PENDAHULUAN Pengaruh getaran dan energi panas pada alat pengering surya ghe tipe kabinet

BAB 1 PENDAHULUAN

Latar Belakang Luas lahan perkebunan kacang mete di Indonesia seluas 560 813 ha, dimana Propinsi Sulawesi Tenggara merupakan daerah penghasil kacang mete terbesar yakni hampir 13 dari lahan tanaman kacang mete di Indonesia, sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1 Nurhira 1996: 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 Sultra NTT Sulsel Jatim NTB Bali D.Lain Propinsi penghasil kacang mete L u as L ah a n h a East West North Gambar 1 Luas lahan dari penghasil kacang mete di Indonesia Pada tahun 2005 pemerintah kabupaten Buton, yang merupakan bagian dari wilayah propinsi Sulawesi Tenggara mampu memproduksi komoditi kacang mete sebesar 6 856 ton. Potensi kacang mete yang baik ini perlu dibarengi dengan proses pengolahan yang baik, sehingga dapat meningkatkan nilai tambah bagi kacang mete tersebut dan akhirnya akan meningkatkan kesejahteraan petani. Namun demikian, peningkatan nilai tambah bagi kacang mete masih menemui kendala yang seharusnya dapat diselesaikan. Kendala yang dihadapi petani kacang mete di daerah ini antara lain adalah harga produk yang rendah karena kacang mete kering yang dihasilkan memiliki kadar air yang tidak seragam. Hal ini disebabkan oleh cara pengeringan yang dilakukan petani adalah dengan menjemur produk di lamporan, yang sangat tergantung pada cuaca. Salah satu upaya untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menerapkan pengering buatan untuk mengeringkan kacang mete. Pengering buatan dapat menjaga kestabilan produksi kacang mete, karena dapat dioperasikan sepanjang hari. Pada prinsipnya untuk menyeragamkan kadar air sekaligus mempercepat proses pengeringan adalah dengan cara membuat seluruh permukaan komoditi terekspos udara pengeringan. Untuk itu biasanya digunakan cara manual untuk mengaduk kacang mete yang sedang dikeringkan. Cara pengadukan seperti ini membutuhkan waktu yang relatif lama karena tidak semua bagian kacang mete memperoleh aliran udara panas, sehingga pada saat tertentu kacang mete tersebut harus dikeluarkan dari ruang pengering untuk di aduk atau digerakkan. Hal ini selain membutuhkan tambahan waktu dan tenaga, juga menimbulkan kehilangan panas akibat pintu ruang pengering tersebut sering di buka. Ada beberapa cara yang telah dikembangkan guna mengaduk atau menggerakkan produk yang sedang dikeringkan tanpa produk tersebut dikeluarkan dari dalam ruang pengering, antara lain: Rotary dryer yakni mesin pengering yang terdiri atas cangkang silinder yang berputar perlahan. Partikel yang akan dikeringkan diletakkan pada rak atau keranjang yang berada di dalam cangkang silinder. Partikel tersebut dapat bergerak hingga ke tempat yang lebih tinggi sesuai putaran cangkang silinder lalu jatuh kembali ke tempat yang lebih rendah akibat gravitasi Kelly 1987. Horizontal Vaccum Rotary Dryers, memilki prinsip kerja yakni memanaskan bahan pada temperatur yang bisa di atur dan di sertai dengan pemvakuman uap air dari bahan yang dipanaskan tersebut. Pengering Horizontal Vaccum Rotary Dryers ini memiliki agitator yang dipasang di dalam shell Moore 1987. Fluidized bed dryer yakni gas melewati lapisan partikel mulai dari bagian bawah sampai ke permukaan atas partikel sehingga semua bagian partikel dapat terekspos oleh gas serta partikel tersebut dapat melayang atau lompat Hovmand 1987. Rotary bed dryer, yakni pengering rotary untuk tumpukan biji-bijian didisain untuk memudahkan pengadukan selama proses pengeringan Nelwan et al. 2008. Pengembangan alat pengering efek rumah kaca ERK tipe rak berputar untuk penyeragaman aliran udara Dyah et al. 2009. Conveyor Dryer yakni merupakan jenis mesin dengan menggunakan