11. bab ii. tinjauan pustaka

7

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Teori Pengeringan

Secara umum pengeringan dapat didefenisikan sebagai penghilangan air

yang terdapat suatu padatan atau bahan oleh proses evaporasi. Pengeringan akan

membantu mempercepat proses evaporasi air yang terkandung dalam suatu

bahan.

1. Proses Pengeringan

Menurut R. L. Earle dan M.D. Earle (Purwajanti, 2010) proses pengeringan

dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori:

a. Air and contact drying under atmospheric pressure

Pada model pengeringan ini, panas dipindahkan ke bahan yang akan

dikeringkan melalui udara panas atau permukaan panas. Uap air

dipindahkan oleh udara tadi.

b. Vacuum drying

Pengeringan model ini berdasarkan kepada fakta bahwa penguapan air

akan lebih cepat terjadi pada tekanan rendah daripada tekanan tinggi.

Perpindahan panas yang terjadi pada pengeringan vakum adalah secara

konduksi dan terkadang radiasi.

c. Freeze drying

Pada pengeringan ini, uap air disublimasi dari material beku, contohnya

makanan beku. Struktur makanan lebih baik jika dijaga dalam kondisi

beku. Temperatur dan tekanan yang sesuai harus diatur dalam dryer

untuk memastikan bahwa proses sublimasi terjadi.

8

Proses pengeringan merupakan proses pemindahan sejumlah massa

uap air secara simultan ,dengan membutuhkan energi untuk menguapkan

kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan ke media pengering.

Proses berpindahnya sejumlah massa uap air terjadi antara suatu bahan dan

lingkungannya (Purwajanti, 2010).

Salah satu model pengeringan yang pernah dipakai untuk

pengeringan tanman obat adalah Air and contact drying under atmospheric

pressure, dimana proses pengeringan diperlihatkan pada gambar 1.

Gambar 1. Neraca Massa dan Panas pada Sebuah Tray DryerSumber: Purwajanti (2010)

2. Kecepatan Pengeringan

Kecepatan pengeringan merupakan kuantitas yang penting dalam

proses pengeringan, ditentukan oleh temperatur dan kandungan kelembaban

produk, kelembaban relatif dan kecepatan dari udara pengering. Produk

agrikultur bersifat higroskopis sehingga kecepatan pengeringan adalah

sesuatu yang penting. Kecepatan pengering biasanya memiliki dua fase yang

berbeda yaitu: fase kecepatan konstan terhadap waktu yang bergerak dan

fase kecepatan yang berubah terhadap waktu. Kurva kecepatan pengeringan

(Purwajanti, 2010) dapat dilihat pada gambar 2 berikut.

8



















8



















9

Gambar 2. Kurva Kecepatan Pengeringan, Fase I, Fase II, dan Fase IIISumber: Purwajanti (2010)

Pada gambar 2 dijelaskan sebagai berikut:

a. Fase I, periode kecepatan pengering yang konstan ketika permukaan

jenuh dengan uap dan evaporasi terjadi secara terus-menerus seiring

dengan permukaan material yang dipenuhi dengan air untuk

menguap.

b. Fase II, periode kecepatan menurun, ketika permukaan padatan tidak

lagi jenuh terhadap uap, yaitu pada titik kritis. Difusi kelembaban

dikontrol oleh pergerakan internal cairan ketika permukaan padatan

menjadi kekurangan air.

c. Fase III, merupakan bagian kedua dari periode kecepatan menurun,

dimana kandungan kelembaban secara terus menerus turun sampai

kesetimbangan tercapai dan pengeringan berhenti.

9






menguap.








9






menguap.








10

3. Jenis-jenis Pengeringan

Jenis-jenis pengeringan dapat dikelompokkan (Oyyiin, 2011)

sebagai berikut:

a. Pengeringan alamiah menggunakan panas matahari

Pengeringan hasil pertanian dengan menggunakan energi

matahari biasanya dilakukan dengan menjemur bahan diatas alas

jemuran atau lamporan, yaitu suatu permukaan yang luasnya dapat

dibuat dari berbagai bahan padat. Sesuai dengan sistem dan

peralatannya serta pertimbangan faktor ekonomis, alat jemur dapat

dibuat dari anyaman tikar, anyaman bambu, lembaran seng, lantai batu

bata atau lantai semen.

Pengeringan ini adalah pengeringan yang paling sederhana

(dengan cara penjemuran). Penjemuran adalah usaha pembuangan

atau penurunan kadar air suatu bahan untuk memperoleh tingkat kadar

air yang cukup aman disimpan, yaitu yang tingkat kadar airnya

seimbang dengan lingkungannya.

b. Pengeringan menggunakan bahan bakar

Bahan bakar sebagai sumber panas (bahan bakar cair,

padat, listrik) misalnya : BBM, batu bara, limbah biomasa yaitu

arang, kayu, sekam, serbuk gergaji dll. Pengeringan ini disebut juga

dengan pengeringan mekanis. Jenis-jenis pengeringan mekanis

adalah Tray Dryer, Rotary Dryer, Freeze Dryer, Spray Dryer (Oyyiin,

2011).

11

1. Tray dryer (alat pengering berbentuk rak)

Tray dryer (gambar 3) memiliki spesifikasi sebagai berikut

(Oyyiin, 2011):

a. Bentuknya persegi dan didalamnya berisi rak-rak yang

digunakan sebagai tempat bahan yang akan dikeringkan.

b. Cocok untuk bahan yang berbentuk padat dan butiran.

c. Sering digunakan untuk produk yang jumlahnya tidak terlalu

besar.

d. Waktu pengeringan umumnya lama (1-6 jam).

Gambar 3. Alat Pengering Tray DryerSumber: Amalia (2012)

2. Rotary Dryer (Pengering berputar)

Alat pengering jenis Rotary Dryer (gambar 4) memiliki spesifikasi

diantaranya (Oyyiin, 2011):

a. Pengering kontak langsung yang beroperasi secara kontinyu,

terdiri atas cangkang silinder yang berputar perlahan, biasanya

dimiringkan beberapa derajat dari bidang horizontal untuk

12

membantu perpindahan umpan basah yang dimasukkan pada

atas ujung drum.

b. Bahan kering dikeluarkan pada ujung bawah

c. Waktu pengeringan cepat ( 10 s/d 60 menit).

d. Cocok untuk bahan yang berbentuk padat dan butiran.

Gambar 4. Alat Pengering Rotary DryerSumber: Hongji (1999)

3. Freeze dryer (Pengering beku)

Spesifikasi dari Freeze dryer (gambar 5) yaitu sebagi berikut

(Oyyiin, 2011):

a. Cocok untuk padatan yang sangat sensitif panas (bahan

bioteknologis tertentu, bahan farmasi, pangan dengan

kandungan flavor tinggi.

b. Pengeringan terjadi di bawah titik triple cairan dengan

menyublim air beku menjadi uap, yang kemudian

dikeluarkan dari ruang pengering dengan pompa vakum

mekanis.

13

c. Menghasilkan produk bermutu tinggi dibandingkan dengan

teknik dehidrasi lain.

Gambar 5. Alat Pengering Freeze DryerSumber: Amalia (2012)

4. Spray dryer (pengering semprot)

Spray dryer seperti yang ditunjukkan gambar 6 mempunyai

spesifikasi alat diantaranya (Oyyiin, 2011):

a. Cocok untuk bahan yang berbentuk larutan yang sangat kental

serta berbentuk pasta (susu, zat pewarna, bahan farmasi).

b. Kapasitas beberapa kg per jam hingga 50 ton per jam penguapan

(20000 pengering semprot).

c. Umpan yang diatomisasi dalam bentuk percikan disentuhkan

dengan udara panas yang dirancang dengan baik.

14

Gambar 6. Alat Pengering Spray DryerSumber: Amalia (2012)

c. Pengeringan Gabungan

Pengeringan gabungan adalah pengeringan dengan

menggunakan energi sinar matahari dan bahan bakar minyak atau

biomassa yang menggunakan konveksi paksa (udara panas

dikumpulkan dalam kolektor kemudian dihembuskan ke komoditas).

