Rancang bangun alat pengering dengan memanfaatkan panas kondensor AC ruangan (kasus pengeringan chips kentang
RANCANG BANGUN ALAT PENGERING DENGAN
MEMANFAATKAN PANAS KONDENSOR AC RUANGAN
(KASUS PENGERINGAN CHIPS KENTANG)
DEDY EKO RAHMANTO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Rancang Bangun Alat Pengering
dengan Memanfaatkan Panas Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips
Kentang) adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Agustus 2011
Dedy Eko Rahmanto
NRP F151090141
ABSTRACT
DEDY EKO RAHMANTO. Design and Performance Test of Drying Chamber by
Using Air Conditioning Condenser Rejected Heat (Case Study of Potatoes Chips
Drying). Supervised by SUTRISNO and I DEWA MADE SUBRATA
Drying process is a method to decrease moisture content of the food
products. The objectives of the research were to design and evaluate the
performance of drying chamber using rejected heat of AC condenser for potatoes
chips drying, determine potatoes moisture content and drying efficiency, and to
investigate the influence of condenser fan velocity on cooling capacity. The
drying chamber had 50.2 × 50.2 × 150.2 cm volume dimension, which contained
seven aluminium trays. The chamber was connected to the condensing unit of an
air conditioner. Potatoes were peeled, and cut sliced into 2.5 mm thickness of
slices and then blanced using hot water. Then the slices were dried by using
drying chambers for 6 h at high velocity fan, low velocity fan and substitution fan.
The result showed that rejected heat of a room AC could be used for potatoes
chips drying with temperature ranged from 33.88 to 44.05oC. The drying process
with substitution fan was combined with reverse tray treatment produced
relatively uniform moisture content of dried chips (8.20 ± 1.04% wb). The drying
process resulted 20.42 – 23.32% of drying efficiency to AC condenser heat and
67.17 – 78.77% to AC electric energy consumtion. The velocity of condenser fan
did not significantly influence on the cooling capacity. It can be concluded that
the drying chamber using rejected heat of AC condenser can be used for the
drying of agricultural products e.g. the potatoes drying.
Keywords: drying, AC condenser, moisture content, velocity fan, potatoes
RINGKASAN
DEDY EKO RAHMANTO. Rancang Bangun Alat Pengering dengan
Memanfaatkan Panas Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips
Kentang). Dibimbing oleh SUTRISNO dan I DEWA MADE SUBRATA
Pengeringan merupakan suatu metode penurunan kadar air bahan pangan
untuk tujuan pengawetan ataupun memudahkan proses selanjutnya. Pengering
mekanis memerlukan sumber panas dalam proses kerjanya. Salah satu potensi
sumber panas alat pengering mekanis yaitu dengan memanfaatkan udara panas
dari kondensor AC (air conditioner) yang umumnya terbuang ke lingkungan
dengan temperatur udara keluaran sekitar 36 - 46oC. Alat pengering yang
dirancang memanfaatkan panas keluaran kondensor AC sebagai sumber energi
panas. AC yang digunakan berdaya 1 hp yang menghasilkan energi panas dari
kondensor lebih dari 9000BTU/jam.
Tujuan penelitian adalah merancang alat pengering dengan memanfaatkan
sumber panas keluaran kondensor AC, menganalisis pengaruh kecepatan aliran
udara dari kipas kondensor AC terhadap panas yang dihasilkan kondensor AC dan
pengaruhnya terhadap kinerja pendinginan serta menghitung efisiensi alat
pengering hasil rancangan. Selain itu juga dilakukan analisis ekonomi kelayakan
pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan chips kentang.
Ukuran ruang pengering hasil rancang bangun adalah 50.2 x 50.2 x 150.2
cm dengan tujuh buah rak masing-masing berukuran 50 x 150 cm yang diuji
kinerjanya pada kondisi kosong tanpa beban pengeringan dengan perlakuan
kecepatan aliran udara keluaran kondensor berkecepatan tinggi, rendah dan kipas
pengganti. Pengujian alat pengering dengan beban pengeringan chips kentang
dilakukan menggunakan perlakuan kecepatan aliran udara keluaran kondensor
berkecepatan tinggi, rendah dan kipas pengganti serta dikombinasi dengan
pembalikan rak. Kentang dipotong-potong dengan ketebalan 2.5 mm kemudian
diblansing dengan air panas selama 3 – 4 menit dan dilakukan pengeringan selama
6 jam dengan jumlah bahan 1.1 kg pada masing-masing rak.
Parameter yang diukur dalam pengujian alat pengering meliputi suhu,
kelembaban, kecepatan aliran udara, konsumsi energi listrik dan penurunan berat
bahan. Hasil pengukuran digunakan untuk menghitung energi kondensor,
kapasitas pendinginan, energi pengeringan, efisiensi alat pengering dan kadar air.
Analisis data dilakukan menggunakan grafik, standar deviasi dan standar deviasi
relatif.
Hasil pengujian menunjukkan kenaikan suhu udara keluaran kondensor
dipengaruhi oleh kecepatan kipas kondensor. Semakin tinggi kecepatan kipas
kondensor, kenaikan suhu keluaran kondensor semakin rendah. Suhu keluaran
kondensor selama pengujian pengeringan berkisar 33.88 sampai 44.05oC.
Perubahan kecepatan kipas kondensor tidak mempengaruhi kapasitas pendinginan
AC dengan nilai rata-rata 2.734 ± 0.023 kJ/detik dan SDR 0.859%. Rancangan
pengujian alat pengering menggunakan kipas kondensor pengganti yang
dikombinasi dengan perlakuan pembalikan rak menghasilkan kadar air akhir
pengeringan yang paling seragam pada waktu pengujian dengan hasil rata-rata
8.20 ± 1.04% bb. Efisiensi alat pengering untuk mengeringkan kentang berkisar
20.42 – 23.32% terhadap panas kondensor AC dan 67.17 – 78.77 % terhadap
energi listrik AC. Pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan kentang
secara ekonomi layak untuk diterapkan dengan nilai hasil perhitungan NPV
sebesar Rp 5,364,002.92 dan BCR 1.181 untuk waktu 2 tahun.
Kata kunci: pengeringan, kondensor AC, kecepatan kipas, kadar air, chips kentang
© Hak cipta milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk
kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan
laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan
tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya
tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
RANCANG BANGUN ALAT PENGERING DENGAN
MEMANFAATKAN PANAS KONDENSOR AC RUANGAN
(KASUS PENGERINGAN CHIPS KENTANG)
DEDY EKO RAHMANTO
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si
Judul Tesis
: Rancang Bangun Alat Pengering dengan Memanfaatkan
Panas Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips
Kentang)
Nama
: Dedy Eko Rahmanto
NRP
: F151090141
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr
Ketua
Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr
Tanggal Ujian: 5 Agustus 2011
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah S.W.T yang telah melimpahkan segala rahmat
dan hidayah-Nya, di antaranya yaitu dapat terselesaikannya penelitian yang
berjudul Rancang Bangun Alat Pengering dengan Memanfaatkan Panas
Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips Kentang) sebagai salah satu
syarat untuk mendapatkan gelar Magister Sains pada Program Studi Teknik Mesin
Pertanian dan Pangan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Penelitian
ini merupakan salah satu karya yang tentunya melibatkan bantuan dari segala
pihak sehingga haturan terima kasih disampaikan antara lain kepada:
1. Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Dr. Ir. I Dewa
Made Subrata, M.Agr selaku Anggota Komisi Pembimbing yang dengan arif
dan bijak membimbing studi penulis.
2. Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP M.Si selaku Penguji Luar Komisi yang telah
memberikan koreksi untuk penyempurnaan tesis penulis.
3. Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS atas saran dan koreksinya.
4. Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Pertanian dan Pangan Institut Pertanian Bogor.
5. Para staf pengajar Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan yang
dengan tulus mengajarkan ilmunya kepada penulis.
6. Teknisi beserta staf administrasi Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan
Pangan yang telah membantu penelitian dan administrasi studi penulis.
7. Almarhum kedua orang tua (Bapak Suroto dan Ibu Siti Fatimah) semoga
mendapat tempat yang mulia di sisi-Nya.
8. Istri tercinta dengan penuh kasih dan sayang (Nurhayati, S.TP, M.Si) yang
dengan doa dan alunan irama cintanya menjadikan penulis mampu
memelodikan bahtera hidup untuk senantiasa menggapai ridho Allah SWT.
9. Putri tersayang (Aisyah Putri Nur Rahmanto) yang telah memberi arti untuk
menjadikan penulis sebagai ayah agar senantiasa menggapai ridho Allah
SWT.
10. Keluarga besar Ibu Siti Fatimah (semua anak, cucu, cicit dan canggah dari
Mbah Taslim Ds. Pakah – Mantingan kab. Ngawi).
11. Keluarga Bapak Suroto dan adik-adikku sebapak (Hari Wibowo, Yayan Eko
Prasetyo, Diah Ayu Kusumaningsih dan Sony Muhammad Ali Bintang),
sahabat, rekan dan teman yang bersama mereka menjadikan kehidupan penuh
cerminan dalam keterbatasan.
Kesempurnaan merupakan hal yang amat didambakan, meskipun tidak
akan pernah tercapai karena Allah SWT sematalah yang merupakan Dzat Maha
Sempurna. Oleh karena itu adanya saran dari pembaca terhadap hasil penelitian
ini dengan senang hati akan penulis rekomendasikan pada penelitian lebih lanjut.
Dengan penuh harapan, semoga penelitian ini memberikan manfaat bagi pembaca
utamanya serta kemaslahatan umat.
Bogor, Agustus 2011
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Mantingan Kab. Ngawi Jawa Timur pada 19 Juli
1978 sebagai putra tunggal dari pernikahan Bapak Suroto dengan Ibu Siti
Fatimah. Penulis dibesarkan di Dsn. Ngudal Ds. Cepoko Kec. Ngrambe Kab.
Ngawi.
Jenjang pendidikan penulis dimulai dari TK Dharma Wanita Ngrambe
pada tahun 1982 - 1984, SD Negeri 1 Ngrambe pada tahun 1984 - 1990, SMP
Negeri 1 Ngrambe pada tahun 1990 - 1993, SMU Negeri 1 Ngrambe pada tahun
1993 - 1996. Penulis menempuh pendidikan sarjana di Universitas Jember melalui
jalur masuk PMDK pada Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
tahun 1996 -2001. Selama kuliah S1 penulis menjadi asisten praktikum pada
beberapa mata kuliah di antaranya yaitu Energi dan Eliktrifikasi Pertanian, Alat
dan Mesin Pertanian, Instrumentasi, Irigasi dan Drainase serta Satuan Operasi.
Setelah lulus S1 penulis bekerja wirausaha di bidang elektronika dan
perbengkelan.
