optimasi penggunaan adsorben molecular sieve 13x pada

OPTIMASI PENGGUNAAN ADSORBEN MOLECULAR SIEVE 13X PADA PENGERING SURYA SISTEM

INTEGRASI MATAHARI DAN DESIKAN

SKRIPSI

Oleh

FITRI SIREGAR 110405036

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

JULI 2016

Universitas Sumatera Utara



SKRIPSI

Oleh

FITRI SIREGAR 110405036

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JULI 2016


i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:



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 pernyataan ini diperbuat, apabila 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

Fitri Siregar NIM 110405036


ii

PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI

Skripsi dengan judul:



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. M. Turmuzi Lubis, MS NIP. 19681214 199702 2 002 NIP. 19611225 198903 1 003

Dosen Penguji I Dosen Penguji II

Ir. Bambang Trisakti, MT Prof. Dr. Rosdanelli Hasibuan, MT NIP. 19660925 199103 1 003 NIP. 19680808 199403 2 003


iii

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 “Optimasi Penggunaan Adsorben Molecular Sieve 13X pada

Pengering Surya Sistem Integrasi Matahari dan Desikan”, 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 solusi yang dapat digunakan

pada malam hari untuk mencegah uap air yang ada di udara masuk kembali ke

dalam bahan yang sudah setengah kering pada siang harinya mengingat kakao

sangat rentan terhadap tumbuhnya jamur.

Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak

mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu

secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-

besarnya kepada Bapak Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, MS dan Ibu Dr. Ir.

Sari Farah Dina, MT.

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

Fitri Siregar


iv

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua tercinta, Anthony Siregar dan Rosmaida Sijabat serta

kakak Evi dan adik-adik tercinta, Ria, Albert, dan Erick yang telah banyak

mendukung dan mendoakan penulis sampai saat ini.

2. Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, M.S, selaku dosen pembimbing dan

Sekretaris Departemen Teknik Kimia USU.

3. Dr. Ir. Sari Farah Dina, M.T, selaku dosen pembimbing lapangan yang

telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan

penelitian dan penulisan skripsi ini.

4. Ir. Bambang Trisakti, M.T dan Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, M.T

yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi

ini.

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

6. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T, selaku Koordinator Skripsi Departemen

Teknik Kimia USU.

7. Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, M.S sebagai Dosen Pembimbing

Akademik.

8. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen

Teknik Kimia USU yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang

sangat berharga kepada penulis.

9. Klaudia K.Y. Marbun atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama

melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

10. Sahabat-sahabat terbaik yang selalu memberikan dukungan serta doa

untuk penulis yaitu Franshot, Elinda, Dison, Melody, Jhonson, Roma,

Ristorisna, dan Yeni.

11. Sahabat-sahabat stambuk 2011 di Teknik Kimia USU khususnya Happy,

Nora, Klaudia, Henni, Dessy, Fahmi, Iloan, dan Edy yang telah

memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.


v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Fitri Siregar NIM : 110405036 Tempat, tanggal lahir : Lobutangga, 23 Juli 1993 Nama orang tua : Anthony Siregar dan

Rosmaida Sijabat Alamat orang tua : Jl. Melanthon Siregar,

Lobutangga, Silalitoruan, Muara

Asal Sekolah: • SD Negeri No. 175795 Muara tahun 1999-2005 • SMP Negeri 1 Muara tahun 2005 – 2008 • SMA Negeri 1 Muara 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. Ikatan Anak Muara (AMURA) Medan periode 2013/2014 sebagai

Anggota Bidang Sosial dan Rohani 3. Kerja Praktek di PT Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Field 2015.

Prestasi yang pernah diperoleh : 1. Peserta Cerdas Cermat Tingkat SMP Se-Kabupaten Tapanuli Utara

Tahun 2007 2. Peserta Olimpiade Sains Tingkat SMA Se-Kabupaten Tapanuli Utara

Tahun 2009 3. Peserta Cerdas Cermat Tingkat SMA Se-Kabupaten Tapanuli Utara

Tahun 2010 4. Peserta Pekan Olahraga dan Seni Se-Kabupaten Tapanuli Utara Tahun

2010 Artikel yang akan dipublikasikan pada :

1. Jurnal Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang berjudul “Optimasi Penggunaan Adsorben Molecular Sieve 13X pada Pengering Surya Sistem Integrasi Matahari dan Desikan”


