12 bahan ke dalam yang lain dengan saling menukarkan energi kinetik antara molekul tanpa ada
pergerakan dari molekul tersebut. Cara pindah panas ini menjelaskan aliran panas di dalam bahan pangan padat selama pemanasan atau pendinginan. Konveksi adalah transfer energi yang disebabkan
oleh adanya pergerakan fluida panas. Dalam cara ini, energi dipindahkan dengan kombinasi antara konduksi panas, penyimpanan panas dan adanya pencampuran bahan. Sutau contoh konveksi yaitu
pindah panas ke produk di dalam alat penukar panas tabung dimana panas dipindahkan dari dinding ke cairan secara konduksi, penyimpanan panas dan kejadian pencampuran produk. Sedangkan pindah
panas karena radiasi timbul ketika energi diangkut dengan gelombang elektromagnetik dari suatu bahan bersuhu tinggi ketempat bersuhu rendah. Perbedaan suhu antara karakteristik permukan dari
kedua bahan sangat penting dalam cara pindah panas ini Singh dan Helman, 1984 dalam Hartini 2010.
Pindah panas secara konveksi adalah pindah panas yang terjadi karena adanya pergerakan molekul dari bahan yang dapat mengalir fluida. Mekanisme ini memindahkan panas pada saat
molekul-molekul berpindah dari satu titik ke titik lainnya dan menukarkan energi dengan molekul yang lain pada lokasi yang lain pula. Gerakan molekul ini ditimbulkan oleh perubahan-perubahan
densitas yang terjadi dalam fluida yang dipacu oleh adanya perbedaan suhu pada titik-titik yang berbeda dalam fluida Toledo, 1991 dalam Hartini 2010.
Pindah panas konveksi dinyatakan oleh Singh dan Helman 1984 sebagai laju panas dari panas yang berubah pada interfase antara fluida dan bahan bakar padat tempat dimana panas akan
dialirkan. Laju pindah panas konveksi sebanding dengan perbedaan suhu. Koefisien pindah panas konveksi merupakan salah satu sifat termofisik yang sangat berpengaruh terhadap proses pindah panas
antara udara pengering dengan bahan tetapi tidak mencirikan karakeristik dari produk tersebut. Dengan mengetahui nilai dan simulasi koefisien pindah panas konveksi h maka dapat ditentukan
tingkat suhu dan kecepatan udara yang sesuai untuk pengeringan pada momoditi tertentu. Koefisien pindah panas konveksi bukan merupakan sifat benda, nilainya berubah-ubah
walaupun benda padat dan fluida yang terlibat sama. Nilai koefisien pindah panas konveksi dipengaruhi oleh kecepatan aliran fluida, berat jenis, kekentalan, kondutivitas panas, panas jenis
fluida, geometri dan ada tidaknya buoyancy Syarief dan Lun A, 1992 dalam Darmawan,2003. Dalam pindah panas secara konveksi faktor-faktor yang ikut berpengaruh antara lain adalah
nilai koefisien pindah panas secara keseluruhan, suhu dari sumber panas yang mengalir di dalam serta suhu dari lingkungan sekitarnya. Nilai koefisien pindah panas keseluruhan U dapat dipengaruhi oleh
nilai tahanan panas, koefisien pindah panas konveksi. Untuk nilai koefisien pindah panas konveksi dipengaruhi oleh bilangan Nusselt, konduktivitas udara serta luas penampang. Besarnya bilangan
Nusselt dipengaruhi oleh bilangan Grasshorf dan Prandtl yang besarnya tergantung dari suhu pada
bahan dan suhu pada lingkungan sekitar. Sedangkan pindah panas secara radiasi dipengaruhi oleh luas penampang, nilai emisivitas
serta perbedaan antara suhu dinding dengan suhu lingkungan sekitar.
