Uji Unjuk Kerja Mesin Pengering Tipe Efek Rumah Kaca (Erk) Berenergi Surya Dan Biomassa Untuk Pengeringan Biji Pala (Myristica Sp.) Di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor

(1)

UJI UNJUK KERJA MESIN PENGERING TIPE EFEK

RUMAH KACA (ERK) BERENERGI SURYA DAN BIOMASSA

UNTUK PENGERINGAN BIJI PALA

(Myristica sp.)

DI UD. SARI AWI, CIHERANG PONDOK, CARINGIN,

BOGOR

Oleh :

AJI WIJAYA

F01400047

2007

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

(2)

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

UJI UNJUK KERJA MESIN PENGERING TIPE EFEK RUMAH KACA (ERK) BERENERGI SURYA DAN BIOMASSA

UNTUK PENGERINGAN BIJI PALA (Myristica sp.)

DI UD. SARI AWI, CIHERANG PONDOK, CARINGIN, BOGOR

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

AJI WIJAYA

F01400047

Tanggal Lulus : November 2007

Bogor, November 2007 Disetujui oleh:

Ir. Sri Endah Agustina, MS Pembimbing Akademik

(3)

KATA PENGANTAR

Segala puji hanya bagi Allah  yang telah berfirman:

#Zô£ç„Îô£ãèø9$# ¨βÎ) #·ô£ç„ Îô£ãèø9$# ¨βÎ*sù ∩∉∪ yìtΒ ∩∈∪ yìtΒ 

“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.”

(QS. Alam Nasyrah [94]: 5-6)

Shalawat dan salam disampaikan kepada Rasulullah Muhammad , kepada keluarganya, para shahabatnya, dan orang-orang yang beriman, mengikuti serta istiqomah terhadap risalahnya. Beliau  bersabda:

ŽÉfljž’flmüÐflãžåčßflëŽÉfl’ž‚flíüđkÜÓžåčßflëŽÉÐžäflíüáÜčÇžåčßÙčiŽ‡ìŽÇcóğãgŞáŽèÜÛa bflèÛŽlbflvflnžŽíüđñflìžÇfl…žåčßflë

« »

“Ya Allah, aku berlindung dari: ilmu yang tidak bermanfaat, hati yang tidak khusyu’, jiwa yang tidak pernah puas, dan doa yang tidak terkabulkan.” (HR. Muslim)

Skripsi hasil penelitian berjudul Uji Unjuk Kerja Mesin Pengering Tipe Efek Rumah Kaca (ERK) Berenergi Surya Dan Biomassa Untuk Pengeringan Biji Pala (Myristica sp.) Di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor ini merupakan tugas akhir untuk memperoleh gelar sarjana di Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Perjuangan yang cukup panjang, memakan waktu maksimal pendidikan sarjana (7 tahun) di IPB.

Memang tidak seluruh waktu itu optimal untuk fokus menyelesaikan kuliah. Tapi, penulis bersyukur bisa memetik hikmah dan ibrah dari lika-liku perjalanan hidup selama menempuh kuliah ini. Semoga bisa menjadi bagian yang memperkaya khasanah pengetahuan dan kematangan berpikir, kedewasaan bertindak, dan kebijaksanaan dalam menapaki kehidupan bagi penulis. Sehingga kelulusan yang sempat tertunda ini bisa membukakan pintu-pintu amal shalih yang bermanfaat bagi kehidupan diri penulis di dunia dan akhirat. Serta, bisa membukakan pintu-pintu dakwah di tengah umat agar mereka bisa menikmati manfaat ilmu tersebut.

Penulis teringat dengan perkataan Syaikh Taqiyuddin an-Nabahani (rähimahullah), yang mengatakan: “Pemikiran akan tetap menjadi informasi mati selama belum diterapkan. Jika demikian halnya, maka berbagai informasi itu tidak ada bedanya dengan catatan-catatan yang ada di dalam buku-buku dan otak manusia”.

Akhirnya, penulis patut menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar–besarnya kepada :

1. Kedua orang tua penulis, khususnya ibunda yang telah melahirkan penulis ke dunia ini. Penulis hanya bisa berterima kasih seraya berdoa kepada Allah  semoga seluruh pengorbanan mereka diterima di sisi-Nya dengan sebaik-baik penerimaan. 2. Ibu Ir. Sri Endah Agustina, MS sebagai pihak yang memiliki andil besar bagi

(4)

3. Bapak Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr dan Bapak Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si sebagai dosen penguji yang memberikan perbaikan skripsi ini.

4. Ibu Dr. Ir. Diah Wulandani, M.Si atas konsultasi dan masukan yang turut diberikan. 5. Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah, MSA selaku Kepala Laboratorium Energi &

Elektrifikasi Pertanian atas bantuan sebagian dana hibah untuk penelitian penulis. 6. Keluarga Mbak Muf dan Mas Tris, yang telah turut andil berkorban dan menjadi

rumah kedua bagi penulis. Untuk kedua adikku, Ipung dan Zami, atas sokongan kepercayaannya. Serta kedua keponakanku, Mas Mukti dan “Si Cantik” Zakiyah. 7. Istriku tercinta, Yulida ‘Fairuz’ Hasanah dan keluarga di Jember: Bapak Baidlowi &

Ibu Sumarni, Mas Yus – Mbak Mer & Hanna, Mbak Yuni dan De’ Imah.

8. Pak Dullah sekeluarga, serta ‘ujang-ujang’ di UD. Sari Awi yang menyediakan tempat dan membantu penelitian penulis.

9. Bapak Ir. Drajat, MS atas kesempatan berdiskusi tentang pala, dan redaksi AgroMedia Pustaka yang memberikan arsip foto-foto tentang pala dari buku “Meraup Laba Dari Pala”.

10.Staf di lingkungan Fateta yang membantu administrasi – akademik penulis: Staf administrasi akademik dekanat Fateta (Bu Ratna, dkk.), Staf UPT AK Dept. TEP (Bu Mar, Bu Ros, Mas Nandang, dkk.), Staf Lab. Energi & Elektrifikasi (Pak Harto, Mas Firman & Mas Darma), Staf Lab. Bangunan Pertanian (Pak Chusnul Arif, S.Tp & Pak Ahmad), staf UPT Pusat Informasi Teknologi Pertanian (Pak Agus, dkk.), dan “juru kunci” Fateta Pak Kasman & Pak Hendi.

11.Seluruh ikhwah fil Islam wa da’wah li isti’nafil hayatil Islamiyyah (HTI, Gema Pembebasan, BKLDK, dan seluruh jaringannya), khususnya DPC HTI Darmaga Kampus. Doakan semoga penulis istiqomah & semakin giat berjuang, Allahu Akbar!!!!

12.Pihak-pihak yang telah meminjamkan fasilitas dan membantu untuk kelulusan penulis: Mas Elvin Gunawan, S.Hut; De’ Hafinnudin; De’ Slamet W., S.Tp; Budina Eka, S.Kh; De’ Fanani; De’ Tri P., S.P; De’ Dwi C., S.Tp; ‘Ajo’ Suharjo; Mas Aris; Lucki M., S.Pi; Ust. Setyanto, S.Pi; “My Best Frends”: Harun K. – Amir M. – Casdimin Abu Nafidz, S.P; Ust. Ir. H. Syamsuddin Abu Faqih, M.Si; Ust. Taufik, NT; Uda Hendri Abu Syifa; Crew Melati/Yasmin (Fotokopi & Computer-Internet Rental) dan lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Jazâkumullah khoiron katsîron.

Cukuplah Allah  yang tahu, mencatat dan membalas kebaikan kalian.

Bogor, November 2007

(5)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Brebes pada hari Sabtu, 5 Desember 1981 sebagai anak kedua dari empat bersaudara pasangan H. Kasmuri Santoso dan Hj. Nurdjannah. Saat masih kecil, penulis mengenyam pendidikan anak-anak di TK Pertiwi (1987 – 1988) dan SD Negeri 3 (1988 – 1994) di desa kelahiran penulis, Pakijangan, Bulakamba, Brebes. Kemudian, penulis melanjutkan pendidikan menengahnya ke SMP Negeri 2 Brebes (1994 – 1997), lalu SMU Negeri 1 Brebes. Setelah lulus SMU pada tahun 2000, penulis berkesempatan melanjutkan studi di IPB melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB) dan diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Di Departemen Teknik Pertanian, penulis mengambil sub-program studi Teknik Biosistem dan memilih masuk bagian (Laboratorium) Energi dan Elektrifikasi Pertanian (EEP) di bawah bimbingan Ir. Sri Endah Agustina, MS.

Untuk memenuhi syarat kelulusan dan memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian (S.Tp) penulis melaksanakan Praktik Lapang (PL) di PTPN VIII Kebun Gunung Mas, Cisarua, Bogor dengan judul Proses Produksi Teh di Perkebunan Gunung Mas (PTPN VIII) Bogor (tahun 2004) dan melaksanakan Tugas Akhir (TA) penelitian dan penulisan skripsi berjudul Uji Unjuk Kerja Mesin Pengering Tipe Efek Rumah Kaca (ERK) Berenergi Surya dan Biomassa Untuk Pengeringan Biji Pala (Myristica sp.) di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor (tahun 2007).

Penulis aktif di organisasi kemahasiswaan dan sempat menjadi pengurus LDK BKIM IPB (2002 - 2004) dan Gerakan Mahasiswa (GEMA) Pembebasan (2004 – 2006). Di luar kegiatan akademik dan kemahasiswaan, penulis pernah menjadi sekretaris redaksi Majalah Remaja Islam (MRI) PermatA, Bogor (2004 – 2005). Kemudian, sejak akhir tahun 2004 penulis terlibat aktif sebagai anggota Hizbut Tahrir Indonesia (HTI) dalam usaha “melanjutkan kehidupan Islam”.

(6)

Aji Wijaya. F01400047. Uji Unjuk Kerja Mesin Pengering Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)

Berenergi Surya dan Biomassa Untuk Pengeringan Biji Pala (Myristica Sp.) di UD. Sari Awi,

Ciherang Pondok, Caringin, Bogor. Dibawah bimbingan: Ir. Sri Endah Agustina, MS. 2007.

