| dc.description.abstract | Sistem heat pump kompresi uap (HPKU) merupakan suatu sistem yang dapat menyerap kalor pada tingkat suhu yang lebih rendah dan membuangnya ke tingkat suhu yang lebih tinggi. HPKU dapat memanfaatkan input panas lingkungan dan menghasilkan output panas yang lebih besar. Selain digunakan untuk meningkatkan kuantitas panas jika dibandingkan input panasnya sistem HPKU juga memiliki kemampuan dehumidifikasi udara yang digunakan untuk pengeringan. Kajian penerapan sistem HPKU pada pengeringan gabah terutama tentang karakteristik konfigurasi sistemnya belum banyak dilakukan. Selain itu pengembangan model dan simulasi diperlukan untuk prediksi prilaku termal dari sistem tersebut dapat diperoleh ketika konfigurasi atau variabel input sistem ini diubah atau ketika sistem ini ditempatkan pada kondisi lingkungan tertentu.
Penelitian ini secara garis besar, terdiri dari tiga bagian. Pertama adalah kajian karakteristik sistem HPKU dengan kompresor refrigerator. Pada bagian ini dipelajari karakteristik sistem HPKU konsumsi daya, panas evaporasi dan kondensasi dari sistem serta dilakukan model empirik untuk parameter-parameter karakteristik tersebut. Parameter-parameter tersebut divariasikan terhadap suhu kondensasi dan evaporasi. Bagian kedua adalah tentang kinerja pengeringan gabah dengan sistem HPKU. Pada bagian ini, konfigurasi HPKU yang secara garis besar mencakup siklus terbuka dan resirkulasi diuji untuk pengeringan gabah. Pada siklus resirkulasi bagian energi yang berasal dari pengering dimanfaatkan kembali sedangkan siklus terbuka pemanasannya hanya mengandalkan suhu lingkungan. Bagian terakhir adalah simulasi sistem HPKU. Simulasi dilakukan dengan sistem HPKU untuk pengering gabah dengan bantuan program computer, adalah untuk memprediksi performansi sistem HPKU dengan parameter simulasi adalah suhu lingkungan, kelembaban udara dan laju aliran massa udara, dengan cara simulasi matematik dan metode numerik serta adanya pengaruh perubahan suhu keluar evaporator dan kondensor kepengering karena adanya perubahan suhu lingkungan.
Hasil penelitian karakteristik sistem HPKU dengan kompresor refrigerator memperlihatkan daya kompresi cenderung mengalami peningkatan dari 0.351 kW sampai 0.562 kW terhadap suhu evaporasi dan suhu kondensasi pada interval suhu evaporasi antara 4-14oC dan suhu kondensasi 50-65oC. Panas evaporasi dan kondensasi juga mengalami peningkatan terhadap suhu evaporasi tetapi cenderung menurun terhadap suhu kondensasi. Nilai koefisien prestasi refrigerasi (COPRef) dan koefisien prestasi heat (COPHeat) cenderung konstan menurun terhadap suhu kondensasi. Model yang dibentuk untuk memprediksi daya kompresi dan laju aliran refrigeran yang menggunakan persamaan kuadratik berganda terhadap suhu evaporasi dan suhu kondensasi telah dapat menjelaskan dengan keeratan yang cukup baik dengan persentase error rata-rata (PER) 1.046%. Model panas evaporasi memiliki keeratan yang lebih rendah yaitu 0.756% sehubungan dengan kecenderungan terhadap suhu evaporasi dan kondensasi yang berbeda.