F. MESIN PENGERING EFEK RUMAH KACA
Efek rumah kaca adalah peristiwa terperangkapnya energi gelombang pendek yang dipancarkan matahari dalam suatu bangunan transparan dan mengenai elemen-elemen bangunan.
Radiasi yang dipantulkan oleh elemen-elemen bangunan berupa gelombang panjang dan terperangkap dalam bangunan karena tidak dapat menembus penutup transparan sehingga menyebabkan suhu
menjadi tinggi. Dengan demikian udara didalam bangunan akan mengalami peningkatan suhu. Prinsip
13 inilah yang digunakan dalam mesin pengering tipe ERK untuk menghilangkan kadar air bahan. Energi
yang dipancarkan matahari dihasilkan dari reaksi fusi yang mengubah hydrogen menjadi helium. Energi yang dihasilkan diperkirakan mencapai 3,8 x 10
23
kW Goswani, 1986. Walaupun jumlah energi yang dihasilkan matahari sangat besar, namun hanya 0,48 x 10
6
kJm
2
yang diterima oleh bumi. Apabila luas wilayah Indonesia 1.9 x 10
12
m
2
, maka energi surya yang dapat dimanfaatkan mencapai 28,35 x 10
18
MW Abdullah, 1998. Hal ini menunjukkan potensi energi surya cukup besar sebagai sumber energi untuk berbagai keperluan termasuk untuk pengeringan.
Dalam mesin pengering tipe ERK sangat penting untuk memilih bahan transparan glazing materials
yang akan digunakan sebagai penutup. Bahan transparan yang dipilih sebaiknya memiliki nilai trasmisivitas cahaya yang tinggi. Contoh bahan transparan yang digunakan adalah fiberglass,
polikarbonat, dan plastic UV Stabilizer. Berdasarkan hasil beberapa penelitian pengeringan produk pertanian diketahui bahwa suhu
rata-rata pengeringan produk pertanian dengan menggunakan pengering tipe ERK berkisar antara 39
C-50 C. Rata-rata suhu tersebut adalah memadai untuk pengeringan produk-produk pertanian.
Waktu pengeringan yang dibutuhkan berkisar antara 4-57 jam tergantung dari jenis produk yang dikeringkan. Sedangkan konsumsi energi spesifik berkisar antara 5,2 MJkg-14,2 MJkg
Wijaya,2007. Hasil pengeringan berbagai jenis produk pertanian dengan menggunakan pengering ERK dikomplilasi oleh Abdullah et al. 1999 disajikan pada Table 2.
Table 2. Perbandingan unjuk kerja antara mesin pengering ERK dengan mesin pengering
konvensional untuk beberapa produk pertanian, Abdullah et al.2007
Komoditas Suhu
pengerin gan
o
C Waktu
pengeri ngan
jam Beban
kg KES
MJ kg
air Sumber
pemanas tambahan
Sumber
A. Sistem ERK
1. Kakao
a. Uji lab 1
b. Uji lab 2
c. Uji
lab lapang
50 49.2
45.8 40
32 43
228 400
190 12.9
5.2 14.4
Hibrid minyak tanah Hibrid minyak tanah
Hibrid arang Nelwan 1997
Manalu 1998 Kamaruddin199
8
2. Kopi robusta
37 60
1114 5.5
Tidak ada Dyah 1999
3. Panili
51 52
52 -
Hibrid arang Mursali1994
4. Benih
a. cabai
b. ketimun
40 40
4 9.5
1.6 5.4
- -
Tidak ada Tidak ada
Kamaruddin 1995
5. buah
a. papaya
b. pisang sale 1
c. pisang sale 2
d. dendeng
jantungpisag 39
40.6 n.a.
41.3 33
11 57
40 18
25 46.8
- -
19.2 20.6
Tidak ada Tidak ada
Tidak ada Hibrid batok kelapa
Tahir 1998 Mirza 1997
Somchart 1997 Dias A. 2006
6. kayu
a. bayur
b. kemiri
39.3 48.5
158 98
728 780
25.8 Hibid arang
Tidak ada Suhdi 1996
Efrida 1995 7.
cengkeh 48.4
41 80
16 Tidak ada
Dyah 2006 8.
ikan a.
tembang b.
teri 44
37.2 40
11 95
26 2.2
- Hibrid arang
Tidak ada BinsarN2006
Eko 2006 B.