RINGKASAN

Pala (Myristica sp) merupakan salah satu jenis rempah dan komoditas perkebunan Indonesia yang cukup penting. Dalam perdagangan internasional, yang disebut pala (nutmeg) umumnya adalah biji dari tanaman pala yang telah dikeringkan dan dibuka tempurungnya

(nutmeg shelled). Paling tidak, ada 4 (empat) ragam komoditas perdagangan pala yang

bernilai jual tinggi, yaitu gelondong pala (nutmeg in shell), biji pala (nutmeg shelled), fuli (mace), dan minyak pala/fuli (essential oils of nutmegs). Produksi pala Indonesia telah memasok lebih dari 60 % pangsa pasar dunia. Prospek peningkatan produksi pala masih sangat baik karena industri pangan, kimia dan kosmetik membutuhkan pasokan minyak atsiri dan oleoresin yang dapat diperoleh dari biji pala.

Kualitas buah pala ditentukan oleh perlakuan selama masa budidaya hingga pemanenan. Sedangkan penjagaan kualitas pala hingga siap dimanfaatkan ditentukan oleh proses pasca-panen pala. Salah satu proses pasca-panen yang kritis dalam menentukan biji pala adalah pengeringan (drying). Selama ini, pengeringan biji pala yang biasa dilakukan di Indonesia adalah pengeringan tradisional dengan cara penjemuran atau pengasapan. Pengeringan dengan penjemuran tergantung pada keadaan cuaca yang cerah, sehingga mudah rusak, berjamur, terkontaminasi kotoran atau debu, serta dapat dirusak serangga. Sedangkan pengasapan, membutuhkan waktu yang lebih lama dan beresiko terjadi kebakaran. Oleh karena itu, diperlukan cara lain yang lebih baik untuk mengeringkan biji pala yaitu dengan menggunakan mesin pengering.

Salah satu mesin pengering yang dapat digunakan untuk pengeringan berbagai komoditas, khususnya hasil-hasil pertanian, adalah mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa yang dikembangkan oleh Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Pemanfaatan mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa ini digunakan untuk mengeringkan biji pala (Myristica sp.) di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kinerja mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa yang digunakan untuk pengeringan biji pala

(Myristica sp.) di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor. Kriteria kinerja yang

diuji meliputi suhu ruang pengeringan dan sebarannya, laju pengeringan, kapasitas pengeringan, efisiensi penggunaan energi dan kualitas produk yang dikeringkan.

Sistem mesin pengering yang diuji terdiri atas unit bangunan mesin pengering dan unit pemanas tambahan (hibrid). Komponen lain yang mendukung kinerja sistem mesin pengering ini adalah penukar panas (heat exchanger/HE), kipas/pompa/motor listrik dan photovoltaic (PV). Pada penelitian ini, penilaian keefektifan dan nilai tambah fungsi mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa yang digunakan untuk mengeringkan biji tanaman Pala (Myristica sp.) hanya didasarkan pada nilai analisa faktor unjuk kerja mesin yang menjadi tujuan penelitian saja.

Pada penelitian ini dilakukan 3 kali percobaan. P0 dilakukan untuk mengetahui profil sebaran suhu pada siang hari tanpa beban pengeringan. Sedangkan P1 dan P2 dilakukan dengan memakai beban pengeringan dan menggunakan input energi tambahan sampai kadar air produk mencapai yang diinginkan. Tiap percobaan dilakukan selama 3 (tiga) hari/siang,

(7)

yaitu H1, H2, dan H3. Untuk P1 dan P2, waktunya ditambah 2 malam karena menggunakan pemanas tambahan.

Secara umum, hasil uji unjuk kerja mesin pengering tipe ERK berenergi surya dan biomassa untuk pengeringan biji Pala (Myristica sp.) adalah lebih baik daripada pengeringan dengan penjemuran (sun drying). Hal ini berdasarkan parameter-parameter unjuk kerja mesin pengering yang menjadi tujuan penelitian, yaitu:

Suhu udara rata-rata siang hari yang dapat dicapai mesin pada P1 adalah 43,45 oC (29,91 oC – 58,56 oC) dan P2 sebesar 43,06 oC (32,22 oC – 55,82 oC). Sedangkan pada malam hari 30,5 oC (27,51 oC – 35,67 oC). Nilai rata-rata suhu udara pada mesin pengering tersebut memenuhi syarat suhu untuk pengeringan biji pala yang berkisar antara 40 oC hingga 55 oC.

Laju pengeringan rata-rata bahan selama 6 jam pertama untuk jenis biji pala besar (a), kecil (b), dan kontrol/jemur berturut-turut pada P1: 5,73 %bk/jam, 25,71 %bk/jam, dan 46,64 %bk/jam; dan P2: 6,71 %bk/jam, 33,75 %bk/jam, dan 34,49 %bk/jam. Sedangkan untuk jam ke-21 – ke-30, P1: 3,96 %bk/jam, 20,18 %bk/jam, dan 17,85 %bk/jam; P2: 4,17 %bk/jam, 21,48 %bk/jam, dan 12,30 %bk/jam. Jadi, penggunaan mesin pengering dapat mempertahan- kan laju pengeringan bahan lebih baik dibandingkan penjemuran langsung.

Mesin pengering dirancang untuk memuat beban pengeringan bahan sebanyak 300 kg biji pala. Kapasitas pengeringan mesin pengering tersebut secara teknis sesuai kebutuhan UD. Sari Awi sebagai usaha dagang skala kecil/pedagang pengumpul. Untuk pengeringan pala, kapasitas penguapan mesin mencapai 3,46 kg air/jam. Hampir sama dengan penjemuran, 3,65 kg air/jam.

Efisiensi penggunaan energi pada mesin pengering (sistem) berdasarkan perhitungan lebih kecil dari 10 %, yakni 6,73 % (P1) dan 8,06 % (P2). Input energi tiap komponen sumber energi pada mesin pengering dari yang terbesar hingga terkecil adalah sumber energi biomassa (93,34 – 93,69 %), energi surya (5,36 – 5,74 %), dan energi listrik (0,92 – 0,95 %).

Kualitas bahan yang dikeringkan dengan mesin secara visual, warna bahan lebih seragam dibandingkan hasil penjemuran. Namun untuk kondisi biji pala kecil (b) dan sedang (c), hasil penjemuran lebih baik dari pengeringan dengan mesin pengering. Sedangkan kadar air akhir untuk jenis biji pala besar (a), masih besar karena kandungan air di dalam tempurung (daging biji) sukar dikeluarkan. Pengeringan dengan mesin pengering, memungkinkan pengeringan dapat dilakukan dengan energi/panas besar, tanpa memecah tempurung, dan dapat dijaga agar tidak sampai mengakibatkan case hardening atau menguapkan kandungan minyak di dalamnya.

Saran-saran dari penelitian ini adalah: 1) Pengoperasian kipas pengaduk/perata panas secara intensif dilakukan pada awal pengeringan dan setelah mencapai suhu 40 oC. Pada malam hari tidak disarankan menyalakan kipas pengaduk/perata panas. 2) Frekuensi buka-tutup mesin pengering dikurangi dan tingkat insulasi mesin ditingkatkan. 3) Perbaikan alas nampan/wadah pengeringan (berupa jaring plastik) yang rusak. 4) Intensitas penggunaan tungku pada siang hari dikurangi. Sedangkan penambahan atau pengumpanan bahan bakar biomassa dilakukan secara teratur. 5) Desain dan kontruksi pipa udara panas dipasang secara menyilang (cross flow) dengan arah sumber panas, pilihan bahan pipa harus yang kuat dan tahan terhadap panas/suhu tinggi. 6) Biji pala disortir lebih dulu sebelum dikeringkan. 7)

Reposisi rak dan pembalikan bahan lebih awal sebelum jam ke-30 masa pengeringan. 8) Perlu penelitian lebih lanjut untuk pengeringan biji Pala (Myristica sp.) pada saat musim penghujan untuk membandingkan hasil pengujian penelitian ini.

(8)

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI... viii

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL... xiii

DAFTAR RUMUS ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN... xv

I. PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang ... 1

B. Tujuan Penelitian... 3

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 4

A. Botani Tanaman Pala (Myristica sp.)... 4

B. Komposisi Fisik dan Kimia Biji Pala... 6

C. Pengolahan Biji Pala ... 7

D. Pengeringan... 10

D.1. Teori Pengeringan... 10

1. Kadar air (ka) ... 11

2. Laju pengeringan (LP) ... 12

3. Kadar air kesetimbangan (Me) ... 12

4. Kurva psikometrik pada proses pengeringan... 13

D.2. Proses Pengeringan Konvensional Menggunakan Energi Surya dan Kendalanya ... 14

E. Mesin Pengering Berenergi Surya ... 15

E.1. Penelitian, Pemanfaatan Dan Pengembangan Pengering Surya Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)... 17

III. METODE PENELITIAN... 23

A. Batasan Sistem dan Pendekatan Permasalahan... 23

A.1. Batasan Sistem ... 23

1. Bangunan Mesin pengering ... 25

a. Pengumpul (kolektor) dan penyerap (absorber) panas.... 25

(9)

2. Pemanas tambahan... 26

3. Penukar panas (heat exchanger/HE)... 26

4. Kipas pendorong (blower), kipas pengaduk/perata panas dan pompa HE air ... 27

5. Photovoltaic (PV) ... 27

A.2. Pendekatan Permasalahan... 27

B. Parameter Pengukuran ... 29

1. Suhu ruang pengeringan dan sebarannya... 29

2. Laju pengeringan ... 29

3. Kapasitas pengeringan ... 30

4. Efisiensi penggunaan energi ... 30

5. Kualitas produk yang dikeringkan ... 30

C. Metode Pengambilan Data ... 31

1. Suhu ruang pengering dan sebarannya ... 31

2. Kadar air bahan ... 32

3. Waktu pengeringan ... 34

4. Laju aliran udara pengering ... 34

5. Kelembaban udara relatif (RH)... 35

6. Iradiasi surya global... 35

7. Kebutuhan energi biomassa ... 36

8. Kebutuhan energi listrik... 36

D. Alat dan Bahan... 39

E. Waktu dan Tempat ... 40

F. Perhitungan Parameter dan Analisis ... 42

F.1. Suhu Ruang Pengeringan dan Sebarannya ... 42

F.2. Laju Pengeringan ... 42

F.3. Kapasitas Pengeringan ... 42

F.4. Efisiensi Penggunaan Energi ... 42

F.5. Kualitas Produk yang Dikeringkan... 44

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 46

A. Suhu Ruang Pengeringan dan Sebarannya... 46

(10)

1. Kadar air bahan ... 51

2. Laju aliran udara ... 59

3. Kelembaban udara ... 60

C. Kapasitas Pengeringan ... 63

D. Efisiensi Penggunaan Energi ... 65

1. Iradiasi surya... 66

2. Biomassa ... 67

3. Listrik... 69

E. Kualitas Produk yang Dikeringkan ... 70

V. KESIMPULAN DAN SARAN... 74

A. Kesimpulan ... 74

B. Saran... 76

DAFTAR PUSTAKA ... 78

(11)

UJI UNJUK KERJA MESIN PENGERING TIPE EFEK

RUMAH KACA (ERK) BERENERGI SURYA DAN BIOMASSA

UNTUK PENGERINGAN BIJI PALA

(Myristica sp.)

