Tempat dan Waktu Pelaksanaan Penelitian

BAB IV PENGUJIAN ALAT PENGERING

4.1. Tempat dan Waktu

Pengujian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Mekanik, gedung Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Pengujian ini dilaksanakan dengan menggunakan alat pengering yang telah selesai dirancang dan kemudian dibuat untuk dapat diaplikasikan sesuai fungsinya. Pengujian ini dilaksanakan sejak alat pengering selesai dibuat sampai proses pengeringan bahan. Proses pengujian ini berlangsung selama 2 bulan, yaitu sejak bulan Oktober 2009 sampai dengan Desember 2009.

4.2. Alat

a Alat Pengering Alat pengering ini dibuat berdasarkan hasil rancangan terlebih dahulu. Alat pengering ini dibuat bertujuan untuk mengeringkan produk pertanian sebagai solusi dari permasalahan cuaca di Indonesia yang tidak stabil. Kapasitas pengeringan dari alat ini tergantung pada produk pertanian yang akan dikeringkan. Adapun alat pengering yang dibuat seperti terlihat pada gambar 4.1. Gambar 4.1. Alat pengering yang digunakan Universitas Sumatera Utara b Heater Alat ini digunakan sebagai tempat pemanasan air yang akan dipanaskan di dalam alat pengering. Udara panas yang dihasilkan dari pemanasan heater ini yang nantinya dimanfaatkan untuk mempercepat proses pemanasan. Adapun bentuk heater yang telah dibuat seperti terlihat pada gambar 4.2. Gambar 4.2. Heater c Thermocouple Thermometer Untuk melakukan pengukuran temperatur yang terjadi didalam alat pengering digunakan instrumen pengukuran temperatur,yaitu Thermocouple ThermometerTipe KW 06-278 Krisbow seperti terlihat pada Gambar 4.3. Setting instrumen pengukuran temperatur ini dilakukan pada saat akan melakukan pengukuran temperatur yang terjadi didalam alat pengering selama proses pengeringan berlangsung. Spesifikasi Thermocouple Thermometer Tipe KW 06-278 Krisbow sebagai berikut: • Nama : Digital thermometer, single input • Input sensitivity : User selectable 0.1 o C or 1 o C • Temperatur range : -50.0 o C ~ 1300 o C - 58 o F ~ 2000 o F • Accuracy range : ± 0.5 ± 1 o C ± 0.5 ± 2 o F • Ukuran : 165 x 76 x 43 mm Universitas Sumatera Utara • Berat : 403 gram • Sumber daya : dua buah baterai 1,5 V Alkaline Gambar 4.3.Thermocouple Thermometer d Thermo Anemometer Untuk melakukan pengukuran terhadap kecepatan udara pengering diantara kopra yang terjadi didalam alat pengering digunakan instrumen pengukuran yaitu Thermo Anemometer seperti terlihat pada Gambar 4.4. Setting instrumen ini dilakukan pada saat proses pengeringan berlangsung. Spesifikasi Thermo Anemometer sebagai berikut: • Nama : DigitalHot Wire Thermo Anemometer • Specifications range : 0.2 ms ~ 20.0 ms 0.7 kmh ~ 72.0kmh 40 ftmin ~ 3940 ftmin 0.5 MPH ~ 44.7 MPH 0.4 knots ~ 31.1 knots • Temperature range : 32 o F~ 122 o F 0 o C ~ 50 o C • Accuracy range : 0.1 ms 0.1 kmh 1 ftmin Universitas Sumatera Utara 0.1 MPH 0.1 knots 0.1 o F o C • Ukuran : 175 x 86 x 47 mm • Berat : 510 gram Gambar 4.4.Thermo Anemometer e Relative Humidity Meter Untuk melakukan pengukuran terhadap kelembaban relative udara pengering yang terjadi selama proses pengeringan digunakan instrumen pengukuran yaitu Relative Humidity Meter seperti terlihat pada Gambar 4.5. Setting instrumen ini dilakukan pada saat proses pengeringan berlangsung. Spesifikasi Relative Humidity Meter sebagai berikut: • Nama : Relative Humidity Meter 2080R Digitron • Air temperature : -10 o C ~ 100 o C 14 o F ~ 212 o F • Humidity range : 0 RH ~ 100 RH • Thermocouple model : Type K • Temperatur range : - 200 o C ~ 1350 o C - 328 o F ~ 2462 o F Universitas Sumatera Utara Gambar 4.5.Relative Humidity Meter f Thermometer Fungsi alat ini hampir sama dengan ThermocoupleThermometer yaitu untuk melakukan pengukuran temperatur yang terjadi didalam alat pengering. Setting instrumen pengukuran temperatur ini dilakukan pada saat akan melakukan pengukuran temperatur yang terjadi didalam alat pengering selama proses pengeringan berlangsung.Thermometer ini seperti terlihat pada gambar 4.6. Spesifikasi ThermometerKW 06-308 Krisbow sebagai berikut: • Nama : Thermometer • Input sensitivity : User selectable 0.1 o C or 1 o C • Temperatur range : - 40.0 o C ~ 250 o C - 40 o F ~ 482 o F • Accuracy range : ± 2 ± 2 o C ± 2 ± 2 o F • Sampling time : 2.0 seconds • Sumber daya : Baterai LR44 1.5V Universitas Sumatera Utara Gambar 4.6.Thermometer g Kompor Pada pengujian ini, kompor digunakan sebagai alat untuk memanaskan atau memasak air yang terdapat di dalam alat pengering sehingga menghasilkan uap air.Kompor yang digunakan memiliki sumbu sebanyak 16 buah dengan kapasitas bahan bakar 2 liter minyak tanah. Adapun kompor yang digunakan diperlihatkan pada gambar 4.7. Gambar 4.7.Kompor h Timbangan Timbangan digunakan untuk mengukur berat produk yang akan dikeringkan. Alat ini digunakan pada saat produk sebelum dikeringkan dan sesudah dikeringkan. Tujuannya adalah untuk mengetahui seberapa besar pengurangan berat produk setelah mengalami proses pengeringan dengan alat pengering. Kapasitas pengukuran timbangan ini adalah 5 kg dengan graduation 20 gram. Adapun timbangan yang digunakan diperlihatkan pada gambar 4.8. Universitas Sumatera Utara Gambar 4.8.Timbangan i Kayu bakar Kayu bakar ini digunakan sebagai bahan bakar untuk memanaskan air pada heater alat pengering. Kayu bakar digunakan sebagai bahan bakar alternatif karena ketersediaan minyak tanah yang semakin terbatas. Adapun komkayu bakar yang digunakan diperlihatkan pada gambar 4.9. Gambar 4.9.Kayu bakar 4.3. Bahan Dalam pengujian ini, bahan atau produk pertanian yang akan dikeringkan adalah kopra atau daging buah kelapa seperti terlihat pada gambar 4.10. Kopra yang Universitas Sumatera Utara berasal dari buah kelapa ini didapat dari kebun kelapa yang baru dipanen oleh para petani kelapa. Kopra yang akan dikeringkan adalah seberat 6 kg. Gambar 4.10. Kopra yang akan dikeringkan 4.4. Prosedur Pengujian Prosedur pengujian yang akan dilakukan terdiri dari 2 tahapan, yaitu pengujian langsung dan pengujian tak langsung. Pada unit pengujian langsung, seluruh variabel yang diukur langsung pada saat pengujian, nilainya bisa langsung diketahui tanpa perhitungan lebih lanjut. Tahapan pengujian langsung terdiri dari distribusi suhu yang terjadi pada alat pengering sewaktu proses pengeringan berlangsung o C, kebutuhan air Ljam, waktu pengeringan jam, berat bahan pada saat sebelum dan sesudah pengeringan Kg .Alat bantu yang digunakan adalah Single Input Thermocouple Thermometer o C, Thermo Anemometer, Relative Humidity Meter, Thermometer dan timbangan Kg. Seluruh unit pengujian langsung digunakan sebagai input data untuk mendapatkan nilai unit pengujian tak langsung. Pada unit pengujian tak langsung, seluruh variabel nilainya didapat dari perhitungan dan digunakan bahan pengamatan atau analisis. Pada pengujian ini variabel yang dihitung terdiri dari kebutuhan energi kJkg dankadar air kopra setelah dikeringkan berdasarkan