Pengeringan gabungan digunakan jika temperatur lingkungan hanya

sekitar 33 °C, sedangkan temperatur pengeringan untuk komoditas

pertanian kebanyakan berkisar 60-70°C. Oleh karena itu, perlu

ditingkatkan temperatur lingkungan dengan cara mengumpulkan udara

dalam suatu kolektor surya dan menghembuskannya ke komoditas.

(digunakan blower atau kipas angin ) (Oyyiin, 2011).

Adapun contoh dari pengeringan gabungan yaitu alat

pengering energi surya tipe lorong (gambar 7), alat pengering energi

surya-biomassa tipe lorong (gambar 8), alat pengering rumah asap

(gambar 9), unit prosesing kakao/rumah pengering surya.

15

1. Alat pengering energi surya tipe lorong

Spesifikasi dari alat jenis ini (Oyyiin, 2011) yaitu:

a. Terdiri atas kipas angin sentrifugal, pemanas udara (kolektor)

dan lorong pengering.

b. Kolektor dan lorong pengering dipasang paralel dan diatasnya

ditutup dengan plastik transparan.

c. Alat pengering dipasang dengan arah membujur utara-selatan

dan diletakkan diatas tanah.

d. Udara pengering yang dihasilkan dalam kolektor dihembuskan

ke komoditas dengan kccepatan 400 – 900 m3/jam agar

tercapai temperatur pengeringan 40 – 60 OC.

Gambar 7. Alat Pengering Energi Surya Tipe LorongSumber: Dian Kusumanto (2012)

2. Alat pengering energi surya-biomassa tipe lorong

Alat pengering energi surya-biomassa tipe lorong memiliki

spesifikasi (Oyyiin, 2011) sebagai berikut:

16

a. Alat pengering tipe lorong diatas dimodifikasi menjadi alat

pengering energi surya dan biomassa.

b. Ruang pengering dan kolektor dipasang pada satu sumbu

supaya kehilangan tekanan udara menjadi lebih kecil. Kipas

dengan tenaga listrik 60 watt dapat berfungsi secara efisien,

bahkan kipas arus scarab 32 watt dengan penggerak

photovoltaik dapat dipakai pada sistem tersebut.

c. Alat pengering tersebut dipasang diatas struktur kayu dan

disangga dengan batako setinggi 60 cm dari tanah.

d. Pada alat pengering yang dimodifikasi ini dilengkapi dengan

tungku biomassa dimana alat penukar panas yang terbuat dari

plat baja, agar pada waktu hujan atau malam hari masih dapat

dilakukan operasi pengeringan.

Gambar 8. Alat Pengering Surya – Biomassa Tipe LorongSumber: Yefrichan (2011)

17

3. Alat pengering rumah asap

Pada alat pengering jenis rumah asap, spesifikasi yang dimiliki

(Oyyiin, 2011) diantaranya:

a. Alat ini terdiri atas : plat pemanas matahari yang dihubungkan

dengan ruang pengering. Di dalam ruang pengering yang

berbentuk rumah yang pada bagian atasnya terdapat

penggantung komoditas.

b. Sebagian dari udara buang dikembalikan ke plat pemanas

sehingga temperatur kembali dapat dinaikkan menjadi 45 –

60°C. Untuk mengurangi ketergantungan pada kondisi cuaca,

alat ini dilengkapi dengan tungku biomassa yang dipasang

dibawah rumah asap.

Gambar 9. Alat Pengering Rumah AsapSumber: Yefrichan (2011)

18

4. Unit prosesing kakao/rumah pengering surya.

Spesifikasi dari alat unit prosesing kakao/rumah pengering surya

(Oyyiin, 2011) yakni:

a. Atap seluas 100 m2 dan berfungsi juga sebagai kolektor

matahari. Udara masuk ke kolektor sehingga menjadi panas.

Dengan menggunakan kipas angin (blower), udara panas

tersebut kemudian “ditarik” dan dihembus ke tempat

pengering. Pemasangan atap dibuat dengan kemiringan 10°

pada arah utara-selatan.

b. Rumah pengering ini dirancang untuk memeroses 2-3 ton biji

kakao basah, menggunakan 4 buah blower aksial.

c. Unit ini mampu berfungsi dengan efektif. Satu siklus

pengolahan berlangsung selama 5 hari. Dengan

pengoperasian tungku pada malam hari, waktu pengeringan

lebih singkat yaitu sekitar 36-44 jam.

B. Beban Kebasahan

Beban kebasahan (BK) merupakan jumlah massa air yang diuapkan

sehingga beban kebasahan juga merupakan selisih dari jumlah air awal dan jumlah

air akhir (kering). Beban Kebasahan dirumuskan pada persamaan 1 (Dony, 2010):

BK = mb - mk……………….....................................................................(1)

dimana:

BK = beban kebasahan atau massa air yang diuapkan (kg)

19

mb = massa air mula-mula atau basah (kg)

mk = massa air akhir atau kering (kg)

C. Kalor

Kalor adalah energi yang diterima oleh benda sehingga suhu benda atau

wujudnyaberubah.Ukuran jumlah panas dinyatakan dalam notasi British Thermal

Unit (BTU). Air digunakan sebagai standar untuk menghitung jumlah panas

karena untuk menaikkan temperatur 1o F untuk tiap 1 lb air diperlukan panas 1

BTU. Jika suatu zat menerima atau melepaskan kalor, maka ada dua kemungkinan

yang akan terjadi. Yang pertama adalah terjadinya perubahan temperatur dari zat

tersebut, kalor yang seperti ini deisebut dengan kalor sensibel (sensible heat). Dan

yang kedua adalah terjadi perubahan fase zat, kalor jenis ini disebut dengan kalor

laten (latent heat) (Parsons, 1997).

1. Kalor Sensible (Sensible Heat)

Kalor sensibel adalah kalor yang menyebabkan terjadinya

kenaikan/penurunan temperatur, tetapi phasa (wujud) tidak berubah.

Persamaan kalor sensibel ditunjukkan pada persamaan 2 (Parsons, 1997).

Qsens=× ×∆∆ …………..…………………….……….(2)

dimana:

Qsens = Energi kalor yang dilepas atau diterima suatu zat untuk

kalor sensibel (kW)m = massa bahan (kg)cp = kalor jenis bahan (kJ/kg°C)∆T = perubahan temperatur bahan(°C)

20

∆ = perubahan waktu (s)

2. Kalor Laten (Latent Heat)

Kalor laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah phasa

(wujud) benda, tetapi temperaturnya tetap. Jika suatu zat menerima atau

melepaskan kalor, pada awalnya akan terjadi perubahan temperatur,

namun demikian hal tersebut suatu saat akan mencapai keadaan jenuhnya

dan menyebabkan perubahan fase. Pada suatu zat terdapat dua macam

kalor laten, yaitu kalor laten peleburan atau pembekuan dan kalor laten

penguapan atau pengembunan . Kalor laten suatu zat biasanya lebih besar

dari kalor sensibelnya, hal ini karena dipelukan energy yang besar untuk

merubah fase suatu zat. persamaan 3 menunjukkan formula dari kalor laten

(Parsons, 1997).

Qlaten =×∆ ………………………………………………...(3)

dimana:

Qlaten = Energi kalor yang dilepas atau diterima suatu zat untuk

kalor laten (kW)

BK = Beban Kebasahan (kg)hfg = kalor laten bahan (kJ/kg)∆ = perubahan waktu (s)

Besarnya kalor total pisang adalah total penjumlahan dari kalor sensibel

yang diterima oleh bahan dan diikuti kalor laten. Sebagaimana diperlihatkan pada

persamaan 4 (Parsons, 1997).

21

Qtotal = Qsens+ Qlaten………………………………...…………………….(4)

dimana:

Qtotal = Energi kalor total (kW)

Qsens = Energi kalor yang dilepas atau diterima suatu zat untuk kalor

sensibel (kW)

Qlaten = Energi kalor yang dilepas atau diterima suatu zat untuk kalor

laten (kW)

D. Perpindahan Panas

Perpindahan energi dari suatu sistem ke lingkungannya dapat berupa

perpindahan panas dan perpindahan kerja. Perpindahan panas ini sendiri dapat

didefenisikan sebagai suatu perpindahan energi yang juga mengikutsertakan

perpindahan entropy. Selain itu dapat juga didefinisikan sebagai interaksi energi

dimana akibat dari interaksi tersebut di dalam sistem dan lingkungan tidak dapat

dihasilkan kembali. Perpindahan panas dapat juga diartikan sebagai interaksi

energi yang dikendalikan oleh perbedaan temperatur antara sistem dengan

lingkungannya (Holman, 1988).