Penulis menikah dengan Nurhayati, S.TP sejak 24 April 2005. Kemudian
pada Agustus 2009 penulis diterima sebagai mahasiswa S-2 pada Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan Sekolah Pascasarjana IPB.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ................................................................................................. 21
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ 23
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... 25
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
Latar Belakang .................................................................................................... 1
Tujuan ................................................................................................................. 2
Hipotesis.............................................................................................................. 3
Manfaat ............................................................................................................... 3
TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 5
Mekanisme Pengeringan ..................................................................................... 5
Psikometri dalam Pengeringan............................................................................ 5
Tekanan Uap dan Kelembaban relatif....................................................... 5
Pemanasan Udara dan Entalpi .................................................................. 6
Penentuan Kadar Air Bahan ................................................................................ 7
Efisiensi Pengeringan dan SMER ....................................................................... 7
Sumber Panas Pengering Mekanis ...................................................................... 8
Sistim Pendingin AC.......................................................................................... 8
Pemanfaatan Panas Kondensor AC untuk Pengeringan.................................... 10
Desain Sistim Pengering ................................................................................... 10
Kentang dan Chips Kentang.............................................................................. 11
Analisis Kelayakan Ekonomi Investasi................................................................. 12
METODOLOGI .................................................................................................... 13
Lokasi dan Waktu ............................................................................................. 13
Bahan dan Alat .................................................................................................. 13
Bahan ...................................................................................................... 13
Alat.......................................................................................................... 13
Tahapan Perancangan Alat Pengering .............................................................. 13
Pendekatan Rancangan...................................................................................... 15
Kriteria Rancangan............................................................................................ 15
Rancangan Fungsional dan Struktural .............................................................. 16
Analisis Teknik Rancang Bangun Alat Pengering............................................ 18
Analisis Potensi Panas Kondensor AC.............................................................. 19
Penentuan Dimensi Ruang Pengering .............................................................. 20
Pengujian Alat Pengering .................................................................................. 22
Pengujian Alat Pengering Tanpa Beban Pengeringan....................................... 22
Pengujian Alat Pengering dengan Beban Pengeringan Chip Kentang .............. 26
Parameter Pengukuran ....................................................................................... 27
Analisis Data dan Perhitungan .......................................................................... 27
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 31
Potensi Udara Panas dari Kondensor AC .......................................................... 31
Hasil Rancang Bangun Alat Pengering ............................................................. 32
Ruang dan Rak Pengering ................................................................................. 32
Penyalur Udara dari Kondensor ........................................................................ 34
Pintu dan Saluran Keluaran ............................................................................... 35
Pengatur Kecepatan Kipas Kondensor AC........................................................ 35
Alat Pengering dan Proses Perpindahan Panas.................................................. 36
Hasil Uji Kinerja Kondensor dan Alat Pengering ............................................. 37
Kipas Kondensor AC dan Kecepatan Aliran Udara .......................................... 37
Suhu Udara Kondensor dan Evaporator ............................................................ 39
Suhu Udara Ruang Pengering............................................................................ 41
Driving Force dan Penyerapan Uap Air oleh Udara Pengering........................ 44
Kadar Air Hasil pengeringan............................................................................ 45
Laju Pengeringan............................................................................................... 48
Penggunaan Energi Listrik Sistim Pendingin.................................................... 52
Energi dan Efisiensi Pengeringan...................................................................... 53
COP dan Kapasitas Pendinginan AC................................................................. 55
Estimasi Biaya Alat Pengering dan Kelayakannya ........................................... 57
KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 59
Kesimpulan........................................................................................................ 59
Saran .................................................................................................................. 59
DAFTAR PUSTAKA............................................................................................ 61
DAFTAR TABEL
1
Perlakuan pengujian kondisi kosong................................................................... 25
2
Rancangan pengujian alat untuk mengeringkan bahan...................................... 27
3
Hasil perhitungan penyerapan panas rata-rata oleh udara dari kondensor.......... 40
4
Suhu udara rata-rata di ruang pengering tanpa bahan yang dikeringkan ............ 43
5
Penurunan suhu udara rata-rata setelah melalui ruang pengering....................... 43
6
Kadar air bahan sebelum dan sesudah pengeringan............................................ 45
7
Suhu lingkungan dan penggunaan listrik oleh sistim pendingin pada
perlakuan tanpa beban pengeringan .................................................................... 52
8
Suhu lingkungan dan penggunaan energi listrik oleh sistim pendingin
selama pengeringan chips kentang...................................................................... 53
9
Energi dan efisiensi pengeringan ........................................................................ 54
10 Nilai SMER rata-rata selama pengeringan.......................................................... 55
11 Nilai COP pendinginan rata-rata selama pengeringan ......................................... 56
12 Biaya investasi pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan
chips kentang....................................................................................................... 57
13 Biaya operasional pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan
chips kentang....................................................................................................... 57
14 Analisis kelayakan pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan
chips kentang....................................................................................................... 58
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Psychrometric chart............................................................................................... 6
2
Mekanisme kerja mesin pendingin........................................................................ 9
3
Kesetimbangan massa dan energi dalam sistim pengering ................................. 10
4
Diagram alir tahapan rancang bangun alat pengering......................................... 15
5
Diagram alir analisis teknik perancangan alat pengering ................................... 19
6
Diagram alir pengujian alat pengering................................................................ 22
7
Posisi sensor thermocouple pada masing-masing rak......................................... 23
8
Posisi penempatan sensor suhu bola basah dan suhu bola kering....................... 24
9
Posisi penempatan sensor thermocouple pada rak pengering ............................. 24
10
Posisi pengukuran kecepatan aliran udara pada alat pengering .......................... 25
11
Psikrometri udara awal (A) dan sesudah melalui kondensor (B) serta titik
penyerapan uap air maksimal (C). ...................................................................... 31
12
Gambaran sederhana kondisi kantilever rangka rak pengering pada saat
diangkat di bagian tengah-tengah rak ............................................................... 33
13
Bagian utama ruang pengering tampak depan (a) dan tampak samping (b) ....... 34
14
Penyalur udara dari kondensor tampak depan (a) dan tampak samping (b) ....... 35
15
Rangkaian pengatur kecepatan motor kipas kondensor AC ............................... 35
16
Koneksi kumparan motor untuk putaran ccw (a) dan putaran cw (b) ................. 36
17
Alat pengering (a) dan diagram proses perpindahan panas pada sistim
pengering (b). ...................................................................................................... 37
18
Baling-baling kipas kondensor asli (a) dan kipas pengganti (b). ........................ 37
19
Kecepatan aliran udara dari kondensor yang melalui ruang pengering
pada perlakuan pengeringan chips kentang......................................................... 38
20
Suhu udara lingkungan, kondensor dan evaporator selama pengujian
dengan beban pengeringan. ................................................................................. 39
21
Grafik hubungan laju aliran udara kondensor dan kenaikan suhu udara
keluarannya.......................................................................................................... 40
22
Suhu udara rata-rata pada rak bagian depan dan suhu udara lingkungan ......... 41
23
Suhu udara rata-rata pada rak bagian tengah dan suhu udara lingkungan........... 42
24
Suhu udara rata-rata pada rak bagian belakang
dan suhu udara
lingkungan ........................................................................................................... 42
25
Driving force rata-rata selama pengujian pengeringan........................................ 44
26
Penyerapan uap air dari chips kentang oleh udara pengering. ............................ 44
27
Kadar air chips kentang sebelum dan sesudah pengeringan.............................. 46
28
Kadar air chips kentang pada pengeringan dengan perlakuan kipas
kecepatan tinggi tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak . ............... 47
29
Kadar air chips kentang selama pengeringan dengan perlakuan kipas
kecepatan rendah tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak................ 47
30
Kadar air bahan selama pengeringan pada perlakuan kipas pengganti
tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak ............................................. 48
31
Laju pengeringan chips kentang pada aliran udara kondensor kecepatan
tinggi tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak .................................. 49
32
Laju pengeringan pada aliran udara kondensor kecepatan rendah tanpa
pembalikan rak dan dengan pembalikan rak. ...................................................... 50
33
Laju pengeringan pada perlakuan kipas pengganti tanpa pembalikan rak
dan dengan pembalikan rak ................................................................................. 50
34
Grafik suhu rata-rata keluaran kondensor selama pengeringan........................... 51
35
Grafik suhu rata-rata lingkungan selama pengeringan. ....................................... 52
36
Nilai SMER selama pengeringan. ....................................................................... 55
37
Kinerja pendinginan pendingin AC selama pengujian ........................................ 56
DAFTAR LAMPIRAN
1
Kecepatan udara dalam ruang pengering ............................................................. 63
2
Data kenaikan suhu udara setelah melewati kondensor pada beberapa
perlakuan laju udara ............................................................................................. 63
3
Suhu udara rata-rata pada rak bagian depan ........................................................ 63
4
Suhu udara rata-rata pada rak bagian tengah ....................................................... 63
5
Suhu udara rata-rata pada rak bagian belakang .................................................... 64
6
Data suhu rata-rata selama pengeringan .............................................................. 64
7
Data suhu Lingkungan rata-rata dari waktu ke waktu selama pengeringan ......... 64
8
Data suhu udara kondensor rata-rata dari waktu ke waktu selama
pengeringan .......................................................................................................... 65
9
Laju pengeringan chips kentang .......................................................................... 65
10 Penyerapan uap air rata-rata oleh udara pengering .............................................. 66
11 Kadar air selama pengeringan tanpa pembalikan rak .......................................... 66
12 Kadar air selama pengeringan dengan pembalikan rak ........................................ 67
13 Driving force selama pengujian pengeringan chips kentang ................................ 67
14 Gambar teknik alat pengering ............................................................................... 69
15 Foto kondensor AC koshima 1 hp dan alat pengering hasil rancangan ................ 71
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pengeringan merupakan suatu metode pengawetan pangan yang paling tua
dengan tujuan menurunkan kadar air bahan sehingga aktivitas air menurun (Singh
& Heldman 2009). Pengeringan yang paling banyak digunakan adalah secara
konvensional dengan menggunakan sinar matahari. Cara ini sangat murah dan
mudah, akan tetapi sulit terkontrol, sangat tergantung dengan cuaca, memerlukan
tempat yang luas dan waktu yang lama serta kurang terjaga kebersihannya
(Mujumdar 2006; Simson & Straus 2010).
Pengeringan dengan alat pengering mekanis membutuhkan waktu yang
lebih singkat dari pengeringan konvensional. Pengering mekanis memerlukan
sumber panas buatan yang berasal dari bahan bakar biomassa, bahan bakar
minyak dan gas, elemen pemanas tenaga listrik maupun penggunaan limbah panas
(Araullo 1976; Heldman & Lund 2007; Smith 2010). Salah satu limbah panas
yang berpotensi sebagai sumber panas untuk alat pengering mekanis adalah panas
keluaran dari kondensor AC (air conditioner).
Pada AC tipe split, udara yang digunakan untuk membawa panas dari
kondensor AC bisa meningkat sekitar 10oC dari suhu lingkungan dengan suhu
keluaran sekitar 36 – 46oC. Selain itu AC biasanya beroperasi dalam jangka waktu
yang cukup lama yaitu sekitar lebih dari 4 jam setiap hari. Kondisi udara keluaran
kondensor AC tersebut berpotensi untuk digunakan sebagai energi pengeringan.
Pemanfaatan udara panas tersebut diantaranya pernah diteliti untuk pengeringan
baju (Suntivarakorn et al. 2009; Mahlia et al. 2009).
Besarnya energi panas yang dihasilkan oleh kondensor AC bisa mencapai
3 sampai 4 kali dari energi listrik yang digunakannya. Kondensor AC 1 hp bisa
mengeluarkan energi panas lebih dari 9000 BTU/jam atau lebih dari 2.64 kJ/detik.
Hal itu berdasarkan kapasitas pendinginan secara umum untuk AC dengan daya 1
hp, sedangkan energi panas yang dilepaskan kondensor sebesar energi panas yang
diserap evaporator ditambah energi dari kerja kompresor. (Trott & Welch 2000).
Mengingat potensi panas kondensor AC cukup besar, perlu adanya
penelitian pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan bahan pangan
2
dan hasil pertania. Salah satu produk hasil pertanian yang memerlukan proses
pengeringan adalah chips kentang untuk keperluan pembuatan keripik ataupun
untuk pembuatan tepung kentang. Kentang yang telah dikupas dipotong-potong
terlebih dahulu kemudian diblansing dan dikeringkan dengan udara panas.
Penelitian dalam skala kecil dengan kondensor 1 hp dapat menjadi salah
satu kajian pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan bahan pangan.
Pemanfaatan potensi energi ini diharapkan dapat menjadi energi alternatif dalam
proses pengeringan bahan pangan dan mengurangi efek pemanasan global,
sedangkan AC tetap dapat berfungsi untuk mendinginkan ruangan tanpa
terganggu kinerjanya. Pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan di
waktu yang akan datang diharapkan dapat diaplikasikan untuk skala yang lebih
besar, sebagai contoh AC central kebutuhan dayanya diatas 10 hp, kebutuhan
daya yang lebih besar akan menghasilkan energi panas yang lebih besar juga.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini antara lain yaitu:
1. Merancang alat pengering dengan memanfaatkan sumber panas keluaran
kondensor AC ruangan 1 hp untuk pengeringan bahan hasil pertanian
(kentang).
