1

RANCANG BANGUN DAN KAJIAN SISTEM PEMBUANGAN PANAS

DARI RUANG PENDINGIN SISTEM TERMOELEKTRIK UNTUK

PENDINGINAN JAMUR MERANG (Volvariella volvaceae)

Oleh : PERI PERMANA

F14102083

2006

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2

PERI PERMANA. F14102083. Rancang Bangun dan Kajian Sistem Pembuangan Panas dari Ruang pendingin Sistem Termoelektrik untuk pendinginan Jamur Merang (Volvariella Volvaceae). Dibawah bimbingan Leopold Oscar Nelwan dan Armansyah Halomoan Tambunan. 2006.

RINGKASAN

Mengingat keterbatasan tersedianya sumber energi konvensional terutama minyak bumi serta gas CO2 yang dihasilkan dari pembakaran minyak bumi berdampak buruk terhadap lingkungan, maka pemerintah Indonesia mengupayakan suatu kebijaksanaan untuk mengurangi peranan energi konvensional dan meningkatkan peranan jenis energi lain dalam memenuhi kebutuhan energi nasional. Diantaranya dengan mengadakan berbagai penelitian dan pengkajian terhadap pemanfaatan energi non-konvensional seperti energi surya, energi biomassa, energi angin, dan energi air. Salah satu penggunaan energi yang cukup besar yaitu pada proses pendinginan hasil pertanian. Sistem pendinginan termoelektrik merupakan salah satu alternatif dalam pemanfaatan energi non konvensional.

Dalam penelitian ini prinsip termoelektrik yang digunakan adalah efek Peltier yang menyatakan bahwa bila dua buah logam atau bahan semi konduktor yang berbeda dihubungkan dan diberi arus, maka akan terdapat perbedaan suhu. Jika material termoelektrik dialiri arus listrik, panas yang ada disekitarnya akan diserap dan dilepaskan pada bagian yang lain. Dengan demikian, untuk mendinginkan udara tidak diperlukan kompresor pendingin seperti halnya mesin-mesin pendingin konvensional.

Penelitian ini bertujuan untuk merancang ruang pendingin dengan sistem termoelektrik efek Peltier sebagai unit pendingin dan memperoleh data dari uji performansi alat, serta mengkaji sistem pembuangan panas dari ruang pendingin dengan menggunakan bantuan air pada sirip pembuangan panas.

Ruang pendingin sistem termoelektrik ini terdiri dari lima bagian, yaitu : 1) ruang pendingin, 2) modul termoelektrik, 3) sistem sirkulasi udara dingin, 4) sistem pembuangan panas, dan 5) rak pendingin. Ruang pendingin terdiri dari kotak pendingin dan dinding insulasi. Kotak pendingin terdiri dari plat alumunium dan dinding insulasi terbuat dari bahan multiplek dan styrofoam. Sistem sirkulasi udara dingin hanya menggunakan bantuan kipas DC, sedangkan sistem pembuangan panas terdiri dari sirip pembuangan panas, bak air, pompa AC, dan menara pendingin. Pada penelitian ini digunakan tiga buah termoelektrik.

Rancangan ruang pendingin termoelektrik didasarkan pada beban pendinginan total sebesar 37.31 W, yang terdiri dari beban yang melalui dinding 19.65 W, beban produk 14.59 W, beban aliran udara 0.31 W, dan beban kipas 2.76 W.

Pengujian alat pendingin sistem termoelektrik ini hanya diuji coba tanpa produk. Hal ini dikarenakan suhu di ruang pendingin hanya bisa mencapai suhu rata-rata sebesar 26.93C. Suhu yang baik untuk penyimpanan jamur merang sekitar 15C dan apabila diatas 20C maka jamur akan membusuk. Sehingga uji performansi dengan produk tidak dilakukan. Suhu terendah ruang pendingin pada

3

pengujian tanpa produk hari pertama 26.93 C tercapai pada menit ke- 40, pada hari kedua adalah 27.02 C tercapai pada menit ke 20, dan pada hari ketiga adalah 26.48 C tercapai pada menit ke 10.

Berdasarkan pengujian dan perhitungan bahwa menara pendingin memiliki range sebesar 0.25C. Artinya bahwa menara pendingin dapat menurunkan suhu air yang mengalir dalam pipa kuningan pada bak sirip pembuangan panas sebesar 0.25C. Dan memiliki approach sebesar 4.85 C. Artinya bahwa suhu bola basah udara sekitar yang masuk ke dalam menara pendingin sebesar 4.85 C.