Berdasarkan metode dan mekanisme perpindahan panas dari suatu sistem

dan lingkungannya, perpindahan panas dapat di klasifikasikan menjadi

perpindahan panas konduksi, konveksi dan radiasi (Holman, 1988).

Kalor pada alat pemanas matahari mengalir secara konduksi sepanjang plat

penyerap dan melalui dinding saluran. Selanjutnya kalor dipindahkan ke fluida

dalam saluran secara konveksi. Dan plat penyerap yang panas akan melepaskan

panasnya ke plat penutup (kaca) dengan cara konveksi alami dan radiasi.

22

1. Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan konveksi merupakan perpindahan panas yang terjadi

antara permukaan benda dengan fluida yang bergerak ketika keduanya

berada pada perbedaan temperatur. Hal ini berarti adanya perpindahan

massa dan adanya gradien suhu yang menyebabkan fluida bergerak akibat

dari adanya pembesaran rapat massa. Perpindahan panas konveksi terbagi

menjadi 2 cara (Holman, 1988):

a. Perpindahan panas konveksi paksa, yaitu bila aliran yang terjadi

disebabkan oleh beberapa cara yang berasal dari luar, misalnya

blower atau tiupan angin.

b. Perpindahan panas konveksi bebas atau konveksi alami, yaitu bila

aliran yang terjadi disebabkan dari dalam, misalnya gradien massa

jenis atau kerapatan fluida.

Secara umum, laju perpindahan kalor secara konveksi dinyatakan

dengan hukum pendinginan Newton, seperti yang ditunjukkan pada

persamaan 5 (Holman, 1988).= × × ( − ∞)………………………….………….……(5)

dimana:

q = laju perpindahan kalor (W)

h = koefisien perpindahan kalor (W/m2·K)

A = luas permukaan (m2)

= temperatur permukaan (K)

∞ = temperatur fluida (K)

23

Koefisien konveksi, h dinyatakan dengan suatu parameter tanpa

dimensi yang disebut dengan bilangan Nusselt seperti pada persamaan 6

(Holman, 1988).

=∙

……………...……….…………..……………….……..(6)

dimana:

Nu = Bilangan Nusselt

h = koefisien perpindahan kalor (W/m2·K)

Di = diameter dalam (m)

K = konduktivitas panas bahan (W/m·K)

2. Perpindahan Panas Konduksi

Perpindahan panas konduksi adalah pemindahan panas dari bagian

yang bersuhu tinggi ke bagian yang bersuhu rendah dalam suatu benda dimana

terdapat gradien suhu. Perpindahan panas konduksi melibatkan perpindahan

kinetik dari rnolekul yang satu ke molekul yang lain di dekatnya (Holman,

1988).

Dengan asumsi bahwa tidak ada sumber panas di dalam sistem,

maka digunakan persamaan 7 (Holman, 1988) sebagai berikut.= − × × ………………………...………………………..(7)

dimana :

k = konduktivitas panas bahan (W/m·K)

L = tebal dinding (m)

A = luasan dinding (m2)

T1 = suhu pada permukaan panas ( K)

24

T2 = suhu pada permukaan dingin ( K)

3. Perpindahan Panas Radiasi

Radiasi adalah energi yang dipancarkan oleh benda yang berada

pada temperatur tinggi. Energi dari medan radiasi ini dipindahkan secara

gelombang elektromagnetik yang berasal dari energi dalam dari material

yang memancar. Panas yang dipancarkan dari perrnukaan dapat dinyatakan

dengan hukum Stefan-Boltzman dimana ditunjukkan pada persamaan 8

(Holman, 1988) sebagai berikut.= × × ( − ∞ )………………………………..……...(8)

dimana:

q = panas yang dipancarkan (W)

ε = emisivitas dari permukaan benda

σ = konstanta Stefan-Boltzman 5,67 . las (W/m²·K)


= temperatur permukaan (K)

∞ = temperatur fluida (K)

Pada umumnya setiap permukaan bukan merupakan pemancar

ataupun penyerap radiasi yang sempurna, melainkan dinyatakan oleh fraksi-

fraksi dari jumlah ideal yang dipancarkan (ε, emisivitas) dan diserap (α,

absorbsivitas). Perpindahan kalor yang terjadi pada suatu kolektor matahari

adalah perpindahan kalor radiasi dari plat penyerap ke plat penutup

(plastik). Untuk kedua plat sejajar ini berlaku persamaan 9. (Holman,

1988).

25

= × ×( )/ / ...........................................................................(9)

dimana:

q = panas yang dipancarkan (W)

σ = konstanta Stefan-Boltzman 5,67 . las (W/m²·K)

dan = masing-masing emisivitas plat penyerap dan kaca.


T1 = suhu pada permukaan panas ( K)

T2 = suhu pada permukaan dingin ( K)

Radiasi surya adalah radiasi gelombang pendek yang diserap oleh

plat penyerap sebuah kolektor surya dan diubah menjadi panas. Oleh sebab

itu, plat penyerap harus memiliki harga α setinggi-tingginya dalam

batas yang masih praktis. Plat penyerap yang menjadi panas

memancarkan radiasi termal dalam daerah panjang gelombang yang

panjang (infra merah) (Holman, 1988).

Arismunandar (Dony, 2010) menyatakan kerugian radiasi ini dapat

dikurangi sehingga sangat kecil dengan cara menggunakan permukaan

khusus yang memiliki harga absorptivitas yang tinggi (α) dalam daerah

panjang gelombang pendek (radiasi surya) dan harga emisivitas yang

rendah (ε) dalam daerah inframerah. Permukaan itu disebut sebagai

permukaan selektif. Salah satu diantaranya adalah krom hitam (black

chrome) yang merupakan harga α= 0,90 dan ε = 0,10.

26

E. Perpindahan Massa

Perpindahan massa (mass transfer) dapat terjadi karena beberapa macam

fenomena yang berlainan. Ada perpindahan massa yang berlangsung dengan

konveksi, dalam arti massa berpindah dari satu tempat ke tempat yang lain dalam

sistem aliran. Perpindahan massa jenis ini terjadi pada tingkat makroskopik dan

biasanya ditangani sebagai masalah mekanika fluida. Bila suatu campuran gas dan

zat cair terkurung sedemikian rupa sehingga terdapat gradient konsentrasi dari

salah satu atau beberapa konstituen dalam sistem itu, maka akan terjadi

perpindahan massa dalam tingkat mikroskopik sebagai akibat difusi atau

pembauran (diffusion) dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah

(Holman, 1988).

Difusi massa berlangsung tidak hanya atas dasar molekul tetapi juga dalam

sistem aliran turbulen dimana terjadi laju difusi yang dipercepat sebagai akibat

proses pencampuran pusaran cepat (rapid-eddy mixing processes), sama seperti

halnya proses pencampuran meningkatkan perpindahan kalor dan aksi viskos

dalam aliran turbulen (Holman, 1988).

Mekanisme difusi komponen A ke dalam komponen B ditunjukkan pada

gambar 10.

Gambar 10. Difusi komponen A ke dalam komponen BSumber: Holman (1988)

26











(Holman, 1988).







gambar 10.


26











(Holman, 1988).







gambar 10.


27

Untuk memahami mekanisme fisik difusi, perhatikan bidang khayal yang

digambarkan sebagai garis putus-putus pada gambar 10. Konsentrasi komponen A

di sebelah kiri bidang ini lebih besar daripada di sebelah kanan. Konsentrasi yang

lebih tinggi berarti leblh banyak terdapat molekul per satuan volume. Jika sistem

itu gas atau zat cair, maka molekul-molekul bergerak secara acak (random), dan

semakin tinggi konsentrasi, semakin banyak pula molekul yang melintasi bidang

tertentu per satuan waktu. Jadi rata-rata lebih banyak molekul yang bergerak dari

kiri ke kanan melintasi bidang itu daripada arah berlawanan. Hal ini menyebabkan

suatu perplndahan massa neto dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi

rendah.

