Optimasi Penggunaan Adsorben Molecular Sieve 13X pada Pengering Surya Sistem Integrasi Matahari dan Desikan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Negara Indonesia merupakan negara agraris dimana penduduknya sebagian
besar mempunyai mata pencarian di bidang pertanian. Namun seringkali kualitas
produk pertanian di Indonesia masih sangat rendah. Salah satu upaya untuk
meningkatkan kualitas produksi pertanian adalah dengan cara mengurangi kadar air yaitu
dengan pengeringan [1-3]. Indonesia sebagai negara yang terletak di daerah khatulistiwa
yaitu pada 6oLU –11oLS dan 95oBT – 141oBT memiliki sumber energi matahari yang
cukup besar. Potensi energi surya rata-rata nasional adalah 16 MJ/hari [4]. Sehingga
potensi energi matahari ini dapat dimanfaatkan untuk pengeringan komoditi
pertanian.
Pada produk pertanian yang berbentuk butiran seperti kacang, kopi, padi, dan
lainnya proses pengeringan memegang peranan penting dalam pengawetannya.
Proses pengeringan butiran bertujuan untuk mengurangi kandungan airnya sampai
batas-batas tertentu, agar tidak terjadi kerusakan akibat aktivitas metabolisme oleh
mikroorganisme [5]. Pengeringan biji kakao dapat dilakukan dengan menggunakan
alat pengering atau dengan cara konvensional. Namun, cara konvensional memiliki
banyak kekurangan karena menghasilkan produk dengan kualitas rendah, rawan
terkontaminasi dengan zat pengotor, memerlukan waktu pengeringan yang lama,
bergantung pada keadaan cuaca, serta membutuhkan lahan yang luas [6]. Masalah ini
dapat diatasi dengan menggunakan alat pengering. Alat pengering harus memiliki
kemampuan untuk mengeringkan produk secara aman dan dengan kualitas yang baik
[7]. Pengeringan biji kakao dilakukan untuk mengurangi kadar air hingga mencapai
moisture content 6 – 8 % basis basah [8].
Adapun penelitian terdahulu tentang pengering surya dapat dilihat pda tabel 1.1
berikut ini:
1
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 Beberapa Penelitian Terdahulu Tentang Alat Pengering Surya
Judul
Hasil
Referensi
Design and performance
evaluation of a new
hybrid solar dryer for
banana
pengering
surya
menggunakan Amer, B. M. A., et al.
reflektor surya dapat membangkitkan 2010
suhu udara antara 30 dan 40 ° C di
atas suhu lingkungan. Kapasitas
pengering ini adalah 30 kg irisan
pisang dengan waktu pengeringan 8
jam dalam hari yang cerah dengan
kadar air awal 82% dan kadar air
akhir 18% (wb)
Investigation of Solar
Drying
of
Ginger
(Zingiber
officinale):
Emprical
Modelling,
Drying Characteristics,
and Quality Study
Waktu pengeringan maksimum yang Deshmukh,
A.
diperlukan untuk mengeringkan jahe Waheed., et al. 2014
12,19% (db) menjadi 450-480 menit.
Design and Testing of
Solar Dryer for Drying
Kinetics of Seaweed in
Malaysia
Sebuah sistem pengeringan solar Othman, Y. M., et al.
menggunakan
kolektor
surya 2011
bersirip. Dimana diperoleh proses
pengeringan rumput laut dengan
menggunakan sistem ini memiliki
Waktu pengeringan selama 7 jam
untuk kadar air awal 94,6% menjadi
8,33% setara dengan 120 gram
sampai 11 gram.
Experimental study of
regenerative desiccant
integrated solar dryer
with
and
without
reflective mirror
Efisiensi dari bahan pengering Shanmugam &
tersebut meningkat sebesar 20% dan Natarajan, 2007
waktu pengeringan berkurang. 60%
dari moisture content dihilangkan
menggunakan energi matahari dan
sisanya oleh desikan.