rel dan terowongan pengering dimana produk disebarkan ke tempat pengeringan lalu dikeringkan oleh laluan udara panas yang melewati tempat pengeringan tersebut Sturgeon 1987. Selain itu dapat pula menggunakan getaran, sebagaimana penelitian getaran yang telah dikembangkan oleh beberapa peneliti antara lain penelitian yang dilakukan oleh Das et al. 2003, dimana motor listrik yang digunakan ditempatkan di bawah alas yang merupakan tumpuan pegas. Selanjutnya penelitian getaran pada buah dan sayuran yang telah dilakukan oleh Hinsch et al. 1993 bahwa percepatan horizontal adalah lebih kecil dari percepatan vertikal. Sedangkan beberapa cara yang telah dikembangkan pada pengering buatan dengan menggunakan energi surya, antara lain: Pengering efek rumah kaca yakni merupakan pengering berupa bangunan segi empat yang menggunakan dinding transparan untuk menangkap radiasi surya. Pengering dilengkapi dengan plat penyerap terbuat dari bahan aluminium yang dicat hitam, ditempatkan sebagai alas ruang pengering. Alat pengering berenergi surya tipe kabinet ini telah diperkenalkan dan telah dirancang bangun oleh Abdullah et al. 1994. Pengeringan kakao, kopi dan komoditi pertanian lainnya dengan menggunakan energi surya telah dilakukan oleh Sarmidi et al. 1994. Sistim pengeringan kayu yang menggunakan energi surya dan energi tambahan berupa bahan bakar padat dari potongan-potongan kayu telah dilakukan oleh Silaban et al. 1994. Kajian eksperimental dan simulasi numerik ruang pengeringan kayu tipe conventional kiln dryer telah dilakukan oleh La Ode et al. 1999. Studi tentang pengeringan dengan menggunakan getaran pada penelitian ini merupakan upaya untuk memperoleh pengadukan yang dapat menyebabkan kacang mete bergerak atau lompat sehingga seluruh bagian komoditi kacang mete dapat terekspos oleh udara panas. Untuk mencapai hal tersebut maka penelitian ini menggunakan komponen penggetar yang dilengkapi dengan massa eksentrik. Penggunaan massa eksentrik yang dihubungkan dengan poros motor listrik yang berada tepat di bawah rak pengering ini dilakukan karena mampu menyebabkan terjadinya ketidakseimbangan pada rak pengering, konstruksinya sederhana, pemasangan dan perawatannya mudah serta membutuhkan energi yang relatif tidak terlalu besar. Selanjutnya dalam upaya untuk memperoleh temperatur pengeringan yang sesuai dengan kebutuhan pengeringan komoditi kacang mete maka pada rancangan pengering buatan diperlukan sistem penukar kalor. Untuk itu pada penelitian ini dilakukan analisis getaran dan pindah panas serta simulasi distribusi suhu udara pengering sepanjang waktu pengeringan dan di seluruh bagian ruang pengering pada saat tertentu. Sebelum alat pengering ini dapat diterapkan di daerah Buton maka dilakukan pula analisis ekonomi pengeringan untuk melihat sejauh mana kelayakan usaha pengeringan ini. Dengan konstruksi yang sederhana menggunakan material yang tersedia di daerah, maka diharapkan pengering ini dapat dibuat oleh petani setempat dan menguntungkan, sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan petani kacang mete di daerah Buton. Perumusan Masalah Beberapa masalah yang akan ditemui pada saat menerapkan pengering buatan khususnys pengeringan kacang mete yakni: 1. Tidak meratanya aliran udara panas pada produk sehingga mengakibatkan kadar air akhir yang tidak seragam. Salah satu upaya adalah dengan cara melakukan pengadukan selama proses pengeringan berlangsung. Namun masalah baru yang kemudian timbul adalah kehilangan panas yang relatif besar akibat ruang pengering sering dibuka guna mengaduk kacang mete yang dikeringkan. Sebagai solusi permasalahan di atas, maka dalam penelitian ini di kaji sistim rak bergetar, pemilihan jenis penggetar, pemilihan material penggetar dan komponen-komponen yang diperlukan dalam penggetaran. 