2. Menganalisis pengaruh kecepatan udara dari kipas kondensor AC terhadap
suhu yang dihasilkan kondensor dan pengaruhnya terhadap kapasitas
pendinginan AC.
3. Menghitung efisiensi alat pengering hasil rancangan dan kadar air hasil
pengeringan (chips kentang).
4. Melakukan analisis ekonomi alat pengering dan kelayakannya sebagai alat
pengering kentang.
3
Hipotesis
Hipotesis dari penelitian ini yaitu:
1. Panas keluaran kondensor AC (air conditioner) dapat digunakan sebagai
sumber panas untuk proses pengeringan bahan hasil pertanian (kentang).
2. Kecepatan udara dari kipas kondensor AC dapat mempengaruhi suhu keluaran
kondensor dan kapasitas pendinginan AC.
3. Alat pengering hasil rancangan mempunyai efisiensi pengeringan yang tinggi.
4. Alat pengering hasil rancangan layak untuk aplikasikan sebagai alat pengering
hasil pertanian.
Manfaat
Rancang bangun alat pengering ini diharapkan dapat memanfaatkan energi
panas keluaran dari kondensor AC sebagai sumber energi dalam proses
pengeringan. Alat pengering yang dihasilkan dapat diaplikasikan untuk proses
pengeringan terutama bahan hasil pertanian sehingga mengoptimalkan energi
panas terbuang dari AC seiring dengan meningkatnya penggunaan AC akibat efek
pemanasan global yang cenderung meningkatkan suhu lingkungan.
TINJAUAN PUSTAKA
Mekanisme Pengeringan
Udara panas dihembuskan pada permukaan bahan yang basah, panas akan
berpindah ke permukaan bahan, dan panas laten penguapan akan menyebabkan
kandungan air bahan teruapkan. Uap air akan berdifusi melalui lapisan udara
sekeliling dan akan terbawa bersama pergerakan udara pengering. Proses ini
terjadi karena tekanan uap air di udara lebih rendah dibandingkan dengan tekan
uap air pada permukaan bahan. Perbedaan tekanan ini menghasilkan gaya untuk
memindahkan kandungan air dari dalam bahan. Karakteristik dari udara pengering
yang diperlukan untuk keberhasilan pengeringan yaitu: suhu yang tinggi,
kelembaban relatif yang rendah dan kecepatan udara yang tinggi (Hui 1992).
Driving
force
merupakan
perbedaan
kelembaban
mutlak
pada
kesetimbangan dengan permukaan bahan yang dikeringkan dan udara pengering.
Adanya driving force ini yang yang menyebabkan pengeringan dapat berjalan.
Driving force dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:
D f = Y s – Y a ........................................................................................ (1)
D f adalah driving force (kg/kg udara kering), Y s adalah kelembaban
mutlak kondisi jenuh pada suhu permukaan bahan (kg/kg udara kering) dan Y a
adalah kelembaban mutlak udara pengering (kg/kg udara kering).
Laju pengeringan biasanya meningkat di awal pengeringan kemudian
konstan dan selanjutnya semakin menurun seiring berjalannya waktu dan
berkurangnya kandungan air pada bahan yang dikeringkan. Laju pengeringan
merupakan jumlah kandungan air bahan yang diuapkan tiap satuan berat kering
bahan dan tiap satuan waktu (Earle 1983; Mujumdar 2006).
Psikometri dalam Pengeringan
Tekanan Uap dan Kelembaban relatif
Tekanan uap air adalah tekanan parsial dari moleku-molekul uap air dalam
udara lembab. Apabila udara sepenuhnya dijenuhi oleh uap air, maka tekanan uap
tersebut dinamakan tekanan uap jenuh (Sherwin 1996).
Kelembaban relatif adalah perbandingan fraksi mol (tekanan uap) uap air
dalam udara dengan fraksi mol (tekanan uap) uap air dalam udara jenuh pada suhu
6
yang sama dan tekanan atmosfir. Kelembaban relatif ditunjukan dalam desimal
atau bila dikalikan seratus dalam persen. Kelembaban spesifik (mutlak) adalah
massa uap air yang terdapat dalam setiap satuan massa udara kering dari
campuran udara dan uap air. Kelembaban spesifik udara biasanya tetap selama
tidak ada penambahan maupun pengurangan kandungan uap air dalam udara
(Brooker et al. 1992).
Pemanasan Udara dan Entalpi
Terjadinya pemanasan udara ditandai dengan naiknya suhu udara. Pada
keadaan ini kelembaban mutlak udara konstan. Akan tetapi bila dilihat pada
psychrometric chart, suhu udara bergerak ke kanan yang menyebabkan turunnya
kelembaban relatif (Gambar 1).
Gambar 1 Psychrometric chart
Entalpi adalah kandungan panas dalam udara yang dinyatakan dalam kJ/kg
udara kering. Volume dari 1 kg udara kering bersama uap air yang terkandung di
dalamnya dinamakan volume spesifik udara. Satuan yang digunakan adalah
m3/kg udara kering (Sherwin 1996; Singh 2009).
7
Penentuan Kadar Air Bahan
Kadar air bahan dapat ditentukan secara langsung dengan metode oven
dengan cara sebagai berikut: cawan kosong dikeringkan dalam oven selama 15
menit, lalu didinginkan dalam desikator, dan ditimbang. Sampel ditimbang dalam
cawan yang telah diketahui bobot kosongnya, lalu dikeringkan dalam oven
pengering suhu 105ºC selama 6 jam. Cawan dan isinya didinginkan dalam
desikator, lalu ditimbang. Pengeringan dilakukan hingga diperoleh berat konstan.
Kadar air dihitung berdasarkan kehilangan berat yaitu selisih berat awal sampel
sebelum dikeringkan dengan berat akhir setelah dikeringkan.
Kadar air (% bk) =
w2 − w1
100% ........................................................ (2)
w2
Kadar air (% bb) =
w2 − w1
100% ........................................................ (3)
w1
w 1 adalah berat sampel sebelum dikeringkan (g), w 2 adalah berat sampel setelah
dikeringkan (g) (AOAC 1995).
Efisiensi Pengeringan dan SMER
Efisiensi pengeringan merupakan perbandingan antara energi yang
digunakan untuk menguapkan kandungan air bahan dengan energi untuk
memanaskan udara pengering. Efisiensi pengeringan biasanya dinyatakan dalam
persen. Efisiensi pengeringan merupakan salah satu parameter dari kinerja alat
pengering, semakin tinggi nilai efisiensi maka alat pengering tersebut semakin
baik. Perhitungan efisiensi pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan
persamaan berikut ini :
η=
Qp
100% ........................................................................................ (4)
Q
η adalah efisiensi pengeringan (%), Qp adalah energi yang digunakan untuk
pengeringan (kJ), Q
adalah energi untuk memanaskan udara pengering (kJ)(Taib
et al. 1987).
Nilai laju ekstraksi air spesifik atau specific moisture extraction rate
(SMER) merupakan perbandingan jumlah air yang dapat diuapkan dari bahan
dengan energi listrik yang digunakan tiap jam yang dinyatakan dengan kg/kWh.
Perhitungan nilai SMER menggunakan persamaan berikut ini.
8
SMER =
MER
.................................................................................... (5)
We
MER adalah kandungan air yang diuapkan (kg) dan W e adalah energi listrik
(kWh).
Sumber Panas Pengering Mekanis
Proses pengeringan bahan hasil pertanian dapat menggunakan beberapa
sumber panas. Pengering mekanis memerlukan sumber energi panas yang
biasanya berasal dari uap panas, udara panas ataupun pembakaran langsung bahan
bakar (Heldman & Lund 2007; Smith 2010). Jumlah panas yang dihasilkan tiap
satuan berat bahan bakar disebut sebagai panas pembakaran (Richey 1961).
Pengering yang lain menggunakan energi listrik untuk memanaskan elemen
pemanas serta menggerakan blower yang mengalirkan udara pengering. Elemen
pemanas biasanya berupa kumparan kawat tahan panas dengan hambatan jenis
kawat yang cukup besar dan dapat dialiri listrik. Aliran udara setelah melalui
elemen pemanas digunakan untuk proses pengeringan (Araullo 1976).
Sistim Pendingin AC
AC adalah alat pendingin ruangan dengan sistem terkendali menggunakan
fluida kerja (refrigerant) yang menyerap panas dari dalam ruangan dan
mengeluarkannya ke luar ruangan. Refrigerant mengalir dari tangki penampung
masuk ke dalam evaporator melalui sebuah katup ekspansi. Di dalam evaporator,
refrigerant cair dipaksa menguap dengan cara menurunkan tekanannya
menggunakan kompresor. Uap refrigerant yang terhisap oleh kompresor
kemudian dimanpatkan dan masuk kedalam kondensor untuk diembunkan
(didinginkan) oleh udara di luar ruangan. Refrigerant yang kembali menjadi cair
ditampung kembali dalam tangki penampung untuk kemudian diuapkan kembali
ke dalam evaporator. Siklus tersebut berjalan berulang-ulang sehingga dapat
mendinginkan ruangan. Siklus dalam sistem kerja mesin AC dapat dilihat seperti
pada Gambar 2.
9
Q2
Kondensor
Katup
expansi
Evaporator
Kompresor
Q1
Gambar 2 Mekanisme kerja mesin pendingin
Kondensor berfungsi untuk melepaskan kalor uap refrigerant tersebut ke
sekelilingnya. Kondensor adalah alat untuk membuat kondensasi refrigerant dari
kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Refrigerant di dalam kondensor
dapat mengeluarkan kalor yang diserap dari evaporator dan panas yang
ditambahkan oleh kompresor. Kondensor membuang kalor dan mengubah wujud
refrigerant dari gas menjadi cair. Kondensor diletakkan antara kompresor dan alat
pengatur refrigerant yaitu pada sisi tekanan tinggi dari sistem. Kondensor
ditempatkan di luar ruangan yang sedang didinginkan agar dapat membuang
panasnya ke lingkungan di luar ruangan.
Untuk memperbesar perpindahan kalor, maka pada konstruksi pipa-pipa
penukar panas diberi sirip sirip (fins). Selain untuk memperluas permuakaan pipa,
sirip-sirip ini juga berfungsi untuk menambah kekuatan konstruksi dari kondensor
karena refrigerant meninggalkan kompresor dalam bentuk uap yang bertekanan
tinggi dan bersuhu tinggi (Tim Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta
2003).
Jumlah panas yang dapat diserap dari lingkungan sekitar/ruangan dingin
oleh refrigerant di dalam evaporator, maupun jumlah panas yang dapat dilepas/
dikeluarkan oleh refrigerant ke lingkungan sekitar/ruangan panas di dalam
kondensor sangat tergantung pada efektifitas kerja evaporator serta kondensor
yang merupakan unit-unit penukar kalor (heat exchanger) (Sugiyatno et al. 2004)
Koefisien prestasi pendinginan (COP) akan meningkat seiring dengan
meningkatnya kecepatan udara pendingin pada kondensor. Kecepatan udara akan
terus meningkat sehingga mencapai optimal pada kondisi tertentu yang
selanjutnya kenaikan kecepatan udara tidak memberikan banyak pengaruh
terhadap koefisien prestasi pendinginan mesin pendingin (Effendi 2005).
10
Pemanfaatan Panas Kondensor AC untuk Pengeringan
Selama ini panas dari kondensor AC terbuang belum termanfaatkan secara
optimal. Suntivarakon et al. (2009) telah meneliti tentang pemanfaatan panas
kondensor AC untuk pengeringan baju dengan laju pengeringan 1.1 kg/jam tanpa
kipas tambahan dan 2.26 kg/jam dengan kipas tambahan. Potensi panas keluaran
dari kondensor AC yang digunakan sebesar 12648 BTU/jam atau setara dengan
3.71 kJ/detik.
Mahlia et al. (2009) melaporkan penelitian pengeringan baju dengan
menggunakan kondensor AC tipe split berkapasitas 10000BTU/jam. Laju
pengeringan yang dihasilkan sebesar 0.56 – 0.75 kg/jam dengan nilai specific
moisture extraction rate (SMER) 0.1809 - 0.2205 kg/kWh. SMER merupakan
perbandingan dari kandungan air yang dapat diuapkan dengan energi listrik yang
digunakannya.
