangka (gambar 4.33) yang akan menghasilkan struktur dasar berupa kaki dan rangka (gambar 4.34), setelah itu dilakukan pembuatan rangka glazing seperti pada gambar 4.35 dan pemasangan alumunium komposit panel (gambar 4.36).
commit to user
IV-33
Gambar 4.25 Pembuatan Rangka
Gambar 4.26 Rangka
commit to user
IV-34
Gambar 4.28 Rangka dan Kaki
Gambar 4.29 Pembuatan Rangka Lapisan Kaca Ganda
Gambar 4.30 Rangka dan Pemasangan Alumunium Komposit Panel
4.7 Pengujian Konsep
Setelah tahap pembuatan prototipe selesai, tahapan selanjutnya adalah tahap pengujian konsep. Pengujian konsep dilakukan untuk mengetahui performa dari
commit to user
IV-35
rancangan apakah konsep tersebut dapat memecahkan permasalahan yang ada dengan memenuhi kebutuhan dari konsumen. Pengujian konsep dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu mengenai panas yang dihasilkan dari rancangan tanpa penggunaan reflektor dan lapisan kaca ganda, panas yang dihasilkan oleh kotak pengumpul panas menggunakan lapisan kaca ganda, panas yang dihasilkan dari alat menggunakan reflektor, dan yang terakhir adalah panas yang dihasilkan oleh rancangan menggunakan gabungan dari konsep reflektor dan lapisan kaca ganda. Sebelum dilakukan pengujian, terlebih dahulu dilakukan pengaturan alat mengenai sudut reflektor. Salah satu kebutuhan dari rancangan ini adalah untuk merancang suatu alat yang dapat bekerja dengan praktis. Oleh karena itu kemudian dilakukan pengaturan sudut pada reflektor sehingga ketika dioperasikan, penyesuaian sudut reflektor dapat seminimal mungkin sehingga alat tersebut mudah dioperasikan. Penyesuaian sudut reflektor yaitu dengan mengatur sudut reflektor kanan sebesar 45˚ dan kiri sebesar 90˚ dengan rentang waktu pukul 09.00 sampai dengan 12.00. sedangkan pada pukul 12.00 sampai dengan 15.00 dilakukan setup sudut reflektor dengan reflektor bagian kanan sebesar 90˚ dan kiri sebesar 45˚ seperti pada gambar Gambar 4.23, 4.24, 4.25. Dengan penyesuaian sudut tersebut, dapat menanggulangi bayangan reflektor dan cahaya dapat dipantulkan menuju kotak pengumpul panas dengan hanya memerlukan sedikit setup dalam satu harinya. Berikut ini beberapa pengujian yang dilakukan :
A. Pengujian panas yang dihasilkan kotak pengumpul panas dengan konsep dasar yaitu sistem lapisan kaca tunggal (single glazing)
Pada tahapan ini, dilakukan pengujian mengenai panas yang dihasilkan oleh kotak pengumpul panas sehingga diketahui berapa besar temperatur optimal yang dapat dicapai yang kemudian dapat diketahui besarnya energi kalor. Pengujian konsep dasar kotak pengumpul panas ini diperlukan sebagai dasar perbandingan saat dilakukan benchmarking dengan rancangan konsep reflektor, lapisan kaca ganda, maupun kombinasi keduanya. Dengan perbandingan tersebut nantinya didapatkan konsep mana yang memiliki performa terbaik.