Standard Nasional Indonesia. Data hasil pengujian ini akan dikembangkan atau dihitunguntuk mendapatkan berapa besar kebutuhan energi selama proses pengeringan berlangsung. Selain itu dari data tersebut akan diperoleh berapa kadar air kopra setelah dikeringkan sesuai dengan Standar Nasional Indonesia SNI. Universitas Sumatera Utara 1. Prosedur pengujian langsung Prosedur untuk pengujian langsung terdiri dari: a Bahan yang akan dikeringkan diukur terlebih dahulu berat awalnya dengan menggunakan timbangan. b Setelah diukur beratnya, bahan diletakkan secara merata di atas tray. c Kemudian bahan dimasukkan ke dalam alat pengering, dan pintu ditutup rapat sehingga udara panas nantinya tidak ada yang keluar. d Sebelum dilakukan pengeringan, diperiksa terlebih dahulu kompor dan bahan bakar apakah sudah terisi penuh. e Lalu kompor dihidupkan. f Lakukan pengamatan selama proses pengeringan berlangsung, dan catat data yang dihasilkan berupa suhu yang terjadi di dalam alat. g Setelah proses pengeringan selesai, bahan dikeluarkan dari alat untuk diukur beratnya. h Perhatikan berapa kebutuhan air dan kebutuhan bahan bakar selama proses pengeringan berlangsung. 2. Prosedur pengujian tak langsung Prosedur untuk pengujian tak langsung terdiri dari: a. Perhitungan kadar air kopra setelah dikeringkan Untuk menghitung kadar air kopra yang telah dikeringkan dapat diperoleh melalui metode neraca kesetimbangan energi. Metode neraca kesetimbangan energi ini berhubungan dengan kapasitas pengeringan yang dilakukan. Selain kapasitas pengeringan alat, variabel yang dibutuhkan dari neraca massa ini antara lain kadar air bahan sebelum pengeringan 50 - 55 MAPI, 2006. b. Perhitungan kebutuhan energi selama proses pengeringan Untuk menghitung kebutuhan energi selama proses pengeringan dapat diperoleh melalui metode neraca kesetimbangan energi. Pada prinsipnya energi total Q T yang dibutuhkan pada proses pengeringan digunakan untuk: pemanasan bahan Q t , pemanasan kandungan air Q w dan energi untuk menguapkan air dalam bahan ditambah energi yang terbuang dari dinding Universitas Sumatera Utara Q lw . Energi total Q T yang dibutuhkan untuk mengeringkan kopra satu siklus seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.11 berikut. Gambar 4.11. Neraca kesetimbangan energi 4.5. Pengaturan eksperimental Experimental setting Pada bagian ini diperkirakan harga berat akhir kopra yang sesuai dengan kadar air yang diharapkan, juga diperkirakan besar bahan bakar yang dipergunakan tiap jam sebagai acuan selama berlangsunggnya pengujian. Lama pengujian berlangsung hingga berat kopra yang dikeringkan sama atau mendekati harga yang diperkirakan. Adapun data- data yang dipergunakan adalah sebagai berikut : Berat kopra basah hasil panen W kb = 6 kg Berat kopra kering hasil pengeringan W kk = 2,86 kg Temperatur udara pengering T d = 120 o C Temperatur awal kopra T a = 30 o C Luas dinding alat pengering A w = 1,4 m 2 Kecepatan udara pengering diantara kopra v = 0,250 ms Koefisien pindahan panas dinding k w = 53,2 Wm. o C Koefisien pindahan panas karet isolasi k r = 0,013 Wm. o C Panas jenis kopra c p.kopra = 1,88 kJkg o C Panas jenis air c p.air = 4,18 kJkg o C Panas laten penguapan air h fg = 2257 kJkg Massa jenis moisture jenuh pada T d ρ sd = 212,5 grm 3 Massa jenis moisture jenuh pada T a ρ sa = 27,59 grm 3 Kelembaban relative udara pengering rata-rata RHd = 80 Kelembaban relative udara luar RHa = 70 Universitas Sumatera Utara

