Kajian Karakteristik Perpindahan Panas Pada Ruang Sistem Pengering/Pengasapan Dengan Energi Panas Dari Bahan Bakar

(1)

T E S I S

OLEH

NAWAWI JUHAN 027015012/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2008

(2)

KAJIAN KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS

PADA RUANG SISTEM PENGERING/PENGASAPAN DENGAN

ENERGI PANAS DARI BAHAN BAKAR

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik

dalam Program Studi Teknik Mesin

pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

OLEH NAWAWI JUHAN

027015012/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

(3)

Judul Tesis : KAJIAN KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA RUANG SISTEM PENGERING/PENGASAPAN

DENGAN ENERGI PANAS DARI BAHAN BAKAR Nama Mahasiswa : NAWAWI JUHAN

Nomor Induk : 027015012/TM Program Studi : TEKNIK MESIN

Menyetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Ahmad Syuhada, MSc Ketua

Prof. Dr. Ir. Farel Napitupulu, DEA Ir. Zamanhuri, MT Anggota Anggota

Ketua Program Studi, Direktur SPs-USU,

(4)

Tanggal Lulus:

TESIS

MODEL B

NTUK K

LA DA

BAH

KOMP

OSIT

POLIMER DAN RESP

ONN

TERHA

DAP

BEBA

N IMPAK

INDR

A MA

WARDI

(5)

ABSTRAK

Penggunaan lemari pengering untuk pengeringan masih mempunyai kelemahan, yaitu temperatur pengering di dalam lemari pengering sering tidak seragam atau tidak sama di setiap rak yang terdapat dalam lemari pengering, dimana temperatur udara panas pada rak-rak pengering yang bejauhan dengan sumber panas atau pada rak-rak makin ke atas semakin menurun. Jika ketidaksamaan temperatur fuida pengering pada setiap rak dalam lemari pengering tersebut tidak teratasi, maka hasil pengering akan menurun kualitasnya yang diakibatkan oleh tidak meratanya suhu pengering yang diterima setiap produk yang dikeringkan. Masalah ini diyakini dapat diatasi dengan menahan laju gas panas keluar dari ruang pengering dengan membuat sudut cerobong gas panas keluar yang tepat. Penelitian ini dilakukan untuk menentukan berapa sudut cerobong gas panas keluar peralatan pengering yang tepat sehingga didapat keseragaman temperatur di setiap rak yang terdapat dalam lemari pengering. Disamping itu juga untuk melihat pengaruh pengarah awal terhadap distribusi temperatur di dalam saluran peralatan pengering. Pengujiannya dilakukan dengan membuat suatu sistem peralatan pengering dengan sistem aliran gas panas alamiah, yang terdiri atas lima bagian utama yaitu ruang pembakaran, pengarah awal 2 buah tidak berlubang dan berlubang dibuat berbentuk V dengan sudut 30o, saluran aliran udara panas, ruang pengeringan dengan 7 buah rak pengeringan, dan cerobong 3 buah dengan sudut masing-masing 15o, 25o, dan 35o. Pengkajian lebih lanjut dilakukan terhadap karakteristik perpindahan panas dan pola aliran fluida pada Ruang Sistem Pengering/Pengasapan untuk mendapatkan sistim dan peralatan pengering yang optimal dengan menggunakan energi bahan bakar dan temperatur yang lebih merata pada setiap rak di dalam lemari pengering. Hasil penelitian menunjukkan, bahwa sudut cerobong sangat berpengaruh terhadap keseragaman distribusi temperature di dalam ruang pengering. Peralatan pengering dengan cerobong bersudut 15o dapat menghasikan distribusi temperatur yang teratur, gradient temperature yang terjadi kecil di awal pemanasan dan setelah kestabilan tercapai distribusi temperature menjadi seragam di setiap rak dalam ruang pengering. Disamping itu Pengarah awal juga berpengaruh terhadap diistribusi di dalam saluran pemanas, dimana distribusi temperatur pada saluran pemanas dengan pengarah awal berlubang dan tidak berlubang sangat berbeda, ini disebabkan oleh pola aliran yang terjadi terutama pada sudut atap cerobong yang 15o. yang mana turbulensinya lebih besar dengan pengarah awal tidak berlubang. Karakteristik perpindahan panas yang terjadi seperti Grashof number, Rayleigh number, Nusselt number, dan koeffisien perpindahan panas yang terjadi di dalam peralatan pengering dipengaruhi oleh ketinggian karakteristik, lebar karakteristik, dan geometri saluran (sudut saluran).

(6)

ABSTRAC

The use of oven for drying still has weaknesses, for instance, the

temperature in the oven is not the same in each drying bed. By the same

token, the higher the drying bed from the heat source, the temperature

will be lower. If the different fluidized temperature in each drying bed in

the oven is overcome, the dried product may decrease in quality as a

result of this condition. It is believed that this problem can be overcome

by decreasing the heat out of oven by designing precise angles of the

smokestack. This research was conducted to know the precise angles of

the smokestack for the temperature in every drying bed. In addition, this

research was aimed to know the influence of the pre- heat director

towards the temperature distribution in the oven. The testing was done by

producing the oven with natural - heat -flow system with consisting of

five main parts, such as, burning room, two heat pre-heat directors

without holes and with holes in form of V in angle of 30 degree, channel

of heat, drying room with 7 (seven) drying beds, and 3 (three)

smokestacks with angles of 15 degrees, 25 degrees, 35 degrees. Further

analysis was done to the characteristic of heat distribution and the

pattern of fluid flow in drying room system or smoking process for

obtaining the system and optimum drying instruments by using fuel

energy and uniform temperature in each drying bed in the oven. The

finding of this research showed that smokestack angles significantly

influenced the uniform distribution of temperature in the drying room.

The drying bed with the angle of 15 degrees can produce the uniform

distribution of temperature gradient temperature that happened was

small at the beginning of heating and after the stability was reached, the

temperature became stable in every drying beds in each drying room.

Besides, the pre-director was also influenced by the distribution of

temperature in the channel of heater in which the distribution of

temperature in the heating channel with the holed- pre-director and

without holes were significantly different. This was caused by the flow

pattern which existed especially in the smokestack with 15 degrees in

which its turbulence was bigger with pre-director without hole. The

characteristics of heat transferring which happened like Grashof

(7)

number, Rayleigh number, Nusselt number and coofficience of heat

transfer that existed in the drying instruments was influenced by the

height of characteristics, weight of characteristics, and geometriy of

channel (angles of channel).

(8)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. atas karunia dan rahmat yang telah dilimpahkanNya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul “Kajian Karakteristik Perpindahan Panas pada Ruang Sistem Pengering/Pengasapan dengan Energi Panas dari Bahan Bakar”.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada Bapak prof. Dr. Ir. Ahmad Syuhada, M.Sc (ketua), Dr. Ir. Farel Napitupulu, DEA (Anggota), Ir. Zamanhuri, MT (Anggota), selaku komisi Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk membimbing dan mengarahkan penulis mulai dari penyusunan proposal, pelaksanaan penelitian sampai tersusunnya tesis ini.

Selanjutnya dengan segala ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Prof. Dr. Ir. T. Chairul Nisa B., M.Sc selaku Direktur Sekolah Pascasarjana, Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME dan Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua dan Sekretaris Program Studi Magister Teknik Mesin SPs-USU yang telah memberikan kesempatan untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Magister Teknik Mesin SPs-USU. Direktur Politeknik Negeri Lhokseumawe dan Pemda NAD atas izin dan bantuan yang diberikan untuk mengikuti pendidikan Prugram Magister. Seluruh dosen dan staf administrasi Program Studi Magister Teknik Mesin SPs-USU yang telah mengajarkan ilmu pengetahuan dan bantuan selama penulis dalam mengikuti pendidikan di Program Magister. Ketua Jurusan Teknik Mesin dan Ketua Laboratorium Thermal dan Fluida Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala yang telah memberi izin kepada penulis untuk melakukan penelitian dalam rangka penulisan tesis ini. Seluruh rekan-rekan mahasiswa yang bergabung di Laboratorium Thermal dan Fluida

(9)

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala yang telah banyak membantu dan bekerjasama dalam pelaksanaan penelitian untuk penulisan tesis ini.

Terimakasih terkhusus penulis sampaikan kepada isteri tercinta Ir. Yenni Syarif, MT., dan anak-anak tersayang Muhammad Syaukani, Muhammad Nur Rahmat, dan Mutia Rahmah yang telah banyak mendorong dan memberi semangat kepada penulis dalam menyelesaikan tesis ini. Serta doa yang tak terputus penulis sampaikan kepada Allah SWT agar kedua orang tua penulis Almarhum ayahanda T. Djohan Amin dan almarhumah ibunda Laibah binti Mahmud serta almarhum anak sulung Amri Nur Syahrul mendapat ampunan dan berbahagia disisiNya.

Penulis menyadari masih banyak ketidaksempurnaan dari penulisan tesis ini, untuk itu saran dan kritikan yang membangun sangat penulis harapkan untuk kesempurnaannya. Penulis berharap agar tesis ini bermamfaat bagi pengembangan dan kemajuan ilmu pengetahuan khusus dalam bidang pengeringan.

Akhirnya kepada Allah SWT. jugalah kita berserah diri, karena tiada satupun dapat terjadi kecuali atas kehendak-Nya.

