Optimasi Penggunaan Absorben Pada Pengering Sistem Integrasi Energi Surya dan Desikan

(1)

L1.1 Data Hasil Pengeringan Percobaan I

Adapun data hasil penelitian yang diperoleh dari perbandingan massa kakao dan absoren 1:1 dapat dilihat dari tabel berikut ini:

Tabel L1.1 Data Hasil Pengeringan Biji Kakao dengan Perbandingan Massa Kakao : Absorben 1 : 1

Temperatur Udara (oC) Temperatur Lingkungan

(oC) Plat Acrylic Kayu Kolektor Kabinet

(2)

260 0,891 64,3 47,8 43,2 39,5 57,0 44,5 41,0

(3)

650 0,813 66,5 27,5

(4)

1040 0,732 74,0 23,0

(5)

1430 0,676 85,0 25,0

(6)

1820 0,472 46,5 34,8 32,0 44,5 55,5 52,5 27,5

1830 0,469 42,8 34,2 32,3 46,5 53,5 51,0 28,5

Sedangkan data hasil penelitian yang diperoleh dari perbandingan massa kakao dan absoren 1:2 dapat dilihat dari tabel berikut ini:

(7)

140 0,881 47,0 44,3 41,1 53,5 47,5 43,0 36,0

(8)

530 0,677 45,5 30,0

(9)

920 0,535 73,0 23,0

(10)

1310 0,474 77,5 20,0

1320 0,473 75,5 20,0 absoren 1:3 dapat dilihat dari tabel berikut ini:

(o_C)

Plat Acrylic Kayu Kolektor Kabinet

(11)

70 0,976 50,9 39,5 39,9 39,0 51,5 47,0 37,0

(12)

460 0,723 57,5 36,0

(13)

850 0,567 72,5 23,0

(14)

1240 0,468 84,0 20,0

(15)

1630 0,352 37,7 32,5 33,2 41,5 50,0 48,5 32,0

1640 0,350 39,6 32,8 32,8 42,0 49,5 46,5 32,0

1650 0,349 39,9 34,6 32,7 40,5 49,5 47,5 32,0

1660 0,348 38,8 33,8 32,9 41,5 47,5 45,5 32,0

1670 0,348 37,3 33,5 31,2 42,5 48,0 46,0 31,0

1680 0,348 38,5 33,9 30,3 41,5 48,5 46,0 30,0

L1.2 Data Hasil Pengeringan Percobaan II

Adapun data hasil penelitian yang diperoleh dari perbandingan massa kakao dan absoren 1:1 dapat dilihat dari tabel berikut ini:

(16)

190 0,833 52,5 45,6 42,3 37,0 60,3 48,0 40,0

(oC) Plat Acrylic Kayu Kolektor Kabiner

(17)

580 0,652 54,0 32,0

(18)

970 0,546 78,5 22,5

(19)

1360 0,475 75,0 24,5

1370 0,474 75,0 24,5

Sedangkan data hasil penelitian yang diperoleh dari perbandingan massa kakao dan absoren 1:2 dapat dilihat dari tabel berikut ini:

(o_C)

Plat Acrylic Kayu Kolektor Kabinet

(20)

80 0,986 50,6 45,4 43,2 39,0 51,5 47,5 38,0

(21)

470 0,838 67,5 33,0

(22)

860 0,713 70,0 25,0

(23)

1250 0,650 77,5 21,0

(24)

1640 0,444 50,0 32,3 31,0 41,0 47,0 48,0 30,0

1650 0,441 51,5 33,6 32,6 40,5 46,0 47,5 30,0 absoren 1:3 dapat dilihat dari tabel berikut ini:

(25)

210 0,793 45,1 42,4 41,6 52,0 53,0 47,5 35,0

(26)

600 0,615 46,5 26,5

(27)

990 0,487 60,5 22,5

(28)

1380 0,403 33,4 31,5 31,8 55,0 31,0 30,5 33,0

1390 0,391 33,6 32,0 32,0 56,5 31,5 31,5 33,0

L1.3 Data Relative Humidity (RH),Suhu Lingkungan, dan Intensitas Radiasi Matahari Percobaan I

Adapun data lingkungan sekitar yang direkam menggunakan alat HOBO data logger dapat dilihat dari tabel berikut ini:

Tabel L1.7 Data Relative Humidity (RH), Suhu Lingkungan, dan Intensitas Radiasi Matahari Percobaan 1 dengan Perbandingan Massa Kakao : Absorben 1 : 1

(29)

Waktu Suhu (°C)

RH (%)

Intensitas Radiasi Matahari (Watt/m2)

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

(30)

Waktu Suhu

Sedangkan data lingkungan sekitar yang direkam menggunakan alat HOBO data logger dapat dilihat dari tabel berikut ini:

(31)