4.5.1 Perkiraan Total Energi yang Dibutuhkan untuk Mengeringkan Kopra Per Jam

Total energi yang dibutuhkan untuk proses pengeringan jam dengan bahan bakar dihitung sebagai berikut : a Kebutuhan energi untuk pengeringan kopra Qd, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.5. Q d = Q h + Q w + Q l dimana; Q d = energi pengeringan kopra, kkal Q h = energi pemanasan kopra, kkal Q w = energi pemanasan air kopra, kkal Q l = energi penguapan air kopra, kkal Energi untuk pemanasan kopra Q h , dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6. Q h = W kb × c p.kopra T d -T a = 6 kg × 1,88 kJkg o C × 120 o C – 30 o C = 1015,2 kJ Kadar air awal kopra adalah 50 - 55 MAPI, 2006 Asumsikan kadar air awal kopra, w f = 55 . Berat kopra basah per tray W kb = 6 kg Berat kopra kering dengan kadar air 0 , W ko = [ ] 55 6 6 × − = 2,7 kg Jadi, berat akhir kopra yang diperkirakan adalah 2,86 kg. Atau untuk tiap tray adalah 0,95 kg. Universitas Sumatera Utara Berat air kopra awal, W i dihitung dengan persamaan Energi pemanasan air kopra Qw, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.7. Q w = W i × Cp.air T d -T a = 3,14 kg × 4,18 kJkg o C × 120 o C – 30 o C = 1181,268 kJ Berat air yang dipindahkan selama proses pengeringan Wr, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 dan 2.8. Energi penguapan air kopra Ql, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.9 Q l = Wr × h fg = 2,98 kg × 2202,6 kJkg = 6563,748 kJ Maka didapat energi yang dibutuhkan untuk pengering kopra Qd Q d = Q h + Q w + Q l = 1015,2 kJ + 1181,268 kJ + 6563,748 kJ = 8760,216 kJ Universitas Sumatera Utara Jadi energi yang dibutuhkan untuk pengering kopra adalah 8760,216 kJ. b Laju aliran energi kalor konveksi dalam box pengering dihitung sebagai berikut. Sifat- sifat uap dievaluasi pada suhu-suhu temperatur rata-rata : Maka diperoleh data sebagai berikut : ρ = 0,5856 kgm 3 c p = 2,059 kJkg. o C μ = 12,73 × 10 -6 kgm.s υ = 2,17 × 10 -5 m 2 s k = 0,0246 Wm. o C Pr = 1,060 β = 1T f =1380,5 K = 0,00263 K -1 Hasil perkalian angka Grashof-Pradtl dengan jarak antara heater dan plat atas, δ adalah 1m, dihitung dengan persamaan 2.11 sebagai berikut : Harga C, n dan mdidapat dari lampiran 2 sebagai berikut : Konduktivitas termal efektif, k e dihitung dengan persamaan 2.12. Perpindahan kalor konveksi, q dihitung dengan persamaan 2.13 berikut Universitas Sumatera Utara c Energi yang hilang dari dinding ruang pengering q lt , dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.14 dan persamaan 2.15, sebagai berikut. Dimana : q lw = energi yang hilang melalui dinding box pengering, kkaljam U = Koefisien perpindahan kalor menyeluruh Wm. o C k w = koefisien perpindahan kalor konduksi plat Wm. o C k r = koefisien