Medan, Februari 2008

(10)

DAFTAR ISI

Halaman

RINGKASAN iv

KATA PENGANTAR v

RIWAYAT HIDUP vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR TABEL x

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR LAMPIRAN xiv

DAFTAR ISTILAH xv

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Perumusan Masalah 1.3 Tujuan Penelitian 1.4 Manfaat Penelitian

1 1 4 5 6 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Proses Perpindahan Massa Alamiah dalam Peralatan Pengeringan 2.2 Konveksi Bebas dan Aliran Fluida pada Pelat Miring

2.3 Konveksi Bebas dan Aliran Fluida pada Pelat Vertikal 2.4 Konveksi Bebas dan Aliran Fluida pada Saluran Vertikal 2.5 Kurva Pengeringan/Pengasapan

2.6 Proses pengeringan/Pengasapan pada Diagram Psikometrik

2.7 Kerangka Konsep

8 8 11 14 16 19 21 22 3. METODELOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

3.2 Bahan, Peralatan, dan Metode 3.3 Rancangan Peralatan Pengujian 3.4 Pelaksanaan Penelitian

3.5 Variabel yang Diamati

3.6 Teknik Pengukuran, Pengolahan, dan Analisa Data

23 23 23 24 30 32 32

(11)

4.1 Pengaruh Pengarah Awal Terhadap Distribusi Temperatur 4.1.1 Pengaruh Pengarah Awal Terhadap Distribusi

Temperatur pada Saluran pengarah

4.1.2 Pengaruh Pengarah Awal Terhadap Distribusi Temperatur pada Ruang Pengering

4.1.3 Pengaruh Pengarah Awal Terhadap Distribusi Temperatur pada Cerobong

4.2 Pengaruh Sudut Cerobong Terhadap Distribusi Temperatur 4.2.1 Pengaruh Sudut Cerobong Terhadap Distribusi

Temperatur pada Saluran Pengarah/Pemanas 4.2.2 Pengaruh Sudut Cerobong Terhadap Distribusi

Temperatur pada Ruang Pengering

4.2.3 Pengaruh Sudut Cerobong Terhadap Distribusi Temperatur pada Cerobong

4.3 Penentuan Sudut Cerobong pada Sistem Peralatan Pengering Yang Dirancang

4.4 Analisa Karakteristik Perpindahan Panas

4.4.1 Karakteristik Perpindahan Panas pada Saluran Pengarah 4.4.2 Karakteristik Perpindahan Panas pada Ruang Pengering 4.4.3 Karakteristik Perpindahan Panas pada Cerobong

4.5 Uji Coba Pengeringan Pisang 4.5.1 Distribusi Temperatur 4.5.2 Penurunan Kadar Air Akhir 5. KESIMPULAN DAN SARAN

DAFTAR KEPUSTAKAAN

36 36 38 40 42 42 44 48 49 54 56 60 66 72 73 74 77 82

(12)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Konstanta C dan n untuk persamaan 2-10 ... 15 4.1 Karakteristik Perpindahan Panas pada Saluran pengarah ... 58 4.2 Karakteristik Perpindahan Panas pada Ruang Pengering bagian tepi 62 4.3 Karakteristik Perpindahan Panas pada Ruang Pengering bagian tengah 63 4.4 Karakteristik Perpindahan Panas pada cerobong ………... 70

(13)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Konsep positip dan negatif pada pelat miring ... 11

2.2 Aliran yang terjadi akibat gaya apung pada pelat miring ... 12

2.3 Konveksi Alamiah pada pelat vertikal ... 14

2.4 Saluran vertikal dengan pelat isothermal ... 17

2.5 Kurva Periode pengeringan ... 19

2.6

Proses pengeringan/pengasapan pada diagram psikometrik

………..

20 2.7 Kerangka Konsep ... 21

3.1 Desain Peralatan Pengasapan Pisang Sale ... 25

3.2 Desain Ruang Pembakaran ... 26

3.3 Desain Pengarah Awal Aliran ... 27

3.4 Saluran Uadara Panas dan Lemari Pengasapan ... 28

3.5 Cerobong dengan sudut 15o ... 29

3.6 Cerobong dengan sudut 25o ... 20

3.7 Cerobong dengan sudut 35o ... 30

3.8 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ... 31

3.9 Titik –Titik Pengukuran Temperatur Pada Peralatan Pengering ... 33

4.1 Titik Pengukuran temperatur pada peralatan pengering ... 35

4.2 Distribusi temperatur pada saluran pengarah dengan cerobong bersudut atap 15o dan pengarah awal tidak berlubang ... 37

4.3 Pengaruh pengarah awal berlubang terhadap distribusi temperatur pada saluran pengarah dengan cerobong bersudut atap 15o ... 37 4.4 Distribusi temperatur di ruang pengering pada posisi 5 cm dari dinding

(14)

berlubang ... 39 4.5 Pengaruh pengarah awal berlubang terhadap distribusi temperatur di

ruang pengering pada posisi 5 cm dari dinding saluran pemanas dengan

sudut cerobong 15o ... 40 4.6 Distribusi temperature di cerobong dengan sudut 15o dan pengarah awal

tidak berlubang ... 41 4.7 Pengaruh pengarah awal berlubang terhadap distribusi temperature di

cerobong dengan sudut 15o ... 41 4.8 Pengaruh sudut cerobong terhadap distribusi temperatur pada saluran

pengarah (pemanas) dengan pengarah awal tidak berlubang ... 43 4.9 Pengaruh sudut cerobong terhadap distribusi temperatur pada saluran

pengarah (pemanas) dengan pengarah awal berlubang ... 43 4.10 Pengaruh sudut cerobong terhadap distribusi temperature pada ruang

pengering di posisi 5 cm dari dinding saluran pengarah dan dan pengarah awal tidak berlubang ... 45 4.11 Pengaruh sudut cerobong dan pengarah awal tidak berlubang terhadap

distribusi temperature pada ruang pengering di posisi 5 cm dari dinding

saluran pengarah ... 45 4.12 Pengaruh sudut cerobong terhadap distribusi temperature pada ruang

pengering di posisi 25 cm dari dinding saluran pengarah dan dan

pengarah awal tidak berlubang ... 47 4.13 Pengaruh sudut cerobong dan pengarah awal tidak berlubang terhadap

distribusi temperature pada ruang pengering di posisi 25 cm dari dinding saluran pengarah ... 47 4.14 Distribusi temperatur di titik 4 pada cerobong dengan pengarah awal

tidak berlubang ... 48 4.15 Distribusi temperatur di titik 4 pada cerobong dengan pengarah awal

berlubang ... 49 4.16 Distribusi temperatur di ruang pengering pada posisi 25 cm dari dinding

luar saluran pemanas dengan cerobong sudut 15o dan pengarah tidak

awal berlubang ... 50 4.17 Distribusi temperatur di ruang pengering pada posisi 25 cm dari dinding

luar saluran pemanas dengan cerobong sudut 15o dan pengarah awal

berlubang ... 51 4.18 Distribusi temperatur di ruang pengering pada posisi 25 cm dari dinding

luar saluran pemanas dengan cerobong sudut 25o dan pengarah awal

tidak berlubang ... 52 4.19 Distribusi temperatur di ruang pengering pada posisi 25 cm dari dinding

luar saluran pemanas dengan cerobong sudut 25o dan pengarah awal

berlubang ... 52 4.20 Distribusi temperatur di ruang pengering pada posisi 25 cm dari dinding

luar saluran pemanas dengan cerobong sudut 35o dan pengarah awal

(15)

4.21 Distribusi temperatur di ruang pengering pada posisi 25 cm dari dinding luar saluran pemanas dengan cerobong sudut 35o dan pengarah awal

tidak berlubang ... 54 4.22 Daerah perhitungan karakteristik perpindahan panas local pada Peralatan

Pengering ... 55 4.23 Distribusi Grashof number dan Rayleigh number disepajang ketinggian

saluran pengarah ... 59 4.24 Distribusi Nusselt number dan koeffisien perpindahan panas disepajang

ketinggian saluran pengarah ... 59 4.25 Distribusi Grashof dan Rayleigh number disepajang ketinggian ruang

pengering ... 64 4.26 Distribusi Nusselt number dan koeffisien perpindahan panas disepajang

ketinggian ruang pengering ... 65 4.27 Cerobong dengan sudut 15o ... 66 4.28 Distribusi Grashof number dan koeffisien perpindahan panas disepajang

ketinggian cerobong ... 70 4.29 Distribusi Nusselt number dan koeffisien perpindahan panas disepajang

ketinggian cerobong ... 71 4.30 Proses berlangsungnya pengasapan ... 73 4.31 Grafik distribusi temperatur pengeringan pisang pada tiap rak ... 74 4.32 Grafik penurunan kadar air terhadap waktu pengasapan dengan

bahan bakar serbuk gergaji ... 75 4.33 Pisang sale yang dihasilkan dari proses pengasapan... 76

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1 Data Hasil Peneltian ... 84

2 Sifat Bahan ………. 108

(17)

DAFTAR ISTILAH

Satuan

Qud out

= Energi panas yang keluar dari daru udara pengering W

E mud

= Massa udara pengering yang dialirkan ke ruang pengering

Kg/s

= Panas jenis udara J/kg.oC

= Beda temperatur udara masuk dan keluar alat pengering oC

Qair in

= Energi yang dibutuhkan untuk menguapkan kadar air

didalam bahan yang dikeringkan W

mair

= Massa kadar air yang dikeringkan/diasapkan Kg/s

Lhair

= Panas laten penguapan air J/kg. oC

konveksi

= laju perpindahan panas konveksi W

= koeffisien perpidahan panas konveksi W/m2. oC

= luas permukaan perpindahan panas kovesi m2 dT = beda temperatur antara fluida dan permukaan padat oC C = angka dari hasil penelitian

Re = angka Reynold

n = bilangan hasil penelitian m = bilangan hasil penelitian Pr = anka Prantl

(18)

U = kecepatan udara m/s

Q = Perpindahan panas konveksi W

qs Perpindahan panas rata-rata W

ΔT = Beda temperatur = Tw - T∞ oC

β = Koefisien Ekspansi termal Volumetrik K

g = percepatan gravitasi m2/s

ρ = Massa jenis Kg/m3

µ = Viskositas Kg/s.m

L = Panjang karakteristik m

Nu = Angka Nusselt

v = Viskositas kinematik m2/s

Ra = Angka Rayleigh Gr = Angka Grashof

x = Posisi lokal terhadap koordinat x

α = Difusifitas termal m2/s

Bo = Angka Boussinesg

H = Ketinggian m

θ = Sudut koordinat rad

MCdb = Kadar air berdasarkan dry basis %

a = Berat bahan sebelum pengeringan/pengasapan kg b = Berat bahan setelah pengeringan/pengasapan kg MCwb = Kadar air bahan berdasarkan wet basis %

(19)

ABSTRAK

(20)

ABSTRAC

The use of oven for drying still has weaknesses, for instance, the

temperature in the oven is not the same in each drying bed. By the same

token, the higher the drying bed from the heat source, the temperature

will be lower. If the different fluidized temperature in each drying bed in

the oven is overcome, the dried product may decrease in quality as a

result of this condition. It is believed that this problem can be overcome

by decreasing the heat out of oven by designing precise angles of the

smokestack. This research was conducted to know the precise angles of

the smokestack for the temperature in every drying bed. In addition, this

research was aimed to know the influence of the pre- heat director

towards the temperature distribution in the oven. The testing was done by

producing the oven with natural - heat -flow system with consisting of

five main parts, such as, burning room, two heat pre-heat directors

without holes and with holes in form of V in angle of 30 degree, channel

of heat, drying room with 7 (seven) drying beds, and 3 (three)

smokestacks with angles of 15 degrees, 25 degrees, 35 degrees. Further

analysis was done to the characteristic of heat distribution and the

pattern of fluid flow in drying room system or smoking process for

obtaining the system and optimum drying instruments by using fuel

energy and uniform temperature in each drying bed in the oven. The

finding of this research showed that smokestack angles significantly

influenced the uniform distribution of temperature in the drying room.

The drying bed with the angle of 15 degrees can produce the uniform

distribution of temperature gradient temperature that happened was

small at the beginning of heating and after the stability was reached, the

temperature became stable in every drying beds in each drying room.

