Perancangan Dan pengujian Alat Pengering Pisang Dengan Tipe Cabinet Dryer Untuk Kapasitas 4,5 kg Per-Siklus

PERANCANGAN DAN PENGUJIAN ALAT PENGERING PISANG DENGAN TIPE CABINET DRYER UNTUK

KAPASITAS 4,5 kg PER-SIKLUS

Tugas Akhir Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ELWINSYAH SITOMPUL NIM. 050401047

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

Tugas ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul Skripsi ini yaitu “Perancangan Dan pengujian

Alat Pengering Pisang Dengan Tipe Cabinet Dryer Untuk Kapasitas 4,5 kg Per-Siklus".

Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu DEA, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

2. Bapak DR. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

3. Bapak Tulus Burhanuddin ST. MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

5. Orang tua penulis, Kasmir Sitompul dan Rosmawati, yang selalu memberikan penulis nasehat-nasehat serta do’a selama studi di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan dalam Skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan Skripsi ini. Sebelum dan sesudahnya penulis ucapkan banyak terima kasih.

Medan, Januari 2010 Penulis,

ABSTRAK

Para petani di Indonesia yang dikenal sebagai Negara agraria, umumnya masih menangani pra dan pasca panen hasil pertaniannya dengan cara yang sangat tradisional. Ciri utama dari cara tradisional adalah perlakuannya yang masih sangat tergantung kepada alam. Pengeringan suatu prosuk pertanian adalah suatu bentuk penanganan pasca panen yang cukup banyak mendapat perhatian para peneliti. Hal ini dikarenakan dua hal, pertama dengan proses pengeringan yang baik, akan diperoleh hasil pertanian yang dapat disimpan relatif lebih lama, sehingga meningkatkan nilai ekonominya. Dan kedua, proses pengeringan termasuk salah satu proses yang cukup banyak menggunakan energy. Proses pengeringan yang masih umum dilakukan petani di Indonesia adalah pengeringan dengan mengandalkan matahari sebagai sumber energi utamanya. Sementara, perubahan cuaca yang bisa terjadi sangat tiba-tiba akan mengganggu proses yang diinginkan. Tentu saja hal ini tidak mendukung tuntutan kualitas hasil pertanian yang sudah semakin tinggi atau sudah menetapkan standar yang harus dipenuhi secara nasional. Berdasarkan fakta inilah, maka sangat diperlukan suatu alat untuk proses pengeringan yang menggunakan tenaga alternative selain matahari.

Pada tugas akhir ini saya mengusulkan suatu rancangan alat pengering pertanian dengan menggunakan minyak dan kayu bakar sebagai pengganti energi matahari.Alat yang dirancang adalah Tipe Cabinet Dryer yang dapat digunakan secara siklus dan tidak tergantung kepada kondisi cuaca sebagai syarat utama.Sebagai produk yang dikeringkan saya memilih pisang, salah satu produk yang banyak dijumpai di masyarakat dan juga merupakan salah satu sumber kalori yang tinggi sehingga banyak dikonsumsi. Setelah dipanen, umumnya kadar air yang dikandung pisang adalah adalah sekitar 60-65 % berat. Jika kondisi dibiarkan beberapa lama setelah dipanen, akan menyebabkan pisang tersebut cepat membusuk akibat pertumbuhan mikroorganisme. Menurut standar yang diakui scara nasional, jika kadar air dari pisang tersebut diturunkan menjadi 4,55 % berat, maka proses perkembangan mikroorganisme akan melambat dan pembusukan akan tertunda atau bahkan terhenti untuk beberapa lama.

Alat pengering ini dirancang dengan menggunakan pisang sebagai produk yang dikeringkan dengan kapasitas yang direncanakan sebesar 4,5 kg per siklus. Setelah dirancang alat ini diuji dengan menggunakan produk dan kapasitas yang sama dengan rancangan. Pisang mentah yang baru dipanen dimasukkan kedalam mesin pengering, kemudian sumber energi untuk pengeringan yang diuji adalah kayu bakar dan minyak tanah.Alasan utama pemilihan sumber energi ini adalah ketersediannya yang cukup di daerah pedesaan dimana para petani tinggal.Medium pengering yang digunakan pada pengujian ini adalah uap air sebagai pengganti udara.Hal ini bertujuan untuk meningkatkan kapasitas pengangkutan energi dari sumber pemanas dibanding jika harus menggunakan udara biasa. Parameter yang diuji adalah distribusi suhu pada produk yang dikeringkan, waktu pengeringan, kebutuhan air sebagai medium pengering, kadar air produk, kebutuhan energi, dan analisa biaya. Dari uji performance yang dilakukan kesimpulan utama penelitian ini adalah, pertama pengeringan pisang dapat dilakukan pada Cabinet Dryer yang tidak tergantung pada tenaga matahari dengan hasil yang memenuhi standar yang diinginkan, dan kedua pengeringan dengan menggunakan kayu bakar lebih baik dari pada dengan menggunakan minyak tanah.

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING ... .ii

LEMBARAN PERSETUJUAN DARI PEMBANDINGAN ... ... iii

SPESIFIKASI TUGAS ... ... iv

LEMBARAN EVALUASI SEMINAR TUGAS AKHIR ... ... v

KATA PENGANTAR ... ... vi

ABSTRAK ... .... vii

DAFTAR ISI ... ... ix

DAFTAR TABEL ... ... xi

DAFTAR GAMBAR ... .... xii

DAFTAR NOTASI ... ... xiii

BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan ... 2

1.3. Manfaat Perancangan ... 2

1.4. Batasan Masalah ... 2

1.5. Sistematika Penulisan ... 3

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pisang... 4

2.2. Proses Pengeringan ... 4

2.2.1. Pengeringan dengan cara alami ...4

2.2.2. Pengeringan dengan udara panas...5

2.2.3. Pengeringan dengan uap air...6

2.3. Cabinet Dryer ... 9

2.4. Standar mutu pisang ... 10

2.5. Perhitungan Kadar air ... 11

2.6. Perhitungan Kebutuhan Energi selama proses pengeringan ... 11

2.7. Perhitungan Kebutuhan Bahan bakar yang digunakan ... 13

2.8. Lama Waktu Pengeringan ... 13

2.9.Perhitungan Analisis Titik Impas (Break Even Point) ... 14

BAB 3. PERANCANGAN ALAT PENGERING 3.1. Metode Perancangan ... 15

3.1.1. Data Pisang ... 15

3.1.2. Penentuan Dimensi Alat Pengering ... 15

3.1.3. Prinsip Kerja Alat Pengering ... 23

3.2. Material yang digunakan dalam perancangan alat pengering ... 25

3.3. Pelaksanaan Perancangan Alat pengering ...26

4.1. Tempat dan Waktu ... 27

4.2. Alat ... 27

4.3. Bahan ... 33

4.4. Prosedur Pengujian ... 34

4.5. Pengaturan Eksperimental (Eksperimental Setting) ... 36

4.5.1. Analisa performance alat pengering yang dirancang ... 36

4.5.2. Perhitungan kebutuhan bahan bakar yang digunakan Selama proses pengeringan Pisang...42

4.5.3. Setting alat ukur ... 43

4.6. Variabel yang diamati ... 44

4.7. Pelaksanaan penelitian...44

BAB 5. DATA DAN ANALISA 5.1. Data Hasil Pengujian ... 46

5.1.1. Data hasil pengujian dengan bahan bakar kerosin... 46

5.1.2. Data hasil pengujian dengan bahan bakar kayu bakar ... 48

5.2. Analisa Data Hasil Pengujian ... 50

5.2.1. Distribusi suhu pada masing-masing tray ... 50

5.2.2. Kebutuhan air selama proses pengeringan ... 52

5.2.3. Perhitungan kadar air pisang tiap tray setelah dikeringkan ... 52

5.2.4. Perhitungan total energi yang dibutuhkan untuk mengeringkan pisang per siklus ... 59

5.2.5 Analisa kebutuhan bahan bakar yang digunakan selama proses Pengeringan pisang...67

5.3. Analisa Biaya Penggunaan Alat Pengering Per Siklus... 68

5.3.1. Analisa biaya penggunaan alat pengering dengan bahan bakar kerosin ... 68

5.3.2. Analisa biaya penggunaan alat pengering dengan bahan bakar kayu bakar ... 70

5.3.3. Perbandingan analisa biaya berdasarkan bahan bakar yang digunakan ... 73

5.4. Total Perbandingan Bahan Bakar Kerosin dengan Kayu Bakar ... 74

BAB 6. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan ... 77

6.2. Saran ... 79

DAFTAR PUSTAKA ... 80

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Syarat mutu buah pisang sesuai SNI 01-0222-195 ... 10

Tabel 3.1. Material yang diperlukan untuk membuat alat pengering ...25

Tabel 5.1. Distribusi suhu tiap tray... .... 46

Tabel 5.2. Berat pisang tiap tray selama pengeringan berlangsung ... 47

Tabel 5.3. Suhu rata-rata dan berat pisang setelah dikeringkan ... 47

Tabel 5.4. Distribusi suhu tiap tray... 48

Tabel 5.5. Berat pisang tiap tray selama pengeringan berlangsung ... 49

Tabel 5.6. Suhu rata-rata dan berat pisang setelah dikeringkan ... 49

Tabel 5.7. Kadar air pisang kering menggunakan bahan bakar kerosin ... 57

Tabel 5.8. Kadar air pisang kering menggunakan bahan bakar kayu bakar... 58

Tabel 5.9. Total biaya produksi untuk pengeringan pisang per siklus... 69

Tabel 5.10.Total biaya produksi untuk pengeringan pisang per siklus... 71

Tabel 5.11.Perbandingan analisa biaya antara kerosin dengan kayu bakar ... 73

Tabel 5.12.Perbandingan alat pengering berdasarkan bahan bakar yang digunakan selama pengeringan berlangsung ... 74

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema sistem pengering udara panas ... 6

Gambar 2.2 Skema sistem pengering uap air ...9

Gambar 3.1 Bentuk tray yang dirancang... .... 18

Gambar 3.2 Pola aliran udara yang terjadi ... .... 19

Gambar 3.3 Heater yang dirancang ... .... 20

Gambar 3.4 Cabinet Dryer tipe dryer ... .... 22

Gambar 3.5 Alat pengering yang dirancang ... .... 23

Gambar 3.6 Laju aliran panas pengeringan dengan uap air ... 24

Gambar 3.7 Diagram alir Pelaksanaan Perancangan...26

Gambar 4.1 Alat Pengering yang akan digunakan...27

Gambar 4.2 Heater ... 28

Gambar 4.3 Thermocouple Thermometer ... 29

Gambar 4.4 Thermo Anemometer ... 30

Gambar 4.5 Relative Humadity Meter ... 31

Gambar 4.6 Thermometer ... 32

Gambar 4.7 Kompor ... 32

Gambar 4.8 Timbangan ... 33

Gambar 4.9 Kayu bakar ... 33

Gambar 4.10 Pisang yang akan dikeringkan ... 34

Gambar 4.11 Neraca Kesetimbangan energi ...36

Gambar 4.12 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ... 45

Gambar 5.1 Grafik distribusi suhu tiap tray untuk bahan bakar kerosin ... 50

Gambar 5.2 Grafik distribusi suhu tiap tray untuk bahan bakar kayu bakar ... 51

Gambar 5.3 Grafik kadar air pisang kering tiap tray kerosin vs kayu bakar... 51

Gambar 5.4 Grafik kadar air pisang kering tiap tray bahan bakar kerosin ... 57

Gambar 5.5 Grafik kadar air pisang kering tiap tray bahan bakar kayu bakar.... 58

Gambar 5.6 Grafik kadar air pisang kering tiap tray kerosin vs kayu bakar... 59

Gambar 5.7 Grafik Perbandingan analisa biaya kerosin vs kayu bakar ... 73

Gambar 5.8 Grafik Analisa pengering kerosin vs kayu bakar ... 75

DAFTAR NOTASI

LAMBANG KETERANGAN SATUAN

Aw Luas dinding alat pengering m2

cp.air Panas jenis air kJ/kgoC

cp.pisang Panas jenis pisang kJ/kgoC

cp.udara Panas jenis udara basah KJ/kg°C

hfg Panas laten penguapan air kJ/kg

kr Koefisien pindahan panas dinding W/m.oC

kw Koefisien pindahan panas dinding W/m.oC

NKBk Nilai Kalor Bahan Bakar kJ/kg

Qd Kebutuhan energi untuk pengeringan pisang kJ

Qt Kebutuhan energi pemanasan pisang kJ

Qw Kebutuhan energi pemanasan air pisang kJ

Ql Kebutuhan energi penguapan air pisang kJ

Qlw Energi yang hilang melalui dinding box pengering kJ/jam QT Total energi yang dibutuhkan untuk

Mengeringkan pisang per siklus kJ RHd Kelembaban relative udara pengering rata-rata %

RHa Kelembaban relative udaraluar %

t Lama pengeringan jam

T Temperatur oC

Ta Temperatur awal pisang oC

Td Temperatur udara pengering oC

u∞ Kecepatan udara pengering diantara pisang m/s U Koefisien perpindahan panas menyeluruh W/m2.oC wf Kadar air pisang kering %

Wkb Berat pisang basah kg

Wkk Berat pisang kering kg

Wi Berat air pisang awal kg

Wf Berat kandungan air pisang akhir kg

Wr Berat air yang dipindahkan selama

w

x

∆ Tebal plat dinding m

r

x

∆ Tebal karet isolasi m

ρar Massa jenisuap air ventilasi gr/m3

ρsd Massa jenis moisture jenuh pada td gr/m3

ABSTRAK

Para petani di Indonesia yang dikenal sebagai Negara agraria, umumnya masih menangani pra dan pasca panen hasil pertaniannya dengan cara yang sangat tradisional. Ciri utama dari cara tradisional adalah perlakuannya yang masih sangat tergantung kepada alam. Pengeringan suatu prosuk pertanian adalah suatu bentuk penanganan pasca panen yang cukup banyak mendapat perhatian para peneliti. Hal ini dikarenakan dua hal, pertama dengan proses pengeringan yang baik, akan diperoleh hasil pertanian yang dapat disimpan relatif lebih lama, sehingga meningkatkan nilai ekonominya. Dan kedua, proses pengeringan termasuk salah satu proses yang cukup banyak menggunakan energy. Proses pengeringan yang masih umum dilakukan petani di Indonesia adalah pengeringan dengan mengandalkan matahari sebagai sumber energi utamanya. Sementara, perubahan cuaca yang bisa terjadi sangat tiba-tiba akan mengganggu proses yang diinginkan. Tentu saja hal ini tidak mendukung tuntutan kualitas hasil pertanian yang sudah semakin tinggi atau sudah menetapkan standar yang harus dipenuhi secara nasional. Berdasarkan fakta inilah, maka sangat diperlukan suatu alat untuk proses pengeringan yang menggunakan tenaga alternative selain matahari.

Pada tugas akhir ini saya mengusulkan suatu rancangan alat pengering pertanian dengan menggunakan minyak dan kayu bakar sebagai pengganti energi matahari.Alat yang dirancang adalah Tipe Cabinet Dryer yang dapat digunakan secara siklus dan tidak tergantung kepada kondisi cuaca sebagai syarat utama.Sebagai produk yang dikeringkan saya memilih pisang, salah satu produk yang banyak dijumpai di masyarakat dan juga merupakan salah satu sumber kalori yang tinggi sehingga banyak dikonsumsi. Setelah dipanen, umumnya kadar air yang dikandung pisang adalah adalah sekitar 60-65 % berat. Jika kondisi dibiarkan beberapa lama setelah dipanen, akan menyebabkan pisang tersebut cepat membusuk akibat pertumbuhan mikroorganisme. Menurut standar yang diakui scara nasional, jika kadar air dari pisang tersebut diturunkan menjadi 4,55 % berat, maka proses perkembangan mikroorganisme akan melambat dan pembusukan akan tertunda atau bahkan terhenti untuk beberapa lama.

Alat pengering ini dirancang dengan menggunakan pisang sebagai produk yang dikeringkan dengan kapasitas yang direncanakan sebesar 4,5 kg per siklus. Setelah dirancang alat ini diuji dengan menggunakan produk dan kapasitas yang sama dengan rancangan. Pisang mentah yang baru dipanen dimasukkan kedalam mesin pengering, kemudian sumber energi untuk pengeringan yang diuji adalah kayu bakar dan minyak tanah.Alasan utama pemilihan sumber energi ini adalah ketersediannya yang cukup di daerah pedesaan dimana para petani tinggal.Medium pengering yang digunakan pada pengujian ini adalah uap air sebagai pengganti udara.Hal ini bertujuan untuk meningkatkan kapasitas pengangkutan energi dari sumber pemanas dibanding jika harus menggunakan udara biasa. Parameter yang diuji adalah distribusi suhu pada produk yang dikeringkan, waktu pengeringan, kebutuhan air sebagai medium pengering, kadar air produk, kebutuhan energi, dan analisa biaya. Dari uji performance yang dilakukan kesimpulan utama penelitian ini adalah, pertama pengeringan pisang dapat dilakukan pada Cabinet Dryer yang tidak tergantung pada tenaga matahari dengan hasil yang memenuhi standar yang diinginkan, dan kedua pengeringan dengan menggunakan kayu bakar lebih baik dari pada dengan menggunakan minyak tanah.

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Perubahan cuaca di Indonesia saat ini bisa dikatakan tidak stabil.Dengan adanya perubahan cuaca yang tidak menentu ini dapat mengganggu aktivitas para petani di Indonesia baik di masa pra panen maupun pasca panen.

Ketersediaan buah pisang yang ada di Indonesia belum dapat dimanfaatkan secara optimal oleh kaum petani, produsen, baik industri kecil, menengah dan sedang, serta masyarakat yang berada pada jalur produksi pisang.Padahal buah pisang di Indonesia memiliki beberapa keunggulan.

Sejauh ini, pengendalian proses pengolahan buah pisang juga masih belum optimal. Salah satu penyebabnya adalah minimalnya pengetahuan tentang tahap-tahap proses pengolahan buah pisang dan pengendalian faktor-faktor proses pengolahan bagi kaum petani, kaum produsen dan masyarakat. Pengeringan merupakan salah satu faktor yang penting dalam menentukan mutu buah pisang, di samping proses pemanenannya. Mutu buah pisang ditentukan dari kadar airnya. Namun pada tingkat petani sering kadar air pisang akhir yang berbeda-beda.

Kadar air awal pisang sebelum pengeringan 60%-65%, sehingga memberikan peluang yang besar untuk cepat membusuk akibat adanya pertumbuhan mikroorganisme. Oleh karena itu, dengan adanya pengeringan dapat mengurangi kadar air dalam pisang. Kadar air pisang yang diharapkan setelah pengeringan adalah 4,55%.

Pengeringan pisang terbagi menjadi dua yaitu sun drying dan artificial drying. Sun drying memerlukan sinar matahari sebagai sumber energi, sumber panas dan sinar ultraviolet. Pengeringan ini dilakukan secara terbuka, membutuhkan hembusan angin yang besar dari udara sehingga pengeringan berlangsung lambat. Namun, pengeringan secara terbuka menyebabkan rawan kontaminasi dari udara, debu dan kerikil dari lingkungan sekitar. Selain itu, pengeringan ini dilakukan hanya jika cuaca memungkinkan. Jika tidak, menggunakan artificial drying. Pengeringan buatan (artificial drying) menggunakan bahan bakar. Prinsip kerjanya adalah pemanasan

secara konduksi (penghantaran panas) atau konveksi (pengaliran panas) yang bertujuan untuk mengurangi kadar air bahan pangan, berbentuk solid . Salah satunya adalah cabinet dryer. Pada cabinet dryer, pemanasan dilakukan secara konveksi dan konduksi. Secara konveksi, digunakan aliran udara kering yang mengalir secara alami. Secara konduksi, digunakan sejumlah tray (wadah penampung biji) secara bertingkat. Sistem pengering ini menggunakan udara pengering sebagai medium pemanas pisang, ditambahkan air untuk memanaskan udara yang masuk ke dalam sistem pengering dan juga menghembuskan udara dari luar. Bahan bakar yang digunakan adalah minyak tanah (minyak tanah). Komponen-komponen yang menyusun cabinet dryer tersebut, disesuaikan dengan kapasitas pisang yang masuk dan juga diperhitungkan efisiensi dari sistem pengering tersebut. Oleh karena itu, juga diperlukan perhitungan berapa bahan bakar yang diperlukan untuk menyalakan heater.

1.2. Tujuan

1. Untuk merancang alat pengering pisang yang nantinya dapat digunakan oleh para petani pisang.

2. Untuk mendapatkan performance alat pengering yang dapat mengeringkan pisang sesuai dengan Standard Nasional Indonesia.

3. Untuk mendapatkan hasil dari pengeringan pisang yang lebih baik dari proses pengeringan tradisional.

1.3. Manfaat Perancangan

Untuk menghasilkan alat pengering yang dapat memudahkan petani pisang pada saat proses pengeringan pisang jika perubahan cuaca tidak stabil.

1.4. Batasan Masalah

1. Dimensi dari alat pengering yang dirancang

2. Perbandingan berdasarkan bahan bakar kerosin dengan kayu bakar yang meliputi: a. Distribusi suhu tiap tray pada alat pengering

b. Kebutuhan Air (L/jam) c. Waktu pengeringan (jam)

d. Kadar air pisang setelah dikeringkan berdasarkan Standard Nasional Indonesia (%)

e. Kebutuhan energi (kJ/kg)

f. Kebutuhan bahan bakar (Liter/jam) g. Analisa biaya

1.5. Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembaca dalam memahami tulisan ini, maka dilakukan pembagian bab berdasarkan isinya. Tulisan ini akan disusun dalam enam bab, BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, tujuan masalah, manfaat perancangan, dan batasan masalah. BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA, berisi landasan teori yang diperoleh dari literatur untuk mendukung perancangan dan pengujian. BAB 3 PERANCANGAN ALAT PENGERING, berisi metode perancangan, material yang digunakan dalam perancangan alat pengering, pelaksanaan perancangan alat pengering. BAB 4 PENGUJIAN ALAT PENGERING, berisi tempat dan waktu pengujian, alat dan bahan, prosedur pengujian, Pengaturan Eksperimental, Setting dan alat ukur, variabel yang diamati, pelaksanaan penilitian. BAB 5 DATA DAN ANALISA, berisi data hasil pengujian, perhitungan dan analisa terhadap data hasil pengujian. BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN, berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan saran-saran.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Pisang

Pisang dapat diolah dan diawetkan menjadi berbagai bentuk hasil olahan diantaranya saus pisang, sale pisang, sari buah pisang, anggur pisang, dodol pisang, keripik pisang, tepung pisang dan jam/selai pisang serta hasil olahan lainnya.

Tepung pisang dibuat dari buah pisang yang mentah, yang cara pembuatannya mudah dan sederhana. Pada dasarnya semua jenis pisang dapat diolah menjadi tepung pisang. Untuk memperoleh tepung yang baik diperlukan buah pisang yang cukup tua. Tepung pisang yang terbuat dari pisang kepok sangat baik hasilnya, warna tepungnya putih dan menarik.

Sebelum dikeringkan, pisang dilepas dari sisirnya, dicuci dan selanjutnya dikukus atau direbus selama 10-15 menit. Pengukusan atau perebusan ini akan bertujuan untuk mempermudah pengupasan, mengurangi atau menghilangkan getah, dan memperbaiki warna yang dihasilkan.

Selanjutnya, buah diiris tipis-tipis melintang atau menyerong kemudian direndam dalam air. Selanjutnya pisang dikeringkan baik dengan bantuan panas matahari ataupun dengan menggunakan alat pengering dengan menggunakan suhu 60-75°C.

2.2.Proses Pengeringan

2.2.1 Pengeringan dengan Cara Alami

Pengeringan bertujuan untuk memperpanjang umur simpan dengan cara mengurangi kadar air untuk mencegah tidak ditumbuhi oleh mikroorganisme pembusuk. Dalam proses pengeringan dilakukan pengaturan terhadap suhu, kelembaban (humidity) dan aliran udara. Perubahan kadar air dalam bahan pangan disebabkan oleh perubahan energi dalam sistem).

(2Banwatt, 1981). Untuk itu, dilakukan perhitungan terhadap neraca massa dan neraca energi untuk mencapai keseimbangan.

Alasan yang mendukung proses pengeringan dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme adalah untuk mempertahankan mutu produk terhadap perubahan fisik dan kimiawi yang ditentukan oleh perubahan kadar air, mengurangi biaya

penyimpanan, pengemasan dan transportasi, untuk mempersiapkan produk kering yang akan dilakukan pada tahap berikutnya, menghilangkan kadar air yang ditambahkan akibat selama proses sebelumnya, memperpanjang umur simpan dan memperbaiki kegagalan produk. Produk kering dapat digunakan sebagai bahan tambahan dalam pembuatan produk baru.

Pengeringan pisang dapat dilakukan dengan cara pemanfaatan panas matahari yakni dengan penjemuran secara langsung di bawah panas matahari ataupun dengan menggunakan alat pengering (Dryer). Masing – masing memiliki kekurangan dan keunggulan tersendiri. Penggunaan alat pengering (Dryer) selain memaksimalkan penurunan kadar air juga mampu meningkatkan efesiensi waktu pengeringan. Pada proses pengeringan dengan panas matahari dapat memakan waktu hingga 2 hari.

Jika menginginkan pengeringan yang lebih cepat, langit berawan atau hari hujan pisang dapat dikeringkan dengan menggunakan alat pengering. Pengeringan akan berlangsung antara 18 sampai 24 jam tergantung pada suhu pengeringan. Dianjurkan suhu pengeringan tidak kurang dari 50°C dan tidak lebih dari 70°C. Jika suhu terlalu rendah, waktu pengeringan akan terlalu lama. Jika terlalu panas, tekstur pisang akan kurang baik.

Penurunan kadar air diupayakan hingga mencapai nilai dibawah 14 %, dan dengan alat pengering penurunan kadar air bisa dimaksimalkan hingga 6-10 % dengan suhu pengeringan 60-75 °C.

2.2.2. Pengeringan dengan Udara Panas

Secara buatan proses pengeringan dapat dilakukan dengan alat pengering untuk menghemat tenaga manusia, terutama pada musim hujan. Terdapat berbagai cara pengeringan buatan, tetapi prinsipnya sama yaitu untuk mengurangi kadar air di dalam biji dengan panas pengeringan sekitar 38oC – 43oC, sehingga kadar air turun menjadi 12% - 13 %. Alat pengering dapat digunakan setiap saat dan dapat dilakukan pengaturan suhu sesuai dengan kadar air pisang yang diinginkan. Cara ini lebih baik karena tidak tergantung cuaca dan bahan bakar lebih sedikit. Pengeringan dengan sinar matahari menjadikan mutu biji lebih baik yaitu menjadi mengkilap. Caranya adalah biji ditebarkan di lantai penjemuran di bawah terik matahari. Pengeringan ini membutuhkan tenaga kerja lebih banyak dan sangat tergantung dengan cuaca. Pada

metode Cadburry, jika cuaca tidak memungkinkan dapat diganti dengan hembusan udara pada pengeringan buatan. Pada tahap awal dengan suhu lingkungan selama 72-80 jam dan diteruskan dengan suhu udara 45oC - 60˚C sampai biji kering. Lama pengeringan ini 7-8 jam sehari. Selama penjemuran dilakukan pembalikkan hamparan biji 1-2 jam sekali. Lama penjemuran dapat lebih dari 10 hari, tergantung dengan cuaca dan lingkungan. Sedangkan dengan pengeringan buatan selama 32 jam dan pembalikkan biji setiap 3 jam. Pengeringan ini dengan menggunakan Barico dryer. Namun, bisa digunakan dengan alat pengering lain, misalnya cabinet dryer. Lama pengeringan tergantung dari jenis alat pengeringnya. Prinsip pengeringannya menggunakan udara pengering sebagai medium panas dalam menurunkan kadar air biji hingga 9% - 11%.

Gambar 2.1. Skema sistem pengering udara panas 2.2.3. Pengeringan dengan Uap Air

Uap air panas mempunyai sifat pindah panas yang lebih unggul dari pada udara pada suhu yang sama. Karena tidak ada tahanan terhadap difusi uap air dalam uap itu sendiri, laju pengeringan pada periode laju konstan hanya tergantung pada laju pindah panas. Pada prinsipnya, setiap pengering langsung atau tak langsung (kombinasi konduksi dan konveksi) dapat dioperasikan sebagai pengering uap air panas (1Abdulillah, 2000).

Salah satu keuntungan nyata dari pengeringan dengan uap air panas adalah bahwa luaran pengering juga uap, meskipun pada enthalpi jenis lebih rendah. Dalam pengeringan dengan udara, panas laten dalam aliran gas luaran biasanya sukar dan

mahal untuk digunakan kembali. Jika infiltrasi udara dapat dihindarkan (atau diminimumkan sampai tingkat yang dapat diterima), maka seluruh panas laten yang disuplai ke pengering uap air ini dapat dipulihkan dengan mengembunkan aliran buang atau meningkatkan enthalpi jenisnya secara mekanis atau dengan kompresi panas. Karena pengering ini akan menghasilkan uap yang sama dengan jumlah air yang diuapkan di dalam pengering, maka pabrik perlu memanfaatkan kelebihan uap tersebut. Jika uap ini digunakan ditempat lain, panas laten yang dipulihkan tidak dibebankan pada alat pengering, dan menyebabkan konsumsi energi bersih sebesar 1000-1500 kJ/kg air yang diuapkan untuk alat pengering dibandingkan dengan 4000-6000 kJ/kg air yang diuapkan untuk pengering udara panas. Jadi penurunan konsumsi energi merupakan keuntungan yang jelas dari alat pengering dengan menggunakan uap air panas. Keuntungan lain adalah:

a) Tidak ada reaksi oksidasi atau pembakaran dalam alat pengering uap air panas. Hal ini berarti tidak ada bahaya kebakaran atau ledakan dan juga menghasilkan mutu yang lebih baik.

b) Massa jenis uap pada temperatur tinggi lebih rendah daripada massa jenis udara pada temperatur yang sama, sehingga secara alami uap akan lebih mudah naik jika dipanaskan hingga pada temperatur tinggi.

c) Memungkinkan laju pengeringan yang lebih tinggi, baik dalam periode laju konstan maupun laju menurun, tergantung pada suhu uap.

d) Pengeringan dengan uap dapat mencegah bahaya kebakaran atau ledakan pada saat pengeringan produk yang mengandung racun atau cairan organik mahal yang harus dipulihkan, sambil memungkinkan pengembunan aliran buang dalam kondenser kecil.

e) Alat pengering uap air panas memungkinkan proses pasteurisasi, sterilisasi dan deodorisasi produk pangan.

Uap yang terbentuk dari produk dapat ditarik dari ruang pengering, diembunkan dan panas latennya digunakan kembali.