DI UD. SARI AWI, CIHERANG PONDOK, CARINGIN,

BOGOR

Oleh :

AJI WIJAYA

F01400047

2007

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

(12)

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

UJI UNJUK KERJA MESIN PENGERING TIPE EFEK RUMAH KACA (ERK) BERENERGI SURYA DAN BIOMASSA

UNTUK PENGERINGAN BIJI PALA (Myristica sp.)

DI UD. SARI AWI, CIHERANG PONDOK, CARINGIN, BOGOR

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

AJI WIJAYA

F01400047

Tanggal Lulus : November 2007

Bogor, November 2007 Disetujui oleh:

Ir. Sri Endah Agustina, MS Pembimbing Akademik

(13)

KATA PENGANTAR

Segala puji hanya bagi Allah  yang telah berfirman:

#Zô£ç„Îô£ãèø9$# ¨βÎ) #·ô£ç„ Îô£ãèø9$# ¨βÎ*sù ∩∉∪ yìtΒ ∩∈∪ yìtΒ 

“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.”

(QS. Alam Nasyrah [94]: 5-6)

Shalawat dan salam disampaikan kepada Rasulullah Muhammad , kepada keluarganya, para shahabatnya, dan orang-orang yang beriman, mengikuti serta istiqomah terhadap risalahnya. Beliau  bersabda:

« »

“Ya Allah, aku berlindung dari: ilmu yang tidak bermanfaat, hati yang tidak khusyu’, jiwa yang tidak pernah puas, dan doa yang tidak terkabulkan.” (HR. Muslim)

Akhirnya, penulis patut menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar–besarnya kepada :

(14)

3. Bapak Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr dan Bapak Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si sebagai dosen penguji yang memberikan perbaikan skripsi ini.

4. Ibu Dr. Ir. Diah Wulandani, M.Si atas konsultasi dan masukan yang turut diberikan. 5. Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah, MSA selaku Kepala Laboratorium Energi &

Elektrifikasi Pertanian atas bantuan sebagian dana hibah untuk penelitian penulis. 6. Keluarga Mbak Muf dan Mas Tris, yang telah turut andil berkorban dan menjadi

Ibu Sumarni, Mas Yus – Mbak Mer & Hanna, Mbak Yuni dan De’ Imah.

8. Pak Dullah sekeluarga, serta ‘ujang-ujang’ di UD. Sari Awi yang menyediakan tempat dan membantu penelitian penulis.

9. Bapak Ir. Drajat, MS atas kesempatan berdiskusi tentang pala, dan redaksi AgroMedia Pustaka yang memberikan arsip foto-foto tentang pala dari buku “Meraup Laba Dari Pala”.

Cukuplah Allah  yang tahu, mencatat dan membalas kebaikan kalian.

Bogor, November 2007

(15)

RIWAYAT HIDUP

(16)

Aji Wijaya. F01400047. Uji Unjuk Kerja Mesin Pengering Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)

Berenergi Surya dan Biomassa Untuk Pengeringan Biji Pala (Myristica Sp.) di UD. Sari Awi,

Ciherang Pondok, Caringin, Bogor. Dibawah bimbingan: Ir. Sri Endah Agustina, MS. 2007.

RINGKASAN

(nutmeg shelled). Paling tidak, ada 4 (empat) ragam komoditas perdagangan pala yang

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kinerja mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa yang digunakan untuk pengeringan biji pala

(Myristica sp.) di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor. Kriteria kinerja yang

diuji meliputi suhu ruang pengeringan dan sebarannya, laju pengeringan, kapasitas pengeringan, efisiensi penggunaan energi dan kualitas produk yang dikeringkan.

(17)

yaitu H1, H2, dan H3. Untuk P1 dan P2, waktunya ditambah 2 malam karena menggunakan pemanas tambahan.

(18)

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI... viii

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL... xiii

DAFTAR RUMUS ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN... xv

I. PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang ... 1

B. Tujuan Penelitian... 3

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 4

A. Botani Tanaman Pala (Myristica sp.)... 4

B. Komposisi Fisik dan Kimia Biji Pala... 6

C. Pengolahan Biji Pala ... 7

D. Pengeringan... 10

D.1. Teori Pengeringan... 10

1. Kadar air (ka) ... 11

2. Laju pengeringan (LP) ... 12

3. Kadar air kesetimbangan (Me) ... 12

4. Kurva psikometrik pada proses pengeringan... 13

D.2. Proses Pengeringan Konvensional Menggunakan Energi Surya dan Kendalanya ... 14

E. Mesin Pengering Berenergi Surya ... 15

E.1. Penelitian, Pemanfaatan Dan Pengembangan Pengering Surya Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)... 17

III. METODE PENELITIAN... 23

A. Batasan Sistem dan Pendekatan Permasalahan... 23

A.1. Batasan Sistem ... 23

1. Bangunan Mesin pengering ... 25

a. Pengumpul (kolektor) dan penyerap (absorber) panas.... 25

(19)

2. Pemanas tambahan... 26

3. Penukar panas (heat exchanger/HE)... 26

4. Kipas pendorong (blower), kipas pengaduk/perata panas dan pompa HE air ... 27

5. Photovoltaic (PV) ... 27

A.2. Pendekatan Permasalahan... 27

B. Parameter Pengukuran ... 29

1. Suhu ruang pengeringan dan sebarannya... 29

2. Laju pengeringan ... 29

3. Kapasitas pengeringan ... 30

4. Efisiensi penggunaan energi ... 30

5. Kualitas produk yang dikeringkan ... 30

C. Metode Pengambilan Data ... 31

1. Suhu ruang pengering dan sebarannya ... 31

2. Kadar air bahan ... 32

3. Waktu pengeringan ... 34

4. Laju aliran udara pengering ... 34

5. Kelembaban udara relatif (RH)... 35

6. Iradiasi surya global... 35

7. Kebutuhan energi biomassa ... 36

8. Kebutuhan energi listrik... 36

D. Alat dan Bahan... 39

E. Waktu dan Tempat ... 40

F. Perhitungan Parameter dan Analisis ... 42

F.1. Suhu Ruang Pengeringan dan Sebarannya ... 42

F.2. Laju Pengeringan ... 42

F.3. Kapasitas Pengeringan ... 42

F.4. Efisiensi Penggunaan Energi ... 42

F.5. Kualitas Produk yang Dikeringkan... 44

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 46

A. Suhu Ruang Pengeringan dan Sebarannya... 46

(20)

1. Kadar air bahan ... 51

2. Laju aliran udara ... 59

3. Kelembaban udara ... 60

C. Kapasitas Pengeringan ... 63

D. Efisiensi Penggunaan Energi ... 65

1. Iradiasi surya... 66

2. Biomassa ... 67

3. Listrik... 69

E. Kualitas Produk yang Dikeringkan ... 70

V. KESIMPULAN DAN SARAN... 74

A. Kesimpulan ... 74

B. Saran... 76

DAFTAR PUSTAKA ... 78

(21)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Pengolahan pala terpadu... 1

Gambar 2. Buah Pala (Myristica sp.). ... 4

Gambar 3. Alat pembungaan dan pembuahan Pala (Myristica sp.) ... 5

Gambar 4. Bagian-bagian buah Pala (Myristica sp.).. ... 6

Gambar 5. Skema pengolahan pala ekspor Indonesia... 9

Gambar 6. Kondisi dan sifat fisika pemanasan udara dan pengeringan suatu bahan pada kurva Psikometrik. ... 13

Gambar 7. Sketsa satu bentuk bangunan pengering tipe kolektor datar ... 16

Gambar 8. Sketsa satu bentuk bangunan pengering tipe ERK dengan absorber atas.. ... 16

Gambar 9. Pengering energi surya tipe lorong... 20

Gambar 10. Mesin pengering tipe ERK yang dilengkapi dengan sistem pemanas tambahan dan kincir angin untuk sistem penggerak rak pengering a. Tampak isometri... 22

b. Tampak depan ... 22

Gambar 11. Foto mesin pengering tipe ERK yang diuji (tampak depan).. .. 23

Gambar 12. Sketsa gambar mesin pengering tipe ERK yang diuji... 24

Gambar 13. Persebaran titik-titik ukur pada mesin pengering... 31

Gambar 14. Diagram alir prosedur penelitian... 37

Gambar 15. Persebaran suhu H1 pada P1 dan P2. ... 47

Gambar 16. Persebaran suhu H2 pada P1 dan P2. ... 47

Gambar 17. Persebaran suhu H3 pada P1 dan P2. ... 48

Gambar 18. Persebaran suhu malam hari H1 pada P2. ... 49

Gambar 19. Perubahan kadar air biji besar kabinet A saat 6 jam pertama dan jam ke-21 s.d. ke-30 pada P1 – P2 ... 53

Gambar 20. Fluktuasi laju pengeringan biji besar kabinet A saat 6 jam pertama dan jam ke-21 s.d. ke-30 ... 53

Gambar 21. Perubahan kadar air biji besar kabinet D saat 6 jam pertama dan jam ke-21 s.d. ke-30 pada P1 – P2 ... 54

Gambar 22. Fluktuasi laju pengeringan biji besar kabinet D saat 6 jam pertama dan jam ke-21 s.d. ke-30 ... 54 Gambar 23. Perubahan kadar air biji kecil kabinet B saat 6 jam pertama

(22)

dan jam ke-21 s.d. ke-30 pada P1 – P2 ... 54 Gambar 24. Fluktuasi laju pengeringan biji kecil kabinet B saat 6 jam

pertama dan jam ke-21 s.d. ke-30 ... 55 Gambar 25. Perubahan kadar air biji kecil kabinet C saat 6 jam pertama

dan jam ke-21 s.d. ke-30 pada P1 – P2 ... 55 Gambar 26. Fluktuasi laju pengeringan biji kecil kabinet C saat 6 jam

pertama dan jam ke-21 s.d. ke-30 ... 55 Gambar 27. Perubahan kadar air sampel kontrol saat 6 jam pertama

dan jam ke-21 s.d. ke-30 pada P1 – P2 ... 56 Gambar 28. Fluktuasi laju pengeringan sampel kontrol saat 6 jam pertama

dan jam ke-21 s.d. ke-30 ... 56 Gambar 29. Perbandingan RH pengering dengan lingkungan pada P0

dan H1 pada P1 dan P2 ... 61 Gambar 30. Perbandingan RH pengering dengan lingkungan

