PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA SURYA DENGAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH UBI KAYU DENGAN BENTUK PRODUK BUJUR SANGKAR

(1)

PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA

SURYA DENGAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH

UBI KAYU DENGAN BENTUK PRODUK BUJUR SANGKAR

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

APRIZAL NASUTION NIM. 110421034

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah

melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

penyusunan Tugas Akhir ini yang berjudul :

“PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA SURYA DENGAN PRODUK YANG DIKERINGKAN ADALAH UBI KAYU

DENGAN BENTUK PRODUK BUJUR SANGKAR”

Dalam penyusunan tugas akhir ini bukan semata karena kemampuan

penyusun, tapi juga karena adanya campur tangan berbagai pihak yang mau

meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran dalam penyelesaian tugas akhir ini. Oleh

karena itu, dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan banyak terima kasih

kepada:

1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc selaku Dosen pembimbing dan dosen wali penulis,

yang telah membantu dalam bimbingan, saran, serta dukungan dalam penulisan

laporan tugas akhir ini.

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin

Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin

Universitas Sumatera Utara.

4. Kedua orang tua penulis, yang tidak pernah putus-putusnya memberikan

dukungan, do’a serta kasih sayangnya yang tidak terhingga kepada penulis. 5. Abang dan adik penulis, yang selalu memberikan semangat dan dukungan kepada

penulis.

6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin.

7. Rekan-rekan satu tim skripsi yaitu Andri M Sijabat dan Muhardityah yang telah

bersama-sama berjuang untuk menyelesaikan skripsi dan saling bertukar pikiran

selama proses penyusunan skripsi.

8. Ibu S. Farah Dina yang juga telah membantu penulis selama proses penyusunan

skripsi ini mulai dari awal sampai akhir.

9. Ucapan terima-kasih juga kepada seluruh mahasiswa Teknik Mesin Ekstensi

(6)

ii Magister Teknik Mesin, semua yang telah mendukung dan memberi semangat

kepada penulis.

10. Kepada pihak-pihak lain yang turut membantu penulis yang tidak dapat

disebutkan satu per satu.

Dalam menyelesaikan tulisan ini penulis telah mencoba semaksimal mungkin

guna tersusunnya skripsi ini. Penulis sadar bahwa skripsi ini masih kurang sempurna.

Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima

saran dan kritik yang dapat membangun den mendukung penulis demi tercapainya isi

tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi

manfaat kepada pembaca. Terima kasih.

Medan, Juni 2014

Aprizal Nasution

NIM : 110421034

(7)

ABSTRAK

Telah dirancang sebuah alat pengering hasil pertanian berukuran 2m x 1m x 1m yang menggunakan kolektor surya plat datar menggunakan plat seng sebagai absorber yang berukuran 2m x 1,761m serta menggunakan panas matahari sebagai sumber energinya. Pada kolektor surya, radiasi matahari yang jatuh di permukaan kolektor akan diserap oleh plat absorber yang diteruskan oleh kaca sehingga panas yang dihasilkan oleh absorber akan mengalir ke dalam box pengering secara konveksi natural. Di dalam ruang box pengering panas mengalir melewati produk yang diletakkan di atas tray dan membawa kadar air produk dengan mengalami proses penguapan dan membawa uap air keluar melewati chimney. Salah satu produk hasil pertanian yang dikeringkan alat pengering ini adalah Ubi Kayu. Pengujian dilakukan pada pukul 09:00 – 17:00 WIB pada saat kondisi cuaca cerah. Efisiensi rata-rata kolektor surya alat pengering adalah 69,70%.

(8)

iv 2.1Pengeringan Hasil Pertanian dan Perkebunan...6

2.2Jenis - Jenis Pengeringan...6

2.2.1Konsep Dasar Pengeringan ...8

2.3 Matahari (Surya) ...9

2.3.1 Karakteristik Matahari...9

2.3.2 Teori Dasar Radiasi Surya ...11

2.3.3 Rumusan Radiasi Surya...13

2.4 Kolektor Surya...20

2.5 Perpindahan Panas ...25

(9)