commit to user
IV-36
Tabel 4.8 Hasil Pengamatan Single Glazing
Setelah mendapatkan data pengujian kemudian dilakukan konversi menjadi energi panas dengan contoh perhitungan data single glazing pada pukul 09.00 sebagai berikut :
Untuk mengetahui energi panas yang dihasilkan, terlebih dahulu dilakukan perhitungan mengenai densitas udara yang masuk dengan rumus pada persamaan
2.2 sebagai berikut : ρ = (1.293 kg/m3 ) (273 K) / (273 K + t) ρo = (1.293 kg/m3) (273 K) / ((273 K) + (27 oC)) = 1.17663 ρr = (1.293 kg/m3) ( 273 K) / ((273 K) + (45 oC)) = 1.11003 kg/m3
Kemudian dicari kecepatan udara yang masuk kedalam kotak pengumpul panas dengan rumus pada persamaan 2.3 sebagai berikut :
v = [(2 g (ρo - ρr) h ) / ( λ l ρr / dh + Σξ ρr )]1/2
v = [(2 (9.81 m/s2) ((1.176 kg/m3) - (1.110 kg/m3)) (0.5 m)) / (0.019 (2m)(1.110 kg/m3)/(0.43 m) + 1 (1.110 kg/m3))]1/2
= 0,7 m/s
Setelah diketahui densitas dan kecepatan dari udara kemudian didapatkan kapasitas udara yang dipanaskan menggunaan rumus persamaan 2.4 sebagai berikut :
q = π dh2 /4 [(2 g (ρo - ρr) h ) / ( λ l ρr / dh + Σξ ρr )]1/2
Perlakuan Jam Suhu luar
(˚C) Suhu Dalam (˚C) Selisih (˚C) Angin (m/s) Kaca (˚C) 09.00 27 45 18 0,7 39 10.00 29 50 21 0,8 40 11.00 31 52 21 1,8 43 12.00 33 58 25 0,9 45 13.00 32 50 18 1,1 43 14.00 30 42 12 0,9 39 09.00 27 47 20 0,6 40 10.00 32 56 24 0,4 43 11.00 32 58 26 1,3 46 12.00 33 61 28 0,6 46 13.00 32 59 27 1,1 47 14.00 30 55 25 0,6 44 09.00 27 46 19 0,7 40 10.00 30 53 23 0,6 41 11.00 31 55 24 1,5 44 12.00 32 59 27 0,7 45 13.00 31 55 24 1,1 45 14.00 30 49 19 0,7 42 Single glazing Single glazing Single glazing
commit to user
IV-37
q = (0,7 m/s) 3.14 (0.43 m)2 / 4 =384 m3/h
Setelah diketahui kapasitas aliran udara kemudian dikonversikan ke massa dan dihitung mengenai energi panas yang dihasilkan dengan rumus pada
persamaan 2.5 sebagai berikut :
Konversi ke massa : 1,2 x 384 =460,8Kg Q = mc ΔT
= 460,8 x 1 x 18 = 8.294,4 joule
Berikut ini merupakan konversi hasil pengujian menjadi energi kalor pada konsep dasar single glazing pada kotak pengumpul panas :
Tabel 4.9 Energi Kalor yang Dihasilkan Single Glazing
Perlakuan Jam
Energi Kalor (Joule) Rata rata (Joule) I II III Single glazing 09.00 8294,4 9720 9006 9006,8 10.00 10432,8 12672 11923,2 11676 11.00 10407,6 14289,6 12700,8 12466 12.00 13470 15960 15130,8 14853,6 13.00 8229,6 15130,8 12700,8 12020,4 14.00 4492,8 13530 8960,4 8994,4 Berikut ini merupakan grafik sebaran panas yang dihasilkan berdasarkan waktu pengoperasian alat :
Gambar 4.31 Sebaran Energi Panas Konsep Single Glazing
Grafik diatas merupakan gambaran hasil pengujian rancangan kotak pengumpul panas dengan konsep dasar yaitu single glazing dengan lama
commit to user
IV-38
percobaan selama pukul 09.00 sampai dengan 14.00. Dari gambaran grafik diatas dapat dilihat mengenai sebaran panas yang dihasilkan alat per satuan waktu. Setelah diketahui performa konsep dasar kotak pengumpul panas, kemudian dilakukan pengujian performa dengan penerapan beberapa konsep yang dipilih yaitu konsep reflektor, lapisan kaca ganda, dan gabungan keduanya yang diterapkan pada rancangan kotak pengumpul panas. Pengujian selanjutnya dilakukan dengan rentang waktu pukul 09.00 sampai dengan 12.00. Hal ini dilakukan untuk menghasilkan data dengan perlakuan yang lebih seragam dikarenakan pengujian dilakukan pada musim penghujan dimana kebiasaan cuaca setelah pukul 12.00 menjadi tidak menentu. Selain itu, pemilihan rentang waktu tersebut dikarenakan pemanasan optimal terjadi pada pertengahan hari sedangkan pagi hari merupakan proses starting panas sehingga dengan pengukuran pada pagi hari, akan dapat dilihat pengaruh konsep terhadap starting panas alat kotak pengumpul panas.
B. Pengujian performa kotak pengumpul panas dengan penerapan sistem reflektor cahaya
Pengujian selanjutnya adalah pengujian performa kotak pengumpul panas dengan penerapan konsep reflektor. Reflektor merupakan konsep yang digunakan sehingga cahaya yang masuk kedalam kotak pengumpul panas akan berlipat ganda sehingga penerimaan kotak pengumpul panas terhadap radiasi matahari semakin besar dan pada akhirnya akan meningkatkan suplai panas yang dihasilkan rancangan kotak pengumpul panas. Berikut ini merupakan hasil pengujian dari rancangan kotak pengumpul panas dengan penerapan konsep reflektor.