Percobaan pengeringan sistem HPKU dilakukan dengan menggunakan sembilan konfigurasi dan satu perlakuan dengan sistem pemanas resistif sebagai pembanding hasil. Konfigurasi tersebut mencakup siklus udara HPKU, penggunaan penukar panas dengan udara lingkungan serta penggunaan metode intermittent selama proses pengeringan. Kapasitas pengeringan rata-rata 150 kg gabah setiap perlakuan dengan sistem HPKU
v
dengan daya kompresor 375 Watt, menghasilkan waktu pengeringan antara 11-12 jam dari masing-masing perlakuan dengan kadar air awal gabah 22-24%b.b. Pengujian berbagai konfigurasi ditujukan untuk mendapatkan konsumsi energi yang paling rendah per massa air yang diuapkan.
Pengeringan yang dihasilkan oleh seluruh konfigurasi sistem HPKU dan pemanas resistif pada studi ini hampir sama yaitu suhu 35.7-37.9oC dan RH 35.4-45.9oC Rasio peningkatan specific moisture exctraction rate total (SMERTot) terhadap pengering pemanas resistif untuk berbagai konfigurasi pengering HPKU yang digunakan pada studi ini adalah 159–329%. Tingginya nilai SMERTot baik dari pengering sistem HPKU maupun pemanas resistif disebabkan oleh pengoperasian intermittent pada kondisi suhu dan kelembaban udara lingkungan yang memadai. Metode pengeringan heat pump dengan sistem terbuka dengan pengoperasian HPKU yang intermittent memberikan specific moisture exctraction rate termal (SMERT) dan SMERTot yang paling tinggi yaitu masing-masing 7.06 dan 5.06 kg/kWh. Pengoperasian intermittent tidak banyak mempengaruhi laju pengeringan, tetapi secara nyata menurunkan konsumsi energi. Penempatan udara masuk lingkungan pada sebelum evaporator dan sebelum kondensor pada siklus tertutup memberikan SMERTot yang berbeda yaitu 4.01 dan 3.07 kg/kWh. Penggunaan udara lingkungan dengan menggunakan konveksi paksa pada penukar panas akan meningkatkan SMERTot, sedangkan penggunaan aliran udara dari keluaran akan menurunkan nilai SMERTot.
Model untuk memprediksi kinerja sistem pengering HPKU ini dikembangkan berdasarkan karakteristik kompresor yang telah dihasilkan pada bagian penelitian pertama dan neraca energi dan massa uap air dari udara yang melalui evaporator dan kondensor. Selanjutnya simulasi dilakukan untuk menduga waktu pengeringan yang dibutuhkan menggunakan metode Hukill yang dilanjutkan dengan menghitung konsumsi energi termal spesifik.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa pada kondisi udara lingkungan dengan suhu 26-34oC dan kelembaban relatif 45-95%, sistem HPKU mampu manghasilkan udara yang potensial untuk pengeringan. Suhu udara lingkungan sangat mempengaruhi kinerja sistem HPKU dimana pada suhu udara lingkungan yang lebih tinggi COPheat yang dihasilkan cenderung menurun. Kelembaban udara lingkungan cenderung hanya sedikit mempengaruhi COPheat namun secara langsung menentukan kelembaban udara pengering. Akan tetapi nilai kisaran COPheat yang dihasilkan pada keseluruhan kondisi masih cukup tinggi yaitu antara 3.2-3.8. Laju aliran udara kurang signifikan dalam mempengaruhi COPheat, akan tetapi mempengaruhi besarnya suhu udara pengering yang dihasilkan. COPheat yang tinggi tidak dengan sendirinya akan memberikan nilai konsumsi energi termal spesifik (KETS) yang tinggi. KETS lebih banyak ditentukan oleh waktu pengeringan dibandingkan daya yang dikonsumsi. Oleh karena itu, suhu dan kelembaban udara lingkungan sangat menentukan besarnya KETS. Laju aliran udara cenderung sedikit menurunkan KETS. Dengan waktu pengeringan dari keseluruhan kondisi udara lingkungan dan laju aliran udara yang berkisar antara 6-15 jam, KETS yang dihasilkan cukup rendah yaitu berkisar pada nilai 0.5–1 MJ/kg air yang diuapkan. | id |