H2 pada P1 dan P2 ... 61 Gambar 31. Perbandingan RH pengering dengan lingkungan

H3 pada P1 dan P2 ... 62 Gambar 32. Perbandingan RH pengering dengan lingkungan malam hari

H1 pada P1 ... 62 Gambar 33. Intensitas radiasi surya selama penelitian ... 67 Gambar 34. Biji pala ukuran sedang hasil pengeringan dengan mesin... 71 Gambar 35. Biji pala ukuran besar hasil pengeringan dengan mesin ... 71 Gambar 36. Biji pala ukuran besar hasil pengeringan dengan dijemur ... 72 Gambar 37. Salah satu contoh dapur penyulingan minyak biji pala... 73 Gambar 38. Sebuah produk kemasan dan hasil penyulingan biji pala... 73

(23)

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Volume dan nilai ekspor-impor pala Indonesia

tahun 1994-2004... 2 Tabel 2. Komposisi kimia rata-rata biji pala yang berasal dari

buah pala masak per 100 gram bahan ... 7 Tabel 3. Standar mutu biji pala kering (tanpa tempurung, dengan atau

tanpa lapisan tipis kapur tohor, CaO) yang ditetapkan oleh

pemerintah Amerika Serikat... 8 Tabel 4. Perbandingan unjuk kerja antara mesin pengering ERK

dengan mesin pengering konvensional untuk

beberapa produk pertanian ... 19 Tabel 5. Unjuk kerja alat pengering tipe lorong terhadap beberapa

produk pertanian di Indonesia ... 20 Tabel 6. Nilai kalor beberapa bahan bakar ... 21 Tabel 7. Metoda pengambilan data ... 41 Tabel 8. Nilai unjuk kerja mesin pengering tipe ERK berenergi surya

dan biomassa untuk pengeringan biji Pala (Myristica sp.)... 46 Tabel 9. Profil sebaran suhu udara siang hari di dalam mesin pengering

dan lingkungan selama percobaan... 47 Tabel 10. Profil sebaran suhu udara malam hari di dalam mesin

pengering dan lingkungan berdasarkan H1 pada P1 dan P2 ... 48 Tabel 11. Kadar air awal dan kadar air akhir bahan tiap sampel/rak ... 52 Tabel 12. Harga komoditas pala di UD. Sari Awi... 57 Tabel 13. Intensitas radiasi surya selama percobaan (P0, P1, P2) ... 66

(24)

DAFTAR RUMUS

Rumus 1. Kadar Air Basis Basah ... 11 Rumus 2. Kadar Air Basis Kering ... 11 Rumus 3. Laju Pengeringan... 12 Rumus 4. Kadar Air Kesetimbangan ... 12 Rumus 5. Iradiasi Surya Pyranometer... 35 Rumus 6. Iradiasi Surya Global... 35 Rumus 7. Panas yang Diterima Udara Pengering... 43 Rumus 8. Panas yang Digunakan Untuk Menaikkan Suhu Produk... 43 Rumus 9. Panas Jenis Produk ... 43 Rumus 10. Panas yang Digunakan Untuk Menguapkan Air Produk ... 44 Rumus 11. Besarnya Energi Untuk Memanaskan dan Menaikkan Suhu

Produk serta Energi Penguapan Produk ... 44 Rumus 12. Energi Surya yang Diterima Mesin Pengering... 44 Rumus 13. Energi Biomassa yang Diterima Mesin Pengering... 44 Rumus 14. Energi Listrik yang Digunakan Kipas dan Pompa... 44 Rumus 15. Energi Total yang Masuk ke Sistem ... 45 Rumus 16. Efisiensi Total Sistem ... 45 Rumus 17. Energi Spesifik Bahan ... 45

(25)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Data performansi mesin pengering berdasarkan

kedua percobaan... 84 Lampiran 2. Gambar teknik model bangunan mesin pengering

tipe ERK... 85 Lampiran 3. Gambar foto mesin pengering dan komponen-

komponennya ... 86 Lampiran 4. Kalibrasi termometer (alkohol) dan termokopel (tipe CC) ... 89 Lampiran 5. Data pengukuran sebaran suhu dan iradiasi surya

pada percobaan pertama (kondisi mesin tanpa beban

pengeringan)... 90 Lampiran 6. Data pengukuran sebaran suhu, iradiasi surya,

dan laju udara pada percobaan kedua/P1 & ketiga/P2

(kondisi mesin dengan beban pengeringan)... 92 Lampiran 7. Data pengukuran kadar air sampel pala dengan

metode oven (oven drying)... 94 Lampiran 8. Data pengukuran berat, kadar air dan laju pengeringan

sampel unit kabinet A dan D di dalam mesin pada

pada percobaan kedua (P1) ... 95 Lampiran 9. Data pengukuran berat, kadar air dan laju pengeringan

sampel unit kabinet A dan D di dalam mesin

pada pada percobaan ketiga (P2)... 96 Lampiran 10. Data pengukuran berat, kadar air dan laju pengeringan

sampel unit kabinet B dan C di dalam mesin

pada pada percobaan kedua (P1)... 97 Lampiran 11. Data pengukuran berat, kadar air dan laju pengeringan

sampel unit kabinet B dan C di dalam mesin

pada percobaan ketiga (P2) ... 98 Lampiran 12. Data pengukuran berat, kadar air dan laju pengeringan

sampel kontrol (penjemuran langsung)

pada percobaan kedua (P1) dan ketiga (P2) ... 99 Lampiran 13. Data pengukuran kelembaban relatif udara (RH)

dalam mesin pengering tanpa beban pengeringan

(Percobaan pertama, P0) ... 100 Lampiran 14. Data pengukuran kelembaban relatif udara (RH)

dalam mesin pengering dengan beban pengeringan

(26)

Lampiran 15. Data pengukuran kelembaban relatif udara (RH) dalam mesin pengering dengan beban pengeringan

(Percobaan ketiga, P2) ... 102 Lampiran 16. Data dan perhitungan efisiensi penggunaan energi

pada P1 ... 103 Lampiran 17. Data dan perhitungan efisiensi penggunaan energi

pada P2 ... 105 Lampiran 18. Tabel Steam (Udara jenuh)... 107 Lampiran 19. Psychrometric Chart... 108

(27)

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Tanaman Pala (Myristica sp.) termasuk salah satu jenis rempah-rempah komoditas ekspor hasil perkebunan yang mempunyai arti yang cukup penting bagi Indonesia. Dalam dunia perdagangan, yang dikenal dengan sebutan pala (nutmeg) umumnya adalah biji dari tanaman pala yang telah dikeringkan dan dibuka tempurungnya (nutmeg shelled). Dari biji tanaman pala sendiri, dapat dihasilkan sedikitnya 4 (empat) ragam komoditas perdagangan yang bernilai jual tinggi, yaitu gelondong pala (nutmeg in shell), biji pala (nutmeg shelled), fuli (mace), dan minyak pala/fuli (essential oils of nutmegs).

Hasil pengolahan biji pala menghasilkan minyak atsiri dan oleoresin. Minyaknya diambil dengan cara penyulingan, sedangkan oleoresin didapat dengan cara ekstraksi. Minyak atsiri dan oleoresin ini dibutuhkan oleh industri makanan maupun industri obat-obatan sebagai bahan pencampur.

Pala, selain bijinya yang dimanfaatkan untuk diambil minyak dan oleoresinnya, daging buahnya juga dapat dikonsumsi langsung sebagai rempah-rempah (penyedap) dan produk makanan olahan, seperti manisan pala, asinan pala, dodol pala, selai pala dan sirup pala.

Gambar 1. Pengolahan pala terpadu (Somaatmadja, 1984).

Kontribusi ekspor pala Indonesia di pasaran dunia mencapai 60 persen (atau 75 persen versi Wikipedia.com), dan sisanya dipenuhi dari negara lainnya

(28)

seperti Grenada, India, Srilangka dan Papua New Guinea. Kelebihan pala dari Indonesia adalah aromanya yang kuat dan mutu minyaknya baik. Namun demikian, penilaian harga pala dari Indonesia lebih rendah daripada harga pala dari Grenada, negara pengekspor pala terbesar kedua. Ini karena kualitas pala Indonesia fluktuatif, walaupun secara kuantitas banyak. Indonesia juga merupakan penghasil fuli/puli (pembungkus biji/mace) buah pala terbesar di dunia (Suara Merdeka, 10 Mei 2005).

Produksi pala relatif stabil dan cenderung meningkat sejak tahun 1994 yang berkisar antara 19,00 - 19,95 ribu ton per tahun. Produksi pala sebesar 19,95 ribu ton terjadi pada tahun 2000. Persentase rata-rata peningkatan produksi pala yang mencapai 22 % per tahun ini disebabkan lahan pala mengalami penambahan. Sembilan puluh persen (90 %) lahan tanaman pala di Indonesia merupakan perkebunan rakyat. Adapun volume ekspor dan impor komoditas pala Indonesia, dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 1. Volume dan nilai ekspor-impor pala Indonesia tahun 1994-2004

Ekspor Impor Tahun _Volume

(ton)

Nilai

(US$ x 1000)

Volume

(ton)

Nilai

(US$ x 1000)

1994 8169 34246 29 32

1995 8559 14165 1 2

1996 9536 19303 13 87

1997 7618 19808 31 75

1998 9680 38767 44 80

1999 9625 49124 44 80

2000 10808 58749 104 152

2001 8465 36151 41 100

2002 10411 39528 23 77

2003 11377 41038 56 152

2004 15194 50831 79 827

Sumber: Biro Pusat Statistik (BPS) dalam Direktorat Jendral Perkebunan, 2006.

Pemerintah juga telah menetapkan minyak atsiri dari pala merupakan salah satu kontributor terbesar dari 12 jenis minyak atsiri unggulan dan dari 40 jenis komoditas minyak atsiri yang diperdagangkan di tingkat dunia. Oleh karena itu, produksinya terus digalakkan untuk menghasilkan devisa. Karena sekitar 90 % dari produksi minyak atsiri diekspor ke berbagai negara seperti negara-negara Eropa, AS, Australia, Afrika, Kanada, dan negara-negara ASEAN. Statistik perdagangan minyak atsiri Indonesia menunjukkan ekspor tahun 2004 mencapai

(29)

US$ 90 juta. Namun nilai tersebut diperoleh dari ekspor 20 jenis minyak atsiri kasar (setengah jadi). Pada tahun yang sama, Indonesia masih mengimpor produk turunan minyak atsiri senilai US$ 13,17 juta (www.sinarharapan.co.id).