Sistem Konvensional 1.
Kopi 44
70 773
11.6 Kayu bakar
Triyono 1996 2.
Kakao 38
108 5000
16.9 Kayu bakar
Utomo et
al 1996
3. Pisang
n.a. 44
360 14.9
LPG Soponronnarit
1997
14 Mesin pengering ERK di Institut Pertanian Bogor pertama kali dikembangkan oleh Prof.
Kamaruddin Abdullah, dari Departemen Teknik Pertanian. Beberapa tipe mesin pengering tipe ERK yang telah dikembangkan oleh para peneliti di Institut Pertanian Bogor antara lain:
F.1. Mesin Pengering ERK hybrid berbentuk kerucut ELC-05
Alat ini dikembangkan oleh Prof. Kamaruddin Abdullah dan kawan-kawan di Pusat Pengembangan Ilmu Teknik untuk Pertanian Tropika CREATA, Institut Pertanian Bogor IPB.
Alat berbentuk limas segienam itu, alasnya terbuat dari seng bersisi satu meter dan diletakkan di atas tungku terbuat dari semen setinggi sekitar 25 centimeter. Keenam sisi limas yang miring
terbuat dari plastik transparan berbahan polikarbonat. Panas matahari yang ditahan dalam alat ini akan menghasilkan panas antara 37
o
C hingga 40
o
C, lebih panas daripada udara normal. Secara teori, suhu dalam alat pengering bisa mencapai 40
o
C hingga 50
o
C apabila kelembaban relatif udara di dalamnya 30 hingga 60, iradiasi matahari rata-rata 500 Wm
2
, dan rata-rata suhu lingkungan 30
o
C. Di bagian dalamnya tersusun rak-rak dari kawat besi yang dianyam srimin yang
digunakan sebagai tempat pemanggang. Pada salah satu sisi bagian bawah terdapat kipas yang digunakan untuk mengaduk dan meratakan panas di dalam ruangan dan di bagian puncaknya
terdapat kipas yang akan menyedot uap air ke luar ruangan untuk menjaga kelembaban di dalam.
Gambar 4. Mesin pengering ERK hybrid berbentuk kerucut ELC-05
F.2. Mesin Pengering Surya Rumah Kaca- Hybrid Tipe Terowongan
Mesin pengering ERK-hybrid tipe terowongan menggunakan energi surya dan energi biomassa sebagai sumber energi termal dan photovoltaic sebagai penghasil energi listrik untuk
menggerakkan kipas. Komponen-komponen utama dari sistem pengering ini mencakup bangunan terowongan transparan, rak sebagai wadah, penukar panas, tungku, dan kipas. Seperti halnya
pengering tipe kabinet, pengering ini ditujukan untuk produk-produk yang tidak tahan pada gerakan mekanis misalnya, ikan, udang, manisan buah, sayuran, dan lain-lain. Beberapa ukuran
dari tipe ini telah dikembangkan dari 100-400 kg. Produk yang akan dikembangkan diletakkan pada nampan tray yang ada di dalam terowongan. Suhu ruang pengering tipe ini dapat mencapai
15 60
o
C pada kondisi cerah tanpa menggunakan pemanas tambahan. Untuk pengeringan ikan ukuran kecil sebagai pakan ternak waktu pengeringan yang dibutuhkan adalah 5 jam.