Waktu Suhu (°C)

RH (%)

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

(32)

Waktu Suhu (°C)

RH (%)

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

Intensitas Radiasi Matahari (Watt/m2) 11/25/2015 12:41 33,93 61,69 575,17 11/28/2015 14:38 31,57 74,39 392,00 11/25/2015 12:51 34,48 60,04 651,20 11/28/2015 14:48 32,63 72,32 539,37 11/25/2015 13:01 33,62 61,68 398,59 11/28/2015 14:58 32,29 71,29 284,04 11/25/2015 13:11 32,42 64,98 160,97 11/28/2015 15:08 31,48 72,59 231,21 11/25/2015 13:21 32,48 65,03 212,12 11/28/2015 15:18 31,34 73,76 190,05 11/25/2015 13:31 33,27 64,95 447,45 11/28/2015 15:28 31,36 74,28 220,63 11/25/2015 13:41 33,94 65,34 676,30 11/28/2015 15:38 31,75 71,94 318,36 11/25/2015 13:51 33,36 66,21 472,91 11/28/2015 15:48 31,55 74,17 204,48 11/25/2015 14:01 33,63 65,48 527,78 11/28/2015 15:58 31,21 75,35 162,11 11/25/2015 14:11 33,46 66,19 508,45 11/28/2015 16:08 30,65 75,91 101,99 11/25/2015 14:21 32,53 68,77 161,19 11/28/2015 16:18 30,37 78,89 114,71 11/25/2015 14:31 32,31 70,30 152,66 11/28/2015 16:28 30,34 79,54 189,53 11/25/2015 14:41 32,24 70,60 212,00

(33)

Sedangkan data lingkungan sekitar yang direkam menggunakan alat HOBO data logger dapat dilihat dari tabel berikut ini:

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

Intensitas Radiasi Matahari (Watt/m2₎

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

12/11/2015 09:00 30,81 76,33 399,14 12/12/2015 10:56 31,80 67,42 538,35 12/11/2015 09:10 31,03 75,23 435,39 12/12/2015 11:06 31,90 67,15 581,66 12/11/2015 09:20 31,42 72,15 467,77 12/12/2015 11:16 32,13 65,95 601,77 12/11/2015 09:30 31,92 71,38 493,70 12/12/2015 11:26 32,16 65,73 613,46 12/11/2015 09:40 32,05 69,62 539,61 12/12/2015 11:36 33,15 63,65 646,43 12/11/2015 09:50 32,04 68,95 488,01 12/12/2015 11:46 33,03 62,92 675,50 12/11/2015 10:00 30,92 70,05 201,42 12/12/2015 11:56 33,36 61,24 659,15 12/11/2015 10:10 31,15 70,11 339,48 12/12/2015 12:06 33,29 61,06 568,24 12/11/2015 10:20 31,30 69,17 253,36 12/12/2015 12:16 33,72 59,96 695,96 12/11/2015 10:30 31,91 67,55 469,15 12/12/2015 12:26 33,82 60,76 658,92 12/11/2015 10:40 32,44 65,88 541,43 12/12/2015 12:36 32,92 64,18 419,93 12/11/2015 10:50 32,32 64,98 312,23 12/12/2015 12:46 32,86 64,13 387,22 12/11/2015 11:00 31,98 65,65 239,48 12/12/2015 12:56 32,31 65,23 188,97 12/11/2015 11:10 31,89 66,05 375,97

(34)

Waktu Suhu (°C)

RH (%)

(35)

Waktu Suhu

L1.4 Data Relative Humidity (RH) dan Suhu Lingkungan, dan Intensitas Radiasi Matahari Percobaan II

Adapun data lingkungan sekitar yang direkam menggunakan alat HOBO data logger dapat dilihat dari tabel berikut ini:

Tabel L1.10 Data Relative Humidity (RH), Suhu Lingkungan, dan Intensitas Radiasi Matahari Percobaan 2 dengan Perbandingan Massa Kakao : Absorben

(36)

11/25/2015 09:41 31,63 71,80 512,67 11/26/2015 09:40 31,78 72,55 500,51

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

(37)

Waktu Suhu (°C)

RH (%)

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

(38)

Adapun data lingkungan sekitar yang direkam menggunakan alat HOBO data logger

dapat dilihat dari tabel berikut ini:

1 : 2

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

(39)

Waktu Suhu (°C)

RH (%)