Pengeringan merupakan salah satu tahap penanganan pasca panen yang cukup kritis dalam menentukan mutu biji pala. Selama ini, pengeringan yang biasa dilakukan di Indonesia adalah pengeringan tradisional dengan cara penjemuran atau pengasapan. Pengeringan dengan penjemuran tergantung pada keadaan cuaca yang cerah, sehingga mudah rusak, berjamur, terkontaminasi kotoran atau debu, serta dapat dirusak serangga. Sedangkan pengasapan, membutuhkan waktu yang lebih lama dan beresiko terjadi kebakaran. Dengan demikian diperlukan cara lain yang lebih baik untuk mengeringkan biji pala yaitu dengan menggunakan pengering buatan atau mesin pengering.

Mesin pengering yang dibuat untuk pengeringan berbagai komoditas, khususnya hasil-hasil pertanian, antara lain adalah mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa yang dikembangkan oleh Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Salah satu dari mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa tersebut digunakan untuk mengeringkan biji pala (Myristica sp.) di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor. Agar mesin pengering bisa bekerja optimal, perlu pengujian karakteristik dan kinerja mesin tersebut.

B. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kinerja mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa untuk pengeringan biji pala (Myristica sp.) di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor. Kriteria kinerja yang diuji meliputi suhu ruang pengeringan dan sebarannya, laju pengeringan, kapasitas pengeringan, efisiensi penggunaan energi dan kualitas produk yang dikeringkan.

(30)

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Botani Tanaman Pala (Myristica sp.)

Tanaman Pala (Myristica sp.) dalam taksonomi, termasuk dalam klasifikasi sebagai berikut:

Gambar 2. Buah Pala (Myristica sp.).

warintek.ristek.go.id

Kingdom : Plantae

Divisio : Spermatophita

Kelas : Angiospermae

Sub-Kelas : Dicotyledonae

Ordo : Ranales

Famili : Myristicaceae Genus : Myristica

Spesies : Myristica fragrans HOUTT (pala Banda), Myristica argentea

WARB(pala Papua), Myristica malabarica LAM (pala Malabar),

Myristica succedena BLUM (pala Halmahera), dll. Tercatat lebih

kurang terdapat 250 – 300 spesies tanaman pala di seluruh dunia (Rismunandar, 1990 dan Purseglove et al., 1981).

Tanaman pala adalah tanaman tahunan yang memerlukan iklim tropis yang panas dengan curah hujan yang tinggi tanpa adanya periode kering yang nyata seperti iklim di Indonesia, Malaysia, Grenada, Trinidad, Brazilia, Guatemala dan Srilanka. Syarat tumbuh tanaman pala adalah sebagai berikut:

1. Tanah dengan struktur gembur dan penuh humus. 2. Curah hujan antara 2000 – 3500 mm per tahun. 3. Derajat keasaman tanah yang terbaik adalah 5,5 – 6,5. 4. Pegunungan yang rendah, 500 – 700 m dpl.

Tanaman pala juga merupakan tanaman berumah dua (dioecus) yang berarti bunga jantan dan bunga betinanya tidak terletak pada satu pohon. Tapi biasanya, pohon pala juga berkelamin ganda (hermafrodit). Perbedaan pohon jantan dan pohon betina dapat diketahui dari percabangan dan ukuran daun. Pohon betina memiliki cabang horizontal sedangkan pohon jantan bercabang tegak keatas dan daunnya lebih kecil. Tanaman pala mulai berbunga setelah berumur 6 – 10 tahun tergantung dari keadaan tanah dan iklim. Bunganya berwarna kuning

(31)

pucat, kecil, lunak dan berbau harum. Batang tanaman pala berzat kayu, berakar tunggang. Daunnya tipis dan kaku, berbentuk lonjong, bagian atas berwarna hijau dan bagian bawah berwarna abu-abu pucat.

Gambar 3. Alat pembungaan dan pembuahan Pala (Myristica sp.).

id.wikipedia.org

Buah pala masak berwarna kuning kehijauan dengan tekstur yang keras, dapat diperoleh dalam waktu sekitar 6 bulan setelah penyerbukan. Diameter buah bervariasi antara 3 – 9 cm. Berdasarkan bentuk buahnya, pala Indonesia dibedakan atas 2 (dua) macam, yaitu pala udang dan pala bebek. Buah pala udang berbentuk bulat, daging buahnya berwarna putih dapat dimanfaatkan untuk dibuat manisan. Sedangkan buah pala bebek berbentuk lonjong, daging buahnya cepat mengalami "browning", oleh karena itu kurang baik jika dibuat sebagai manisan. Diantara daging buah dan biji terdapat selaput seperti jala yang di dalam dunia perdagangan disebut fuli/puli atau mace. Fuli yang dikeringkan dapat pula digunakan sebagai rempah-rempah.

(32)

Biji pala berkeping dua berbentuk bulat telur. Panjang biji pala berkisar antara 1,5 – 4,5 cm dan tebal 1 – 2,5 cm. Biji pala yang baik untuk dikeringkan adalah biji yang berasal dari buah pala masak yang bagian luarnya telah dilapisi dengan tempurung berwarna coklat tua kehitaman.

B. Komposisi Fisik dan Kimia Biji Pala

Komposisi fisik buah pala terdiri dari daging buah (77,8 %), fuli (4 %), tempurung (5,1 %) dan biji (13,1 %). Sedangkan di dalam bijinya, mengandung zat kimia yang sangat bervariasi, yaitu: minyak atsiri/essential oils yang bersifat folatil/mudah menguap (myristin, pinen, kamfen/zat membius, dipenten, pinen safrol, eugenol, iso-eugenol, alkohol), gliseda (asam-miristinat, asam-oleat, borneol, giraniol), protein, lemak, pati gula, vitamin A, B1 dan C.

Gambar 4. Bagian-bagian buah Pala (Myristica sp.).

c b

b”’

b’

b”

Keterangan:

a. Daging buah (pericarp) b’. Tempurung biji pala

b. Gelondong biji pala (nutmeg in shell) b”. Biji pala (nutmeg shelled)

c. Fuli (mace) b”’. Penampang datar biji pala

id.wikipedia.org & asiamaya.com

Variasi komposisi kimianya tergantung pada varietas, kondisi pertum-buhan, derajat kemasakan dan cara pengolahan. Komposisi kimia rata-rata biji pala yang berasal dari buah pala masak untuk setiap 100 gram bahan dari bagian yang dapat dimakan sebagaimana tercantum pada Tabel 2 berikut.

(33)

Tabel 2. Komposisi kimia rata-rata biji pala yang berasal dari buah pala masak per 100 gram bahan

Komponen Jumlah Komponen Jumlah Kalori (kal) 494,0 Fosfor (mg) 240,0

Protein (g) 7,5 Besi (mg) 4,6

Lemak (g) 36,4 Vitamin A Sedikit

Hidrat Arang (g) 40,1 Vitamin B1 (mg) 0,2

Kalsium (g) 120,0 Air (g) 14,0

Sumber: Sucofindo (1983) dalam Indira, 1990 dan Rismunandar, 1990.

C. Pengolahan Biji Pala

Di pulau Banda (Maluku) pengeringan biji pala dilakukan melalui proses pengasapan dengan api yang dijaga temperaturnya. Biji pala yang sudah dipisahkan dari daging buah dan fuli-nya dikumpulkan di dalam para-para yang terbuat dari anyaman belahan bambu. Di bawah para-para dipasang api kecil dengan suhu tidak lebih dari 45 oC, untuk mencegah cairnya zat lemak yang justru sangat menentukan mutu hasil pengeringan. Proses pengeringan dengan menggunakan panas api sekitar 35 – 45 °C ini berlangsung dalam waktu sekitar 4 – 6 minggu, setelah itu baru dilakukan pemecahan tempurung (Winarno dan Budiatman (1983) dalam Indira, 1990). Gaw (1979) dalam Risfaheni dan Mulyono (1992) juga menyarankan agar proses pengeringan pala dilakukan pada suhu 40 °C selama 8 – 9 hari. Ini dimaksudkan untuk mengurangi kemungkinan biji pecah dan kehilangan kandungan minyak atsiri di dalamnya.

Sementara itu di Sulawesi Utara biji pala dikeringkan dengan cara penjemuran yang dapat mencapai suhu sekitar 50 – 55 oC. Pangeringan seperti ini berlangsung selama 1 minggu jika dijemur sekitar 4 jam sehari (Winarno dan Budiatman (1983) dalam Indira, 1990).

Selanjutnya Purseglove et a l. (1981) menyebutkan bahwa di Grenada biji pala dikeringkan dengan menggunakan aliran udara alami. Biji-biji pala ini ditempatkan dalam sebuah bangunan khusus. Lama pengeringan yang biasa dilakukan hingga mencapai kadar air penyimpanan membutuhkan waktu sekitar 8 minggu.

Selain faktor cara pengeringan, faktor waktu/masa pemanenan juga mempengaruhi mutu akhir biji pala kering. Di Sulawesi Utara pada umumnya biji berasal dari buah yang jatuh akibat terlalu masak dan telah beberapa hari tertinggal di tanah. Keadaan ini mengakibatkan fuli menjadi busuk merata atau

(34)

sebagian, sementara itu biji ditumbuhi cendawan atau dirusak oleh serangga pada bagian ujungnya sehingga menyebabkan biji menjadi berlubang setelah kering (Muhammad (1983) dalam Indira, 1990).

Dalam dunia perdagangan rempah-rempah, dikenal dua macam mutu pala berdasarkan letak geografi daerah penghasil:

1. "East Indian Nutmeg", berarti pala yang berasal dari kepulauan Maluku, Sulawesi Utara, pulau Sangiher, Sumatera Barat, Sumatera Utara, pulau Nias, pulau Irian dan pulau Penang (Malaysia).

2. "West Indian Nutmeg", berarti pala yang berasal dari Grenada.