Secara umum, pengeringan uap air dapat dipertimbangkan sebagai pilihan yang baik hanya jika satu atau lebih dari kondisi berikut ini dipenuhi:

a) Biaya energi sangat tinggi, nilai produk rendah atau dapat diabaikan

b) Mutu produk lebih unggul jika dikeringkan dalam uap dibandingkan dengan udara.

c) Biaya kebakaran, ledakan atau kerusakan oksidatif sangat tinggi. Premi asuransi yang lebih rendah dapat menutupi sebagian tambahan biaya investasi pengering dengan uap.

d) Jumlah air yang harus dibuang maupun kapasitas produksi yang diperlukan tinggi. Hal ini dapat memenuhi skala ekonomi. Jelasnya, pengering seperti ini hanya baik dipertimbangkan untuk operasi kontinyu karena masalah yang berkaitan dengan masalah penghidup-matian akibat pengembunan pada produk serta keberadaan zat tak dapat diembunkan (udara).

Air yang diuapkan dalam pengering uap, dengan asumsi tidak ada kehilangan, akan menjadi kelebihan uap, dengan enthalpi spesifik yang rendah. Penggunaan uap ini secara ekonomis umumnya merupakan kunci keberhasilan proses pengeringan uap. Uap ini biasanya pada tekanan atmosfer dan berdebu, yang perlu dibersihkan untuk penggunaan ulang.

Gambar 2.2. Skema sistem pengeringan uap air

2.3.Cabinet Dryer

Cabinet dryer merupakan alat pengering yang menggunakan udara panas dalam ruang tertutup (chamber). Ada dua tipe yaitu tray dryer dan vacuum dryer. Vacuum dryer menggunakan pompa dalam penghembusan udara, sedangkan pada tray dryer tidak menggunakan pompa (12Singh, 2001). Produk yang sesuai dikeringkan dengan alat ini adalah produk yang memiliki keseragaman yang tinggi, misalnya biji cokelat, biji pisang dan apel. Kelebihannya adalah harga murah, karena membutuhkan daya yang tidak terlalu tinggi (4Fellows,1990).

Komponen cabinet dryer adalah tray, heater dan fan. Tray disesuaikan dengan kapasitas jumlah, berat dan ukuran produk pangan. Tray berfungsi sebagai wadah biji dalam proses pengeringan, yang disusun bertingkat. Sedangkan boiler berfungsi sebagai pemanas udara atau pengering udara dan penghembus udara kering yang akan digunakan dalam pengeringan (11Severn, 1954). Boiler memiliki medium pemanas berupa steam. Kualitas steam yang digunakan adalah 90%, agar dapat mengeringkan udara secara optimal yang dapat memenuhi kebutuhan panas udara kering dalam pengeringan. Suhu steam yang digunakan adalah 120˚C ( 11Sever, 1954). Suhu tersebut mampu menghasilkan kalor untuk mengeringkan udara secara optimal.

Dalam perhitungan neraca panas, dibutuhkan data-data yaitu panas spesifik, panas latent, RH(%) dan suhu sehingga diperoleh hubungan antara RH (%) udara dengan kadar air dalam bahan pangan pada grafik psychrometric charts (12Singh,2001). Hubungan tersebut menentukan berapa panas masuk dan keluar yang setimbang. Selain itu, juga menentukan panas yang hilang dalam proses pengeringan. Selain neraca panas, juga dibutuhkan neraca massa untuk mengetahui keseimbangan antara berapa produk yang masuk dengan berapa yang keluar serta berapa uap air yang dilepaskan dalam proses. Ini berpengaruh juga pada perubahan fraksi air dalam bahan pangan.

2.4.Standar Mutu Pisang

a) Ruang Lingkup : Pedoman penerapan jaminan mutu terpadu ini meliputi tujuan, definisi, syarat jaminan mutu, verifikasi dan standar prosedur operasional budidaya dan penanganan pascapanen pisang.

b) Tujuan : Tujuan penerapan jaminan mutu terpadu ialah untuk menghasilkan buah pisang/tepung pisang segar dan baik sesuai persyaratan mutu yang direncanakan dan tujuan penggunaan serta tingkat keunggulan berupa pemenuhan parameter fisik, biologi dan kimia, sehingga terjamin keamananya dan dapat diterima konsumen.

c) Definisi : Suatu sistem mutu yang menerapkan manajemen mutu dalam pengendalian mutu dan keamanan pangan sejak produksi hingga dikonsumsi melalui pendekatan ilmiah dan sistematik melalui identifikasi, evaluasi dan pengendalian bahaya untuk menjamin keamanan hasil pertanian.

Tabel 2.1. Syarat mutu buah pisang sesuai SNI 01-0222-195

No Kriteria Uji Satuan Persyaratan

1 Bau - Normal

2 Rasa - Khas

3 Warna - Normal

4 Tekstur - Renyah

5 Keutuhan %b/b Min 90

6 Air %b/b Maks 5

7 Abu %b/b Maks 3

8 Lemak %b/b Maks 25

2.5.Perhitungan Kadar Air

Kadar air pisang yang telah dikeringkan dapat dihitung melalui beberapa tahapan berikut :

• Menghitung kadar air pisang kering yang diperkirakan dengan menggunakan persamaan

Berikut ni:

(2.1) wf = Kadar air pisang yang diperkirakan (%)

Wpk = Berat pisang kering (kg)

Wpo = Berat pisang dengan kadar air 0 % (kg) • Nilai total kadar air setelah pisang dikeringkan (wf)

Berat air pisang awal (Wi), kg (2.2)

Wi = Wpb x wi

wi= kadar air awal pisang (%)

(2.3) • Berat kandungan air pisang akhir (Wf), kg

Wf = 4,55 % × wpk (2.4)

[

Wpk Wpo

]

_100%

wf x

Wpk

− =

[

( )

]

100%

Wpb Wpk Wf

wi x

Wpb

− −

2.6.Perhitungan Kebutuhan Energi Selama Proses Pengeringan

a) Kebutuhan energi untuk pengeringan pisang (Qd), kkal

Qd = Qt + Qw + Ql (2.5) Di mana

Qd = energi pengeringan pisang, kkal Qt = energi pemanasan pisang, kkal Qw = energi pemanasan air pisang, kkal Ql = energi penguapan air pisang, kkal • Energi untuk pemanasan pisang (Qt), kkal

Qt=Wpb .vh (td-ta) (2.6)

• Energi pemanasan air pisang (Qw), kkal

Qw = Wi x vw (td-ta) (2.7) • Berat air yang dipindahkan selama proses pengeringan (Wr), kg

Wr = Wi – Wf (2.8) • Energi penguapan air pisang (Ql), kkal

Ql = Wr x vl (2.9)

b)Energi yang hilang dari dinding dan ventilasi ruang pengering (Qlt), kkal

Qlt = (Qlw×N) + Qlv (2.10)

Di mana

Qlw = energi yang hilang melalui dinding box pengering, kkal/jam Qlv = energi yang hilang dari ventilasi, kkal/jam

N = Lama pengering

Kehilangan energi melalui dinding box pengering (Qlw)

(2.11)

(2.12) Dimana :

A = Luas penampang (m2)

∆T = Td= Temperatur rata – rata udara pengering (oC) k1 = koefisien perpindahan kalor konduksi plat (kkal/mhoC) k2 = koefisien perpindahan kalor konduksi isolasi (kkal/mhoC)

∆x1= tebal plat (m)

2 2 1 1 1 k x k x U ∆ + ∆ = menyeluruh T A U

∆x2= tebal lapisan isolasi (m) • Kehilangan energi melalui ventilasi (Qlv)

(2.13)

dimana; = Debit udara ventilasi, m3/s

ar Wr V ρ × = •

1000 (2.14)

• Massa jenis uap air ventilasi (War), gr/m3

(2.15)

ρar = Massa jenis uap air ventilasi (gr/m3)

ρsa = Massa jenis moisture jenuh pada Ta (gr/m3)

ρsd = Massa jenis moisture jenuh pada Td (gr/m3)

c).Total Energi yang Dibutuhkan untuk Mengeringkan pisang Per Siklus (QT),kkal

QT=Qd+Qlt (2.16)

2.7. Perhitungan Kebutuhan Bahan Bakar yang Digunakan

Kebutuhan bahan bakar selama proses pengeringan pisang

• Kebutuhan bahan bakar (2.17) dimana; NKBk = Nilai kalor bakar bahan bakar

• Kebutuhan bahan bakar tiap jam (liter/jam)

Kebutuhan bahan bakar/jam (2.18)

2.8. Lama Waktu Pengeringan

Lama waktu pengeringan diperoleh melalui pengujian, setelah diperoleh harga kebutuhan bahan bakar per jam kemudian dihitung berat pisang akhir, Wf yang

N cpw V

Qlv= × (Td-Ta)

• • V Rha RHd _sa sd

ar = ρ ⋅ −ρ ⋅

ρ k NKB QT = N bakar bahan total Kebutuhan =

diperkirakan sesuai dengan kadar air pisang, Selanjutnya pisang dikeringkan hingga beratnya sama dengan atau mendekati berat akhir yang diperkirakan. Dari sini, diperoleh lama waktu pengeringan untuk masing – masing penggunaan bahan bakar minyak tanah maupun kayu bakar. Adapun perhitungan berat akhir pisang,Wf menggunakan persamaan berikut ini.

(2.19)

2.9. Perhitungan Analisis Titik Impas (Break Even Point)

Analisis titik impas digunakan untuk mengetahui keterkaitan antara volume produksi, volume penjualan, harga jual, biaya produksi, serta laba dan rugi.

Dengan kata lain analisis titik impas merupakan teknik untuk mengetahui besarnya volume pendapatan dari pengeringan pisang sehingga produksi pisang kering tidak mengalami kerugian.

Nilai BEP dalam jumlah pengeringan dapat dihitung dengan :

BEP (2.20)

[

]

_x100%

Wpk Wpo Wpk

wf = −

variabel Biaya

-penerimaan Biaya

tetap Biaya

BAB 3

PERANCANGAN ALAT PENGERING

3.1. Metode Perancangan

Perancangan yang akan dilakukan meliputi penentuan dimensi atau ukuran – ukuran utama dari alat pengering. Alat pengering ini akanmemiliki ruang pengeringan, tray atau rak bahan yang akan dikeringkan dan tempat air yang akan dipanaskan serta ruang bakar.

3.1.1 Data Pisang

Pisang diiris menjadi dua bagian. Data rata-rata pisang didapat sebagai berikut: - panjang = 6 cm

- lebar = 3 cm

- Tebal = 1 cm - Berat = 0,03 kg - Kadar air awal = 65 % - Kadar air akhir = 5 %

Setelah diiris dua, luas penampang rata-rata untuk 1 buah pisang yang akan diletakkan pada tray adalah

Luas penampang 1 buah pisang = 6 cm ×3 cm×2 pc

= 36 cm² = 0,0036 m² 3.1.2 Penentuan dimensi alat pengering

Alat pengering pisang yang dirancang akan memiliki ruang pengeringan yang terisolasi, tray dan rak bahan yang akan dikeringkan dan tempat air yang akan dipanaskan serta ruang bahan bakar sehingga perancangan alat pengering ini dapat dibagi menjadi 5 kategori utama, yaitu :

Sebagai sebuah alat pengering (dryer) maka ruang pemanas harus cukup mampu menampung produk yang akan dikeringkan. Ruang pemanas tidak boleh terlalu besar sehingga menyebabkan aliran panas tidak maksimal juga rugi kalor melalui dinding juga besar dan tidak boleh terlalu kecil.

