BAB 3 PERANCANGAN ALAT PENGERING
Perancangan yang akan dilakukan meliputi penentuan dimensi atau ukuran – ukuran utama dari alat pengering berdasarkan spesifikasi kopra yang akan
dikeringkan. Alat pengering ini akan memiliki ruang pengeringan yang terisolasi, tray dan rak bahan yang akan dikeringkan dan tempat air yang akan dipanaskan serta ruang
bahan bakar.Alat pengering ini tidak memakai fan atau kipas dalam proses pengeringan. Sehingga kipas tidak dirancang dalam alat pengering ini.
3.1. Data Kopra
Kelapa biasanya dibelah menjadi dua bagian dan airnya dipisahkan sebelum dimasukkan ke ruang pengeringan. Data rata- rata kopra didapat sebagai berikut :
- Diameter
= 12 cm -
Tinggi = 6 cm
- Berat
= 0,5 kg -
Kadar air awal = 55
- Kadar air akhir
= 5 - 6 Setelah dibelah dua, luas penampang rata – rata untuk 1 buah kopra yang akan
diletakkan pada tray adalah
3.2. Penentuan dimensi alat pengering
Alat pengering kopra yang dirancang akan memiliki ruang pengeringan yang terisolasi, tray dan rak bahan yang akan dikeringkan dan tempat air yang akan
dipanaskan serta ruang bahan bakarsehinggaperancangan alat pengering ini dapat dibagi menjadi 5 kategori utama, yaitu :
1. Ruang pemanas heating room
Sebagai sebuah alat pengering dryer maka ruang pemanas harus cukup mampu menampung produk yang akan dikeringkan. Ruang pemanas tidak boleh
Universitas Sumatera Utara
terlalu besar sehingga menyebabkan aliran panas tidak maksimal juga rugi kalor melalui dinding juga besar dan tidak boleh terlalu kecil.
Untuk penelitian ini, karena distribusi temperatur akan diamati pada sejumlah titik disepanjang ruang pemanas maka pada alat pengering ini dilakukan jumlah
pembatasan tingkat kamar pengeringan. Dalam hal ini ditentukan 3 tingkat kamar pengeringan yang pada masing – masing tingkat akan diamati perubahan
temperaturnya pada 3 titik selama siklus pengeringan. Sehingga, seluruh titik pengamatan berjumlah 9 titik. Seperti terlihat pada gambar 3.1.
Dengan alasan penelitian, maka dirancanglah ruang pengeringan yang cukup untuk menampung produk dengan kapasitas
≤ 20 kg. Dengan alasan – alasan tersebut maka ukuran ruang pengeringan ditentukan sebagai berikut :
- Panjang
= 60 cm -
Lebar = 40 cm
- Tinggi
= 100 cm
Gambar 3.1. Ruang bahan pengeringanyang dirancang
Universitas Sumatera Utara
2. Tray
Tray digunakan sebagai media penampung kopra yang selanjutnya akan diletakkan dimasukkan ke dalam ruang pemanas pengering. Tray dibuat dengan
bahan yang mampu menghantarkan panas secara konduksi dari sumber panas ke bahan dan tidak menghambat aliran panas konveksi dari sumber panas ke bahan. Atas
pertimbangan tersebut, maka tray dibuat dengan bahan yang memilki mess yang cukup untuk mengalirkan panas konveksi.
Dengan mempertimbangkan jumlah tingkat kamar pengeringan dan disesuaikan dengan ukuran ruang pengering serta karena tinggi rata – rata masing –
masing kopra ≥ 6 cm, maka secara keseluruhan ditentukan ukuran tray ditentukan
sebagai berikut : -
Panjang = 60 cm
- Lebar
= 40 cm -
Tebal = 0,5 cm
- Jarak antar tray = 8 cm
Pada tray sengaja dibuat ruang untuk aliran uap, yakni masing- masing 5 cm dari tepi sisi kanan, kiri dan belakang tray.
Kapasitas tray ditentukan dengan cara sebagai berikut : Luas penampang tray :
Kapasitas kopra untuk tiap tray :
Dari hasil perhitungan di atas, ditentukan untuk masing- masing tray dapat menampung 6 buah kopra tray, jika berat rata- rata kopra adalah 0,5 kgbuah, maka
kapasitas maksimum dalam kg per tray adalah
Universitas Sumatera Utara
Sehingga untuk tiap tray, dibuat untuk dapat menampung maksimal 3 kg kopra.
