Kajian Performansi Pengering Surya Metode Tidak Langsung (Indirect Solar Dryer) Kolektor Plat Datar Bersirip

(1)

KAJIAN PERFORMANSI PENGERING SURYA METODE

TIDAK LANGSUNG (INDIRECT SOLAR DRYER)

KOLEKTOR PLAT DATAR BERSIRIP

SKRIPSI

Oleh

KLAUDIA KATHRYN Y M

110405042

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(2)

KAJIAN PERFORMANSI PENGERING SURYA METODE

TIDAK LANGSUNG (INDIRECT SOLAR DRYER)

KOLEKTOR PLAT DATAR BERSIRIP

SKRIPSI

Oleh

KLAUDIA KATHRYN Y M

110405042

(3)

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

KAJIAN PERFORMANSI PENGERING SURYA METODE TIDAK LANGSUNG (INDIRECT SOLAR DRYER) KOLEKTOR PLAT DATAR

BERSIRIP

dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada

Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini

adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.

Demikian pernyatan ini saya buat, apabila di kemudian hari terbukti bahwa karya ini

bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi

sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, Juli 2016

Klaudia Kathryn Y M

(4)

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

KAJIAN PERFORMANSI PENGERING SURYA METODE TIDAK LANGSUNG (INDIRECT SOLAR DRYER) KOLEKTOR PLAT DATAR

BERSIRIP

dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen

Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah

diujikan pada sidang ujian skripsi pada 22 Juli 2016 dan dinyatakan memenuhi

syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

Mengetahui, Medan, Juli 2016

Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing

Ir. Renita Manurung, MT Prof. Dr. Ir. Turmuzi Lubis, MS NIP.19681214 199702 2 002 NIP. 19611225 198903 1 003

Dosen Penguji I Dosen Penguji II

(5)

PRAKATA

Puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan

karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi

dengan judul “Kajian Performansi Pengering Surya Metode Tidak Langsung

(Indirect Solar Dryer) Kolektor Plat Datar Bersirip”, berdasarkan hasil penelitian

yang Penulis lakukan di Laboratorium Energi Baru/Terbarukan, Balai Riset dan

Standarisasi Industri, Medan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk

mendapatkan gelar Sarjana Teknik.

Hasil penelitian ini memberikan informasi mengenai performansi pengering surya

metode tidak langsung (indirect solar dryer) kolektor plat datar bersirip. Dengan

adanya penelitian ini dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan mengenai

pengering surya sebagai salah satu metode memanfaatkan energi surya dalam

pengeringan hasil-hasil pertanian.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak

mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, Untuk itu penulis mengucapkan terima

kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada:

1. Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, M.S selaku Dosen Pembimbing I yang telah

banyak memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian.

2. Dr. Ir. Sari Farah Dina, M.T selaku Dosen Pembimbing II yang telah banyak

memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian.

3. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik

Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

4. Ir. Bambang Trisakti, MT dan Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT selaku

Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk

kesempurnaan skripsi ini.

5. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas

(6)

6. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia sebagai Dosen Pembimbing Akademik yang

senantiasa memberikan arahan dan motivasi selama menyelesaikan

perkuliahan.

7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik

Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang berharga dan bantuan

kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.

8. Fitri Siregar, selaku partner yang telah sabar dan membantu penulis bekerja

sama dalam menyelesaikan penelitian.

9. Sahabat-sahabat penulis di Teknik Kimia USU 2011 tanpa terkecuali

khususnya Nora, Henni, Happy, Dessy, Edy dan Fahmi yang selalu

memberikan dukungan dan pembelajaran kepada penulis.

10.Sahabat terbaik penulis yaitu adik-adik Remaja dan Tambourine GBI

El-Grasya, yang telah banyak memberikan dukungan dan doa bagi penulis.

11.Semua orang yang telah membantu penulis hingga penyusunan skripsi ini,

yang tidak dapat ditulis namanya satu per satu.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu

Penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga

skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, Juli 2016

Penulis

(7)

DEDIKASI

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Ayah & Ibu Tercinta

Pdt. Yafet R. Marbun dan Pdt. Elda Silvia Mangunsong

Abang & Adik Tersayang

Yuda Morado Marbun dan Michael Yafda Marbun

Mereka adalah motivasi terbesar dan sumber energi bagiku.

Kekuatan cinta dan kasih sayang tak terhingga yang

diberikan kepadaku tiada mungkin dapat kubalas

melainkan hanya diwakili oleh kata terima kasih

melalui selembar kertas yang memberikan

penghormatan terbesar bagi mereka.

Sekiranya Tuhan Yesus Kristus selalu memberikan berkat

(8)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Klaudia Kathryn Yoezer Marbun

NIM : 110405042

Tempat, tanggal lahir

: Jakarta, 13 April 1993

Nama orang tua : Pdt. Yafet R. Marbun dan Pdt. Elda Silvia Mangunsong Alamat orang tua : Jalan Perkutut No. 193

Kel. Helvetia Tengah

Kec. Medan Helvetia, Medan

Asal Sekolah:

• SD Methodist Pancur Batu tahun 1999-2005

• SMP Methodist Pancur Batu tahun 2005 – 2008

• SMA Kalam Kudus Medan tahun 2008 – 2011 Pengalaman Kerja dan Organisasi:

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai Anggota Bidang Sosial dan Rohani

2. Asisten Laboratorium Mikrobiologi Teknik Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2013-2015 modul Fermentasi dan Proses Pewarnaan Gram

3. Kerja Praktek di PTPN IV Pabatu, Tebing Tinggi, Sumatera Utara 2015.

Prestasi yang pernah diperoleh :

1. Peserta Cerdas Cermat Tingkat SD Se-Deli Serdang Tahun 2004 2. Juara II Vokal Solo YPGMI Pancur Batu Tahun 2007

3. Juara II Cerdas Cermat Tingkat SMP Tahun 2008 oleh SMK Telkom Shandy Putra Medan

4. Peserta Lomba Vokal Solo Tingkat SMA Se-Kota Medan Tahun 2008.

Artikel yang akan dipublikasikan pada :

(9)

ABSTRAK

Energi surya merupakan sumber energi yang tidak pernah habis, sehingga menjadi potensi sumber energi untuk berbagai kebutuhan. Salah satu penggunaan energi surya dilakukan dalam pengeringan. Untuk menambah kelayakan energi surya dapat dilakukan dengan memanfaatkan teknologi energi surya buatan (solar dryer) secara tidak langsung (indirect). Penelitian ini bertujuan mengkaji performansi pengering surya metode tidak langsung (indirect solar dryer) kolektor plat datar bersirip dengan memvariasikan bukaan kolektor, menghitung kisaran rata-rata intensitas radiasi matahari dan rata-rata efisiensi kolektor surya yang dapat dicapai dan mempelajari faktor yang mempengaruhinya. Adapun peralatan utama yang akan digunakan adalah pengering surya dengan ruang pengering dan kolektor surya. Kolektor surya yang digunakan dalam penelitian ini adalah kolektor plat datar bersirip yang terdiri dari 4 lapisan, yaitu kayu, styrofoam, rockwoll, dan plat absorber. Variabel berubah dalam penelitian ini adalah bukaan kolektor terbuka 100%, terbuka 15%, terbuka 75%, tertutup 100%. Penelitian ini dilakukan di bawah matahari yang berlangsung dari pukul 09.00 – 17.00 WIB. Hasil penelitian diperoleh intensitas radiasi matahari rata-rata selama penelitian berturut-turut untuk variasi terbuka 100%, terbuka 15%, terbuka 75%, dan tertutup 100% adalah 390 W/m2, 429 W/m2, 376 W/m2, dan 359 W/m2. Kenaikan temperatur plat tertinggi terjadi pada variasi tertutup 100%. Efisiensi kolektor tertinggi pada variasi bukaan 15%. Hasil ini menunjukkan bahwa efisiensi kolektor dipengaruhi oleh intensitas radiasi matahari yang diterima oleh kolektor dan temperatur plat pada kolektor.

(10)

ABSTRACT

Solar energy is an energy source that never runs out, so it becomes a potential energy source for a variety of needs. One use of solar enery is in drying. To increase the feasibility of solar energy can be done by using indirect solar dryer. This research is aim to study the performance of indirect solar dyer with finned flat plate collector with openings varying collector, to calculate the range of the average intensity of solar radiation, and average efficiency of solar collector that can be achieved and to study the factors of that influence. The main equipment to be used is a solar dryer with a drying chamber and solar collector. The solar collector consists of four layers, namely wood, styrofoam, rockwoll, and absorber plate. The variable change in this research is an aperture collector open 100%, open 15%, open 75%, closed 100%. This research done under the sun lasted from 09.00-17.00 WIB. The result retrieved intensity of solar radiation on average during the research consecutive to the variation open 100%, open 15%, open 75%, closed 100% is 390 W/m2, 429 W/m2, 376 W/m2, dan 359 W/m2. The highest increase of plate temperature occurred in closed 100%. The highest efficiency of collector is in open 100%. The result shows the efficiency of collector influenced by intensity of solar radiation accepted by collector and the plate temperature at the collector.

(11)

DAFTAR ISI

2.2 PENGERINGAN SURYA (SOLAR DRYING SYSTEM) 7

2.2.1 Penjemuran Langsung (Open Sun Drying) 8

2.2.2 Pengeringan secara Langsung(Direct Solar Drying) 8

2.2.3 Pengeringan secara Tidak Langsung (Indirect Solar Drying) 9

2.3 JENIS-JENIS PENGERING SURYA 10

(12)

2.6.1 Perpindahan Panas Konduksi 13

2.6.2 Perpindahan Panas Konveksi 14

2.6.3 Perpindahan Panas Radiasi 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 16

3.1 TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN 16

3.2 PERALATAN 16

3.2.1 Peralatan yang Digunakan 16

3.2.2 Peralatan Pengukuran 19

3.3 PROSEDUR PENELITIAN 23

3.4 PROSEDUR PERHITUNGAN 24

3.4.1 Menghitung Kehilangan Panas 24

3.4.2 Menghitung Panas Masuk (Qin) pada Kolektor 27

3.4.3 Menghitung Panas yang Digunakan (Qu) pada Kolektor 28

3.4.4 Menghitung Efisiensi Kolektor 28

3.5 FLOWCHART PENELITIAN 29

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 30

4.1ANALISIS INTENSITAS RADIASI MATAHARI (SOLAR

RADIATION) TERHADAP TEMPERATUR DALAM KOLEKTOR

SURYA 30

4.2ANALISIS PENGARUH BUKAAN KOLEKTOR SURYA TIPE

PLAT DATAR BERSIRIP TERHADAP KENAIKAN

TEMPERATUR PLAT ABSORBER DALAM KOLEKTOR 34

4.3 ANALISIS EFISIENSI KOLEKTOR SURYA 37

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 43

5.1 KESIMPULAN 43

5.2 SARAN 43

(13)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Prinsip Kerja Penjemuran Langsung 8

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Pengeringan secara Langsung 9

Gambar 2.3 Prinsip Kerja Pengeringan secara Tidak Langsung 10

Gambar 2.4 Pengering Surya Pasif 11

Gambar 2.5 Pengering Surya Aktif 12

Gambar 3.1 Pengering Surya 16

Gambar 3.2 Sirip Kolektor 17

Gambar 3.3 Penampang Kolektor Surya 18

Gambar 3.4 Hobo Microstation Data Logger 19

Gambar 3.5 Laptop 22

Gambar 3.6 T data logger 23

Gambar 3.7 Termolaser 23

Gambar 3.8 Prosedur Penelitian 24

Gambar 3.9 Penampang Kolektor Surya dan Kehilangan Panasnya 24

Gambar 3.10 Flowchart Penelitian Kajian Performansi Pengering Surya Metode

Tidak Langsung (Indirect Solar Dryer) 29

Gambar 4.1 Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Kolektor Pada

Variasi Terbuka 100% 30

Variasi Tertutup 100% 33

Gambar 4.5 Intensitas Matahari dan Temperatur Plat Pada Variasi Terbuka

100% 35

(14)