Rizal, et al. 1999 dalam Larasati 2009 menguji mesin pengering tipe lorong STD yang merupakan rancangan dari Hohenheim University. STD merupakan salah satu tipe
pengering surya yang berbentuk lorong untuk mengeringkan berbagai produk pertanian, dan dilengkapi dengan kipas untuk mengalirkan udara panas sampai keluar dari pengering. Pada satu
sisi, dibawah dinding transparan hanya terdiri dari absorber, sedangkan produk yang dikeringkan diletakkan pada sisi lain. Hasil pengujian alat ini untuk berbagai produk dapat dilihat Tabel 3.
Gambar 5. Mesin pengering ERK tipe terowongan Tabel 3. Unjuk kerja alat pengering tipe lorong terhadap beberapa produk pertanian di
Indonesia Rizal, et al, 1999 Komoditas
Kadar air Waktu pengeringan
Awal Akhir
STD Tradisional
Kayu manis 20-24
12-24 2,5-3
6 Cabai
80 11
13 40
Bawang merah 75
11 35
Bawang putih 75
11 23,5
Gambir 80
16 18
36
F.3. Mesin Pengering Surya Efek Rumah Kaca- Hybrid Tipe Kabinet
Mesin pengering tipe kabinet sangat sesuai digunakan untuk bahan yang membutuhkan pengeringan tanpa ditumbuk. Komponen-komponen utama dari sistem pengering ini mencakup
bangunan transparan, rak sebagai wadah, penukar panas, tungku, dan kipas. Pengering ini ditujukan untuk produk-produk yang tahan pada gerakan mekanis misalnya ikan, udang, manisan
buah, sayuran, dan lain-lain. Beberapa ukuran dari pengering tipe ini telah dikembangkan dari 100-400 kg. Produk yang akan dikembangkan diletakkan pada nampan tray dan dimasukkan ke
dalam rak. Selama pengeringan berlangsung kipas dinyalakan dan penggunakan bahan bakar secara kontinyu disarankan. Suhu ruang pengering tipe ini dapat mencapai 60
o
C. Waktu pengeringan bergantung pada jenis produk yang dikeringkan. Untuk pengeringan manisan
pepaya, waktu yang dibutuhkan adalah 8 jam. Wijaya 2007 melakukan pengujian terhadap mesin pengering ERK tipe rak berenergi
surya dan biomassa untuk pengeringan biji pala. Efisiensi penggunaan energi pada mesin pengering sebesar 6,73 dan 8,06 .
16
F.4. Mesin Pengering Surya Efek Rumah Kaca- Hybrid dengan wadah
silinder berputar
Mesin pengering ini menggunakan energi surya dan biomassa sebagai sumber energi termal dan energi listrik untuk menggerakkan kipas dan memutar silinder. Komponen-komponen
utama dari sistem pengering ini mencakup bangunan trasparan, dua buah drum silinder, penukar panas, tungku, kipas, dan pemutar drum. Produk yang dapat dikeringkan mencakup jagung,
kakao, kopi, dan produk-produk lain yang berbentuk biji-bijian atau produk lain yang tahan terhadap benturan. Kapasitas produk yang dikeringkan setara dengan 1000 kg biji kakao. Produk
yang akan dikeringkan dimasukkan ke dalam silinder yang memiliki dinding yang berpori. Proses pengadukan dilakukan setiap 15 menit sampai 30 menit sekali. Saat pengadukan dilakukan kipas
udara pengering dimatikan untuk penghematan energi dan menurunkan kebutuhan daya. Hasil percobaan menunjukkan bahwa suhu inlet udara pengeringan mencapai 60
o
C. Mulyantara 2008 telah melakukan pengujian terhadap mesin pengering surya tipe
ERK-hybrid dengan wadah silinder untuk pengeringan jagung pipilan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa rata-rata suhu ruang pengering berkisar antara 34,0
O
C-41
O
C dengan RH berkisar antara 60,2-76 . Dengan pemutaran silinder selama 15 menit setiap jamnya perbedaan
suhu antara lapisan dalam dan lapisan luar berkisar antara 0-9,8
o
C.