2. Selama proses pengeringan komoditi kacang mete berlangsung, temperatur udara dalam ruang pengering buatan ini tidak memadai dan tidak stabil, hal ini disebabkan energi panas yang masuk ke dalam ruang pengering dipengaruhi oleh cuaca, waktu, lokasi dan musim. Oleh sebab itu sistim ini membutuhkan analisis keseimbangan energi yang bertujuan agar besarnya energi panas yang di peroleh dari hasil pembakaran bahan bakar sesuai dengan kebutuhan pengeringan produk komoditi kacang mete di dalam ruang pengering. 3. Perubahan temperatur udara yang keluar dari alat penukar kalor, baik temperatur gas hasil pembakaran bahan bakar yang masuk ke cerobong buang maupun temperatur udara yang masuk ke ruang pengering belum dapat diketahui besarnya. Hal ini disebabkan pada analisis awal alat penukar kalor hanya dua parameter yang diketahui yaitu temperatur gas hasil pembakaran bahan bakar dan temperatur udara lingkungan yang akan masuk ke alat penukar kalor, oleh karena itu diperlukan suatu analisis perpindahan panas pada alat penukar kalor dengan menggunakan metode efektivitas, sehingga jenis material, jumlah laluan dan dimensi alat penukar kalor maupun temperatur udara yang akan masuk ke dalam ruang pengering dapat diketahui dan sesuai dengan temperatur yang dibutuhkan oleh komoditi kacang mete dalam ruang pengering. 4. Tidak terdapat data-data yang memadai guna menentukan jenis dan letak komponen penggetar maupun besarnya penurunan kadar air komoditi kacang mete selama pengeringan. Demikian pula, tidak terdapat data-data pendukung guna menentukan jenis, dimensi dan jumlah laluan lintasan pada alat penukar kalor, maupun bentuk tungku pembakaran dan bahan bakar yang digunakan. Tujuan Penelitian Secara umum tujuan penelitian ini adalah: merancang bangun komponen- komponen yang dibutuhkan pada pengering surya GHE tipe kabinet dengan rak bergetar. Selain itu, penelitian ini dilakukan sebagai upaya dalam pemilihan parameter daya dan putaran motor listrik, serta massa eksentrik terbaik untuk getaran serta sebagai upaya dalam pemilihan jenis alat penukar kalor guna meningkatkan dan meng-konstankan tempetatur ruang pengering yang diteruskan dengan analisis dan simulasi. Untuk mencapai tujuan tersebut maka penelitian ini dibagi dalam beberapa tujuan khusus, yaitu : 1. Menghasilkan rancangan alat penggetar serta komponen-komponen yang berhubungan dengan sumber getaran pada rak pengering. 2. Menganalisis keseimbangan energi panas dalam ruang pengering serta menganalisis model matematika guna memastikan besarnya energi panas yang harus di suplai ke dalam ruang pengering. 3. Merancang bangun alat penukar kalor yang akan digunakan. 4. Mengetahui kehandalan pengering melalu percobaan pengeringan. 5. Menganalisis biaya tentang peningkatan hasil dari penjualan komoditi kacang mete yang menggunakan alat pengering berenergi surya dan batubara. Manfaat Penelitian Pengering surya dengan penggetaran rak dan pemanas tambahan batu bara ini diharapkan dapat diterapkan di daerah Buton, dan konstruksinya dapat dibuat oleh petani menggunakan material yang ada serta dapat dioperasikan secara menguntungkan. Batasan Masalah Batasan masalah pada penelitian ini, adalah: 1. Rancangan pengering surya GHE tipe kabinet yang dibatasi pada kapasitas pengeringan 30 kg kacang mete. 2. Analisis penggetaran dibatasi pada analisis gerakan vertikal. 3. Analisis pindah panas pada sistem pengering yang digunakan adalah dalam kondisi steady. 4. Analisis biaya dibatasi pada tahapan proses pengeringan, dari mulai kacang mete dengan kulit ari basah hingga kacang mete kupas kering tanpa kulit ari. Metode Penelitian Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Pengamatan secara langsung. 