perpindahan kalor konduksi isolasi Wm. o C A = Luas penampang m 2 ∆x w = tebal plat m ∆x r = tebal lapisan isolasi m Kehilangan energi melalui dinding box pengering Q lw menggunakan beberapa asumsi sebagai berikut : 1. Aliran panas berlangsung tunak steady dan temperatur tiap jam dianggap konstan dan harganya diperoleh dengan merata-ratakan temperatur selama pengujian untuk tiap tingkat dan tiap titik pengujian. 2. Konduktifitas termal bahan plat dan karet dianggap konstan. 3. Tidak ada pembangkit kalor sepanjang dinding. 4. Kehilangan kalor melalui dinding hanya diperhitungkan melalui dinding samping kanan dan kiri dan dinding belakang. Untuk koefisien perpindahan panas menyeluruh, U diperoleh hasilnya sebagai berikut Dengan demikian kehilangan kalor dari dinding untuk box pengering dengan rata – rata temperatur dinding dalam 100 o C dan dinding luar 65 o C adalah Universitas Sumatera Utara Jadi energi yang hilang dari dinding ruang pengering Q lw adalah 101,92 Watt atau sebanding dengan 366,91 kJjam. d Energi yang hilang dari saluran pembuangan dihitung dengan persamaan 2.16 dan 2.17, sebagai berikut. Dengan Dimana : q lv = Energi yang hilang dari saluran pembuangan kJ h g = Entalpi jenis uap kJkg, untuk temperatur 120 o C = 2706,3 kJkg ρ = Massa jenis uap kgm 3 , untuk temperatur 120 o C =1,1212 kgm 3 v = laju aliran uap keluar pipa saluran uap ms = 0,5 ms A= luas penampang m 2 d = diameter pipa inci = 1 inci = 0,0254 m maka, laju aliran mass uap yang keluar melalui saluran pembuangan dihitung sebagai berikut : Dan yang hilang dari saluran pembuangan, q lv dihitung sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara e Total energi yang dibutuhkan untuk mengeringkan kopraper jam Q t , dapat dihitung dengan persamaan 2.18 sebagai berikut : Q T = Q d + q lw + q kv × 1 jam + q lv × ¼ jam = 8760,216 kJ + 366,91+ 305,0664kJjam ×1 jam + 880,9266 kJjam ×¼ jam = 10313,12 kJ Jadi total energi yang dibutuhkan untuk mengeringkan kopraper jam Q T adalah 10313,12 kJ. 4.5.2 Perkiraan Kebutuhan Air yang Digunakan Selama Proses Pengeringan Kopra Uap sebagai media pemanas diperoleh melalui air yang dipanaskan didalam heater. Dengan memperhitungkan bahwa tekanan dan temperatur didih air akan lebih tinggi dari kondisi atmosfer maka grafik proses pemanasan dan penguapan air seperti terlihat pada gambar. Gambar 4.12. Diagram Proses Pemanasan Air Energi yang dilepaskan air harus mampu memenuhi kebutuhan energi total pengeringan kopra hingga mencapai kadar air yang diharapkan, maka hubungannya berlaku : uap Universitas Sumatera Utara Dimana : Q d = energi pengeringan kopra, kJ Q T = energi total, kJ Maka diperoleh, Jadi, perkiraan kebutuhan air selama pengeringan adalah sebesar 4,8 liter.