Amerika Serikat adalah negara yang paling banyak mengimpor biji pala kering. Oleh karena itu, pemerintah Amerika Serikat telah menetapkan persyaratan mutu biji pala kering bagi negara-negara pengekspor seperti tercantum pada Tabel 3. Untuk biji pala kering tanpa tempurung yang memenuhi kualitas ekspor dikemas dengan karung goni yang kuat dan bersih dengan berat

netto 50 sampai 90 kg. Pada karung-karung goni yang berisi biji pala kering ini

dilakukan fumigasi sebelum dikapalkan (Sucofindo (1983) dalam Indira, 1990). Badan Standardisasi Nasional (BSN) juga mengeluarkan standardisasi persyaratan mutu biji pala kering dalam dokumen SNI 01-0006-1993 dan diperbarui pada SNI 01-0006-1998.

Tabel 3. Standar mutu biji pala kering (tanpa tempurung, dengan atau tanpa lapisan tipis kapur tohor, CaO) yang ditetapkan oleh pemerintah Amerika Serikat

Komposisi Syarat

Kadar air (%), maksimum 8.0

Kadar abu (%), maksimum 3.0

Kadar abu tak larut dalam asam (%), maksimum 0.5 Kadar minyak atsiri (ml/100 g), minimum 7.5 Kadar ekstrak eter tak menguap (ml/100 g), maksimum 25.O

(35)

Sumber: www.pustaka-deptan.go.id (23/02/2007).

(36)

D. Pengeringan

D.1. Teori Pengeringan

Pengeringan merupakan usaha mengurangi kandungan air pada suatu produk yang akan dikeringkan berdasarkan perbedaan tekanan potensial air dengan medium yang digunakan untuk pengeringan hingga tercapai kesetimbangan agar produk setelah dikeringkan tahan untuk masa simpan yang lama. Pengeringan pada rangkaian proses pasca panen pertanian adalah salah satu proses yang umum dilakukan pada berbagai produk pertanian yang ditujukan untuk menurunkan kadar air sampai pada tingkat yang aman untuk penyimpanan atau proses lainnya.

Hampir seluruh pengeringan pada produk pertanian saat ini dilakukan dengan proses termal (Abdullah et al., 1998). Pada proses pengeringan, udara panas diperlukan untuk menguapkan air dari bahan/produk pertanian serta aliran udara untuk membawa udara jenuh (kandungan air tinggi) keluar sistem. Oleh karena itu pengeringan adalah pengguna intensif energi sebagai akibat dari panas laten penguapan yang tinggi dan ketidakefisienan penggunaan udara panas sebagai media pengering. Hasil audit energi dari beberapa negara mendapatkan bahwa 12 – 25 persen konsumsi energi nasional digunakan untuk pengeringan (Devahastin, 2000).

Henderson and Perry (1976), menyatakan bahwa pengeringan terdiri dari dua periode utama, yaitu periode pengeringan laju tetap/konstan dan periode laju menurun. Periode pengeringan pada laju tetap berlangsung hingga air bebas pada permukaan telah hilang. Kadar air kritis tercapai pada kondisi perubahan dari laju pengeringan tetap ke laju pengeringan menurun. Selanjutnya pada pengeringan laju menurun terjadi perpindahan air dari dalam ke permukaan bahan serta air dari permukaan bahan ke udara (Steffe et al. (1980) dalam Alam, 1999).

Pengeringan laju menurun akan berhenti hingga tercapai kadar air kesetimbangan. Kadar air kesetimbangan merupakan batas kadar air terendah yang dapat dicapai pada suhu dan kelembaban tertentu. Kadar air kesetimbangan berperan penting dalam menentukan kondisi penyimpanan dan laju pengambilan uap air dari lapisan air bahan pada proses pengeringan.

(37)

Buckle et al. (1987), menyatakan bahwa laju pengeringan suatu bahan pangan dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

• Sifat fisik dan kimia bahan (bentuk, ukuran, komposisi, kadar air)

• Pengaturan geometris produk sehubungan dengan permukaan alat atau media perantara media pindah panas

• Sifat-sifat dari lingkungan alat pengering (suhu, kelembaban, dan laju udara pengering)

• Karakteristik alat pengering (efisiensi pindah panas)

Sedangkan menurut Hall (1980) dan juga Brooker et al. (1974), faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengeringan terbagi menjadi dua golongan, yaitu faktor yang berhubungan dengan udara pengering dan faktor yang berhubungan dengan sifat bahan yang dikeringkan. Faktor yang berhubungan dengan udara pengering adalah suhu udara, debit aliran, dan kelembaban udara pengering. Sedangkan faktor yang berhubungan dengan sifat bahan adalah bentuk, ukuran, kadar air, ketebalan bahan yang dikeringkan, serta tekanan parsialnya.

Berikut adalah beberapa rumus perhitungan dan penjelasan yang terkait dengan proses pengeringan.

1. Kadar Air (ka)

Kadar air suatu bahan merupakan prosentase kandungan air dengan kandungan bahan keringnya (padatan) pada suatu bahan. Heldman dan Singh (1981) menyatakan bahwa kadar air pangan (bahan) terdiri dari dua bagian, yaitu kadar air basis kering dan kadar air basis basah. Kadar air basis kering adalah perbandingan berat air dalam bahan dengan berat bahan keringnya (padatan). Kadar air basis basah adalah perbandingan berat air dalam bahan dengan berat bahan total.

Kadar Air Basis Basah (%bb) = x100%

m m

tan pada air

air

+ ... (1)

Kadar Air Basis Kering (%bk) = x100%

m m

tan pada

(38)

2. Laju pengeringan (LP)

Laju pengeringan adalah banyaknya air yang diuapkan per satuan waktu atau perubahan kadar air bahan dalam satu satuan waktu. Penurunan kadar air produk selama berlangsung proses pengeringan dinyatakan dengan:

t w w dt

dW _t _t

Δ −

= ' _{... (3)}

dW/dt = laju pengeringan (%bk/jam)

wt = kadar air awal suatu waktu (%bk) wt’ = kadar air akhir suatu waktu (%bk)

∆t = t’ – t = selang waktu (jam)

3. Kadar air kesetimbangan (Me)

Kadar air kesetimbangan adalah kadar air dimana laju perpindahan air dari bahan ke udara sama dengan laju perpindahan air dari udara ke bahan. Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap kadar air kesetimbangan adalah kecepatan udara pengering, suhu udara, kelembaban relatif udara, dan kematangan bahan. Kadar air kesetimbangan berperan penting dalam menentukan kondisi penyimpanan dan laju pengambilan uap air dari lapisan air bahan pada proses pengeringan. Kadar air kesetimbangan diperlukan dalam proses pengeringan untuk menentukan perubahan kadar air bahan pada kondisi suhu dan kelembaban relatif udara tertentu (Hall, 1957). Jadi, kadar air kesetimbangan merupakan batas air terendah yang dapat dicapai pada suhu dan kelembaban tertentu.

Kadar air kesetimbangan merupakan fungsi dari kelembaban relatif (RH) dan suhu mutlak (T), di mana hubungan antara Me, RH, dan T dinyatakan sebagai berikut (Henderson dan Perry, 1976) :

n CTMe

RH = −

−

1 ... (4) dimana :

RH = kelembaban udara pada keadaan setimbang (%) T = suhu udara pada keadaan setimbang (oK) Me = kadar air kesetimbangan (%bk)

(39)

4. Kurva Psikometrik pada Proses Pengeringan

Kurva Psikometrik adalah sebuah kurva yang menyajikan sifat-sifat fisika dan panas udara atmosfer. Udara pada kondisi normal (tekanan atmosfer 101,325 kPa) tidak pernah benar-benar kering, melainkan merupakan campuran udara kering dan uap air. Sifat-sifat fisika dan panas udara itu adalah kelembaban relatif (RH) dan kelembaban mutlak, panas total/enthalpi, volume spesifik, dan suhu titik pengembunan. Kurva psikometrik ini dapat menjelaskan kondisi udara pada suatu proses dan memberikan data untuk perhitungan kebutuhan energi pada proses itu. Gambar 6 menjelaskan proses pemanasan dan pengeringan udara pada suatu bahan.

Gambar 6. Kondisi dan sifat fisika pemanasan dan pengeringan udara suatu bahan pada kurva Psikometrik. H, Ke le m bab an m u tl ak (k g ai r/ k u .k .) Ent

Selama proses pengeringan, udara pengering yang melewati bahan akan mengalami kenaikan kelembaban mutlak (H), kelembaban relatif (RH), tekanan uap, dan suhu pengembunan udara pengering, serta penurunan suhu bola kering (Tk). Sedangkan entalphi (h) dan suhu bola basah (Tb) tetap.

Untuk pengeringan dengan udara terpanaskan, pemanasan udara terjadi pada kelembaban mutlak yang sama. Sedangkan pada pengeringan alami, proses pemanasan udara (1) – (2) ditiadakan. Adapun kenaikan suhu

halp i (kJ

/kg u.k. ) hi ho Volume spesifik (m3_{/kg u.k.)}

Ti Tp

Keterangan :

(1)-(2) = Proses pemanasan udara

(2)-(3) = Proses pengeringan Ti = Suhu udara masuk/

inlet

To = Suhu udara keluar/

outlet

Tp = Suhu udara penge-

ringan

Tb = Suhu bola basah

Tk = Suhu bola kering

u.k. = Udara kering hi – ho = Perubahan panas

sensibel Ho – Hp = Perubahan panas

laten

Tk To

(1) (2)

Psychrometric Chart

Barometric Pressure: 101.36 kPa © Psycho Tool '06

(3)

RH (% )

(40)

udara alami karena gesekan atau turbulensi udara dapat dianggap sebagai proses pemanasan udara sebelum masuk ruang pengering (Taib et al., 1984).

Pengeringan diasumsikan sebagai proses yang terjadi secara adiabatik. Hal ini berarti bahwa proses yang dibutuhkan untuk penguapan air dari bahan hanya diberikan oleh udara pengering tanpa tambahan energi dari luar. Uap air dalam udara bertambah, yang berasal dari bahan. Oleh karena itu, rasio perubahan panas sensibel dan panas laten dalam udara dianggap tetap. Uap air dalam udara yang semakin bertambah diambil dari panas sensibel sehingga suhu udara turun, sedangkan rasio kelembaban bertambah. Suhu dan kelembaban dan udara yang keluar tergantung dari kandungan/kadar air bahan yang dikeringkan hingga pada kadar air keseimbangan (Loewer et al., 1994).