2.5.1 Perpindahan Panas Konduksi ...25

2.5.2 Perpindahan Panas Konveksi ...26

2.5.3 Perpindahan Panas Radiasi ...28

2.5.4 Perpindahan Massa ...29

BAB III METODOLOGI PENGUJIAN 3.1 Waktu dan Tempat Pengujian...31

3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan ...31

3.2.1 Alat ...31

3.2.2 Bahan ...38

3.3 Experimental Set Up ...41

3.4 Prosedur Pengujian ...43

3.5 Diagram Alir Pengujian ...44

BAB IV DATA DAN ANALISIS DATA 4.1 Analisa Radiasi Surya (Solar Radiation)...45

4.1.1 Analisa Radiasi Surya (Solar Radiation) Untuk Sampel 1 Pada Tanggal 14 April 2014 ...45

(10)

vi

4.2 Hasil Pengukuran Temperatur Ruang Pengering dan Inti Ubi kayu ...59

4.2.1 Hasil Pengukuran Temperatur Pengeringan Sampel 1 ...59

4.2.2 Hasil Pengukuran Temperatur Pengeringan Sampel 2 ...60

4.3 Analisa Model Persamaan Pengeringan Ubi kayu ...61

4.3.1 Analisa Moisture Ratio (MR) Pada Pengeringan Ubi kayu...61

4.4 Efisiensi Alat Pengering ...67

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...72

5.2 Saran ...72

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Urutan Hari Berdasarkan Bulan ... 14

Tabel 2.2 Faktor Koreksi Iklim ... 18

Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer ... 34

Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor... 35

Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus... 36

Tabel 3.4 Spesifikasi T and RH Smart Sensor ... 36

Tabel 3.5 Spesifikasi Load Cell ... 38

Tabel 4.1 Data Radiasi Pengukuran 14 April 2014 ... 45

Tabel 4.2 Perhitungan Urutan Hari Berdasarkan Bulan... 46

Tabel 4.3 Data Radiasi Pada Kondisi Langit Cerah 14 April 2014 ... 50

Tabel 4.4 Perbandingan Radiasi Pengukuran dan Radiasi Pada Kondisi Langit Cerah 14 April 2014 ... 51

Tabel 4.5 Data Radiasi Pengukuran 15 April 2014... 52

Tabel 4.8 Data Radiasi Pengukuran 16 April 2014 ... 54

Tabel 4.11 Data Radiasi Pengukuran 17 April 2014... 57

(12)

viii Tabel 4.14 Moisture ratio ubi kayu sampel pertama ... 62

Tabel 4.15 Moisture ratio ubi kayu sampel kedua... 64

Tabel 4.16 Perbandingan massa ubi kayu yang dikeringkan menggunakan

alat pengering dan yang dikeringkan langsung dibawah

sinar matahari ... 66

Tabel 4.17 Data Perhitungan Panas dan Efisiensi Kolektor

Tanggal 25 Maret 2014 ... 68

Tabel 4.18 Data Perhitungan Panas dan Efisiensi Kolektor

Tanggal 10 April 2014 ... 70

(13)

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Perbandingan radiasi pengukuran dengan radiasi pada kondisi langit

cerah pada 14 april 2014 ... 51

Grafik 4.2 Perbandingan radiasi pengukuran dengan radiasi pada kondisi langit cerah pada 15 april 2014 ... 54

Grafik 4.5 Temperatur ruang pengering dan inti ubi kayu sampel 1 hari 1 ... 59

Grafik 4.9 Moisture ratio ubi kayu sampel pertama ... 63

Grafik 4.10 Moisture ratio ubi kayu sampel kedua ... 69

Grafik 4.11 Waktu vs Temperatur tanggal 25 Maret 2014 ... 69

Grafik 4.12 Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi tanggal 25 Maret 2014... 74

Grafik 4.13 Waktu vs Temperatur tanggal 10 April 2014 ... 70

(14)

x DAFTAR SIMBOL

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

A Luas Penampang m2

A Altitude ( ketinggian dari permukaan laut ) km

B Konstanta Yang Bergantung Pada n

𝐶𝑝 Panas Jenis kJ/kg K

Gsc Daya radiasi rata-rata yang diterima

atmosfer bumi (1367) W/m2

𝐺_{𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙} Radiasi Total W/m2

GrL Bilangan Grashof

h Koefisien Perpindahan Panas Konveksi W/m2 K

(15)

(16)

xii

𝑣 Profil kecepatan dalam lapisan batas

(17)

𝜏_𝑏 Fraksi radiasi yang Dditeruskan untuk masuk

ke atmosphere bumi

𝜂 Efisiensi %

µ Viskositas dinamik 𝑘𝑔

𝑚 .𝑠

𝜌 Massa Jenis kg/m3

ε Emisivitas panas permukaan

ζ Kontanta Stefan Boltzomann (5,67 x 10-8) W/m2 K4