TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

(1)

i

PENGERING ENERGI SURYA

DENGAN VARIASI TINGGI CEROBONG

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

ARDHI WICAKSANA NIM : 095214038

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

PERFORMANCE OF THE SOLAR ENERGY DRYERS

WITH HIGH VARIATION CHIMNEY

FINAL ASSIGMENT

Presented as a meaning

To Obtain Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering Study Program

Majoring In Mechanical Engineering

Submitted by

ARDHI WICAKSANA

Student Number : 095214038

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

v ABSTRAK

Sebagai negara yang sebagian wilayahnya terlewati garis khatulistiwa

yang mempunyai cadangan energi surya yang cukup berlimpah, dan permintaan

alat pengering pertanian semakin tinggi. Diperlukan pemanfaatan radiasi surya

dalam proses pengeringan. Tujuan penelitian adalah: (1) mengembangkan alat

pengering energi surya; (2) Mengetahui efisiensi kolektor, efisiensi pengambilan,

efisiensi sistem yang dihasilkan; (3) Mengetahui perbedaan tekanan di dalam

pengering yang ditimbulkan oleh variasi cerobong.

Pengering energi surya dengan kolektor plat persegi panjang terdiri dari 1

kasa absorber alumunium dengan panjang 8m dan lebar 1m, kotak kolektor

berukuran 2m x 1m x 0,12m, tertutup kaca berukuran 2m x 1m. Variabel yang

diukur meliputi Temperatur udara masuk kolektor (T1), Temperatur udara keluar

kolektor (T2), Temperatur udara keluar cerobong (T3), Kelembaban udara masuk

kolektor (RH1), Kelembaban udara keluar kolektor (RH2), Kelembaban udara

keluar cerobong (RH3), Radiasi surya yang datang (GT), Berat bahan uji pada

setiap waktu (massa).

Dari penelitian yang dilaksanakan, dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut : (1) Pengembangan alat pengering energi surya telah berhasil

dikembangkan dan bekerja dengan baik; (2) Hasil yang diperoleh, efisiensi

kolektor rata-rata tertinggi sebesar 93,33 % terjadi pada Data kedua. Efisiensi

sistem rata-rata tertinggi sebesar 41,03 % terjadi pada Data kedua. Efisiensi

pengambilan kadar air tertinggi sebesar 46,61 % terjadi pada Data kedua; (3)

Hasil yang diperoleh, perbedaan tekanan tertinggi rata-rata sebesar 201,19 Pa

terjadi pada Data ketiga.

(6)

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, atas berkat,

rahmat, dan karunia–Nya yang diberikan sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir dengan lancar dan tepat pada waktunya. Tugas

Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan mencapai derajat sarjana S – 1

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

Dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis menyampaikan ucapan

terima kasih yang tak terhingga kepada pihak-pihak yang telah banyak

membantu dalam menyelesaikan penelitian ini, khususnya kepada :

1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi.

2. Bapak Ir.Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi

Teknik Mesin.

3. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas

Akhir.

4. Bapak Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing

Akademik.

5. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. yang telah membantu merangkai

sensor alat ukur.

6. Dosen-dosen Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi.

7. Terima kasih kepada Ayah dan Ibu yang telah memberi motivasi dan doa

sehingga dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir.

8. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin Sanata Dharma.

9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu dan yang telah

(7)

vii

Akhir kata, dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis merasa masih

banyak kekurangan-kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi,

mengingat akan kemampuan yang dimiliki penulis. Untuk itu kritik dan saran

dari semua pihak sangat penulis harapkan demi penyempurnaan pembuatan

(8)

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi

ABSTRAK ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xvi

BAB I ... 1

1.1Latar Belakang ... 1

1.2Rumusan Masalah ... 2

1.3Tujuan Penelitian ... 2

1.4Manfaat Penelitian ... 2

(9)

ix

BAB II ... 4

2.1 Dasar Teori ... 4

2.2 Prinsip Kerja ... 5

2.3 Energi Berguna (Qu) ... 6

2.4 Efisiensi Kolektor (ƞc) ... 6

2.5 Efisensi Pengambilan (ƞp) ... 7

2.6 Efisiensi Sistem (ƞs) ... 7

2.7 Perbedaan Tekanan (Δp) ... 8

BAB III ... 9

3.1 Skema Alat ... 9

3.2 Alat Pendukung ... 9

3.3 Variabel yang Divariasikan ... 10

3.4 Variabel yang Diukur ... 10

3.5 Langkah Penelitian ... 10

3.6 Pengolahan Data dan Analisa Data ... 11

BAB IV ... 12

4.1 Data Penelitian ... 12

4.1.1 Data Pertama ... 12

4.1.2 Data Kedua ... 14

4.1.3 Data Ketiga ... 15

(10)

x

4.3 Data Perhitungan ... 26

4.3.1 Contoh Perhitungan Efisiensi Kolektor (ƞc) ... 26

4.3.2 Contoh Perhitungan Efisiensi Pengambilan (ƞp) ... 29

4.3.3 Contoh Perhitungan Efisiensi Sistem (ƞs) ... 29

4.3.4 Contoh Perhitungan Perbedaan Tekanan (Δp) ... 29

4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan ... 30

4.4.1 Grafik Efisiensi Kolektor (ƞc) ... 30

4.4.2 Grafik Efisiensi Pengambilan (ƞp) ... 33

4.4.3 Grafik Efisiensi Sistem (ƞs) ... 36

4.5 Pembanding ... 40

BAB V ... 41

5.1 Kesimpulan ... 41

5.2 Saran ... 41

DAFTAR PUSTAKA ... 42

(11)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Alat Pengering Energi Surya Tampak Samping ... 4