2. Studi literatur sesuai dengan bidang penelitian. 3. Analisis dan simulasi 4. Rancang bangun alat pengering dan percobaan Secara umum tahap metode penelitian ini dilakukan seperti diperlihatkan pada skema diagram alir penelitian pada Gambar 2. Gambar 2 Diagram alir penelitian Untuk itu penelitian ini dilakukan dalam 4 tahap. Tahap Pertama Tahap pertama adalah melakukan studi literatur pada beberapa alat pengering, antara lain: pengering surya GHE tipe kabinet yang telah tersedia di Leuwi kopo, IPB Bogor. Dinding bangunan pengering ini terbuat dari bahan plastik dan plat penyerap terbuat dari bahan aluminium yang telah di cat hitam ditempatkan sebagai alas dalam ruang pengering. Inlet diletakkan pada bagian bawah dinding ruang pengering sedangkan outlet diletakkan pada bagian atas Mulai Analisis distribusi suhu udara pengering Pemilihan tipe getaran dan parameter penentu untuk system penggetar Studi literatur dan survei alat pengering yang telah digunakan masyarakat Rancang bangun penukar kalor Pembuatan pengering GHE Percobaan system penggetaran dan pengeringan Analisis ekonomi Selesai ruang pengering. Selanjutnya dilakukan pengukuran temperatur bola basah dan bola kering pada beberapa bagian dalam ruang pengering maupun temperatur lingkungan serta kecepatan aliran udara pada inlet ruang pengering. Selanjutnya dilakukan pengamatan pada alat pengering yang lain di mana dinding ruang pengering sebelah kiri dan kanan terbuat dari bahan plastik sedangkan dinding ruang pengering bagian depan dan bagian belakang terbuat dari bahan aluminium yang telah di cat hitam. Plat penyerap yang telah di cat hitam ditempatkan sebagai alas dalam ruang pengering. Inlet dan outlet diletakkan pada bagian bawah dinding ruang pengering dan bagian atas alat pengering. Temperatur bola kering dan bola basah serta kecepatan aliran udara di ukur. Ruang pengering dengan dinding aluminium yang telah di cat hitam akan digunakan untuk penelitian “Alat Pengering Surya Dengan menggunakan Rak Bergetar”. Selain itu, pengamatan dilakukan pula pada kondisi daerah dan kondisi masyarakat di daerah Kabupaten Buton, bila petani komoditi kacang mete di wilayah tersebut menggunakan pengering buatan. Tahap ke dua Tahap ke dua adalah melakukan analisis keseimbangan energi dan pembuatan alat pengering surya dengan menggunakan rak bergetar, dimana dinding dan bentuk ruang pengering seperti pada pengamatan alat pengering tahap pertama. Pada tahap pertama telah dilakukan analisis hasil pengukuran temperatur permukaan pada setiap bahan yang digunakan, temperatur udara dalam ruang pengering, dimensi bahan, sifat-sifat bahan dan sifat-sifat udara. Data-data tersebut akan digunakan untuk menganalisis besarnya panas yang ada dalam ruang pengering. Analisis pada pengamatan alat pengering tahap pertama dapat diprediksi bahwa besarnya energi panas dalam ruang pengering tidak akan memenuhi energi panas yang dibutuhkan oleh kacang mete yang sedang dikeringkan dalam ruang pengering, sehingga pada tahap ke dua ini diperlukan energi panas tambahan dari hasil pembakaran bahan bakar. Bahan bakar diletakkan di dalam tungku pembakar dan gas panas hasil pembakaran dialirkan ke alat penukar kalor. Analisis keseimbangan energi pada tahap ke dua perlu dilakukan guna mengetahui besarnya energi panas yang ada dalam ruang pengering serta besarnya energi panas tambahan yang dibutuhkan selama proses pengeringan kacang mete berlangsung. Hasil analisis ini akan menjadi acuan pada saat membuat ruang pengering bertemperatur 60 o C, alat penukar kalor maupun tungku pembakar harus mampu menyuplai energi panas sesuai dengan temperatur yang diharapakan dalam ruang pengering, selanjutnya melakukan analisis getaran, menentukan dimensi dan