Untuk penelitian ini, karena distribusi temperatur akan diamati pada sejumlah titik disepanjang ruang pemanas maka pada alat pengering ini dilakukan jumlah pembatasan tingkat/ kamar pengeringan. Dalam hal ini ditentukan 3 tingkat/ kamar pengeringan yang pada masing – masing tingkat akan diamati perubahan temperaturnya pada 3 titik selama siklus pengeringan. Sehingga, seluruh titik pengamatan berjumlah 9 titik.

Dengan alasan penelitian, maka dirancanglah ruang pengeringan yang cukup untuk menampung produk dengan kapasitas 4,5 kg. Dengan alasan – alasan tersebut maka ukuran ruang pengeringan ditentukan sebagai berikut :

Panjang = 60 cm Lebar = 40 cm Tinggi = 100 cm

2. Tray

Tray digunakan sebagai media penampung pisangselanjutnya akan diletakkan/ dimasukkan ke dalam ruang pemanas/ pengering. Tray dibuat dengan bahan yang mampu menghantarkan panas secara konduksi dari sumber panas ke bahan dan tidak menghambat aliran panas konveksi dari sumber panas ke bahan.Atas pertimbangan tersebut, maka tray dibuat dengan bahan yang memilki mess yang cukup untuk mengalirkan panas konveksi.

Dengan mempertimbangkan jumlah tingkat/ kamar pengeringan dan disesuaikan dengan ukuran ruang pengering secara keseluruhan maka ditentukan jumlah tray yang akan digunakan sebanyak 3 buah. Sehingga diperoleh ukuran tray sebagai berikut:

- Lebar = 40 cm

- Tebal = 0,5 cm

- Jumlah = 3 buah

Kapasitas tray ditentukan dengan cara sebagai berikut : Luas penampang tray :

Kapasitas per tray:

Dari hasil perhitungan di atas, ditentukan untuk masing- masing tray dapat menampung 50 (dalam kg) per tray adalah

Sehingga untuk tiap tray, dibuat untuk dapat menampung maksimal 1,5 kg pisang

Dari hasil perhitungan di atas, ditentukan jumlah tray maksimum adalah 16 buah sehingga kapasitas alat pengering pisang maksimum adalah

Namun, untuk alasan penelitian dan disesuaikan dengan jumlah titik pengamatan maka dibuat jumlah tray sebanyak 3 buah dengan kapasitas masing- masing tray adalah 1,5 kg. Sehingga, kapasitas total alat pengering selama pengujian adalah 4,5 kg.

Karena tidak memakai kipas atau fan, maka untuk menghasilkan distribusi suhu yang merata pada alat pengering ini dirancanglah bentuk tray atau rak penampungan bahan yang nantinya dapat membentuk pola aliran udara panas yang mampu mendistribusikan suhu sehingga suhu di dalam alat menjadi merata. Untuk menghasilkan bentuk tray yang diinginkan, harus dilakukan terlebih dahulu beberapa pengujian. Bentuk pengujian yang dilakukan ialah pengujian hampa yaitu alat pengering yang telah jadi dites dengan tidak menggunakan bahan yang akan dikeringkan. Dari beberapa pengujian hampa ini akan didapat bentuk tray (seperti terlihat pada gambar3.1) yang sesuai dan menghasilkan pola aliran udara panas (seperti terlihat pada gambar 3.2) yang merata tiap tingkatannya.

Gambar 3.2. Pola aliran udara yang terjadi

3. Alat pemanas (heater)

Heater (seperti terlihat pada gambar 3.3) digunakan sebagai tempat penampung air yang selanjutnya akan dipanaskan, sehingga secara tak langsung heater berperan untuk mengalirkan kalor dari ruang bakar ke ruang pemanas/ pengering. Penggunaan air disini dengan alasan bahwa air yang dipanaskan sampai temperatur yang cukup tinggi akan melepaskan energi yang lebih besar dibandingkan pemanasan plat secara langsung. Selain itu, uap air yang dihasilkan juga dimanfaatkan untuk membantu pemanasan dalam ruang pengering karena berdasarkan pertimbangan bahwa massa jenis uap air lebih rendah dibandingkan udara seiring peningkatan temperatur.

Pada alat pengering ini, tidak digunakan alat pengontrol aliran udara untuk mendorong aliran udara melintasi heater untuk kemudian diteruskan ke ruang pengeringan.Atas alasan ini, heater dibuat menyatu dalam ruang pemanasan/ pengering.

Dengan mempertimbangkan kebutuan air yang cukup banyak dalam tiap siklus pengeringan, maka dibuat saluran pengeringan yang memungkinkan dilakukannya penambahan air untuk mngantisipasi kehabisan air.

Atas alasan – alasan tersebut maka ditentukan ukuran – ukuran heater sebagai berikut :

Lebar = 30 cm Tinggi = 10 cm Kapasitas = 9 liter

Dengan ukuran tersebut maka dapat dihitung kapasitas (volume) heater sebagai berikut :

Volume = Panjang × Lebar × Tinggi = 30 cm × 30 cm × 10 cm = 9000 cm3 = 9 dm3 = 9 liter

Gambar 3.3. Heater yang dirancang

4. Ruang bakar

Alat pengering ini selain menggunakan bahan bakar berupa kayu bakar, digunakan juga minyak tanah sehingga dibutuhkan ruang bakar yang cukup untuk

memuat kompor minyak tanah. Oleh karena itu, ditentukan ukuran ruang bakar sebagai berikut :

Panjang = 60 cm Lebar = 40 cm Tinggi = 50 cm

5. Penentuan dimensi atau ukuran utama alat pengering secara keseluruhan

Konsruksi secara umum alat pengering yang dirancang seperti terlihat pada gambar 3.4. Atas dasar penentuan ukuran –ukuran sebelumnya maka diperoleh ukuran keseluruhan alat pengering sebagai berikut :

Cabinet Dryer tipe Tray dryer Panjang = 60 cm Lebar = 40 cm

Tinggi = 150 cm

Pintu ruang alat pengering dilengkapi kaca dengan maksud untuk mempermudah melakukan pemantauan terhadap kesediaan air dalan heater. Adapun ukurannya adalah sebagai berikut :

Lebar = 20 cm Tebal = 5 mm

Tinggi = 35 cm

Selain itu, untuk meminimalisasi rugi kalor di sepanjang ruang pengering dipasang bahan isolasi berupa karet keras dengan ketebalan 10 mm dan koefisien perpindahan panas konduksi, kr sebesar 0,011 W/m.oC.

Keterangan Gambar: 1. Cabinet Dryer 2. Tray

3. Heating room 4. Heater

5. Ruang bakar

Gambar 3.4.Cabinet Dryer tipe tray dryer

Skema tiga dimensi alat pengering yang telah dibuat dapat dilihat pada gambar 3.5

Gambar 3.5. Alat pengering yang dirancang

3.1.3 Prinsip kerja alat pengering

Berdasarkan literature yang terdapat pada bab 2, proses pengeringan terbagi atas tiga macam yaitu pengeringan dengan cara alami, pengeringan dengan udara panas dan pengeringan dengan uap air. Maka dipilihlah proses pengeringan dengan uap air untuk alat pengering yang akan dirancang. Alasan pemilihan pengeringan dengan uap air karena pengeringan dengan uap air memiliki beberapa keunggulan dibanding pengeringan dengan udara panas seperti tertulis pada bab 2. Salah satu keunggulan pengeringan dengan uap air adalah uap air panas mempunyai sifat pindah panas yang lebih unggul dari pada udara pada suhu yang sama. Selain itu, proses pindahan panas secara konveksi pada pengeringan dengan uap air lebih merata

dibanding pengeringan dengan udara panas. Karena uap air yang terdapat pada alat pengering lebih cepat menyebar diseluruh bagian dalam alat pengering. Sehingga proses pengeringan juga lebih cepat jika menggunakan uap air panas. Keunggulan lainnya adalah massa jenis uap pada temperatur tinggi lebih rendah daripada massa jenis udara pada temperatur yang sama, sehingga secara alami uap akan lebih mudah naik jika dipanaskan hingga pada temperatur tinggi. Laju aliran panas yang dilalui oleh uap air di dalam alat pengering dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 3.6 Laju aliran panas pengeringan dengan uap air

Prinsip kerja alat pengering ini adalah dengan melakukan pemanasan air terlebih dahulu.Air yang terdapat pada heater dipanaskan hingga menghasilkan uap. Karena pada alat pengering ini tidak digunakan fan sebagai pengontrol aliran udara, maka proses perpindahan panas berlangsung secara alami. Selain itu, karena heater menyatu dengan ruang pemanas dan sekaligus untuk membantu pemanasan udara, sebagian kecil uap air dilepas untuk membawa kalor di sepanjang hamparan pisang.

Uap air memiliki massa jenis yang lebih rendah dari udara pada temperatur tinggi sehingga amat membantu proses pemanasan pisang. Dari dinding pisang, terjadi aliran panas konduksi disepanjang plat di dalam ruang pengering sehingga hal ini juga turut membantu pemanasan udara di dalam ruang pengering.

Pada alat pengering ini, terdapat saluran air yang terhubung lansung ke heater dan dapat dibuka tutup menggunakan elbow . Tujuan dari pengadaan saluran air ini adalah untuk mengantisipasi kekurangan air selama proses pengeringan berlangsung. Ketersediaan air di dalam heater dapat diamati secara langsung melalui pintu yang sengaja di desain menggunakan kaca.

Jika temperatur di dalam ruang pengering telah cukup tinggi (± 100oC), maka saluran pembuangan yang terletak di dinding belakang alat pengering dapat dibuka dengan tujuan mengurangi tekanan dalam ruang pengering. Hal ini secara langsung juga akan menurunkan temperatur dalam ruang pengering tersebut.

3.2.Material yang Digunakan dalam Perancangan Alat Pengering

Setelah perancangan alat pengering selesai dilaksanakan, maka selanjutnya dilakukan pembuatan alat pengering. Pada proses pembuatan alat pengering ini, bahan atau material yang diperlukan antara lain dapat dilihat pada tabel di bawah ini

Tabel 3.1. Material yang diperlukan untuk membuat alat pengering

No Bahan Satuan Jumlah

1 Pelat baja karbon St 37 (1 m × 2 m × 2 mm) lembar 2 2 Karet isolasi (1 m × 2 m × 1 cm) lembar 2

3 Karet pelapis m 10

4 Lem buah 10

5 Kaca (25 cm × 70 cm × 5 mm) buah 1

6 Roda alat pengering set 4

7 Baut & mur set 3

8 Pipa besi diameter 2” m 1/2

9 Pipa besi diameter 1/2” m 1

10 Elbow1/2” set 2

11 Kran air set 2

12 Kawat jaring aluminium (60 cm × 40 cm) lembar 1

13 Dempul Kaleng 2

14 Cat Besi Kaleng 1

15 Sensor Thermocouple unit 9

Secara garis besar pelaksanaan perancangan alat pengering ini akan dilaksanakan berurutan dan sisitematis, seperti ditunjukkan pada gambar 3.7.

Gambar 3.7. Diagram Alir Pelaksanaan Perancangan

Perancangan alat pengering

SELESAI Indentisifikasi masalah

- Dimensi Alat Pengering

- Performance Alat Pengeringyang Dirancang

Study Literature

START

BAB 4

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 (seperti terlihat pada gambar 4.1) 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.

.

Gambar 4.1 Alat pengering yang akan digunakan

Alat ini digunakan sebagai tempat pemanasan air yang akan dipanaskan di dalam alat pengering. Udara panas yang dihasilkan dari pemanasan heater (seperti terlihat pada gambar 4.2) ini yang nantinya dimanfaatkan untuk mempercepat proses pemanasan.

Gambar 4.2 Heater

c) Thermocouple Thermometer

Untuk melakukan pengukuran temperatur yang terjadi di dalam alat pengering digunakan instrumen pengukuran temperatur, yaitu Thermocouple Thermometer Tipe KW 06-278 Krisbow (seperti terlihat pada Gambar 4.3). Setting instrumen pengukuran temperatur ini dilakukan pada saat akan melakukan pengukuran temperatur yang terjadi di dalam 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 0.1oC or 1 oC

• Temperatur range : - 50.0 oC ~ 1300 oC - 58 oF ~ 2000 oF

• Accuracy range : ± 0.5 % ± 1 oC ± 0.5 % ± 2 oF

• Ukuran : 165 x 76 x 43 mm

• 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 pisang yang terjadi di dalam 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 m/s ~ 20.0 m/s 0.7 km/h ~ 72.0 km/h 40 ft/min ~ 3940 ft/min 0.5 MPH ~ 44.7 MPH 0.4 knots ~ 31.1 knots

• Temperature range : 32 oF ~ 122 oF (0 oC ~ 50 oC)

• Accuracy range : 0.1 m/s 0.1 km/h 1 ft/min 0.1 MPH 0.1 knots 0.1 oF/ oC

• Ukuran : 175 x 86 x 47 mm

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 oC ~ 100 oC 14 oF ~ 212 oF

• Humidity range : 0 % RH ~ 100 % RH

• Thermocouple model : Type K

• Temperatur range : - 200 oC ~ 1350 oC - 328 oF ~ 2462 oF

Gambar 4.5. Relative Humidity Meter

f) Thermometer

Fungsi Thermometer (seperti terlihat pada gambar 4.6) yaitu untuk melakukan pengukuran temperatur yang terjadi di dalam alat pengering. Setting instrumen pengukuran temperatur ini dilakukan pada saat akan melakukan pengukuran temperatur yang terjadi di dalam alat pengering selama proses pengeringan berlangsung.

Spesifikasi Thermometer KW 06-308 Krisbow sebagai berikut:

• Nama : Thermometer

• Input sensitivity : User selectable 0.1oC or 1 oC

• Temperatur range : - 40.0 oC ~ 250 oC - 40 oF ~ 482 oF

• Accuracy range : ± 2 % ± 2 oC ± 2 % ± 2 oF

• Sampling time : 2.0 seconds

Gambar 4.6. Thermometer

g) Kompor

Pada pengujian ini, kompor (seperti terlihat pada gambar 4.7) 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 atau kerosin.

Gambar 4.7. Kompor

h) Timbangan

Timbangan (seperti terlihat pada gambar 4.8) 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.

Gambar 4.8. Timbangan

i) Kayu Bakar

Kayu bakar (seperti terlihat pada gambar 4.9) ini digunakan sebagai bahan bakar untuk memanaskan air pada heater alat pengering. Kayu bakar digunakan sebagai bahan bakar alternatif karena ketersediaan kerosin yang semakin terbatas.

Gambar 4.9. Kayu bakar 4.3.Bahan

Dalam pengujian ini, bahan atau produk pertanian yang akan dikeringkan adalah buah pisang (seperti terlihat pada gambar 4.10). Buah pisang ini didapat dari kebun pisang yang baru dipanen oleh para petani pisang di daerah medan tembung. Pisang yang akan dikeringkan adalah seberat 4,5 kg.

Gambar 4.10. Pisang 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 (oC), kebutuhan air (L/jam), waktu pengeringan (jam), berat bahan pada saat sebelum dan sesudah pengeringan (Kg) dan kebutuhan bahan bakar (Liter/jam). Alat bantu yang digunakan adalah Single Input Thermocouple Thermometer (oC), 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 (kJ/kg) dan kadar air pisang setelah dikeringkan berdasarkan Standard Nasional Indonesia (%).

Data hasil pengujian ini akan dikembangkan atau dihitung untuk mendapatkan berapa besar kebutuhan energi selama proses pengeringan berlangsung. Selain itu dari data tersebut akan diperoleh berapa kadar air pisang setelah dikeringkan sesuai dengan Standar Nasional Indonesia.

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 pisang setelah dikeringkan

Untuk menghitung kadar air pisang 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 60% - 65%.

b. Perhitungan kebutuhan energi selama proses pengeringan

Untuk menghitung kebutuhan energi selama proses pengeringan dapat diperoleh melalui metode neraca kesetimbangan energi(seperti terlihat pada gambar 4.11). Pada prinsipnya energi total (QT) yang dibutuhkan pada proses pengeringan digunakan untuk: pemanasan bahan (Qt), pemanasan kandungan air (Qw) dan energi untuk menguapkan air dalam bahan ditambah energi yang terbuang dari dinding dan ventilasi (Qet). Energi total (QT) yang dibutuhkan untuk mengeringkan pisang satu siklus seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut.

Gambar 4.11. Neraca kesetimbangan energi 4.5. Pengaturan Eksperimental ( Eksperimental Setting)

Pada bagian ini diperkirakan harga berat akhir pisang 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 pisang yang dikeringkan sama atau mendekati harga yang diperkirakan.

4.5.1 AnalisaPerformance Alat Pengering yang Dirancang

Di dalam perancangan alat pengering ini, dilakukan juga analisa performance dari alat pengering yang bertujuan untuk mengetahui apakah alat pengering yang dirancang ini nantinya dapat berfungsi dengan baik atau tidak sehingga alat ini dapat digunakan oleh para petani di pedesaan.

1. Berat pisang kering dengan kadar air sesuai Standar Nasional Indonesia

Sesuai Standar Nasional Indonesia kadar air awal pisang adalah 60 % - 65 % (9Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan, 1988). Maka dari kadar air ini dapat dihitung berat akhir pisang kering.

Untuk mencari berat pisang dengan kadar air sesuai Standar Nasional Indonesia adalah dengan cara sebagai berikut :

Asumsikan kadar air awal pisang = 65 %. Berat pisang basah tiap tray = 1,5 kg

2. Total energi yang dibutuhkan untuk mengeringkan pisang

Untuk mencari total energi yang dibutuhkan oleh alat pengering selama proses pengeringan berlangsung, dapat dihitung dengan cara sebagai berikut.

•Berat pisang basah hasil panen (Wpb) = 4,5 kg •Berat pisang kering hasil pengeringan (Wpk) = 1,64 kg •Temperatur rata-rata udara pengering (Td) = 67,76oC •Temperatur awal pisang (Ta) = 27 oC

•Lama pengeringan (N) = 8 jam

•Kecepatan udara pengering diantara pisang (v) = 0,252 m/s

•Koefisien pindahan panas dinding (k1) = 45,36 kkal/mh oC •Koefisien pindahan panas pada isolasi (k2) = 0,011 kkal/mh oC •Panas jenis udara basah (cpw) = 0,281 kkal/m3 oC •Panas jenis pisang (cppisang) = 0,4 kkal/kg oC •Panas jenis air (cpair) = 1 kkal/kg oC •Panas laten air (hfg) = 558,78 kkal/kg •Massa jenis moisture jenuh pada Td (ρsd) = 182 gr/m3 •Massa jenis moisture jenuh pada Ta (ρsa) = 26,16 gr/m3 •Kelembaban relative udara pengering rata-rata (RHd) = 75 % •Kelembaban relative udara luar (RHa) = 70 %

•Berat air pisang awal (Wi) = 4,5 kg × 65 % = 2,925 kg

a) Kebutuhan energi untuk pengeringan pisang (Qd), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.5).

Qd = Qt + Qw + Ql dimana;

Qd = energi pengeringan pisang, kkal Qt = energi pemanasan pisang, kkal Qw = energi pemanasan air pisang, kkal Ql = energi penguapan air pisang, kkal

Energi untuk pemanasan pisang (Qt), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.6).

Qt = Wpb .vh (Td-Ta)

= 4,5 kg ×0,4 kkal/kgoC× (67,76 oC – 27 oC)

= 73,368 kkal

Kadar air awal pisang adalah 60% - 65% Asumsikan kadar air awal pisang = 65 %. Berat pisang basah per tray (Wkb) = 1,5 kg

Berat pisang kering dengan kadar air 0 % = = 0,525 kg Energi pemanasan air pisang (Qw), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.7)

Qw = Wi×vwTd-Ta)

= 2,925 kg ×1 kkal/kgoC× (67,76oC – 27 oC)

= 119,223 kkal

Berat air yang dipindahkan selama proses pengeringan (Wr), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8).

= 2,925 – 0,07457 = 2,85043 kg

Energi penguapan air pisang (Ql), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.9).

Ql = Wr × vl

= 2,85043 kg ×558,78 kkal/kg = 1592,7633 kkal

Maka didapat energi yang dibutuhkan untuk pengering pisang (Qd)

Qd = Qt + Qw + Ql

= 73,368 + 119,223 + 1592,7633 = 1785,3543 kkal

Jadi energi yang dibutuhkan untuk pengering pisang adalah 1785,3543 kkal. b) Energi yang hilang dari dinding dan ventilasi ruang pengering (Qlt),

dihitung dengan menggunakan persamaan (2.10).

