Pengujian Performansi Mesin Pengering Pr

Jurnal

Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014

1,2

ISSN 2338 1035

Muhardityah1, Mulfi Hazwi2
Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155
E mail : muhardityah90@yahoo.com

Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang dapat digunakan untuk
mengeringkan produk hasil pertanian, perkebunan, dan lain lain. Salah satu produk hasil
pertanian yang dikeringkan mesin pengering ini adalah Cabai Merah. Tujuan pengujian ini
adalah mengetahui kadar air dan kandungan vit.C yang terdapat dalam cabai merah sebelum
dan sesudah pengeringan. Pada kolektor surya, radiasi matahari yang jatuh di permukaan
kolektor akan diserap oleh plat
yang diteruskan oleh kaca sehingga panas yang
dihasilkan oleh

akan mengalir ke dalam
pengering secara konveksi natural. Di
dalam ruang
pengering panas mengalir melewati produk yang diletakkan di atas
dan
membawa kadar air produk dengan mengalami proses penguapan dan membawa uap air
keluar melewati
. Pengujian dilakukan pada pukul 09:00 – 17:00 WIB pada saat kondisi
cuaca cerah. Efisiensi rata rata kolekor surya alat pengering selama proses pengujian sampel
pertama dan kedua adalah 69,70%. Alat yang dirancang adalah kolektor surya tipe plat bersirip
dengan ukuran 2m x 2m x 0,17m. Kolektor surya terdiri dari lapisan kayu, steyrofoam dan
rockwoll sebagai isolator. Selain kolektor, dirancang juga ruang pengering sebagai tempat
pengeringa hasil pertanian dengan ukuran 2m x 1m x 1m. Sampel yang digunakan dalam
pengujian alat ini adalah cabai merah.

Penggunaan energi fosil saat ini
diperkirakan akan terus meningkat
disebabkan karena tetap meningkatnya
jumlah
penduduk

dunia,
yang
memerlukan pangan dan kesejahteraan
serta kualitas hidup yang lebih baik,
yang hanya dapat dipenuhi dengan
pemacuan
proses
industrialisasi.
Sebagai konsekuensi energi yang
merupakan
motor
penggerak
industrialisasi tersebut. Sejauh mana
pengurangan konsumsi bahan bakar
fosil untuk kedepannya tergantung
kepada kesadaran kita terhadap
masalah serta dampak pencemaran
lingkungan yang disebabkan oleh
pemakaian bahan bakar fosil tersebut,
dan perkembangan hasil teknologi

energi alternatif.
Sinar matahari adalah salah satu
gelombang
elektromagnetik
yang
memancarkan energi yang disebut
dengan energi surya ke permukaan
bumi secara terus menerus. Energi ini

mempunyai sifat antara lain tidak
bersifat polutan, tidak dapat habis
(terbarukan) dan juga gratis. Tetapi,
potensi energi yang sangat besar ini
belum dimanfatkan secara optimal dan
masih terbuang begitu saja.
Untuk mengurangi pemakaian
energi berbasis fosil yang akan
menyebabkan pemanasan global, salah
satunya adalah pemanfaatan energi
sinar matahari. Pemanfaatan energi

sinar matahari dapat digunakan pada
mesin
pengering,
seperti
mesin
pengering
hasil
pertanian
dan
perkebunan. Pengolahan pasca panen
hasil pertanian atau perkebunan
mempunyai peranan penting dalam
kehidupan masyarakat Indonesia, yang
sekaligus juga merupakan sumber
pemasukan devisa negara yang cukup
besar. Dengan penerapan sistem
energi sinar matahari pada teknologi
ini, diharapkan akan mempercepat
proses pengeringan hasil pertanian dan
perkebunan.

Selain
untuk
mempercepat pengeringan, juga dapat
67

Jurnal

Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014

menjaga mutu dan kwalitas hasil
pertanian dan perkebunan tersebut.
Hal hal inilah yang melatarbelakangi
tugas akhir ini.