Desain Sistim Pengering
Desain suatu sistim pengering melibatkan beberapa hal yang perlu
diperhatikan. Faktor-faktor yang mempunyai pengaruh langsung terhadap
kapasitas sistim pengering yaitu jumlah dan karakteristik udara yang diperlukan
untuk pengeringan serta lama waktu pengeringan yang diperlukan untuk masingmasing jenis produk yang akan dikeringkan. Faktor-faktor tersebut memerlukan
beberapa analisis pendekatan di antaranya yaitu kesetimbangan massa dan
kesetimbangan energi.
Penerapan kesetimbangan massa dan energi pada keseluruhan sistim
pengering diilustrasikan seperti pada Gambar 3 dengan melibatkan beberapa
parameter yang mempengaruhi desain sistim pengering. Analisis yang
diilustrasikan tersebut digunakan untuk sistem countercurrent dan melalui suatu
pendekatan yang sama juga dapat diterapkan untuk sistim yang lain.
ma , Ta2 , ω2
Tp2 , W 2
Udara
Ta1 , ω 1
Produk
Mp , Tp1 , W 1
Gambar 3 Kesetimbangan massa dan energi dalam sistim pengering
11
Suatu kesetimbangan air yang masuk dan keluar dari sistim pengering
dapat dirumuskan sebagai berikut ini.
m a ω 2 + m p W 1 = m a ω 1 + m p W 2 .............................................. (6)
m a adalah laju aliran udara ( kg udara kering/jam), m p adalah laju aliran produk
(kg padatan kering/jam), ω adalah kelembaban mutlak (kg air/kg udara kering)
dan W adalah kandungan air produk basis kering (kg air/kg padatan kering)
Kesetimbangan energi dalam sistim pengering dapat dijelaskan dengan
hubungan berikut ini.
m a H a2 + m p H p1 = m a H a1 + m p H p2 + qL .............................................. (7)
qL adalah energi panas yang hilang dari sistim pengering, Ha adalah kandungan
energi panas udara atau entalpi udara (kJ/kg udara kering), Hp adalah kandungan
energi panas dari produk (kJ/kg produk kering)
Berdasarkan persamaan diatas dapat digunakan untuk menentukan jumlah
udara yang diperlukan selama pengeringan, jumlah produk yang dapat
dikeringkan dan karakteristik udara keluaran jika faktor-faktor yang lain juga
diketahui (Singh & Heldman 2009).
Kentang dan Chips Kentang
Kentang
(Solanum
tuberosum
L.)
dapat
tumbuh
dan
banyak
dibudidayakan lebih dari 100 negara di dunia sebagai salah satu bahan pangan
utama. Kentang merupakan bahan yang penting bagi industri pangan. Kondisi
pertumbuhan,
sifat
genetik,
umur dan
penaganan
pasca panen
dapat
mempengaruhi kualitas kentang (Singh & Kaur 2009).
Proses pembuatan chips kentang dilakukan melalui proses pengupasan,
pemotongan, blansing dan pengeringan. Kentang dapat dikupas dengan
menggunakan panas, kimiawi maupun secara mekanis. Kentang yang telah
dikupas dipotong-potong terlebih dahulu sebelum dilakukan blansing. Setelah itu
potongan kentang diblansing dengan uap atau air panas pada suhu 93 – 100oC.
Blansing akan menginaktifasi enzim dan mengurangi kontaminasi mikroba.
Setelah blansing, kentang dikeringkan dengan alat pengering seperti kabinet,
tunel, maupun conveyor dryer dengan suhu udara lebih dari 55oC (Mujumdar
2006).
12
Analisis Kelayakan Ekonomi Investasi
Analisis kelayakan ekonomi suatu investasi dapat dilakukan dengan cara
diantaranya dengan menghitung nilai net present value (NPV) dan benefit cost
ratio (BCR). NPV adalah nilai sekarang bersih dan BCR adalah perbandingan
total nilai sekarang penerimaan dengan nilai sekarang pengeluaran. Persamaan
yang digunakan adalah sebagai berikut:
P = F (P/F,i,n) dengan faktor bunga
1
...................................... (8)
(1 + i) n
NPV = Σ Nilai P
pengeluaran
penerimaan
- Σ Nilai P
..................................... (9)
Bila nilai NPV lebih dari nol berarti layak.
BCR = (Σ Nilai P
penerimaan )
/ (Σ Nilai P
pengeluaran )
.............................. (10)
Bila nilai BCR lebih dari satu berarti layak
P adalah nilai sekarang (Rp), i adalah faktor bunga dalam desimal dan n adalah
lama kegiatan (tahun) (Humphreys 1991; Kastaman 2006).
METODOLOGI
Lokasi dan Waktu
Desain dan pembuatan alat pengering dilakukan di Laboratorium
Lapangan Siswadi Supardjo. Pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Energi
Terbarukan Departemen Tenik Mesin dan Biosistem FATETA IPB pada bulan
Januari 2011 – Mei 2011.
Bahan dan Alat
Bahan
Bahan yang digunakan untuk membuat alat pengering di antaranya yaitu
kayu lapis dengan tebal 18 mm, aluminium strip 12 mm, aluminium profil L 13
mm, aluminium lembaran tebal 0.3 mm, kawat net aluminium, sekrup, baut, paku,
blind rivet, lem kayu dan baling-baling kipas standing fan. Bahan yang digunakan
untuk uji kinerja alat pengering adalah kentang varietas Granola yang diiris dalam
bentuk chips dengan ketebalan 2.5 mm dan diblansing selama 3 – 4 menit dengan
air panas.
Alat
Alat yang digunakan untuk pembuatan alat pengering adalah gergaji, palu,
meteran, pasah kayu, gunting logam, tang, spidol, obeng, tang rivet, bor listrik,
jangka sorong dan AC 1 hp (merk Koshima KA10T1 dengan kapasitas
pendinginan 9000 BTU/jam dan kebutuhan daya listrik 0.9 kW). Alat yang
digunakan untuk uji kinerja adalah data loger, thermocouple tipe T, anemometer,
timbangan digital, watt meter, flash drive, komputer, pengatur kecepatan motor
kipas, oven, pisau, kompor gas, panci dan pemotong keripik.
Tahapan Perancangan Alat Pengering
Gagasan Awal
Gagasan awal rancang bangun alat pengering bermula dari banyaknya
pemakaian AC untuk keperluan perkantoran, rumah tangga dan bisnis.
Berdasarkan hasil pengamatan, kondensor AC mengeluarkan panas yang dilepas
ke lingkungan tanpa pemanfaatan. Oleh karena itu dilakukan pengukuran suhu
keluaran kondensor pada beberapa AC ruangan. Suhu keluaran kondensor AC
sekitar 36 – 46oC. Nilai kisaran suhu tersebut berpotensi untuk dimanfaatkan
14
sebagai energi pengeringan bahan pangan maupun produk pertanian tanpa
mengganggu kapasitas pendinginan dari AC tersebut.
Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan
Pengembangan dan penyempurnaan gagasan dilaksanakan dengan
melakukan penelitian pendahuluan pengeringan chips kentang menggunakan rak
pengering dari aluminium profil L 13 mm dengan kawat net aluminium berukuran
30 × 30 cm. Rak pengering diletakkan di depan kondensor AC 1 hp dengan suhu
keluaran sekitar 42oC pada suhu lingkungan 30oC. Pengeringan berlangsung
selama 2.5 jam mampu menurunkan kadar air chips kentang dari 85.44% bb
menjadi 10.05% bb. Berat bahan awal 130.21 g dan berat akhir 21.07 g. Laju
penguapan kandungan air rata-rata pada 30 menit pertama 1.792 g/menit dan di
akhir pengeringan 0.022 g/menit. Rancang bangun alat pengering dilakukan
berdasarkan hasil penelitian pendahuluan.
Analisis Rancangan
Analisis rancangan alat pengering yang dilakukan meliputi karakteristik
potensi udara keluaran dari kondensor AC, laju aliran udara, jumlah bahan yang
akan dikeringkan, luasan rak pengering, ukuran ruang pengering, saluran udara ke
ruang pengering. Perencanaan bahan-bahan untuk pembuatan alat pengering
menggunakan bahan-bahan yang tersedia di pasaran. Pengukuran dilakukan
terhadap suhu dan RH udara keluaran kondensor AC dan udara lingkungan, laju
aliran udara dan diameter saluran udara keluaran kondensor AC. Data hasil
pengukuran tersebut diperlukan pada perancangan/desain alat pengering yang
akan dibuat.
Pembuatan Alat Pengering
Pembuatan alat pengering dilakukan untuk mewujudkan hasil rancangan
alat pengering ke dalam bentuk nyata berupa alat pengering. Pembuatan alat
pengering diawali dengan penyiapan bahan dan alat, dilanjutkan dengan
pengerjaan bahan yang meliputi pemotongan dan perangkaian bahan hingga
menjadi alat pengering. Diagram alir rancang bangun alat pengering dapat dilihat
pada Gambar 4.
15
Pendekatan Rancangan
Kriteria Rancangan
Perancangan alat pengering ini bertujuan untuk menurunkan kadar air
bahan pangan yang dalam penelitian ini digunakan chips kentang sehingga dapat
meningkatkan daya simpan dan mempermudah proses selanjutnya dengan
memanfaatkan panas keluaran kondensor AC. Kadar air chips kentang sekitar
85% basis basah diturunkan melalui pengeringan dengan alat pengering hasil
rancangan hingga mencapai kadar air sekitar ≤14% basis basah.
Alat pengering tersebut menyalurkan panas keluaran kondensor AC ke
dalam ruang pengering dan diharapkan dapat memanaskan ruangan, rak pengering
serta bahan yang dikeringkan kemudian membawa kandungan uap air dari bahan
yang dikeringkan ke lingkungan melalui saluran keluaran. Kapasitas rak
pengering ditargetkan mempunyai luasan total lebih dari 5 m2. Luasan rak
pengering tersebut dianalisis berdasarkan ketersediaan energi panas dari
kondensor AC, suhu dan aliran udara.
Mulai
Gagasan awal
Pengembangan dan
penyempurnaan gagasan
Analisis rancangan
Tidak
Sesuai?
Ya
Hasil rancangan
Penyiapan alat dan
bahan untuk pembuatan
alat pengering
Pembuatan alat pengering
Alat pengering
Selesai
Gambar 4 Diagram alir tahapan rancang bangun alat pengering
16
Rancangan Fungsional dan Struktural
Alat pengering tersebut berfungsi untuk mengeringkan bahan pangan yang
dalam pengujiannya menggunakan chips kentang hingga kadar air tertentu (≤14%
basis basah). Fungsi-fungsi komponen utama alat pengering diperlukan untuk
menunjang alat pengering tersebut dapat bekerja dengan baik .
Penentuan bentuk dan dimensi struktur alat pengering dilakukan
berdasarkan ukuran saluran udara kipas kondensor AC, potensi panas kondensor
AC dan jumlah bahan yang akan dikeringkan. Penentuan dimensi tersebut
bertujuan memudahkan penyaluran udara ke ruang pengering, sehingga
diharapkan udara yang masuk ke ruang pengeringan dapat termanfaatkan untuk
pengeringan.
Alat pengering yang dirancang berupa pengering tipe rak dengan tujuh
buah rak yang terbuat dari bahan aluminium. Rak pengering dibuat berbentuk
persegi panjang. Secara umum, alat pengering ini terdiri dari bagian utama, yaitu:
sumber panas, kipas kondensor, penyalur udara, ruang pengering, rak pengering,
pintu dan saluran keluaran serta pengatur kecepatan kipas kondensor.