bahan alat penukar kalor serta bentuk tungku pembakar. Bila hasil analisis telah sesuai dengan kebutuhan kacang mete yang akan dikeringkan dalam ruang pengering sebesar 60 o C maka pembuatan rak pengering dan komponen penggetar, ruang pengering, alat penukar kalor plat datar maupun tungku pembakar dapat dilaksanakan. Tahap Ke tiga Tahap ke tiga adalah melakukan percobaan pada alat pengering surya dengan rak bergetar. Pengambilan data dilaksanakan pada siang hari dengan menggunakan energi panas tambahan dari bahan bakar yang terdapat dalam tungku pembakar. Fluida gas dari hasil pembakaran dialirkan ke alat penukar kalor. Percobaan dilakukan, baik pada saat tanpa ada kacang mete maupun ada kacang mete dalam ruang pengering surya GHE tipe kabinet, selanjutnya dilakukan pengukuran guna memperoleh data-data selama proses pengeringan berlangsung antara lain: kadar air akhir selama pengeringan komoditi kacang mete dengan temperatur ruang pengering 60 o C, komponen penggetar dapat menggetarkan rak pengering sesuai yang diharapkan serta ruang pengering tidak pernah di buka selama proses pengeringan berlangsung. Selanjutnya menampilkan distribusi kecepatan aliran udara dan distribusi temperatur dalam ruang pengering surya dengan menggunakan program Computational Fluid Dynamics CFD serta melakukan pengamatan maupun analisis keuangan pada Tahap Ke empat. . Kebaruan Penelitian Kebaruan penelitian ini adalah: Pengeringan kacang mete dengan menggunakan massa eksentrik yang diletakkan pada poros motor listrik yang berada tepat di bawah rak serta menggunakan alat penukar kalor plat datar dan bahan bakar batubara sebagai sumber panas tambahan selain energi surya. Keterkaitan Antar Bab Penjelasan masing-masing bab pada penelitian ini berkaitan dengan sumber getaran, rancang bangun, analisis keseimbangan energi, analisis keuangan, melakukan pembuatan alat pengering surya GHE tipe kabinet serta melakukan percobaan dan simulasi. Diawali dengan pendahuluan dan latar belakang pada bab 1, dan gambaran umum serta pengeringan komoditi kacang mete maupun perkembangan penelitian tentang alat pengering buatan sebagaimana yang di bahas pada bab 2. Bab 3 membahas tentang percobaan getaran yang menggunakan satu buah massa eksentrik yang dihubungkan secara langsung pada poros motor listrik dan sumber penggetar tersebut diletakkan tepat dibawah rak pengering. Pemanfaatan getaran ini akan digunakan pada saat melakukan percobaan pengeringan sebagaimana yang dijelaskan pada bab 6. Bab 4 membahas tentang keseimbangan energi guna mengetahui besarnya perpindahan panas pada alat pengering maupun besarnya energi panas tambahan yang harus disuplai ke dalam ruang pengering sesuai dengan besarnya energi panas yang diharapkan serta analisis dengan model matematika. Hasil yang diperoleh pada bab 4 ini, terutama menyangkut besarnya panas tambahan yang harus di suplai ke dalam ruang pengering akan merupakan sebagian data-data pada saat merancang bangun alat penukar kalor sebagaimana yang akan dijelaskan pada bab 5. Bab 5 membahas tentang analisis penggunaan alat penukar kalor guna mengetahui jenis material alat penukar kalor dan dimensi dimensinya serta besarnya perpindahan panas yang terjadi pada alat penukar kalor tersebut, sedangkan bentuk aliran udara dalam ruang pengering ditampilkan melalui program cfd. Analisis dari program cfd tersebut dipaparkan pada bab 6. Alat penukar kalor yang dijelaskan pada bab 5 ini merupakan bagian peralatan pengering yang akan digunakan pada percobaan pengeringan kacang mete di bab 6. Selanjutnya bab 7 dan bab 8 merupakan pembahasan, kesimpulan dan saran- saan secara umum tentang hasil analisis, simulasi maupun percobaan sebagaimana yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA