Modifikasi Penukar Panas Model Pengering Hybrid Tipe Rak untuk Pengeringan Chip Mocaf

MODIFIKASI PENUKAR PANAS MODEL PENGERING HYBRID
TIPE RAK UNTUK PENGERINGAN CHIP MOCAF

CANDRA VIKI ARNANDA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Modifikasi Penukar
Panas Model Pengering Hybrid Tipe Rak untuk Pengeringan Chip Mocaf adalah
benar karya saya dengan arahan dari pembimbing skripsi dan belum diajukan dalam
bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal
atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir
skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Januari 2015
Candra Viki Arnanda
NIM F14100061

ABSTRAK
Permasalahan utama pada penelitian sebelumnya menggunakan alat
pengering efek rumah kaca (ERK) hybrid tipe rak adalah rendahnya nilai efisiensi
pengering dan tingginya konsumsi energi, oleh karena itu tujuan penelitian ini
adalah melakukan modifikasi desain penukar panas dan tungku biomassa dari
pengering ERK hybrid tipe rak dan uji performansi pengering ERK hybrid tipe rak
untuk pengeringan chip mocaf. Pengembangan desain yang dilakukan berupa
penambahan sirip tipe melingkar pada heat exchanger sebanyak 9 sirip per pipa.
Ukuran sirip 0.093 m × 0.063 m. Bahan pembangun tungku adalah batu bata dengan
ukuran 0.58 m × 0.58 m × 0.30 m. Pengujian pengeringan di siang hari
menggunakan chip mocaf dengan kapasitas 18.04 kg dari kadar air 69.88%bk
hingga 12.56%bk dibutuhkan waktu 11.5 jam dengan suhu pengeringan 43.65C,
efisiensi pengeringan 9.37%, efisiensi termal 24.84%, dan konsumsi energi spesifik
28.19 MJ/kg uap air. Pengujian dengan kapasitas 18.09 kg chip mocaf pada siang
dan malam dari kadar air 70.74%bk hingga 13.76%bk, waktu pengeringan selama

15 jam dengan suhu pengeringan 45.83C, efisiensi pengeringan 6.79%, efisiensi
termal 24.32%, dan konsumsi energi spesifik 32.80 MJ/kg uap air. Hasil ini
memberikan peningkatan efisiensi sebesar 1.697% dibandingkan dengan penelitian
sebelumnya.
Kata kunci : chip mocaf, efisiensi, sirip, tungku,

ABSTRACT
The main problems of previous experiment using rack type greenhouse effect
dryer (GHE) equipment were low level of drying efficiency and high level of energy
consumption, therefore the purposes of this experiment were to develop the design
of heat exchanger and biomass stove from rack type GHE dryer and to develop the
performance of hybrid rack type GHE dryer for drying mocaf chips. One of the
developments of the design was the addition of circle type fins on heat exchanger
as much as 9 fins per pipe. The dimension of each fin was 0.093 m x 0.063 m.
Materials of the stove were bricks by dimension of 0.58 m x 0.58 m x 0.3 m (L x
W x H). The drying experiment during daylight period using mocaf chips with
capacity of 18.04 kg from moisture content of 69.88%db to 12.56%db needed 11.5
hours with drying temperature of 43.65C. The drying efficiency was 9.37%,
thermal efficiency was 24.84% and specific energy consumption was 28.19 MJ/kg
vapor. In the experiment capacity of 18.09 kg mocaf chips during daylight and

night period from moisture content of 70.74%db to 13.76%db required drying time
of 15 hours with drying temperature of 45.83C, drying efficiency was 6.79%,
thermal efficiensy was 24.32%, and specific energy consumption was 32.80 MJ/kg
vapor. This research resulted increased efficiency of 1.697% than previous design.
Keywords : mocaf chip, fin, stove, efficiency

MODIFIKASI PENUKAR PANAS MODEL PENGERING HYBRID
TIPE RAK UNTUK PENGERINGAN CHIP MOCAF

CANDRA VIKI ARNANDA

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR
2015

PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia dan
rahmat-Nya sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan. Judul dari tugas akhir ini
yaitu Modifikasi Desain Penukar Panas Model Pengering Hybrid Tipe Rak untuk
Pengeringan Chip Mocaf yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2014.
Bersamaan dengan selesainya tugas akhir ini, penulis ingin menyampaikan
penghargaan dan terima kasih kepada :
1. Wahman dan Wasini selaku orang tua, Annisa Unnurjannah dan Ibnu
Firmansyah selaku adik penulis yang telah memberikan dukungan, motivasi,
semangat dan do’a sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Dr Ir Dyah Wulandani, MSi selaku dosen pembimbing yang telah memberikan
bimbingan, masukkan, motivasi, dan nasihat kepada penulis selama penelitian
hingga penyusunan skripsi ini.
3. Dr Ir Leopold Oscar Nelwan, STP MSi dan Dr Ir Gatot Pramuhadi, MSi selaku
dosen penguji yang telah memberikan bimbingan dan masukan yang berharga
kepada penulis.
4. Winda Lismaya, Fika Rahimah, Elgy Muhammad Rizqia, Deny Saputro,

Adhika Rozi Ahmad, Oldga Agusta Dezarino, Amri Maulana, Febri Aditya
AGS, Eris Astari Putra, Rizki Agung Prandhita, Muhammad Fahri Hasyim,
Fajar Fajrul Ulum, Rosma Z Wardhani, Nariratri Kusuma Liski, Aulia
Mutmainnah, Ryan Akbar Prayogi, dan teman-teman TMB yang telah
memberikan motivasi dan bantuan kepada penulis selama penelitian hingga
penyusunan skripsi ini.
5. Pak Harto, Pak Ahmad, dan Pak Darma yang membantu penulis selama
penelitian dan seluruh staf UPT TMB IPB yang membantu dalam proses
administrasi.
6. Pak Damiri, Pak Agus, dan Enday yang telah memberikan masukan dan
bantuan selama proses pabrikasi alat pengering.
Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat.

Bogor, Januari 2015

Candra Viki Arnanda

DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR

DAFTAR TABEL
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR SIMBOL
Subscript
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan
TINJAUAN PUSTAKA
Chip Mocaf
Pengeringan Chip Mocaf
Pengeringan
Pengeringan Efek Rumah Kaca (ERK) Hybrid
Heat Exchanger dan Sirip
Tungku Biomassa
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Alat dan Bahan
Prosedur Penelitian
Analisis Data

HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan dan Penyempurnaan Konsep Desain Perancangan
Analisis Perancangan Heat Exchanger dan Tungku Biomassa
Pembuatan Model Alat Pengering ERK
Pengujian Tanpa Beban
Pengujian dengan Bahan Chip Mocaf
Uji Performansi Pengering
Penggunaan Energi Selama Proses Pengeringan
Perpindahan Panas pada Sistem Tungku
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP

v
vi
vi
vii

vii
vii
1
1
2
2
2
2
3
4
5
6
7
8
8
8
9
11
13
13

14
16
20
22
24
28
29
31
31
32
32
35
58

DAFTAR GAMBAR
1 Tahapan pembuatan mocaf
2 Kurva penurunan laju pengeringan terhadap waktu
3 Permukaan penyerap panas yang diperluas (Kothandaraman 2006)
4 Diagram tahap penelitian
5 Lokasi pengambilan data

6 Pengering ERK hybrid tipe rak
7 Rak bahan
8 Heat exchanger
9 Tungku biomassa
10 Inlet ruang pengering
11 Outlet ruang pengering
12 Inlet, ruang heat exchanger, dan outlet heat exchanger
13 Sebaran suhu ruang pengering pada percobaan 1
14 Sebaran suhu ruang pengering pada percobaan 2
15 Sebaran suhu ruang pengering pada percobaan 3
16 Sebaran suhu ruang pengering pada percobaan 4
17 Perubahan kadar air pada percobaan 3
18 Perubahan kadar air pada percobaan 4

3
5
7
9
11
16

17
17
18
18
19
19
21
21
23
23
27
27

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8

Standar mutu mocaf
Peralatan penelitian
Data awal perancangan
Perhitungan dimensi untuk rancangan konsep pengering
Kebutuhan panas pengering
Perhitungan jumlah, dimensi, dan panas pada heat exchanger
Perhitungan sirip
Nilai rata–rata suhu, RH, kecepatan angin, irradiasi surya, dan biomassa
pada pengujian tanpa beban
9 Nilai rata–rata suhu, RH, kecepatan angin, irradiasi surya, dan biomassa
pada pengujian menggunakan beban
10 Uji performansi alat pengering ERK hybrid tipe rak
11 Hasil uji performansi pengering ERK hybrid tipe rak yang dilakukan
Aritesty (2013)
12 Jumlah dan laju pembakaran biomassa selama percobaan
13 Kehilangan panas pada sistem tungku
14 Panas pembakaran dan kehilangan panas pada tungku
15 Panas pembakaran dan kehilangan panas tungku pada percobaan yang
dilakukan Aritesty (2013)
16 Panas efektif heat exchanger
17 Panas efektif heat exchanger pada percobaan yang dilakukan Aritesty
(2013)
18 Panas yang hilang pada dinding ruang pengering
19 Panas yang hilang pada dinding ruang pengering pada percobaan yang

3
8
14
14
15
15
16
22
24
25
25
29
29
29
30
30
30
31
31

dilakukan Aritesty (2013)

DAFTAR LAMPIRAN
1 Kebutuhan perhitungan panas berdasarkan data awal pengeringan
2 Perhitungan dimensi fisik subfungsi struktur
3 Perhitungan pipa heat exchanger
4 Perhitungan sirip
5 Hasil uji performansi model alat pengering ERK hybrid
6 Masukkan energi selama percobaan
7 Perhitungan uji performansi model ERK hybrid
8 Kehilangan panas pada dinding tungku
9 Kehilangan panas pada lubang udara masuk
10 Panas yang hilang pada dinding ruang pengering
11 Panas efektif heat exchanger
12 Gambar teknik tungku biomassa
13 Gambar teknik rangka pengering ERK hybrid
14 Gambar teknik rak bahan
15 Gambar teknik heat exchanger
16 Gambar teknik pengering ERK hybrid

DAFTAR SIMBOL
A
= luas (m2)
C
= panas jenis (kJ/kg)
h
= koefisien pindah panas konveksi (W/m2C)
H
= panas laten (kJ/kg)
I
= irradiasi (W/m2C)
k
= konduktifitas panas (W/m2C)
KES = konsumsi energi spesifik (kJ/kg uap air)
LMTD = beda suhu inti (C)
m
= massa (kg)
M
= kadar air (%bk)
n
= jumlah (buah)
Nu
= bilangan Nusselt
P
= daya (Watt)
Q
= kalor (kJ)
R
= tahanan
Re
= bilangan Reynold
T
= suhu (C)
U
= koefisien pinadah panas keseluruhan (W/m2C)
V
= volume (m3)

= absorsivitas

= efisiensi (%)

= transmisivitas

= ketetapan Stefan Bolztmann

35
37
39
42
43
44
44
46
49
50
51
53
54
55
56
57

Subscript
loss 1
loss 2
loss 3
loss 4
loss 5
a
b
f
fg
g
i
p
s
T
u

= kehilangan panas pada dinding tegak tungku (kanan/kiri)
= kehilangan panas pada dinding tegak tungku (belakang)
= kehilangan panas pada alas tungku
= kehilangan panas pada lubang udara masuk tungku
= kehilangan panas pada dinding ruang pengering
= lingkungan
= biomassa
= akhir
= penguapan
= global
= awal
= pengering
= surya
= total pengeringan
= uap air

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Singkong (Manihot utilissima) merupakan salah satu komoditas tanaman
pangan yang banyak mengandung karbohidrat dan banyak dimanfaatkan untuk
memenuhi kebutuhan manusia. Singkong secara luas dikonsumsi di daerah tropis.
Salah satu produk dari singkong yang dikembangkan saat ini yaitu mocaf
(modified cassava flour) (Aida et al. 2012). Mocaf adalah tepung dari ubi kayu
atau singkong yang diproses menggunakan prinsip memodifikasi sel ubi kayu
dengan cara fermentasi. Cara fermentasi ini bertujuan untuk meningkatkan nilai
protein dan mengurangi kadar asam sianida (HCN) (Akindahunsi et al. 1999).
Proses fermentasi pada pembuatan tepung mocaf bermanfaat untuk meningkatkan
mutu dari singkong, sehingga baik digunakan sebagai bahan baku pembuatan roti,
mi, dan berbagai makanan turunan tepung terigu. Selain proses fermentasi, proses
lainnya dalam pembuatan mocaf yaitu pengeringan.
Pengeringan chip mocaf yang dilakukan para pengusaha mocaf masih
menggunakan cara tradisional, metode pengeringan ini menemui beberapa
kendala, diantaranya membutuhkan waktu yang relatif lebih lama, membutuhkan
area yang cukup luas, pelaksanaannya sangat tergantung pada cuaca, serta tingkat
kebersihan yang rendah. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengatasi
kendala-kendala tersebut yaitu dengan menerapkan pengeringan mekanik yang
dapat dilakukan dengan menggunakan pengering efek rumah kaca (ERK) hybrid.
Pengering ERK memanfaatkan radiasi matahari dengan menggunakan
medium udara sebagai pembawa panas. Pengering ERK hybrid mempunyai
beberapa tipe, salah satunya adalah pengering ERK hybrid tipe rak. Penggunaan
pengering ERK hybrid tipe rak mempunyai beberapa kelebihan jika dibandingkan
dengan pengeringan secara langsung di bawah sinar matahari. Beberapa kelebihan
pengering tipe ini yaitu suhu pengeringan yang dicapai lebih tinggi sehingga
waktu pengeringan menjadi lebih cepat dan tingkat kehigenisan bahan lebih tinggi
karena tidak ditempatkan di area terbuka sehingga tingkat kontaminasi bahan
menjadi lebih rendah. Rak pada pengering tipe ini terbuat dari aluminium
berlubang, sehingga produk terjaga dari kontaminan akibat korosi. Penelitian
pengeringan menggunakan pengering ERK hybrid tipe rak telah banyak dilakukan
sebelumnya, namun masih ditemukan beberapa kendala pada proses
pengeringannya. Penelitian sebelumnya dilakukan oleh Aritesty (2013) pada
pengering ERK hybrid tipe rak hasil rancangan Wulandani et al. (2009). Kendala
yang ditemukan pada proses pengeringan menggunakan alat tersebut yaitu terjadi
kehilangan panas pada sistem heat exchanger tipe cross flow dan tungku biomassa
sehingga efisiensi sistem pengering menjadi rendah dan konsumsi energi dari
pengering menjadi tinggi. Pada penelitian yang dilakukan oleh Aritesty (2013),
efisiensi heat exchanger hanya mencapai 1.386%, sedangkan efisiensi tungku
hanya mencapai 81.607%, nilai tersebut masih dapat ditingkatkan dengan
melakukan modifikasi pada heat exchanger dan tungku biomassa.

2

Perumusan Masalah
Pengeringan di bawah sinar matahari secara langsung merupakan metode
yang dilakukan pengusaha mocaf untuk mengeringkan chip mocaf. Terdapat
beberapa kendala yang ditemukan pada pengeringan tersebut, diantaranya sangat
tergantung pada cuaca sehingga waktu pengeringan menjadi lebih lama,
keterbatasan area pengeringan, selain itu tingkat kebersihan chip mocaf menjadi
rendah karena ditempatkan di area terbuka, hal ini menyebabkan chip mocaf
mudah terkontaminasi oleh debu, bakteri, serangga, dan patogen lainnya yang
dapat menurunkan mutu dari mocaf yang dihasilkan. Salah satu solusi yang dapat
digunakan yaitu menggunakan pengeringan mekanik. Pengeringan mekanik yang
dapat diterapkan yaitu dengan menggunakan pengering ERK hybrid tipe rak.
Pengeringan dengan menggunakan pengering ERK hybrid tipe rak skala
besar ditemukan beberapa permasalahan. Permasalahan yang muncul pada
penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Aritesty (2013) yaitu terjadi
kehilangan panas pada sistem heat exchanger secara konveksi melalui cerobong
heat exchanger dan kehilangan panas pada tungku biomassa secara radiasi ke
lingkungan, sehingga konsumsi energi untuk proses pengeringan menjadi tinggi.
Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan melakukan modifikasi penukar panas
dan tungku biomassa pada model pengering ERK hybrid tipe rak skala
laboratorium dan dilakukan uji performasi pada model pengering ERK hybrid tipe
rak. Keluaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah model pengering ERK
hybrid dengan efisiensi yang lebih tinggi dan konsumsi energi yang lebih rendah.
Tujuan
Tujuan penelitian ini yaitu :
1. Modifikasi penukar panas dengan penambahan sirip dan perubahan bahan
pembangun tungku biomassa pada model pengering ERK hybrid tipe rak hasil
rancangan Wulandani et al. (2009) untuk meningkatkan efisiensi pengeringan
dan menurunkan konsumsi energi selama pengeringan.
2. Melakukan uji performansi pengering berupa efisiensi pengeringan dan
efisiensi termal pada model pengering ERK hybrid tipe rak untuk pengeringan
chip mocaf.

TINJAUAN PUSTAKA
Chip Mocaf
Singkong secara luas dikonsumsi di berbagai negara, di Afrika Barat dan
Karibia, makanan singkong dikenal sebagai gari yang diproduksi secara
fermentasi (Okafor 1998). Sebelum proses fermentasi, singkong dikupas untuk
menghilangkan kulit luar tipis yang berwarna colat dan kulit dalam yang berwarna
putih tebal (Okafor 1998). Singkong sering dianggap sebagai bahan baku bermutu
rendah karena rendahnya protein, mineral, dan vitamin (Aletor 1993). Namun
varietas tertentu dari singkong mengandung banyak cynogenic glikosida
(linamarin dan loustralin) yang dapat dihidrolisis menjadi HCN oleh enzim

3

endogen (linamarase) ketika jaringan tanaman rusak selama pemanenan,
pengolahan, atau proses mekanis lainnya (Corn 1973). Singkong juga
mengandung asam tannic, zat ini dapat menimbulkan warna kusam pada produk
olahan singkong sehingga mempunyai nilai pasar yang rendah (Hahn 1992).
Singkong di beberapa daerah digunakan sebagai makanan untuk mengatasi
masalah kelaparan, sehingga sangat penting dalam hal keamanan pangan (Aletor
1993). Oleh karena itu, dibutuhkan proses untuk meningkatkan nilai protein dan
mengurangi kadar HCN. Proses tersebut yaitu fermentasi yang nantinya
menghasilkan singkong dengan kadar protein yang tinggi dan HCN yang rendah.
Prinsip pembuatan mocaf adalah memodifikasi sel ubi kayu secara
fermentasi, sehingga menyebabkan perubahan karakteristik yang lebih baik dari
tepung yang dihasilkan berupa naiknya viskositas, kemampuan gelasi, daya
rehidrasi dan kemudahan melarut. Secara umum proses pembuatan mocaf
meliputi tahap-tahap pengupasan, pemotongan, perendaman (fermentasi),
pengeringan, penepungan, dan pengayakan.
Selama proses fermentasi terjadi penghilangan komponen warna, seperti
pigmen (khusus singkong kuning) dan protein yang dapat menyebabkan warna
coklat ketika pemanasan. Dampaknya adalah warna mocaf yang dihasilkan lebih
putih jika dibandingkan dengan warna tepung ubi kayu biasa, selain itu hasilnya
juga tidak berbau. Proses fermentasi menghasilkan tepung yang secara
karakteristik dan kualitas hampir menyerupai tepung terigu sehingga mocaf sangat
cocok untuk menggantikan bahan terigu untuk kebutuhan industri makanan. Pada
Tabel 1 di bawah ini menyajikan standar mutu mocaf.
Tabel 1 Standar mutu mocaf
Kriteria uji
Satuan
Bentuk
Bau
Warna
Kadar air
%bb
Kadar abu
%bb
Serat kasar
%bb
Derajat putih (MgO = 100)
Belerang oksida (SO2)
%bb
Derajat asam
ml NaOH
HCN
mg/kg

Persyaratan
Serbuk halus
Normal
Putih
Maksimum 13
Maksimum 1.5
Maksimum 2
Minimum 87
Negatif
Maksimum 4
Maksimum 10

Sumber : SNI. 2011

Pengeringan Chip Mocaf
Pemilihan
bahan

Pengupasan

Pencucian

Pemotongan

Penepungan

Pengeringan

Pencucian

Fermentasi

Gambar 1 Tahapan pembuatan mocaf

4

Singkong (Manihot utilissima) merupakan salah satu komoditas pangan
penting yang banyak mengandung karbohidrat. Indonesia memiliki potensi umbi–
umbian sebagai sumber karbohidrat sekaligus bahan baku tepung lokal yang tidak
kalah dengan terigu. Salah satu usaha diversifikasi pengolahan singkong yang saat
ini sedang dikembangkan yaitu mocaf (Aida et al. 2012). Pembuatan mocaf terdiri
dari beberapa tahapan yang ditampilkan pada Gambar 1.
Pada tahap pembuatan mocaf, terdapat tahap pengeringan chip singkong,
pengeringan dilakukan segera setelah proses fermentasi selesai. Pengeringan
singkong umumnya dilakukan dengan memotong umbi menjadi chip dengan
kisaran ketebalan antara 2-12 mm. Pengeringan dilakukan diatas lantai terbuka
dengan tebal tumpukan yang bervariasi.
Beberapa hasil penelitian menunjukkan beragam kondisi pengeringan yang
menghasilkan variasi kadar air akhir dan kebutuhan energi totalnya. Kajuna
(2001) melakukan pengeringan singkong dalam bentuk lapisan tipis (thin layer)
dimana umbi singkong segar dipotong dadu dengan panjang sisi 5 mm dengan
ketebalan tumpukan 10 mm sebanyak 200 g singkong dikeringkan pada udara
normal dan dalam pengering buatan. Pada udara normal dengan suhu 25ºC, untuk
mengeringkan singkong dari kadar air 75.4%bb hingga mencapai kadar air
kesetimbangan membutuhkan waktu 2-3 hari, sementara untuk pengering buatan
hanya membutuhkan waktu 200 menit untuk suhu 55ºC. Kajuna (2001) juga
menyatakan bahwa suhu udara pengering yang baik adalah pada kisaran suhu
sedang, yaitu sekitar 55ºC.
Mkandawire (2008) menyebutkan bahwa kadar air singkong kering yang
direkomendasikan adalah pada kisaran 9–15%bb. Suhu pengering yang baik untuk
pengeringan singkong menurutnya adalah 40ºC–60ºC sebagaimana yang
direkomendasikan oleh Food and Agriculture Organization (FAO) (2008).
Mkandawire (2008) menyarankan agar pengeringan dilakukan pada suhu di
bawah 60ºC untuk menghindari terjadinya gelatinisasi. Selama pengeringan, udara
kering perlu dilewatkan kedalam pengering untuk membawa uap air keluar dari
ruang pengering. Mkandawire (2008) menyebutkan pada musim panas dimana
kelembaban rendah, maka udara lingkungan dapat digunakan untuk proses
pengeringan, meskipun kondisi ini juga dapat dicapai dengan melakukan preheating atau drying terhadap udara pengering.
Pengeringan
Henderson dan Perry (1976) menyebutkan pengeringan adalah proses
pengeluaran air atau pemisahan air dalam jumlah yang relatif kecil dari bahan
dengan menggunakan energi panas. Dasar proses pengeringan adalah terjadinya
proses penguapan air bahan ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara
udara dengan bahan yang dikeringkan. Menurut Brooker et al. (1992) ada 3 hal
yang mempengaruhi proses pengeringan yaitu kecepatan udara, suhu udara, dan
kelembaban udara.
Selama proses pengeringan terjadi dua proses yaitu proses pindah panas dan
pindah massa yang terjadi secara simultan. Panas dibutuhkan untuk menguapkan
air bahan yang akan dikeringkan. Penguapan terjadi karena suhu bahan lebih
rendah dari suhu udara di sekelilingnya. Proses pindah panas diperlukan untuk
memindahkan massa uap air dari permukaan ke udara. Pindah panas terjadi karena

5

tekanan uap air di dalam bahan lebih tinggi dari pada udara. Mekanisme
pengeringan diterangkan melalui teori tekanan uap, air yang diuapkan terdiri dari
air bebas dan air terikat. Air bebas berada di permukaan bahan dan pertama kali
mengalami penguapan. Bila air permukaan telah habis, maka terjadi migrasi air
karena perbedaan tekanan pada bagian dalam dan bagian luar (Henderson dan
Perry 1976).
Terdapat 2 laju pengeringan pada proses pengeringan, yaitu periode laju
pengeringan konstan (constant rate period dehydration) dan periode laju
pengeringan menurun (falling rate period dehydration). Laju pengeringan konstan
terjadi pada awal proses pengeringan yang kemudian diikuti oleh laju pengeringan
menurun. Periode ini dibatasi oleh kadar air kritis (critical moisture content)
menurut Handerson dan Perry (1981). Laju pengeringan konstan akan berhenti
manakala telah mencapai kadar air kritis (critical moisture content) dan setelah itu
laju pengeringan berubah menjadi laju pengeringan menurun. Laju pengeringan
menurun terjadi apabila difusi uap air dari dalam bahan ke permukaan lebih
lambat dari kecepatan penguapan air dari permukaan bahan. Beberapa produk
mempunyai lebih dari satu periode laju pengeringan menurun (Heldman dan
Singh 1981). Gambar 2 di bawah ini menukukkan laju pengeringan konstan yang
terjadi sepanjang garis AB, laju pengeringan menurun pertama terjadi sepanjang
garis BC, dan laju pengeringan menurun kedua selama garis CD.

Gambar 2 Kurva penurunan laju pengeringan terhadap waktu
Pengering Efek Rumah Kaca (ERK) Hybrid
Pengeringan dengan energi surya mempunyai kelemahan yaitu tidak
kontinyu dan sewaktu-waktu dapat terhalang oleh hujan atau awan. Salah satu
upaya melakukan pengeringan lanjutan pada saat cuaca tidak mendukung atau
pada malam hari adalah dengan memberikan pemanas tambahan (Manalu 1999).
Keuntungan pengering ERK antara lain disain tidak rumit, pengoperasian
sederhana, bahan konstruksi mudah diperoleh, dan performansi cukup baik.
Pengering ERK adalah alat pengering berenergi surya yang memanfaatkan
efek rumah kaca yang terjadi karena adanya penutup transparan pada dinding

6

bangunan serta plat absorber sebagai pengumpul panas untuk menaikkan suhu
udara ruang pengering (Kamaruddin et al. 1994).
Desain standar untuk pengering ERK terdiri atas dinding transparan yang
terbuat dari lembaran polikarbonat, UV stabilized plastic, fiberglass atau plastik
polietilen. Komponen utama lainnya yaitu drying bin atau troli yang dilengkapi
rak, komponen pengatur pergerakan udara dan unit pemanas tambahan
(Kamaruddin 2007).
Pengering ERK biasanya menggunakan pemanas tambahan untuk
memenuhi kebutuhan panas total yang tidak bisa sepenuhnya disuplai dari energi
surya. Pemanas tambahan itu dapat berupa tungku (dengan heat exchanger),
radiator, dan lainnya. Penggunaan kombinasi energi surya dan energi pemanas
tambahan tersebut sering dikenal dengan pengering ERK hybrid.
Pemilihan bahan dinding ERK hybrid diusahakan mempunyai nilai absorpsi
yang tinggi dan nilai emisivitas yang rendah untuk mendapatkan panas yang
besar. Pemilihan bahan yang tepat dapat mempercepat perubahan suhu yang
berarti suhu akan cepat naik tetapi suhu juga cepat turun.
Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Aritesty (2013) untuk
mengeringkan temulawak dengan massa 21.08 kg dari kadar air 82.87%bb
menjadi 10.46%bb membutuhkan waktu 27.5 jam dengan suhu pengeringan
45.47C, efisiensi pengeringan yang diperoleh sebesar 4.247%, dan konsumsi
energi spesifik mencapai 57.414 MJ/kg uap air. Pengujian dengan massa 60.75
kg, kadar air 81.31%bb menjadi 8.55%bb membutuhkan waktu 30.5 jam, suhu
pengeringan yang dicapai yaitu 41.77C, efisiensi pengeringan mencapai 8.519%,
dan konsumsi energi spesifik 28.611 MJ/kg uap air. Efisiensi termal rata-rata dari
semua percobaan adalah 20.99% dengan keragaman 5.37%.
Heat Exchanger dan Sirip
Berbagai industri mengaplikasian panas yang telah ditransfer melalui fluida
yang dialirkan ke medium lainnya melalui benda padat yang mengelilingi fluida
tersebut. Peralatan yang digunakan untuk tujuan ini disebut heat exchanger. Heat
exchanger adalah alat yang berfungsi untuk menukarkan panas dari satu fluida ke
fluida lain. Fluida-fluida tersebut dicegah bercampur satu dengan lainnya oleh
pembatas seperti dinding pipa.
Menurut Kothandaraman (2006) heat exchanger dibagi menjadi beberapa
tipe, diantaranya yaitu :
1. Single tube, pada tipe ini, fluida mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida
lainnya mengalir di luar pipa. Terdapat 3 kemungkinan arah aliran fluida, yaitu
(a) parallel flow, dimana arah aliran dari kedua fluida sama, (b) counter flow,
dimana arah aliran fluida berlawanan satu dengan lainnya, dan (c) cross flow,
dimana fluida di luar pipa mengalir dengan arah tegak lurus terhadap pipa.
2. Shell and tube, tipe ini mempunyai kelebihan dari tipe single tube, yaitu tipe ini
lebih banyak digunakan di kalangan industri karena tipe ini mempunyai
kapasitas yang lebih besar dari tipe single tube.
3. Cross flow heat exchanger, tipe heat exchanger ini sering digunakan untuk
penukar panas dengan media udara ataupun gas.
Permukaan-permukaan penyerap panas maupun pembuang panas masing–
masing dikenal sebagai permukaan utama (prime surface). Apabila permukaan

7

utama diperluas seperti Gambar 3, maka gabungan antara kedua permukaan
tersebut dinamakan permukaan yang diperluas (extended surface). Elemen yang
digunakan untuk memperluas permukaan utama dikenal sebagai sirip (fin). Jika
elemen sirip tersebut berbentuk kerucut atau silinder, sirip tersebut dinamakan
spines atau pegs.

Gambar 3 Permukaan penyerap panas yang diperluas (Kothandaraman 2006)
Sara et al. (2000) melakukan penelitian mengenai analisa unjuk kerja pada
solid blocks yang dipasang pada plat datar di dalam duct flow. Hasil dari
penelitian tersebut menyatakan bahwa perpindahan panas dari solid blocks akan
meningkat secara signifikan karena adanya penambahan luasan permukaan
perpindahan panas. Selain itu, peningkatan bilangan Reynolds menyebabkan
penurunan unjuk kerja termal.
Tungku Biomassa
Utami (2008) menyebutkan bahwa tungku merupakan alat yang digunakan
untuk mengkonversi energi potensial biomassa menjadi energi panas. Jenis tungku
beraneka ragam sesuai dengan kebudayaan daerah setempat dan jenis bahan bakar
yang digunakan. Johannes (1984) membedakan tungku atau kompor pembakaran
biomassa atas beberapa jenis, yaitu:
1. Tungku biomassa, dimana bahan bakar biomassa langsung dibakar, misalnya
tungku lorena, singer, dan lain-lain.
2. Tungku bioarang, menggunakan bahan bakar arang, misalnya anglo dan keren.
3. Tungku hibrida, menggunakan bahan bakar biomassa dan arang yang disusun
sedemikian rupa agar asap dapat terbakar sehingga menghasilkan energi lebih
banyak.
Dasar pemikiran dalam mendesain suatu tungku antara lain kebutuhan
penggunaan sumber daya yang ada. Data teknis dan parameter sosial diperlukan
untuk mendesain tungku yang tepat guna. Beberapa data yang dibutuhkan untuk
mendesain suatu tungku antara lain fungsi tungku, bahan–bahan tungku, tipe
bahan bakar yang digunakan, dan konstruksi tungku.
Desain teknis tungku atau kompor harus diperhatikan untuk memperoleh
efisiensi pembakaran yang baik dari sebuah kompor atau tungku. Perapian terbuka
hanya menyadap tidak lebih dari 10% energi kayu sedangkan sebuah tungku yang
ditingkatkan (tertutup) dapat meningkatkan efisiensi 20% atau lebih. Rancangan
tungku sangat menentukan sempurna atau tidaknya proses pembakaran yang
berlangsung dan besarnya energi yang dapat dimanfaatkan oleh tungku atau

8

kompor tersebut. Selain itu, rancangan tungku juga menentukan laju pembakaran
atau jumlah bahan bakar terbakar per satuan waktu (Abdullah et al. 1998).
Menurut Arnold (1978) untuk mengurangi kehilangan panas pada tungku
atau kompor dapat dilakukan dengan memberi insulasi pada tungku atau kompor,
mengatur lubang pemasukkan udara dan penyempurnaan pembakaran, aliran
udara dikonsentrasikan ke lubang dapur, desain pengeluaran (cerobong) yang
sesuai untuk pengeluaran udara, pemakaian alat masak yang mengurangi
kebocoran, serta kehilangan panas.
Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Aritesty (2013), jenis tungku
yang digunakan sebagai pemanas tambahan pada pengering ERK yaitu tungku
biomassa dengan dinding tungku terbuat dari bahan besi. Hasil yang didapat yaitu
efisiensi sistem tungku sebesar 81.607%, sedangkan panas yang hilang pada
sistem tungku mencapai 1800.134 Watt dengan panas pembakaran sebesar
9982.489 Watt.

METODOLOGI
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian ini dilaksanakan pada Februari 2014 hingga Agustus 2014. Proses
pembuatan dan penyempurnaan konsep desain model pengering ERK hybrid tipe
rak dilaksanakan pada minggu akhir bulan Februari 2014. Proses pabrikasi model
pengering ERK hybrid tipe rak dilakukan pada bulan Mei 2014. Sementara itu,
untuk tahap uji performansi model pengering ERK hybrid tipe rak untuk
pengeringan chip mocaf, uji mutu chip mocaf hasil pengeringan, dan pengolahan
data penelitian dilaksanakan pada bulan Juni 2014 hingga Agustus 2014.
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi
Pertanian dan Laboratorium Lapang Siswadhi Soepardjo, Leuwikopo,
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, FATETA IPB.
Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2 Peralatan penelitian
Alat
Meteran
Termokopel
Termometer standar Hg
Hybrid recorder
Anemometer
Piranometer
Timbangan digital
Oven pengering

Spesifikasi

Ketelitian
1 mm

CC Ø 0.1 mm
0.5C
Model 30813
Yokogawa
Model 6011
Kanomax
Tipe MS-401
Tipe EK-1200 A
Tipe SS-204 D Ikeda Scientific

0.1C
0.01 m/s
0.01 g, kapasitas
1200 g
-

Bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu chip mocaf sebanyak 36 kg.

9

Prosedur Penelitian
Terdapat beberapa tahap penelitian yang disajikan dalam diagram alir
penelitian yang terdapat pada Gambar 4.
Mulai
Identifikasi masalah
- Penelitian Wulandani et al. (2009)
- Penelitian Aritesty (2013)
Pengumpulan informasi
Pembuatan dan penyempurnaan konsep desain
Pembuatan model alat

Uji pendahuluan
Tidak
Verifikasi
Berhasil
Percobaan 1 (tanpa beban)
Qu, Qb, Qs
Percobaan 2 (tanpa beban)
Qu, Qb, Qs
Percobaan 3 (menggunakan beban)
Qu, QT, Qb, Qs, Ql, mu
Percobaan 4 (menggunakan beban)
Qu, QT, Qb, Qs, Ql, mu
Analisis efisiensi pengeringan, efisiensi
termal, konsumsi energi spesifik

Selesai
Gambar 4 Diagram tahap penelitian

10

Berikut merupakan kegiatan–kegiatan yang dilakukan selama penelitian :
1. Analisis perancangan heat exchanger dan tungku biomassa
Tahap ini dilakukan analisis dan perhitungan mengenai heat exchanger
dan tungku biomassa yang menjadi pusat kajian dalam penelitian ini. Analisis
dan perhitungan rancangan dilakukan berdasarkan hasil penelitian sebelumnya
yang dilakukan oleh Aritesty (2013).
2. Pembuatan dan penyempurnaan konsep desain pengering ERK
Tahap ini dilakukan pembuatan dan penyempurnaan konsep desain
mengenai heat exchanger dan tungku biomassa. Permukaan pindah panas heat
exchanger diperluas dengan penambahan sirip tipe melingkar, sedangkan pada
tungku biomassa, bahan pembangun tungku dirubah menjadi batu bata
sehingga kehilangan panas pada tungku berkurang. Konsep desain tersebut
diharapkan mampu merubah konsumsi energi menjadi berkurang dan efisiensi
energi yang dihasilkan menjadi tinggi.
3. Pembuatan model alat
Tahap pembuatan model, dibangun model alat pengering ERK hybrid
tipe rak dengan pengembangan desain pada heat exchanger dan tungku
biomassa.
4. Uji pendahuluan
Uji pendahuluan dilakukan untuk menguji pengguaan alat pada proses
pengeringan.
5. Uji performansi model pengering ERK
Tahap selanjutnya adalah pengujian model alat pengering ERK hybrid
tipe rak. Uji performansi model pengering ini dilakukan 2 percobaan dengan 2
kali pengulangan untuk masing–masing percobaan. Percobaan tersebut yaitu :
a. Percobaan 1 dan 2 : percobaan tanpa menggunakan bahan chip mocaf dan
dilakukan selama 24 jam untuk masing–masing percobaan. Hasil uji termal
yang diperoleh dibandingkan dengan hasil uji termal yang dilakukan
Aritesty (2013).
b. Percobaan 3 : pengeringan chip mocaf di siang hari selama 4-8 jam/hari.
c. Percobaan 4 : pengeringan chip mocaf di siang hari dan malam hari selama
11-15 jam/hari.
Saat uji performansi model pengering, dilakukan pengambilan data sebagai
berikut :
a. Suhu pengeringan, suhu lingkungan, dan suhu tungku
Pengukuran suhu pengeringan dilakukan dengan menggunakan
thermocouple CC dan recorder hybrid yang ditempatkan pada outlet heat
exchanger, selain itu ditempatkan pada ruang pengering pada rak bagian
atas dan bawah. Suhu lingkungan diukur dengan menggunakan alat yang
sama yang ditempatkan di lingkungan luar, sedangkan suhu tungku diukur
menggunakan termokopel batang yang ditempatkan di dalam tungku.
b. Kecepatan udara pengeringan dan lingkungan
Kecepatan udara pengeringan diukur dengan menggunakan
anemometer yang ditempatkan pada outlet ruang pengeringan, sedangkan
udara lingkungan diukur dengan menggunakan anemometer yang
ditempatkan di lingkungan luar.

11

c. Irradiasi surya
Irradiasi surya diukur dengan menggunakan piranometer yang
ditempatkan di luar model pengering sehingga terkena cahaya matahari
secara langsung tanpa halangan.
d. Kebutuhan energi pengeringan
Kebutuhan energi pengeringan dihitung dari kebutuhan energi
biomassa sebagai sumber energi tambahan pada saat pengeringan, selain itu
dihitung kebutuhan energi listrik yang digunakan untuk menggerakkan
kipas, dan kebutuhan energi surya yang digunakan sebagai sumber energi
utama pengeringan pada model pengering.
e. Efisiensi pengeringan dan efisiensi termal
Efisiensi pengeringan adalah tingkat efisiensi penggunaan energi,
yaitu energi surya, energi biomassa, dan energi listrik pada saat pengeringan
yang dihitung menggunakan persamaan 16. Sedangkan efisiensi termal
merupakan penggunaan energi berguna yang berasal dari energi surya dan
biomassa untuk meningkatkan udara pada ruang pengering yang dihitung
menggunakan persamaan 15.
Lokasi pengambilan data pada percobaan ini dapat diketahui pada
Gambar 5.
Suhu outlet
tungku

Suhu outlet
pengering
RP2 1

RP1 1

RP2 2

RP12

Suhu bola basah
dan bola kering
ruang pengering

Suhu tungku
Gambar 5 Lokasi pengambilan data

6. Uji mutu bahan
Pengujian mutu bahan dilakukan dengan menguji kadar air bahan yang
telah dikeringkan dengan menggunakan metode oven.
Analisis Data
Berikut dirangkum persamaan–persamaan yang digunakan untuk
menghitung performansi alat pengering ERK hybrid dan modifikasi pengering
ERK hybrid.
1. Jumlah air yang diuapkan
Pengukuran jumlah air yang diuapkan selama proses pengeringan dihitung
berdasarkan basis kering atau basis basah (Henderson dan Perry 1976). Jumlah
air yang diuapkan selama proses pengeringan dihitung menggunakan
persamaan berikut :

12

m0 100 - M0
100 - M1
mu = mo - m1
(1)
Panas untuk meningkatkan suhu bahan (Q1)
(2)
Q1 = m0 Cpb (T1 - T0 )
Untuk mencari Cpb digunakan persamaan Siebel (Helman dan Singh 1892).
CPb = 0.837 + (0.034 M0 )
Panas untuk menguapkan air pada bahan (Q2)
Q2 = mu Hfg
(3)
Panas total pengeringan (QT)
QT = Q1 + Q2
(4)
Energi surya (Qsurya)
Qs = 3.6 Ig Ap   t
(5)
Energi biomassa (Qbiomassa)
Qbb = mbb Hbb
(6)
Energi listrik yang digunakan (Qlistrik)
Qlistrik = 3.6 Pk t
(7)
Luas rak yang dibutuhkan
m0
Vtotalrak =
ρ
V total rak
A total rak =
(8)
m1 =

2.

3.
4.
5.
6.
7.
8.

tinggi tumpukan

9. Bilangan Grashof
Gr =

(2 gβ∆Tx3 )

(9)

µ2

10. Bilangan Nusselt
(10)
Nu = 0.021 GrPr 2/5
Bilangan Nusselt tersebut dipilih jika aliran dalam pipa mempunyai nilai Gr Pr
berada pada rentang 109 s.d 1013 (Holman JP 1997).
11. Koefisien pindah panas konveksi pipa bagian dalam
k
hi = Nu
(11)
d
12. Koefisien pindah panas keseluruhan
1
U0 =
(12)
A R+R +R
0

i

Besi

0

13. Luas total heat exchanger
0.3 q
Atotal = 1.1

(13)

14. Jumlah pipa heat exchanger
A total
npipa =

(14)

U0 LMTD

A per pipa

15. Efisiensi termal
termal =

Q Peningkatan suhu udara
Qb + QSurya

x 100%

(15)

QPeningkatan suhu udara = mr Cpr Tr1 - Tr0
16. Efisiensi pengeringan
pengeringan =

QT

Qbb + QSurya + Qlistrik

x 100%

(16)

13

17. Konsumsi energi spesifik (KES)
KES =

Qbb + QSurya + QListrik

(17)

mu

18. Kehilangan panas pada sistem tungku
Qloss 1,2,3 = (h A Td - Ta ) + σ A ε (T4d - T4a )
Qloss = Qloss 1 + Qloss 2 + Qloss 3
19. Panas efektif tungku
Panas efektif tungku =

Qb - Qloss
Qb

x 100%

20. Panas efektif heat exchanger
Panas efektif HE = hhe Ahe LMTD
21. Efisiensi heat exchanger
Panas efektif HE
x 100%
Efisiensi HE =
Panas efektif tungku

(18)
(19)
(20)
(21)

HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan dan Penyempurnaan Konsep Desain Pengering
Penentuan konsep desain model pengering ERK hybrid tipe rak difokuskan
pada modifikasi penukar panas dan tungku biomassa dari desain pengering ERK
hybrid tipe rak rancangan Wulandani et al. 2009.
Pembuatan model pengering ERK hybrid tipe rak masih menggunakan tipe
piggy back pada ruang pengering dan menggunakan tipe cross flow heat
exchanger pada penukar panas, tipe rak yang digunakan yaitu tipe rak datar,
tungku yang digunakan yaitu tipe tungku biomassa dan menggunakan kipas aksial
untuk mendistribusikan panas dari heat exchanger. Sedangkan modifikasi yang
dilakukan yaitu penambahan sirip pada heat exchanger dan perubahan bahan
pembangun tungku biomassa menggunakan batu bata.
Model pengering ERK hybrid tipe rak digunakan untuk mengeringkan chip
mocaf dengan kapasitas tampung 18 kg dari kadar air awal bahan 65%bk hingga
13%bk pada suhu pengeringan 40C s.d 60C dan suhu lingkungan 28C, dan
dapat dioperasikan pada siang hari maupun malam hari pada kondisi cerah
maupun berawan atau hujan. Model pengering ERK hybrid tipe rak menggunakan
energi surya sebagai sumber energi penghasil panas utama dan energi biomassa
sebagai pemanas tambahan serta energi listrik untuk menggerakkan kipas.
Bahan yang digunakan untuk membangun model pengering ERK hybrid
tipe rak yaitu besi sebagai bahan pembangun rangka pengering, heat exchanger
dan sirip pada heat exchanger. Aluminium berlubang digunakan sebagai bahan
pembangun dari alas rak dan kayu sebagai penyangga alas rak. Polikarbonat
dengan transmisivitas  90% digunakan untuk menyelimuti pengering serta batu
bata digunakan untuk membangun tungku biomassa.
Berdasarkan spesifikasi yang harus dipenuhi untuk membangun model
pengering ERK, maka data awal yang digunakan untuk perancangan pengering
ERK hybrid dirangkum dalam Tabel 3.

14

Parameter
Kapasitas rencana
Kadar air awal
Kadar air akhir
Suhu udara tungku
Suhu udara ruang
pengering
Suhu lingkungan
Irradiasi rata–rata

Tabel 3 Data awal perancangan
Nilai Satuan Sumber
18.00 kg
Ditentukan
65.00 %bk
Nanda (2002)
13.00 %bk
Nanda (2002)
350.00 C
Aritesty (2013)
46.00 C
28.00 C
500.00 W/m2

Keterangan
65–75%bk
12–14%bk

Aritesty (2013)
Aritesty (2013)
Aritesty (2013)

Analisis Perancangan Heat Exchanger dan Tungku Biomassa
Perhitungan Dimensi Pengering
Berdasarkan kebutuhan spesifikasi pengering yang telah disebutkan
sebelumnya, maka dilakukan perhitungan dimensi yang diperlukan untuk
menjalankan fungsi utama dari pengering, dimana hasil perhitungannya
dirangkum dalam Tabel 4 sedangkan perhitungan secara lebih detail disajikan
pada Lampiran 2.
Tabel 4 Perhitungan dimensi untuk rancangan konsep pengering
Parameter
Nilai Satuan
Keterangan
Kapasitas
18.00 kg
Ditentukan
Densitas
500.00 kg/m3
Nanda (2002)
Jumlah rak
18.00 Buah
Ditentukan
Tinggi tumpukan
0.01 m
Ditentukan
Luas total rak
3.60 m2
Luas per rak
0.23 m2
Lebar rak
0.45 m
Ditentukan
Panjang rak
0.50 m
Massa produk per rak
1.00 kg/rak
Jarak antar rak
0.10 m
Ditentukan
Jumlah ruang pengering
2.00 Buah
Ditentukan
Tinggi ruang pengering
1.00 m
Lebar ruang pengering
0.45 m
Berdasarkan lebar rak
Panjang ruang pengering
0.50 m
Berdasarkan panjang rak
Berdasarkan hasil perhitungan yang disajikan pada Tabel 4 di atas, diperoleh
panjang rak yaitu 0.50 m dan lebar 0.45 m dengan jumlah 18 rak. Jarak antar rak
yaitu 0.10 m, sehingga tinggi ruang pengering yang diperoleh yaitu 1 m dengan
panjang 0.50 m dan lebar 0.45 m. Panjang dan lebar ruang pengering disesuaikan
berdasarkan panjang dan lebar dari rak.
Kebutuhan Panas Pengering ERK
Berdasarkan perhitungan kebutuhan panas pada Tabel 5, diperoleh panas
yang digunakan untuk menaikkan suhu bahan sebesar 658.15 kJ, sedangkan panas
yang dibutuhkan untuk menguapkan air bahan sebesar 25 892.77 kJ, sehingga

15

panas total yang dibutuhkan oleh pengering selama pengeringan yaitu 26 550.92
kJ. Perhitungan secara lebih lengkap dapat dilihat pada Lampiran 1.
Tabel 5 Kebutuhan panas pengering
Parameter
Nilai Satuan
Kadar air awal
65.00 %bk
Kadar air akhir
13.00 %bk
Massa awal bahan
18.00 kg
Massa akhir bahan
7.24 kg
Air yang diuapkan
10.76 kg uap
Panas untuk menaikkan suhu bahan
658.15 kJ
Panas untuk menguapkan air bahan
25 892.77 kJ
Panas total
26 550.92 kJ

Keterangan
Nanda (2002)
Nanda (2002)
Ditentukan

Perhitungan jumlah, dimensi, dan panas pada heat exchanger
Heat exchanger merupakan salah satu faktor penting yang digunakan dalam
pengering ERK hybrid untuk proses pengeringan, oleh karena itu perlu
diperhatikan dalam hal perancangan heat exchanger yang hasil perhitungannya
disajikan pada Tabel 6.
Tabel 6 Perhitungan jumlah, dimensi dan panas pada heat exchanger
Parameter
Nilai Satuan
Keterangan
Panas biomassa yang digunakan
288.47 Watt
Suhu tungku (udara pemanas
350.00 C
Aritesty (2013)
masukkan)
Suhu keluaran
70.00 C
Aritesty (2013)
Suhu awal (udara yang dipanaskan)
30.00 C
Aritesty (2013)
LMTD
123.33 C
Panas spesifik udara (Cp)
1 034.06 W/mK
Kecepatan udara (v)
0.10 m2
Aritesty (2013)
Diameter luar pipa
0.031 m
Diameter dalam pipa
0.031 m
Konduktivitas besi
73.00 W/mK
Bilangan Reynold (Re d)
155.51 Bilangan Nusselt (Nu d)
2.67 W/mK
Koefisien pindah panas keseluruhan
1.78 W/mK
Luas pipa (A faktor gesekan 20%)
1.07 m2
Jumlah pipa
10.00 Buah
Panjang per pipa
1.03 m
Berdasarkan perhitungan di atas, diperlukan 10 pipa heat exchanger dengan
diameter luar pipa 0.033 m dan diameter dalam pipa 0.031 m, panjang per pipa
yaitu 1.1 m, untuk lebih jelas hasil perhitungan secara lebih jelas disajikan pada
Lampiran 3.

16

Perhitungan sirip
Sirip berfungsi untuk meningkatkan panas yang disalurkan heat exchanger
pada saat pengeringan, sehingga panas yang dihasilkan lebih tinggi dan
kehilangan panas pada daerah heat exchanger akan berkurang karena perluasan
permukaan oleh sirip. Berikut dicantumkan hasil perhitungan sirip yang disajikan
pada Tabel 7 dan secara lengkap disajikan pada Lampiran 4.

Parameter
Suhu dinding
Suhu udara
Jumlah sirip yang
diinginkan
Jarak antar sirip
Panjang sirip (L)
Tebal sirip (t)
Efisiensi

Tabel 7 Perhitungan sirip
Nilai Satuan
Keterangan
60.00 C
Aritesty (2013)
30.00 C
Aritesty (2013)
9.00 Buah
0.10
6.30 × 10-2
1.00 × 10-2
30

m
m
m
%

Ditentukan
Ditentukan

Berdasarkan perhitungan yang dicantumkan pada Tabel 6 di atas, maka
diperoleh panjang sirip yaitu 9.3 × 10-2 m dan lebar 6.30 × 10-2 m, dengan
ketebalan 1.00 × 10-3 m. Jarak antar sirip pada heat exchanger yaitu 0.10 m
dengan jumlah 9 sirip per pipa dan tingkat efisiensi sirip sebesar 30%.
Pembuatan Model Alat Pengering ERK
Rancangan pengering disusun dengan menggabungkan alternatif solusi yang
dipilih untuk setiap subfungsi struktur pengering pada bagian sebelumnya.
Subfungsi struktur ini disusun sedemikian rupa sehingga dapat mengakomodasi
kerja semua subfungsi struktur, dengan demikian kombinasi struktur fungsi ini
dapat menjalankan fungsi utamanya yaitu pengeringan. Berikut disajikan
rancangan pengering pada Gambar 6, rancangan rangka pengering disajikan pada
Lampiran 13, dan rancangan pengering beserta dimensinya secara lebih detail
dilampirkan pada Lampiran 16.

Ruang
Pengering

Gambar 6 Pengering ERK hybrid tipe rak

17

Rancangan Struktural
Model alat pengering terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut :
1. Ruang pengering
Ruang pengering berukuran 0.5 m × 0.45 m × 1 m yang disusun dari besi
hollow 40 mm × 40 mm × 5 mm. Ruang pengering diselimuti dinding dari
bahan polikarbonat dengan ketebalan 1 mm dengan transmisivitas ± 90%.
Ruang pengering dapat diketahui pada Gambar 6 di atas.
2. Rak
Rak dibuat dari bahan kayu pada bagian penyangga alas, sementara untuk
alas terbuat dari bahan aluminium berlubang. Ukuran dari rak yaitu 0.5 m ×
0.45 m. Rak disajikan pada Gambar 7, sedangkan rancangan dan dimensi dari
rak bahan disajikan pada Lampiran 14.

Gambar 7 Rak bahan
3. Heat exchanger
Tipe heat exchanger yang dipilih yaitu tipe cross flow. Diameter pipa
bagian luar yaitu 0.033 m dan dimeter pipa dalam yaitu 0.031 m, panjang pipa
yang digunakan per pipa yaitu 1.1 m dengan jumlah 10 pipa. Penambahan sirip
pada heat exchanger bertujuan untuk menambah daerah pindah panas pada
heat exchanger. Sirip yang digunakan mempunyai ketebalan 0.001 m dengan
panjang 0.093 m dan lebar 0.063 m, jarak antar sirip per pipa yaitu 0.1 m. Sirip
pada setiap pipa di dalam penukar panas disajikan pada Gambar 8, hasil
rancangan dan dimensinya secara detail disajikan pada Lampiran 15.

Heat exchanger

Gambar 8 Heat exchanger

18

4. Tungku biomassa
Tungku yang digunakan yaitu tipe tungku tradisional. Penggunaan batu
bata sebagai bahan pembangun tungku berfungsi untuk mengurangi kehilangan
panas pada sistem tungku. Tungku biomassa mempunyai panjang 0.58 m, lebar
0.58 m, dan tinggi 0.30 m. Tungku disajikan pada Gambar 9, untuk mngetahui
rancangan dan dimensi tungku biomassa dapat dilihat pada Lampiran 12.

Tungku biomassa

Gambar 9 Tungku biomassa
5. Kipas
Jumlah kipas yang digunakan yaitu 4 buah, masing–masing 2 buah kipas
untuk setiap ruang pengering. Kipas yang digunakan mempunyai daya masing–
masing 12 Watt. Kipas yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 10.
6. Inlet ruang pengering
Inlet ruang pengering ditempatkan di samping ruang heat exchanger dan
dimensinya disesuaikan dengan kipas yang digunakan. Setiap ruang pengering
memiliki 2 buah inlet yang disajikan pada Gambar 10.
Inlet ruang
pengering
dan kipas
aksial

Gambar 10 Inlet ruang pengering dan kipas aksial
7. Outlet ruang pengering
Outlet ditempatkan di samping ruang pengering dengan masing–masing
2 buah untuk setiap ruang pengering. Ukuran alas outlet yaitu 0.5 m × 0.5 m
dengan tinggi 0.30 m dan untuk pembuangan berukuran 0.2 m × 0.3 m. Outlet
diselimuti oleh dinding transparan polikarbonat dengan ketebalan 1 mm dan
transmisivitas ± 90%. Gambar outlet ruang pengering terpapar pada Gambar 11
di bawah ini.

19

Dinding outlet

Rangka outlet

Gambar 11 Outlet ruang pengering
8. Inlet heat exchanger
Inlet terdapat tepat di atas tungku yang menghubungkan tungku dengan
heat exchanger. Secara lebih jelas terpapar pada Gambar 12 di bawah ini.
Outlet udara
dari tungku
(asap)

Ruang heat
exchanger

Inlet heat
exchanger

Gambar 12 Inlet, ruang heat exchanger, dan outlet udara dari tungku (asap)
9. Outlet udara dari tungku (asap)
Outlet udara dari tungku (asap) terdapat di atas ruang heat exchanger,
outlet terhubung dengan heat exchanger berbentuk kubus tanpa sisi atas.
Secara lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 12 di atas.
10. Ruang heat exchanger
Ruang heat exchanger berukuran 0.58 m × 0.58 m × 1 m. Ruangan ini
ditempatkan diantara ruang pengering. Rancangan bentuk heat exchanger
terpapar pada Gambar 12 di atas.
Rancangan Fungsional
1. Ruang pengering
Ruang pengering berfungsi sebagai tempat mengeringkan bahan yang
diletakkan pada rak. Ruang pengering ini memanfaatkan panas yang mengalir
dari heat exchanger dengan bantuan kipas serta memanfaatkan panas dari
matahari pada siang hari.
2. Rak
Rak berfungsi sebagai tempat untuk meletakkan bahan yang dikeringkan.

20

3. Heat exchanger
Heat exchanger berfungsi sebagai penyalur panas dari panas yang
dihasilkan tungku biomassa ke ruang pengering dengan bantuan kipas.
4. Tungku biomassa
Tungku biomassa berfungsi sebagai penghasil panas tambahan pada
siang hari dan panas utama pada malam hari dari bahan kayu bakar yang
digunakan untuk mengeringkan bahan selama pengeringan.
5. Kipas
Kipas digunakan untuk mendistribusikan panas yang disalurkan dari heat
exchanger menuju ke ruang pengering.
6. Inlet ruang pengering
Inlet digunakan sebagai tempat mengalirkan panas dari heat exchanger
menuju ruang pengering dengan bantuan kipas.
7. Outlet ruang pengering
Outlet digunakan sebagai tempat keluaran udara pengering yang banyak
mengandung uap air. Uap air tersebut keluar melalui oultet dengan bantuan
kipas sebagai pendorong.
8. Inlet heat exchanger
Inlet berfungsi sebagai masukkan panas yang berasal dari tungku
biomassa yang kemudian disalurkan melalui heat exchanger menuju ruang
pengering untuk mengeringkan bahan.
9. Outlet udara dari tungku (asap)
Outlet udara dari tungku (asap) berfungsi sebagai cerobong tungku untuk
keluaran as