Besides, the pre-director was also influenced by the distribution of

temperature in the channel of heater in which the distribution of

temperature in the heating channel with the holed- pre-director and

without holes were significantly different. This was caused by the flow

pattern which existed especially in the smokestack with 15 degrees in

which its turbulence was bigger with pre-director without hole. The

characteristics of heat transferring which happened like Grashof

(21)

number, Rayleigh number, Nusselt number and coofficience of heat

transfer that existed in the drying instruments was influenced by the

height of characteristics, weight of characteristics, and geometriy of

channel (angles of channel).

(22)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia sebagai negara kepulauan terletak di daerah tropis yang sebagian besar penduduknya bermata pencaharian sebagai petani dan nelayan. Di Propinsi Nanggroe Aceh Darussalam (NAD), fluktuasinya hasil pertanian dan tangkapan ikan yang dipengaruhi oleh musim dan kodisi alam sulit untuk diprediksi oleh banyak pihak, sehingga pada musim panen raya banyak hasil pertanian/perikanan tidak termanfaatkan, tetapi pada musim paceklik hasilnya sangat minim dan harganya menjadi melambung. Pada sisi lain waktu panen raya ini, sering terjadi bersamaan banyak daerah, sehingga terjadilah penumpukan hasil-hasil alam ini di berbagai daerah sentra pruduksi. Hal ini menyebabkan produk petani dan nelayan tidak layak jual, yang akhirnya pendapatan mereka menurun tajam.

Berbagai hasil pertanian, perkebunan dan perikanan hanya akan dapat bertahan lama bila dilakukan proses pengawetan. Salah satu proses pengawetan yang umum digunakan adalah proses pengawetan fisis adalah dengan cara pengeringan [1]. Pengeringan dapat dilakukan dengan 3 sistem, yaitu sistem pengeringan

dengan menggunakan energi matahari, Sistem pengeringan dengan energi pemanas listrik, dan Sistem pengeringan mekanik dengan energi bahan bakar. Sistim pengering mengunakan energi matahari secara tradisional dengan cara penjemuran di alam

(23)

terbuka di bawah sinar matahari dimana bahan dihamparkan di lantai semen, atau anyaman bambu, atau tikar telah lama dipergunakan. Disamping itu, sistim pengering surya dengan menggunakan kolektor terus dikembangkan. Kelebihan alat ini adalah bahan yang dikeringkan ketika hujan dan malam tiba tidak perlu dipindahkan. Kekurangannya adalah tengantung cuaca, temperatur pengeringan tidak konstan dan sulit untuk dikontrol. Sistem peralatan pengeringan dengan energi pemanas listrik biasanya digunakan untuk pengeringan pakaian, kertas dan pada industri tertentu. Kelebihanya adalah praktis dan kelemahannya adalah mahal [2].

Sistem pengeringan secara mekanik menggunakan peralatan dan sumber energi dengan bantuan energi minyak, gas atau bahan bakar lainnya[3]. Pengeringan secara mekanik dengan menggunakan lemari pengering dan sumber energi bahan bakar mempunyai beberapa keuntungan dan kerugian. Kelebihannya antara lain dapat dioperasikan tanpa hambatan iklim, kualitas pengeringan dapat terkontrol, hemat tenaga kerja, dan waktu pengeringan dapat diatur. Namun disamping kelebihan alat pengering ini juga mempunyai kelemahan-kelemahan. Diantaranya, dibutuhkan biaya yang lebih besar untuk membuat alatnya. Namun, jika untuk usaha yang kontinyu biaya besar yang dikeluarkan pada saat pembuatan akan cepat tertutupi dengan pengoperasian berkapasitas besar. Disamping itu dengan mengunakan energi bahan bakar diyakini objek pengeringan/pengasapan yang bersentuhan langsung dengan gas asap pembakaran sering terpolusi bau gas asap, karena bahan bakar yang tidak habis terbakar (pembakaran kurang sempurna). Hambatan teknis ini dapat

(24)

dihindari jika teknologi ruang bakar, penyalur panas, aliran fluida panas yang ada pada sistim pengering lebih dipertimbangkan [4]. Selain itu pemamfaatan energi hasil pembakaran juga menghadapi kendala, yaitu energi panas pembakaran tidak efektif jika dimamfaatkan pada ruang terbuka. Panas yang dihasilkan dari pembakaran akan menyebar keluar dari daerah pemanasan yang diinginkan. Hal ini dapat diatasi jika pembuatan suatu peralatan penukar panas (Lemari Pengering) yang dapat

menglokalisir energi pembakaran dan mengarahkannya kedaerah objek pengeringan [5].

Dewasa ini, penggunaan udara panas semangkin meningkat untuk mengeringkan produk-produk pertanian dan perikanan, banyak institusi maupun perorangan telah melakukan studi pengeringan untuk hasil-hasil pertanian dan perikanan. Syuhada, A. [4], telah mencoba mendesain dan menguji saluran udara panas untuk pengering dengan menggunakan Bahan Bakar Gas, sebagai energi pengering. Syuhada, A. [3] meningkatan studinya dengan penambahan peralatan penyeragam temperatur untuk perataan temperatur di dalam lemari pengering yang menggunakan bahan bakar briket batu bara dan bahan bakar ampas serbuk kayu untuk peralatan pengering kayu. Selanjutnya Syuhada, A. [5] melanjutkan

penelitiannya dengan membuat Sistem Pengering Ikan dengan Menggunakan Bahan Bakar Gas sebagai Energi Pengering yang hasilnya bisa meningkatkan effisiensi lebih 3x dari pada pengeringan sistim solar kolektor.

(25)

Dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan Syuhada, A., dapat disimpulkan bahwa, karakteristik distribusi aliran udara panas dalam ruang pengering/pengasapan sangat mempengaruhi efisiensi dan penyebaran panas pada peralatan penyalur panas pengering untuk pengeringan [3], [4], [5], [6], [7],[8],[9],[10].

Penggunaan lemari pengering untuk pengeringan juga masih mempunyai kelemahan, yaitu temperatur pengering di dalam lemari pengering sering tidak seragam atau tidak sama di setiap rak yang terdapat dalam lemari pengering, dimana temperatur udara panas pada rak-rak pengering yang bejauhan dengan sumber panas atau pada rak-rak makin ke atas semakin menurun. Jika ketidaksamaan temperatur fuida pengering pada setiap rak dalam lemari pengering tersebut tidak teratasi, maka hasil pengering akan menurun kualitasnya yang diakibatkan oleh tidak meratanya suhu pengering yang diterima setiap produk yang dikeringkan. Masalah ini diyakini dapat diatasi dengan menahan laju gas panas keluar dari ruang pengering dengan membuat sudut cerobong gas panas keluar yang sesuai. Pengkajian lebih lanjut dilakukan terhadap karakteristik perpindahan panas fluida pengengering pada

peralatan pengering untuk mendapatkan sistim dan peralatan pengering yang optimal dengan menggunakan energi bahan bakar dan temperatur yang lebih merata pada setiap rak di dalam lemari pengering.

Ruang lingkup penelitian ini dibatasi oleh beberapa batasan, yaitu: bahan bakar yang digunakan adalah gas elfiji, pengarah awal 2 buah tidak berlubang dan berlubang dibuat berbentuk V dengan sudut 30o, saluran aliran udara panas, ruang

(26)

pengeringan/pengasapan dengan 7 buah rak pengeringan, dan cerobong 3 buah dengan sudut masing-masing 15o, 25o, dan 35o.

1.2 Perumusan Masalah

Penelitian ini dilakukan untuk menentukan berapa sudut cerobong gas panas keluar peralatan pengering yang tepat sehingga didapat keseragaman temperatur di setiap rak yang terdapat dalam lemari pengering. Disamping itu juga untuk melihat pengaruh pengarah awal terhadap distribusi temperatur di dalam saluran peralatan pengering. Pengujiannya dilakukan dengan membuat suatu sistem peralatan

pengering/pengasapan dengan sistem aliran gas panas alamiah, yang terdiri atas lima bagian utama yaitu ruang pembakaran, pengarah awal 2 buah tidak berlubang dan berlubang dibuat berbentuk V dengan sudut 30o, saluran aliran udara panas, ruang pengeringan/pengasapan dengan 7 buah rak pengeringan, dan cerobong 3 buah dengan sudut masing-masing 15o, 25o, dan 35o. Untuk menganalisa sistem tersebut digunakan teori perpindahan panas konveksi alamiah.

1.3 Tujuan Penelitian 1.3.1 Tujuan Umum

Tujuan umum penelitian ini adalah mengetahui karakteristik perpindahan panas dan pola aliran fluida pada Ruang Sistem Pengering/Pengasapan hasil

(27)

pertanian dan perikanan dengan Energi Panas dari Bahan Bakar. Dengan diketahuinya karakteristik perpindahan panas dan pola aliran fluida akan diperoleh peralatan yang optimum.

1.3.2 Tujuan Khusus

Tujuan khusus penelitian ini adalah :

1. Terciptanya suatu alat pengering/pengasapan praktis yang distribusi temperatur di setiap rak pengeringan dari yang paling bawah sampai yang paling atas seragam dan merata di setiap rak yang ada dalam lemari pengeringan sehingga tidak diperlukan lagi membolak-balikan bahan seperti yang dilakukan pada proses pengeringan/pengasapan secara tradisional dan kebanyakan dewasa ini, efisien dan dapat digunakan untuk mengeringkan hasil-hasil pertanian seperti pengasapan pisang (penyalean pisang).

2. Memberikan kontribusi dalam pengembangan sistem teknologi pasca panen untuk hasil pertanian, perikanan, perkebunan dan kehutanan, yang akhirnya mampu meningkatkan penghasilan disektor tersebut.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini nantinya adalah :

1. Peralatan pengering/pengasapan ini dapat dimanfaatkan oleh petani, nelayan maupun pengusaha yang bergerak dibidang hasil-hasil pertanian dan perikanan.

(28)

2. Mempopulerkan dan mengaplikasikan hasil penelitian (rekayasa) alat pengering yang optimal dan efisisen.

3. Dengan studi ini dimaksudkan, terciptanya sistim dan peralatan pengering/ pengasapan yang sesuai dengan keadaan daerah di nusantara, agar permasalahan pengeringan hasil-hasil pertanian dan kelautan bisa tertangani.

(29)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Proses Perpindahan Panas Konveksi Alamiah dalam Peralatan Pengeringan

Prinsip dasar proses pengeringan adalah terjadinya pengurangan kadar air atau penguapan kadar air oleh udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara sekeliling dan bahan yang dikeringkan. Penguapan ini terjadi dikarenakan kandungan air di udara mempunyai kelembaman yang cukup rendah [7].