Sumber panas pengeringan
Pengeringan memerlukan energi panas untuk menaikkan suhu udara
sehingga kelembaban relatif udara turun dan meningkatkan potensinya untuk
menguapkan serta membawa kandungan air dari bahan yang dikeringkan. Sumber
panas yang digunakan oleh alat
MEMANFAATKAN PANAS KONDENSOR AC RUANGAN
(KASUS PENGERINGAN CHIPS KENTANG)
DEDY EKO RAHMANTO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Rancang Bangun Alat Pengering
dengan Memanfaatkan Panas Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips
Kentang) adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Agustus 2011
Dedy Eko Rahmanto
NRP F151090141
ABSTRACT
DEDY EKO RAHMANTO. Design and Performance Test of Drying Chamber by
Using Air Conditioning Condenser Rejected Heat (Case Study of Potatoes Chips
Drying). Supervised by SUTRISNO and I DEWA MADE SUBRATA
Drying process is a method to decrease moisture content of the food
products. The objectives of the research were to design and evaluate the
performance of drying chamber using rejected heat of AC condenser for potatoes
chips drying, determine potatoes moisture content and drying efficiency, and to
investigate the influence of condenser fan velocity on cooling capacity. The
drying chamber had 50.2 × 50.2 × 150.2 cm volume dimension, which contained
seven aluminium trays. The chamber was connected to the condensing unit of an
air conditioner. Potatoes were peeled, and cut sliced into 2.5 mm thickness of
slices and then blanced using hot water. Then the slices were dried by using
drying chambers for 6 h at high velocity fan, low velocity fan and substitution fan.
The result showed that rejected heat of a room AC could be used for potatoes
chips drying with temperature ranged from 33.88 to 44.05oC. The drying process
with substitution fan was combined with reverse tray treatment produced
relatively uniform moisture content of dried chips (8.20 ± 1.04% wb). The drying
process resulted 20.42 – 23.32% of drying efficiency to AC condenser heat and
67.17 – 78.77% to AC electric energy consumtion. The velocity of condenser fan
did not significantly influence on the cooling capacity. It can be concluded that
the drying chamber using rejected heat of AC condenser can be used for the
drying of agricultural products e.g. the potatoes drying.
Keywords: drying, AC condenser, moisture content, velocity fan, potatoes
RINGKASAN
DEDY EKO RAHMANTO. Rancang Bangun Alat Pengering dengan
Memanfaatkan Panas Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips
Kentang). Dibimbing oleh SUTRISNO dan I DEWA MADE SUBRATA
Pengeringan merupakan suatu metode penurunan kadar air bahan pangan
untuk tujuan pengawetan ataupun memudahkan proses selanjutnya. Pengering
mekanis memerlukan sumber panas dalam proses kerjanya. Salah satu potensi
sumber panas alat pengering mekanis yaitu dengan memanfaatkan udara panas
dari kondensor AC (air conditioner) yang umumnya terbuang ke lingkungan
dengan temperatur udara keluaran sekitar 36 - 46oC. Alat pengering yang
dirancang memanfaatkan panas keluaran kondensor AC sebagai sumber energi
panas. AC yang digunakan berdaya 1 hp yang menghasilkan energi panas dari
kondensor lebih dari 9000BTU/jam.
Tujuan penelitian adalah merancang alat pengering dengan memanfaatkan
sumber panas keluaran kondensor AC, menganalisis pengaruh kecepatan aliran
udara dari kipas kondensor AC terhadap panas yang dihasilkan kondensor AC dan
pengaruhnya terhadap kinerja pendinginan serta menghitung efisiensi alat
pengering hasil rancangan. Selain itu juga dilakukan analisis ekonomi kelayakan
pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan chips kentang.
Ukuran ruang pengering hasil rancang bangun adalah 50.2 x 50.2 x 150.2
cm dengan tujuh buah rak masing-masing berukuran 50 x 150 cm yang diuji
kinerjanya pada kondisi kosong tanpa beban pengeringan dengan perlakuan
kecepatan aliran udara keluaran kondensor berkecepatan tinggi, rendah dan kipas
pengganti. Pengujian alat pengering dengan beban pengeringan chips kentang
dilakukan menggunakan perlakuan kecepatan aliran udara keluaran kondensor
berkecepatan tinggi, rendah dan kipas pengganti serta dikombinasi dengan
pembalikan rak. Kentang dipotong-potong dengan ketebalan 2.5 mm kemudian
diblansing dengan air panas selama 3 – 4 menit dan dilakukan pengeringan selama
6 jam dengan jumlah bahan 1.1 kg pada masing-masing rak.
Parameter yang diukur dalam pengujian alat pengering meliputi suhu,
kelembaban, kecepatan aliran udara, konsumsi energi listrik dan penurunan berat
bahan. Hasil pengukuran digunakan untuk menghitung energi kondensor,
kapasitas pendinginan, energi pengeringan, efisiensi alat pengering dan kadar air.
Analisis data dilakukan menggunakan grafik, standar deviasi dan standar deviasi
relatif.
Hasil pengujian menunjukkan kenaikan suhu udara keluaran kondensor
dipengaruhi oleh kecepatan kipas kondensor. Semakin tinggi kecepatan kipas
kondensor, kenaikan suhu keluaran kondensor semakin rendah. Suhu keluaran
kondensor selama pengujian pengeringan berkisar 33.88 sampai 44.05oC.
Perubahan kecepatan kipas kondensor tidak mempengaruhi kapasitas pendinginan
AC dengan nilai rata-rata 2.734 ± 0.023 kJ/detik dan SDR 0.859%. Rancangan
pengujian alat pengering menggunakan kipas kondensor pengganti yang
dikombinasi dengan perlakuan pembalikan rak menghasilkan kadar air akhir
pengeringan yang paling seragam pada waktu pengujian dengan hasil rata-rata
8.20 ± 1.04% bb. Efisiensi alat pengering untuk mengeringkan kentang berkisar
20.42 – 23.32% terhadap panas kondensor AC dan 67.17 – 78.77 % terhadap
energi listrik AC. Pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan kentang
secara ekonomi layak untuk diterapkan dengan nilai hasil perhitungan NPV
sebesar Rp 5,364,002.92 dan BCR 1.181 untuk waktu 2 tahun.
Kata kunci: pengeringan, kondensor AC, kecepatan kipas, kadar air, chips kentang
© Hak cipta milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk
kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan
laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan
tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya
tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
RANCANG BANGUN ALAT PENGERING DENGAN
MEMANFAATKAN PANAS KONDENSOR AC RUANGAN
(KASUS PENGERINGAN CHIPS KENTANG)
DEDY EKO RAHMANTO
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si
Judul Tesis
: Rancang Bangun Alat Pengering dengan Memanfaatkan
Panas Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips
Kentang)
Nama
: Dedy Eko Rahmanto
NRP
: F151090141
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr
Ketua
Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr
Tanggal Ujian: 5 Agustus 2011
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah S.W.T yang telah melimpahkan segala rahmat
dan hidayah-Nya, di antaranya yaitu dapat terselesaikannya penelitian yang
berjudul Rancang Bangun Alat Pengering dengan Memanfaatkan Panas
Kondensor AC Ruangan (Kasus Pengeringan Chips Kentang) sebagai salah satu
syarat untuk mendapatkan gelar Magister Sains pada Program Studi Teknik Mesin
Pertanian dan Pangan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Penelitian
ini merupakan salah satu karya yang tentunya melibatkan bantuan dari segala
pihak sehingga haturan terima kasih disampaikan antara lain kepada:
1. Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Dr. Ir. I Dewa
Made Subrata, M.Agr selaku Anggota Komisi Pembimbing yang dengan arif
dan bijak membimbing studi penulis.
2. Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP M.Si selaku Penguji Luar Komisi yang telah
memberikan koreksi untuk penyempurnaan tesis penulis.
3. Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS atas saran dan koreksinya.
4. Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Pertanian dan Pangan Institut Pertanian Bogor.
5. Para staf pengajar Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan yang
dengan tulus mengajarkan ilmunya kepada penulis.
6. Teknisi beserta staf administrasi Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan
Pangan yang telah membantu penelitian dan administrasi studi penulis.
7. Almarhum kedua orang tua (Bapak Suroto dan Ibu Siti Fatimah) semoga
mendapat tempat yang mulia di sisi-Nya.
8. Istri tercinta dengan penuh kasih dan sayang (Nurhayati, S.TP, M.Si) yang
dengan doa dan alunan irama cintanya menjadikan penulis mampu
memelodikan bahtera hidup untuk senantiasa menggapai ridho Allah SWT.
9. Putri tersayang (Aisyah Putri Nur Rahmanto) yang telah memberi arti untuk
menjadikan penulis sebagai ayah agar senantiasa menggapai ridho Allah
SWT.
10. Keluarga besar Ibu Siti Fatimah (semua anak, cucu, cicit dan canggah dari
Mbah Taslim Ds. Pakah – Mantingan kab. Ngawi).
11. Keluarga Bapak Suroto dan adik-adikku sebapak (Hari Wibowo, Yayan Eko
Prasetyo, Diah Ayu Kusumaningsih dan Sony Muhammad Ali Bintang),
sahabat, rekan dan teman yang bersama mereka menjadikan kehidupan penuh
cerminan dalam keterbatasan.
Kesempurnaan merupakan hal yang amat didambakan, meskipun tidak
akan pernah tercapai karena Allah SWT sematalah yang merupakan Dzat Maha
Sempurna. Oleh karena itu adanya saran dari pembaca terhadap hasil penelitian
ini dengan senang hati akan penulis rekomendasikan pada penelitian lebih lanjut.
Dengan penuh harapan, semoga penelitian ini memberikan manfaat bagi pembaca
utamanya serta kemaslahatan umat.
Bogor, Agustus 2011
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Mantingan Kab. Ngawi Jawa Timur pada 19 Juli
1978 sebagai putra tunggal dari pernikahan Bapak Suroto dengan Ibu Siti
Fatimah. Penulis dibesarkan di Dsn. Ngudal Ds. Cepoko Kec. Ngrambe Kab.
Ngawi.
Jenjang pendidikan penulis dimulai dari TK Dharma Wanita Ngrambe
pada tahun 1982 - 1984, SD Negeri 1 Ngrambe pada tahun 1984 - 1990, SMP
Negeri 1 Ngrambe pada tahun 1990 - 1993, SMU Negeri 1 Ngrambe pada tahun
1993 - 1996. Penulis menempuh pendidikan sarjana di Universitas Jember melalui
jalur masuk PMDK pada Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
tahun 1996 -2001. Selama kuliah S1 penulis menjadi asisten praktikum pada
beberapa mata kuliah di antaranya yaitu Energi dan Eliktrifikasi Pertanian, Alat
dan Mesin Pertanian, Instrumentasi, Irigasi dan Drainase serta Satuan Operasi.
Setelah lulus S1 penulis bekerja wirausaha di bidang elektronika dan
perbengkelan.