Tabel 4.10 Hasil Pengamatan Single Glazing With Reflector
Perlakuan Jam Suhu luar (˚C) Suhu Dalam (˚C) Selisih (˚C) Angin (m/s) Kaca (˚C) 09.00 28 51 23 0,6 39 10.00 29 65 36 1,9 41 11.00 29 64 35 2,8 40 12.00 30 67 37 1,4 47 09.00 29 61 32 1,3 43 10.00 32 68 36 1,6 44 11.00 32 71 39 0,6 43 12.00 31 75 44 0,8 49 09.00 28 56 28 1 41 10.00 30 66 36 1,7 43 11.00 30 67 37 1,7 42 12.00 31 71 40 1,1 48
Single glazing with reflector
Single glazing with reflector
commit to user
IV-39
Kemudian hasil uji di ubah kedalam bentuk energi kalor dengan hasil sebagai berikut :
Tabel 4.11 Energi Kalor yang Dihasilkan Single Glazing With Reflector
Perlakuan Jam Energi Kalor (Joule) Rata rata (Joule) I II III Single glazing with reflector 09.00 11.978 19.622 16.094 15.898 10.00 23.414 23.285 23.371 23.357 11.00 22.428 26.255 24.331 24.338 12.00 24.331 31.522 27.696 27.850 C. Pengujian konsep lapisan kaca ganda yang diaplikasikan pada rancangan
kotak pengumpul panas
Lapisan kaca ganda digunakan sebagai konsep insulasi panas dalam mencegah panas didalam kotak pengumpul panas terbuang keluar sebagai alternatif perbaikan rancangan sebelumnya sehingga alat pengering dapat bekerja secara optimal. Untuk mengetahui performa dari lapisan kaca ganda yaitu meminimasi panas yang keluar, dilakukan pengujian mengenai performa rancangan kotak pengumpul panas menggunakan konsep lapisan kaca ganda. Pengujian dilakukan dengan melihat seberapa besar panas yang dapat dihasilkan oleh rancangan.
Tabel 4.12 Hasil Pengamatan Double Glazing Without Reflector
Kemudian hasil uji di ubah kedalam bentuk energi kalor dengan hasil sebagai berikut :
Perlakuan Jam Suhu luar (˚C) Suhu Dalam (˚C) Selisih (˚C) Angin (m/s) Kaca (˚C) 09.00 29 57 28 0,6 38 10.00 30 65 35 0,5 39 11.00 30 66 36 0,8 38 12.00 31 69 38 0,6 40 09.00 28 53 25 1,1 34 10.00 31 64 33 1,2 39 11.00 32 67 35 1,1 42 12.00 33 68 35 1,2 41 09.00 28 55 27 0,8 36 10.00 30 64 34 0,9 39 11.00 31 66 35 1 40 12.00 32 68 36 0,9 40
Double glazing without refletor
Double glazing without refletor
commit to user
IV-40
Tabel 4.13 Energi Kalor yang Dihasilkan Double Glazing Without Reflector
Perlakuan Jam Energi Kalor (Joule) Rata rata (Joule) I II III Double glazing without refletor 09.00 16060,8 13560 15228 14949,6 10.00 22386 20473,2 21460,8 21440 11.00 23371,2 22344 22386 22700,4 12.00 25308 22302 23284,8 23631,6 D. Pengujian konsep kombinasi antara reflektor dengan lapisan kaca ganda
Untuk mengetahui performa optimal dari rancangan dengan kedua alternatif konsep yang sudah ada, kemudian dilakukan pengujian performa alat dengan menerapkan kedua alternatif konsep secara bersamaan. Dan berikut ini merupakan hasil pengujian dari penggabungan konsep lapisan kaca ganda dengan reflektor pada kotak pengumpul panas:
Tabel 4.14 Hasil Pengamatan Double Glazing With Reflector
Kemudian hasil uji di ubah kedalam bentuk energi kalor dengan hasil sebagai berikut :
Tabel 4.15 Energi Kalor yang Dihasilkan Double Glazing With Reflector
Perlakuan Jam
Energi Kalor (Joule) Rata
rata (Joule) I II III Double glazing with reflector 09.00 23.458 27.408 26.442 25.769 10.00 25.399 32.616 29.434 29.150 11.00 26.302 32.562 29.383 29.416 12.00 33.782 35.942 34.799 34.841 Kapasitas kalor rata rata yang didapatkan dari penerapan konsep reflektor dan lapisan kaca ganda dalam pengamatan selama tiga jam pengamatan (09.00-12.00) dengan perulangan sebanyak 3 kali didapat sebesar 119.175,6 joule
