PENGUJIAN ALAT PENGERING HIBRIDA POMPA KALOR
DAN SURYA UNTUK MENGERINGKAN BIJI KAKAO
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh :
SABDA TUAH RAJA BANGUN (100401106)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ungkapkan atas kehadirat Allah SWT karena dengan Rahmat
dan Hidayah-Nya penulis diberikan kesehatan, kesempatan dan kemampuan sehingga
dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa
Kalor dan Surya Untuk Mengeringkan Biji Kakao
Dalam mengerjakan skripsi ini banyak kesulitan dan tantangan yang dihadapi
oleh penulis, tetapi berkat bimbingan, dorongan serta bantuan dari semua pihak baik
berupa moril maupun materi akhirnya skripsi ini dapat diselesaikan. Pada
kesempatan ini dengan kerendahan hati hati penulis menyampaikan rasa hormat dan
ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada:
1. Ketua Departemen Teknik Mesin, Bapak Dr.Eng Ikhwansyah Isranuri, yang
telah mengijinkan topik skripsi ini kepada penulis.
2. Sekretaris Departemen Teknik Mesin bapak Ir. Syahril Gultom M.T yang
telah menizinkan mengarahkan ke dosen pembimbing.
3. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT selaku pembimbing yang telah
memberikan waktu dan pemikiran untuk memberikan masukan kepada
penulis.
4. Ibu Dr. Ir. Sari Farah Dina M.T yang telah menyumbangkan ide-ide dalam
pengerjaan skripsi ini dan juga materilnya.
5. Kedua orang tua tercinta penulis Ir.Sahudin Bangun dan ibu Amanita Br
Sinulingga, yang telah membesarkan dan mendidik penulis selama ini dengan
segala kasih sayang.
6. Abang dan adik saya Alm Tua Bastari Prima Bangun S.P, Kharisma P
Bangun, dan Intania C S Bangun.
7. Para dosen di program studi Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera
Utara yang telah memberikan saran maupun dorongan kepada penulis.
8. Ka.Lab Instalasi Uap bapak Ir.Jaya Arjuna dan Ka.Lab Foundry bapak
Suprianto ST.MT. yang telah mengizinkan menggunakan laboraturium
9. Bapak Sarjana ST atas bantuan teknis dan nonteknisnya, dalam membantu
skripsi kami.
10.Seluruh rekan-rekan mahasiswa S1 dan satu team khususnya Budi Harry
Cipta dan Nico Hermanto serta rekan Ekstensi yang selalu menyediakan
waktu untuk saling mengingatkan dan memberikan kritik dan saran kepada
penulis.
11.Staf/karyawan program studi Departemen Teknik Mesin USU
12.Seluruh pihak yang telah membantu yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Dalam Penulisan skripsi ini penulis menyadari tentunya masih banyak terdapat
kekurangan dikarenakan keterbatasan dan kemampuan yang penulis miliki, untuk itu
penulis mengharapkan saran maupun sumbangan pemikiran dari semua pihak yang
sifatnya membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhirnya semoga
skripsi ini berguna dan bermanfaat bagi semua pihak. Terimakasih
Medan, Juni 2015
ABSTRAK
Pengujian Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor dan Surya untuk Mengeringkan Biji Kakao dilatar belakangi dengan dibutuhkannya alat pengering biji kakao yang bekerja pada temperatur dan kelembapan udara yang rendah dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat malam hari dan saat hujan, hal ini diperlukan karena selama ini pengeringan biji kakao dilakukan dengan menjemur langsung dibawah sinar matahari dan dengan tambahan bantuan angin (bergantung pada cuaca). Seiring dengan berkembangnya teknologi industri pengering yang khususnya untuk