Qlt =(Qlw×N) + Qlv

dimana;

Qlw = energi yang hilang melalui dinding box pengering, kkal/jam Qlv = energi yang hilang dari ventilasi, kkal/jam

N = lama pengeringan

Kehilangan energi melalui dinding box pengering (Qlw) 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 thermal 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.

Kehilangan energi melalui dinding box alat pengering dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.11) dan (2.12).

2 2 1 1 1 k x k x U ∆ + ∆ = menyeluruh T A U

Qlw= ⋅ ⋅∆

Dimana :

U = Koefisien perpindahan kalor menyeluruh (kkal/m2hoC) A = Luas penampang (m2)

∆T = Td= 67,76 °C

k1 = koefisien perpindahan kalor konduksi plat (kkal/mhoC) k2 = koefisien perpindahan kalor konduksi isolasi (kkal/mhoC)

∆x1= tebal dinding alat pengering (m) = 2 mm = 0.002 m

∆x2= tebal lapisan isolasi (m) =10 mm = 0.01 m 1 , 1 011 , 0 01 , 0 36 , 45 002 , 0 1 = + =

U kkal/m2hoC

Kehilangan energi melalui dinding alat pengering untuk penampang satu (A1) adalah :

A1 = 40 cm × 100 cm = 4000 cm2 = 0,4 m2

2 2

1 (1,1 / ) (0, 4 ) (67, 76 C)

o

Qlw = kkal m h C ⋅ m ⋅ 

1 29,8

Qlw = kkal/jam

Kehilangan energi melalui dinding alat pengering untuk penampang dua (A2) A1 = A2= 40 cm × 100 cm = 4000 cm2 = 0,4 m2

1 2 29,8

Qlw =Qlw = kkal/jam

Kehilangan energi melalui dinding alat pengering untuk penampang tiga (A3) A3 = 60 cm × 100 cm = 6000 cm2 = 0,6 m2

2 2

3 (1,1 / ) (0, 6 ) (67, 76 C)

o

Qlw = kkal m h C ⋅ m ⋅ 

3 44, 7

Qlw = kkal/jam

Maka total kehilangan energi melalui dinding box pengering (Qlw) adalah Qlw = 29,8 + 29,8 + 44,7

= 104,3 kkal/jam

Kehilangan energi melalui ventilasi (Qlv), dapat dihitung dengan persamaan (2.13). N Ta Td cpw V

Qlv= × ( − )

•

dimana; V• = Debit udara ventilasi, dan dihitung dengan persamaan (2.14). ar Wr V ρ 1000× = •

Massa jenis uap air ventilasi (ρar), dihitung menggunakan persamaan (2.15). ρ_ar =ρ_sd ⋅RHd−ρ_sa ⋅RHa

ρ =_ar 118,19gr/m3 Debit udara ventilasi (V• ), m3/s

1000 2,85043 ₃

118,19 / kg V gr m • = ×

V• =24117, 35m3/s

Kehilangan energi melalui ventilasi (Qlv)

3 3

24117, 35 / 0, 281 / (67, 76 27 ) 8

o o o

m s kkal m C C C

Qlv

jam

× −

=

Qlv=34528, 66kkal/jam

Karena ventilasi ruang pengering dibuka selama 10 menit tiap jamnya, maka untuk 8 jam pengeringan ventilasi ruang pengering dibuka selama 80 menit.

Jadi kehilangan energi melalui ventilasi selama pengeringan per siklus adalah : 34528, 66

Qlv= kkal/jam× 1 jam 34528, 66

Qlv= kkal

Maka energi yang hilang dari dinding dan ventilasi ruang pengering (Qlt)

Qlt =(Qlw×N) + Qlv

= (104, 3 kkal/jam × 8 jam) + 34528, 66 kkal

Qlt = 35363,38 kkal

Jadi energi yang hilang dari dinding dan ventilasi ruang pengering (Qlt) adalah 35363,38 kkal.

c) Total Energi yang Dibutuhkan untuk Mengeringkan Pisang Per Siklus (QT), menggunakan persamaan (2.16).

QT= Qd + Qlt

= 1785,3543 kkal + 35363,38 kkal = 37148,43kkal/siklus

Jadi total energi yang dibutuhkan untuk mengeringkan pisang per siklus (QT) adalah 37148,43kkal/siklus.

4.5.2. Perhitungan Kebutuhan Bahan Bakar yang Digunakan Selama Proses Pengeringan Pisang

• Kebutuhan bahan bakar kerosin selama proses pengeringan pisang dapat dihitung dengan

Persamaan (2.17)

Kebutuhan bahan bakar

k NKB

QT =

dimana; NKBk = Nilai kalor bakar kerosin = 11000 kkal/kg 1 kg = 1,224 liter

maka kebutuhan bahan bakar kerosin selama pengeringan pisang adalah Kebutuhan bahan bakar 37148,43kkal

11000kkal kg/

=

= 3,37 kg = 4,12 liter

Jadi total kebutuhan bahan bakar kerosin selama proses pengeringan pisang adalah 4,12 liter.

Kebutuhan kerosin tiap jam (liter/jam), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.18). Kebutuhan kerosin/jam N bakar bahan total Kebutuhan = 4,12 liter 8 jam = 0, 515 = liter/jam

Jadi kebutuhan kerosin tiap jamnya adalah 0,515 liter/jam.

• Kebutuhan bahan bakar kayu bakarselama proses pengeringan pisang Kebutuhan bahan bakar

k NKB

QT =

dimana; NKBk = Nilai kalor bakar kayu = 4000 kkal/kg

maka kebutuhan bahan bakar kayu bakar selama pengeringan pisang adalah Kebutuhan bahan bakar 37148,43kkal

4000kkal kg/

= = 9,28 kg

Jadi total kebutuhan bahan bakar kayu bakarselama proses pengeringan pisang adalah 9,28 kg.

Kebutuhan kayu bakar tiap jam (kg/jam) Kebutuhan kayu bakar/jam

N

bakar bahan total

Kebutuhan

=

9,28kg 8 jam

=

1,16

= kg/jam

Jadi kebutuhan kayu bakartiap jamnya adalah 1,16 kg/jam.

4.5.3 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 pisang 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 pisang (ta).

3. Waktu atau lama pengeringan sampai bahan benar – benar kering. 4. Berat pisang setelah dikeringkan (Wpk).

5. Kadar air awal pisang (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 4.12

Indentisifikasi masalah dan menetapkan tujuan penelitian

START

STUDI AWAL Study literature

PERSIAPAN : - Perancangan alat pengering - Setting alat ukur

- Periksa kompor atau kayu bakar yang akan dipakai

- Pengujian pengeringan pisang

PENGUMPULAN DATA: - Temperatur (oC)

- Berat pisang basah (kg) - Berat pisang kering (kg) - Waktu pengeringan (jam) - Kadar air awal pisang (%)

Gambar 4.12 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian

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 pisang yang telah dikeringkan dan kebutuhan energi selama proses pengeringan pisang.

5.1.1 Data Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Kerosin

1. Distribusi suhu tiap tray (t)

Dari pengujian yang dilakukan, didapatlah distribusi suhu pada tiap tray alat pengering selama proses pengeringan berlangsung dengan menggunakan bahan bakar kerosin.

Tabel 5.1. Distribusi suhu(°C) tiap tray

Waktu

PENGOLAHAN DATA

ANALISA DATA

- Kadar air pisang kering (%) - Kebutuhan energi (kkal/siklus) - Kebutuhan bahan bakar

- Analisa biaya

(jam)

Tray

1 2 3 4 5 6 7 8

1 68,00 68,34 68,08 67,75 68,20 68,20 68,34 68,29 2 67,61 68,08 67,65 67,33 67,74 67,82 67,95 67,86 3 67,32 67,46 67,17 66,88 67,50 67,57 67,67 67,57

2. Berat pisang selama proses pengeringan

Dari pengujian yang dilakukan, didapatlah berat pisang yang dikeringkan pada tiap tray alat pengering selama proses pengeringan berlangsung dengan menggunakan bahan bakar kerosin. Penurunan berat pisang tiap jamnya terlihat jelas pada tabel di bawah ini.

Tabel 5.2. Berat pisang (kg) tiap tray selama pengeringan berlangsung Waktu

(jam)

Tray

1 2 3 4 5 6 7 8

1 1,38 1,26 1,15 1,04 0,93 0,80 0,68 0,55

2 1,38 1,26 1,15 1,04 0,92 0,80 0,68 0,55

3 1,37 1,24 1,14 1,02 0,91 0,79 0,66 0,54 3. Data keseluruhan proses pengeringan dengan bahan bakar kerosin

Dari data di atas, akan diperoleh distribusi suhu rata–rata dan berat akhir pisang yang telah dikeringkan seperti yang terlihat pada tabel berikut ini.

Tabel 5.3. Suhu rata-rata(°C) dan berat pisang setelah dikeringkan(kg)

Tray Suhu rata-rata Berat pisang akhir

1 68,15 0,55

2 67,75 0,55

Maka data akhir yang didapat dari hasil pengukuran pengujian untuk bahan bakar kerosin adalah:

• Berat pisang basah hasil panen (Wpb) = 4,5 kg • Berat pisang kering hasil pengeringan (Wpk) = 1,64 kg • Temperatur udara pengering (td) = 67,76oC • Temperatur awal pisang (ta) = 27 oC

• Lama pengeringan (N) = 8 jam

• Kecepatan udara pengering diantara pisang (v) = 0,252 m/s • Koefisien pindahan panas dinding (kw) = 45,36 W/m oC • Koefisien pindahan panas pada isolasi (kr) = 0,011 W/m oC • Panas jenis udara basah (cpw) = 0,281 kkal/m3 oC • Panas jenis pisang (vh) = 0,4 kkal/kg oC • Panas jenis air (vw) = 1 kkal/kg °C • Panas laten air (vl) = 558,78 kkal/kg • Massa jenis moisture jenuh pada td (Vsd) = 182 gr/m3 • Massa jenis moisture jenuh pada ta (Vsa) = 26,16 gr/m3 • Kelembaban relative udara pengering rata-rata (RHd) = 75 % • Kelembaban relative udara luar (RHa) = 70 % • Luas dinding alat pengering = 1,4 m²

5.1.2 Data Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Kayu Bakar

1. Distribusi suhu tiap tray (t)

Dari pengujian yang dilakukan, didapatlah distribusi suhu pada tiap tray alat pengering selama proses pengeringan berlangsung dengan menggunakan bahan bakar kayu bakar.

