BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Studi dan Pembuatan - Analisa Saluran Pengering Pakan Ternak Dengan Bentuk Balok Pada Sistem Pompa Kalor Dengan Daya 1 Pk

(1)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Studi dan Pembuatan

Penelitian dilakukan di laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik

Mesin Universitas Sumatera Utara dan dilaksanakan selama +4 bulan.

3.2 Alat dan Bahan Perancangan Saluran Pengering 3.2.1 Alat.

Alat yang digunakan untuk merancang saluran pengering pakan ternak

sistem pompa kalor adalah :

a) Rivet f) Gunting plat

b) Martil g) Tang

c) Bor besi h) Gergaji besih

d) Grinda i) Meter

3.2.2 Bahan

Bahan yang di gunakan untuk merancang saluran pengering pakan

ternak sistem pompa kalor adalah:

a) Plat seng f) Lem goat, dextone

b) Besi siku h) Cat

c) Kawat i) Besi rang-rang

d) Glass woll j) Elbow

(2)

Gambar 3.1: saluran pengering bentuk Balok

Saluran Pengering pakan ternak dengan Bentuk balok

Spesifikasi:

- Tinggi 100 cm

- Tinggi kaki 104 cm

- luas Penampang 40 x 40 cm

- Ukuran pipa aluran masuk udara (in) 3 inc

- Ukuran Saluran keluar udara (out) 1 inc

(3)

- Panjang pipa Saluran Keluar (out) 10 cm

- Kapasitas 1 kg

- Bahan yang dikeringkan Daun sawit yang sudah dicaca

3.2.3 Alat dan Bahan Dalam Melakukan Pengujian a) Alat

Peralatan yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel penelitian,

antara lain:

1. Rh (Relative Humidity) Meter

Merupakan alat ukur suhu dan kelembaban udara. Jenis Rh meter yang

digunakan adalah EL-USB-2-LCD (High Accuracy Humidity,

Temperature and Dew Point Data Logger with LCD).

Gambar 3.2 Rh Meter

Spesifikasi:

Relative Humidity:

- Measurement range (%) : 0 – 100

- Repeatability (short term) (%RH) : ±0.1

- Accuracy (overall error) (%RH) : ±2.0* ±4

- Internal resolution (%RH) : 0.5

- Long term stability (%RH/yr) : 0.5

(4)

- Repeatability (°C/°F) : ±0.1/±0.2

- Accuracy (overall error) (°C /°F) : ±0.3/±0.6 - ±1.5/±3

- Internal resolution (°C /°F) : 0.5/1 Dew Point

- Accuracy (overall error) (°C /°F) : ±1.1 /±2**

Logging rate : every 10s every 12hr

Operating temperature range*** (°C/°F) : -35/-31 - +80/+176)

2. Hot Wire Anemometer

Digunakan untuk mengukur kecepatan udara yang keluar dari mesin

pengering system pompa kalor. Jenis Annemometer yang digunakan

adalah Hot Wire Annemometer.

Gambar 3.3 Hot Wire Anemometer

Tabel 3.2 Specificatians dari Hot Wire Anemometer

Air Velocity Range Resolution Accuracy

(5)

km/h 0.3 to 90.0 km/h 0.1 km/h ±5% ± 0.1 km/h

ft/min 20 to 4925 fit/min 1 ft/min ±5% ± 0.1

fit/min

MPH 0.2 to 55.8 MPH 0.1 MPH ±5% ± 0.1

MPH

Knots 0.2 to 48.5 knots 0.1 knots ±5% ± 0.1

knots

Air termperatur

0 0C to 50 0C

32 0F to 122 0F

0.1 0C / 0.1 0F 0.1 0C / 1.8 0F

3. Blower

Blower digunakan untuk mentransfer udara panas dari kondensor

kesaluran pengering sehingga proses pengeringan akan lebih cepat dan

efektif

Gambar 3.4 Blower 3 inc

Blower merek TOSITA

(6)

- Daya = 370 wat 4. Laptop

Laptop digunakan untuk memindahkan data dari Rh (Relative Humidity)

Meter dan mengelolah data

Gambar: 3.5 Leptop TOSIBA (L640)

6 .Hygrometer

Higrometer merupakan alat ukur untuk kelembapan udara Rh (Relative

Humidity) sekitar dengan sistem manual

Gambar: 3.6 Hygrometer

(7)