Penulis menikah dengan Nurhayati, S.TP sejak 24 April 2005. Kemudian
pada Agustus 2009 penulis diterima sebagai mahasiswa S-2 pada Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan Sekolah Pascasarjana IPB.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ................................................................................................. 21
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ 23
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... 25
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
Latar Belakang .................................................................................................... 1
Tujuan ................................................................................................................. 2
Hipotesis.............................................................................................................. 3
Manfaat ............................................................................................................... 3
TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 5
Mekanisme Pengeringan ..................................................................................... 5
Psikometri dalam Pengeringan............................................................................ 5
Tekanan Uap dan Kelembaban relatif....................................................... 5
Pemanasan Udara dan Entalpi .................................................................. 6
Penentuan Kadar Air Bahan ................................................................................ 7
Efisiensi Pengeringan dan SMER ....................................................................... 7
Sumber Panas Pengering Mekanis ...................................................................... 8
Sistim Pendingin AC.......................................................................................... 8
Pemanfaatan Panas Kondensor AC untuk Pengeringan.................................... 10
Desain Sistim Pengering ................................................................................... 10
Kentang dan Chips Kentang.............................................................................. 11
Analisis Kelayakan Ekonomi Investasi................................................................. 12
METODOLOGI .................................................................................................... 13
Lokasi dan Waktu ............................................................................................. 13
Bahan dan Alat .................................................................................................. 13
Bahan ...................................................................................................... 13
Alat.......................................................................................................... 13
Tahapan Perancangan Alat Pengering .............................................................. 13
Pendekatan Rancangan...................................................................................... 15
Kriteria Rancangan............................................................................................ 15
Rancangan Fungsional dan Struktural .............................................................. 16
Analisis Teknik Rancang Bangun Alat Pengering............................................ 18
Analisis Potensi Panas Kondensor AC.............................................................. 19
Penentuan Dimensi Ruang Pengering .............................................................. 20
Pengujian Alat Pengering .................................................................................. 22
Pengujian Alat Pengering Tanpa Beban Pengeringan....................................... 22
Pengujian Alat Pengering dengan Beban Pengeringan Chip Kentang .............. 26
Parameter Pengukuran ....................................................................................... 27
Analisis Data dan Perhitungan .......................................................................... 27
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 31
Potensi Udara Panas dari Kondensor AC .......................................................... 31
Hasil Rancang Bangun Alat Pengering ............................................................. 32
Ruang dan Rak Pengering ................................................................................. 32
Penyalur Udara dari Kondensor ........................................................................ 34
Pintu dan Saluran Keluaran ............................................................................... 35
Pengatur Kecepatan Kipas Kondensor AC........................................................ 35
Alat Pengering dan Proses Perpindahan Panas.................................................. 36
Hasil Uji Kinerja Kondensor dan Alat Pengering ............................................. 37
Kipas Kondensor AC dan Kecepatan Aliran Udara .......................................... 37
Suhu Udara Kondensor dan Evaporator ............................................................ 39
Suhu Udara Ruang Pengering............................................................................ 41
Driving Force dan Penyerapan Uap Air oleh Udara Pengering........................ 44
Kadar Air Hasil pengeringan............................................................................ 45
Laju Pengeringan............................................................................................... 48
Penggunaan Energi Listrik Sistim Pendingin.................................................... 52
Energi dan Efisiensi Pengeringan...................................................................... 53
COP dan Kapasitas Pendinginan AC................................................................. 55
Estimasi Biaya Alat Pengering dan Kelayakannya ........................................... 57
KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 59
Kesimpulan........................................................................................................ 59
Saran .................................................................................................................. 59
DAFTAR PUSTAKA............................................................................................ 61
DAFTAR TABEL
1
Perlakuan pengujian kondisi kosong................................................................... 25
2
Rancangan pengujian alat untuk mengeringkan bahan...................................... 27
3
Hasil perhitungan penyerapan panas rata-rata oleh udara dari kondensor.......... 40
4
Suhu udara rata-rata di ruang pengering tanpa bahan yang dikeringkan ............ 43
5
Penurunan suhu udara rata-rata setelah melalui ruang pengering....................... 43
6
Kadar air bahan sebelum dan sesudah pengeringan............................................ 45
7
Suhu lingkungan dan penggunaan listrik oleh sistim pendingin pada
perlakuan tanpa beban pengeringan .................................................................... 52
8
Suhu lingkungan dan penggunaan energi listrik oleh sistim pendingin
selama pengeringan chips kentang...................................................................... 53
9
Energi dan efisiensi pengeringan ........................................................................ 54
10 Nilai SMER rata-rata selama pengeringan.......................................................... 55
11 Nilai COP pendinginan rata-rata selama pengeringan ......................................... 56
12 Biaya investasi pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan
chips kentang....................................................................................................... 57
13 Biaya operasional pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan
chips kentang....................................................................................................... 57
14 Analisis kelayakan pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan
chips kentang....................................................................................................... 58
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Psychrometric chart............................................................................................... 6
2
Mekanisme kerja mesin pendingin........................................................................ 9
3
Kesetimbangan massa dan energi dalam sistim pengering ................................. 10
4
Diagram alir tahapan rancang bangun alat pengering......................................... 15
5
Diagram alir analisis teknik perancangan alat pengering ................................... 19
6
Diagram alir pengujian alat pengering................................................................ 22
7
Posisi sensor thermocouple pada masing-masing rak......................................... 23
8
Posisi penempatan sensor suhu bola basah dan suhu bola kering....................... 24
9
Posisi penempatan sensor thermocouple pada rak pengering ............................. 24
10
Posisi pengukuran kecepatan aliran udara pada alat pengering .......................... 25
11
Psikrometri udara awal (A) dan sesudah melalui kondensor (B) serta titik
penyerapan uap air maksimal (C). ...................................................................... 31
12
Gambaran sederhana kondisi kantilever rangka rak pengering pada saat
diangkat di bagian tengah-tengah rak ............................................................... 33
13
Bagian utama ruang pengering tampak depan (a) dan tampak samping (b) ....... 34
14
Penyalur udara dari kondensor tampak depan (a) dan tampak samping (b) ....... 35
15
Rangkaian pengatur kecepatan motor kipas kondensor AC ............................... 35
16
Koneksi kumparan motor untuk putaran ccw (a) dan putaran cw (b) ................. 36
17
Alat pengering (a) dan diagram proses perpindahan panas pada sistim
pengering (b). ...................................................................................................... 37
18
Baling-baling kipas kondensor asli (a) dan kipas pengganti (b). ........................ 37
19
Kecepatan aliran udara dari kondensor yang melalui ruang pengering
pada perlakuan pengeringan chips kentang......................................................... 38
20
Suhu udara lingkungan, kondensor dan evaporator selama pengujian
dengan beban pengeringan. ................................................................................. 39
21
Grafik hubungan laju aliran udara kondensor dan kenaikan suhu udara
keluarannya.......................................................................................................... 40
22
Suhu udara rata-rata pada rak bagian depan dan suhu udara lingkungan ......... 41
23
Suhu udara rata-rata pada rak bagian tengah dan suhu udara lingkungan........... 42
24
Suhu udara rata-rata pada rak bagian belakang
dan suhu udara
lingkungan ........................................................................................................... 42
25
Driving force rata-rata selama pengujian pengeringan........................................ 44
26
Penyerapan uap air dari chips kentang oleh udara pengering. ............................ 44
27
Kadar air chips kentang sebelum dan sesudah pengeringan.............................. 46
28
Kadar air chips kentang pada pengeringan dengan perlakuan kipas
kecepatan tinggi tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak . ............... 47
29
Kadar air chips kentang selama pengeringan dengan perlakuan kipas
kecepatan rendah tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak................ 47
30
Kadar air bahan selama pengeringan pada perlakuan kipas pengganti
tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak ............................................. 48
31
Laju pengeringan chips kentang pada aliran udara kondensor kecepatan
tinggi tanpa pembalikan rak dan dengan pembalikan rak .................................. 49
32
Laju pengeringan pada aliran udara kondensor kecepatan rendah tanpa
pembalikan rak dan dengan pembalikan rak. ...................................................... 50
33
Laju pengeringan pada perlakuan kipas pengganti tanpa pembalikan rak
dan dengan pembalikan rak ................................................................................. 50
34
Grafik suhu rata-rata keluaran kondensor selama pengeringan........................... 51
35
Grafik suhu rata-rata lingkungan selama pengeringan. ....................................... 52
36
Nilai SMER selama pengeringan. ....................................................................... 55
37
Kinerja pendinginan pendingin AC selama pengujian ........................................ 56
DAFTAR LAMPIRAN
1
Kecepatan udara dalam ruang pengering ............................................................. 63
2
Data kenaikan suhu udara setelah melewati kondensor pada beberapa
perlakuan laju udara ............................................................................................. 63
3
Suhu udara rata-rata pada rak bagian depan ........................................................ 63
4
Suhu udara rata-rata pada rak bagian tengah ....................................................... 63
5
Suhu udara rata-rata pada rak bagian belakang .................................................... 64
6
Data suhu rata-rata selama pengeringan .............................................................. 64
7
Data suhu Lingkungan rata-rata dari waktu ke waktu selama pengeringan ......... 64
8
Data suhu udara kondensor rata-rata dari waktu ke waktu selama
pengeringan .......................................................................................................... 65
9
Laju pengeringan chips kentang .......................................................................... 65
10 Penyerapan uap air rata-rata oleh udara pengering .............................................. 66
11 Kadar air selama pengeringan tanpa pembalikan rak .......................................... 66
12 Kadar air selama pengeringan dengan pembalikan rak ........................................ 67
13 Driving force selama pengujian pengeringan chips kentang ................................ 67
14 Gambar teknik alat pengering ............................................................................... 69
15 Foto kondensor AC koshima 1 hp dan alat pengering hasil rancangan ................ 71
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pengeringan merupakan suatu metode pengawetan pangan yang paling tua
dengan tujuan menurunkan kadar air bahan sehingga aktivitas air menurun (Singh
& Heldman 2009). Pengeringan yang paling banyak digunakan adalah secara
konvensional dengan menggunakan sinar matahari. Cara ini sangat murah dan
mudah, akan tetapi sulit terkontrol, sangat tergantung dengan cuaca, memerlukan
tempat yang luas dan waktu yang lama serta kurang terjaga kebersihannya
(Mujumdar 2006; Simson & Straus 2010).
Pengeringan dengan alat pengering mekanis membutuhkan waktu yang
lebih singkat dari pengeringan konvensional. Pengering mekanis memerlukan
sumber panas buatan yang berasal dari bahan bakar biomassa, bahan bakar
minyak dan gas, elemen pemanas tenaga listrik maupun penggunaan limbah panas
(Araullo 1976; Heldman & Lund 2007; Smith 2010). Salah satu limbah panas
yang berpotensi sebagai sumber panas untuk alat pengering mekanis adalah panas
keluaran dari kondensor AC (air conditioner).
Pada AC tipe split, udara yang digunakan untuk membawa panas dari
kondensor AC bisa meningkat sekitar 10oC dari suhu lingkungan dengan suhu
keluaran sekitar 36 – 46oC. Selain itu AC biasanya beroperasi dalam jangka waktu
yang cukup lama yaitu sekitar lebih dari 4 jam setiap hari. Kondisi udara keluaran
kondensor AC tersebut berpotensi untuk digunakan sebagai energi pengeringan.
Pemanfaatan udara panas tersebut diantaranya pernah diteliti untuk pengeringan
baju (Suntivarakorn et al. 2009; Mahlia et al. 2009).
Besarnya energi panas yang dihasilkan oleh kondensor AC bisa mencapai
3 sampai 4 kali dari energi listrik yang digunakannya. Kondensor AC 1 hp bisa
mengeluarkan energi panas lebih dari 9000 BTU/jam atau lebih dari 2.64 kJ/detik.
Hal itu berdasarkan kapasitas pendinginan secara umum untuk AC dengan daya 1
hp, sedangkan energi panas yang dilepaskan kondensor sebesar energi panas yang
diserap evaporator ditambah energi dari kerja kompresor. (Trott & Welch 2000).
Mengingat potensi panas kondensor AC cukup besar, perlu adanya
penelitian pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan bahan pangan
2
dan hasil pertania. Salah satu produk hasil pertanian yang memerlukan proses
pengeringan adalah chips kentang untuk keperluan pembuatan keripik ataupun
untuk pembuatan tepung kentang. Kentang yang telah dikupas dipotong-potong
terlebih dahulu kemudian diblansing dan dikeringkan dengan udara panas.
Penelitian dalam skala kecil dengan kondensor 1 hp dapat menjadi salah
satu kajian pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan bahan pangan.
Pemanfaatan potensi energi ini diharapkan dapat menjadi energi alternatif dalam
proses pengeringan bahan pangan dan mengurangi efek pemanasan global,
sedangkan AC tetap dapat berfungsi untuk mendinginkan ruangan tanpa
terganggu kinerjanya. Pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan di
waktu yang akan datang diharapkan dapat diaplikasikan untuk skala yang lebih
besar, sebagai contoh AC central kebutuhan dayanya diatas 10 hp, kebutuhan
daya yang lebih besar akan menghasilkan energi panas yang lebih besar juga.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini antara lain yaitu:
1. Merancang alat pengering dengan memanfaatkan sumber panas keluaran
kondensor AC ruangan 1 hp untuk pengeringan bahan hasil pertanian
(kentang).