Kenyataan bahwa molekul molekul-molekul itu saling bertubrukan satu

sama lain sangat mempengaruhi proses difusi. Dalam campuran gas terdapat

perbedaan nyata antara tubrukan molekul sejenis dengan molekul yang tak sejenis.

Tubrukan antara molekul sejenis pada hakikatnya tidak mengubah gerakan

molekul, karena kedua molekul tersebut identik dan tidak menjadi persoalan

molekul di antara keduanya yang melintasi bidang tertentu. Tubrukan antara dua

molekul yang tak sejenis, seperti molekul A dan B dapat mengakibatkan molekul

B lah yang tertentu menggantikan molekul A.

Jadi, proses difusi berlangsung dangan dua cara sekaligus, yaitu gas A

membaur ke dalam gas B dan sementara itu gas B juga membaur ke dalam gas A

sehingga dapat mengaitkan koefisien difusi dengan salah satu dari kedua proses

tersebut. Pada umumya, molekul-molekul memiliki massa yang berbeda dan

perpindahan massa juga dipengaruhi oleh adanya tubrukan. Difusi massa antara

28

H2O dangan udara dapat ditentukan dengan persamaan 10 (Dony, 2010)D = 1,87 × 10 × ,; 280 K<T<450K……………………....(10)

dimana:D = koefisien difusi massa dari A ke B (m2/s)

T = temperatur rata-rata difusi (Tbahan + Trata − rata ruang) (K)

P = tekanan total sistem (atm)

Koefisien perpindahan massa (mass transfer coefficient) dapat

didefenisikan seperti halnya dangan koefisien perpindahan kalor. Jadi koefisien

perpindahan massa ditunjukkan pada persamaan 11 (Holman, 1988).m = hm × A × (ρv,s - ρv,∞)……………………………………….….….(11)

dimana:m = fluks massa difusi (kg/s)

hm = koefisien perpindahan massa (m/s)

A = luas permukaan benda (m2)

ρv,s - ρv,∞ = konsentrasi tempat berlangsungnya difusi (kg/m3)

Dengan menggunakan analogi terhadap perpindahan panas konveksi,

Schmidt number yang menunjukkan hubungan antara molekular momentum

dengan difusi massa dianalogikan dengan Prandtl number. Profil konsentrasi dan

kecepatan mempunyai bentuk yang sama apabila υ = D atau u/D = 1.

Perbandingan tak berdimensi υ /D disebut Schmidt number. Schmidt number (Sc)

ditentukan dengan persamaan 12 (Holman, 1988).

Sc = ……………………………………………………...…..…..…(12)

29

dimana :

Sc = Schmidt number

= kinematic diffusivity (m2/s)D = koefisien difusi massa dari A ke B (m2/s)

Keserupaan antara persamaan-persamaan yang mengatur perpindahan

kalor, massa dan momentum menunjukkan bahwa korelasi empirik koefisien

perpindahan massa serupa pula dengan koefisien perpindahan kalor. Untuk

penguapan zat cair ke udara di dalam kolom-kolom udara (sirkular), dimana zat

cair membasahi permukaan, dan udara didorong melalui kolom. Sedangkan untuk

Sherwood number yang menunjukkan efektifitas dari perpindahan massa konveksi

dapat dianalogikan dengan Nusselt number. Sherwood number ditentukan dengan

persamaan 13 (Holman, 1988).

= ×………………………………….…………………(13)

dimana :

ShL = Sherwood number

hmass = koefisien perpindahan massa (m/s)

L = lebar ruangan sistem (m)D = koefisien difusi massa dari A ke B (m2/s)

F. Beban Kalor Pemanasan

Besar beban kalor pemanasan adalah beban kalor kolektor surya plat datar

untuk menaikkan suhu udara dari suhu awal ke suhu akhir kolektor. Beban kalor

kolektor surya plat datar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 14 .= × × ∆ …………………...…………………..(14)

30

dimana:

= beban kalor kolektor (W)m = laju perpindahan massa (kg/s)

Cpud = kalor jenis udara (J/kg°C)

∆T = perubahan temperatur (°C)

G. Sifat fluida

Semua fluida sejati sifat atau karakteristik yang penting. Kerapatan,

kapilaritas dan tekanan uap adalah sifat yang ada di dalam fluida diam, namun

untuk fluida yang bergerak ada sebuah sifat lagi yaitu viskositas. Sifat-sifat

termodinamika seperti tetapan gas, energi dalam, entalpi dan entropi untuk gas

serta panas jenis dan konduktivitas baik untuk gas, maupun zat cair (Bruce R.

Munson & Donald F. Young, 2002).

Beberapa sifat fluida merupakan perpaduan beberapa sifat yang telah

disebutkan. Difusivitas termal misalnya, melibatkan konduktivitas termal,

kerapatan, dan kapasitas panas jenis pada tekanan konstan sedangkan

konduktivitas termal melibatkan viskositas dan kerapatan dinamik.

Semua bahan terdiri dari molekul-molekul yang masing-masing tidak

terikat di tempat tertentu tetapi saling bergerak terhadap yang lain sehingga fluida

diasumsikan mempunyai sifat menyeluruh (continuum). Jarak antar molekul

dalam gas lebih besar dari ukuran setiap molekulnya, sedangkan dalam zat cair

keduanya kurang lebih sama.

31

H. Viskositas

Sifat yang disebut viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah

fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk. Viskositas suatu gas bertambah

dengan naiknya temperatur karena makin besar aktivitas molekul ketika

temperatur meningkat (Bruce R. Munson & Donald F. Young, 2002).

1. Viskositas dinamik

Viskositas dinamik didefenisikan sebagai rasio tegangan geser

terhadap laju regangan geser. Persamaan dari viskositas dinamik

dapat dilihat pada persamaan 15 (Bruce R. Munson & Donald F. Young,

2002). = ………………………………...………………………(15)

dimana:

= viskositas dinamik ( ∙ )

F = Gaya (N)

A = Luas penampang (m2)

v = kecepatan fluida (m/s)

d = diameter penampang (m)

2. Viskositas kinematik

Viskositas kinematik didefenisikan sebagai rasio viskositas

dinamik terhadap masa jenis. Viskositas kinematik dinyatakan sebagai

persamaan 16 (Bruce R. Munson & Donald F. Young, 2002).= ……………………………………..…………………….(16)

32

dimana:

= viskositas kinematik (kg/ms)

= viskositas dinamik ( ∙ )

= massa jenis dari fluida (kg/m2)

I. Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds pada aliran dapat dicari dengan menggunakan

persamaan 17 (Bruce R. Munson & Donald F. Young, 2002).= × ×…………………………………..……………………...(17)

dimana:

Re = bilangan Reynolds (tak berdimensi atau tak bersatuan)

ρ = massa jenis dari fluida (kg/m2)

v = kecepatan rata-rata dari fluida (m/s)

Di = diameter dalam pipa (m)

µ = viskositas dinamika dari fluida (kg/ms)

Laju aliran massa fluida ( ) sering dikaitkan dengan bilangan Reynolds

(Re). Berdasarkan persamaan kontinuitas, maka: = ρ v A, sehingga bisa dicari

dengan persamaan 18 (Bruce R. Munson & Donald F. Young, 2002).

= = 2= ……………..……………………………………………….(18)

dimana:

33

v = kecepatan rata-rata dari fluida (m/s) = laju aliran massa fluida (kg/s)



di= diameter dalam pipa (m)

Dengan mensubstitusikan persamaan 18 ke persamaan 17, maka dihasilkan

persamaan 19 (Bruce R. Munson & Donald F. Young, 2002).

= ……………………………………………...………...........(19)

dimana:

Re = bilangan Reynolds (tak berdimensi atau tak bersatuan ) = laju aliran massa fluida (kg/s)

= 22/7= 3,14

di = diameter dalam pipa (m)


Jika penampang saluran bukan lingkaran (misalnya pada pemanas udara

matahari dengan penampang yang lebar dan sempit pada gambar 11), maka

diameter dalam, di pada persamaan diganti dengan diameter hidraulik.