D.2. Proses Pengeringan Konvensional Menggunakan Energi Surya dan Kendalanya

Metode pengeringan produk pertanian yang sangat umum dilakukan di negara-negara berkembang (termasuk Indonesia) adalah penjemuran (sun

drying), karena metode ini relatif sederhana dan murah. Walau demikian, ada

beberapa kerugian dari metode tersebut. Penjemuran dapat dilakukan di atas berbagai alas. Di Indonesia, alas penjemuran sangat bervariasi seperti lantai semen, tikar atau seng, atap, bahkan di pinggir jalan raya. Umumnya penjemuran di atas lantai jemur semen yang telah dipersiapkan dapat menghindarkan tercampurnya produk yang dijemur dengan benda-benda asing. Sedangkan penjemuran yang dilakukan di pinggir jalan raya sangat mungkin terkontaminasi oleh debu, atau partikel-partikel sisa pembakaran kendaraan. Selain itu, ketidakpastian cuaca membuat produk yang dijemur harus dipindah-pindah apabila kondisi hujan dan cerah berganti-ganti.

Cukup sulit dan memakan waktu untuk memindahkan produk dalam jumlah yang sangat besar. Kerusakan produk dapat terjadi apabila sinar matahari tidak diperoleh untuk jangka waktu yang panjang tergantung dari produk yang dikeringkan. Juga akibat gangguan dari serangga, tikus, burung ataupun hewan lain pada produk yang dibiarkan pada udara terbuka dapat

(41)

menurun kualitas dan kuantitasnya. Dibutuhkan pula pembolak-balikan bahan agar kadar air yang diinginkan dapat dicapai secara merata. Untuk mengatasi hal-hal tersebut itu, maka ide penggunaan pengeringan buatan (artificial

drying) terus mendapatkan perhatian dan terus dikembangkan penggunaanya.

E. Mesin Pengering Berenergi Surya

Energi surya merupakan energi terbarukan yang cukup potensial untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk proses pengeringan buatan. Walaupun iradiasi surya berfluktuasi, proses pengeringan dapat berlangsung secara kontinyu dengan mendisain alat pengering tersebut sedemikian rupa sehingga dapat dioperasikan dengan sumber energi lainnya (sistem hibrid).

Selain manfaat utama yaitu mengurangi penggunaan energi konvensional (bahan bakar fosil), terdapat beberapa keuntungan lain dari penggunaan pengering surya. Pada sebagian daerah pedesaan, bahan bakar fosil masih cukup langka dan mahal akibat sulitnya transportasi dari pusat-pusat distribusi. Ketersediaan energi surya di kebanyakan daerah di wilayah tropis merupakan potensi yang sangat baik untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk mensubstitusi sumber energi tersebut. Diperkirakan jumlah energi surya yang tersedia di Indonesia mencapai angka 0,9 x 1018 kJ/tahun atau setara 28,35 x 1018 MWe dengan rata-rata pemanenan 4,8 kW/m2/hari (Abdullah et al., 1998 dan Abdullah, 2007). Selain itu, pada umumnya, pengeringan produk pertanian tidak membutuhkan suhu yang tinggi, sehingga penggunaan energi surya cukup potensial untuk menyediakan kondisi tersebut.

Pengering surya memanfaatkan energi termal surya untuk memanaskan media (fluida) yang akan digunakan pada proses pengeringan. Berbagai tipe pengering surya telah dikembangkan untuk pengeringan produk pertanian, akan tetapi secara umum pengering tersebut dapat dibedakan menjadi dua yakni tipe pengering dengan kolektor plat/datar dan tipe pengering dengan kolektor efek rumah kaca (ERK).

Pada pengering dengan kolektor datar, selain pembuatannya yang cukup rumit, komponen kolektor suryanya merupakan komponen yang memerlukan satuan biaya tertinggi dari ketiga komponen utama (ruang pengering, kipas, dan

(42)

kolektor). Untuk meminimalkan biaya konstruksi, maka didisain suatu pengering surya tipe efek rumah kaca (ERK) dengan bahan transparan sebagai bahan konstruksi utama. Pada tipe pengering ini, ruang pengering (tempat dimana proses pengeringan produk berlangsung) menjadi satu dengan kolektor. Sedangkan konstruksi kolektor pada pengering tipe kolektor datar biasanya dibuat sebagai atap bangunan, seperti rumah pengering kopi dan kakao (Abdullah, 2007 dan Mulato et al., 1999)

Sketsa konstruksi kedua bentuk mesin pengering surya ditunjukkan pada Gambar 7 dan Gambar 8 berikut:

lubang udara horisontal

lubang udara

vertikal pintu pengumpanan_{bahan bakar (kayu)}

tungku

bak pengeringan

plenum kipas pendorong/

blower

penukar panas kolektor

udara masuk

Gambar 7. Sketsa satu bentuk bangunan pengering tipe kolektor datar.

(43)

Berdasarkan metode pengganda Lagrange untuk optimasi pengering surya tipe kolektor datar dan tipe ERK, hasil konfigurasi optimum untuk sistem pengering kolektor datar membutuhkan biaya US$ 3300 untuk beban 600 – 750 kg dengan komponen kolektor menjadi komponen dengan biaya paling mahal. Sedangkan untuk beban yang sama, sistem pengering ERK (kolektor datar telah disubtitusi) memberikan biaya hanya seperempat kalinya, US$ 850. Sehingga kini mesin/alat pengering surya tipe efek rumah kaca (ERK) banyak digunakan sebagai alternatif pengganti pengeringan surya kolektor plat datar karena biayanya relatif murah (Abdullah et al., 1993 dan Abdullah, 2007).

Prinsip alat pengering surya tipe ERK yaitu penggunaan bangunan transparan yang berfungsi sebagai penyekat sehingga iradiasi surya terperangkap dan menaikkan suhu dalam ruang pengeringan. Contoh bahan transparan yang digunakan adalah fiberglass, polikarbonat, dan plastik UV Stabilizer (Abdullah et al., 1999).

E.1. Penelitian, Pemanfaatan Dan Pengembangan Pengering Berenergi Surya Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)

Pemanfaatan energi surya untuk proses pengeringan telah banyak dilakukan oleh banyak peneliti dan sebagian hasilnya telah diaplikasikan oleh petani di beberapa daerah dan masih memungkinkan untuk dikembangkan lebih jauh. Diseminasi teknologi pengering surya tipe ERK ini dimulai tahun 1994 yang digunakan untuk pengeringan benih. Kemudian pada tahun 1998, bekerjasama dengan LIPI dimulai untuk menerapkan pengering ini untuk daging, ikan dan kopi. Tujuan utama dari proyek tersebut adalah untuk menerapkan teknologi yang sesuai untuk membantu masyarakat di pedesaan untuk meningkatkan nilai tambah pada produk mereka sehingga menghasilkan perbaikan kondisi ekonomi mereka. Mulai tahun 1999, melalui proyek grassroot yang dihibahkan oleh pemerintah Jepang telah dipasang empat pengering ERK di Jawa Timur, Bali dan Sumbawa.

Tahun 2004 – 2007, Departemen Energi dan Sumberdaya Mineral, Direktorat Jendral Listrik dan Pengembangan Energi bekerjasama dengan bagian/Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian telah menempatkan beberapa pengering tipe ERK dengan berbagai konfigurasi di daerah-daerah

(44)

DKI Jakarta, Jawa Barat, Jawa Tengah, Jambi, Sulawesi Selatan untuk berbagai produk pertanian dan laut (Abdullah, 2007). Termasuk diantaranya adalah mesin pengering yang diuji kinerjanya pada penelitian ini.

Selama hampir 15 tahun terakhir, pengering surya tipe ERK terus dikembangkan melalui penelitian dan aplikasi di lapangan untuk mendapat-kan umpan balik dari masyarakat. Rancangan-rancangan baru dilahirmendapat-kan melalui proses untuk memperbaiki kelemahan-kelemahan pada rancangan sebelumnya. Konfigurasi pengering ERK yang telah dikembangkan selama ini mencakup beberapa tipe, yaitu tipe rumah, limas heksagonal/kerucut terpancung, rak berputar, dan kabinet.

Pengembangan juga dilakukan berdasarkan jenis produk yang dikeringkan; penyediaan pilihan dalam teknik pengoperasian; suplai energi yang disesuaikan pada kebiasaan, kemampuan pengguna, dan penggunaan sumber energi terbarukan untuk memenuhi seluruh kebutuhan energi (termal & mekanik) agar peluang keberhasilan untuk penempatan sistem ini pada daerah-daerah remote akan lebih bertambah; serta usaha konservasi energi agar efisien dalam biaya pengoperasian (Abdullah, 2007).

Beberapa contoh pemanfaatan energi surya untuk proses pengeringan telah dikembangkan oleh para peneliti di Institut Pertanian Bogor. Nelwan (1997) telah menguji alat pengering ERK tipe rak untuk pengeringan kakao dengan motor penggetar rak. Penggetaran berlangsung selama 7 jam cukup efektif untuk memisahkan kelengketan antar-biji kakao.

Manalu et al. (1998) melakukan pengujian terhadap alat pengering ERK tipe bak silinder dengan penggetar berupa pengaduk mekanis yang digerakan oleh motor listrik. Pemakaian pengaduk mekanis mampu mengatasi kelengketan biji kakao serta menyingkat proses pengeringan dengan pola pengadukan kontinyu. Konsumsi energi untuk pengadukan sebesar 3 % energi total serta efisiensi sistem pengeringan yang dicapai sebesar 46 %.

Prasetyo (2000) melakukan pengujian banding antara alat pengering ERK tipe rak untuk mengeringkan kakao dengan penggetar dan tanpa penggetar. Efisiensi sistem pengeringan dengan penggetar berkisar antara 8,61 % – 14,53 % sedangkan efisiensi sistem pengeringan tanpa penggetar

(1)

• Kelembaban relatif (RHl), % 75,48

• Entalpi (ho), kJ/kg uk. 82,86

• Kelembaban mutlak (Ho), kg/kg uk. 0,0199

• Volume spesifik (vsl), m3/kg uk. 0,885

• Massa jenis udara (ρu), kg/m3 1,128

6. Udara pengering:

• Suhu rata-rata-bola kering (TrTk), oC 43,45

• Kelembaban relatif (RHr), % 73,62

• Entalpi (ha), kJ/kg uk. 154,46

• Kelembaban mutlak (Ha), kg/kg uk. 0,0423

• Panas laten penguapan (hfg), kJ/kg uk. 2398,489

• Panas jenis udara (Cpu), kJ/kg oC 1,00717

B. Perhitungan efisiensi penggunaan energi 1. Laju penguapan air (w), kg air/jam:

w = mu / t = 174,3 / 52,75 = 3,30 kg uap air/jam

2. Laju aliran udara (jenuh) pengering (q), m3_/jam

q = w * (vs / (Ha - Ho) )

= 3,30 * (0,885) / (0,0423 - 0,0199)) = 130,38 m3_/jam

3. Panas yang Diterima Udara Pengering (Q5), kJ

)

(

m

Cp

T

Q

=

−

...(7) = (1,128 * 130,38 * 52,75) * 1,00717 * (43,45 - 29,82)

= 106 497,93 kJ

4. Panas yang Digunakan Untuk Menaikkan Suhu Produk (Q4), kJ

)

(

m

C

T

Q

=

−

...(8) = 215,8 * 3,77 * (43,45 - 29,82)

= 11 088,91 kJ

5. Panas yang Digunakan Untuk Menguapkan Air Produk (Q3), kJ

fg u

h

m

Q

₃

=

.