Pada saat proses pengeringan, akan berlangsung beberapa proses, yaitu:

- Proses perpindahan massa, proses perpindahan massa uap air atau pengalihan kelembaban dari permukaan bahan ke sekeliling udara.

- Proses perpindahan panas, akibat penambahan (perpidahan) energi panas terjadilah proses penguapan air dari dalam bahan ke permukaan bahan atau proses perubahan fasa cair menjadi fasa uap.

Kedua proses tersebut diatas dilakukan dengan cara menurunkan kelembaban relatif udara dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan sehingga tekanan uap air bahan lebih besar dari tekanan uap air di udara sekeliling bahan yang di keringkan. Perbedaan tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara luar. Untuk meningkatkan perbedaan tekanan udara antara permukaan bahan dengan udara sekelilingnya dapat dilakukan dengan memanaskan udara yang dihembuskan ke bahan.

(30)

Makin panas udara yang dihembuskan mengeliling bahan, maka banyak pula uap air yang dapat di ditarik oleh udara panas pengering [2].

Energi panas yang berasal dari hasil pembakaran menyebabkan naiknya temperatur ruang pembakaran. Karena adanya perbedaan temperatur antara ruang pembakaran dengan lemari pengering, maka terjadi perpindahan panas konveksi alamiah di dalam alat pengering. Udara panas didalam lemari pengering mempunyai densitas yang lebih kecil dari udara panas di ruang pembakaran sehingga terjadi aliran udara [6].

Cara perpindahan panas konveksi erat kaitannya dengan gerakan atau aliran fluida. Salah satu segi analisa yang paling penting adalah mengetahui apakah aliran fluida tersebut laminar atau turbulen. Dalam aliran laminar, aliran dari garis aliran (streamline) bergerak dalam lapisan-lapisan, dengan masing-masing partikel fluida mengikuti lintasan yang lancar serta malar (kontiniu). Partikel fluida tersebut tetap pada urutan yang teratur tanpa saling mendahului. Sebagai kebalikan dari gerakan laminar, gerakan partikel fluida dalam aliran turbulen berbentuk zig-zag dan tidak teratur. Kedua jenis aliran ini memberikan pengaruh yang besar terhadap perpindahan panas konveksi.

Bila suatu fluida mengalir secara laminar sepanjang suatu permukaan yang mempunyai suhu berbeda dengan suhu fluida, maka perpindahan panas terjadi dengan konduksi molekular dalam fluida maupun bidang antara (interface) fluida dan permukaan. Sebaliknya dalam aliran turbulen, mekanisme konduksi diubah dan dibantu oleh banyak sekali pusaran-pusaran (eddies) yang membawa

(31)

gumpalan-gumpalan fluida melintasi garis aliran. Partikel-partikel ini berperan sebagai pembawa energi dan memindahkan energi dengan cara bercampur dengan partikel fluida tersebut. Karena itu, kenaikan laju pencampuran (atau turbulensi) akan juga menaikkan laju perpindahan panas dengan cara konveksi [11].

Pengaruh aliran laminar dan turbulen telah diselidiki dalam konveksi alamiah, aliran laminar terjadi bila (104 < Ra < 109), transisi dari aliran laminar ke turbulen terjadi pada (Ra ~ 109) dan aliran turbulen terjadi bila (109 < Ra < 1012), bergantung pada sistem geometrik [12] dan [13].

Karakteristik perpindahan panas alamiah dapat dinyatakan dengan menggunakan Angka Rayleigh dan Angka Nusselt [14].

Untuk menganalisa distribusi temperatur dan laju perpindahan panas pada Peralatan pengeringan, diperlukan neraca energi disamping analisis dinamika fluida dan analisis lapisan batas yang terjadi. Setelah kita melakukan neraca energi terhadap sistem aliran itu, dan kita tentukan pengaruh aliran itu terhadap beda temperatur dalam fluida maka distribusi temperatur dan laju perpindahan panas dari permukaan yang dipanaskan ke fluida yang ada diatasnya dapat diketahui [15].

Keseimbangan energi panas dapat di lihat dari rumusan berikut :

Q_udout =m_udC_pdT =Q_in =m_airLh_air (2-1) Perpindahan panas konveksi dinyatakan dalam bentuk :

(32)

Pada sistem konveksi bebas dikenal suatu variabel tak berdimensi baru yang sangat penting dalam penyelesaian semua persoalan konveksi alami, yaitu angka Grashof Gr yang peranannya sama dengan peranan angka Reynolds dalam sistem konveksi paksa, didefenisikan sebagai perbandingan antara gaya apung dengan gaya viskositas di dalam sistem aliran konveksi alami [15] ;

Grf = ₂

v L gβΔΤ

(2-3)

Dimana koefisien muai volume β untuk gas ideal, β = 1/T.

Koefisien perpindahan panas konveksi bebas rata-rata untuk berbagai situasi dapat dinyatakan dalam bentuk fungsi :

Nuf =

L k

h_c.

= C (Grf Prf )m (2-4) dimana subskrip f menunjukkan bahwa semua sifat-sifat fisik harus dievaluasi pada suhu film,

w f

T T

T = ∞ + (2-5) Produk perkalian antara angka grashof dan angka Prandtl disebut angka Rayleigh :

Ra = Gr . Pr (2-6)

2.2 Konveksi Bebas dan Aliran Fluida Pada Plat Miring

Orientasi kemiringan pelat apakah permukaannya menghadap atas atau kebawah merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi bilangan nusselt. Untuk

(33)

membuat perbedaan ini Fuji dan Imura [15] memberikan tanda sudut θ seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.1 sebagai berikut :

a. Sudut θ adalah negatif jika permukaan panas menghadap keatas. b. Sudut θ adalah positif jika permukaan panas menghadap kebawah.

Menurut Fuji dan Imura untuk plat miring dengan permukaan panas menghadap kebawah pada jangkauan + θ < 80o ; 105 < Gr.Pr < 10 11 bentuk korelasinya adalah :

Nu = 0.56 (GrL.Pr cos θ)1/4 (2-7)

Gambar 2.1 Konsep positif dan negatif pada plat miring (Sumber : Raldi A. Kastoer)

Untuk plat dengan kemiringan kecil (88o < θ < 90o) dan permukaan panas menghadap ke bawah maka persamaannya :

(34)

Untuk Plat miring dengan permukaan panas menghadap keatas dalam jangkauan GrL.Pr < 1011 ; GrL > Grc ; dan -15o < θ < -75o bentuk korelasinya adalah

Nu = 0.145 [(GrL.Pr)1/3 – (Grc.Pr)1/3] + 0,56 (Grc.Pr cos θ)1/4 (2-9)

Untuk plat miring, panas (atau dingin) relatif terhadap temperatur fluida, plat sejajar dengan vektor gravitasi, dan gaya apung yang terjadi menyebabkan gerakan fluida ke atas atau ke bawah. Bagaimanapun, jika platnya membentuk sudut terhadap gravitasi, gaya apung mempunyai komponen normal terhadap permukaan plat.

Dengan adanya pengurangan gaya apung yang paralel terhadap plat, juga terjadi penurunan kecepatan fluida sepanjang plat, dan bisa diperkirakan bahwa juga terjadi penurunan pada perpindahan panas konveksi. Tetapi penurunan itu terjadi apakah perpindahan panasnya berasal dari atas atau bawah permukaan dari plat.

θ y

Plat,Ts

x Fluida, T_∞

(a)

Plat, Ts

Fluida, T_∞

(b)

Fluida, T∞

g Plat, Ts

z Fluida, T_∞

(35)

Gambar 2.2 Aliran yang terjadi akibat gaya apung pada plat miring : (a) pandangan samping dari aliran di atas dan bawah permukaan plat dingin

)

(T_s<T_∞ , (b) pandangan ujung plat dari aliran di bawah permukaan plat dingin, (c) pandangan samping dari aliran di atas dan bawah permukaan plat panas

)

(T_s>T_∞ , (d) pandangan ujung plat dari aliran di bawah permukaan plat panas. (Sumber : Incropera, 497).

Seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2a, komponen y yang merupakan gaya apung, normal terhadap plat, beraksi untuk menjaga penurunan aliran lapisan batas yang bersentuhan dengan permukaan atas plat. Karena komponen x dari percepatan gravitasi menjadi gcosθ , kecepatan fluida sepanjang plat menurun dan sehingga menyebabkan penurunan perpindahan panas konveksi pada permukan atas pelat.

Bagaimanapun, pada permukaan bawah, gaya apung bertindak untuk menggerakkan fluida dari permukaan dan pembentukan lapisan batas terganggu oleh berpindahnya partikel fluida yang dingin dari permukaan (Gambar 2.2a). Aliran yang terjadi adalah tiga dimensi, dan ditunjukkan dari arah sumbu z (Gambar 2.2b), partikel fluida dingin yang berpindah dari permukaan bawah secara kontinyu digantikan oleh fluida ambient yang lebih panas. Penggantian

(36)

lapisan batas fluida dingin dengan fluida yang lebih panas dapat meningkatkan perpindahan panas konveksi pada bagian bawah permukaan. Fenomena yang sama terjadi pula pada plat panas (Gambar 2.2c, d), tetapi aliran tiga dimensi terjadi pada permukaan atas.

2.3 Konveksi Bebas dan Aliran Fluida Pada Plat Vertikal

Ketika suatu plat rata vertikal dipanaskan maka akan terbentuklah suatu lapisan batas konveksi bebas, Profil kecepatan pada lapisan batas ini tidak seperti profil kecepatan pada lapisan batas konveksi paksa [15]. Pada gambar 2.3 dapat dilihat profil kecepatan pada lapisan batas ini, dimana pada dinding, kecepatan adalah nol, karena terdapat kondisi tanpa gelincir (no-slip); kecepatan itu bertambah terus sampai mencapai nilai maksimum, dan kemudian menurun lagi hingga nol pada tepi lapisan batas. Perkembangan awal lapisan batas adalah laminar, tetapi suatu jarak tertentu dari tepi depan, bergantung pada sifat-sifat fluida dan beda suhu antara dinding dan lingkungan, terbentuklah pusaran-pusaran ke lapisan batas turbulen pun mulailah terjadi. Selanjutnya, pada jarak lebih jauh pada plat itu lapisan batas menjadi turbulen sepenuhnya.

Mc. Adams [16] mengkorelasikan nilai Nusselt rata-rata dengan bentuk : n

Gr C k

L h

(37)

Konstanta C ditentukan pada tabel 2.1. Sifat-sifat fisik dievaluasi pada suhu film Tf. Untuk perkalian antara bilangan Grashof dengan bilangan Prandtl disebut dengan bilangan Rayleigh (Ra) yaitu :

RaL = GrL.Pr =

α β . . 3 v L g ΔΤ (2-11)

Gambar 2.3 Konveksi Alamiah pada Pelat Vertikal.