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

Intensitas Radiasi Matahari (Watt/m2) 12/3/2015 10:50 29,91 81,20 119,26 12/4/2015 10:51 33,10 65,05 499,71 12/3/2015 11:00 29,87 81,06 141,55 12/4/2015 11:01 33,19 63,69 538,14 12/3/2015 11:10 30,15 80,90 280,28 12/4/2015 11:11 32,93 63,98 392,89 12/3/2015 11:20 30,34 80,06 189,25 12/4/2015 11:21 32,32 64,67 328,82 12/3/2015 11:30 29,95 80,55 115,86 12/4/2015 11:31 33,16 63,39 404,25 12/3/2015 11:40 29,56 81,21 48,90 12/4/2015 11:41 33,02 63,01 542,50 12/3/2015 11:50 27,41 86,55 30,85 12/4/2015 11:51 33,14 62,30 256,65 12/3/2015 12:00 25,49 94,47 29,04 12/4/2015 12:01 32,25 65,66 158,92 12/3/2015 12:10 23,79 98,13 48,93 12/4/2015 12:11 31,90 68,00 181,53 12/3/2015 12:20 23,75 99,02 74,15 12/4/2015 12:21 31,59 69,04 170,85 12/3/2015 12:30 24,00 99,29 82,68 12/4/2015 12:31 31,23 71,48 127,45 12/3/2015 12:40 24,30 99,29 73,35 12/4/2015 12:41 31,00 74,45 141,99 12/3/2015 12:50 24,39 98,73 71,53 12/4/2015 12:51 30,90 75,80 140,75 12/3/2015 13:00 24,82 97,58 63,24 12/4/2015 13:01 29,76 79,73 66,65 12/3/2015 13:10 25,09 97,16 75,74 12/4/2015 13:11 26,60 89,88 56,20 12/3/2015 13:20 25,42 96,65 84,95 12/4/2015 13:21 26,78 86,83 72,79 12/3/2015 13:30 25,87 95,31 100,17 12/4/2015 13:31 28,19 83,43 110,41 12/3/2015 13:40 26,26 93,30 127,00 12/4/2015 13:41 28,76 84,00 134,08 12/3/2015 13:50 26,64 92,66 108,80

(40)

Waktu Suhu (°C)

RH (%)

(41)

Dan data lingkungan sekitar yang direkam menggunakan alat HOBO data logger

dapat dilihat dari tabel berikut ini:

1 : 3

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

(42)

Waktu Suhu (°C)

RH (%)

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

(43)

Waktu Suhu (°C)

RH (%)

Waktu Suhu

(°C)

RH (%)

(44)

L2.1 Perhitungan Berat Kering

L2.1.1 Perhitungan Berat Kering Untuk Sampel Perbandingan Massa Kakao dan Absorben 1 : 1

L2.2 Perhitungan Kadar Air

Kadar air = x 100%

L2.2.1 Perhitungan Kadar Air Untuk Sampel Perbandingan Massa Kakao dan Absorben 1 : 1

(45)

Keterangan, Dm/dt = Drying rate / Laju Pengeringan (kg H2O/kg dm .jam)

∆t = Selang waktu (detik)

L2.3.1 Perhitungan Laju Pengeringan Untuk Sampel Perbandingan Massa Kakao dan Absorben 1 : 1 pada t = 10 menit

L2.4 Perhitungan Moisture Ratio (MR)

c

L2.4.1 Perhitungan Moisture Ratio (MR) Untuk Sampel Perbandingan Massa Kakao dan Absorben 1 : 1 pada t = 10 menit

(46)

L2.5 Perhitungan Diffusivitas Efektif

Ln MR = Ln − [12]

Difusivitas efektif didapat dari plot data Ln MR terhadap waktu (s) data

dengan kemiringan K1, sebagai berikut :

K1 = [12]

L2.5.1 Perhitungan Diffusivitas Efektif Untuk Variasi Sampel Massa Absorben : Kakao = 1 : 1

Untuk mendapatkan nilai Deff, diplotkan Ln MR vs t sebagai berikut:

Gambar L2.1 Hubungan Ln MR vs t untuk Variasi Sampel Massa Absorben : Kakao = 1 : 1

0 20000 40000 60000 80000 100000

L

n

M

R

Waktu (jam)

(47)

L2.6 Model Matematika Pengeringan L2.6.1 Perhitungan MRpred

Pada penelitian ini digunakan model matematika Logaritma, Page,

Newton, dan Eksponensial sebagai penentu karakteristik pengeringan

kentang. Untuk mendapatkan nilai MR untuk setiap model, bentuk

eksponesial setiap model dilinierkan terlebih dahulu, seperti pada tabel

L2.1 berikut:

Tabel L2.1 Bentuk Linear Model Kinetika Karakteristik Pengeringan [13]

Model

Pengeringan Bentuk Eksponensial Bentuk Linear

Logaritma MR = a exp (-kt) + c Ln MR = ln a – kt + ln c

Page MR = exp (-ktn) ln (-ln MR) = ln k + (n) ln (t)

Newton MR = exp (-kt) ln MR = -kt

Eksponensial MR = a exp (-kt) ln MR = ln a – kt

Setelah setiap model dilinierkan kemudian plotkan dalam bentuk Hubungan

sebagai berikut:

• Model Page Untuk Variasi Massa Absorben : Kakao = 1 : 1 pada t = 30 menit

Untuk Model Page, plotkan nilai Ln (-Ln MR) vs Ln t sehingga diperoleh

(48)

Gambar L2.2 Hubungan Ln (-Ln MR) vs Ln t untuk Variasi Sampel Massa Absorben : Kakao = 1 : 1

Dari gambar L2.2 diperoleh nilai R2 ₍_{Coefficient of Determinat}₎ _{= 0,987}

dan bentuk persamaan liniernya y = 1,103x – 2,546. Dari persamaan linier

tersebut kita dapat menetukan nilai k dan n.

Nilai k = exp (-2,546) = 0,0784

Nilai n = 1,103

Nilai - nilai konstanta tersebut disubstitusi ke dalam rumus MR bentuk

eksponesial dari Model Page: Mr = exp (-ktn). sehingga diperoleh nilai MRpred

untuk Model Page adalah 0,964162.

• Model Newton Untuk Variasi Sampel Massa Absorben : Kakao = 1 : 1 pada t = 30 menit

Untuk Model Newton, plotkan nilai MR vs Waktu dengan intercept = 0

sehingga diperoleh persamaan liniernya, seperti pada gambar L2.3 berikut: y = 1,1038x - 2,5464

R² = 0,9876

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

-4 -2 0 2 4

L

n

(

-L

n

M

R

)

Ln t (jam)

MR Page

MR Page

(49)

Gambar L2.3 Hubungan MR vs Waktu dengan intercept = 0 untuk Variasi Sampel Massa Absorben : Kakao = 1 : 1

Dari gambar L2.3 di atas diperoleh nilai R2 (Coefficient of Determinat)=

0,912 dan bentuk persamaan liniernya y = -0,033x + 0,782. Dari persamaan

linier tersebut kita dapat menetukan nilai k.

Nilai k = 0,033

Nilai k tersebut disubstitusi ke dalam rumus MR bentuk eksponesial dari

Model Newton: Mr = exp (-kt) sehingga diperoleh nilai MRpred untuk Model

Newton adalah 0,766.

• Model Eksponensial Untuk Variasi Sampel Massa Absorben : Kakao = 1 : 1 pada t = 30 menit

Untuk Model Eksponensial, plotkan nilai MR vs Waktu sehingga diperoleh

(50)

Gambar L2.4 Hubungan MR vs Waktu untuk Variasi Sampel Massa Absorben : Kakao = 1 : 1

Dari gambar L2.4 diatas diperoleh nilai R2 (Coefficient of Determinat)=

0,975 dan bentuk persamaan liniernya y = -0,1x + 1,102. Dari persamaan

linier tersebut kita dapat menetukan nilai k dan a.

Nilai k = 0,1

Nilai a = exp (1,102)

Nilai- nilai konstanta tersebut disubstitusi ke dalam rumus MR bentuk

eksponesial dari Model Henderson - Pabis: Mr = a exp (-kt). sehingga

diperoleh nilai MRpred untuk Model Eksponensial adalah 1,048.

• Model Logaritma Untuk Variasi Sampel Massa Absorben : Kakao = 1 : 1 pada t = 30 menit

Untuk Model Logaritma, plotkan nilai MR vs Waktu sehingga diperoleh

persamaan logaritmanya, seperti pada gambar L2.5 berikut:

y = 1,1025e-0,109x

R² = 0,9751

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,100 1,200

0 2 4 6 8 1012141618202224262830

M

R

Waktu (jam)

MR Eksponensial

MR Eksponensial

(51)

Gambar L2.5 Hubungan MR vs Waktu untuk Variasi Sampel Massa Absorben : Kakao = 1 : 1

Untuk Model Logaritma diperoleh dengan salah satu fungsi trendline

Ms.excel sehingga persamaan logaritmanya menjadi: -0,26 ln x+0,963. Lalu

substitusi nilai t dengan x, sehingga didapat nilai MRpred untuk logaritma

adalah 1,14322.

L2.6.2 Perhitungan RSME (Root Mean Square Error)

(

)

2

Keterangan, RSME = Root Mean Square Error

N = Jumlah Data

MRpred = MR prediksi pada model tertentu

MRexp = MR hasil percobaan

• Untuk Variasi Sampel Massa Absorben : Kakao = 1 : 1 pada t = 10 menit Model Logaritma

N = 52

0,000 10,000 20,000 30,000

(52)

L2.6.3 Perhitungan χ2 (Chi Square) menit Model Logaritma

N = 52

L2.7 MENGHITUNG KECEPATAN PROFIL (v) KOLEKTOR

Perhitungan kecepatan profil (v) di dalam kolektor pada plat absorber

digunakan untuk menentukan nilai koefisien udara yang dipengaruhi kecepatan

angin (hw) pada rumus perhitungan kehilangan panas pada kaca/cover (Q3).