Pengeringan hasil pertanian dan
perkebunan merupakan salah satu unit
operasi energi paling intensif dalam
pengolahan pasca panen. Unit operasi
ini diterapkan untuk mengurangi kadar
air produk seperti berbagai buah

buahan, sayuran, dan produk pertanian
atau perkebunan lainnya setelah
panen. Pengeringan adalah proses
pemindahan panas dan uap air secara
simultan yang memerlukan panas untuk
menguapkan air dari permukaan bahan
tanpa mengubah sifat kimia dari bahan
tersebut.
Dasar
dari
proses
pengeringan
adalah
terjadinya
penguapan air ke udara karena
perbedaan kandungan uap air antara
udara dan bahan yang dikeringkan.
Laju pemindahan kandungan air dari
bahan
akan

mengakibatkan
berkurangnya kadar air dalam bahan.
Pada prinsipnya, pengeringan
hasil
pertanian
dan
perkebunan
bertujuan untuk mengurangi kadar air
yang terkandung pada bahan sampai
pada kadar air yang diinginkan. Tujuan
mengurangi kadar air adalah untuk
memperpanjang kehidupan rak produk
bio asal dengan mengurangi kadar air
ke tingkat yang cukup rendah sehingga
menghambat
pertumbuhan
mikroorganisme, reaksi enzimatik, dan
reaksi lainnya yang memperburuk
produk pertanian dan perkebunan
tersebut.

Faktor faktor yang berpengaruh
dalam proses pengeringan adalah
suhu, kelembaban udara, laju aliran
udara, kadar air awal bahan dan kadar
air akhir bahan.
!
Pengeringan adalah proses
pengeluaran air dari suatu bahan
pertanian
menuju
kadar
air
kesetimbangan dengan udara sekeliling
atau pada tingkat kadar air dimana
mutu bahan pertanian dapat dicegah

ISSN 2338 1035

dari serangan jamur, enzim aktifitas
serangga [1]. Sedangkan proses

pengeringan
adalah
proses
pengambilan atau penurunan kadar air
sampai batas tertentu sehingga dapat
memperlambat laju kerusakan bahan
pertanian akibat aktivitas biologis dan
kimia sebelum bahan diolah atau
dimanfaatkan [2]. Perpindahan massa
dapat
dianalogikan
dengan
perpindahan panas. Massa yang
berpindah (berdifusi) dapat dianggap
sebagai panas dan tempat massa
berdifusi disebut medium. Perpindahan
massa hanya dibagi atas perpindahan
massa konduksi dan perpindahan
massa konveksi, dengan kata lain tidak
ada perpindahan massa radiasi.

Pengeringan meruapakan salah satu
cara dalam teknologi pangan yang
dilalakukan dengan tujuan pengawetan.
Manfaat lain dari pengeringa adalah
memperkecil volume dan berat bahan
disbanding kondisi awal sebelum
pengeringan.
Sehingga,
akan
menghemat
ruang
[3].
Kelembaban udara (RH) juga
mempengaruhi proses pengeringan.
Kelembaban udara berbanding lurus
dengan waktu pengeringan. Semakin
tinggi kelembaban udara maka proses
pengeringan (waktu pengeringan) akan
berlangsung lebih lama. Apabila bahan
pangan

dikeringkan
dengan
menggunakan udara sebagai medium
pengering, maka semakin panas udara
tersebut semakin cepat perngeringan.
Berbeda dengan RH, kecepatan aliran
udara berbanding tebalik dengan waktu
pengeringa. Semakin tinggi kecepatan
aliran udara, proses pengeringan akan
berjalan lebih cepat.
Faktor lain yaitu kadar air bahan
yang dikeringkan bahwa pengeringan
bertujuan untuk mengurangi kadar air
bahan
untuk
menghambat
perkembangan organism pembusuk.
Kadar air suatu bahan berpengaruh
terhadap banyaknya air yang diuapkan
dan lamanya proses pengeringan.
Kadar air bahan pangan dapat
dinyatakan sebagai kadar air basi
kering dan kadar air basis basah. Kadar
air basis kering adalah perbandingan
berat air dalam bahan dengan berat
68