Timbangan digital disini berfungsi sebagai alat pengukur massa berat dalam

satuan gram(gr) yaitu menimbang pakan ternak yang belum dilakukan

pengeringan dan setelah dilakukan pengeringan

(8)

Gambar 3.8 Alat Pengering pakan ternak Pompa kalor 1 Pk

Spespikasi alat pengering: Spespikasi saluran pengering ;

-Panjang = 202 cm -Tinggi = 100 cm

-Lebar = 63 cm -Tinggi Kaki = 110 cm

-Tinggi = 87 cm -luas penampang = 40x40cm

-Tinggi kaki = 24 cm -Diameter saluran masuk udara = 3 inc

-Daya 1 Pk -Diameter saluran keluar udara = 2 inc

b) Bahan

1. PakanTernak

Bahan yang menjadi objek pengeringan pada penelitian ini adalah

pakan ternak.Pakan ternak yang akan dikeringkan merupakan pakan

yang dibuat dari daun kelapa sawit yang sudah di cacah sampai halus

Gambar: 3.10. Daun sawit yang sudah dicaca

3.3. Data Penelitian

Adapun data yang direncakan akan dikumpulkan dan selanjutnya dilakukan

analisis dalam penelitian ini antara lain adalah sebagai berikut :

(9)

Massa dari pakan di ukur pada saat keadaan basah (Mb) dan pada saat keadaan kering (Mk).

2. Waktu pengeringan (t)

Waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk mengeringkan pakan yaitu lima

menit sekali pada sekali percobaan pada saat basah sampai pada saat keadaan

kering (berat basah sampai berat kering).

3. Temperatur (T)

Temperatur yang di ukur adalah temperatur udara pada saat masuk ke

evaporator (Tin), keluar evaporator (Tout), saluran masuk pengering (Tin) dan saluran keluar pengering (Tout).

4. Kelembaban udara (Rh)

Kelembaban udara yang diukur pada titik saat masuk ke evaporator (Rh1), keluar evaporator (Rh2), saluran masuk pengering(Rh3) dan saluran luar pengering (Rh4).

5. Kecepatan aliran udara (v)

Udara yang keluar dari mesin pengering dan diukur kecepatannya.

6. Kuat arus ( I )

7. Tegangan ( V )

3.3.1. Metode Pelaksanaan Penelitian

Dalam pelaksanaan penelitian ini dilakukan kegiatan yang meliputi beberapa

(10)

`Gambar 3.10 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian Mulai

Studi Literatur

Usulan Penelitian

Tahap Persiapan:

1.Persiapan Saluran Pengering Pakan ternak Bentuk balok

2.Pengujian Mesin Pengering

Pengumpulan data:

- Massa Pakan tenak (kg)

- Temperatur (oC)

- Kelembaban udara (%)

- Kecepatan aliran udara (m/s)

- Waktu (menit)

Kesimpulan/Laporan

Selesai

Tidak

Ya

Pengolahan dan Analisis Data

Ya

(11)

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Grafik Hasil Pengujian

Dari pengujian didapat grafik suhu masuk, suhu keluar , rasio humiditas

masuk dan rasio humiditas keluar dan dwe-point masuk dan dew-point keluar

pada saluran pengering .Adapun grafik tersebut seperti dibawah ini :

Gambar :4.1.Grafik Temperatur vs Waktu pada saluran masuk

Gambar 4.1 dapat dilihat temperatur maksimum pada saluran masuk adalah 60 °C

pada waktu 13:15,sedangkan temperatur minimum adalah 48,5 °C pada waktu

14:10 dan pada waktu 14:30..

y = 19560x3_{- 33794x}2₊

12:57 13:26 13:55 14:24 14:52

Tem

Temperatur Masuk (°C)

Celsius

(12)

Gambar :4.2.Grafik Temperatur vs Waktu pada saluran keluar

Gambar 4.2 dapat dilihat temperatur maksimum pada saluran keluar adalah 51 °C pada waktu 14:40, sedangkan temperatur minimum adalah 38,5 °C pada waktu 13:05

Gambar :4.3.Grafik kelembapan udara(Ratio hummidity)RH (%) vs Waktu

Gambar 4.3. dapat dilihat % kelembapan udara(ratio hummidity) maksimum pada

saluran masuk adalah 32 % pada waktu 13:45 dan 14:05,Sedangkan kelembapan

udara minimum adalah 18 % pada waktu 13:15 .

y = 23880x3 - 41599x2 + 24142x - 46637

12:57 13:26 13:55 14:24 14:52

Tem

Temperatur Saluran Keluar (°C )