Temperatur Lingkungan (Tr) vs Temperatur Plat (Ts)

Temperatur Lingkungan (Tr) = 32,33 0C = 305,33 K

Temperatur Plat Absorber (Tp) = 49,95 0C = 322,95 K

Temperatur Film (Tf) = 41,14 0C = 314,14 K

Tabel L2.13 Sifat Fisik Udara pada Temperatur Film 314,14 K [34]

(53)

Menghitung bilangan Grashoff (GrL)

GrL = . . . ( ) [2]

ρ = massa jenis udara = 1,110201kg/m3

g = gravitasi = 9,81 m/s2

θ = kemiringan kolektor = 600

β = koefisien udara = = 0,00318/K

L = panjang kolektor = 2 m

µ = viskositas udara = 1,372382 x 10-5Ns/m2

maka:

GrL = , !"! #$ %

&

' _{( ),* % +' ( ,-+ !}._{( !,!!/ */1 ( 2/"",)3 1– /!3,// 15 ( (" %)}&

( ,/6"/*" ( !78_{9.+ %}_{' )}

GrL = 1,441 x 1010

Menghitung tebal lapisan batas (δ)

δ = 3,939y :,;< =>

>

:, <

GrL-0,25 [2]

maka:

δ = 3,939 x 2 m x !,)3" = !,6!/*3

(!,6!/*3 )

!,"3

x (1,441x 1010₎-0,25

δ = 0,03072 m

Menghitung kecepatan profil dalam Kolektor (v)

- Kecepatan karakteristik (vc(y))

vc(y) = >

( : ?' = > )

. . . ( )_@

[2]

vc(y)= _{/("! "}_{' = !,6!/*3 )}!,6!/*3 , !"! #$ %' &

A.,..&BC

D ( ),* % + ( ⁄ ,-+ !((/"",)3 1– /!3,// 1)

,/6"/*" ( !78_{9+ %}_' (0,03072 m)"

vc(y) = 2,9769 m/s

- Persamaan profil kecepatan kolektor (K_(L))

(54)

B =

R = 32,5513/m

sehingga persamaan profil kecepatan menjadi: K(L) = Ax(1 − TU)"

= 96,9003x .(1 – 32,5513U)"

Menghitung laju aliran massa (WX) kolektor

WX = dY Z_!R vc(x) dx = dρY ([U(1 − TU)_!R ") dx

d = lebar kolektor = 0,5 m

WX = dρY 2[U(1 − 2TU + T_!R "U")5 = dρY ([U − 2[TU_!R "+ [T"U/)

= dρY (96,9003U − 2.32,5513U_!R "+ 96,9003.32,5513"U/)

= dρ(48,45015U"− 21,70086U/ + 25668,57773Ua)|R_!

maka:

WX = 0,5 m x 1,110201 kg/m3 x |(48,45015x"_{− 21,70086x}/_{+ 25668,57773x}a_)|d ! WX = 0,00423 kg/s

Menghitung kecepatan profil kolektor

eX = ρ.v.A = ρ.v.(d.δ) atau v = eX_.f.@ [2]

maka:

v = !,!!a"/ #$/+

, !"! _i&gh.!,3 j .!,!/!6" j v = 0,2481 m/s

L2.8 MENGHITUNG TEMPERATUR MASUK RUANG PENGERING Temperatur profil:

T = Tr + (Ts – Tr) ? − N

@ [2]

(55)

nilai: mn

jX = 131,217453

C = mn

jX ['T(−T) = 12

maka persamaan temperaturnya adalah sebagai berikut:

T = (dρ/WX)(32,33 + 17,63y2)(A((1-y)/B).y2)(-1/B)dy

= (dρ/WX)(32,33 + 17,63)((A/(B(-B)))(1-y)y2)dy

= C(32,33 + 17,63)((1-y)(y)2)dy

= C.(32,33 + 17,63y2)(y2-y3)dy

= C.(32,33y2 – 32,33y3 + 17,63y4 – 17,63y5)dy

= p Y (32,33q_!R "− 32,33q/+ 17,63qa− 17,63q3)

= p r/",//_/ q/− /",//_a qa+ 6, "₃ q3− 6, /q + sr

Sehingga temperatur yang masuk ke lemari pengering adalah:

= 12 /",//.t

/ −

/",//._t

a +

6, "._t

3 −

6, /._t

= 39,38 0C

L2.9 MENGHITUNG KOEFISIEN KONVEKSI

a. Menghitung Koefisien Konveksi Permukaan Luar (h1)