tanaman pangan yang nilai ekonomisnya tinggi, herbal dan obat-obatan membutuhkan pengeringan dengan temperature rendah dan kelembapan rendah untuk menghindari kerusakan pada bahan dan juga kandungannya, yang tidak bergantung pada cuaca, hemat energy dan ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan melakukan pengujian yang meliputi penghitungan kinerja Pompa kalor (COP), perhitungan Total Performance, perhitungan konsumsi energy (SEC), perhitungan laju ekstraksi (SMER) dan mengetahui karakteristik pengeringan biji kakao. Adapun variabel dalam penelitian ini adalah kecepatan udara yang mengalir dalam ruang pengering bervariasi dan biji kakao yang diuji memiliki kadar air yang berbeda serta waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan bahan. Dari hasil penelitian diperoleh: temperatur udara rata-rata ruang pengering pada proses pengeringan biji kakao dengan sistem pompa kalor hibrida untuk sample 1 39.85oC, sample 2 41.690C dan sample 3 44.030C dan kelembaban udara rata-rata untuk sample 1 55.93%, sample 2 54,58% dan sample 3 50,31%, COP dari pompa kalor adalah 4,4328 dan Total Performance (TP) sistem pompa kalor adalah 11,06; SEC untuk masing-masing sample yang dikeringkan adalah: sample 1 5,8137 kWh/kg, sample 2 4.017 kWh/kg dan sample 3 3.467 kWh/kg. secara bersamaan diperoleh nilai SMER sample 1 0.172 kg/kWh, sample 2 0.24892 kg/kWh dan sample 3 0.28836 kg/kWh. Kadar air untuk sample 2 7,2 % dan sample 3 sebesar 6.13%.
ABSTRACT
Testing of Equipment Dryer Heat Pumps and Solar Hybrid Drying Cocoa Beans for background with cocoa beans needed dryers that work in temperatures and low humidity can be used not only during daylight hours but also at night and when it rains, it is needed because during this drying cocoa beans carried out by direct drying under the sun and with the addition help of the wind (dependent on weather). In line with the development of industrial technologies dryers are especially for food crops of high economic value, herbs and medicines require drying with low temperature and low humidity to avoid damage to material as well as its contents, which do not depend on the weather, energy-efficient and eco friendly. This study aimed to test the heat pump covers the Coefficient of Performance (COP), the calculation of the Total Performance (TP), the calculation of Specific Energy Consumption (SEC), the calculation of the Specific Moisture extraction rate (SMER) and determine the characteristics of cocoa beans drying. The variables in this study is the velocity of air flowing through the drying chamber is varied and cocoa beans tested had different moisture content as well as the time required to dry the material. The result showed: the average air temperature in the drying chamber drying process cocoa beans with a hybrid heat pump system for 39.85 0C sample 1, sample 2 is 41.69 0C and sample 3 44.03 0C and air humidity average 55.93% for sample 1, sample 2 54.58% and 50.31% of sample 3, the COP of the heat pump is 4.4328 and Total Performance (TP) heat pump system is 11.06; SEC for each sample is dried: sample 1 5.8137 kWh / kg, sample 2 4,017 kWh / kg and sample 3 3,467 kWh / kg. simultaneously obtained sample value Smer 1 0172 kg / kWh, sample 2 0.24892 kg / kWh and sample 3 0.28836 kg / kWh. The water content of 7.2% for sample 2 and sample 3 at 6.13%.