2. Menganalisis pengaruh kecepatan udara dari kipas kondensor AC terhadap
suhu yang dihasilkan kondensor dan pengaruhnya terhadap kapasitas
pendinginan AC.
3. Menghitung efisiensi alat pengering hasil rancangan dan kadar air hasil
pengeringan (chips kentang).
4. Melakukan analisis ekonomi alat pengering dan kelayakannya sebagai alat
pengering kentang.
3
Hipotesis
Hipotesis dari penelitian ini yaitu:
1. Panas keluaran kondensor AC (air conditioner) dapat digunakan sebagai
sumber panas untuk proses pengeringan bahan hasil pertanian (kentang).
2. Kecepatan udara dari kipas kondensor AC dapat mempengaruhi suhu keluaran
kondensor dan kapasitas pendinginan AC.
3. Alat pengering hasil rancangan mempunyai efisiensi pengeringan yang tinggi.
4. Alat pengering hasil rancangan layak untuk aplikasikan sebagai alat pengering
hasil pertanian.
Manfaat
Rancang bangun alat pengering ini diharapkan dapat memanfaatkan energi
panas keluaran dari kondensor AC sebagai sumber energi dalam proses
pengeringan. Alat pengering yang dihasilkan dapat diaplikasikan untuk proses
pengeringan terutama bahan hasil pertanian sehingga mengoptimalkan energi
panas terbuang dari AC seiring dengan meningkatnya penggunaan AC akibat efek
pemanasan global yang cenderung meningkatkan suhu lingkungan.
TINJAUAN PUSTAKA
Mekanisme Pengeringan
Udara panas dihembuskan pada permukaan bahan yang basah, panas akan
berpindah ke permukaan bahan, dan panas laten penguapan akan menyebabkan
kandungan air bahan teruapkan. Uap air akan berdifusi melalui lapisan udara
sekeliling dan akan terbawa bersama pergerakan udara pengering. Proses ini
terjadi karena tekanan uap air di udara lebih rendah dibandingkan dengan tekan
uap air pada permukaan bahan. Perbedaan tekanan ini menghasilkan gaya untuk
memindahkan kandungan air dari dalam bahan. Karakteristik dari udara pengering
yang diperlukan untuk keberhasilan pengeringan yaitu: suhu yang tinggi,
kelembaban relatif yang rendah dan kecepatan udara yang tinggi (Hui 1992).
Driving
force
merupakan
perbedaan
kelembaban
mutlak
pada
kesetimbangan dengan permukaan bahan yang dikeringkan dan udara pengering.
Adanya driving force ini yang yang menyebabkan pengeringan dapat berjalan.
Driving force dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:
D f = Y s – Y a ........................................................................................ (1)
D f adalah driving force (kg/kg udara kering), Y s adalah kelembaban
mutlak kondisi jenuh pada suhu permukaan bahan (kg/kg udara kering) dan Y a
adalah kelembaban mutlak udara pengering (kg/kg udara kering).
Laju pengeringan biasanya meningkat di awal pengeringan kemudian
konstan dan selanjutnya semakin menurun seiring berjalannya waktu dan
berkurangnya kandungan air pada bahan yang dikeringkan. Laju pengeringan
merupakan jumlah kandungan air bahan yang diuapkan tiap satuan berat kering
bahan dan tiap satuan waktu (Earle 1983; Mujumdar 2006).
Psikometri dalam Pengeringan
Tekanan Uap dan Kelembaban relatif
Tekanan uap air adalah tekanan parsial dari moleku-molekul uap air dalam
udara lembab. Apabila udara sepenuhnya dijenuhi oleh uap air, maka tekanan uap
tersebut dinamakan tekanan uap jenuh (Sherwin 1996).
Kelembaban relatif adalah perbandingan fraksi mol (tekanan uap) uap air
dalam udara dengan fraksi mol (tekanan uap) uap air dalam udara jenuh pada suhu
6
yang sama dan tekanan atmosfir. Kelembaban relatif ditunjukan dalam desimal
atau bila dikalikan seratus dalam persen. Kelembaban spesifik (mutlak) adalah
massa uap air yang terdapat dalam setiap satuan massa udara kering dari
campuran udara dan uap air. Kelembaban spesifik udara biasanya tetap selama
tidak ada penambahan maupun pengurangan kandungan uap air dalam udara
(Brooker et al. 1992).
Pemanasan Udara dan Entalpi
Terjadinya pemanasan udara ditandai dengan naiknya suhu udara. Pada
keadaan ini kelembaban mutlak udara konstan. Akan tetapi bila dilihat pada
psychrometric chart, suhu udara bergerak ke kanan yang menyebabkan turunnya
kelembaban relatif (Gambar 1).
Gambar 1 Psychrometric chart
Entalpi adalah kandungan panas dalam udara yang dinyatakan dalam kJ/kg
udara kering. Volume dari 1 kg udara kering bersama uap air yang terkandung di
dalamnya dinamakan volume spesifik udara. Satuan yang digunakan adalah
m3/kg udara kering (Sherwin 1996; Singh 2009).
7
Penentuan Kadar Air Bahan
Kadar air bahan dapat ditentukan secara langsung dengan metode oven
dengan cara sebagai berikut: cawan kosong dikeringkan dalam oven selama 15
menit, lalu didinginkan dalam desikator, dan ditimbang. Sampel ditimbang dalam
cawan yang telah diketahui bobot kosongnya, lalu dikeringkan dalam oven
pengering suhu 105ºC selama 6 jam. Cawan dan isinya didinginkan dalam
desikator, lalu ditimbang. Pengeringan dilakukan hingga diperoleh berat konstan.
Kadar air dihitung berdasarkan kehilangan berat yaitu selisih berat awal sampel
sebelum dikeringkan dengan berat akhir setelah dikeringkan.
Kadar air (% bk) =
w2 − w1
100% ........................................................ (2)
w2
Kadar air (% bb) =
w2 − w1
100% ........................................................ (3)
w1
w 1 adalah berat sampel sebelum dikeringkan (g), w 2 adalah berat sampel setelah
dikeringkan (g) (AOAC 1995).
Efisiensi Pengeringan dan SMER
Efisiensi pengeringan merupakan perbandingan antara energi yang
digunakan untuk menguapkan kandungan air bahan dengan energi untuk
memanaskan udara pengering. Efisiensi pengeringan biasanya dinyatakan dalam
persen. Efisiensi pengeringan merupakan salah satu parameter dari kinerja alat
pengering, semakin tinggi nilai efisiensi maka alat pengering tersebut semakin
baik. Perhitungan efisiensi pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan
persamaan berikut ini :
η=
Qp
100% ........................................................................................ (4)
Q
η adalah efisiensi pengeringan (%), Qp adalah energi yang digunakan untuk
pengeringan (kJ), Q
adalah energi untuk memanaskan udara pengering (kJ)(Taib
et al. 1987).
Nilai laju ekstraksi air spesifik atau specific moisture extraction rate
(SMER) merupakan perbandingan jumlah air yang dapat diuapkan dari bahan
dengan energi listrik yang digunakan tiap jam yang dinyatakan dengan kg/kWh.
Perhitungan nilai SMER menggunakan persamaan berikut ini.
8
SMER =
MER
.................................................................................... (5)
We
MER adalah kandungan air yang diuapkan (kg) dan W e adalah energi listrik
(kWh).
Sumber Panas Pengering Mekanis
Proses pengeringan bahan hasil pertanian dapat menggunakan beberapa
sumber panas. Pengering mekanis memerlukan sumber energi panas yang
biasanya berasal dari uap panas, udara panas ataupun pembakaran langsung bahan
bakar (Heldman & Lund 2007; Smith 2010). Jumlah panas yang dihasilkan tiap
satuan berat bahan bakar disebut sebagai panas pembakaran (Richey 1961).
Pengering yang lain menggunakan energi listrik untuk memanaskan elemen
pemanas serta menggerakan blower yang mengalirkan udara pengering. Elemen
pemanas biasanya berupa kumparan kawat tahan panas dengan hambatan jenis
kawat yang cukup besar dan dapat dialiri listrik. Aliran udara setelah melalui
elemen pemanas digunakan untuk proses pengeringan (Araullo 1976).
Sistim Pendingin AC
AC adalah alat pendingin ruangan dengan sistem terkendali menggunakan
fluida kerja (refrigerant) yang menyerap panas dari dalam ruangan dan
mengeluarkannya ke luar ruangan. Refrigerant mengalir dari tangki penampung
masuk ke dalam evaporator melalui sebuah katup ekspansi. Di dalam evaporator,
refrigerant cair dipaksa menguap dengan cara menurunkan tekanannya
menggunakan kompresor. Uap refrigerant yang terhisap oleh kompresor
kemudian dimanpatkan dan masuk kedalam kondensor untuk diembunkan
(didinginkan) oleh udara di luar ruangan. Refrigerant yang kembali menjadi cair
ditampung kembali dalam tangki penampung untuk kemudian diuapkan kembali
ke dalam evaporator. Siklus tersebut berjalan berulang-ulang sehingga dapat
mendinginkan ruangan. Siklus dalam sistem kerja mesin AC dapat dilihat seperti
pada Gambar 2.
9
Q2
Kondensor
Katup
expansi
Evaporator
Kompresor
Q1
Gambar 2 Mekanisme kerja mesin pendingin
Kondensor berfungsi untuk melepaskan kalor uap refrigerant tersebut ke
sekelilingnya. Kondensor adalah alat untuk membuat kondensasi refrigerant dari
kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Refrigerant di dalam kondensor
dapat mengeluarkan kalor yang diserap dari evaporator dan panas yang
ditambahkan oleh kompresor. Kondensor membuang kalor dan mengubah wujud
refrigerant dari gas menjadi cair. Kondensor diletakkan antara kompresor dan alat
pengatur refrigerant yaitu pada sisi tekanan tinggi dari sistem. Kondensor
ditempatkan di luar ruangan yang sedang didinginkan agar dapat membuang
panasnya ke lingkungan di luar ruangan.
Untuk memperbesar perpindahan kalor, maka pada konstruksi pipa-pipa
penukar panas diberi sirip sirip (fins). Selain untuk memperluas permuakaan pipa,
sirip-sirip ini juga berfungsi untuk menambah kekuatan konstruksi dari kondensor
karena refrigerant meninggalkan kompresor dalam bentuk uap yang bertekanan
tinggi dan bersuhu tinggi (Tim Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta
2003).
Jumlah panas yang dapat diserap dari lingkungan sekitar/ruangan dingin
oleh refrigerant di dalam evaporator, maupun jumlah panas yang dapat dilepas/
dikeluarkan oleh refrigerant ke lingkungan sekitar/ruangan panas di dalam
kondensor sangat tergantung pada efektifitas kerja evaporator serta kondensor
yang merupakan unit-unit penukar kalor (heat exchanger) (Sugiyatno et al. 2004)
Koefisien prestasi pendinginan (COP) akan meningkat seiring dengan
meningkatnya kecepatan udara pendingin pada kondensor. Kecepatan udara akan
terus meningkat sehingga mencapai optimal pada kondisi tertentu yang
selanjutnya kenaikan kecepatan udara tidak memberikan banyak pengaruh
terhadap koefisien prestasi pendinginan mesin pendingin (Effendi 2005).
10
Pemanfaatan Panas Kondensor AC untuk Pengeringan
Selama ini panas dari kondensor AC terbuang belum termanfaatkan secara
optimal. Suntivarakon et al. (2009) telah meneliti tentang pemanfaatan panas
kondensor AC untuk pengeringan baju dengan laju pengeringan 1.1 kg/jam tanpa
kipas tambahan dan 2.26 kg/jam dengan kipas tambahan. Potensi panas keluaran
dari kondensor AC yang digunakan sebesar 12648 BTU/jam atau setara dengan
3.71 kJ/detik.
Mahlia et al. (2009) melaporkan penelitian pengeringan baju dengan
menggunakan kondensor AC tipe split berkapasitas 10000BTU/jam. Laju
pengeringan yang dihasilkan sebesar 0.56 – 0.75 kg/jam dengan nilai specific
moisture extraction rate (SMER) 0.1809 - 0.2205 kg/kWh. SMER merupakan
perbandingan dari kandungan air yang dapat diuapkan dengan energi listrik yang
digunakannya.