Koefisien konveksi permukaan luar adalah koefisien konveksi antara udara

lingkungan terhadap permukaan kayu, h1 (koefisien konveksi natural)

Temperatur Lingkungan (Tr) vs Temperatur Permukaan Kayu (Ts)

Temperatur Lingkungan (Tr) = 32,33 0C = 305,33 K

Temperatur Kayu (Tk) = 34,23 0C = 307,23 K

Tabel L2.14 Sifat Fisik Udara pada Temperatur 310,35 K [34]

(56)

GrL = ( u ) [35]

ρ = massa jenis udara = 1,137426 kg/m3

g = gravitasi = 9,81 m/s2

θ = kemiringan kolektor = 600

µ = viskositas udara = 1,334925 x 10-5 Ns/m2

maka:

GrL = , /6a" vw j&

' _{L ),* j x' L ,-+ !}._{L !,!!/"6/1 L 2/!6,"/ y – /!3,// y5L(" j)}&

( ,//a)"3 L !78_{z.x j}_{' )}

GrL = 1,771 x 109

Menghitung bilangan Rayleigh (RaL)

RaL = GrL x Pr [35]

RaL = Bilangan Rayleigh

GrL = Bilangan Grashoff

Pr = Bilangan Prandt

maka:

RaL = 1,771 x 109x 0,7056035

= 1,2501 x 109

Menghitung bilangan Nusselt (Nux)

Nux = 0,59RaL0,25 untuk 104≤RaL ≤ 109

Nux = 0,1RaL1/3 untuk 109≤RaL ≤ 1013

Nux = bilangan Nusselt

(57)

= 0,59 x (1,2501 x 109)0,25

= 110,9400

Menghitung koefisien konveksi (h1)

Nux = {_u?.| atau h1 = }~_|N.u [35]

l = lebar penampang kayu = 0,17 m

k = konduktivitas termal udara = 2,6771 x 10-2 W/mK

maka:

h1 = !,)a!! ( ". 66 ( !

7 _•/%#

!, 6 j

= 17,47 W/m2_K

b. Menghitung Koefisien Konveksi Permukaan Dalam (h2)

Koefisien konveksi permukaan dalam adalah koefisien konveksi antara

udara dalam kolektor terhadap permukaan plat absorber.

Temperatur udara dalam kolektor (Tu) vs temperatur permukaan plat (Tp)

Temperatur Udara Kolektor (Tu) = 43,96 0C = 316,96 K

Temperatur Plat Absorber (Tp) = 49,95 0C = 322,95 K

Tabel L2.15 Sifat Fisik Udara pada Temperatur 330,42 K [34]

Tf

(K)

ρ

kg/m3₎

Cp (J/kg.K)

µ x 10-5

(N.s/m2₎

k x 10-2

(W/m.K) Pr

319,96 1,090893 1005,95 1,39985 2,78377 0,7026064

GrL = ( € ~) [35]

(58)

µ = viskositas udara = 1,39985x 10-5 Ns/m2

maka:

GrL =

,!)!*)/vw j' & L ),* j x' L ,-+ !. L !,!!/ "3a 6/1 L 2/"",)3y – / ,) y5 L (" j)&

( ,/))*3 ( !78_{z.x j}_{' )}

GrL 4,464 x 109

Menghitung bilangan Rayleigh (RaL)

RaL = GrL x Pr [35]

RaL = Bilangan Rayleigh

GrL = Bilangan Grashoff

Pr = Bilangan Prandtl

maka:

RaL = 4,464 x 109x 0,7026064

= 3,1369 x 109

Menghitung bilangan Nusselt (Nux)

Nux = 0,59RaL0,25 untuk 104≤RaL ≤ 109

Nux = 0,1RaL1/3 untuk 109≤RaL ≤ 1013

RaL = bilangan Rayleigh

karena RaL diantara 104≤RaL ≤ 109 maka besarnya bilangan Nusselt adalah:

Nux = 0,59RaL0,25 [35]

= 0,59 x (3,1369 x 109)0,25

= 139,6299319

(59)

k = konduktivitas termal udara = 2,78377 x 10-2 W/mK

maka:

h2 = /), "))/ ) ( ",6*/66 ( !

7 _•/%1

!, j

= 38,86974758 W/m2_K

L2.10 MENGHITUNG KEHILANGAN PANAS

1. Menghitung Kehilangan Panas pada Sisi Dinding (Q1)

Q1 = Ud.A(Tu-Tr) = _? ~

{?•? = uuƒ•?‚? = u ‚•‚ = u „•‚ = _u€•…‚… = _{{ •…}?