Churchill dan Chu [16] menyarankan bentuk korelasi dengan dua persamaan untuk konveksi bebas pada plat vertikal. Untuk daerah Laminer pada jangkauan 10-1 < RaL < 109 dan sesuai untuk semua angka Prandtl bentuknya adalah :

Nu = 0.68 +

[

₉_/₁₆

]

4/9

4 / 1 Pr / 492 , 0 ( 1 67 , 0 + L Ra (2-12) g y Tw T∞ L x

ue=0

T u

T (Profil temperature)

u (Profil kecepatan) Tw T∞ v 0 x x

(38)

Tabel 2.1 Konstanta C dan n untuk persamaan 2-10.

Geometri GrL.Pr C n

Bidang dan Silinder Vertikal

104 - 109 109 - 1013 109 - 1013

0,59 0,02 1 0,10 ¼ 2/5 1/3

(Sumber : J.P Holman)

Sedangkan untuk daerah turbulen yang berlaku pada jangkauan 10-1 < RaL < 1012

bentuknya adalah :

Nu1/2 = 0.825 +

[

₉_/₁₆

]

8/27

6 / 1 Pr / 492 , 0 ( 1 387 , 0 + L Ra (2-13)

Sifat-sifat fisik fluida pada kedua persamaan diatas dievaluasi pada suhu film.

Konveksi Bebas danAliran Fluida Pada Saluran Vertikal

Elenbaas [17], telah mempelajari secara ekstensif untuk plat-plat vertikal simetris dan asimetris yang dipanasi dengan kondisi permukaan yang isothermal. Untuk plat isothermal, dia mendapatkan hubungan semi empiris berikut :

Nus =

4 / 3 ) / ( 35 exp 1 24 1 ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡− − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ L S Ra L S Ra s

(39)

dimana angka rata-rata untuk Nusselt dan Rayleigh didefenisikan :

Nus =

k S T T A q s ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − ∞ / (2-15) dan

Ra s =

α β . ) ( . 3 v S T T g _s − _∞

(2-16)

Gambar 2.4 menunjukkan dua buah saluran yang berbeda, yaitu saluran dengan jarak lebar dan saluran dengan jarak sempit. Plat dimodelkan isothermal (Tw) dan

T∞ sebagai diluar saluran. Plat diasumsikan lebih panas (Tw > T∞) dan fluida

bergerak naik melalui awal saluran [3].

Saluran memiliki dua skala panjang, Tinggi plat (H) dan jarak antara plat (L). Ketika lapisan batas thermal melapisi setiap plat (δT) lebih tipis dari jarak antar

plat, laju perpindahan panas dari setiap plat ke fluida dapat dihitung dengan persamaan (2-12 dan (2-13) diatas. Namun untuk saluran lebar yang

dilambangkan dengan δT < L ditunjukkan dengan 4

/ 1 −

> RaH

H L

atau > Ra_L−1 H

(2-17)

Untuk saluran yang lebih sempit, pada gambar 2.4 menunjukkan profil kecepatan bergabung menjadi sebuah profil yang mirip dengan Aliran HagenPoiseuille [13]. Meskipun Temperatur fluida masuk adalah T_∞, Saluran sempit dan cukup panjang,

(40)

temperatur fluida T (x,y) hampir sama temperatur plat Tw . Keadaan ini bisa dikataan dengan :

Tw – T(x,y) < Tw - T∞ (2-18)

Dalam aliran laminar, kecepatan vertikal dan laju aliran massa adalah bebas didalam saluran. Total laju perpindahan panas didalam saluran yang dibentuk oleh dua dinding plat adalah :

q = m Cp (Tw - T∞) =

v L T 12

) (

ρgβc_p Δ 2 3

(2-19)

T∞

T≅Tw

T∞

Profil Kecepatan

V(x)

x y

(41)

Gambar 2.4 Saluran Vertikal dengan pelat isothermal Sumber : Adrian Bejan [13], hal. 365.

2.5 Kurva Proses Pengeringan/Pengasapan

Jika sejumlah bahan dikeringkan pada tingkat udara tertentu dan

kandungan air dicatat setiap selang waktu tertentu, maka akan didapat kurva seperti diperlihatkan pada gambar 2.5.

Dari kurva pengeringan dapat dilihat bahwa selama proses pengeringan terdapat tiga periode pengeringan yang berlainan yaitu :

-Daerah [A – B], merupakan periode laju permukaan dimana penguapan air pada permukaan bahan masuk pada kesetimbangan termodinamik dengan udara.

-Daerah [B – C], merupakan periode laju konstan, dimana penguapan air hanya terjadi pada permukaan bahan dan bersifat seperti pada penguapan permukaan air bebas. Saat kejadian ini jumlah air dari bahan yang naik ke lapisan atas oleh aksi-aksi kapiler sama banyaknya dengan air yang hilang karena penguapan pada permukaan bahan.

-Daerah [C – E] , merupakan periode laju jatuh dimana penguapan air bahan berbeda dengan penguapan air bebas. Daerah ini terbagi atas daerah [C – D] dimana penguapan air terjadi pada seluruh permukaan yang merupakan periode laju jatuh pertama dan daerah [D – E] dimana penguapan hanya terjadi pada

(42)

sebagian permukaan bahan karena laju difusi air dari dalam bahan kepermukaannya sangat lambat. Daerah ini merupakan periode laju jatuh kedua.

MenurutWinarno [18] kandungan kadar air suatu bahan dapat ditentukan dengan dua cara, yaitu berdasarkan bahan basah (wet basis) dan berdasarkan bahan kering (dry basis).Kadar air kering adalah jumlah air yang diuapkan per berat bahan setelah pengeringan/pengasapan. Jumlah air yang diuapkan adalah berat bahan sebelum pengeringan/pengasapan dikurangi berat bahan setelah pengeringan/ pengasapan atau dapat ditulis sebagai berikut :

x 100

b b a

MC_db = − % (2-20)

Sedangkan kadar air basah (wet basis) dinyatakan sebagai jumlah air yang diuapkan per berat bahan sebelum pengeringan/pengasapan atau,

100

x a

b a

MC_wb = − % (2-21)

M %

MΘ E

(43)

Periode pengeringan, t (jam)

Gambar 2.5 Kurva Periode pengeringan.

2.6 Proses pengeringan/Pengasapan pada Diagram Psikometrik

Pada proses pengeringan/pengasapan harus diketahui sifat-sifat udara yang diperlukan oleh proses ini agar dapat diperoleh hasil yang optimum. Proses pengeringan pada diagram psikometrik dapat dilihat seperti dalam gambar 2.6.

Proses 1 – 2 adalah pemanasan udara secara sensibel pada tekanan uap atau kelembaban absolut konstan dan kelembaban relatif dari udara masuk turun ketika memasuki lapisan bahan. Sedangkan proses 2-3 adalah pengeringan bahan dimana udara menyerap air dari bahan pada enthalpi konstan dan perbandingan kelembabannya naik.

Dari kadar air dalam bahan mula-mula dan kadar air yang diharapkan, massa air yang harus dikeluarkan dapat diketahui. Massa udara yang diperlukan untuk me- menyerap air dalam bahan adalah massa air di bagi dengan perbandingan kelembaban (kg udara / kg udara kering) yang dapat diperoleh dari diagram psikometrik tersebut.

idi

(44)

Gambar 2.6 Proses pengeringan/pengasapan pada diagram psikometrik.

2.7 Kerangka Konsep

Gambar 2.7 Kerangka Konsep. Tidak Meratanya

Temperatur pada setiap rak di dalam lemari Pengering/Pengasapan

Prototipe Peralatan Pengering/Pengasapan Dengan Energi Panas Dari Bahan Bakar

Peralatan pendukung - Termokopel - Termometer - Animometer - Timbangan digital Variabel penelitian

- Sudut cerobong - Pengarah awal - Temperatur - Berat bahan uji

Hasil yang diinginkan - Profil temperature

- Pola aliran

- karakteristik perpindahan panas - Grafik Penurunan berat bahan uji

(45)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu 3.1.1 Tempat

Penelitian ini dilaksanakan di Laboraterium Thermal dan Fluida Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala, baik perencanaan alat, pembuatan, pengambilan data maupun pengolahan data.

3.1.2 Waktu

Waktu penelitian dimulai dari persetujuan yang diberikan oleh komisi pembimbing, perencanaan alat, pengambilan data hingga pengolahan data sampai dinyatakan selesai.

3.2 Bahan, Peralatan, dan Metode 3.2.1 Bahan

Bahan-bahan penelitian yang diperlukan terdiri atas : 1. Pelat seng 2 mm

2. Papan dengan ketebalan 2 cm 3. Kayu berukuran 5 cm x 5 cm 4. Kayu berukuran 5 cm x 2 cm

(46)

6. Kaca dengan ketebalan 5 mm 7. Karet isolasi

8. Cat

9. Bahan bakar gas

10.Bahan bakar serbuk gergaji kayu 11.Pisang monyet (pisang uwak).

3.2.2 Peralatan

Peralatan-peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas : 1. 1 unit peralatan pengering

2. 2 unit kompor gas 3. 2 unit tabung gas

4. Thermocouple Type K serta Display Digital-Multimeter 5. Sejumlah Thermometer

6. 1 unit timbangan digital 7. 1 unit stop watch.

3.2.3 Metode

Sebagai langkah awal untuk pengujian ini dilakukan persiapan bahan-bahan yang diperlukan untuk pembuatan peralatan pengujian, perancangan peralatan,

(47)

dan stop watch, persiapan bahan yang akan diuji pada uji sampel, pemasangan thermocouple dan termometer, penyediaan timbangan dan stop watch.

Pengujian di lakukan dengan tanpa bahan uji untuk masing-masing variasi sudut cerobong yaitu 15o, 25o, 35o. Pengujian dengan variasi sudut tersebut dilakukan dua perlakuan dengan menggunakan pengarah awal tanpa berlubang dan dengan menggunakan pengarah awal berlubang. Pengambilan data meliputi data

distribusi temperatur dan penurunan berat bahan uji pada pengujian sampel.

3. 3 Rancangan Peralatan Pengujian

Peralatan untuk pengujian dirancang seperti diperlihatkan pada gambar 3.1. Konstruksi Peralatan ini dibuat dengan dua material utama yaitu kayu dan pelat seng. Alat ini terdiri atas lima bagian utama yaitu ruang pembakaran, pengarah awal, saluran udara panas, ruang pengeringan/pengasapan, dan cerobong.