Desain Sistim Pengering
Desain suatu sistim pengering melibatkan beberapa hal yang perlu
diperhatikan. Faktor-faktor yang mempunyai pengaruh langsung terhadap
kapasitas sistim pengering yaitu jumlah dan karakteristik udara yang diperlukan
untuk pengeringan serta lama waktu pengeringan yang diperlukan untuk masingmasing jenis produk yang akan dikeringkan. Faktor-faktor tersebut memerlukan
beberapa analisis pendekatan di antaranya yaitu kesetimbangan massa dan
kesetimbangan energi.
Penerapan kesetimbangan massa dan energi pada keseluruhan sistim
pengering diilustrasikan seperti pada Gambar 3 dengan melibatkan beberapa
parameter yang mempengaruhi desain sistim pengering. Analisis yang
diilustrasikan tersebut digunakan untuk sistem countercurrent dan melalui suatu
pendekatan yang sama juga dapat diterapkan untuk sistim yang lain.
ma , Ta2 , ω2
Tp2 , W 2
Udara
Ta1 , ω 1
Produk
Mp , Tp1 , W 1
Gambar 3 Kesetimbangan massa dan energi dalam sistim pengering
11
Suatu kesetimbangan air yang masuk dan keluar dari sistim pengering
dapat dirumuskan sebagai berikut ini.
m a ω 2 + m p W 1 = m a ω 1 + m p W 2 .............................................. (6)
m a adalah laju aliran udara ( kg udara kering/jam), m p adalah laju aliran produk
(kg padatan kering/jam), ω adalah kelembaban mutlak (kg air/kg udara kering)
dan W adalah kandungan air produk basis kering (kg air/kg padatan kering)
Kesetimbangan energi dalam sistim pengering dapat dijelaskan dengan
hubungan berikut ini.
m a H a2 + m p H p1 = m a H a1 + m p H p2 + qL .............................................. (7)
qL adalah energi panas yang hilang dari sistim pengering, Ha adalah kandungan
energi panas udara atau entalpi udara (kJ/kg udara kering), Hp adalah kandungan
energi panas dari produk (kJ/kg produk kering)
Berdasarkan persamaan diatas dapat digunakan untuk menentukan jumlah
udara yang diperlukan selama pengeringan, jumlah produk yang dapat
dikeringkan dan karakteristik udara keluaran jika faktor-faktor yang lain juga
diketahui (Singh & Heldman 2009).
Kentang dan Chips Kentang
Kentang
(Solanum
tuberosum
L.)
dapat
tumbuh
dan
banyak
dibudidayakan lebih dari 100 negara di dunia sebagai salah satu bahan pangan
utama. Kentang merupakan bahan yang penting bagi industri pangan. Kondisi
pertumbuhan,
sifat
genetik,
umur dan
penaganan
pasca panen
dapat
mempengaruhi kualitas kentang (Singh & Kaur 2009).
Proses pembuatan chips kentang dilakukan melalui proses pengupasan,
pemotongan, blansing dan pengeringan. Kentang dapat dikupas dengan
menggunakan panas, kimiawi maupun secara mekanis. Kentang yang telah
dikupas dipotong-potong terlebih dahulu sebelum dilakukan blansing. Setelah itu
potongan kentang diblansing dengan uap atau air panas pada suhu 93 – 100oC.
Blansing akan menginaktifasi enzim dan mengurangi kontaminasi mikroba.
Setelah blansing, kentang dikeringkan dengan alat pengering seperti kabinet,
tunel, maupun conveyor dryer dengan suhu udara lebih dari 55oC (Mujumdar
2006).
12
Analisis Kelayakan Ekonomi Investasi
Analisis kelayakan ekonomi suatu investasi dapat dilakukan dengan cara
diantaranya dengan menghitung nilai net present value (NPV) dan benefit cost
ratio (BCR). NPV adalah nilai sekarang bersih dan BCR adalah perbandingan
total nilai sekarang penerimaan dengan nilai sekarang pengeluaran. Persamaan
yang digunakan adalah sebagai berikut:
P = F (P/F,i,n) dengan faktor bunga
1
...................................... (8)
(1 + i) n
NPV = Σ Nilai P
pengeluaran
penerimaan
- Σ Nilai P
..................................... (9)
Bila nilai NPV lebih dari nol berarti layak.
BCR = (Σ Nilai P
penerimaan )
/ (Σ Nilai P
pengeluaran )
.............................. (10)
Bila nilai BCR lebih dari satu berarti layak
P adalah nilai sekarang (Rp), i adalah faktor bunga dalam desimal dan n adalah
lama kegiatan (tahun) (Humphreys 1991; Kastaman 2006).
METODOLOGI
Lokasi dan Waktu
Desain dan pembuatan alat pengering dilakukan di Laboratorium
Lapangan Siswadi Supardjo. Pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Energi
Terbarukan Departemen Tenik Mesin dan Biosistem FATETA IPB pada bulan
Januari 2011 – Mei 2011.
Bahan dan Alat
Bahan
Bahan yang digunakan untuk membuat alat pengering di antaranya yaitu
kayu lapis dengan tebal 18 mm, aluminium strip 12 mm, aluminium profil L 13
mm, aluminium lembaran tebal 0.3 mm, kawat net aluminium, sekrup, baut, paku,
blind rivet, lem kayu dan baling-baling kipas standing fan. Bahan yang digunakan
untuk uji kinerja alat pengering adalah kentang varietas Granola yang diiris dalam
bentuk chips dengan ketebalan 2.5 mm dan diblansing selama 3 – 4 menit dengan
air panas.
Alat
Alat yang digunakan untuk pembuatan alat pengering adalah gergaji, palu,
meteran, pasah kayu, gunting logam, tang, spidol, obeng, tang rivet, bor listrik,
jangka sorong dan AC 1 hp (merk Koshima KA10T1 dengan kapasitas
pendinginan 9000 BTU/jam dan kebutuhan daya listrik 0.9 kW). Alat yang
digunakan untuk uji kinerja adalah data loger, thermocouple tipe T, anemometer,
timbangan digital, watt meter, flash drive, komputer, pengatur kecepatan motor
kipas, oven, pisau, kompor gas, panci dan pemotong keripik.
Tahapan Perancangan Alat Pengering
Gagasan Awal
Gagasan awal rancang bangun alat pengering bermula dari banyaknya
pemakaian AC untuk keperluan perkantoran, rumah tangga dan bisnis.
Berdasarkan hasil pengamatan, kondensor AC mengeluarkan panas yang dilepas
ke lingkungan tanpa pemanfaatan. Oleh karena itu dilakukan pengukuran suhu
keluaran kondensor pada beberapa AC ruangan. Suhu keluaran kondensor AC
sekitar 36 – 46oC. Nilai kisaran suhu tersebut berpotensi untuk dimanfaatkan
14
sebagai energi pengeringan bahan pangan maupun produk pertanian tanpa
mengganggu kapasitas pendinginan dari AC tersebut.
Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan
Pengembangan dan penyempurnaan gagasan dilaksanakan dengan
melakukan penelitian pendahuluan pengeringan chips kentang menggunakan rak
pengering dari aluminium profil L 13 mm dengan kawat net aluminium berukuran
30 × 30 cm. Rak pengering diletakkan di depan kondensor AC 1 hp dengan suhu
keluaran sekitar 42oC pada suhu lingkungan 30oC. Pengeringan berlangsung
selama 2.5 jam mampu menurunkan kadar air chips kentang dari 85.44% bb
menjadi 10.05% bb. Berat bahan awal 130.21 g dan berat akhir 21.07 g. Laju
penguapan kandungan air rata-rata pada 30 menit pertama 1.792 g/menit dan di
akhir pengeringan 0.022 g/menit. Rancang bangun alat pengering dilakukan
berdasarkan hasil penelitian pendahuluan.
Analisis Rancangan
Analisis rancangan alat pengering yang dilakukan meliputi karakteristik
potensi udara keluaran dari kondensor AC, laju aliran udara, jumlah bahan yang
akan dikeringkan, luasan rak pengering, ukuran ruang pengering, saluran udara ke
ruang pengering. Perencanaan bahan-bahan untuk pembuatan alat pengering
menggunakan bahan-bahan yang tersedia di pasaran. Pengukuran dilakukan
terhadap suhu dan RH udara keluaran kondensor AC dan udara lingkungan, laju
aliran udara dan diameter saluran udara keluaran kondensor AC. Data hasil
pengukuran tersebut diperlukan pada perancangan/desain alat pengering yang
akan dibuat.
Pembuatan Alat Pengering
Pembuatan alat pengering dilakukan untuk mewujudkan hasil rancangan
alat pengering ke dalam bentuk nyata berupa alat pengering. Pembuatan alat
pengering diawali dengan penyiapan bahan dan alat, dilanjutkan dengan
pengerjaan bahan yang meliputi pemotongan dan perangkaian bahan hingga
menjadi alat pengering. Diagram alir rancang bangun alat pengering dapat dilihat
pada Gambar 4.
15
Pendekatan Rancangan
Kriteria Rancangan
Perancangan alat pengering ini bertujuan untuk menurunkan kadar air
bahan pangan yang dalam penelitian ini digunakan chips kentang sehingga dapat
meningkatkan daya simpan dan mempermudah proses selanjutnya dengan
memanfaatkan panas keluaran kondensor AC. Kadar air chips kentang sekitar
85% basis basah diturunkan melalui pengeringan dengan alat pengering hasil
rancangan hingga mencapai kadar air sekitar ≤14% basis basah.
Alat pengering tersebut menyalurkan panas keluaran kondensor AC ke
dalam ruang pengering dan diharapkan dapat memanaskan ruangan, rak pengering
serta bahan yang dikeringkan kemudian membawa kandungan uap air dari bahan
yang dikeringkan ke lingkungan melalui saluran keluaran. Kapasitas rak
pengering ditargetkan mempunyai luasan total lebih dari 5 m2. Luasan rak
pengering tersebut dianalisis berdasarkan ketersediaan energi panas dari
kondensor AC, suhu dan aliran udara.
Mulai
Gagasan awal
Pengembangan dan
penyempurnaan gagasan
Analisis rancangan
Tidak
Sesuai?
Ya
Hasil rancangan
Penyiapan alat dan
bahan untuk pembuatan
alat pengering
Pembuatan alat pengering
Alat pengering
Selesai
Gambar 4 Diagram alir tahapan rancang bangun alat pengering
16
Rancangan Fungsional dan Struktural
Alat pengering tersebut berfungsi untuk mengeringkan bahan pangan yang
dalam pengujiannya menggunakan chips kentang hingga kadar air tertentu (≤14%
basis basah). Fungsi-fungsi komponen utama alat pengering diperlukan untuk
menunjang alat pengering tersebut dapat bekerja dengan baik .
Penentuan bentuk dan dimensi struktur alat pengering dilakukan
berdasarkan ukuran saluran udara kipas kondensor AC, potensi panas kondensor
AC dan jumlah bahan yang akan dikeringkan. Penentuan dimensi tersebut
bertujuan memudahkan penyaluran udara ke ruang pengering, sehingga
diharapkan udara yang masuk ke ruang pengeringan dapat termanfaatkan untuk
pengeringan.
Alat pengering yang dirancang berupa pengering tipe rak dengan tujuh
buah rak yang terbuat dari bahan aluminium. Rak pengering dibuat berbentuk
persegi panjang. Secara umum, alat pengering ini terdiri dari bagian utama, yaitu:
sumber panas, kipas kondensor, penyalur udara, ruang pengering, rak pengering,
pintu dan saluran keluaran serta pengatur kecepatan kipas kondensor.
Sumber panas pengeringan
Pengeringan memerlukan energi panas untuk menaikkan suhu udara
sehingga kelembaban relatif udara turun dan meningkatkan potensinya untuk
menguapkan serta membawa kandungan air dari bahan yang dikeringkan. Sumber
panas yang digunakan oleh alat