[2]

Ud = koefisien pindahan panas menyeluruh pada dinding

h1 = koefisien konveksi permukaan luar (W/m2.K)

h2 = koefisien konveksi permukaan dalam (W/m2.K)

Tu = temperatur udara dalam kolektor (K)

Tr = temperatur lingkungan (K)

t1 = tebal kayu (m)

t2 = tebal sterofoam (m)

t3 = tebal rockwoll (m)

t4 = tebal plat absorber (m)

kky = konduktivitas termal kayu (W/m.K)

kst = konduktivitas termal sterofoam (W/m.K)

krw = konduktivitas termal rockwoll (W/m.K)

kp = konduktivitas termal plat absorber (W/m.K)

A1 = luas penampang kayu pada sisi dinding (m2)

A2 = luas penampang sterofoam pada sisi dinding (m2)

A3 = luas penampang rockwoll pada sisi dinding (m2)

A4 = luas penampang plat absorber pada sisi dinding (m2)

†_B‡B = _{6,a6! )6a • % 1}' ( !,/a j = 0,168354 K/W

B

(60)

&

v_Œ•‡& =

!,!3 j

!,!a" ‹ jy' L !,"6 j = 0,000579 K/W

Ž

v•‡Ž =

!,!!!/ j

‹ jy' L !," j = 0,00696 K/W

† •Ž = /*,* )6a63* • % 1' ( !," j = 7,773949 K/W

maka:

Q1 = /"",)3 1 – /!3,// 1

!, */3a_’‘ = !,!!!3* _’‘ = !,!!!")/ _’‘ = !,!!!36)_’‘ = !,!! ) _’‘ = 6,66/)a) _’‘

= 2,56233 Watt

karena bagian dinding kolektor terdiri atas 2 sisi, maka total kehilangan panas

dinding adalah Q1 x 2 = 2,56233 Watt x 2 = 5,124652476 Watt

2. Menghitung Kehilangan Panas pada Sisi Alas (Q2)

Pada perhitungan kehilangan panas pada sisi alas diasumsikan sama

dengan perhitungan kehilangan panas pada dinding sehingga parameter-parameter

yang digunakan dalam perhitungan pada sisi alas ini sama dengan pada

perhitungan dinding. Maka kehilangan panas pada sisi alas adalah:

Q2 = Ub.A(Tu-Tr) = _? ~

{?•“ = uuƒ•“‚“ = u ‚•”‚” = u „••‚• = _u€•<‚< = _{{ •<}?

[2]

Ub = koefisien pindahan panas menyeluruh pada sisi bawah (alas)

h1 = koefisien konveksi permukaan luar (W/m2.K)

h2 = koefisien konveksi permukaan dalam (W/m2.K)

Tu = temperatur udara dalam kolektor (K)

Tr = temperatur lingkungan (K)

t8 = tebal kayu (m)

t7 = tebal sterofoam (m)

t6 = tebal rockwoll (m)

t5 = tebal plat absorber (m)

(61)

A8 = luas penampang kayu pada sisi alas (m2)

A7 = luas penampang sterofoam pada sisi alas (m2)

A6 = luas penampang rockwoll pada sisi alas (m2)

A5 = luas penampang plat absorber pada sisi alas (m2)

†_B‡C = _{6,a6! )6a • % 1}' ( j = 0,05724 K/W

C

v_ˆQ‡C = _{!, ) • %1}'!,! j ( ,a % = 0,03605 K/W

–

v_‰Š‡– =

!,!3 j

!,!/ ‹ jy' L ,"/j = 1,12917 K/W

—

v_Œ•‡— =

!,! j

!,!a" ‹ jy' L ,!! j = 1,42714 K/W

8

v_•‡8 =

!,!!!3 j

‹ jy' L j = 43 x 10-7 K/W

† •8 = /*,* )6a63* • % 1' ( j = 0,025726 K/W

maka:

Q2 = /"",)3 1 – /!3,// 1

!,!36"a _’‘ = !,!/ !3 _’‘ = , ") 6 _’‘ = ,a"6 a_’‘ = a/ ( !7– ‘

’ =!,!"36" ’‘

= 6,6339Watt

3. Menghitung Kehilangan Panas pada Kaca/Cover (Q3)

Q3 = Ua.A(Tu-Tr)

∗ Ua = ˜_™ z

š›œ(š› • šŒ)ž•Ÿ

+ _†_•¡ + ¢( ›= Œ)(› = Œ )

(£¤=!,!!3) z†¥)7B₌ ž•Ÿ7B•.,B&&&¦• ¦ˆ z

Ua = koefisien pindahan panas menyeluruh pada kaca (cover)

N = jumlah kaca/cover = 1 lembar

β = sudut kemiringan kolektor = 600

σ = konstanta Stefan-Boltzman = 5,67 x 10-8 W/m.K4

C = 520(1 – 0,000051.β2) untuk 00≤β≤ 700 = 424,528

(62)

hw = koefisien perpindahan kalor konveksi = 2,8 + 3v = 3,54 W/m2.0C

f = (1 + 0,089hw – 0,1166hw. εp)(1 + 0,07866N)