Keywords: Coefficient of Performance (COP), Total Performance (TP), Specific
DAFTAR ISI BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Pengenalan 5 2.2 Heat Pump 7 2.2.1 Dasar dari pompa kalor……… 7
2.2.2 Refrigerant……… 8
2.2.3 Aplikasi Pompa Kalor……….. 9
2.3 Pengering Pompa Kalor 9 2.3.1 Klasifikasi Pompa Kalor……….. 10
2.3.2 Ulasan mengenai Pompa Kalor-pengering tambahan (Heat Pump-Assisted Dryer……… 11
2.3.3. Sistem Pompa Kalor Dengan Cairan Kimia……… 15
2.3.4 Pengering Pompa Kalor bersumber dari Bumi (Geothermal)……. 17
2.3.5 Klasifikasi Sistematis Pompa Kalor kombinasi Kolektor Surya (SAHP)……….. 19
2.3.6 Klasifikasi Sistematis Pompa Kalor kombinasi Kolektor Surya (SAHP)……… 21
2.3.6.1 Energi Surya membantu Sistem Pengering Pompa Kalor………. 23
2.3.6.2 Sistem Pengering Pompa Kalor Hybrid terintegrasi Surya (SAHPD)……….. 30
2.3.6.3 Sistem Pompa Kalor Kimia Terintegrasi Pengeringan Surya……….. 34
2.4 Tren dimasa depan dalam penelitian dan pengembangan SAHPD 40 2.5 Kesimpulan 42 2.6 Review jurnal-jurnal yang berkaitan dengan Pengering Pompa Kalor 43 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 52
8. Pressure Gauge……… 61
9. Agilient 34972A………... 62
10.Clamp Meter Digital……… 63
3.3.2 Bahan 64 3.4 Data Penelitian 65 3.5 Diagram Alir Penelitian 66 3.6 Set-Up Eksperimental……… 68
BAB IV Hasil Dan Pembahasan ... 70
4.1 Hasil Penelitian 70 4.1.1 Data hasil Pengeringan 70 1. Kecepatan Udara………... 70
2. Temperatur dan kelembapan udara……….. 71
3. Tekanan Refrigerant……….. 71
4.1.2 Menghitung Coefficient of performance(COP) pompa kalor… 72 4.1.3 Kolektor Surya………. 75
4.1.4 Menghitung SMER dan SEC………. 82
1.Sample Kakao 1………. 83
2. Sample Kakao 2……….. 90
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 99
5.1 Kesimpulan 99
5.2 Saran 99
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Diagram siklus dasar pompa kalor dengan media udara ... 8
Gambar 2.2 Skema diagram pompa kalor ... 10
Gambar 2.3 Klasifikasi Pompa Kalor... 11
Gambar 2.4 Type standart dari Pompa kalor kimia... 16
Gambar 2.5 Skema Diagram SAHP ... 21
Gambar 2.6 Pengering Surya untuk kacang dilengkapi dengan pompa kalor absorpsi dan penyimpanan panas ... 25
Gambar 2.7 Sistem Kompleks pengering pompa kalor dikombinasikan dengan surya ... 26
Gambar 2.8 Skema diagram pengering pompa kalor dibantu surya dan pemanas air ... 29
Gambar 2.9 Skematik diagram Pompa kalor dibantu pengeringan Surya menggunakan kolektor surya multifungsi ... 29
Gambar 2.10 Kapasitas pengeringan pompa kalor: mengurangi kelmbapan udara dari 80% menjadi 45%, dan meningkatkan suhu udara dari 30 sampai 400C di 20 menit………. 31
Gambar 2.11 Variasi suhu udara di ruang pengering dengan menggunakan kolektor surya multifungsi di radiasi matahari dari 440 W / m2 ... .32
Gambar 2.12 Suhu dan kelembaban relatif udara dalam pengeringan ketika kolektor surya bertindak sebagai pendingin. ... 33
Gambar 2.13 Para kolektor panas matahari multifungsi sebagai pendingin. ... 33
Gambar 2.14 Kolektor panas matahari multifungsi bertindak sebagai evaporator .. 34
Gambar 2.15 Diagram skematik surya hibrida pengering pompa kalor kimia ... 36
Gambar 2.16 Radiasi per jam rata-rata di Malaysia pada bulan Desember ... 37