4.5.3 Perhitungan Kebutuhan Bahan Bakar yang Digunakan Selama Proses Pengeringan Kopra

1. Kebutuhan bahan bakar minyak tanahselama proses pengeringan kopra dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.19. Dimana : NKB m = Nilai Kalor Bahan Bakar minyak tanah = 9900 kkalkg atau sama dengan 41421,60 kJkg maka kebutuhan bahan bakar minyak tanah selama pengeringan kopra adalah = 0,249 kgjam = 0,309 literjam ≈ 0,3 literjam Jadi kebutuhan minyak tanahtiap jamnya adalah 0,3 literjam. 2. Kebutuhan bahan bakar kayu bakar selama proses pengeringan kopra adalah Dimana : NKB kb = Nilai Kalor Bakar kayu bakar = 4000 kkalkg = 16747,2 kJkg maka kebutuhan bahan bakar kayu bakar dalam ijam pengeringan kopra adalah Universitas Sumatera Utara = 0,616 kgjam ≈ 0,6 kg Jadi, perkiraan total kebutuhan bahan bakar kayu bakar per jam selama proses pengeringan kopra adalah 0,6 kgjam.

4.5.4 Setting alat ukur

Alat ukur yang digunakan padan umumnya merupakan perangkat digital, sehingga tidak memerlukan pengaturan khusus kecuali pemasangan sensor untuk termokopel yang digunakan untuk mengukur temperatur selama proses pengeringan. Pada uji pengeringan kopra ini, alat pengukur temperatur utama yang digunakan adalahThermocouple Thermometer Tipe KW 06-278 Krisbow yang memiliki range temperatur yang cukup tinggi. Termokopel jenis ini menggunakan sensor yang ditanam di 9 titik pada dinding alat pengering, yakni masing – masing 3 titik pada dinding samping kanan dan kiri dan 3 titik pada dinding belakang. Masing – masing kepala sensor titik berada 2 cm di atas tray di dalam ruang pengering dan jarak antar sensor pada masing – masing dinding adalah 22 cm. 4.6. Variabel yang Diamati Adapun variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah: 1. Temperatur atau suhu tiap ruang rak selama pengeringan berlangsung. 2. Temperatur awal kopra T a . 3. Waktu atau lama pengeringan sampai bahan benar – benar kering. 4. Berat kopra setelah dikeringkan Wkk. 5. Kadar air awal kopra wi. 6. Kebutuhan bahan bakar tiap jam. 7. Kebutuhan air tiap jam.

4.7 Pelaksanaan Penelitian

Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini akan dilaksanakan berurutan dan sisitematis,seperti ditunjukkan pada gambar 3.13. Universitas Sumatera Utara Gambar 4.13. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian START Indentisifikasi masalah dan menetapkan tujuan penelitian STUDI AWAL Study literature PERSIAPAN : - Perancangan alat pengering - Setting alat ukur - Periksa kompor atau kayu bakar yang akan dipakai - Pengujian pengeringan kopra PENGUMPULAN DATA: - Temperatur o C - Berat kopra basah kg - Berat kopra kering kg - Waktu pengeringan jam - Kadar air awal kopra - Kebutuhan air liter jam PENGOLAHAN DATA SELESAI ANALISA DATA - Kadar air kopra kering - Kebutuhan energi kkalsiklus - Kebutuhan bahan bakar - Analisa biaya Universitas Sumatera Utara

BAB 5 DATA DAN ANALISA

5.1. Data Hasil Pengujian

Berdasarkan bahan bakar yang dipakai dalam pengujian ini terbagi atas dua jenis, maka data yang didapat juga terbagi dua. Dari hasil pengujian yang telah didapatkan, maka diperoleh data hasil pengujian yang akan dipergunakan untuk menghitung besar kadar air akhir kopra, kebutuhan energi dan kebutuhan bahan bakar serta analisis biaya yang dikeluarkan selama proses pengeringan.

5.5.1 Lama Waktu Pengeringan

Lama waktu pengeringan diperoleh berdasarkan berat kopra. Kopra dikeringkan hingga sama atau mendekati berat akhir yang diperkirakan. Adapun berat akhir kopra, W kk yang diperkirakan adalah 0,95 kg dan memiliki kadar air, w f sebesar 5. Dari pengujian diperoleh hasil sebagai berikut :

a. Lama pengeringan dengan menggunakan bahan bakar minyak tanah

Dari pengujian yang dilakukan, didapatlah berat kopra yang dikeringkan pada tiap tray alat pengering selama proses pengeringan berlangsung dengan menggunakan bahan bakar minyak tanah, seperti terlihat pada tabel 5.1. Tabel 5.1Berat kopra tiap tray selama pengeringan berlangsung dalam kg Waktu jam Tray 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1,87 1,76 1,63 1,48 1,36 1,23 1,08 0,95 2 1,88 1,77 1,64 1,49 1,36 1,24 1,08 0,95 3 1,88 1,77 1,64 1,49 1,36 1,24 1,08 0,95 Dari hasil ini dapat diambil lama waktu pengeringan kopra hingga mencapai nilai kadar air yang diperkirakan dengan menggunakan bahan bakar minyak tanah adalah 8 jam. Universitas Sumatera Utara