1. Ruang Pembakaran

Ruangan pembakaran (dapur) seperti diperlihat pada Gambar 3.2, bagian atas berukuran 100 x 100 cm2, bagian bawah berukuran 150 x 150 cm2 dan tinggi totalnya 75 cm. Pada bagian bawah dibuat lubang laluan udara pembakaran berukuran 150 x 150 x 10 cm3. Seluruh bagian atas ditutup dengan pelat seng 2 mm dengan tujuan untuk mempertahankan panas didalam sekaligus menghindari terjadinya kecelakaan seperti kebakaran. Ruang pembakaran dibuat dengan

(48)

ukuran yang lebih besar dari ruang pengasapan ini bertujuan agar proses pembakaran dapat berlangsung dalam ruang yang cukup oksigen. Pada bagian depan, belakang, kiri dan kanan ruang pembakaran dibuat pintu yang dapat dibuka tutup, pintu ini berfungsi untuk memasukkan bahan bakar dan untuk mensuplai udara sebanyak-banyaknya jika sewaktu-waktu temperatur didalam ruang pengasapan terlalu tinggi. Pada keempat sisi pintu diberi sekat karet untuk mencegah kebocoran panas dari ruang pembakaran.

Keterangan:

1. Ruang Bakar 2. Pengarah Awal

1 4

(49)

3. Saluran Aliran Gas Panas dan Pengarah Kecepatan 4. Ruang Pengering/Pengasapan dan Rak

5. Cerobong

Gambar 3.1. Desain Peralatan Pengasapan Pisang Sale Sumber : Hasil Perancangan.

Gambar 3.2 Desain Ruang pembakaran.

2. Pengarah awal

Pengarah awal dibuat berbentuk V dengan sudut 30o seperti diperlihat pada Gambar 3.3, berfungsi untuk meningkatkan keseragaman distribusi panas dan kecepatan alirannya, membuat aliran udara panas menjadi turbulen, serta mengarahkan aliran udara panas dari ruang pembakaran sebelum masuk ke dalam ruang pengering/pengasapan. Bagian ini di letakan di atas ruang pembakaran,

65 cm 65 cm

65 cm

10 cm

150 cm

150 cm 60

(50)

dibuat dari pelat seng 2 mm, dan dalam dua bentuk. Bentuk pertama tanpa dilubangi dan bentuk yang kedua dilubangi dengan diameter 2 cm dan berjarak 4 cm antara tiap lubang.

Gambar 3.3 Desain pengarah awal aliran.

3. Saluran Aliran Udara Panas dan Pengarah kecepatan

Saluran aliran udara panas ini berfungsi sebagai penyeragam temperatur yang terdiri dari saluran udara panas dan pengarah aliran udara panas ke lemari, seperti terlihat pada gambar 3.4. Saluran udara panas terletak pada bagian samping dan tengah lemari. Saluran udara panas berukuran 5 x 95 x 95 cm yang berfungsi untuk mengalirkan udara panas kedalam lemari pengasapan. Di bagian dalam dinding saluran udara dibuat lubang berukuran 2 x 95 cm yang berfungsi sebagai lubang pendistribusian udara panas masuk ke dalam lemari pengering/ pengasapan. Pada bagian atas lubang masuk udara dipasang Pengarah kecepatan berbentuk spin berukuran 5 x 95 cm yang terbuat dari pelat seng 2 mm berfungsi

(51)

untuk mengarahkan dan menyeragamkan kecepatan aliran udara panas yang masuk dari ruang pembakaran sehingga didapat temperatur yang seragam ditiap rak. Jumlah pengarah disetiap saluran udara pemanas adalah 8 buah yang jarak pemasangan 10 cm disepanjang saluran.

Gambar 3.4 Saluran uadara panas dan Lemari Pengasapan.

4. Ruang Pengering/Pengasapan dan Rak

Ruang Pengering/Pengasapan seperti terlihat pada gambar 3.4 adalah tempat untuk mengeringkan/mengasapkan pisang yang akan disale, yang memiliki dimensi 100 x 100 x 100 cm dan terbuat dari pelat 2 mm. Pada sisi kanan dan kiri bagian luarnya dilapisi dengan papan yang memiliki ketebalan 2 cm, yang bertujuan untuk mengisolasi perpindahan panas keluar dari lemari pengering. Sedangkan pada sisi depan dan belakang dipasang kaca yang mempunyai

Keterangan Gambar : 1. Saluran tengah 2. Saluran tepi 3. Pengarah awal 2

(52)

ketebalan 5 mm supaya cahaya dari luar dapat masuk sehingga proses pengeringan/pengasapan dapat diamati dengan jelas. Sedangkan Rak disini berfungsi untuk tempat dudukan bahan yang akan dikeringkan/diasapkan, rak ini dibagi dua bagian, dimana tiap bagiannya terdapat 7 rak yang masing-masing berukuran 92 x 40 x 3 cm dengan jarak 10 cm tiap rak, yang terbuat dari kawat jaring.

5. Cerobong

Pada bagian atas ruang pengering terdapat cerobong, berfungsi sebagai lubang keluaran campuran udara panas dan uap hasil pengeringan yang memiliki dimensi awal sama dengan dimensi ruang pengering/pengasapan 100 x 100 cm dan pada bagian atasnya terdapat lubang yang diperkecil dengan ukuran 30 x 30 x 30 cm. Bila sudut cerobong dibuat sedemikian rupa dan dimensi bagian atasnya diperkecil, maka panas didalam lemari pengering tidak terlalu cepat keluar dan aliran udara didalam lemari dapat mengalir dengan baik. Dalam pembuatan peralatan cerobong ini meliputi 2 bagian yaitu: pembuatan dinding miring dari cerobong dengan variasi sudut 15o, 25o dan 35o dan pembuatan saluran pembuangan gas panas.Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.5, 3.6, dan 3.7 berikut ini.

(53)

Gambar. 3.5. Cerobong dengan sudut 15o.

Gambar. 3.7 Cerobong dengan sudut 35o.

3.4. Pelaksanaan Penelitian

Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini akan dilaksanakan berurutan dan sistematis. Pelaksanaan penelitian dimulai dari penelusuran literatur dan penyusunan

(54)

proposal penelitian, pemeriksaan ketersediaan peralatan, pembuatan prototipe alat uji, pengujian peralatan dan dengan menggunakan sampel uji. Semua hasil pengujian akan diolah dan didapat kesimpulan yang berupa jawaban dari tujuan penelitian. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada diagram alir pelaksanaan penelitian, gambar 3.8 berikut ini.

Mulai Penelusuran literatur & penyusunan proposal

Pemeriksaan ketersediaan peralatan & bahan

Pembuatan prototipe alat uji

Pengujian

Pengolahan data hasil pengujian

(55)

Gambar 3.8 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian.

3.5 Variabel Yang Diamati

Variabel yang akan diamati adalah sebagai berikut : 1. Temperatur pada saluran pengarah

2. Temperatur pada rak penering pada bagian tepi dan tengah 3. Temperatur luar dinding pengarah, ruang pengering dan cerobong 4. Temperatur proses pengeringan pisang dan penurun berat pisang.

3.6 Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data

Penelitian ini dilakukan dengan metode pengukuran temperatur secara eksperimental. Titik-titik pengukuran diperlihatkan seperti pada gambar 3.9. Pengambilan data pertama adalah data distribusi temperatur dalam lemari pengering tanpa beban uji untuk melihat cerobong mana yang terbaik antara tiga cerobong tersebut. Selanjutnya lemari pengering diberi beban berupa bahan uji dan dilakukan pengambilan data distribusi temperatur dan penurunan berat bahan uji.

Prosudur pengukuran temperatur tanpa sampel uji

Prosedur pengukuran temperatur tanpa sampel uji dapat diuraikan sebagai berikut: 1. Peralatan ditempatkan di tempat terbuka, agar udara lembab hasil pengasapan

(56)

2. Pengukuran temperatur dilakukan terhadap masing-masing cerobong yaitu cerobong sudut 15o, 25o, dan 35o. Pengujian terhadap cerobong-cerobong tersebut dilakukan dua kali pengulangan dengan menggunakan pengarah awal tanpa berlubang dan dengan menggunakan pengarah awal berlubang. Setiap kali pengulangan dengan pengarah awal tersebut, pengukuran temperatur dilakukan pada tiga temperatur referensi yaitu pada temperatur referensi 85o C, 75o C, dan 65o C.

3. Untuk mengukur Temperatur digunakan Thermocouple Type K serta Display Digital-Multimeter dan termometer, diletakkan pada titik-titik pengukuran. 4. Pembacaan suhu pada Thermocouple dan Thermometer dilakukan setiap 15

menit sekali.

1 1 3 3

(57)

Gambar 3.9 Titik –Titik Pengukuran Temperatur Pada Peralatan Pengering.

Prosudur pengukuran dengan sampel uji

Prosedur pengukuran temperatur dengan sampel uji dapat diuraikan sebagai berikut: 1. Peralatan pengeringan/pengasapan ditempatkan di tempat terbuka, agar udara

lembab hasil pengasapan akan langsung keluar ke udara bebas.

2. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengeringan/pengasapan terhadap pisang monyet (pisang uwak).

3. Ruang pengasapan diberi beban penuh sehingga bahan uji disusun memenuhi seluruh rak.

4. Untuk mengukur suhu didalam ruang pengeringan/pengasapan, Thermocouple Type K serta Display Digital-Multimeter dan termometer diletakkan pada titik-titik pengukuran.

5. Bahan uji dimasukkan kedalam ruang pengasapan setelah suhu di dalam ruang pengeringan/pengasapan benar-benar stabil, dan sebelum dimasukkan bahan uji ditimbang terlebih dahulu Timbangan digital.

6. Pembacaan suhu pada Thermocouple dan Thermometer dilakukan setiap 30 menit sekali.

7. _{Pengukuran berat bahan uji juga dilakukan tiap 1 jam sekali, untuk}

(58)

Pengolahan atau analisa data merupakan tahap akhir dari metodologi penelitian. Data-data yang diperoleh dari pengujian ditabulasikan dan kemudian diplot dalam bentuk grafik dan selanjutnya dilakukan pembahasan.

(59)

BAB 1V

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil pengujian dan pengukuran distribusi temperatur gas panas panas di dalam saluran aliran pada peralatan pengeringan telah diperoleh. Pengukuran temperatur ini dilakukan di beberapa bagian tertentu yang diangap mempegaruhi prestasi peralatan pengeringan selama waktu 2-3 jam dengan selang waktu pengukuran 15 menit. Titik pengukuran tersebut dapat dilíhat seperti pada gambar 4.1 di bawah ini.

1 1 3

(60)

Gambar 4.1 Titik Pengukuran temperatur pada peralatan pengering.

Pada penulisan ini distribusi temperatur pada daerah yang akan di kaji merupakan daerah saling mempengaruhi antar daerah tesebut yaitu:

1. Distribusi temperatur pada saluran pengarah 2. Distribusi temperatur pada ruang pengering 3. Distribuísi temperatur pada corobong.