Gambar 2.2 Skema Pengering Energi Surya ... 8

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Temperatur (T) dan Radiasi Surya (GT)

terhadap Waktu Data Pertama ... 17

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Kelembaban (RH) dan Radiasi Surya (GT)

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Massa dan Radiasi Surya (GT)

terhadap Waktu Data Kedua ... 20

terhadap Waktu Data Ketiga ... 23

(12)

xii

Gambar 4.10 Grafik Hubungan Efisiensi Kolektor (ƞc) dan Radiasi Surya (GT)

Gambar 4.13 Grafik Hubungan Efisiensi Pengambilan (ƞp) dan Radiasi Surya

(GT) terhadap Waktu Data Pertama ... 33

(GT) terhadap Waktu Data Kedua ... 34

(GT) terhadap Waktu Data Ketiga ... 35

Gambar 4.16 Grafik Hubungan Efisiensi Sistem (ƞs) dan Radiasi Surya (GT)

(13)

xiii

Gambar 4.19 Grafik Massa Pengeringan Menggunakan Alat dan Manual

(14)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Pertama (Tinggi Cerobong 1 meter) ... 12

Tabel 4.2 Data Kedua (Tinggi Cerobong 2 meter) ... 14

Tabel 4.3 Data Ketiga (Tinggi Cerobong 3 meter) ... 15

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Efisiensi Kolektor (ƞc)

Data Pertama ... 43

Data Kedua ... 45

Data Ketiga ... 47

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Efisiensi Pengambilan (ƞp)

Data Pertama ... 49

Data Kedua ... 51

Data Ketiga ... 53

Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Efisiensi Sistem (ƞs)

Data Pertama ... 55

(15)

xv

Data Ketiga ... 59

Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Perbedaan Tekanan (Δp)

Data Pertama ... 61

Data Kedua ... 63

(16)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Hasil pertanian adalah hal yang paling ditunggu para petani selama berbulan-bulan

bercocok tanam. Hasil pertanian sebagian besar dalam bentuk bijian. Misalnya

semangka, melon, tomat, mentimun, cabai, padi, jagung, kacang tanah, kopi, ketela, dan

lain sebagainya. Dari hasil pertanian tersebut ada yang dijual langsung dalam kondisi

segar dan ada yang dalam kondisi kering. Hasil pertanian yang bisa dijual dalam kondisi

segar diantaranya semangka, melon, mentimun, tomat, cabai, jagung, ketela, dan lain

sebagainya. Dan hasil pertanian yang dijual dalam kondisi kering adalah padi, kopi.

Diantara hasil panen yang dijual dalam keadaan segar, bisa juga dijual dalam kondisi

kering. Misalnya jagung & ketela. Untuk pengeringan para petani mengunakan panas

langsung dibawah sinar matahari. Namun hasilnya kadang tidak sesuai yang diharapkan.

Karena keadaan cuaca yang sering berubah. Misalnya seperti bila hari hujan hasil

pertanian akan rusak. Pada umumnya pengeringan dilakukan secara tradisional yaitu

dengan penjemuran. Pengeringan dengan cara ini masih memiliki beberapa kendala dan

kekurangan salah satunya adalah masalah tenaga kerja karena seperti yang kita tahu

bahwa jumlah tenaga kerja yang menekuni pertanian di seluruh Indonesia semakin

menurun.

Maka dari itu perlu dicari alternatif sumber energi lain. Alat pengering tenaga surya

(solar dryer) adalah salah satu alternative yang dapat digunakan. Tenaga surya atau sinar

matahari sangat melimpah dan tanpa biaya untuk mendapatkannya yang belum

dimanfaatkan secara maksimal. Informasi tentang kerja pengering hasil pertanian dengan

menggunakan tenaga surya di Indonesia belum banyak, sehingga diperlukan

(17)

2 1.2Rumusan Masalah

Untuk mendapatkan hasil yang baik dan efisiensi pengeringan yang besar. Pada

penelitian ini divariasikan ketinggian cerobong mulai dari tinggi 1 meter, 2 meter, dan 3

meter untuk mengetahui pengaruh dari setiap variasi tersebut. Dari hasil pengujian alat

ini, diharapkan dapat diketahui perbedaan besarnya efisiensi pengeringan yang

dihasilkan dengan variasi ketinggian cerobong.

1.3Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai yaitu :

1. Mengembangkan alat pengering energi surya.

2. Mengetahui efisiensi kolektor, efisiensi pengambilan, efisiensi sistem yang

dihasilkan.

3. Mengetahui perbedaan tekanan di dalam pengering yang ditimbulkan oleh variasi

cerobong.

1.4Manfaat Penelitian

Manfaat yang di dapat ialah :

1. Membantu para petani dalam mengawetkan / mengolah hasil panen supaya bertahan

lama.

2. Alat pengering hasil pertanian dengan energi surya bisa diterima oleh masyarakat

sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan, terutama bagi para petani.