Jurnal

Dinamis, Volume.9,, No.1
No. Juni 2014

bahan keringnya. Kadar air
ir basis
bas basah
adalah perbandingan berat
rat air
ai dalam
bahan dengan berat bahan total. Bila
bahan yang akan dikeringkan
kan di
dipotong
potong atau dibelah maka proses
pengeringan akan berlangsung
ngsung lebih
cepat. Hal ini dikarenakan
n pembelahan
pem
atau pemotongan akan memperluas
mem
permukaan bahan sehingga
ga akan
ak
lebih
banyak
permukaan bahan
yang
berhubungan dengan udara
ara panas dan
mengurangi jarak gerak panas
pana untuk
samapi ke bahan yang dikeringk
eringkan [4].
"
!
Salah
satu
faktor
aktor
yang
mempengaruhi proses pengeringan
penger
adalah
kadar
air,
pengeringan
penger
bertujuan untuk mengurangi
ngi kadar
k
air
bahan
untuk
menghambat
meng
perkembangan organisme
e pembusuk.
pe
Kadar air suatu bahan berpengaruh
berpengar
terhadap
banyaknya
air
yang
diuapakan
dan
lamanya
nya
proses
pengeringan [5]. Kadar air
ir suatu
suat bahan
merupakan banyaknya kandungan
andungan air
persatuan
bobot
bahan
ahan
yang
dinyatakan dalam persen basis
basi basah
atau dalam persen basis
kering
. Kadar
ar air
ai basis
basah mempunyai batass maksimum
ma
teoritis sebesar 100%, sedangkan
sedang
kadar air basis kering lebih
ih rendah
renda dari
100%. Kadar air basis basah (b,b)
adalah perbandingan antara
tara berat air
yang ada dalam bahan dengan berat
total bahan.
Kadar air basis basah dapat
pat ditentukan
di
dengan persamaan berikut:

=

−

100% =

ISSN
SN 2338
2
1035

Dimana:
ring (%bk)
(
M = Kadar air basis kering
Wm = Berat akhir sampell + air (g)
Wd = Berat bahan kering
g (g)
Wt = Berat total (g)
Kadar air basis kering adalah
berat
bahan
setelah me
mengalami
pengeringan dalam waktu
aktu tertentu
sehingga beratnya konstan
nstan. Pada
proses
pengeringan,
air
yang
terkandung
dalam
bahan
tidak
seluruhnya
diuapkan
m
meskipun
demikian hasil yang diperoleh
eroleh disebut
juga sebagai berat bahan kering
kerin [6].
$%$
"! ! $ &
Matahari mempunyai
yai diameter
1,39×109 m.
Bumi
mengelilingi
me
matahari dengan lintasan
an b
berbentuk
ellipse dan matahari berada
berad
pada
salah satu pusatnya. Jarak
arak rata rata
matahari dari permukaan bumi
bum adalah
1,49×1011 m.
Lintasan
bumii
terhadap
matahari berbentuk ellipse,
e, maka
ma jarak
antara bumi dan matahari
ri adalah
ada
tidak
konstan.
Jarak terdekat
dekat adalah
1,47x1011 m yang terjadi pada tanggal
t
3
Januari 2011,dan jarak terjau
terjauh pada
11
tanggal 3 juli dengan jarak
k 1,52x10
1,52
m.
Karena adanya perbedaan
aan jarak
j
ini,
menyebabkan radiasi yang diterima
atmosfer bumi juga akan berbe
berbeda.
#

100%

....(1)
Dimana:
M = Kadar air basis basah
sah (%bb)
(%
Wm = Berat air dalam bahan
han (g)
(
Wd = Berat bahan kering
g (g)
Wt = Berat total (g)
Kadar air basis kering (b,k)
adalah perbandingan antara
tara berat
be
air
yang ada dalam bahan dengan berat
padatan yang ada dalam bahan.
bah
Kadar
air berat kering dapatt ditentukan
di
dengan persamaan berikut:

=

−

100%

…………
………..(2)

Gambar 1 Pergerakan Bumi
umi T
Terhadap
Matahari
Persamaan radiasi pada atmosfer
adalah sebagai berikut[7]:
34221 cos B +
Gon = Gsc (1,00011 + 0,034221
0,00128 sin B + 0,000719
00719 cos 2B
+ 0,000077 sin 2B)..(3)
dengan nilai B (konstanta hari) sebagai
berikut :
B=