= 0,68029

A = luas permukaan kaca = 1 m2

Tu = temperatur udara dalam kolektor (0C)

Tr = temperatur lingkungan (0C)

a = ˜_{Ž Ž,8 C}

Ž§,§8 ¨œ(Ž§,§8 ¨ 7 & ,&& ¨)B• .,—C. §

., §—C8 +

/,3a ‹ j' ._t¡ = 2,935

(!,)6=!,!!3) ( )(/,3a))7B₌ (B)•.,—C. §7B•.,B&&&(.,§–) .,§Ž

= 0,0054

Ua = a + b = 2,94 W/m2_.0_C

maka:

Q3 = 2,94 W/m2.0C x 1 m2 x (49,95 0C – 32,33 0C)

= 51,83596 Watt

4. Menghitung Kehilangan Panas Radiasi (Q4)

Q4 = •.ª( € … _«…₎

¬_-€?= _-«? ?®= _-«?= _-«? ? [2]

Tp = temperatur plat (K)

Ta = temperatur acyrilic (K)

Εa = emisivitas acrylic = 0,94

εp = emisivitas plat = 0,97

σ = konstanta Stefan-Boltzman = 5,67 x 10-8 W/m.C4

A = luas permukaan dalam kolektor = 1 m2

maka:

Q4 = j .3, 6 L !

.,§– = .,§ŽB = .,§ŽB = .,§ŽB

(63)

= Q1 + Q2 + Q3 + Q4

= (5,12465 + 6,6339 + 51,83596 + 0,10591) Watt

Qloss = 63,700046 Watt

L2.11 MENGHITUNG PANAS MASUK (QIN) PADA KOLEKTOR

Qin = I.A.τ.α [2]

Qin = panas masuk pada kolektor (Watt)

I = Intensitas radiasi matahari/Hobo = 425,23 W/m2

A = luas permukaan kolektor (m2) = 1 m2

τ = transmisivitas acrylic = 0,92

α = absorbsivitas plat = 0,97 (Nilai absorbsivitas (α) plat yang dicat

hitam diasumsikan 0,97)

maka panas masuk (Qin) yang diserap kolektor adalah:

Qin = 425,23W/m2 x1 m2 x 0,92 x 0,97

= 341,53 Watt

L2.12 MENGHITUNG PANAS YANG DIGUNAKAN (QU) PADA

KOLEKTOR

Qu = F`. (Qin - Qloss) [2]

Qu = panas yang digunakan (Watt)

F` = faktor efisiensi kolektor (diasumsikan = 90%)

Qin = panas yang masuk pada kolektor

Qloss = panas yang hilang pada kolektor

maka:

Qu = (90%). (341,53 Watt – 63,700 Watt)

= 277,83 Watt

L2.13 MENGHITUNG PANAS REAKSI ABSORBEN Reaksi : LiCl + H2O LiCl.H2O

(64)

∆Hf LiCl.H2O = -4,45 kcal/mol [34]

∆Hr = (-4,45) - (-97,63 - 57,79) kcal/mol

= 150,98 kcal/mol

Untuk Massa Absorben 1000 gr,

Qab = m x ∆Hr

= 1000 x 150,98 kcal/mol

= 150978 gr kcal/mol

L2.14 MENHITUNG KONSUMSI ENERGI SPESIFIK Untuk Variasi Sampel Absorben : Kakao 1 : 1,

Energi surya siang 1 = 218,52 Watt

Waktu pengeringan = 28800 s

Energi surya siang 2 = 67,29 Watt

Waktu pengeringan = 30000 s

Energi kimia absorben = 150978 gr kcal/mol

Mr LiCl = 42,4

Mol LiCl = 1000 gr / 42,4 = 23,58 mol

Faktor konversi [34]:

1 kg = 1000 gr

1 kcal = 4,187 kJ

1 kJ = 1000 J

1 J = 106 MJ

1 Watt = 1 J/s

Energi surya siang 1 = 218,52 Watt x 28800 s = 6293510 J = 6,29 MJ

Energi surya siang 2 = 67,29 Watt x 30000 s = 2115418 J = 2,02 MJ

Energi kimia absorben = (150978/(1000x42,4))x4,187x0,001 = 0,0149 MJ

Total energi = 8,327 MJ

Total air yang diuapkan = 0,553 kg air

(65)

L3.1 Foto Alat Indirect Solar Dryer

Gambar L3.1 Foto Alat Indirect Solar Dryer

(66)

L3.3 Foto Sampel Kakao pada Pengeringan Malam Hari

Gambar L3.3 Foto Sampel Kakao pada Pengeringan Malam Hari L3.4 Foto Sampel Kakao Setelah Pengeringan