Celsius

12:57 13:26 13:55 14:24 14:52

R

Rasio hummiditas (%rh) saluran masuk

Humidity(%rh)

(13)

Gambar :4.4.Grafik kelembapan udara(Ratio hummidity)RH out (%) vs Waktu

Gambar 4.4. dapat dilihat % kelembapan udara(ratio hummidity) maksimum pada

saluran keluar adalah 55,5 % pada waktu 13:10 sedangkan kelembapan udara

minimum adalah 29,5 % pada waktu 13:55

Gambar :4.5.Grafik temperatur dew point saluran masuk vs Waktu

Gambar 4.5. dapat dilihat temperatur Dwe-point maksimum adalah 32,6 °C pada

waktu 13:20, sedangan temperatur Dwe-point minimum adalah 23 °C pada waktu

y = -47299x3_{+ 82581x}2

12:57 13:26 13:55 14:24 14:52

R

Rasio hummiditas (%rh) saluan keluar

Humidity(%rh)

12:57 13:26 13:55 14:24 14:52

Tem

Temperatur dew point (°C) saluran masuk

dew point(ｰC)

(14)

Gambar :4.6.Grafik temperatur dew point saluran keluar vs Waktu

Gambar 4.6. dapat dilihat temperatur Dwe-point maksimum adalah 34,6 °C pada

waktu 13:20, sedangan temperatur Dwe-point minimum adalah 25,4 °C pada

waktu 14:20 .

Gambar :4.7.Grafik penurunan berat pakan ternak vs Waktu

Gambar 4.4. dapat dilihat penurunan berat pakan ternak berbanding lurus

terhadap waktu.Penurunan berat maksimum adalah 38 gram pada waktu 13:10

sedangkan penurunan berat minimum adalah 20 gram pada waktu 14:40

y = 1E+08x5_{- 4E+08x}4_{+ 5E+}

12:57 13:26 13:55 14:24 14:52

Tem

Temperatur dew point(°C) saluran keluar

dew point(ｰC)

12:57 13:12 13:26 13:40 13:55 14:09 14:24 14:38 14:52

(15)

4.2Perhitungan Hasil Pengujian

4.2.1. Perhitungan Sifat-sifat Thermodinamik Udara Pada Saluran Masuk

Tekanan uap saturasi masuk saluran pengering dihitung dengan

menggunakan persamaan:

Ln(pws) in = C1/Tin + C2 + C3Tin + C4T2in + C5T3in + C6 ln Tin

Dimana nilai Tin dapat dilihat pada tabel ,dan lampiran 1 Tin = 50,5+273 = 323,5 K

Tekanan uap air masuk saluran pengering pada udara dapat dihitung

dengan persamaan:

Rasio humiditas masuk saluran pengering dihitung dengan persamaan :

𝑤𝑤𝑘𝑘𝑘𝑘 = 0,62198

𝑝𝑝_𝑤𝑤(𝑘𝑘𝑘𝑘)

𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎𝑚𝑚 − 𝑝𝑝𝑤𝑤(𝑘𝑘𝑘𝑘)

= 0,62198 3267,150585 101325−3267,150585

= 0,02072350488 kg uap / kg udara

(16)

Volume spesifik udara masuk saluran pengering dihitung dengan persamaan:

Temperatur dew poin masuk saluran pengering dihitung dengan persamaan :

4.2.2. Perhitungan Sifat-sifat Thermodinamik Udara Pada Saluran Keluar

Tekanan uap saturasi keluar saluran pengering dihitung dengan

menggunakan persamaan:

Ln(pws) out = C1/Tout + C2 + C3Tout + C4T2out + C5T3out + C6 ln Tout

Dimana nilai Tout

dapat dilihat pada tabel pada lampiran 1

Tout = 38,5+273 = 311,5 K

ln(pws)out = -5,8002206 x 103/311,5 + 1,3914993 + -4,8640239 x 10-2x 311,5 + 4,1764768 x 10-5x 311,5 2 + -1,4452093 x 10-8x 311,53 + 6,5459673 x

311,5 x ln(311,5)

(17)

pws(out) = exp (8.818493335) Pa = 6758.074795 Pa

Tekanan uap air keluar saluran pengering pada udara dapat dihitung

dengan persamaan: = 3683.150763 Pa

Rasio humiditas keluar saluran pengering dihitung dengan persamaan :