F.5. Mesin Pengering ERK- hybrid tipe rak berputar
Mesin pengering ERK tipe rak berputar merupakan hasil penelitian dari tim peneliti hibah bersaing IPB, Dr. Dyah Wulandari dkk periode penelitian 20082009. Mesin ini dirancang
untuk menghasilkan kadar air bahan yang lebih seragam dengan memutar rak. Prinsip kerja mesin pengering tersebut adalah sebagai berikut:
1. Iradiasi matahari yang berupa gelombang pendek masuk melalui dinding transparan kemudian
diserap oleh absorber dan komponen lain di dalam ruang pengering seperti lantai, rak, pipa cerobong, dan produk yang dikeringkan. Akibatnya suhu komponen-komponen menjadi
meningkat. 2.
Selanjutnya iradiasi panas akan dipancarkan oleh komponen-komponen di dalam pengering berupa gelombang panjang. Karena gelombang panjang tersebut sulit untuk menembus
dinding transparan, maka sebagian besar akan dipantulkan kembali ke dalam ruangan dan menyebabkan peningkatan suhu dalam ruangan.
3. Suhu udara yang tinggi menyebabkan terjadinya proses penguapan air dari produk yang lebih
besar, dan uap air yang meninggalkan produk menyebabkan kelembaban di dalam ruangan akan meningkat.
4. Untuk menjaga agar proses penguapan tetap berlangsung, kelembaban di dalam ruangan harus
dijaga pada tingkat yang memadai. Untuk itu, pengaliran udara dari luar dilakukan dengan menggunakan kipas listrik. Selain itu, kipas ini juga berfungsi untuk menyebarkan udara panas
yang dihasilkan oleh tungku biomassa. Keseragaman kadar air dapat diperoleh dengan memutar rak pada kecepatan tertentu.
17
F.6. Mesin Pengeringn yang Dikembangkan oleh Institusi lain di Indonesia a.
Mesin pengering ikan bertenaga surya
Mesin ini dikembangkan oleh Ekadewi A. Handoyo et al dari jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra. Dari pengujian yang dilakukan pada
model yang berkapasitas 250 gram, didapatkan bahwa pengeringan di musim hujan menghasilkan penurunan kadar air ikan dari 60 wb menjadi 38 wb setelah dikeringkan
selama 6 jam. Temuan lain adalah bahwa temperatur plat kolektor plat datar pada musim hujan hanya mencapai 54
o
C. Dimensi kolektor surya 1,2 m x 19 m dengan laju aliran udara pengering 640 m
3
jam Handoyo, Kristanto dan Alwi, 2006.
Gambar 6. Sistem pengering ikan bertenaga surya Handoyo, et al,2006
b. Mesin Pengering Cumi, Udang, dan Ikan Hasil Laut
Pengering cumi, udang dan ikan hasil laut ini menggunakan ruang pengering tipe kubus menggunakan dinding transparan dengan tambahan tungku biomassa.
Adapun spesifikasi dari pengering tipe ini adalah : •
Dimensi : Panjang 3m, lebar 2m dan tinggi 2,25 m •
Daya listrik : 150 W, Fan •
1 unit tungku biomassa dengan laju pembakaran 2 sd 3 kgjam kayubatok kelapa •
Lama rata-rata pengeringan ± 2 Hari. •
Enam buah rak tempat meletakkan cumi, udang dan ikan serta hasil laut. •
Untuk cumi bisa diletakkan dirak digantung •
Temperatur ruang pengering 40 oC sampai dengan 60 oC. •
Kontrol temperature. Rangka bisa menggunakan besi, kayu atau alumunium.