4.1 Pengaruh Pengarah Awal Terhadap Distribusi Temperatur

Pengaruh pengarah awal yang berlubang dan tidak berlubang ádalah sangatlah nyata terutama pada saluran pemanas dan ruang pengering.

4.1.1 Pengaruh pengarah awal terhadap distribusi temperatur pada saluran pengarah

Pengaruh pengarah awal terhadap distribusi temperatur pada saluran pengarah diperlihatkan pada gambar 4.2 dan gambar 4.3. Gambar 4.2 menjelaskan pengaruh pengarah awal tidak berlubang terhadap pola distribusi temperatur pada saluran pengarah dan gambar 4.3 menjelaskan pengaruh pengarah awal berlubang terhadap pola distribusi temperatur pada saluran pengarah.

Dengan pengarah awal tidak berlubang distribusi temperatur di saluran pengarah tidak teratur. Ketidak teraturan distribusi temperatur ini terjadi dikarenakan pola aliran gas panas didalam saluran yang kecepatan dan temperatur selalu berubah disetiap titik pengukuran. Karena seluruh massa gas panas hasil pembakaran bahan bakar menuju ke ruang pengering melalui saluran pengarah yang berakibatkan

(61)

Distribusi Temperatur Pada Saluran Pengarah dengan Cerobong 15, Pengarah Awal berlubang

dan Temperatur referensi 85 C

0 20 40 60 80

15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

Waktu pengukuran (menit)

Tem per a tur pengukur a n ( C ) Titik 1 Titik 4 Titik 6

turbulensi aliran yang tinggi. Turbulensi aliran yang tinggi ini selain disebabkan kecepatan aliran tinggi di dalam saluran juga oleh gangguan aliran oleh sudut pengarah aliran ke ruang pengeuaing dan sudut corobong gas panas keluar. Hal ini terlihat sangat jelas pada titik 1 pada Gambar 4.2, dimana belum tercapainya kestabilan temperatua sehingga pada selang waktu 30 s.d 75 menit terjadi penurunan temperatur.

Distribusi Temperatur Pada Saluran Pengarah dengan Cerobong 15, Pengarah Awal tidak

berlubang dan Temperatur referensi 85 C

62 64 66 68 70 72 74 76

15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

Waktu Pengukuran (menit)

Tem per at u r Peng ukur an ( C ) Titik 1 Titik 4 Titik 6

Gambar 4.2. Distribusi temperatur pada saluran pengarah dengan cerobong bersudut atap 15o dan pengarah awal tidak berlubang.

(62)

Gambar 4.3 Pengaruh pengarah awal berlubang terhadap distribusi temperatur pada saluran pengarah dengan cerobong bersudut atap 15o.

Sedangkan dengan pengarah awal belubang aliran di saluran pemanas lebih laminar sehingga distribusi temperatur sangat teraturdan hampir mendekati seragam pada semua titik, hal ini dapat terjadi karena sebahagian besar massa gas panas hasil pembakaran bahan bakar naik menuju ke pengering melewati lubang-lubang pengarah awal yang dipengaruhi oleh gaya apung. Sehingga massa aliran melalui saluran pemanas sudah sedikit dan menyebabkan aliran menjadi laminar. Karena massa gas panas yang mengalir melalui saluran pengarah kecil dari pada peralatan dengan pengarah awal tidak berlubang dan panas yang di bawa oleh gas panas juga sedikit, maka bedat temperatur antara titik 1 dan titik 6 juga tidak begitu besar di bandingkan dengan yang terjadi pada saluran dengan pengarah awal tidak berlubang.

4.1.2 Pengaruh pengarah awal terhadap distribusi temperatur pada ruang pengering

Pengaruh pengarah awal terhadap distribusi temperatur pada ruang pengering tergantung lewat mana aliran gas panas di lewati. Jika dengan pengarah awal tidak berlubang, aliran gas panas hanya masuk ke ruang pengering dari saluran pengarah pemanas sehingga mempengruhi pola aliran dan distribusi temperatur di ruang pengering. Hal ini juga terjadi pada pengarah awal belubang, dengan pengarah awal berlubang saluran masuk gas panas ada 2 jalur yaitu secara vertikal keatas dari lubang-lubang di pengarah awal dan lainnya adalah lewat lubang pengarah samping

(63)

dari saluran pemanas, dengan demikian pengaruh terhadap pola aliran dan distribusi temperatur di dalam ruang pengaring.

Pengaruh pengarah awal terhadap distribusi temperatur di ruang pengering pada posisi titik pengukuran 5 cm dari dinding saluran pemanas dengan sudut atap cerobong 15o ditunjukkan oleh gambar 4.4 dan 4.5. Gambar 4.4, menjelaskan pola distribusi temperatur di ruang pengering dengan pengarah awal tidak berlubang dan gambar 4.5 menjelaskan pola distribusi temperatur di ruang pengering dengan pengarah awal berlubang. Dari gambar 4.4 dapat kita lihat bahwa keseragaman tenperatur antata rak 1 sampai rak 6 dengan pengarah awal tidak berlubang dicapai setelah pemanasan 90 menit, yang mana pada pemanasan bedat temperatur antara rak 1 dan rak 6 mencapai 6-7o_C.

Distribusi Temperatur Pada Ruang Pengerin tepi (5 cm dari Saluran Pengarah) Cerobong 15 dengan Pengarah Awal Tidak berlubang dan Temperatur

referensi 85 C

0 20 40 60 80 100

15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

Waktu pengukuran (m enit)

tur

ngu

(

)

Rak 1 Rak 4 Rak 6

Gambar 4.4 Distribusi temperatur di ruang pengering pada posisi 5 cm dari dinding saluran pemanas dengan sudut cerobong 15o dan pengarah awal tidak berlubang.

(64)

Sedangkan keseragaman temperatur dengan pengarah awal berlubang dapat dicapai setelah pemanasan 50 menit, seperti terlihat pada gambar 4.5. Bedat temperatur antara rak 1 dan rak 6 pada pemanasan awal sama dengan gadien pada pengarah awal tidak berlubang. Keseragaman temperatur ini yang diinginkan untuk proses pengeringan dan hal ini merupakan pengaruh sudut atap cerobong pembuangan gas buang. Keseragaman temperatur antar rak di ruang pengeringan ini merupakan hal yang di tuju pada kakian ini.

Distribusi Temperatur Pada Ruang Pengering tepi (5 cm dari Saluran Pengarah) Cerobong 15

dengan Pengarah Awal berlubang dan Temperatur referensi 85 C

0 20 40 60 80 100

15 45 75 ₁₀₅ ₁₃5 ₁₆₅

Wak tu pe nguk uran (m e nit)

n (

)

Rak 1 Rak 4 Rak 6

Gambar 4.5 Pengaruh pengarah awal berlubang terhadap distribusi temperatur di ruang pengering pada posisi 5 cm dari dinding saluran pemanas dengan sudut

cerobong 15o.

4.1.3 Pengaruh pengarah awal terhadap distribusi temperatur pada cerobong

Pola aliran pada cerobong asap juga dipengaruhi oleh bentuk pengarah awal yang berlubang atau tidak berlubang. Distribusi temperatur pada cerobong pembuangan gas panas dari pengering dengan sudut atap cerobong 15o dijelaskan

(65)

pada gambar 4.6 dan gambar 4.7. Gambar 4.6 memperlihatkan pola distribusi temperatur pada cerobong dengan pengarah awal tidak berlubang dan gambar 4.7 menjelaskan pola distribusi temperatur untuk pengering dengan pengarah awal berlubang. Dari gambar 4.6 nampak bahwa beda temperatur antara titik 1 sampai titik 6 dengan pengarah awal tidak berlubang mencapai capai 15-21 oC.

Distribusi Temperatur Pada Cerobong 15 dengan Pengarah Awal tidak berlubang dan Temperatur referensi 85 C

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

Waktu Pengukuran (menit)

tur

(

)

Titik 1 Titik 4 Titik 6

Gambar 4.6 Distribusi temperatur di cerobong dengan sudut 15o dan pengarah awal tidak berlubang.

(66)

Distribusi Temperatur Pada Cerobong 15 dengan Pengarah Awal berlubang dan Temperatur

referensi 85 C

0 20 40 60 80 100

15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

Waktu Pengukuran (menit)

nguk

ura

(

)

Titik 1 Titik 4 Titik 6

Gambar 4.7 Pengaruh pengarah awal berlubang terhadap distribusi temperatur di cerobong dengan sudut 15o.

Gambar 4.7 menunjukkan distribusi temperatur pada cerobong dengan pengarah awal berlubang yang mana distribusi temperatur agak teratur dengan temperatur titik 1 dan 4 agak sama, sedang dengan temperatur di titik 6 jauh di bawah temperatur titik di titik 1 dan 4. Bedat temperatur antara titik 1 dan titik 6 mencapai 12-15 oC.

4.2 Pengaruh Sudut Cerobong Terhadap Distribusi Temperatur

Hasil pengukuran temperatur di setiap saluran yang saling mempengaruhi terhadap cerobong bersudut 15o, 25o dan 25o, menunjukkan bahwa sudut atap cerobong gas buang sangat menentukan pola aliran dan distribusi temperatur baik di dalam saluran pengarah/pemanas, di dalam ruang pengering maupun di cerobong gas panas keluar. Disamping mempengaruhi pola aliran gas panas, besarnya sudut atap

(67)

cerobong ini juga menentukan besarnya beda temperatur antara titik yang berbeda letaknya secara vertikal di dalam saluran pemanas, di ruang pengering maupun di dalam cerobong gas panas sisa.

4.2.1 Pengaruh sudut cerobong terhadap distribusi temperatur pada saluran pengarah/pemanas

Gambar 4.8 memperlihatkan distribusi temperatur titik 4 di dalam saluran pengarah/pemanas dengan pengarah awal tidak berlubang dan sudut atap cerobong buang gas panas yang berbeda. Sedangkan Gambar 4.9 memperlihatkan distribusi temperatur titik 4 di dalam saluran pengarah/pemanas dengan pengarah awal berlubang dan sudut atap cerobong buang gas panas yang berbeda.

Gambar 4.8. Pengaruh sudut cerobong terhadap distribusi temperatur pada saluran pengarah (pemanas) dengan pengarah awal tidak berlubang.

Ditribusi Temperatur pada Titik 4 di Saluran Pengarah dengan Pengarah Awal tidak berlubang dan Temperatur

referensi 85 C.

65 70 75 80 85 90

15 45 75 105 135 165

Waktu pengukuran (menit)

Temper

atur pengukur

(C)

Cerobong 15 Cerobong 25 Cerobong 35

(68)

Dis tribus i Te m pe ratur pada Titik 4 di Saluran Pe ngarah de ngan Pe ngarah Aw al Be rlubang dan Te m pe ratur

re fe re ns i 85 C

0 20 40 60 80 100

15 45 75 ₁₀5 ₁₃5 ₁₆5

Wak tu pe nguk uran (m e nit)

tur pe

nguk

ura

)

Cerobong 15 Cerobong 25 Cerobong 35

Gambar 4.9. Pengaruh sudut cerobong terhadap distribusi temperatur pada saluran pengarah (pemanas) dengan pengarah awal berlubang.