Besarnya arus listrik yang masuk ke dalam modul termoelektrik mempengaruhi kapasitas pendinginan modul termoelektrik. Semakin besar arus listrik yang masuk ke dalam mdul termoelektrik, semakin besar pula kapasitas pendinginan yang mampu dicapai oleh modul termoelektik

4

RANCANG BANGUN DAN KAJIAN SISTEM PEMBUANGAN PANAS

DARI RUANG PENDINGIN SISTEM TERMOELEKTRIK UNTUK

PENDINGINAN JAMUR MERANG (Volvariella Volvaceae)

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh : PERI PERMANA

F14102083

2006

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

RIWAYAT HIDUP

5

Penulis dilahirkan pada tanggal 7 Juni 1984 di Bandung. Penulis

merupakan anak keempat dari empat bersaudara dari pasangan Maman syamsuri

dan Syamsiah. Penulis memulai masa pendidikan formal di SD Negeri Linggar I

pada tahun 1990, kemudian lulus dari SLTP Negeri 1 Rancaekek pada tahun 1999

dan SMU Negeri 1 Cicalengka pada tahun 2002. Pada tahun 2002 penulis

diterima di Institut Pertanian Bogor

(IPB) melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB) di Departemen Teknik

Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian (FATETA).

Selama masa kuliah penulis memilih Teknik Biosistem sebagai Sub

Program Studi. Penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan, yaitu menjadi

pengurus BEM FATETA (Badan Eksekutif Mahasiswa) dari tahun 2003/2004

sampai dengan 2004/2005 dan berbagai kegiatan kemahasiswaan lainnya.

Pada tahun 2005 penulis melakukan praktek lapangan di PT. Perkebunan

Nusantara VIII, Perkebunan Teh Malabar, Bandung Selatan dengan judul

Teknik Pengeringan dan Konsumsi Energi pada Proses Pengolahan Teh Hitam Di

PTPN VIII, Perkebunan Malabar, Bandung Selatan, sebagai tugas akhir dan

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, penulis melakukan

penelitian yang berjudul Rancang Bangun dan Kajian Sistem Pembuangan

Panas Pada Ruang Pendingin Termoelektrik untuk Pendinginan Jamur Merang

(Volvariella volvaceae)

KATA PENGANTAR

6

Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis dalam menyelesaikan tugas

akhir yang berjudul Rancang Bangun dan Kajian Sistem pembuangan Panas

dari Ruang Pendingin Sistem Termoelektrik untuk Pendinginan Jamur

Merang (Volvariella Volvaceae)

Penyusunan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan

pendidikan S1 di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,

Institut Pertanian Bogor.

Skripsi ini tersusun atas kerja sama dan bimbingan orang-orang yang telah

membantu penulis selama penyusunan. Kepada mereka penulis mengucapkan

terima kasih yang sebesar-besarnya :

1. Dr. Ir. Leopold Oscar Nelwan, MS selaku dosen pembimbing akademik yang

memberikan arahan dan bimbingan selama kuliah serta penelitian dan

penyusunan skripsi.

2. Prof. Dr.Ir. Armansyah H. Tambunan, MAgr. selaku dosen pembimbing II

yang telah memberikan arahan dan bimbingan mengenai proses-proses disain.

3. Dr. Ir. I. Dewa Made Subrata, MAgr. selaku dosen penguji.

4. Program Due Like yang telah memberikan dana penelitian

5. Bapak dan Ibu serta kakak-kakak atas doa dan dukungannya.

6. Pak Harto, yang telah membantu dalam penelitian di lab.

7. Team PL (Ijun, Ceuceu, Ado, Isan, Ateu, Babe, Nano, Ima, dan Rejos), temen

seperjuangan penelitian (Vera dan Rina), Windi, Budi, dan seluruh sahabat-

sahabat di lab EEP dan TEP 39 atas semangat dan kebersamaannya serta

pihak-pihak yang tidak tersebut.

.

Bogor, Agustus 2006

Penulis

DAFTAR ISI

7

Halaman

DAFTAR ISI .................................................................................................... .. vii

DAFTAR TABEL ............................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR...........................................................................................ix

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... x

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................. xi

I. PENDAHULUAN ........................................................................................... 1

A. Latar Belakang.................................................................................. 1

B. Tujuan ............................................................................................... 3

II. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 4

A. Jamur Merang (Volvariella volvaceae) ............................................. 4

B. Pendinginan Sistem Termoelektrik ................................................... 4

C. Rancangan Ruang Pendingin ............................................................ 9

D. Pindah Panas ..................................................................................... 15

E. Menara Pendingin ............................................................................. 19

III. RANCANGAN FUNGSIONAL DAN STRUKTURAL.............................. 20

A. Rancangan Fungsional....................................................................... 21

B. Rancangan Struktural......................................................................... 23

IV. KONSTRUKSI DAN KINERJA .................................................................. 29

A. Waktu dan Tempat ............................................................................ 29

B. Bahan dan Alat .................................................................................. 29

C. Prosedur Pengujian ........................................................................... 30

V. HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... 33

A. Rancangan Ruang pendingin ............................................................. 33

B. Uji Performansi Alat Tanpa Produk .................................................. 34

C. Kajian Pindah Panas Dari Ruang Pendingin ..................................... 40

D. Pindah Panas pada Menara Pendingin .............................................. 44

VI. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 46

A. Kesimpulan ........................................................................................ 46

B. Saran ................................................................................................... 47

DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................48

8

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Konstanta persamaan untuk permukaan isotermal .............................. 13