vi

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pertambahan massa adsorben terhadap efektivitas pengeringan malam hari, menentukan nilai difusivitas pengeringan kakao, menetukan model kinetika pengeringan kakao, mengetahui nilai konsumsi energi spesifik, dan mengetahui laju pengeringannya. Bahan yang digunakan adalah biji kakao fermentasi. Variabel berubah dalam penelitian ini adalah massa adsorben yaitu 0,5 kg, 1 kg, dan 1,5 kg. Pengeringan dilakukan menggunakan energi surya selama siang hari yang dilakukan mulai pukul 09.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB dengan Indirect Solar Dryer dan dilanjutkan dengan penggunaan adsorben pada pukul 17.00 WIB – 09.00 WIB. Pengeringan dihentikan pada saat dicapai berat konstan. Hasil pengeringan terbaik diperoleh dari perbandingan massa kakao dan absorben 1:3. Pada malam hari, massa kakao berkurang 17% – 22% dengan rentang RH 56% – 90%. Difusivitas efektif dari hasil pengeringan kakao berada pada rentang 1,11 x 10-10 – 1,38 x 10-10 (m2/detik). Model kinetika yang paling sesuai untuk pengeringan kakao dengan variasi massa absorben ini adalah Model Page. Konsumsi energi spesifik paling rendah yaitu 18,58 MJ/kg H2O yang diuapkan. Laju pengeringan rata-rata adalah 0,009 kg H2O/jam/kg berat kering dengan kadar air akhir 5,89% serta waktu pengeringan 27,6 jam. Kata Kunci : pengeringan biji kakao hasil fermentasi, pengeringan kontinu energi surya dan adsorben, efektifitas pengeringan, konsumsi energi spesifik, model kinetika pengeringan, difusivitas efektif


vii

ABSTRACT

This study aims to determine the effect of the adsorbent mass accretion to the effectiveness of drying during off-sunshine, determining the value of effective diffusivity drying cocoa, determine the kinetics model for drying cocoa, knowing the value of specific energy consumption, and knowing the drying rate. Material used is fermented cocoa beans. Variable change in this study is the mass of the adsorbent are 0,5 kg, 1 kg, and 1,5 kg. Drying is using solar energy during sunshine hours, start at 9 a.m to 5 p.m. and continued by adsorbent during off-sunshine, start at 5 p.m to 9 a.m. Drying is done if the mass of the cocoa is constant. The best results of this study are obtained from in comparison mass of the cocoa and absorbent 1 :3. In the off-sunshine mass of the cocoa reduce 17% - 22% with a range of RH 56% - 90%. Effective diffusivity cocoa is in the range 1,11 x 10-10 – 1,38 x 10-10 (m2/sec). The most suitable kinetics model for drying cocoa is a Page model. The lowest of specific energy consumption is 18,58 MJ/kg moist. The average of drying rate is 0,009 kg H2O/hour/kg dry mass with a moisture content 5,89% and the drying time 27,6 hours. Key words: drying of fermented cocoa beans, continuous solar drying with adsorbent, effectiveness of drying, specific energy consumption, kinetics model of drying cocoa, and effective diffusivity of cocoa


viii

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

DAFTAR LAMPIRAN xiv

DAFTAR SINGKATAN xvi

DAFTAR SIMBOL xvii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 3

1.3 TUJUAN PENELITIAN 4

1.4 MANFAAT PENELITIAN 4

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 ENERGI MATAHARI 6

2.2 KAKAO (Theobroma cocoa L.) 6

2.3 PENGERINGAN 7

2.4 KOLEKTOR 9

2.5 MOLECULAR SIEVE SEBAGAI ADSORBEN 11

2.6 KINETIKA PENGERINGAN 12

2.6.1 Moisture Content 12


ix

2.6.2 Drying Rate 12

2.6.3 Difusivitas 13

2.7 KONSUMSI ENERGI SPESIFIK (KES) 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 18

3.1 LOKASI PENELITIAN 18

3.2 BAHAN DAN PERALATAN YANG DIGUNAKAN 18

3.2.1 Bahan yang Digunakan 18

3.2.2 Peralatan yang Digunakan 18

3.2.3 Peralatan Pengujian 19

3.3 DIAGRAM KERJA 21

3.4 PROSEDUR KERJA 22

3.4.1 Efektivitas Pengeringan Siang Hari 22

3.4.2 Efektivitas Pengeringan Malam Hari 22

3.4.3 Difusivitas Efektif 23

3.4.4 Model Kinetika Pengeringan yang Sesuai 24

3.4.5 Konsumsi Energi Spesifik 24

3.4.6 Hubungan Laju Pengeringan dengan Waktu dan

Kadar Air 24

3.5 FLOWCHART PENELITIAN 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 29

4.1 EFEKTIFITAS PENGERINGAN 29

4.1.1 Efektifitas Pengeringan Tenaga Surya 29

4.1.2 Efektifitas Desikan Pada Proses Dehidrasi Biji Kakao

pada Malam Hari 32

4.2 HUBUNGAN MOISTURE CONTENT TERHADAP WAKTU 34

4.3 HUBUNGAN LAJU PENGERINGAN DENGAN WAKTU 35

4.4 HUBUNGAN LAJU PENGERINGAN TERHADAP

MOISTURE CONTENT 36

4.5 MODEL PENGERINGAN 37

4.5.1 Hubungan Moisture Ratio Terhadap Waktu 37


x

4.5.2 Analisa Model Pengeringan 39

4.5.3 Kesesuaian Model Pengeringan 41

4.6 DIFFUSIVITAS EFEKTIF (Deff) 43

4.7 KONSUMSI ENERGI SPESIFIK (KES) 44

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 46

5.1 KESIMPULAN 46

5.2 SARAN 47

DAFTAR PUSTAKA 48


xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip Pengeringan Secara (a) Langsung (b) Tidak Langsung 8

Gambar 2.2 Bagian – Bagian Kolektor 10

Gambar 3.1 Laptop 20

Gambar 3.2 RH dan T Data Logger 20

Gambar 3.3 Hobo Microstation Data Logger 21

Gambar 3.4 Load Cell 21

Gambar 3.5 Thermolaser 21

Gambar 3.6 Diagram Kerja Pengeringan Kakao Energi Surya Menggunakan

Adsorben Molecular Sieve 21

Gambar 3.7 Prosedur Pengukuran 25

Gambar 3.8 Flowchart Penelitian Optimasi Penggunaan Adsorben Molecular

Sieve pada Pengering Surya Sistem Integrasi Matahari dan

Desikan dengan Perbandingan Jumlah Adsorben dan Bahan Baku 27

Gambar 4.1 Kondisi Cuaca pada Saat Pengeringan Siang Hari Berlangsung

pada Pengeringan Surya + Adsorben dengan Perbandingan

(a) 1:1, (b) 1:2, (c) 1:3 30

Gambar 4.2 Temperatur dan RH didalam Box Pengering Surya + Adsorben 31

Gambar 4.3 Besar Penguapan Air pada Malam Hari 32

Gambar 4.4 Penurunan Kadar Air Bahan Terhadap Waktu 34

Gambar 4.5 Hubungan Laju Pengeringan dengan Waktu 35

Gambar 4.6 Hubungan Laju Pengeringan Terhadap Moisture Content 36

Gambar 4.7 Hubungan Moisture Ratio Terhadap Waktu 38

Gambar 4.8 Kesesuaian Nilai MR (Moisture Ratio) Model Page, Newton,

Logaritma dan Handerson - Pabis dengan MR Observasi Pada

Perbandingan 1:1 42



Perbandingan 1:2 42




xii

Perbandingan 1:3 43

Gambar 4.11 Perbandingan Nilai Difusivitas Efektif 44

Gambar 4.12 Perbandingan Nilai Konsumsi Energi Spesifik 45

Gambar L2.1 Grafik Ln MR vs t pada Perbandingan Kakao dan

Adsorben 1:1 73

Gambar L2.2 Grafik Ln (-Ln MR) vs Ln t pada Perbandingan Kakao dan

Adsorben 1:1 74

Gambar L2.3 Grafik Ln MR vs Waktu dengan intercept = 0 pada

Perbandingan Kakao dan Adsorben 1:1 75

Gambar L2.4 Grafik Ln MR vs Waktu pada Perbandingan Kakao dan

Adsorben 1:1 76

Gambar L2.5 Grafik MR vs Waktu pada Perbandingan Kakao dan Adsorben 1:1 77

Gambar L3.1 Foto Alat Indirect Solar Dryer 92

Gambar L3.2 Foto Sampel Kakao Sebelum Pengeringan 92

Gambar L3.3 Foto Sampel Kakao pada Pengeringan Malam Hari 93

Gambar L3.4 Foto Sampel Kakao Setelah Pengeringan 93


xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Model Kinetika Pengeringan yang Digunakan 14

Tabel 3.1 Tabel Pengukuran yang Dilakukan dalam Penelitian 26

Tabel 4.1 Data Hasil Pengeringan Biji Kakao 33

Tabel 4.2 Bentuk Linear Model Pengeringan Lapisan Tipis 39

Tabel 4.3 Nilai Konstanta dan R2 Masing-Masing Model Pengeringan 40

Tabel 4.4 Nilai R2, χ2 dan RMSE 41

Tabel L.1.1 Data Hasil Pengeringan Biji Kakao dengan Perbandingan

Massa Kakao : Adsorben 1 : 1 52





Tabel L.1.4 Data Relative Humidity (RH), Suhu Lingkungan, dan

Intensitas Radiasi Matahari dengan Perbandingan Massa

Kakao : Adsorben 1 : 1 66







Tabel L.2.1 Bentuk Linear Model Kinetika Karakteristik Pengeringan 74

Tabel L.2.2 Sifat Fisik Udara pada Temperatur Film 311,11 K 79




xiv

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN 52

L1.1 DATA HASIL PENGERINGAN 52

L1.2 DATA RELATIVE HUMIDITY (RH),SUHU

LINGKUNGAN, DAN INTENSITAS RADIASI

MATAHARI 66

LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 71

L2.1 PERHITUNGAN BERAT KERING 71

L2.1.1 Perhitungan Berat Kering Untuk Sampel

Perbandingan Massa Kakao dan Adsorben 1:1 71

L2.2 PERHITUNGAN KADAR AIR 71

L2.2.1 Perhitungan Kadar Air Untuk Untuk Sampel

Perbandingan Massa Kakao dan Absorben 1:1 71

L2.3 PERHITUNGAN LAJU PENGERINGAN 71

L2.3.1 Perhitungan Laju Pengeringan Untuk Sampel


L2.4 PERHITUNGAN MOISTURE RATIO 72

L2.4.1 Perhitungan Moisture Ratio Untuk Sampel


L2.5 PERHITUNGAN DIFFUSIVITAS EFEKTIF 73

L2.5.1 Perhitungan Diffusivitas Efektif Untuk Sampel


L2.6 MODEL MATEMATIKA PENGERINGAN 74

L2.6.1 Perhitungan MRpred 74

L2.6.2 Perhitungan RSME (Root Mean Square Error) 77

L2.6.3 Perhitungan χ2 (Chi Square) 78

L2.7 MENGHITUNG KECEPATAN PROFIL KOLEKTOR 78

L2.8 MENGHITUNG TEMPERATUR MASUK RUANG

PENGERING 81

L2.9 MENGHITUNG KOEFISIEN KONVEKSI 82

L2.10 MENGHITUNG KEHILANGAN PANAS 85


xv

L2.11 MENGHITUNG PANAS MASUK (QIN) PADA

KOLEKTOR 89

L2.12 MENGHITUNG PANAS YANG DIGUNAKAN (QU)

PADA KOLEKTOR 90

L2.14 MENGHITUNG KONSUMSI ENERGI SPESIFIK 91

LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 92

L3.1 FOTO ALAT INDIRECT SOLAR DRYER 92

L3.2 FOTO SAMPEL KAKAO SEBELUM PENGERINGAN 92

L3.3 FOTO SAMPEL KAKAO PADA PENGERINGAN

MALAM HARI 93

L3.4 FOTO SAMPEL KAKAO SESUDAH PENGERINGAN 93


xvi

DAFTAR SINGKATAN

DR Drying Rate

RH Relatif Humudity

ISD Indirect Solar Drying

MR Moisture Ratio

RSME Root Mean Square Error

PCM Phase Change Material


xvii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

A Luas Bahan M

dm Perubahan massa sampel Gram

dt Perubahan waktu

m Massa sampel Gram

W Berat sampel Gram

t waktu Jam atau menit

Mo Berat awal bahan Gram

M t Berat saat t Gram

Mc Berat bahan saat setimbang Gram

T Suhu oC

L Setengah tebal bahan Cm

Deff Difusivitas Efektif m2/detik

R2 Koefisien determinan -

a Konstanta model pengeringan -

k Konsanta model pengeringan -

n Konstanta model pengeringan -

χ2 Chi square -

N Jumlah data -

Z Jumlah data konstan -

MRexp MR percobaan -

MRpred MR prediksi -

b Bawah -

dd Dinding -

d Permukaan dalam -

l Permukaan luar -

k Kering sampel -

kc Kaca -

ky Kayu -


xviii

o Kondisi awal -

p Plat absorber -

r Reaksi -

rw Rockwool -

st Styrofoam -

t Kondisi pada t detik -

ud Udara -

loss Hilang -

rad Radiasi -

F’ Faktor efisiensi kolektor (90%) %

h Koefisien konveksi W/m2.K

I Intensitas radiasi matahari W/m2

k Konduktivitas termal W/m.K

Q Jumlah panas J

r Jari-jari ekivalen bola M

T Temperatur K, oC

t Waktu Detik

v Kecepatan rata-rata m/s

H entalpi kJ


Documents

optimasi penggunaan adsorben molecular sieve 13x pada