Tabel 5.4. Distribusi suhu (°C) tiap tray

Waktu (jam)

Tray

1 2 3 4 5 6 7

1 74,14 74,39 74,05 74,29 74,15 74,18 74,14 2 73,75 73,97 73,61 73,84 73,74 73,76 73,73 3 73,49 73,75 73,33 73,55 73,44 73,46 73,73

2. Berat pisang selama proses pengeringan

Dari pengujian yang dilakukan, didapatlah berat pisang yang dikeringkan pada tiap tray alat pengering selama proses pengeringan berlangsung dengan menggunakan bahan bakar kayu bakar.

Tabel 5.5. Berat pisang (kg) tiap tray selama pengeringan berlangsung Waktu

(jam)

Tray

1 2 3 4 5 6 7

1 1,36 1,22 1,09 0,96 0,82 0,68 0,55

2 1,36 1,22 1,09 0,95 0,82 0,68 0,55

3 1,35 1,20 1,07 0,94 0,81 0,66 0,54

3. Data keseluruhan proses pengeringan dengan bahan bakar kayu bakar

Dari data di atas, akan diperoleh distribusi suhu rata–rata dan berat akhir pisang yang telah dikeringkan seperti yang terlihat pada tabel berikut ini.

Tabel 5.6. Suhu rata-rata(°C) dan berat pisang setelah dikeringkan(kg)

Tray Suhu rata-rata Berat pisang akhir

1 74,62 0,55

2 73,77 0,55

3 73,53 0,54

Maka data akhir yang didapat dari hasil pengukuran pengujian untuk bahan bakar kayu bakar adalah:

• Berat pisang kering hasil pengeringan (Wpk) = 1,64 kg • Temperatur udara pengering (td) = 73,979 oC • Temperatur awal pisang (ta) = 27 oC

• Lama pengeringan (N) = 7 jam

• Kecepatan udara pengering diantara pisang (v) = 0,252 m/s • Koefisien pindahan panas dinding (kw) = 45,36 W/m oC • Koefisien pindahan panas pada isolasi (k2) = 0,011 W/m oC • Panas jenis udara basah (cpw) = 0,281 kkal/m3 oC • Panas jenis pisang (vh) = 0,4 kkal/kg oC • Panas jenis air (vw) = 1 kkal/kg oC • Panas laten air (vl) = 555,08 kkal/kg • Massa jenis moisture jenuh pada td (Vsd) = 233 gr/m3 • Massa jenis moisture jenuh pada ta (Vsa) = 26,16 gr/m3 • Kelembaban relative udara pengering rata-rata (RHd) = 75 % • Kelembaban relative udara luar (RHa) = 70 %

5.2.Analisa Data Hasil Pengujian

5.2.1. Distribusi Suhu Pada Masing-masing Tray

Dari data – data di atas, maka distribusi suhu tiap tray selama proses pengeringan berlangsung untuk bahan bakar kerosin dan kayu bakar dapat dilihat pada gambar grafik berikut ini.

Dari gambar 5.1 grafik di atas, suhu yang terjadi selama proses pengeringan dengan bahan bakar kerosin berkisar antara 66,883 oC sampai 68,343 oC. Temperatur tertinggi selalu berada pada tray 1 dan yang terendah selalu pada tray 3.Waktu pengeringan untuk mengeringkan pisang pada pengujian ini adalah 8 jam.

Gambar 5.2 Grafik distribusi suhu tiap tray untuk bahan bakar kayu bakar

Dari gambar 5.2 grafik di atas, suhu yang terjadi selama proses pengeringan dengan bahan bakar kayu bakar berkisar antara 73,333 oC sampai 74,393 oC. Temperatur tertinggi selalu berada pada tray 1 dan yang terendah selalu pada tray 3.Waktu pengeringan untuk mengeringkan pisang pada pengujian ini adalah 7 jam.

Gambar 5.3. Grafik distribusi suhu tiap traykerosin vs kayu bakar

Dari gambar 5.3 grafik di atas, bahwa suhu yang terjadi dari bahan bakar kayu bakar selama proses pengeringan lebih tinggi dibandingkan dengan suhu yang terjadi dari pembakaran bahan bakar kerosin. Waktu pengeringan untuk mengeringkan pisang juga lebih cepat dengan menggunakan bahan bakar kayu bakar dari pada menggunakan bahan bakar kerosin. Hal ini dipengaruhi oleh proses pembakaran yang lebih cepat dengan menggunakan kayu bakar dari pada menggunakan bahan bakar kerosin. Sehingga berat akhir pisang yang diinginkan lebih cepat didapat dengan menggunakan bahan bakar kayu bakar dari pada kerosin.

5.2.2. Kebutuhan Air Selama Proses Pengeringan

Seperti yang sudah dikatakan sebelumnya, bahwa alat pengering ini mempunyai prinsip kerja yaitu memanaskan air sebagai media pemanas untuk mengeringkan pisang.

1. Kebutuhan air dengan menggunakan bahan bakar kerosin

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, kebutuhan air untuk pengeringan dengan bahan bakar kerosin adalah 1,7 liter/jam. Jadi total kebutuhan air untuk pengeringan 4,5 kg pisang selama 8 jam dengan bahan bakar kerosin adalah sebesar 1,7 liter/jam x 8 jam = 13,6 liter.

•Minyak tanah = 13,6 Liter

d.Distribusi temperatur pada masing-masing tray

• Distribusi suhu rata – rata tiap tray pada alat pengering selama proses pengeringan berlangsung dengan menggunakan bahan bakar kayu bakar hampir merata. Yaitu pada (tray 1) 74,624 ° C,pada (tray 2) 73,775 °C dan pada (tray 3)

73,539 °C.Sehingga suhu rata-rata alat pengering selama proses pengeringan menggunakan bahan bakar kayu bakar adalah 73,979 °C.

• Distribusi suhu rata – rata tiap tray pada alat pengering selama proses pengeringan berlangsung dengan menggunakan bahan bakar minyak tanah hampir merata. Yaitu pada (tray 1) 68,152 ° C,pada (tray 2) 67,759 ° C dan pada (tray 3) 67,395 °C.Sehingga suhu rata-rata alat pengering selama proses pengeringan menggunakan bahan bakar minyak tanah adalah 67,76 °C.

6.2 Saran

1. Untuk mendapatkan data yang akurat, perlu diperhatikan alat ukur yang akan digunakan dan harus memenuhi standarisasi yang ada.

2. Perlunya melakukan pengujian secara berulang untuk mendapatkan hasil data yang lebih akurat.

3. Untuk meningkatkan kinerja alat pengering yang lebih baik lagi, perlu usaha pengembangan terhadap alat pengering dikemudian hari.

4. Bahan bakar yang digunakan nantinya perlu penelitian lebih khusus di kemudian hari.

DAFTAR PUSTAKA

1. Abdulillah, Kamaruddin. 2000. Pengeringan Industrial. Penerbit IPB Press. Edisi

Terjemahan. Bogor.

2. Banwatt, George. 1981. Basic Food Microbiology. Connecticut: The Avi Publishing Company, Inc.

3. Cengel, Yunus A., Boles, Michael A. 2002. Thermodynamics : An Engineering

Approach.4th Edition.McGraw Hill. New York.

4. Fellows, P. 1990. Food Processing Technology Principles and Practice. New York : Ellis Horwood.

5. Holman, Jp.1998. Perpindahan Kalor. Penerbit Erlangga. Edisi Keenam. Jakarta.

6. Moran, Michael J., Shapiro, Howard N. 2004. Termodinamika Teknik Jilid 1. Erlangga. Edisi Keempat. Jakarta.

7. Moran, Michael J., Shapiro, Howard N. 2004. Termodinamika Teknik Jilid 2. Erlangga. Edisi Keempat. Jakarta.

8. Rohsenow, Warren M., Choi, Harry Y. 1961. Heat, Mass, And Momentum

Transfer.Prentice-hall, Inc. Englewood, New Jersey.

9. Saenong, Sania. 1988. Teknologi Benih Pisang. Badan Penelitian dan Pengem Bangan Pertanian.Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan.

Bogor.

10. Setianto Wahyu, B. 1996. Analisa Kebutuhan Energi Pada Proses

Pengeringan

Biji Pisang.Majalah BPP Teknologi, No/LXIX/Mei/96.Hal.111-115.

11. Severn, W. 1954. Steam, Air and Gas Powder. New York: John Willey and Sons, Inc.

12. Singh, Paul. 2001. Introduction to Food Enginering. New Jersey: Academic Press.

13. Silaban, Mawardi. Maret 6 1997. Rancang Bangun Proyek Percontohan

Pengering Kayu Tenaga Panas Surya. Seminar on the development of drying

technology to achieve the best quality of timber and estate-crop product. Medan.

14. Sunarjono, Hendro H. Drs. 2004. Budidaya Pisang dengan Bibit Kultur

Lampiran 3 Rangkuman Rumus-rumus Empiris untuk Konveksi-Bebas dalam Ruang Tertutup dalam bentuk Persamaan (7-60),

Konstanta Korelasi Disesuaikan oleh Holman (74).

(Sumber : J. P. Holman, Perpindahan Kalor)

Fluida Geometri Grδ Pr Pr L/δ C n m

Gas Plat vertikal,

Isotermal Plat Horizontal, Isotermal, Dipanaskan dari bawah <2000 6000-200.000 200.000-1,1 × 107

<1700 1700-7000 7000-3,2 × 105

> 3,2 × 105

ke/k = 1,0 0,5-2 0,5-2

ke/k = 1,0 0,5-2 0,5-2 0,5-2 11-42 11-42 - - - 0.197 0,073 0,059 0,212 0,061 1/4 1/3 0,4 1/4 1/3 -1/9 -1/9 0 0 0

Zat cair Plat vertikal, Fluks kalor tetap atau isotermal Plat Horizontal, Isotermal, Dipanaskan dari bawah <2000 104-107 107-109 <1700 1700-6000 6000-37.000

37.000-108 >108

ke/k = 1,0 1-20.000

1-20

ke/k = 1,0 1-5000 1-5000 1-20 1-20 10-40 1-40 - - - - Pers.7-52 0,046 0,012 0,375 0,13 0,57 - 1/3 0,6 0,2 0,3 1/3 - 0 0 0 0 0

Gas atau zat cair Anulus vertikal Anulus horizontal Isotermal Anulus bola <2000 6000-200.000 200.000-1,1 × 107

6000-106 106-108 120-1,1 × 109

1-5000 1-5000 0,7-4000 - - 0,11 0,40 0,228 0,29 0,20 0,226 0 0 0 -