75% 36

Gambar 4.8 Intensitas Matahari dan Temperatur Plat Pada Variasi Tertutup

100% 37

Gambar 4.9 Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi Kolektor

Untuk Variasi Terbuka 100% 38

Gambar 4.10 Standar Deviasi Temperatur Plat Untuk Variasi Terbuka 100% 38

Untuk Variasi Tertutup 100% 41

Gambar 4.16 Standar Deviasi Temperatur Plat Untuk Variasi Tertutup 100% 41

Gambar L3.1 Pengering Surya 94

Gambar L3.2 Bukaan Terbuka 100% 94

(15)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Penelitian Sebelumnya tentang Alat Pengering Surya 2

Tabel 3.1 Konduktivitas Bahan 18

Tabel 3.2 Tabel Spesifikasi Pyranometer 20

Tabel 3.3 Tabel Spesifikasi Wind Velocity Sensor 20

Tabel 3.4 Tabel Spesifikasi Measurement Apparatus 21

Tabel 3.5 Tabel Spesifikasi T RH dan Sensor 22

Tabel L1.1 Data Intensitas Radiasi Matahari dan Temperatur Lingkungan

Untuk Variasi Tertutup 100% 52

Untuk Variasi Terbuka 100% (duplo) 53

Untuk Variasi Tertutup 100% (duplo) 58

Tabel L1.9 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Terbuka 100% 59

Tabel L1.12 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Tertutup 100% 67

(16)

Tabel L1.16 Data Temperatur Kolektor Pada Variasi Tertutup 100% (duplo) 77

Tabel L1.17 Data Efisiensi Kolektor Pada Variasi Terbuka 100% 79

Tabel L1.18 Data Efisiensi Kolektor Pada Variasi Terbuka 15% 80

Tabel L1.19 Data Efisiensi kolektor Pada Variasi Terbuka 75% 80

Tabel L1.20 Data Efisiensi kolektor Pada Variasi Tertutup 100% 80

Tabel L1.21 Data Efisiensi kolektor Pada Variasi Terbuka 100% (duplo) 81

Tabel L1.24 Data Efisiensi kolektor Pada Variasi Tertutup 100% (duplo) 82

Tabel L2.1 Sifat Fisik Udara pada Temperatur Film 317,57 K 83

Tabel L2.2 Sifat Fisik Udara pada Temperatur Film 307,4 K 85

(17)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN 48

L1.1 DATA INTENSITAS RADIASI MATAHARI DAN

TEMPERATUR LINGKUNGAN 48

L1.2 DATA TEMPERATUR PADA KOLEKTOR 59

L1.3 DATA EFISIENSI PADA KOLEKTOR 79

LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 83

L2.1 MENGHITUNG KECEPATAN PROFIL KOLEKTOR 83

L2.2 MENGHITUNG KOEFISIEN KONVEKSI 85

L2.3 MENGHITUNG KEHILANGAN PANAS 89

L2.4 MENGHITUNG PANAS MASUK PADA KOLEKTOR 93

L2.5 MENGHITUNG PANAS YANG DIGUNAKAN PADA

KOLEKTOR 93

L2.6 MENGHITUNG EFISIENSI KOLEKTOR 93

LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 94

L3.1 FOTO PENGERING SURYA 94

(18)

DAFTAR SINGKATAN

LU Lintang Utara

LS Lintang Selatan

BT Bujur Timur

(19)

DAFTAR SIMBOL

h _{koefisien konveksi} _W/m.K

I _{Intensitas Radiasi Matahari} _W/m2

in _{Masuk pada kolektor}

k _{Konduktivitas termal} _W/m.K

(20)

θ _{Kemiringan kolektor}

Q _{Jumlah panas} _J

rw _Rockwool

r _Lingkungan

Transmisivitas

T _Temperatur _K,o_C

t _Tebal _m

st _Styrofoam

u _Udara

u _{Yang digunakan}

loss _Hilang

µ _Viskositas _Ns/m2