Gambar 11. Penampang melintang aliran fluidaSumber: Kristanto (2002)

33







= ……………………………………………...………...........(19)

dimana:


= 22/7= 3,14







33







= ……………………………………………...………...........(19)

dimana:


= 22/7= 3,14







34

Bilangan Reynolds < 2000 (aliran laminer), sedangkan pada pemanas

udara matahari dengan aliran turbulen, bilangan Reynolds =2000-10.000.

J. Kolektor Surya

Kolektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang

menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai

sumber energi utama. Ketika cahaya matahari menimpa absorber pada kolektor

surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan

sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas

tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya

untuk kemudian dimanfaatkan guna berbagai aplikasi (Ismanto, 2009).

1. Komponen-Komponen Utama

Duffie John A. dan William A. Beckman menyatakan kolektor surya yang

pada umumnya memiliki komponen-komponen utama (Ismanto, 2009),

yaitu:

a. Cover, berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi

menuju lingkungan.

b. Absorber, berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya

matahari.

c. Kanal, berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja .

d. Isolator, berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi

dari absorber menuju lingkungan.

e. Frame, berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban

kolektor.

35

2. Klasifikasi Kolektor Surya

Terdapat tiga jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam

Solar Thermal Collector System dan juga memiliki korelasi dengan

pengklasifikasian kolektor surya berdasarkan dimensi dan geometri dari

receiver yang dimilikinya (Ismanto, 2009).

a. Flat-Plate Collectors

Menurut Goswami, kolektor surya merupakan sebuah alat

yang digunakan untuk memanaskan fluida kerja yang mengalir

kedalamnya dengan mengkonversikan energi radiasi matahari menjadi

panas. Fluida yang dipanaskan berupa cairan minyak , oli, dan udara.

Kolektor surya plat datar mempunyai temperatur keluaran dibawah

95°C. dalam aplikasinya kolektor plat datar digunakan untuk

memanaskan udara dan air (Ismanto, 2009).

Duffy menyatakan bahwa Keuntungan utama dari sebuah

kolektor surya plat datar adalah bahwa memanfaatkan kedua

komponen radiasi matahari yaitu melalui sorotan langsung dan

sebaran, tidak memerlukan tracking matahari dan juga karena

desainnya yang sederhana, hanya sedikit memerlukan perawatan dan

biaya pembuatan yang murah. Pada umumnya kolektor jenis ini

digunakan untuk memanaskan ruangan dalam rumah, pengkondisian

udara, dan proses-proses pemanasan dalam industri ( Ismanto, 2009).

Tipe ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi

panas pada temperatur di bawah 100°C. Spesifikasi tipe ini dapat

36

dilihat dari absorber-nya yang berupa plat datar yang terbuat dari

material dengan konduktivitas termal tinggi, dan dilapisi dengan cat

berwarna hitam. Kolektor pelat datar memanfaatkan radiasi matahari

langsung dan terpencar ( beam dan diffuse ), tidak membutuhkan

pelacak matahari, dan hanya membutuhkan sedikit perawatan.

Aplikasi umum kolektor tipe ini antara lain digunakan untuk pemanas

air, pemanas gedung, pengkondisian udara, dan proses panas industri.

Komponen penunjang yang terdapat pada kolektor pelat datar antara

lain; transparent cover, absorber, insulasi, dan kerangka. Pada gambar

12 ditunjukkan contoh dari Flat-Plate Collectors.

Gambar 12. Penampang kolektor surya pelat datarSumber: Ismanto (2009)

b. Concentrating Collectors

Concentrating Collectors seperti yang terlihat pada gambar 13

dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada

temperatur antara 100° – 400°C. Kolektor surya jenis ini mampu

memfokuskan energi radiasi cahaya matahari pada suatu receiver,

sehingga dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh

absorber. Spesifikasi jenis ini dapat dikenali dari adanya komponen

37

konsentrator yang terbuat dari material dengan transmisivitas tinggi.

Berdasarkan komponen absorber-nya jenis ini dikelompokan menjadi

dua jenis yaitu Line Focus dan Point Focus (Ismanto, 2009).

Gambar 13. Line Focus dan Point Focus ConsentratorSumber: Ismanto (2009)

Agar cahaya matahari selalu dapat difokuskan terhadap tabung

absorber, concentrator harus dirotasi. Pergerakan ini disebut dengan

tracking. Temperatur fluida melebihi 400 °C dapat dicapai pada sistem

kolektor ini seperti terlihat pada gambar 13.

c. Evacuated Tube Collectors

Evacuated Tube Collectors seperti yang ditunjukkan pada

Gamabar 14 dirancang untuk menghasilkan energi panas yang lebih

tinggi dibandingkan dengan dua jenis kolektor surya sebelumnya.

Keistimewaannya terletak pada efisiensi transfer panasnya yang tinggi

tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal ini

dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan cover-nya

dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi

kehilangan panas yang terjadi secara konveksi dari permukaan luar

absorber menuju lingkungan (Ismanto, 2009).

38

Gambar 14. Evacuated ReceiverSumber: Ismanto (2009)

3. Radiasi Optik Pada Kolektor Surya Plat Datar

a. Properti Radiasi Gabungan Antara Penutup dan Plat Penyerap

Radiasi yang menembus penutup semi transparan akan

diteruskan sampai menimpa plat penyerap, dimana sebagian

diserap, dan sebagian lainnya dipantulkan kembali ke penutup.

Namun seluruh radiasi tidak hilang karena beberapa dipantulkan

kembali ke alat penyerap. Gambar 15 menunjukkan teknik ray tracing

untuk mendapatkan sifat radiasi gabungan antara cover dan plat. Sifat

gabungan ini disebut transmittance-absorptance product (τa), dimana

τ adalah transmitivitas penutup dan α adalah absorptivitas plat

penyerap.

Gambar 15. Penyerapan Radiasi Surya Oleh Plat KolektorSumber: Duffle & Beckman (1999)

38












penyerap.


38












penyerap.


39

b. Penyerapan Radiasi Oleh Kolektor Surya Plat Datar

Radiasi surya yang tiba pada suatu permukaan terdiri dari tiga

bagian yaitu radiasi beam, difusi dan radiasi yang dipantulkan dari

tanah. Oleh karena itu penyerapan radiasi (S) pada kolektor surya plat

datar dapat dihitung secara terpisah.

Berdasarkan pengertian dari produk transmitansi-absorptansi,

maka jumlah radiasi datang IT pada permukaan, diserap oleh kolektor

surya plat datar ditunjukkan pada persamaan 20 (Holman, 1988).= × × ………………………………….…….……(20)

dimana:= penyerapan radiasi pada kolektor surya plat datar (W/m2)

τ = transmitivitas

α = absorptivitas

IT = radiasi surya total(W/m2)

Sebenarnya sifat trasmitivitas dan absorptivitas adalah fungsi

dari sudut insiden, namun pada umumnya, untuk menyederhanakan

perhitungan, maka harga τ dan α diambil sesuai dengan harga sifat

penutup plat penyerap.

c. Keseimbangan Energi Pada Kolektor Surya ( )

Keseimbangan energi pada kolektor surya plat datar dapat

dinyatakan dalam distribusi energi surya yang datang dalam bentuk

energi berguna, kerugian optis, dan kehilangan panas. Sejumlah fluks

energi radiasi yang datang pada suatu kolektor sebagian besar diserap

40

oleh plat penyerap tiap satuan luas kolektor (S) setelah sebelumnya

mengalami pengurangan energi karena sifat optis penutup dan plat.

Energi panas yang hilang dari kolektor disebabkan adanya

konduksi, konveksi dan radiasi, dinyatakan dengan koefisien

kehilangan panas total (overall) UL dikalikan dengan selisih antara

temperatur plat rata-rata Tpm dengan temperatur ambien. Jumlah

energi berguna,Qu dari kolektor dengan luasan Ac dapat dinyatakan

dalam persamaan 21 (Holman, 1988).= = − ( − )= × − ( − ) …………….……..(21)

dimana: = = energi berguna kolektor (W)

Ac = luas kolektor (m2)

w = lebar kolektor (m)

p = panjang kolektor (m)

S = penyerapan radiasi pada kolektor surya plat datar

(W/m2)

UL = koefisien kehilangan panas total

Tpm = temperatur plat maksimum kolektor (K)

Ta = temperatur awal kolektor (K)

41

K. Benda Hitam

Dalam fisika, benda hitam (bahasa Inggris black body) adalah obyek yang

menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya. Tidak

ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya. Namun demikian, dalam fisika

klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh panjang

gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi benda itu dapat

diukur (Wiki, 2013).