Tabel 2. Persamaan Nusselt untuk aliran laminar melintasi permukaan plat ... 13

Tabel 3. Konduktivitas panas beberapa bahan penukar panas .......................... 16

Tabel 4. Nilai-nilai aproksimasi koefisien transfer panas konveksi ................. 18

Tabel 5. Spesifikasi rancangan ruang pendingin............................................... 21

Tabel 6. Spesifikasi modul termoelektrik ........................................................ 25

Tabel 7. Spesifikasi Fotovoltaik ........................................................................ 28

Tabel 8 . Bahan yang digunakan pada penelitian .............................................. 29

Tabel 9. Parameter dan nama alat ukur ............................................................. 31

Tabel 10. Hasil perhitungan beban pendinginan ................................................. 33

Tabel 11. Hasil perhitungan beban panas yang melalui dinding ........................ 34

Tabel 12. Data hasil pengujian alat tanpa produk ............................................... 35

Tabel 13. Perbandingan suhu sirip pendingin dengan ekstender ........................ 39

Tabel 14. Hasil perhitungan beban pendingin dan pembuangan panas .............. 40

Tabel 15. Hasil perhitungan pindah panas oleh sirip pembuangan panas........... 42

Tabel 16. Perbandingan antara suhu air masuk dan keluar menara pendingin ... 44

9

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Rangkaian efek Seebeck.................................................................. 5

Gambar 2. Rangkaian efek Peltier .................................................................... 6

Gambar 3. Skema perpindahan kalor melalui dinding ...................................... 10

Gambar 4. Diagram alir perancangan ............................................................... 20

Gambar 5. Kotak pendingin ............................................................................. 23

Gambar 6. Dinding Insulasi .............................................................................. 24

Gambar 7. Rak pendingin ................................................................................. 24

Gambar 8. Modul termoelektrik ........................................................................ 25

Gambar 9. Sirip pendingin ................................................................................ 26

Gambar 10. Kipas dalam ..................................................................................... 26

Gambar 11. Menara pendingin ............................................................................ 27

Gambar 12. Sirip pembuang panas ..................................................................... 27

Gambar 13. Pompa air......................................................................................... 27

Gambar 14. Sel surya (fotovoltaik) ..................................................................... 28

Gambar 15. Skema pengukuran arus dan tegangan ............................................ 32

Gambar 16. Grafik hubungan antara arus, suhu, dan waktu

pada pengujian tanpa produk hari pertama ..................................... 36

Gambar 17. Perubahan suhu yang terjadi selama pengujian

tanpa produk hari pertama ............................................................... 37

Gambar 18. Perubahan suhu yang terjadi selama pengujian hari kedua ............. 38

Gambar 19. Perubahan suhu yang terjadi selama pengijian hari ketiga ............. 38

Gambar 20. Skema posisi ekstender ................................................................... 39

Gambar 21. Skema sistem pembuangan panas pada sirip pembuang panas ....... 43

Gambar 22. Perubahan suhu air masuk dan keluar menara pendingin ............... 45

10

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Ruang pendingin termoelektrik ................................................. 50

Lampiran 2. Ruang pendingin termoelektrik tampak isometri ...................... 51

Lampiran 3. Ruang pendingin termoelektrik tampak orthogonal .................. 52

Lampiran 4. Menara pendingin ...................................................................... 55

Lampiran 5. Sirip pendingin .......................................................................... 56

Lampiran 6. Sirip pembuang panas ................................................................ 57

Lampiran 7. Contoh perhitungan koefisien pindah panas konveksi .............. 58

Lampiran 8. Contoh perhitungan beban pendinginan .................................... 68

Lampiran 9. Contoh perhitungan beban pendinginan aktual pada kondisi I .. 72

Lampiran 10. Contoh perhitungan efisiensi sirip pada kondisi I ..................... 77

Lampiran 11. Contoh perhitungan laju pindah panas pada sirip ..................... 79

Lampiran 12. Perhitungan range dan approach pada menara pendingin ......... 81

Lampiran 13. Data percobaan hari pertama ..................................................... 82

Lampiran 14. Data percobaan hari kedua ........................................................ 84

Lampiran 15. Data percobaan hari ketiga ........................................................ 85

DAFTAR SIMBOL