Gambar 7. Mesin pengering cumi, udang, dan ikan laut
18 Dimensi dari ruang pengering bisa berubah-ubah sesuai dengan keinginan dan kapasitas
yang diinginkan, untuk ukuran diatas harga ruang pengeringnya ± 40 juta rupiah sudah terinstallasi ditempat, diluar ongkos kirim. Referensi: Kamaruddin Abdullah , Laboratorium
Surya Universitas Darma Persada
c. Mesin Pengering Kopi
Pengering bijih kopi ICDC menggabungkan antara pengeringan dengan menggunakan sinar matahari dengan biomassa, sehingga pengeringan kopi dapat dilakukaan
dimusim hujan sekalipun dan hasil yang didapatkan juga bebas dari kotoran-kotoran.
Spesifikasi dari Pengering kopi ICDC :
1. Volume ruangan : lebar 1,2 m, panjang 1,5 m dan tinggi 1,75 m.
2. Motor listrik dengan rpm kontrol
3. Drum yang dilubangi dengan diameter 50 cm dan panjang 80 cm
4. Transmisi chain.
5. Blower
6. Tungku biomassa
7. Pipa besi dan katub
8. Vortek 12 inchi
9. Polycarbonat.
10. Rangka besi
11. Listrik 250 W
Cara kerja dari pengering ICDC adalah : 1.
Masukkan bijih kopi kedalam drum sesuai dengan takarannya. 2.
Hidupkan motor, dan sesuiakan putaran drum dengan mengatur putaran motor. 3.
Jika cahaya matahari tidak terlalu bagus, hidupkan tungku biomassa, tungku ini bisa menggunakan bahan bakar seperti kayu, arang, batok kelapa dll.
4. Hidupkan blower untuk mentransfer panas kedalam ruangan dan jaga api tungku tetap
menyala, dengan mengatur bukaan katub. 5.
Periksa kekeringan kopi.
Gambar 8. Mesin pengering kopi
19
d. Mesin Pengering Ikan, Rumput Laut, Soun, Cabe, Manisan Buah, Pisang Sale
Ini merupakan hasil penelitian dari dosen universitas darma persada tentang teknologi tepat guna. Mesin pengering ini adalah pengering surya tipe lorong dengan keunggulan:
•Memanfaatkan sumber energi terbarukan setempat Surya, angin, limbah kehutanan, pertanian
•Dapat melakukan pengeringan dengan relatip lebih cepat dibanding penjemuran •Dapat beroperasi secara kontinyu siang dan malam
•Kandungan lokal 100 hasil invensi sendiri •Dapat digunakan untuk terutama untuk pengeringan ikan, rumput laut, soun, dendeng,
bawang, cabe, manisan buah, pisang sale, dll. •√ Blower dapat digerakkan dengan menggunakan solar PV
•√ Pengering mudah dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan
Spesifikasi
Komponen Utama - Dimensi : 2 m x 4 m x 2,5 m, Struktur transparan, Penyerap panas, Rak pengering, Axial
Blowers : 3 buah, 12V- dc, Penukaran panas rangkaian pipa di bagian dasar bangunan, Unit
pemanas tambahan tungku biomasa, Suhu pengering : 40 – 50 C. Kapasitas: Tergantung jenis produk 100 – 600 kg basah. Waktu pengeringan : 200 – 300 kg ikan ; 1 hari 20 BK
rumput laut – 2hari.
Gambar 9. Mesin Pengering Surya Tipe Lorong
Prospekpeluang pemasaran produk
•Program pemerintah mulai tahun 2007 dalam pengembangan SET dan desa mandiri energi. •Potensi SET Sumber Energi Terbarukansetempat yang cukup melimpah seperti energi
surya, angin, mini-hidro, bio massa, panas bumi dan energi laut. •Makin meningkatnya pemahaman dan kesadaran pemerintah, swasta dan perguruan tinggi
terhadap pentingnya SET sebagai alat untuk memajukan desa. •Sejalan dengan meningkatnya jumlah penduduk, maka kebutuhan energi masyarakat desa
juga akan meningkat. •Komitmen dunia dalam mencapai MDG dan mengurangi pemanasan global melalui protokol
Kyoto. LPPM Universitas Darma Persada, Kamaruddin Abdullah
I
A. Waktu dan Temp