Perlakuan Jam Suhu luar (˚C) Suhu Dalam (˚C) Selisih (˚C) Angin (m/s) Kaca (˚C) 09.00 28 64 36 1,6 37 10.00 29 67 38 1,9 37 11.00 31 70 39 1,8 39 12.00 30 76 46 2,3 36 09.00 29 69 40 0,8 37 10.00 31 76 45 0,4 42 11.00 32 77 45 1,9 42 12.00 31 79 48 2,1 37 09.00 28 67 39 1,2 37 10.00 30 72 42 1,1 39 11.00 31 73 42 1,8 40 12.00 31 78 47 2,2 41
Double glazing with reflector Double glazing with reflector
commit to user
IV-41 4.8 Uji Anova
Analisis of variance atau ANOVA merupakan salah satu uji parametrik yang berfungsi untuk membedakan nilai rata-rata lebih dari dua kelompok data dengan cara membandingkan variansinya (Ghozali, 2009). Uji Anova dapat digunakan untuk menyelidiki apakah ada pengaruh faktor terhadap respon penelitian. Syarat untuk melakukan Uji Anova adalah data harus normal dan homogen. Untuk mengetahui normalitas data, dilakukan uji normalitas dan untuk mengetahui homogenitas data, dilakukan uji homogenitas dimana data dikatakan normal dan homogen jika nilai signifikansi lebih dari 0.05.
Hasil Uji Anova (Single Glazing vs Double Glazing vs Single Glazing with Reflector vs Double Glazing with Reflector)
Hasil Uji Normalitas
Tabel 4.16 Uji Normalitas Keempat Varian
One-Sample Kolmogorov-Smirnov Test
Unstandardiz ed Residual
N 16
Normal Parametersa,b
Mean 0E-7 Std. Deviation 4495,461987 74 Most Extreme Differences Absolute ,152 Positive ,152 Negative -,110 Kolmogorov-Smirnov Z ,608
Asymp. Sig. (2-tailed) ,854
a. Test distribution is Normal. b. Calculated from data.
Berdasarkan output diatas, diketahui nilai signifikansi sebesar 0.854 lebih besar dari 0.05 sehingga dapat dikatakan bahwa data berdistribusi normal.
Hasil Uji Homogenitas
Tabel 4.17 Uji Homogenitas Keempat Varian
Test of Homogeneity of Variances
Energi Kalor
Levene Statistic df1 df2 Sig.
commit to user
IV-42
Hasil uji homogenitas menunjukkan nilai signifikansi lebih dari 0.05 (0.732 > 0.05). Maka data dikatakan homogen dan uji Anova dapat dilanjutkan
Hasil Uji ANOVA
Tabel 4.18 Uji ANOVA Keempat Varian
ANOVA
Energi Kalor
Sum of Squares
df Mean Square F Sig.
Between Groups 6457610775 20000,000 3 2152536925 06666,660 14,219 ,000 Within Groups 1816564077 60000,000 12 1513803398 0000,000 Total 8274174852 80000,000 15
Tabel 4.19 Signifikansi Uji ANOVA Keempat Varian
Hasil uji anova menunjukkan nilai F hitung = 14.219.
Ho = Tidak ada perbedaan energi kalor yang dihasilkan oleh perlakuan Single Glazing, Double Glazing ,Single Glazing with Reflector, Double Glazing with Reflector
commit to user
IV-43
Ha = Ada perbedaan energi kalor yang dihasilkan oleh perlakuan Single Glazing, Double Glazing ,Single Glazing with Reflector, Double Glazing with Reflector
Untuk menarik kesimpulan kita memerlukan nilai distribusi F (nilai F tabel) dengan ketentuan :
taraf signifikansi 0,05
df Between Groups = jumlah variabel - 1 = 4 - 1 = 3
df Within groups = jumlah data - jumlah variabel = 16 - 4 = 12
diperoleh nilai F tabel 4.75 (lihat di tabel F). Maka keputusannya adalah Fhitung > Ftabel (14.219 > 4.75), Ho ditolak. Sehingga dapat disimpulkan bahwa energi kalor yang dihasilkan oleh perlakuan Single Glazing, Double Glazing ,Single Glazing with Reflector, Double Glazing with Reflector berbeda. Dan untuk mengetahui signifikansi perbedan hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.19 dengan nilai signifikansi < 0,05 menandakan hasil pengujian memiliki perbedaan yang signifikan kecuali pada hasil single glazing without reflector dengan double glazing.
