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 :
1. Ruang pemanas heating room
Universitas Sumatera Utara
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:
- Panjang
= 60 cm
Universitas Sumatera Utara
- 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
Universitas Sumatera Utara
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 3.1. Bentuk Tray yang dirancang
Universitas Sumatera Utara
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 :
Panjang = 30 cm
Universitas Sumatera Utara
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 cm
3
= 9 dm
3
= 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
Universitas Sumatera Utara
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, k
r
sebesar 0,011 Wm.
o
C.
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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 ± 100
o
C, 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 Elbow
1 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
3.3.Pelaksanaan Perancangan Alat Pengering
Universitas Sumatera Utara
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
Analisa Perancangan
Universitas Sumatera Utara
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
b Heater
Universitas Sumatera Utara