Novel, low cost CaCl2
based desiccants for
solar
crop
drying
applications
Pengering surya secara kontinu dapat Thoruwa, T. F. N., et
mengurangi
mengurangi
waktu al. 2000
pengeringan dengan daya serap
maksimum CaCl2 45% basis basah
2
Universitas Sumatera Utara
Adapun produk pertanian seperti pisang [9], jahe [10], serta biota perairan
seperti rumput laut [11] pernah digunakan sebagai bahan baku dalam alat pengering
energi surya. Hasil – hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa pengering energi
surya mampu menurunkan kadar air produk lebih cepat daripada penjemuran
langsung dibawah matahari serta produk memiliki kualitas yang lebih baik [9-11].
Akan tetapi energi surya secara alamiah bersifat intermittent (tidak kontinu) dan
temperatur maksimum yang dapat dicapai adalah 35 °C. Sehingga dibutuhkan untuk
memanfaatkan teknologi energi surya buatan (solar dryer dengan sistem kolektor plat
datar) agar dapat menaikkan temperatur udara pemanas pada siang hari (sunshine)
dan dilanjutkan dengan menyimpan sebagian energi surya ini pada bahan-bahan
penyimpan panas (phase change material’s = PCM’s) untuk melanjutkan proses
pengeringan pada saat malam hari [12]. Shanmugam & Natarajan [13], meneliti
bahwa dengan adanya desikan, potensi pengeringan meningkat 20% dan waktu
pengeringan berkurang [13]. Sedangkan Thoruwa et al [14] meneliti bahwa
penggunaan CaCl2 dapat mengurangi waktu pengeringan dan dapat mencegah
terjadinya kondensasi di tempat penyimpanan produk.
Berdasarkan uraian tersebut, maka untuk menaikkan kualitas komoditi pertanian
di Indonesia secara aman diperlukan suatu alat pengering tipe surya sistem kontinu
yang dapat menaikkan temperatur udara pada siang hari dan dilanjutkan dengan
penggunaan energi termokimia untuk menyerap uap air dalam produk pada malam
hari. Penggunaan molecular sieve 13X (Na2O.Al2O3.2,45 SiO2.6H2O) diharapkan
dapat meningkatkan efektivitas pengeringan dan mengurangi waktu pengeringan.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Pemanfaatan energi surya dapat diaplikasikan dengan alat pengering. Namun,
energi surya bersifat intermitent (tidak kontinu) dengan temperatur maksimum 35 oC.
Pengeringan biji kakao dapat dilakukan secara kontinu menggunakan energi surya
dan desikan, sesuai pertimbangan nilai ekonomis dan kondisi cuaca. Pengeringan biji
kakao secara kontinu dimana pada siang hari menggunakan energi surya sedangkan
malam hari menggunakan adsorben molecular sieve 13X (Na2O.Al2O3.2,45
SiO2.6H2O) diharapkan dapat mengatasi kekurangan pengeringan secara intermitent.
Oleh karena itu, penelitian ini diarahkan kepada efektivitas pengeringan kakao sistem
3
Universitas Sumatera Utara
integrasi matahari dengan menggunakan adsorben molecular sieve 13X untuk
mengetahui efektivitas pengeringan tenaga surya, besar penurunan kadar air, laju
pengeringan, moisture ratio, diffusivitas efektif, konsumsi energi spesifik dan untuk
mengetahui jumlah air yang diserap oleh adsorben dan pengaruh jumlah adsorben
molecular sieve 13X pada efektivitas pengeringan kakao dilakukanlah variasi jumlah
adsorben molecular sieve 13X yang digunakan.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengkaji efektifitas pengeringan biji kakao sistem kontinu menggunakan
energi surya dan adsorben molecular sieve 13X yang digunakan untuk
membantu proses pengeringan pada malam hari ditinjau dari pengaruh jumlah
adsorben, banyaknya air yang diserap, dan waktu pengeringan
2. Mengetahui besar kadar air yang turun, laju pengeringan kakao, difussivitas
efektif, moisture ratio, dan model pengeringan yang sesuai untuk
pengeringan biji kakao menggunakan pengering surya dan adsorben
molecular sieve 13X.
3. Mengetahui besar konsumsi energi spesifik dari metode pengeringan energi
surya+adsorben.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi mengenai efektifitas pengeringan biji kakao
menggunakan energi surya dan adsorben molecular sieve 13X secara kontinu
ditinjau dari pengaruh jumlah adsorben, banyaknya air yang diserap, waktu
pengeringan.
2. Memberikan informasi mengenai besar kadar air yang turun, laju pengeringan
kakao, difussivitas efektif, moisture ratio, dan model pengeringan yang
sesuai untuk pengeringan biji kakao menggunakan pengering surya dan
adsorben molecular sieve 13X.
3. Memberikan informasi mengenai konsumsi energi spesifik dari metode
pengeringan energi surya+adsorben.
4
Universitas Sumatera Utara
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini akan dilakukan di di kota Medan yang terletak pada posisi 3,43
ºLU–98,44 ºBT dan ketinggian 37,5 meter dari permukaan laut tepatnya di
Laboratorium Energi Baru/Terbarukan Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan
yang terletak di Jalan Sisingamangaraja, Medan. Adapun bahan utama yang
digunakan dalam penelitian ini adalah biji kakao fermentasi dan adsorben molecular
sieve 13X.
Variabel – variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
Tabel 1.1 Variabel Tetap Yang Dilakukan Dalam Penelitian
No.
Variabel
Keterangan
1
Berat biji kakao
0,5 kg
2
Waktu pengeringan menggunakan matahari
09.00-17.00 WIB
3
Waktu pengeringan menggunakan molecular sieve 13X
17.00-09.00 WIB
Variabel berubah dalam penelitian ini adalah jumlah molecular sieve 13X dengan
rasio terhadap bahan 1:1, 2:1, dan 3:1.
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Negara Indonesia merupakan negara agraris dimana penduduknya sebagian
besar mempunyai mata pencarian di bidang pertanian. Namun seringkali kualitas
produk pertanian di Indonesia masih sangat rendah. Salah satu upaya untuk
meningkatkan kualitas produksi pertanian adalah dengan cara mengurangi kadar air yaitu
dengan pengeringan [1-3]. Indonesia sebagai negara yang terletak di daerah khatulistiwa
yaitu pada 6oLU –11oLS dan 95oBT – 141oBT memiliki sumber energi matahari yang
cukup besar. Potensi energi surya rata-rata nasional adalah 16 MJ/hari [4]. Sehingga
potensi energi matahari ini dapat dimanfaatkan untuk pengeringan komoditi
pertanian.
Pada produk pertanian yang berbentuk butiran seperti kacang, kopi, padi, dan
lainnya proses pengeringan memegang peranan penting dalam pengawetannya.
Proses pengeringan butiran bertujuan untuk mengurangi kandungan airnya sampai
batas-batas tertentu, agar tidak terjadi kerusakan akibat aktivitas metabolisme oleh
mikroorganisme [5]. Pengeringan biji kakao dapat dilakukan dengan menggunakan
alat pengering atau dengan cara konvensional. Namun, cara konvensional memiliki
banyak kekurangan karena menghasilkan produk dengan kualitas rendah, rawan
terkontaminasi dengan zat pengotor, memerlukan waktu pengeringan yang lama,
bergantung pada keadaan cuaca, serta membutuhkan lahan yang luas [6]. Masalah ini
dapat diatasi dengan menggunakan alat pengering. Alat pengering harus memiliki
kemampuan untuk mengeringkan produk secara aman dan dengan kualitas yang baik
[7]. Pengeringan biji kakao dilakukan untuk mengurangi kadar air hingga mencapai
moisture content 6 – 8 % basis basah [8].
Adapun penelitian terdahulu tentang pengering surya dapat dilihat pda tabel 1.1
berikut ini:
1
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 Beberapa Penelitian Terdahulu Tentang Alat Pengering Surya
Judul
Hasil
Referensi
Design and performance
evaluation of a new
hybrid solar dryer for
banana
pengering
surya
menggunakan Amer, B. M. A., et al.
reflektor surya dapat membangkitkan 2010
suhu udara antara 30 dan 40 ° C di
atas suhu lingkungan. Kapasitas
pengering ini adalah 30 kg irisan
pisang dengan waktu pengeringan 8
jam dalam hari yang cerah dengan
kadar air awal 82% dan kadar air
akhir 18% (wb)
Investigation of Solar
Drying
of
Ginger
(Zingiber
officinale):
Emprical
Modelling,
Drying Characteristics,
and Quality Study
Waktu pengeringan maksimum yang Deshmukh,
A.
diperlukan untuk mengeringkan jahe Waheed., et al. 2014
12,19% (db) menjadi 450-480 menit.
Design and Testing of
Solar Dryer for Drying
Kinetics of Seaweed in
Malaysia
Sebuah sistem pengeringan solar Othman, Y. M., et al.
menggunakan
kolektor
surya 2011
bersirip. Dimana diperoleh proses
pengeringan rumput laut dengan
menggunakan sistem ini memiliki
Waktu pengeringan selama 7 jam
untuk kadar air awal 94,6% menjadi
8,33% setara dengan 120 gram
sampai 11 gram.
Experimental study of
regenerative desiccant
integrated solar dryer
with
and
without
reflective mirror
Efisiensi dari bahan pengering Shanmugam &
tersebut meningkat sebesar 20% dan Natarajan, 2007
waktu pengeringan berkurang. 60%
dari moisture content dihilangkan
menggunakan energi matahari dan
sisanya oleh desikan.
Novel, low cost CaCl2
based desiccants for
solar
crop
drying
applications
Pengering surya secara kontinu dapat Thoruwa, T. F. N., et
mengurangi
mengurangi
waktu al. 2000
pengeringan dengan daya serap
maksimum CaCl2 45% basis basah
2
Universitas Sumatera Utara
Adapun produk pertanian seperti pisang [9], jahe [10], serta biota perairan
seperti rumput laut [11] pernah digunakan sebagai bahan baku dalam alat pengering
energi surya. Hasil – hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa pengering energi
surya mampu menurunkan kadar air produk lebih cepat daripada penjemuran
langsung dibawah matahari serta produk memiliki kualitas yang lebih baik [9-11].
Akan tetapi energi surya secara alamiah bersifat intermittent (tidak kontinu) dan
temperatur maksimum yang dapat dicapai adalah 35 °C. Sehingga dibutuhkan untuk
memanfaatkan teknologi energi surya buatan (solar dryer dengan sistem kolektor plat
datar) agar dapat menaikkan temperatur udara pemanas pada siang hari (sunshine)
dan dilanjutkan dengan menyimpan sebagian energi surya ini pada bahan-bahan
penyimpan panas (phase change material’s = PCM’s) untuk melanjutkan proses
pengeringan pada saat malam hari [12]. Shanmugam & Natarajan [13], meneliti
bahwa dengan adanya desikan, potensi pengeringan meningkat 20% dan waktu
pengeringan berkurang [13]. Sedangkan Thoruwa et al [14] meneliti bahwa
penggunaan CaCl2 dapat mengurangi waktu pengeringan dan dapat mencegah
terjadinya kondensasi di tempat penyimpanan produk.
Berdasarkan uraian tersebut, maka untuk menaikkan kualitas komoditi pertanian
di Indonesia secara aman diperlukan suatu alat pengering tipe surya sistem kontinu
yang dapat menaikkan temperatur udara pada siang hari dan dilanjutkan dengan
penggunaan energi termokimia untuk menyerap uap air dalam produk pada malam
hari. Penggunaan molecular sieve 13X (Na2O.Al2O3.2,45 SiO2.6H2O) diharapkan
dapat meningkatkan efektivitas pengeringan dan mengurangi waktu pengeringan.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Pemanfaatan energi surya dapat diaplikasikan dengan alat pengering. Namun,
energi surya bersifat intermitent (tidak kontinu) dengan temperatur maksimum 35 oC.
Pengeringan biji kakao dapat dilakukan secara kontinu menggunakan energi surya
dan desikan, sesuai pertimbangan nilai ekonomis dan kondisi cuaca. Pengeringan biji
kakao secara kontinu dimana pada siang hari menggunakan energi surya sedangkan
malam hari menggunakan adsorben molecular sieve 13X (Na2O.Al2O3.2,45
SiO2.6H2O) diharapkan dapat mengatasi kekurangan pengeringan secara intermitent.
Oleh karena itu, penelitian ini diarahkan kepada efektivitas pengeringan kakao sistem
3
Universitas Sumatera Utara
integrasi matahari dengan menggunakan adsorben molecular sieve 13X untuk
mengetahui efektivitas pengeringan tenaga surya, besar penurunan kadar air, laju
pengeringan, moisture ratio, diffusivitas efektif, konsumsi energi spesifik dan untuk
mengetahui jumlah air yang diserap oleh adsorben dan pengaruh jumlah adsorben
molecular sieve 13X pada efektivitas pengeringan kakao dilakukanlah variasi jumlah
adsorben molecular sieve 13X yang digunakan.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengkaji efektifitas pengeringan biji kakao sistem kontinu menggunakan
energi surya dan adsorben molecular sieve 13X yang digunakan untuk
membantu proses pengeringan pada malam hari ditinjau dari pengaruh jumlah
adsorben, banyaknya air yang diserap, dan waktu pengeringan
2. Mengetahui besar kadar air yang turun, laju pengeringan kakao, difussivitas
efektif, moisture ratio, dan model pengeringan yang sesuai untuk
pengeringan biji kakao menggunakan pengering surya dan adsorben
molecular sieve 13X.
3. Mengetahui besar konsumsi energi spesifik dari metode pengeringan energi
surya+adsorben.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi mengenai efektifitas pengeringan biji kakao
menggunakan energi surya dan adsorben molecular sieve 13X secara kontinu
ditinjau dari pengaruh jumlah adsorben, banyaknya air yang diserap, waktu
pengeringan.
2. Memberikan informasi mengenai besar kadar air yang turun, laju pengeringan
kakao, difussivitas efektif, moisture ratio, dan model pengeringan yang
sesuai untuk pengeringan biji kakao menggunakan pengering surya dan
adsorben molecular sieve 13X.
3. Memberikan informasi mengenai konsumsi energi spesifik dari metode
pengeringan energi surya+adsorben.
4
Universitas Sumatera Utara
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini akan dilakukan di di kota Medan yang terletak pada posisi 3,43
ºLU–98,44 ºBT dan ketinggian 37,5 meter dari permukaan laut tepatnya di
Laboratorium Energi Baru/Terbarukan Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan
yang terletak di Jalan Sisingamangaraja, Medan. Adapun bahan utama yang
digunakan dalam penelitian ini adalah biji kakao fermentasi dan adsorben molecular
sieve 13X.
Variabel – variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
Tabel 1.1 Variabel Tetap Yang Dilakukan Dalam Penelitian
No.
Variabel
Keterangan
1
Berat biji kakao
0,5 kg
2
Waktu pengeringan menggunakan matahari
09.00-17.00 WIB
3
Waktu pengeringan menggunakan molecular sieve 13X
17.00-09.00 WIB
Variabel berubah dalam penelitian ini adalah jumlah molecular sieve 13X dengan
rasio terhadap bahan 1:1, 2:1, dan 3:1.
5
Universitas Sumatera Utara