Dari hasil perhitungan di atas, ditentukan jumlah tray maksimum adalah 9 buah sehingga kapasitas alat pengering kopra maksimum adalah 27 kg. Namun, untuk
alasan penelitian dan disesuaikan dengan jumlah titik pengamatan maka dibuat jumlah tray sebanyak 3 buah dengan kapasitas masing- masing tray adalah 2 kg. Dan
jarak antar tray sebesar 15 cm. Sehingga, kapasitas total alat pengering selama pengujian adalah 6 kg.
Karena tidak memakai kipas atau fan, maka untuk menghasilkan distribusi suhu yang merata pada alat pengering ini dirancanglah bentuk tray atau rak
penampungan bahan yang nantinya dapat membentuk pola aliran udara panas yang mampu mendistribusikan suhu sehingga suhu di dalam alat menjadi merata. Untuk
menghasilkan bentuk tray yang diinginkan, harus dilakukan terlebih dahulu beberapa pengujian. Bentuk pengujian yang dilakukan ialah pengujian hampa yaitu alat
pengering yang telah jadi dites dengan tidak menggunakan bahan yang akan dikeringkan. Dari beberapa pengujian hampa ini akan didapat bentuk tray yang sesuai
dan menghasilkan pola aliran udara panas yang merata tiap tingkatannyaseperti terlihat pada gambar 3.2 dan 3.3.
3. Alat pemanas heater
Heater digunakan sebagai tempat penampung air yang selanjutnya akan dipanaskan, sehingga secara tak langsung heater berperan untuk mengalirkan kalor
dari ruang bakar ke ruang pemanas pengering. Penggunaan air disini dengan alasan bahwa air yang dipanaskan sampai temperatur yang cukup tinggi akan melepaskan
energi yang lebih besar dibandingkan pemanasan plat secara langsung. Selain itu, uap air yang dihasilkan juga dimanfaatkan untuk membantu pemanasan dalam ruang
pengering karena berdasarkan pertimbangan bahwa massa jenis uap air lebih rendah dibandingkan udara seiring peningkatan temperatur.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2. Bentuk Tray yang dirancang
Gambar 3.3. Pola aliran udara yang terjadi
Pada alat pengering ini, tidak digunakan alat pengontrol aliran udara untuk mendorong aliran udara melintasi heater untuk kemudian diteruskan ke ruang
pengeringan. Atas alasan ini, heater dibuat menyatu dalam ruang pemanasan pengering.
Universitas Sumatera Utara
Dengan mempertimbangkan kebutuan air yang cukup banyak dalam tiap siklus pengeringan, maka dibuat saluran pengeringan yang memungkinkan dilakukannya
penambahan air untuk mngantisipasi kehabisan air. Material yang digunakan untuk membuat heater ini adalah pelat baja karbon St
37 dengan ketebalan pelat 2 mm. Dibagian atas heater diberi beberapa lubang dengan diameter 10 mm. Lubang pada heater berfungsi untuk memudahkan uap air panas
keluar menuju ruang bahan pengeringan. Setelah selesai dirancang, nantinya heater akan dilapisi cat untuk mengurangi korosi pada heater tersebut.
Atas alasan – alasan tersebut maka ditentukan ukuran – ukuran heater sebagai berikut :
- Panjang
= 30 cm -
Lebar = 30 cm
- Tinggi
= 10 cm -
Kapasitas = 9 liter
Dengan ukuran tersebut maka dapat dihitung kapasitas volume heater sebagai berikut :
Volume = Panjang × Lebar × Tinggi
= 30 cm × 30 cm × 10 cm
= 9000 cm
3
= 9 dm
3
= 9 liter Bentuk dan ukuran utama heater dapat dilihat pada gambar 3.4.