Meskipun namanya benda hitam, dia tidaklah harus benar-

benar hitam karena dia juga memancarkan energi. Jumlah dan jenis radiasi

elektromagnetik yang dipancarkannya bergantung pada suhu benda hitam

tersebut. Benda hitam dengan suhu di bawah sekitar 700 Kelvin hampir semua

energinya dipancarkan dalam bentuk gelombang inframerah, sangat sedikit

dalam panjang gelombang tampak. Semakin tinggi temperatur, semakin banyak

energi yang dipancarkan dalam panjang gelombang tampak dimulai

dari merah, jingga, kuning dan putih.

Istilah "benda hitam" pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Robert

Kirchhoff pada tahun 1862. Cahaya yang dipancarkan oleh benda hitam

disebut radiasi benda hitam seperti yang terlihat pada gambar 16 (Wiki, 2013).

42

Gambar 16. Grafik Radiasi Benda HitamSumber: Wiki (2013)

Ketika temperatur berkurang, puncak dari kurva radiasi benda hitam

bergerak ke intensitas yang lebih rendah dan panjang gelombang yang lebih

panjang. Grafik radiasi benda hitam ini dibandingkan dengan model klasik dari

Rayleigh dan Jeans.

Dalam laboratorium, benda yang paling mendekati radiasi benda hitam

adalah radiasi dari sebuah lubang kecil pada sebuah rongga. Cahaya apa pun yang

memasuki lubang ini akan dipantulkan dan energinya diserap oleh dinding-

dinding rongga berulang kali, tanpa memedulikan bahan dinding dan panjang

gelombang radiasi yang masuk (selama panjang gelombang tersebut lebih kecil

dibandingkan dengan diameter lubang). Lubang ini (bukan rongganya) adalah

pendekatan dari sebuah benda hitam. Jika rongga dipanaskan, spektrum yang

dipancarkan lubang akan merupakan spektrum kontinu dan tidak bergantung pada

bahan pembuat rongga. Pancaran radiasinya mengikuti suatu kurva umum (lihat

gambar 16). Berdasarkan hukum radiasi termal dari Kirchhoff kurva ini hanya

42





Rayleigh dan Jeans.











42





Rayleigh dan Jeans.











43

bergantung pada suhu dinding rongga, dan setiap benda hitam akan mengikuti

kurva ini.

Spektrum yang teramati tidak dapat dijelaskan dengan

teori elektromagnetik klasik dan mekanika statistik. Teori ini meramalkan

intensitasi yang tinggi pada panjang gelombang rendah (yaitu, frekuensi tinggi);

suatu ramalan yang dikenal sebagai bencana ultraungu.

Masalah teoretis ini dipecahkan oleh Max Planck, yang menganggap

bahwa radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam paket-paket, atau

kuanta. Gagasan ini belakangan digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan efek

fotolistrik. Perkembangan teoretis ini akhirnya menyebabkan digantikannya teori

elektromagnetik klasik dengan mekanika kuantum. Saat ini, paket-paket tersebut

disebut foton (Wiki, 2013).

L. Matahari

Matahari adalah bola raksasa yang terbentuk dari gas hidrogen dan helium.

Matahari (gambar 17) termasuk bintang berwarna putih yang berperan sebagai

pusat tata surya. Seluruh komponen tata surya termasuk 8 planet dan satelit

masing-masing, planet-planet kerdil, asteroid, komet, dan debu angkasa berputar

mengelilingi Matahari. Di samping sebagai pusat peredaran, Matahari juga

merupakan sumber energi untuk kehidupan yang berkelanjutan. Panas Matahari

menghangatkan bumi dan membentuk iklim, sedangkan cahayanya

menerangi Bumi serta dipakai oleh tumbuhan untuk proses fotosintesis. Tanpa

Matahari, tidak akan ada kehidupan di Bumi karena banyak reaksi kimia yang

tidak dapat berlangsung (Wiki, 2013).

44

Gambar 17. Matahari oleh Soft X-Ray Telescope (SXT) Satelit YohkohSumber: Wiki (2013)

Nicolaus Copernicus adalah orang pertama yang mengemukakan teori

bahwa Matahari adalah pusat peredaran tata surya pada abad 16. Teori ini

kemudian dibuktikan oleh Galileo Galilei dan pengamat angkasa lainnya. Teori

yang kemudian dikenal dengan nama heliosentrisme ini mematahkan

teori geosentrisme (bumi sebagai pusat tata surya yang dikemukakan

oleh Ptolemeus dan telah bertahan sejak abad ke dua sebelum masehi. Konsep fusi

nuklir yang dikemukakan oleh Subrahmanyan Chandrasekhar dan Hans

Bethe pada tahun 1930 akhirnya dapat menjelaskan apa itu Matahari secara tepat.

Matahari adalah sumber energi bagi kehidupan. Matahari memiliki banyak

manfaat dan peran yang sangat penting bagi kehidupan seperti (Wiki, 2013):

1. Panas Matahari memberikan suhu yang pas untuk kelangsungan

hidup organisme di Bumi. Bumi juga menerima energi Matahari dalam

jumlah yang pas untuk membuat air tetap berbentuk cair, yang mana

merupakan salah satu penyokong kehidupan. Selain itu panas Matahari

memungkinkan adanya angin, siklus hujan, cuaca, dan iklim.

44

















44

















45

2. Cahaya Matahari dimanfaatkan secara langsung oleh tumbuhan

berklorofil untuk melangsungkan fotosintesis, sehingga tumbuhan dapat

tumbuh serta menghasilkan oksigen dan berperan sebagai sumber pangan

bagi hewan dan manusia. Mahluk hidup yang sudah mati akan menjadi fosil

yang menghasilkan minyak Bumi dan batu bara sebagai sumber energi. Hal

ini merupakan peran dari energi Matahari secara tidak langsung .

3. Pembangkit listrik tenaga Matahari adalah moda baru pembangkit listrik

dengan sumber energi terbarukan. Pembangkit listrik ini terdiri dari kaca-

kaca besar atau panel yang akan menangkap cahaya Matahari dan

mengkonsentrasikannya ke satu titik. Panas yang ditangkap kemudian

digunakan untuk menghasilkan uap panas bertekanan, yang akan dipakai

untuk menjalankan turbin sehingga energi listrik dapat dihasilkan. Prinsip

panel surya adalah penggunaan sel surya atau sel photovoltaic yang terbuat

dari silikon untuk menangkap sinar Matahari. Sel surya sudah banyak

dipakai untuk kalkulator tenaga surya. Panel surya seperti pada gambar 18

sudah banyak dipasang di atap bangunan dan rumah di daerah perkotaan

untuk mendapatkan listrik dengan gratis.

Gambar 18. Pemasangan Panel Surya pada Atap RumahSumber: Wiki (2013)

46

4. Pergerakan rotasi Bumi menyebabkan ada bagian yang menerima sinar

Matahari dan ada yang tidak. Hal inilah yang menciptakan adanya hari siang

dan malam di Bumi. Sedangkan pergerakan Bumi mengelilingi Matahari

menyebabkan terjadinya musim.

5. Matahari menjadi penyatu planet-planet dan benda angkasa lain di sistem

tata surya yang bergerak atau berotasi mengelilinginya. Keseluruhan sistem

dapat berputar di luar angkasa karena ditahan oleh gaya gravitasi Matahari

yang sangat besar.

M. Kelembaban

Kelembaban adalah konsentrasi uap air di udara. Angka konsentrasi ini

dapat diekspresikan dalam kelembaban absolut, kelembaban spesifik atau

kelembaban relatif. Alat untuk mengukur kelembaban disebut higrometer.