HHHHHH.
HH.(4)
69

Jurnal

Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014

Dimana :
radiasi rata rata yang
Gsc=Daya
diterima atmosfer bumi (1367
W/m2)
B =konstanta yang bergantung
pada nilai n
Gon =radiasi yang diterima atmosfer
bumi (W/m2)
Nilai n bergantung pada urutan hari (i)

ST =STD ±4(Lst Lloc)+E……..(5)
Dimana :
STD = waktu lokal
untuk waktu
Lst
=
lokal (o)
Lloc =derajat bujur untuk daerah
yang dihitung (o) ; untuk bujur
Timur digunakan 4, untuk
bujur barat digunakan +4
E
=faktor persamaan waktu
Pada

persamaan
ini
Lst
untuk waktu lokal.
Lloc adalah derajat bujur daerah
yang sedang dihitung, jika daerah
yang dihitung ada pada bujur timur,
maka gunakan tanda minus didepan
angka 4 dan jika bujur barat adalah
tanda plus. E adalah
, dalam satuan menit dirumuskan
oleh Spencer pada tahun 1971.

E = 229,2(0,000075 + 0,001868 cos B
0,032077 sin B 0,014615 cos2B
0,04089 sin 2B)…………..(6)
Dimana :
B = konstanta yang bergantung pada
nilai n
E = faktor persamaan waktu
Perhitungan persamaan untuk
menghitung sudut deklinasi :
δ = C1 + C2CosB + C3sinB + C4cos2B +
+
C6cos3B
+
C5sin2B
C7sin3BHHHHHHHHHH(7)
Dimana
δ = sudut deklinasi (rad)
C1 = 0.006918
C5 = 0.000907
C2 = 0.399912 C6 = 0.002679
C3 = 0.070257
C7 = 0.00148
C4 = 0.006758
yang

Sudut zenith (θz) adalah sudut
dibentuk garis sinar terhadap

ISSN 2338 1035

garis
zenith. Cosinus sudut zenith
dapat dicari melalui persamaan berikut:
cos θz = cos φ cos δ cos ω + sin φ sin
δHHHHHHH.(8)
Dimana
θz = Sudut zenith
φ = Sudut posisi lintang
δ = Sudut deklinasi
ω = Sudut jam matahari
Sudut jam matahari (ω) dihitung
berdasarkan jam matahari. Definisi
sudut jam matahari adalah sudut
pergeseran semu matahari dari garis
siangnya. Perhitungan berdasarkan jam
matahari (ST), setiap berkurang 1 jam ,
ω berkurang 15o, setiap bertambah 1
jam, ω bertambah 15o .

ω = 15(STD – 12) + (ST STD) x

(9)

Dimana :
STD = waktu lokal
ST = solar
= sudut jam matahari (o)
Dengan estimasi langit cerah,
fraksi radiasi matahari yang diteruskan
dari atmosphere ke permukaan bumi
adalah:

τb = ao + a1 exp

θ

HHH..(10)

adalah radiasi
Radiasi
yang langsung di transmisikan dari
atmosphere ke permukaan bumi.
Adapun persamaan yang digunakan
untuk mencari radiasi beam :
Gbeam= Gon τb cos θz HHHHH..(11)
Dimana:
= radiasi yang diterima
Gon
atmosphere (W/m2)
τb
= faksi radiasi yang diteruskan
ke bumi
cos θz = cosinus sudut zenith
Gbeam = radiasi yang ditransmisikan
dari atmosphere kepermukaan
bumi (W/m2)
Radiasi
adalah radiasi
yang di pantulkan ke segala arah, dan
kemudian
dimanfaatan.
Adapun
persamaan yang digunakan untuk
mencari radiasi diffuse adalah :
Gdifuse = Gon cos θz (0,271 – 0,294
τb)HHHHHHHHHHHH(12)

70

Jurnal

Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014

Dimana :
Gdifuse = Radiasi yang dipantulkan ke
segala arah dan kemudian
dapat dimanfaatkan
Gon = radiasi yang diterima atmosphere
(W/m2)
= faksi radiasi yang diteruskan
τb
ke bumi
cos θz = cosinus sudut zenith

ISSN 2338 1035

, ruang pengering dan inti
cabai.
4.

#

dihidupkan, sebelum
di
kan
merekam data
terlebih dahulu agar di layar laptop
massa berada pada posis 0 gr.
5. Parameter parameter yang akan
diukur dihubungkan ke
dan laptop.
6. Cabai ditimbang dan dimasukkan
kedalam ruang pengering.
7. Proses perekaman data dimulai.
8. Pengeringan dilakukan sampai
mencapai titik
massa
equilibrium.
9. Hasil dari pengujian dianalisis.
10. Selesai.

#

#,

Radiasi total adalah jumlah dari
radiasi
dan radiasi
seperti
pada persamaan berikut :
Gtotal = Gbeam + GdifuseHHHHH.(13)

' ( )$
Alat ukur yang digunakan untuk
mengukur variabel variabel penelitian,
antara lain :
a. Agilent
b.
c. RH Meter
d. !
"
#
#

' ("
*
Peralatan yang digunakan pada
penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Alat Pengering (Lemari Pengering
dan Kolektor)
b. RockWoll
c. Kaca
d. Sterefoam
e. Kayu/Triplek
f. Seperangkat Komputer
Adapun bahan yang digunakan
dalam pengujian ini adalah cabai merah
yang mempunyai kadar air sekitar 70
90% yang akan dikeringkan hingga
mencapai kadar air 15 10% yang
merupaka standart kering cabai merah.
!
$+!
Adapun prosedur pengujian yang
dilakukan adalah :
1. Komponen
alat
pengering
(kolektor, bak pengering, dan kaki
bak pengering) dipersiapkan.
2. Alat pengering dipasang dalam
posisi yang baik dan benar.
dari
3. Kabel kabel
agilient
dipasang
pada
plat

"$
$+!
Pengujian
dimulai
dengan
menghubungkan
kabel kabel
termokopel
antara
dan
parameter parameter yang akan diukur
dimasukkan
temperaturnya. $
ke
agilient
untuk
pencatatan/penyimpanan data selama
membaca
pengukuran. Setelah
temperatur selama waktu yang telah
diatur,
dicabut dan dibaca
dalam bentuk "
%
pada
komputer.

##

Gambar 2 Rangkaian Pengujian
,
,

'!
"! !
% '
Grafik perbandingan radiasi
pengukuran dan radiasi pada kondisi

71

Jurnal

Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014

ISSN 2338 1035

langit cerah pada tanggal 25 April 2014
ditunjukan pada grafik 4.1 dibawah ini:

Gambar 3 Perbandingan Radiasi
Pengukuran
dan
Teoritis
Pada
Sampel1 Hari ke 1
Grafik
diatas
menunjukan
perbandingan radiasi teoritis (garis biru)
dengan radiasi hasil pengukuran (garis
merah)

Gambar 5 Perbandingan Radiasi
Pengukuran
dan
Teoritis
Pada
Sampel2 Hari ke 1
Grafik perbandingan radiasi
pengukuran dan radiasi pada kondisi
langit cerah pada tanggal 6 Mei 2014
ditunjukan pada grafik 4.4 dibawah ini:

Grafik perbandingan radiasi
pengukuran dan radiasi pada kondisi
langit cerah pada tanggal 26 April 2014
ditunjukan pada grafik 4.2 dibawah ini:

Gambar 6 Perbandingan Radiasi
Pengukuran
dan
Teoritis
Pada
Sampel2 Hari ke 2
Gambar 4 Perbandingan Radiasi
Pengukuran
dan
Teoritis
Pada
Sampel1 Hari ke 2
,

'!
"! ! % '
Dari
hasil
pengukuran
dan
perhitungan pada tanggal 5 Mei 2014
diperoleh data sebagai berikut:
Grafik perbandingan radiasi
pengukuran dan radiasi pada kondisi
langit cerah pada tanggal 5 Mei 2014
ditunjukan pada grafik 4.3 dibawah ini:

,#

'!