4. Ruang bakar
Alat pengering ini selain menggunakan bahan bakar berupa kayu bakar, digunakan juga minyak tanah sehingga dibutuhkan ruang bakar yang cukup untuk
memuat kompor minyak tanah. Seperti terlihat pada Gambar 3.5, ditentukan ukuran ruang bakar sebagai berikut :
- Panjang
= 60 cm -
Lebar = 40 cm
- Tinggi
= 50 cm
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.4. Heater yang dirancang
Gambar 3.5. Ruang bahan bakaryang dirancang
Universitas Sumatera Utara
5. Penentuan dimensi atau ukuran utama alat pengering secara keseluruhan
Konsruksi secara umum alat pengering yang dirancang seperti terlihat pada gambar 3.6. Atas dasar penentuan ukuran –ukuran sebelumnya maka diperoleh ukuran
keseluruhan alat pengering sebagai berikut : Cabinet Dryer tipe Tray dryer
- Panjang
= 60 cm -
Lebar = 40 cm
- Tinggi
= 150 cm Pintu ruang alat pengering dilengkapi kaca dengan maksud untuk
mempermudah melakukan pemantauan terhadap kesediaan air dalan heater. Adapun ukurannya adalah sebagai berikut :
- Lebar
= 20 cm -
Tebal = 5mm
- Tinggi
= 35 cm Selain itu, untuk meminimalisasi rugi kalor di sepanjang ruang pengering
dipasang bahan isolasi berupa karet keras dengan ketebalan 10 mm dan koefisien perpindahan panas konduksi, k
r
sebesar 0,013 Wm.
o
C.
Gambar 3.6.Cabinet Dryer tipe tray dryer
Keterangan gambar : 1.
Cabinet Dryer 2.
Tray 3.
Heating room 4.
Heater 5.
Ruang bakar
Universitas Sumatera Utara
Skema tiga dimensi alat pengering yang telah dibuat dapat dilihat pada gambar 3.7.
Gambar 3.7. Alat pengering yang dirancang 3.3. Prinsip kerja alat pengering
Berdasarkan literatur yang terdapat pada bab 2, proses pengeringan terbagi atas tiga macam yaitu pengeringan dengan cara alami, pengeringan dengan udara
panas dan pengeringan dengan uap air. Maka dipilihlah proses pengeringan dengan uap air untuk alat pengering yang akan dirancang. Alasan pemilihan pengeringan
dengan uap air karena pengeringan dengan uap air memiliki beberapa keunggulan dibanding pengeringan dengan udara panas seperti tertulis pada bab 2. Salah satu
keunggulan pengeringan dengan uap air adalah uap air panas mempunyai sifat pindah panas yang lebih unggul dari pada udara pada suhu yang sama. Selain itu, proses
pindahan panas secara konveksi pada pengeringan dengan uap air lebih merata dibanding pengeringan dengan udara panas. Karena uap air yang terdapat pada alat
pengering lebih cepat menyebar diseluruh bagian dalam alat pengering. Sehingga
Universitas Sumatera Utara
proses pengeringan juga lebih cepat jika menggunakan uap air panas. Keunggulan lainnya adalah massa jenis uap pada temperatur tinggi lebih rendah daripada massa
jenis udara pada temperatur yang sama, sehingga secara alami uap akan lebih mudah naik jika dipanaskan hingga pada temperatur tinggi. Laju aliran panas yang dilalui
oleh uap air di dalam alat pengering dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 3.8. Laju aliran panas pengeringan dengan uap air
Prinsip kerja alat pengering dengan memanfaatkan uap air adalah dengan melakukan pemanasan air terlebih dahulu. Air yang terdapat pada heater dipanaskan
hingga menghasilkan uap. Karena pada alat pengering ini tidak digunakan fan sebagai pengontrol aliran udara, maka proses perpindahan panas berlangsung secara alami.
Selain itu, karena heater menyatu dengan ruang pemanas dan sekaligus untuk membantu pemanasan udara, sebagian kecil uap air dilepas untuk membawa kalor di
sepanjang hamparan kopra.
Universitas Sumatera Utara
Uap air memiliki massa jenis yang lebih rendah dari udara pada temperatur tinggi sehingga amat membantu proses pemanasan kopra. Dari dinding kopra, terjadi
aliran panas konduksi disepanjang plat di dalam ruang pengering sehingga hal ini juga turut membantu pemanasan udara di dalam ruang pengering.
Pada alat pengering ini, terdapat saluran air yang terhubung lansung ke heater dan dapat dibuka tutup menggunakan elbow . Tujuan dari pengadaan saluran air ini
adalah untuk mengantisipasi kekurangan air selama proses pengeringan berlangsung. Ketersediaan air di dalam heater dapat diamati secara lansung melalui pintu yang
sengaja di desain menggunakan kaca. Jika temperatur di dalam ruang pengering telah cukup tinggi ± 100
o
C, maka saluran pembuangan yang terletak di dinding belakang alat pengering dapat dibuka
dengan tujuan mengurangi tekanan dalam ruang pengering. Hal ini secara langsung juga akan menurunkan temperatur dalam ruang pengering tersebut.
3.4. Material yang Digunakan dalam Perancangan Alat Pengering