𝑤𝑤𝑚𝑚𝑢𝑢𝑎𝑎 = 0,62198

𝑝𝑝_𝑤𝑤₍_{𝑚𝑚𝑢𝑢𝑎𝑎}₎

𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎𝑚𝑚 − 𝑝𝑝𝑤𝑤(𝑚𝑚𝑢𝑢𝑎𝑎)

= 0,62198 3683.150763 101325−3683.150763

= 0.023461724 kg uap / kg udara

= 23,461724 g/kg

Volume spesifik keluar saluran pengering dihitung dengan persamaan:

(18)

Temperatur dew poin keluar saluran pengering dihitung dengan persamaan:

𝑇𝑇𝑑𝑑(𝑚𝑚𝑢𝑢𝑎𝑎) =

4030(𝑇𝑇_{𝑚𝑚𝑢𝑢𝑎𝑎} + 235)

4030−(𝑇𝑇_{𝑚𝑚𝑢𝑢𝑎𝑎} + 235)ln⁡(𝑅𝑅𝑅𝑅_{𝑚𝑚𝑢𝑢𝑎𝑎})−235

= 4030(38,5+ 235)

4030−(38,5+ 235)ln⁡(0,54)−235

= 27,7 ˚C

43. Menghitung laju Perpindahan Panas yang terjadi pada Saluran Pengering

Dimana: saluran pengering yang digunakan berbentuk balok dengan

Panjang 100 cm = 1 m,

Lebar 40 cm = 0,4 m

Tebal plat seng = 0,5mm = 0,0005 m

Dilapisi glasswool setebal 2,5 cm = 0,025 m

K untuk plat seng = 166 w/m.k

K untuk glasswool = 0,046 w/m.k

L = 40 cm

T = 100 cm

(19)

Pada perhitungan ini diambil nilai rata-rata Tin dan Tout yaitu :

sebesar = 50 0C atau 323. K

Diasumsikan Nilai udarah sekitar To = 31,86 0C atau 304,86 K

 Untuk mencari nilai hi maka dilakukan perhitungan sebagai berikut: Bagian

dalam berupa konveksi paksa pada suhu rata-rata 50 0C V = 24,78 m/s

Dari lampiran 3 pada suhu 304,86 K di proleh :

µ = 3,324 x 105 kg/m.s

1,09297𝑑𝑑24,78𝑑𝑑0,5714

3,324𝑑𝑑105

= 463343,7

Maka Re = 463343,7 (aliran Turbulen)

Nu = 0,023 Re 0.8 Pr1/3

= 0,023 (463343,7) 0.8 (0,7791) 1/3

= 185,48

(20)

hi

= 16,458 w/m2k

 Untuk mencari Nilai ho yaitu dengan konveksi alami

Tf = Temperatur filim

Ts = Temperatur surface (permukaan) 35,86 0C Tr = temperatur udara 31,86 0C

Dari lampiran 3 pada suhu 306,86 K diproleh :

(21)

Tahanan termal masing-masing adalah :

Ti To

Gambar 4.2 Tahanan termal saluran pengering

R1 = Tahanan termal total adalah :

Rtotal = R1 + R2 + R3 + R4

(22)

Maka perpindahan panas total

4.3.1 Laju Pengeringan

Laju pengeringan (drying rate) adalah banyaknya air yang diuapkan tiap

satuan waktu atau penurunan kadar air bahan dalam satuan waktu.

Laju pengeringan dapat di hitung dengan rumus :

Dimana :

md = Laju pengeringan (kg/jm)

w0 = Berat pakan sebelum pengeringan (kg) wf = Berat pakan setelah pengeringan (kg) t = waktu pengeringan (jam)

 laju pengeringan pakan ternak pada percobaan pertama

𝑚𝑚̇

_𝑑𝑑

=

𝑊𝑊𝑚𝑚−𝑊𝑊𝑓𝑓

 laju pengeringan pakan ternak pada percobaan kedua

(23)

4.3.2. Penurunan Kadar Air Pakan Ternak Selama Pengeringan

Penurunan kadar air pakan ternak selama proses pengeringan berlangsung

dihitung berdasarkan komponen massa berikut:

Kadar air (%) = Massa pakan ternak setelah pengeringan

𝑀𝑀𝑎𝑎𝑠𝑠𝑠𝑠𝑎𝑎𝑝𝑝𝑎𝑎𝑄𝑄𝑎𝑎𝑘𝑘 𝑎𝑎𝑄𝑄𝑇𝑇𝑘𝑘𝑎𝑎𝑄𝑄 𝑠𝑠𝑄𝑄𝑤𝑤𝑄𝑄𝑚𝑚𝑢𝑢𝑚𝑚 𝑝𝑝𝑄𝑄𝑘𝑘𝑓𝑓𝑄𝑄𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘𝑓𝑓𝑎𝑎𝑘𝑘 𝑑𝑑 100%