... (10) = 174,3 * 2398,489 = 418 056,63 kJ

6. Besarnya Energi Untuk Memanaskan dan Menaikkan Suhu Produk dan Energi Penguapan Produk (Qu), kJ

Q

=

₁

+

₂

+

... (11) = 106 497,93 + 11 088,91 + 418 056,63

(2)

7. Energi Surya yang Diterima Alat Pengering (Q4), kJ

t

A

I

Q

=

3 .

6

_R _p

(

τα

)

_p ... (12)

Luas permukaan mesin yang menerima sinar matahari langsung: - Depan : (6 m x 2 m) = 12 m2

- Atas : (6 m x 2,3 m) = 12,6 m2

Total = 24,6 m2

Perkalian transmisifitas (cahaya & panas) bahan tembus cahaya mesin pengering, (τα) = 0,61 Hari ke-

1 2 3 Satuan

Iradiasi surya awal 337,14 11,4 15,71 W/m2

Iradiasi surya akhir 11,43 18,57 100 W/m2

Selang pengukuran 0,5 1 2 jam

Lama penyinaran 7,5 11 9 jam

Iradiasi global 2847,14 3166,19 3618,10 W.jam/m2

Energi surya 150778,14 149337,57 156161,01 kJ

Total energi surya 456276,72 kJ

8. Energi Biomassa yang Diterima Alat Pengering( Q5), kJ

)

)(

(

m

N

Q

=

... (13) = 395 * 18 799,10 = 7 425 643,52 kJ

9. Energi Listrik yang Digunakan Kipas (Q6), kJ

t

P

3.6 Q

₆

=

_k ... (14) Lama pemakaian pada

hari ke- (jam) Alat listrik Daya

1 2 3

fk Energi Satua

Kipas pendorong 200 14 24 15,45 3,6 38700,00 kJ

Kipas pengaduk 180 8 4,5 6,75 3,6 12474,00 kJ

Pompa HE air 125 9,5 24 15,75 3,6 22162,50 kJ

Total energi listrik 73336,50 kJ

fk : faktor koreksi 1 HP : 735,4988 W

10. Energi Total yang Masuk ke Sistem (QT), kJ

Q

=

₄

+

₅

+

₆ ... (15) = 456 276,72 + 7 425 643,52 + 73 336,50 = 7 955 256,74 kJ 11. Efisiensi Total Sistem (ηT)

%

100 x

Q

T u T

=

η

... (16) = (535 643,47 / 7 955 256,74) * 100 % = 6,73 %

12. Energi Spesifik Bahan (Es)

u T S

m

Q

E

=

... (15) = 7 955 256,74 / 174,3 = 45 641,17 kJ/kg

(3)

• Kelembaban relatif (RHl), % 78,02

• Entalpi (ho), kJ/kg uk. 87,72

• Kelembaban mutlak (Ho), kg/kg uk. 0,0218

• Volume spesifik (vsl), m3/kg uk. 0,891

• Massa jenis udara (ρu), kg/m3 1,124

6. Udara pengering:

• Suhu rata-rata-bola kering (TrTk), oC 43,06

• Kelembaban relatif (RHr), % 64,61

• Entalpi (ha), kJ/kg uk. 138.20

• Kelembaban mutlak (Ha), kg/kg uk. 0,0360

• Panas laten penguapan (Hfg), kJ/kg uk. 2399,417

• Panas jenis udara (Cpu), kJ/kg oC 1,00715

B. Perhitungan efisiensi penggunaan energi 1. Laju penguapan air (w), kg air/jam:

w = mu / t = 196,1 / 54 = 3,63 kg uap air/jam

2. Laju aliran udara (jenuh) pengering (q), m3_/jam

q = w * (vs / (Ha - Ho) )

= 3,63 * (0,891 / (0,0360 - 0,0218)) = 227,77 m3_/jam

3. Panas yang Diterima Udara Pengering (Q5), kJ

)

(

m

Cp

T

Q

=

−

...(7) = (1,124 * 227,77 * 54) * 1,00715 * (43,06 - 30,75)

= 171 399,20 kJ

4. Panas yang Digunakan Untuk Menaikkan Suhu Produk (Q4), kJ

)

(

m

C

T

Q

=

−

...(8) = 247,5 * 3,77 * (43,06 - 30,75)

= 11 486,15 kJ

5. Panas yang Digunakan Untuk Menguapkan Air Produk (Q3), kJ

fg u

h

m

Q

₃

=

.

... (10)

= 196,1 * 2399,417 = 470 525,67 kJ

6. Besarnya Energi Untuk Memanaskan dan Menaikkan Suhu Produk dan Energi Penguapan Produk (Qu), kJ

Q

=

₁

+

₂

+

... (11) = 171 399,20 + 11 486,15 + 470 525,67

(4)

7. Energi Surya yang Diterima Alat Pengering (Q4), kJ

t

A

I

Q

=

3 .

6

_R _p

(

τα

)

_p ... (12)

Luas permukaan mesin yang menerima sinar matahari langsung: - Depan : (6 m x 2 m) = 12 m2

- Atas : (6 m x 2,3 m) = 12,6 m2

Total = 24,6 m2

Perkalian transmisifitas (cahaya & panas) bahan tembus cahaya mesin pengering, (τα) = 0,61 Hari ke-

1 2 3 Satuan

Iradiasi surya awal 580 192,86 35,71 W/m2

Iradiasi surya akhir 104,29 14,29 115,71 W/m2

Selang pengukuran 0,5 1 2 jam

Lama penyinaran 4,5 8 9 jam

Iradiasi global 2289,76 2890,00 4030,48 W.jam/m2

Energi surya 121895,88 139187,08 173293,58 kJ

Total energi surya 434376,54 kJ

8. Energi Biomassa yang Diterima Alat Pengering ( Q5), kJ

)

)(

(

m

N

Q

=

... (13) = 404,1 * 18 799,10 = 7 596 716,31 kJ

9. Energi Listrik yang Digunakan Kipas (Q6), kJ

t

P

3.6 Q

₆

=

_k ... (14) Lama pemakaian pada

hari ke- (jam) Alat listrik Daya

1 2 3

fk Energi Satua

Kipas pendorong 200 14 24 16 3,6 38880 kJ

Kipas pengaduk 180 5,34 12,5 7 3,6 16096,32 kJ

Pompa HE air 125 9,5 24 16 3,6 22275 kJ

Total energi listrik 77251,32 kJ

fk : faktor koreksi 1 HP : 735,4988 W

10. Energi Total yang Masuk ke Sistem (QT), kJ

Q

=

₄

+

₅

+

₆ ... (15) = 434 376,54 + 7 596 716,31 + 77 251,32 = 8 108 344,17 kJ 11. Efisiensi Total Sistem (ηT)

%

100 x

Q

T u T

=

η

... (16) = (653 411,02 / 8 108 344,17) * 100 % = 8,06 %

12. Energi Spesifik Bahan (Es)

u T S

m

Q

E

=

... (15) = 8 108 344,17 / 196,1 = 41 348,01 kJ/kg

(5)

5 0.87 0.001000 147.12 20.97 2361.3 2382.3 20.98 2489.6 2510.6 0.0761 8.9496 9.0257 10 1.23 0.001000 106.38 42.00 2347.2 2389.2 42.01 2477.7 2519.8 0.1510 8.7498 8.9008 15 1.70 0.001001 77.93 62.99 2333.1 2396.1 62.99 2465.9 2528.9 0.2245 8.5569 8.7814 20 2.34 0.001002 57.79 83.95 2319.0 2402.9 83.96 2454.1 2538.1 0.2966 8.3706 8.6672 25 3.17 0.001003 43.36 104.88 2304.9 2409.8 104.89 2442.3 2547.2 0.3674 8.1905 8.5580 30 4.25 0.001004 32.89 125.78 2290.8 2416.6 125.79 2430.5 2556.3 0.4369 8.0164 8.4533 35 5.63 0.001006 25.22 146.67 2276.7 2423.4 146.68 2418.6 2565.3 0.5053 7.8478 8.3531 40 7.38 0.001008 19.52 167.56 2262.6 2430.1 167.57 2406.7 2574.3 0.5725 7.6845 8.2570 45 9.59 0.001010 15.26 188.44 2248.4 2436.8 188.45 2394.8 2583.2 0.6387 7.5261 8.1648 50 12.35 0.001012 12.03 209.32 2234.2 2443.5 209.33 2382.7 2592.1 0.7038 7.3725 8.0763 55 15.76 0.001015 9.568 230.21 2219.9 2450.1 230.23 2370.7 2600.9 0.7679 7.2234 7.9913 60 19.94 0.001017 7.671 251.11 2205.5 2456.6 251.13 2358.5 2609.6 0.8312 7.0784 7.9096 65 25.03 0.001020 6.197 272.02 2191.1 2463.1 272.06 2346.2 2618.3 0.8935 6.9375 7.8310 70 31.19 0.001023 5.042 292.95 2176.6 2469.6 292.98 2333.8 2626.8 0.9549 6.8004 7.7553 75 38.58 0.001026 4.131 313.90 2162.0 2475.9 313.93 2321.4 2635.3 1.0155 6.6669 7.6824 80 47.39 0.001029 3.407 334.86 2147.4 2482.2 334.91 2308.8 2643.7 1.0753 6.5369 76122 85 57.83 0.001033 2.828 355.84 2132.6 2488.4 355.90 2296.0 2651.9 1.1343 6.4102 75445 90 70.14 0.001036 2.361 376.85 2117.7 2494.5 376.92 2283.2 2660.1 1,1925 6.2866 7.4791 95 84.55 0.001040 1.982 397.88 2102.7 2500.6 397.96 2270.2 2668.1 1.2500 6.1659 7.4159

(6)