Sebuah humidistat digunakan untuk mengatur tingkat kelembaban udara dalam

sebuah bangunan dengan sebuah dehumidifier. Dapat dianalogikan dengan sebuah

termometer dan termostat untuk suhu udara. Perubahan tekanan sebagian uap air

di udara berhubungan dengan perubahan suhu. Konsentrasi air di udara pada

tingkat permukaan laut dapat mencapai 3% pada 30 °C (86 °F), dan tidak melebihi

0,5% pada 0 °C (32 °F). Grafik Kelembaban Relatif ditunjukkan pada gambar 19

(Wiki, 2013).

47

Gambar 19. Grafik Kelembaban RelatifSumber: Wiki (2013)

1. Kelembaban absolut

Kelembaban absolut mendefinisikan massa dari uap air pada

volume tertentu campuran udara atau gas, dan umumnya dilaporkan

dalam gram per meter kubik (g/m3) (Wiki, 2013).

2. Kelembaban spesifik

Kelembaban spesifik adalah metode untuk mengukur jumlah uap

air di udara dengan rasio terhadap uap air di udara kering. Kelembaban

spesifik diekspresikan dalam rasio kilogram uap air (mw), per gram

udara(ma) (Wiki, 2013).

48

N. Istilah-istilah dalam Bagan Psikrometrik

Istilah-istilah dalam bagan psikrometrik (Syahrir, 2010) yakni sebagai berikut:

1. Rasio kelembaban

Rasio kelembaban (Ø) adalah berat atau massa air yang terkandung

dalam setiap kilogram udara kering. Nilai rasio kelembaban dari udara

untuk pengering biji-bijian adalah relative kecil, berada diantara 0,005

sampai 0,2 kg massa air per kg udara kering.

2. Enthalpy

Enthalpy adalah kandungan kalor tiap satu massa udara kering.

Nilai enthalpy dari udara untuk pengering biji-bijian berada diantara 10

sampai 35 Btu per kg udara kering.

3. Volume spesifik

Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan satuan

meter kubik per kilogram udara kering. Volume spesifik dari udara untuk

pengering biji-bijian adalah diantara 12,5 dan 25 m³ per kg udara kering.

4. Temperatur bola kering

Temperatur bola kering adalah temperatur yang ditunjukkan

thermometer biasa, dimana temperatur udara untuk pengering biji-bijian

berada diantara 40-550º F.

5. Temperatur bola basah

Temperatur bola basah adalah temperatur udara yang didapatkan

dengan membaca thermometer yang sensornya dibungkus dengan kain

basah. Aliran udara di atas kain basah sekecil-kecilnya 15 ft per sekon.

49

O. Kadar Air

Menurut Syarif dan Halid (Yefrichan, 2010), kadar air adalah persentase

kandungan air suatu bahan yang dapat dinyatakan berdasarkan berat basah (wet

basis) atau berdasarkan berat kering (dry basis). Kadar air berat basah mempunyai

batas maksimum teoritis sebesar 100 persen, sedangkan kadar air berdasarkan

berat kering dapat lebih dari 100 persen.

Tabrani (Yefrichan, 2010) menyatakan bahwa kadar air merupakan

pemegang peranan penting, kecuali temperatur maka aktivitas air mempunyai

tempat tersendiri dalam proses pembusukan dan ketengikan. Kerusakan bahan

makanan pada umumnya merupakan proses mikrobiologis, kimiawi, enzimatik

atau kombinasi antara ketiganya. Berlangsungnya ketiga proses tersebut

memerlukan air dimana kini telah diketahui bahwa hanya air bebas yang dapat

membantu berlangsungnya proses tersebut.

Kadar air suatu bahan biasanya dinyatakan dalam persentase berat bahan

basah, misalnya dalam gram air untuk setiap 100 gr bahan disebut kadar air berat

basah. Kadar air basis basah dapat ditentukan dengan persamaan 22

(Arismunandar, 1995).

Kadar air basis basah = × 100 %...................................(22)

dimana :

= massa awal (kg)

= massa akhir (kg)

50

Cara lain untuk menyatakan kadar air adalah kadar air basis kering yaitu :

air yang diuapkan dibagi berat bahan setelah pengeringan. Jumlah air yang

diuapkan adalah berat bahan sebelum pengeringan dikurangi berat bahan setelah

pengeringan dan dinyatakan dalam persamaan 23 (Arismunandar, 1995).

Kadar air basis kering = ×100 %..................................(23)

dimana :

= massa awal (kg)

= massa akhir (kg)

Menurut Kusumah (Yefrichan, 2010), berat bahan kering adalah berat

bahan setelah mengalami pemanasan beberapa waktu tertentu sehingga beratnya

tetap (konstan). Pada proses pengeringan air yang terkandung dalam bahan tidak

dapat seluruhnya diuapkan.

P. Intensitas Cahaya

Intensitas cahaya adalah besaran pokok fisika untuk mengukur daya yang

dipancarkan oleh suatu sumber cahaya pada arah tertentu per satuan sudut.

Satuan SI dari intensitas cahaya adalah Candela (Cd). Dalam

bidang optika dan fotometri (fotografi), kemampuan mata manusia hanya sensitif

dan dapat melihat cahaya dengan panjang gelombang tertentu (spektrum cahaya

nampak) yang diukur dalam besaran pokok ini (Wiki, 2013).

Q. Turbin Ventilator

Turbin ventilator seperti pada gambar 20 adalah alat sejenis exhaust fan

atau roof fan, dimana fungsi alat tersebut adalah menghisap udara panas, debu,

dan juga berfungsi sebagai alat ventilasi / sirkulasi udara. Turbin ventilator

51

Otomatis tidak memakai tenaga listrik, bebas perawatan, dan dapat bekerja selama

24 jam sehingga jauh lebih efisien dibandingkan dengan exhaust fan dan roof fan

(Joekreasindo, 2013).

Gambar 20. Turbin VentilatorSumber: Joekreasindo (2013)

Kebutuhan udara turbin ventilator sama dengan kebutuhan massa udara

pengering yang dibutuhkan pada saat proses pengeringan. Variabel ini dapat

dihitung menggunakan persamaan 24 (Kanginan, 2004). = …………...……………………………………………..(24)

dimana: = jumlah udara turbin ventilator (m3/s)

mud = laju perpindahan massa udara (kg/s)

@ , ° = massa jenis udara (kg/m3) = jumlah udara turbin ventilator (m3/s)

52

Besar kecepatan turbin ventilator dalam rad/s, adalah banyaknya

kebutuhan udara cyclone turbin ventilator dibagi dengan luasan cyclon turbine

ventilator yang dapat dilihat pada persamaan 25 dan 26 (Kanginan, 2004).= ………………………………...………………..………(25)

dimana:

vcyc = kecepatan turbin ventilator (m/s) = = jumlah udara turbin ventilator (m3/s)

Acyc = Luas turbin ventilator (m2)

Jadi kecepatan turbin ventilator dalam rad/s (Kanginan, 2004):= ……………………………………………..…………..(25)

dimana:

wcyc = kecepatan turbin ventilator (rad/s)

vcyc = kecepatan turbin ventilator (m/s)

rcyc = diameter turbin ventilator (m)

1. Manfaat Turbin Ventilator

Manfaat turbin ventilator diantaranya yaitu (Joekreasindo, 2013):

a. Mampu mengatasi masalah udara panas, pengap, dan kotor dari dalam

ruangan serta mengurangi kelembaban

b. Bebas biaya listrik (operational free)

c. Bebas biaya perawatan (maintenance free)

d. Kuat dan ringan

e. Tidak berkarat dan tidak berisik

53

f. Membuat ruangan kerja lebih nyaman (sirkulasi udara normal / layak)

sehingga dapat meningkatkan produktivitas karyawan.

g. Cocok untuk berbagai aplikasi jenis atap dan bangunan,

seperti Pabrik, Gudang, Ruang serbaguna, lapangan Futsal, Rumah

tinggal, Rumah Ibadah, Perkantoran, Rumah makan dll. Contoh dari

aplikasi turbin ventilator ditunjukkan pada gambar 21.