Dengan pengarah awal tidak berlubang distribusi temperatur di dalam saluran pengarah/pemanas pada sudut atap 15o agak teratur dan pola aliran laminar. Akan tetapi berbeda dengan sudut atap 25o dan 35o dimana distribusi temperatur tidak teratur dan pola aliranpun agak turbulensi. Sedangkan dengan pengarah awal berlubang distribusi temperatur di dalam saluran pengarah/pemanas pada sudut atap 15o, 25o dan 35o agak teratur dan pola aliran laminar.

4.2.2 Pengaruh sudut cerobong terhadap distribusi temperatur pada ruang pengering

Sudut atap cerobong gas buang sangat menentukan pola aliran dan distribusi temperatur di dalam ruang pengering. Disamping mempengaruhi pola aliran gas panas, besarnya sudut atap cerobong ini juga menentukan besarnya beda temperatur antara titik yang berbeda letaknya secara vertikal di ruang pengering.

(69)

Pengaruh Sudut Cerobong Terhadap distribusi temperatur pada posisi pengukuran 5 cm dari dinding pemanas

Gambar 4.10 menunjukkan distribusi temperatur pada ruang pengering de-ngan pengarah awal tidak berlubang di posisi pengukuran 5 cm dari dinding pemanas dengan variasi sudut atap cerobong. Gambar 4.11 menunjukkan distribusi temperatur pada ruang pengering dengan pengarah awal berlubang di posisi pengukuran 5 cm dari dinding pemanas dengan variasi sudut atap cerobong.

Dis tribus i Te m pe ratur pada Rak 4 di Ruang Pe nge ring Te pi (5 cm dari Saluran Pe ngarah) de ngan Pe ngarah Aw al tidak be rlubang dan Te m pe rtur re fe re ns i 85 C.

0 20 40 60 80 100

15 45 75 ₁₀₅ ₁₃₅ ₁₆₅

Wak tu Pe nguk uran (m e nit)

tur P

nguk

ura

)

Cerobong 15 Cerobong 25 Cerobong 35

Gambar 4.10 Pengaruh sudut cerobong terhadap distribusi temperatur pada ruang pengering di posisi 5 cm dari dinding saluran pengarah dan dan pengarah awal tidak

(70)

Distribusi Temperatur pada Rak 4 di Ruang Pengering Tepi (5 cm dari Saluran Pengarah) dengan Pengarah

Awal berlubang dan Temperatur referenci 85 C

0 20 40 60 80 100

15 45 75 ₁₀₅ ₁₃₅ ₁₆5

Waktu Pengukuran (m e nit)

tur

n (

)

Cerobong 15 Cerobong 25 Cerobong 35

Gambar 4.11 Pengaruh sudut cerobong dan pengarah awal tidak berlubang terhadap distribusi temperatur pada ruang pengering di posisi 5 cm dari dinding saluran

pengarah.

Dengan pengarah awal tidak berlubang seperti ditunjukkan gambar 4.10, bahwa pada awal pemanasan distribusi temperatur agak berbeda diantara besaran sudut atap, akan tetapi setelah pemanasan mencapai 100 menit distribusi temperatur pada ketiga variasi besaran sudut cenderung menuju sama. Kecenderungan kesamaan distribusi

(71)

temperatur ini setelah sekian lama pemanasan karena pemanasan ini telah mencapai keadaan stedi. Dengan demikian sebelum keadaan stedi pengaruh besaran sudut atap cerobong mempengaruhi distribusi temperatur diruang pengering pada titik ukur 5 cm dari dinding pemanas. Sedangkan dengan pengarah awal berlubang seperti ditunjukkan gambar 4.11, bahwa pada awal pemanasan distribusi temperatur agak berbeda diantara besaran sudut atap, akan tetapi setelah pemanasan mencapai 55 menit distribusi temperatur pada ketiga variasi besaran sudut cenderung menuju sama. Dengan demikian sebelum keadaan stedi pengaruh besaran sudut atap cerobong dan pengarah awal berlubang juga mempengaruhi distribusi temperatur diruang pengering pada titik ukur 5 cm dari dinding pemanas.

Pengaruh Sudut Cerobong Terhadap distribusi temperatur pada posisi pengukuran 25 cm dari dinding pemanas

Gambar 4.12 memperlihatkan distribusi temperatur pada rak 4 yang jarak ukur 25 cm dari dinding saluran pemanas untuk ketiga sudut cerobong. Beda temperatur di ketiga tipe cerobong lebih kecil dari posisi pengukuran 5 cm dari dinding saluran pemanas, ini terjadi karena gerakan gas panas di posisi ini lebih stabil akibat posisi pengukuran jauh dari lubang masuk pada dinding saluran pemanas dan keseragaman temperatur dari ketiga cerobong juga lebih cepat yaitu 75 menit dari awal pemanasan. Sedangkan Gambar 4.13 menunjukkan distribusi temperatur pada ruang pengering dengan pengarah awal berlubang di posisi pengukuran 25 cm dari dinding pemanas dengan variasi sudut atap cerobong.

(72)

Dis tribusi Tem pe ratur pada Rak 4 di Ruang Penge ring Te ngah (25 cm dari Saluran Pengarah) de ngan Pe ngarah Aw al tidak berlubang dan te m peratur

refe re ns i 85 C.

0 20 40 60 80 100

15 45 75 ₁₀5 ₁₃5 ₁₆5

Waktu pengukuran (m enit)

T e m p er at u r pe nguk ur a n ( C ) Cerobong 15 Cerobong 25 Cerobong 35

Gambar 4.12 Pengaruh sudut cerobong terhadap distribusi temperatur pada ruang pengering di posisi 25 cm dari dinding saluran pengarah dan dan pengarah awal tidak

berlubang.

Distribus i Te m peratur pada Rak 4 di Ruang Penge ring Te ngah (25 cm dari Saluran Pe ngarah) de ngan Pe ngarah

Aw al Be rlubang dan Te m pe ratur re fe re ns i 85 C

0 20 40 60 80 100

15 45 75 ₁₀₅ ₁₃₅ ₁₆5

Wak tu pe nguk uran (m e nit)

Te m pe ra tu r p e ng uk ura n (C ) Cerobong 15 Cerobong 25 Cerobong 35

Gambar 4.13 Pengaruh sudut cerobong dan pengarah awal tidak berlubang terhadap distribusi temperatur pada ruang pengering di posisi 25 cm dari dinding saluran

pengarah.

Dengan pengarah awal berlubang pada awal pemanasan beda temperatur di ketiga tipe cerobong hampir sama dengan yang terjadi pada pengarah awal tidak berlubang dan sampai akhir pemanasan masih terjadinya beda temperatur antara cerobong

(1)

(2)

(3)

Lampiran 4. Data Sistem Pengasapan Tradisional di Desa Pantee Gaki Balee Dengan melakukan studi lapangan ke desa Pantee Gaki Balee, penulis memperoleh data-data penyalean pisang sale secara tradisional, yang saat ini dilakukan oleh masyarakat, data-data tersebut dapat dilihat pada Tabel 1. dibawah ini.

Panas yang hilang ke atmosfir

Pisang

Gambar 1. Sistem distribusi penyalean secara tradisional.

Tabel 1. Data - Data Penyalean Pisang Secara Tradisional

Data Keterangan

1. Luas tempat pengasapan 8 x 2 m 2. Jarak antara rak dan tungku 75 cm 3. Jumlah rak penyalean satu (1) rak

4. Kapasistas 400 kg/hari

5. Proses Pembuatan Awal Pisang yang sudah masak dikuliti dan ditaruh diatas rak kemudian dipanggang selama 16 jam dan setiap 4 jam sekali pisang dibalik

4. Waktu penyalean 20 - 24 jam satu kali produksi 5. Kelemahan-kelemahan - waktu pengeringan lama

- pemborosan bahan bakar - polusi udara

- produk tidak higienis - produk tidak tahan lama

Sumber : Hasil studi lapangan ke Desa Pantee Gaki Balee.

(4)

Tabel 2. Data Distribusi Temperatur Pada Penyalean Pisang Secara Tradisional

No. Tinjauan

Temperatur 1 2 3

1 Dibawah rak 50 o C 55 o C 53 o C

2 Diatas rak 45 o C 51 o C 43 o C

3 Diantara rak dan tungku pembakaran 60 o C 70 o C 65 o C

Titik

(5)

Lampian 5. Komposisi kandungan gizi beberapa jenis buah pisang matang tiap 100 gr daging buah.

Jenis Pisang Komposisi kimia

Ambon Lampung Uwak Mas Raja

Air (g) Kalori (Kkal) Protein (gr) Lemak (gr) Karbohidrat (gr) Kalsium (mg) Fosfor (mg) Besi (mg) Vitamin A (SI) Vitamin B (mg) Vitamin C (mg)

72.0 99.0 1.2 0.2 70.8 8.0 28.0 0.5 146.0 0.08 3.0 72.1 99.0 1.3 0.2 74.1 10.0 19.0 0.9 618.0 - 4.0 67.0 118.0 1.2 0.2 76.2 7.0 29.0 0.3 112.0 - 4.0 64.2 127.0 1.4 0.2 71.6 10.0 25.0 0.8 79.0 0.09 2.0 65.8 120.0 1.2 0.2 79.4 10.0 22.0 0.8 950.0 0.06 10.0 Sumber : Munadjim. 1984. Teknologi Pengolahan Pisang. PT. Gramedia Jakarta.

Salah satu faktor yang mempengaruhi kecepatan proses pengeringan adalah jumlah kadar air yang terkandung dalam satu bahan. Semakin tinggi kadar air awal, maka semakin banyak panas yang diperlukan untuk mengeringkan bahan. Berdasarkan standar mutu nasional kadar air maksimal yang diperkenankan untuk pisang sale adalah 12% - 13%.

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat pengasap pisang sale, handrefraktometer, thermometer, thermokopel, stopwatch, timbangan, pisau, baskom, sprayer, alat ukur kadar air dengan metode oven, erlenmeyer, buret, gelas ukur, pipet tetes, corong gelas, blender, spektrofotometer, kertas saring, kayu

(6)

bakar, kayu bakau dan tempurung kelapa. Adapun bahan yang digunakan, yaitu pisang Uwak sebanyak 40 kg yang diperoleh dari pasar Lambaro Aceh Besar, larutan iodium 0,01%, larutan pati 1%, larutan fenol 80%, H2SO4 pekat 95,5%, larutan glukosa 100 gr dan aquadest.