= 741

1000 x 100 %

= 74,1 %

4.3.3. Nilai Laju Ekstraksi Air Spesifikc (Spesific Moisture Extraction Rate) Nilai laju ekstraksi air spesifik atau specific moisture extraction rate

(SMER) merupakan perbandingan jumlah air yang dapat diuapkan dari bahan,

dengan energi listrik yang digunakan tiap jam atau energi yang dibutuhkan untuk

menghilangkan kadar air pada 1 kg pakan ternak . Dinyatakan dalam kg/kWh.

Untuk menghitung nilai laju ekstraksi air spesifik (SMER) .

pengeringan diperoleh dengan rumus :

SMER = ṁ𝑑𝑑

𝑊𝑊𝑐𝑐+ 𝑊𝑊_𝑤𝑤

Dimana :

ṁ = laju pengeringan (kg/jam) Wc = Daya kompresor (kW)

Wb = Daya blower (kW)

 Pada 5 menit pertama :

𝑚𝑚̇

𝑑𝑑

=

𝑊𝑊𝑚𝑚−𝑊𝑊_𝑎𝑎 𝑓𝑓

=

1𝑄𝑄𝑓𝑓 −0,962𝑄𝑄𝑓𝑓

(24)

Wc = Vc x Ic

(25)

4.3.4. Konsumsi Energi Spesifik (Specific Energy Consumption)

Energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption (SEC)

adalah perbandingan energi yang dikonsumsi dengan kandungan air yang hilang

dinyatakan dalam kWh/kg.

Untuk menghitung konsumsi energi spesifik (SEC) menggunakan rumus sebagai

berikut :

 Pada 5 menit pertama:

SEC = 1

𝑆𝑆𝑀𝑀𝑆𝑆𝑅𝑅

SEC = 1

0,31888

= 3.135965 kWh/kg

 Pada 5 menit kedua :

SEC = 1

𝑆𝑆𝑀𝑀𝑆𝑆𝑅𝑅

SEC = 1

0,159441

(26)

4.4.2 Biaya Pokok Produksi

Dalam menentukan biaya produksi diperoleh dengan menggunakan

persamaan energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption

(SEC) yang dinyatakan dalam kWh/kg dikali dengan tarif dasar listrik. Untuk

harga tarif dasar listrik dibebankan sebesar Rp 1139 per kWh. Sumber :

[http://bisnis.liputan6.com/read/2100185/ini-daftar-tarif-listrik-terbaru-usai-naik-per-1-september]

 Pada 5 menit pertama:

Biaya Pokok Produksi = SEC x Tarif dasar listrik

= 3.135965 kWh/kg x Rp 1139,-

= Rp 3571

 Pada 5 menit ke dua :

Biaya Pokok Produksi = 6,27193 SEC x Tarif dasar listrik

= kWh/kg x Rp 1139,-

(27)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisa data dan pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut:

1. Nilai laju perpindahan panas pada saluran pengering pakan ternak berbentuk

balok dengan tinggi 100 cm dan luas penampang 40x40 cm adalah 9,286 W

2. Nilai laju pengeringan pakan ternak pada saluran pengering pakan ternak

berbentuk balok adalah 0.1554 kg/jam dan nilai penurunan kadar air sebesar

74,1 %.

3. Nilai laju ekstraksi air spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) saat proses

pengeringan yang berlangsung selama 1,6 jam adalah 0.108671 kg/kWh.

4. Konsumsi energi spesifik (Spesific Energi Consumption) untuk mesin

pengering pakan ternak sistem pompa kalor dengan daya 1 PK selama 1,6 jam

saat proses pengeringan adalah 9,202059 kWh/kg.

5. Biaya yang dibutuhkan untuk proses pengeringan pakan ternak dengan

pengering sistem pompa kalor daya 1 PK selama 1,6 jam saat proses

pengeringan adalah Rp 10481- per kilogram.

5.2 Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penulis menyarankan beberapa

hal berikut:

1. Perlu adanya penambahan sejenis alat pengaduk di saluran pengering agar

proses pengeringan merata sehingga pengeringan akan menjadi lebih

maksimal dan efektif.