Gambar 21. Aplikasi Turbin VentilatorSumber: Joekreasindo (2013)

2. Prinsip Kerja Turbin Ventilator

Turbin ventilator otomatis akan berputar tidak hanya dengan

hembusan angin yang lemah sekalipun, tetapi juga mampu menahan angin

berkecepatan tinggi. Berputarnya Turbin ventilator juga disebabkan karena

adanya perbedaan tekanan udara di dalam dan di luar ruangan, dimana

secara alamiah udara panas di dalam ruangan akan mengalir dan menekan

keluar melalui sirip-sirip turbine dan membuat turbin ventilator berputar.

Dengan demikian ada atau tidak ada angin, turbin ventilator akan selalu

berputar menghisap udara panas dalam ruangan (Joekreasindo, 2013).

54

Pada gambar 22 dan gambar 23 ditunjukkan aliran ventilasi dengan

dan tanpa turbin ventilator. Sedangkan gambar 24 menunjukkan proses

kerja turbin ventilator.

Gambar 22. Ventilasi dengan Turbin VentilatorSumber: Solutions (2007)

Gambar 23. Ventilasi Tanpa Turbin VentilatorSumber: Solutions (2007)

Gambar 24. Proses Kerja Turbin VentilatorSumber: Solutions (2007)

55

R. Faktor-faktor Penting dalam Perencanaan Alat Pengering

Dalam menentukan faktor-faktor penting dalam perencanaan alat pengering,

hal-hal yang perlu diketahui (Syahrir, 2011) yakni:

1. Laju Aliran Massa Persatuan Luas

Menurut Arismunandar dalam Syahrir (2011), perpindahan massa

(massa transfer) dapat terjadi karena beberapa macam fenomena yang

berlainan. Diantaranya berlangsung secara konduksi dan konveksi. Bila

laju aliran massanya tinggi maka proses pengeringan dapat berlangsung

cepat. Perpindahan massa terjadi pada tingkat mikroskopik yang

ditunjukkan dengan perbedaan gradient massa jenis antara udara luar

dengan udara di dalam sistem yang bergerak.

2. BahanYang Dikeringkan

Secara umum alat pengering ini dapat digunakan untuk

mengeringkan berbagai hasil pertanian dan perkebunan. Oleh karena itu

untuk memperoleh kualitas pengeringan yang baik harus

memperhitungkan keseimbangan antara jenis dan berat bahan yang akan

dikeringkan dengan temperatur ruang pengeringan.

Arismunandar dalam Syahrir (2011) menyatakan bahwa uap air

yang keluar akibat proses pemanasan dapat ditentukan pula dengan data

empiris saat melakukan pengujian. Dengan menggunakan persamaan

perbedaan kadar air maka berat bahan yang akan dikeringkan .

56

S. Pisang

Pisang adalah tumbuhan yang berasal dari kawasan di Asia Tenggara

(termasuk Indonesia). Tumbuhan pisang kemudian menyebar ke Afrika

(Madagaskar), Amerika Selatan dan Amerika Tengah. Iklim tropis yang sesuai

serta kondisi tanah yang banyak mengandung humus membuat tumbuhan pisang

sangat cocok dan tersebar luas di Indonesia. Saat ini, hampir seluruh wilayah

Indonesia merupakan daerah penghasil pisang. Tumbuhan pisang banyak terdapat

dan tumbuh didaerah tropis maupun sub tropis (Prihatman, 2000).

Pisang merupakan tumbuhan monokotil yang termasuk dalam familia

Musaceae. Pohonnya memiliki tinggi dua hingga sembilan meter, akar rizoma

berada dalam tanah dan pelepahnya terdiri dari lembaran daun dan mahkota

terminal daun tempat munculnya bakal buah. Pisang merupakan buah klimaterik

yang artinya memiliki fase perkembangan, dengan meningkatnya ukuran buah dan

meningkatnya kadar karbohidrat yang terakumulasi dalam bentuk pati.

Pertumbuhan terhenti saat buah telah benar-benar ranum dan fase pematangan

buah terhambat. Selama fase pematangan, kekerasan buah menurun, pati berubah

menjadi gula, warna kulit berubah dari hijau menjadi kuning dan kekelatan pada

buah hilang, berkembang menjadi flavor dengan karakteristik yang khas (Stover

dan Simmonds, dalam Nursihan & Anwar, 2008).

Pisang merupakan buah yang sangat bergizi dan merupakan sumber

vitamin, mineral disamping karbohidrat. Pisang dapat dijadikan sebagai buah

meja, sale pisang, pure pisang dan tepung pisang. Kulit pisang dapat dimanfaatkan

untuk membuat cuka melalui proses fermentasi alkohol dan asam cuka. Daun

57

pisang dipakai sebagai pembungkus berbagai macam makanan trandisional

Indonesia. Batang pisang abaca diolah menjadi serat untuk pakaian, kertas dan

sebagainya. Batang pisang yang telah dipotong kecil dan daun pisang dapat

dijadikan makanan ternak ruminansia (domba dan kambing) pada saat musim

kemarau karena tidak/kurang tersedianya rumput. Secara tradisional, air umbi

batang pisang kepok dimanfaatkan sebagai obat disentri dan pendarahan usus

besar sedangkan air batang pisang dapat digunakan sebagai obat diabetes dan

penawar racun (Ngraho, 2008).

Varietas-varietas pisang di seluruh dunia yang ditanam dapat dibagi dalam

empat golongan besar (Ngraho, 2008), yaitu:

1. Pisang yang dimakan buahnya setelah ranum, misalnya Pisang Ambon,

Pisang Susu, Pisang Raja, Pisang Cavendish, Pisang Barangan dan Pisang

Mas.

2. Pisang yang dimakan setelah direbus atau digoreng, misalnya Pisang

Nangka, Pisang Tanduk dan Pisang Kepok.

3. Pisang yang berbiji biasanya dimanfaatkan daunnya, misalnya Pisang

Klutuk.

4. Pisang yang diambil seratnya, misalnya Pisang Manila.

Produksi pisang di Indonesia cukup besar. Indonesia termasuk penghasil

pisang terbesar di Asia karena 50% produksi pisang Asia dihasilkan oleh

Indonesia. Buah pisang juga merupakan buah dengan jumlah produksi paling

banyak di Indonesia jika dibandingkan dengan produksi buah lainnya (Ngraho,

2008).

58

Buah pisang sangat prospektif sebagai bahan baku industri. Hal tersebut

karena kemudahan dalam mendapatkan bahan baku, serta berbagai produk dapat

diolah dari buah pisang sehingga dapat meningkatkan nilai tambah. Salah satu

alternatif dari pemanfaatan pisang yaitu dapat diolah menjadi pati. Sifat fisika dan

kimia tepung pisang dari beberapa varietas, yaitu: tepung pisang kepok bewarna

putih, tepung pisang nangka bewarna putih coklat, tepung pisang ambon bewarna

putih abu-abu, tepung pisang raja bulu bewarna putih kecoklatan, tepung pisang

ketan bewarna putih abu-abu dan tepung pisang siem bewarna kuning kecoklatan

dengan komposisi kimia rata-rata tepung pisang, yaitu kadar air 6,24% - 8,39%

dan kadar karbohidrat 70,10% - 78,88% (Prabawati, dkk., 2008).

Pada dasarnya semua varietas pisang dapat diolah menjadi pati. Namun,

tidak semua varietas pisang menghasilkan pati dengan mutu yang baik. Buah

pisang kepok menghasilkan pati yang bermutu baik dengan warna lebih putih jika

dibandingkan dengan pati dari pisang ambon dan pisang siem yang menghasilkan

pati bewarna coklat kehitaman (Satuhu dan Supriyadi, 1999; Prabawati, dkk

2008).

Pisang kepok termasuk pisang berkulit tebal dengan warna kuning yang

menarik kalau sudah matang. Satu tandan terdiri dari 10 -16 sisir dengan berat 14

– 22 kg. Setiap sisir terdapat ± 20 buah. Kandungan nutrisi tiap 100 gram daging

buah pisang mengandung zat gizi sebagai berikut : kalori 79 kkal, karbohidrat

21,2 gram, protein 1,1 gram, lemak 0,2 gram, air 75,5 gram, vitamin A 0,022

gram, vitamin C 0,0094 gram, tiamin 0,001 gram, dan riboflavin 0,002 gram.

11. bab ii. tinjauan pustaka

Documents