Gambar 2.17 Suhu lingkungan rata di Malaysia pada bulan Desember ... 38
Gambar 2.19 COP of SACHPD ... 39
Gambar 2.20 System power output ... 40
Gambar 3.1 Pompa Kalor ... 54
Gambar 3.2 Solar Collector ... 55
Gambar 3.3 Ruang pengering ... 55
Gambar 3.4 Kontrol Panel ... 56
Gambar 3.5 Aluminium S Type Load Cell ... 57
Gambar 3.6 Rh Meter ... 58
Gambar 3.7 Hot Wire Anemometer ... 59
Gambar 3.8 Pressure gauge ... 61
Gambar 3.9 Agilient 34972 A ... 62
Gambar 3.10 Clamp Meter Digital ... 63
Gambar 3.11 Biji Kakao basah... 64
Gambar 3.12 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian ... 66
Gambar 3.13 Set Up Eksperimental………. . 69
Gambar 3.14 Foto Aplikasi Lapangan………. 69
Gambar 4.1 Grafik waktu vs intesitas radiasi tanggal 10 Mei 2015……….. 76
Gambar 4.2 Grafik waktu vs temperature kolektor 1 tanggal 10 Mei 2015……...76
Gambar 4.3 Grafik waktu vs temperature kolektor 2 tanggal 10 Mei 2015……...77
Gambar 4.4 Grafik waktu vs intensitas radiasi tanggal 13 Mei 2015 ……….78
Gambar 4.5 Grafik waktu vs temperature kolektor 1 tanggal 13 Mei 2015……...78
Gambar 4.6 Grafik waktu vs temperature kolektor 2 pada tanggal 13 Mei 2015.. 80
Gambar 4.7 Grafik waktu vs intesitas radiasi tanggal 15 Mei 2015……….. 80
Gambar 4.8 Grafik waktu vs temperature kolektor 1 tanggal 15 Mei 2015……... 81
Gambar 4.9 Grafik waktu vs temperatur kolektor 2 tanggal 15 Mei 2015……….82
Gambar 4.10 Sample Kakao 1……….. 84
Gambar 4.11 Penurunan berat biji kakao sampel 1 hari pertama………. 84
Gambar 4.12 Grafik Rh, T ruang pengering Hari pertama……….. 85
Gambar 4.13 Penurunan berat biji kakao sampel 1 hari kedua……….85
Gambar 4.14 Grafik Rh, T ruang pengering hari kedua ……… 86
Gambar 4.19 Grafik Rh, T ruang pengering hari pertama………91
Gambar 4.20 Penurunan biji kakao sample 2 hari kedua………. 92
Gambar 4.21 Grafik Rh,T Ruang pengering hari kedua………92
Gambar 4.22 Biji kakao sample 3………. 95
Gambar 4.23 Grafik penurunan berat biji kakao sample 3 hari pertama ………. 96
Gambar 4.24 Grafik Rh,T ruang pengering hari pertama……….96
Gambar 4.25 Grafik penurunan berat biji kakao sample 3 hari kedua………..97
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Refrigeran ... 9
Tabel 2.2 Agricultural and marine product ... 13
Tabel 4.1 Kecepatan dan temperatur udara menuju ruang pengering ... 71
Tabel 4.2 Data temperatur dan kelembaban………72
Tabel 4.3 Data termodinamik refrigeran R22……….. 75
Tabel 4.4 Laju pengeringan, SMER dan SEC biji kakao Hybrida dan pompa kalor 90 Tabel 4.5 Laju pengeringan, SMER dan SEC biji kakao 2……… 95
Tabel 4.6 Laju pengeringan, SMER dan SEC biji kakao 3……… 97
DAFTAR NOTASI
Lambang Keterangan Satuan
Pgauge Tekanan pressure gauge kPa
Pabsolut Tekanan 1 atm kPa
̇ Energi untuk kompressor watt ̇ Energi untuk fan dan blower watt Coefficient of performance Heat Pump
̇ Kalor kondensor kW
̇ LajuAliran Massa Udara kg/s
Berat Jenis Udara kg/m3 A Luas Penampang Saluran Udara m2
P Panjang Penampang m
L
Lebar Penampang mv Kecepatan Udara m/s
Panas jenis spesifik udara
Suhu Udara Keluar Kondensor K Suhu Udara Masuk Kondensor K ̇ LajuAliranRefrigeran kg/s
Entalpi Dalam Kondisi Vapor kJ/kg Entalpi Dalam Kondisi Vapor kJ/kg Entalpi Dalam Kondisi Liquid kJ/kg Entalpi Dalam Kondisi Liquid kJ/kg
Kalor Evaporator kW