" '
% '
!
% '
Perhitungan nilai "
&
hasil pengujian pengeringan sampel
yang telah dilakukan, dapat dilihat pada
data dibawah ini:
Massa awal
= 250 gr
Massa akhir
= 54 gr
Kadar air akhir massa
=10 %
Massa cabe kering
= 48.6 gr
Maka nilai MR pada awal pengujian
yaitu pada pukul 09.00 WIB adalah:
MR =

250 − 48.6
250 − 48.6

MR = 1
Nilai MR pengujian pada pukul 09.30
WIB adalah:

72

Jurnal

Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014

MR =

ISSN 2338 1035

245 − 48.6
250 − 48.6

MR= 0.975174

&
sampel
Grafik "
pertama terhadap waktu yang diuji
dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
.
Gambar 9 Pengukuran RH dan
Temperatur Ruangan Pengering Pada
Sampel 1 Hari ke 1

Gambar 7 MR(Moisture Ratio) Pada
Sampel 1
,,

'!

" ' % '
!
% '
&
Perhitungan nilai "
dari hasil pengujian pengeringan
sampel kedua yang telah dilakukan,
didapat data seperti dibawah ini:
Massa awal
: 250 gr
Massa akhir
: 62 gr
Kadar air massa akhir
: 25%
Massa kering
: 55.8 gr

Gambar 10 Pengukuran RH dan
Temperatur Ruangan Pengering Pada
Sampel 1 Hari ke 2

Gambar 8 MR(Moisture Ratio) Pada
Sampel 2
,-

"
%
($
Grafik perbandingan RH dan
temperature pada ruang pengering
pada sampel pertama dapat dilihat
pada gambar dibawah ini:

Gambar 11 Pengukuran RH dan
Temperatur Ruangan Pengering Pada
Sampel2 Hari ke 1

73

Jurnal

Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014

Gambar 12 Pengukuran RH dan
Temperatur Ruangan Pengering Pada
Sampel2 Hari ke 2

ISSN 2338 1035

[1]

Henderson, S. M. And R. L.
Perry.
1976.
'
(
%
) 3rd ed.
The AVI Publ. Co., Inc, Wesport,
Connecticut, USA.

[2]

Brooker, D. B. F. W Bakker
arkema, and C. W. Hall. 1981.
#
*
) Avi
Publishing Company Inc. West
Port, Connecticut.

[3]

Rahman dan Yuyun 2005.
(
(
"
) Kanisius: Yogyakarta.

[4]

Muchtadi
Tien
R.
1989.
(
+
,
(
(
)
Depdikbud PAU IPB, Bogor.

[5]

Taib, G., Gumbira Said, dan S.
Wiraatmadja. 1988. (
(
!
(
) PT Mediyatama
Sarana Perkasa, Jakarta.

[6]

Anonimc. 2011. (
(
(
" )http://bos.fkip.uns.ac.id/

Adapun
kesimpulan
yang
diperoleh dari pengujian ini adalah
sebagai berikut :
1. Dari data yang diperoleh dari hasil
pengujian dapat dilihat bahwa
kurva MR pada sampel 1
menunjukan penurunan kadar air
yang cukup lama ± 3 4 hari
pengeringan, sedangkan untuk
sampel 2 penurunan kurva MR
atau kadar air dalam cabai lebih
cepat dikarenakan pada sampel 2
diperlakukan pembelahan pada
bagian cabai sehingga proses
pengeringan lebih cepat yaitu ± 1 2
hari.
2. Hasil pengujian dilaboratorium
menunjukan bahwa untuk sampel 1
dan 2 kadar air awal cabai segar
sekitar
77%
dan
setelah
dikeringkan kadar airnya sekitar
8%, kandungan vit. C cabai merah
segar 151.1 mg/kg dan setelah
dikeringkan untuk sampel 1
197.4mg/kg
dan
sampel
2
184.3mg/kg.
3. Untuk RH dan Temperatur ruangan
pengering, dimana semakin tinggi
suhu ruangan pengering maka
akan semakin rendah kelembaban
udara yang ada didalam ruangan
pengering
tersebut
karena
kelembaban udara dalam ruangan
akan
memepengaruhi
proses
pengeringan berlangsung.

pertanian/pengendalian
mutu/pengeringan
pendinginan dan
pengemasan komoditas
pertanian.pdf. (Maret 2011).
[7]

Holman,
J.P.1995.
.(
%
/. Erlangga : Jakarta

74