3. Menambah kepustakaan teknologi pengeringan hasil pertanian energi surya.

1.5. Batasan Masalah

1. Kolektor memiliki panjang 2 m, lebar 1 m, tinggi 0,12 m

2. Udara mengalir ke dalam kolektor secara alami.

3. Bahan untuk pengambilan data adalah sekam padi, karena bahan mudah didapat.

4. Untuk variasi tinggi cerobong ini mempunyai 3 variasi yaitu : tinggi 1 m, tinggi 2 m,

(18)

3 BAB II

DASAR TEORI

2.1 Dasar Teori

Pada umumnya pengering hasil pertanian terdiri dari 3 bagian utama yaitu : kotak

kolektor, terdiri dari plat absorber dan kaca, serta lubang udara. Plat yang digunakan

adalah plat aluminium datar. Absorber akan menerima energi surya yang datang dan

mengkonversikannya menjadi panas. Absorber berfungsi memanaskan udara luar yang

mengalir melewati lubang udara kedalam alat pengering secara alami. Bisa juga dengan

blower untuk mempercepat aliran udara. Udara panas memiliki massa jenis kecil

daripada udara dingin, sehingga udara dapat mengalir ke atas menuju rak dan

mengeringkan hasil pertanian. Saat udara panas melalui / menembus rak yang diatasnya

terdapat hasil pertanian terjadi perpindahan panas dan massa air dari hasil pertanian ke

udara panas tersebut, proses inilah yang dinamakan proses pengeringan. Bagian

selanjutnya adalah kotak pengering yang didalamnya terdapat rak. Rak berguna untuk

meletakkan hasil pertanian yang akan dikeringkan. Bagian terakhir adalah cerobong.

Cerobong di alat pengering ini berfungsi memberikan tarikan tambahan. Tarikan muncul

karena adanya perbedaan massa jenis antara udara didalam kotak pengering dengan

udara diluar pengering. Kontruksi alat pengering pertanian yang umum dapat dilihat pada

(19)

4

Gambar 2.1 Alat Pengering Energi Surya

Keterangan gambar :

1 : Kolektor

2 : Kotak pengering

3 : Cerobong

4 : Sensor timbangan

5 : Lubang masuk udara

2.2 Prinsip Kerja

Prinsip kerja dari pengering adalah absorber di dalam kolektor menerima panas energi

surya. Udara panas di dalam kolektor mempunyai massa jenis yang kecil dibandingkan

udara yang berada diluar. Karena perbedaan massa jenis inilah udara dapat mengalir ke

atas dan mengambil uap air di sekam padi yang berada di dalam kotak pengering. Dan

(20)

5 2.3 Energi Berguna ( Qu)

Jumlah energi yang terpakai untuk memanasi udara di absorber (jumlah energi yang

dipindahkan dari absorber ke udara) disebut dengan energi berguna. Dinyatakan dengan :

Qu = ṁ.Cp ( T2-T1 ) (1)

dengan :

ṁ : laju massa aliran( kg/detik )

Cp : panas spesifik udara ( J/kg.˚C )

T2 : temperatur udara keluar kolektor ( ˚C )

T1 : temperatur udara masuk kolektor ( ˚C )

2.4 Efisiensi Kolektor (

ƞc

)

Efisiensi kolektor adalah perbandingan energi berguna dengan energi surya yang

masuk ke kolektor. Dinyatakan dengan :

Ƞ

c

=

(2)

dengan :

Qu : energi berguna (W)

GT : intensitas energi surya yang datang (W/m²)

Ac : luas kolektor surya (m²)

(21)

6

Efisiensi pengambilan adalah perbandingan uap air yang dipindahkan oleh udara

dalam alat dengan kapasitas teoritis udara menyerap uap air. Dinyatakan dengan :

Ƞp

=

(3)

dengan :

RH1 : kelembaban udara masuk kolektor

RH2 : kelembaban udara keluar kolektor

RH3 : kelembaban udara keluar cerobong

2.6 Efisiensi Sistem (

ƞs

)

Efisiensi sistem pengeringan adalah perbandingan antara energi yang digunakan

untuk mengeringkan hasil pertanian dengan energi surya yang masuk ke alat pengering

(kolektor). Dinyatakan dengan :

Ƞs

=

(4)

dengan :

mg : laju massa air yang menguap (kg/detik)

L : kalor laten dari air yang menguap (J/kg)

GT : intensitas energi surya yang datang (W/m²)

AC : luas kolektor surya (m²)

2.7 Perbedaan Tekanan ( Δp )

Perbedaan tekanan ditimbulkan karena adanya perbedaan massa jenis udara di dalam

alat pengering dengan udara yang ada diluar alat pengering. Dinyatakan dengan :

(22)

7

dengan :

h1 : jarak antara lapisan bawah padi dengan permukaan dasar (m)

h2 : jarak antara lapisan atas padi dengan cerobong (m

ρ : massa jenis udara lingkungan sekitar (kg/m³)

ρ1 : massa jenis udara setelah melewati kolektor (kg/m³)

ρ2 : massa jenis udara setelah melewati lapisan padi (kg/m³)

g : gaya gravitasi (m/detik²)

(23)

8 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Skema Alat

Alat pengering terdiri dari 3 bagian utama. yaitu :

a. Kolektor

Ukuran 200 cm x 100 cm, bagian kolektor antara lain; plat, absorber, dan kaca, serta

lubang udara.

b. Kotak Pengering

Yang di dalamnya terdapat rak pengering untuk meletakkan hasil pertanian yang

akan dikeringkan.

c. Cerobong

Terdapat 3 variasi cerobong, diantaranya 1 m, 2 m, 3 m.

3.2 Alat Pendukung

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

a. Logger Arduino

Alat ini digunakan untuk mencatat temperatur, kelembaban, radiasi surya, dan massa

pada alat pengering setiap 2 detik.

b. Sensor suhu dan kelembaban

Alat ini digunakan untuk mengetahui temperatur dan kelembaban yang ada pada alat

pengering.

c. Sensor Radiasi Surya

Alat ini digunakan untuk mengetahui berapa besar radiasi surya yang datang.

d. Solar Meter

Alat ini digunakan untuk mengetahui berapa radiasi surya yang datang secara

manual.

e. Sensor Timbangan

Alat ini digunakan untuk mengukur massa bahan yang diuji.

f. Laptop

(24)

9

g. Timbangan

Alat ini digunakan untuk mengukur massa yang dikeringkan dengan cara manual.

3.3 Varibel yang divariasi

1. ketinggian cerobong 1 meter, 2 meter, 3 meter dengan massa sekam padi 4 kg

3.4 Variabel yang diukur

1. Temperatur udara masuk kolektor (T1)

2. Temperatur udara keluar kolektor (T2)

3. Temperatur udara keluar cerobong (T3)

4. Kelembaban udara masuk kolektor (RH1)

5. Kelembaban udara keluar kolektor (RH2)

6. Kelembaban udara keluar cerobong (RH3)

7. Radiasi surya yang datang (GT)

8. Massa (Load)

3.5 Langkah Penelitian

1. Penelitian diawali dengan menyiapkan alat pengering seperti pada gambar 2.1.

2. Menyiapakan hasil pertanian yang akan dikeringkan (pada penelitian ini

mengeringkan sekam padi).

3. Memasang sensor suhu, solar meter, dan logger Arduino. Sensor suhu pertama/T1

diletakkan di depan kolektor (masuk kolektor), sensor suhu kedua/T2 diletakkan di

belakang kolektor (keluar kolektor), sensor suhu ketiga/T3 diletakkan di atas rak

dekat dengan cerobong (keluar cerobong). Solar meter yang digunakan untuk

mengetahui radiasi surya yang masuk (GT) dan solar meter yang digunakan untuk

mengisi baterai pada logger wifi diletakkan di samping alat pengering.

4. Waktu pengambilan data dimulai pukul 10.00 s/d 14.00 WIB.

3.6 Pengolahan dan Analisa Data

Pengolahan dan analisis data diawali dengan melakukan perhitungan pada

parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1) sampai (6). Analisa

dapat mudah dilakukan dengan cara membuat grafik hubungan. Pertama, hubungan

efisiensi kolektor, efisiensi pengambilan, efisiensi sistem pengering dengan GT. Kedua,

(25)

10 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Dalam penelitian ini kita akan mengetahui data yang telah diambil dengan variasi

tinggi cerobong. Pengambilan data dilakukan 1 hari untuk satu variasi tinggi cerobong

pada pukul 10.00 s/d 14.00 WIB. Untuk variasi cerobong berikutnya waktunya sama.

Tempat alat pengering berada di lingkungan Kampus III Universitas Sanata Dharma.

4.1.1 Data Pertama

Hari/tanggal : Rabu, 10 Juli 2013

Bahan : Sekam Padi

Massa awal : 4 kg

Tabel 4.1 Data Pertama (Tinggi cerobong 1 meter)

Waktu (menit)

Temperatur, °C Kelembaban, % massa

(26)

11

4.1.2 Data Kedua

Hari/tanggal : Kamis, 11 Juli 2013

Bahan : Sekam Padi

Massa awal : 4 kg

(27)

12 Waktu

(menit)

Temperatur, °C Kelembaban, % Massa

(28)

13

4.1.3 Data Ketiga

Hari/tanggal : Jumat, 12 Juli 2013

Bahan : Sekam Padi

Massa awal : 4 kg

Tabel 4.3 Data Ketiga (Tinggi cerobong 3 meter)

Waktu (menit)

Temperatur, °C Kelembaban, % Massa

(29)

14

4.2 Grafik Hasil Pengambilan Data

Berdasarkan Tabel 4.1, data yang diperoleh disajikan menjadi grafik pada Gambar

4.1, Gambar 4.2, dan Gambar 4.3 sebagai berikut :

0

(30)

15

Gambar 4.1 Grafik hubungan Temperatur ( T ) dan Radiasi Surya ( GT ) terhadap

waktu untuk Data pertama

Pada gambar 4.1 dapat dilihat bahwa besarnya temperatur pada saat masuk kolektor

(T1) cenderung konstan. Pada saat keluar kolektor (T2), temperatur udara menjadi

tinggi. Disebabkan oleh udara yang masuk mendapat radiasi surya, dan mengalami

peningkatan setiap waktunya. Temperatur udara keluar cerobong (T3) juga mengalami

kenaikkan.

Temperatur udara pada T2 tertinggi, karena dipanaskan di dalam kolektor. Radiasi

surya saat pengambilan data rata-rata sebesar 389,32 W/m².

Gambar 4.2 Grafik hubungan Kelembaban ( RH ) dan Radiasi Surya ( GT ) terhadap waktu untuk Data pertama.

Pada gambar 4.2 dapat dilihat bahwa kelembaban pada saat masuk kolektor (RH1)

mengalami penurunan saat awal percobaan, dan setelah 15 menit awal cenderung

konstan. Begitu pula kelembaban keluar kolektor (RH2) juga mengalami penurunan

dan cenderung konstan. Saat keluar cerobong (RH3), dari waktu ke waktu mengalami

penurunan.

Kelembaban saat keluar cerobong paling tinggi dibandingkan dengan kelembaban

saat masuk kolektor dan keluar kolektor, karena disebabkan oleh penguapan sekam

padi. Radiasi surya rata-rata sebesar 389,32 W/m².

(31)

16

Gambar 4.3 Grafik hubungan Massa dan Radiasi Surya (GT) terhadap Waktu untuk

Data pertama.

Pada gambar 4.3 dapat dilihat bahwa semakin lama waktu pengeringan, massa padi

akan berkurang tergantung dengan radiasi surya yang diterima kolektor.

Massa awal sekam padi adalah 4,00 kg. Setelah mengalami proses pengeringan

menjadi 3,42 kg.

Rata-rata radiasi surya adalah 389,32 W/m².

(32)

17

Berdasarkan Tabel 4.2, data yang diperoleh disajikan menjadi grafik pada Gambar

4.4, Gambar 4.5, dan Gambar 4.6 sebagai berikut :

Gambar 4.4 Grafik hubungan Temperatur ( T ) dan Radiasi Surya ( GT ) terhadap

waktu untuk Data kedua.

(T1) mengalami kenaikan setiap waktunya. Pada saat melewati kolektor atau keluar

kolektor (T2) temperatur menjadi tinggi dari waktu ke waktu dan hampir konstan. Saat

keluar cerobong (T3) temperatur mengalami kenaikan. Rata-rata radiasi surya adalah

(33)

18

Gambar 4.5 Grafik hubungan Kelembaban (RH) dan Radiasi Surya (GT) terhadap Waktu untuk Data kedua.

Pada gambar 4.5 dapat dilihat bahwa kelembaban masuk kolektor (RH1) cenderung

konstan. Pada saat keluar kolektor (RH2) kelembaban mengalami penurunan. Dan pada

saat keluar cerobong (RH3) kelembaban menjadi tinggi karena disebabkan oleh

penguapan sekam padi. Kelembaban terendah di RH3 pada menit-155 adalah 30,29 %.

(34)

19

Data kedua.

menjadi 3,1 kg.

(35)

20

Berdasarkan Tabel 4.3, data yang diperoleh disajikan menjadi grafik pada Gambar 4.7, Gambar 4.8, dan Gambar 4.9 sebagai berikut :

Gambar 4.7 Grafik hubungan Temperatur (T) dan Radiasi Surya (GT) terhadap Waktu

untuk Data ketiga.

(T1) cenderung konstan. Pada saat keluar kolektor (T2) temperatur menjadi tinggi,

karena dipanaskan di dalam kolektor. Saat keluar cerobong (T3) temperatur kembali

rendah dan cenderung konstan.

(36)

21

Gambar 4.8 Grafik hubungan Kelembaban (RH) dan Radiasi Surya (GT) terhadap

Waktu untuk Data ketiga.

Pada gambar 4.8 dapat dilihat bahwa kelembaban pada saat masuk kolektor (RH1)

cenderung konstan. Pada saat keluar kolektor (RH2) kelembaban rendah. kelembaban

keluar cerobong (RH3) awalnya cukup tinggi, namun pada setiap waktunya mengalami

(37)

22

Data ketiga

menjadi 2,75 kg.

(38)

23 4.3 Data Perhitungan

Efisiensi pengeringan sebuah alat pengering energi surya dapat dinyatakan dalam tiga

macam efisiensi yaitu : (1) efisiensi kolektor (

ƞ

c), (2) efisiensi sistem (

ƞ

s), (3) efisiensi

pengambilan (

ƞp

).

4.3.1 Contoh Perhitungan Efisiensi kolektor (

ƞ

C )

Untuk menentukan efisiensi kolektor, digunakan nilai dari energi berguna

(Qu), radiasi surya (GT), serta luasan kolektor (AC).

Kolektor dengan panjang (p), lebar (l), tinggi (t) sebagai berikut (2m . 1m .

0,12m).

1. Luas kolektor (AC) adalah persegi panjang, dapat dinyatakan dengan

persamaan :

AC = p . l (6)

luas kolektor, persamaan (6)

AC = 2m . 1m

= 2 m²

2. Penurunan tekanan di kolektor (ΔP kolektor) dapat dinyatakan dengan persamaan

:

Δ

P kolektor =

[ hkolektor (

ρ-ρ1

) ]

g (7)

Dimana hkolektor adalah tinggi kolektor dari tanah ke kolektor = 0,76 m.

Dan ρ adalah massa jenis udara di luar pengering, ρ1dan ρ2 massa jenis udara

di dalamnya, dan g = 9,81 m/detik². Dan ρdapat dicari dengan persamaan gas

ideal (Arismunandar,1995. Halaman 144). Massa jenis udara lingkungan

adalah :

(39)

24

=

1,16 kg/m²

dan begitupun ρ1 = 1,09 kg/m²dan ρ2 = 1,16 kg/m². Kemudian dari persamaan

(8) :

Δ

P kolektor =[ 0,76 m (1,16 kg/m² - 1,09 kg/m²) ] 9,81 m/detik²

= 0,499 Pa

3. Kecepatan aliran udara ( v ) masuk kolektor dapat dinyatakan dengan

persamaan :

v = Δp

(8)

dimana R adalah sejenis kawat strimin yg terbuat dari alumunium, yang

diletakkan di dalam kolektor. Harga R kita asumsikan 15 Pa.menit/m

(Arismunandar,1995. Halaman 144). Kemudian persamaan (8) :

v = 0,499 Pa

= 0,033 m/s

4. Debit aliran udara (Q) di kolektor dapat dinyatakan dengan persamaan :

Q = v.A (9)

dimana A adalah luas mulut kolektor. Memiliki panjang = 1 meter dan lebar =

0,12 m. Dengan luas permukaan kolektor (A) = 0,12 m². Kemudian persamaan

(9) :

Q = 0,033 m/s . 0,12 m²

= 0,004 m³/s

5. Laju massa aliran udara (ṁ) dinyatakan dengan persamaan :

ṁ = Q (10)

(40)

25

ṁ = . 0,004 m³/s

= 0,005 kg/s

6. Energi berguna (Qu) dapat dinyatakan dengan persamaan :

Qu = ṁ.Cp.ΔT (1)

dimana Cp adalah panas spesifik dan ΔT perbandingan temperatur (data

pertama).

Cp = 1007 J/kg.˚C dan ΔT = T2-T1= 19 ˚C.

Energi berguna (Qu) dicari menggunakan persamaan (1) :

Qu = 84,5 watt

7. Sehingga efisiensi kolektor (ƞc) dapat dicari menggunakan persamaan (2) :

ƞ

c =

= 10,5 %

data lengkap, Efisiensi Kolektor disajikan dalam Tabel 4.4 untuk Data

pertama, Tabel 4.5 untuk Data kedua, Tabel 4.6 untuk Data ketiga.

4.3.2 Contoh Perhitungan Efisiensi Pengambilan (

ƞ

p )

Efisiensi pengambilan dapat dicari menggunakan persamaan (3) :

ƞ

p=

= 9,84 %

data lengkap, Efisiensi Kolektor disajikan dalam Tabel 4.7 untuk Data

4.3.3 Contoh Perhitungan Efisiensi Sistem (

ƞ

s)

(41)

26

4.3.4 Contoh Perhitungan Perbedaan Tekanan ( Δp )

Perbedaan tekanan yang ditimbulkan karena variasi tinggi cerobong dapat dicari

menggunakan persamaan (5).

dimana pada Data Pertama ; h1 = 1,135 m, h2 = 1,95 m, ρ =1,160

kg/m² , ρ1 =1,093 kg/m², ρ2 = 1,164 kg/m² .

Δp = [ h1(ρ-ρ1) + h2 (ρ-ρ2) ] g (5)

= 75,96 Pa

data lengkap, Perbedaan Tekanan disajikan dalam Tabel 4.13 untuk Data pertama,

Tabel 4.14 untuk Data kedua, Tabel 4.15 untuk Data ketiga.

4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan

4.4.1 Grafik Efisiensi Kolektor

Berdasarkan Tabel 4.4, efisiensi kolektor Data pertama disajikan menjadi grafik

seperti tampak pada Gambar 4.10

(42)

27

Gambar 4.10 Grafik hubungan Efisiensi Kolektor (ƞc) dan Radiasi Surya (GT)

terhadap Waktu untuk Data pertama.

Pada Gambar 4.10 dari grafik diatas efisiensi kolektor cenderung naik, hal tersebut

dikarenakan absorber mulai bekerja menyimpan panas. Efisiensi kolektor tertinggi

mencapai 94,9 %, dengan radiasi surya sebesar 341,13 W/m² pada menit-145. Namun

menjelang akhir dari pengambilan data terjadi penurunan, dikarenakan radiasi surya

setiap waktunya mengalami penurunan. Sehingga absorber juga tidak banyak

menyimpan panas.

Efisiensi kolektor rata-rata pada Data pertama adalah 66,3 %, dengan radiasi surya

rata-rata 389,32 W/m².

Berdasarkan Tabel 4.5, efisiensi kolektor Data kedua disajikan menjadi grafik

terhadap Waktu untuk Data kedua.

Pada Gambar 4.11 dari grafik hubungan diatas, efisiensi kolektor dari waktu ke waktu

cenderung naik. Hal tersebut dikarenakan kerja absorber yang sudah mulai menyimpan

(43)

28

surya 119,61 W/m² pada menit ke-55. Hal ini terjadi saat menjelang akhir pengambilan

data, dikarenakan selisih suhu antara T1 dan T2 cukup besar akibat absorber yang masih

menyimpan panas, karena mempengaruhi hasil perhitungan Qu. Efisiensi kolektor

rata-rata 93,33 %. Dengan rata-rata-rata-rata radiasi surya 467,59 W/m².

Berdasarkan perhitungan, rata-rata efisiensi kolektor pada Data kedua lebih besar dari

(44)

29

Berdasarkan Tabel 4.6, efisiensi kolektor Data ketiga disajikan menjadi grafik

terhadap Waktu untuk Data ketiga.

Pada Gambar 4.12 dari grafik hubungan diatas, efisiensi kolektor dari waktu ke waktu

mengalami kenaikan, hal ini dikarenakan absorber sudah mulai menyimpan panas.

Efisiensi kolektor tertinggi 99 %. Dengan radiasi surya 175,24 W/m² pada menit ke-175.

Hal ini terjadi saat menjelang akhir pengambilan data, dikarenakan selisih suhu antara T1

dan T2 cukup besar akibat absorber yang masih menyimpan panas, karena

mempengaruhi hasil perhitungan Qu. Efisiensi kolektor rata-rata adalah 72,49 %.

Dengan rata-rata radiasi surya 468,73 W/m².

Berdasarkan hasil perhitungan, perbandingan efisiensi kolektor rata-rata pada Data

kedua paling tinggi dibandingkan Data kesatu dan Data ketiga, tetapi dengan radiasi

surya yang berbeda pula.

(45)

30 4.4.2 Grafik Efisiensi Pengambilan

Berdasarkan Tabel 4.7, efisiensi pengambilan Data pertama disajikan menjadi

grafik seperti tampak pada Gambar 4.13

Gambar 4.13 Grafik hubungan Efisiensi Pengambilan (

ƞ

p) dan Radiasi Surya (GT)

Pada Gambar 4.13 grafik hubungan diatas, efisiensi pengambilan kadar air dari waktu

ke waktu mengalami peningkatan. Kelembaban dari RH2 dari waktu ke waktu semakin

kecil dan kelembaban di RH3 besar. Karena kelembaban yang digunakan untuk

mengeringkan sekam padi harus lebih kecil untuk dapat mengambil air yang ada di

sekam padi. Namun setelah menuju titik tertinggi, efisiensi pengambilan kadar air

mengalami penurunan. Hal ini terjadi karena beban air yang diambil sudah tidak terlalu

besar dan radiasi surya dari waktu ke waktu juga semakin menurun.

Efisiensi pengambilan rata-rata adalah 38,90 % dan radiasi surya rata-rata adalah

389,32 W/m².

² efisiensi _pengambilan

(46)

31

Berdasarkan Tabel 4.8, efisiensi pengambilan Data kedua disajikan menjadi grafik

ƞ

Pada Gambar 4.14 grafik hubungan diatas, efisiensi pengambilan kadar air dari waktu

ke waktu mengalami peningkatan. Kelembaban dari RH2 dari waktu ke waktu semakin

kecil dan kelembaban di RH3 besar. Karena kelembaban yang digunakan untuk

mengeringkan sekam padi harus lebih kecil untuk dapat mengambil air yang ada di

sekam padi. Namun setelah menuju titik tertinggi, efisiensi pengambilan kadar air

mengalami penurunan. Hal ini terjadi karena beban air yang diambil sudah tidak terlalu

besar dan radiasi surya dari waktu ke waktu juga semakin menurun.

Efisiensi pengambilan rata-rata adalah 46,61% dan radiasi surya rata-rata adalah 467,59

W/m².

Dari hasil perhitungan, rata-rata Efisiensi pengambilan Data kedua lebih tinggi dari

(47)

32

Berdasarkan Tabel 4.9, efisiensi pengambilan Data ketiga disajikan menjadi grafik

ƞ

Pada Gambar 4.15 grafik hubungan diatas, efisien pengambilan kadar air dari waktu

ke waktu semakin besar. Hal ini dikarenakan RH2 dari waktu ke waktu juga semakin

kecil. Sehingga kadar air yang di sekam padi dapat terserap keatas menuju RH3 yang

kelembabannya lebih besar. Radiasi surya pada Data ketiga mengalami penurunan, dan

pada menit ke-140 mengalami peningkatan yang mengakibatkan RH2 semakin kecil.

Efisiensi pengambilan rata-rata adalah 37,99% dan radiasi surya rata-rata adalah 468,73

W/m².

Berdasarkan hasil perhitungan, efisiensi pengambilan rata-rata pada Data kedua

paling tinggi dibandingkan dengan efisiensi pengambilan rata-rata pada Data pertama

dan Data ketiga, tetapi dengan nilai radiasi surya yang berbeda.

(48)

33 4.4.3 Grafik Efisiensi Sistem

Berdasarkan Tabel 4.10, efisiensi sistem Data Pertama disajikan menjadi grafik

Gambar 4.16 Grafik hubungan Efisiensi Sistem (

ƞ

s) dan Radiasi Surya (GT)

Pada Gambar 4.16 dari grafik hubungan efisiensi sistem terlihat bahwa efisiensi

sistem cenderung naik. Efisiensi sistem tertinggi mencapai 27,71 % dengan radiasi surya

182,38 W/m². Hal ini terjadi karena Radiasi surya sebagai pembagi dalam perhitungan

sangat kecil, sehingga menyebabkan Efisiensi yang besar.

Efisiensi sistem rata-rata adalah 15,07 % dengan rata-rata Radiasi surya sebesar

(49)

34

Berdasarkan Tabel 4.11, efisiensi sistem Data Kedua disajikan menjadi grafik

ƞ

Pada Gambar 4.17 dari grafik hubungan efisiensi sistem terlihat bahwa Efisiensi

sistem cenderung turun, tetapi kemudian naik kembali karena beban pengambilan sudah

tidak terlalu besar. Efisiensi sistem tertinggi mencapai 93,34 % dengan Radiasi surya

81,7 W/m².

Efisiensi sistem rata-rata adalah 41,03 % dengan rata-rata Radiasi surya sebesar 467,59

W/m².

Berdasarkan perhitungan, efisiensi sistem rata-rata pada Data kedua lebih besar

daripada Efisiensi sistem Data pertama, tetapi dengan nilai Radiasi surya yang berbeda.

(50)

35

Berdasarkan Tabel 4.12, efisiensi sistem Data Ketiga disajikan menjadi grafik

ƞ

Gambar 4.17 dari grafik hubungan diatas efisiensi sistem cenderung naik. Efisiensi

sistem tertinggi pada Data ketiga sebesar 68,38% dengan Radiasi Surya 160,71 W/m2 . Hal

ini terjadi saat pertengahan pengambilan data karena Radiasi Surya sebagai pembagi dalam

perhitungan sangat kecil, sehingga menyebabkan hasil Efisiensi yang besar. Efisiensi sistem

rata-rata sebesar 30,19 % dengan rata-rata radiasi surya sebesar 468,73 W/m2.

Berdasarkan hasil perhitungan, efisiensi sistem rata-rata pada Data kedua paling tinggi

dibandingkan dengan efisiensi sistem rata-rata pada Data pertama dan Data ketiga, tetapi

dengan nilai radiasi surya yang berbeda.

(51)

36

Dalam perhitungan terdapat data-data yang tidak valid. Data-data yang tidak valid

diantaranya efisiensi yang melebihi 100 %. Efisiensi sebenarnya tidak akan melebihi 100 %.

Ketidakvalidan ini disebabkan oleh beberapa faktor. Faktor-faktor yang mempengaruhi antara

lain :

1. Respon dari Sensor Suhu, Sensor Kelembaban, Solarmeter dan Timbangan kadang

lambat.

2. Sering terjadi error pada pengiriman data yang dikeluarkan Sensor Suhu, Sensor

Kelembaban, Solarmeter, dan Timbangan.

3. Suhu serta kelembaban udara sekitar yang tidak menentu, dapat mempengaruhi data

yang diperoleh.

4. Angin yang terkadang berhembus kencang secara tiba-tiba, sehingga berpengaruh

(52)

37 4.5 Pembanding

Penulis melakukan perbandingan pengeringan dengan menggunakan alat pengering

yang dikembangkan dan dengan pengeringan manual. Pada pembanding, kondisi alat

pengering adalah penambahan reflektor dengan sudut 1200 _{terhadap kolektor dan tinggi}

cerobong 0,5 m dan tidak menggunakan aliran paksa.

Gambar 4.19 Grafik massa pengeringan menggunakan alat dan manual terhadap waktu

Hasil dari pengeringan dengan menggunakan alat dari berat awal 5,57kg turun

menjadi 5,09kg, atau berkurang sebesar 8,62% dari berat awal. Sedangkan dengan cara

manual dengan berat sama yaitu 5,57kg , turun menjadi 5,25kg atau berkurang sebesar

5,75% dari berat awal. Radiasi surya rata-rata pada pengambilan data pembanding

sebesar 293,49W/m2.

(53)

38 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Pengembangan alat pengering energi surya telah berhasil dikembangkan dan bekerja

dengan baik.

2. Hasil yang diperoleh, efisiensi kolektor rata-rata tertinggi sebesar 93,33 % terjadi

pada Data kedua. Efisiensi sistem rata-rata tertinggi sebesar 41,03 % terjadi pada

Data kedua. Efisiensi pengambilan kadar air tertinggi sebesar 46,61 % terjadi pada

Data 2

3. Hasil yang diperoleh, perbedaan tekanan tertinggi rata-rata sebesar 201,19 Pa terjadi

pada Data ketiga.

5.2 Saran

1. Diharapkan untuk membuat konstruksi alat benar-benar terisolasi dengan baik agar

tidak menimbulkan kebocoran agar mendapatkan hasil yang maksimal.

2. Diharapkan penjemuran pengering surya dilakukan pada terik matahari dan kondisi

(54)

39 DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, W.,(1995), Teknologi Rekayasa Surya, Jakarta : Pradnya Paramita

Kendall, P.; Allen, L, (1998), Drying Vegetables; Food and Nutrition Series-Preparation, Colorado State University Cooperative Extension Service Publication

10/1998

Nugrahanto, A.,(2011), Pengering padi konveksi paksa dengan absorber Porus, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

Scanlin, D., (1997), The Design, Construction And Use Of An Indirect, Through-Pass, Solar Food Dryer, Home Power, Issue No 57, Pages 62,72, February/March 1997

(55)

40 LAMPIRAN

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Efisiensi Kolektor (ƞc) Data Pertama.

(56)

41

190 320 2 436,2 68,2

195 298 2 389,8 65,4

200 266 2 395,8 74,5

205 212 2 343,0 81,0

210 215 2 340,5 79,2

215 182 2 308,3 84,5

220 216 2 308,1 71,3

225 209 2 310,0 74,0

230 273 2 305,9 56,0

235 350 2 348,2 49,7

(57)

42

Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Efisiensi Kolektor (ƞc) Data Kedua

(58)

43

210 42 2 435 519,86

215 62 2 458 370,23

220 63 2 432 342,06

225 62 2 432 350,55

230 62 2 394 318,09

235 62 2 414 334,30

240 62 2 414 334,57

(59)

44

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Efisiensi Kolektor (ƞc) Data Ketiga.

(60)

45 210 595,98 2 842,33

(61)

46

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Efisiensi Pengambilan (ƞp) Data Pertama.

(62)

47 210 29,68 19,63 42,82 43,35

(63)

48

Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Efisiensi Pengambilan (ƞp) Data Kedua.

(64)

49

210 31,6 22,7 48,4 34,8

215 32,0 24,0 51,9 28,8

220 32,0 23,7 51,7 29,6

225 31,3 23,3 50,2 29,7

230 29,6 24,2 48,4 22,3

235 29,5 24,0 49,6 21,5

(65)

50

Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Efisiensi Pengambilan (ƞp) Data Ketiga.

(66)

51 210 28,01 17,65 44,86 38,09

(67)

52

Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Efisiensi Sistem (ƞs) Data Pertama.

(68)

53 210 2 215 2425740 4,16667E-05 23,52

(69)

54

Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Efisiensi Sistem (ƞs) Data Kedua.

(70)

55 210 2 41,8 2428120 6,27907E-05 182,18

(71)

56

Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Efisiensi Sistem (ƞs) Data Ketiga.

(72)

57 210 2 595,98 2416220 9,09722E-05 18,44

(73)

58

Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Perbedaan Tekanan (Δp) Data Pertama.

(74)

59

210 1,16 1,03 1,13 147,96

215 1,16 1,03 1,14 141,50

220 1,16 1,03 1,13 141,53

225 1,16 1,03 1,14 142,03

230 1,16 1,03 1,14 140,84

235 1,15 1,02 1,14 148,36

(75)

60

Tabel 4.14 Hasil Perhitungan Perbedaan Tekanan (Δp) Data Kedua.

(76)

61

210 1,16 1,01 1,15 167,97

215 1,16 1,01 1,16 172,54

220 1,16 1,02 1,16 167,87

225 1,16 1,02 1,16 167,87

230 1,16 1,02 1,16 159,96

235 1,16 1,02 1,16 164,42

(77)

62

Tabel 4.15 Hasil Perhitungan Perbedaan Tekanan (Δp) Data Ketiga.

(78)

63

210 1,14 0,94 1,11 226,87

215 1,14 0,95 1,11 219,64

220 1,14 0,93 1,12 233,68

225 1,13 0,92 1,11 240,01

230 1,13 0,92 1,11 240,00

235 1,13 0,92 1,11 236,01

(79)

64

Pengering Energi Surya tampak depan

(80)

65

Logger Arduino

(81)

66