Percobaan 2 KESIMPULAN OPTIMISASI BIAYA KONSTRUKSI DAN OPERASI PENGERING EFEK RUMAH KACA

PERCOBAAN 2 10 20 30 40 50 60 70 80 10 20 30 40 50 60 70 80 Waktu jam K ada r a ir bb AtasI TengahI BawahI Ataso Tengaho Bawaho Jemur Gambar IV-9. Perubahan kadar air produk pada percobaan 2 Keterangan gambar: indeks: i = rak dekat inlet, o = rak dekat outlet Produk cengkeh yang dikeringkan mempunyai kadar air awal 51.6 bb yang digambarkan pada jam ke-17. Agar dapat dibandingkan dengan Gambar IV-8 dan Gambar IV-10, maka pada percobaan 2 ini, waktu pengeringan diawali dari jam ke-17, dengan memperhitungkan waktu pengeringan dari kadar air 70 bb hingga 51.6 bb. Perhitungan waktu didasarkan pada persamaan III-2 dan III-5.

c. Percobaan 3

Pada percobaan 3, kadar air awal cengkeh 72.8 bb Gambar IV-10. Pengeringan dengan ERK diawali pada pukul 11.30 pada hari ke-1 hingga pukul 17.00. Selanjutnya pada hari ke-2 hingga ke-5 pengeringan diawali pada pukul 7.00 hingga pukul 17.00 setiap harinya. Sehingga waktu pengeringan terlama yang dibutuhkan dengan pengering ERK adalah 50 jam 5 hari. Sedangkan untuk penjemuran, pada percobaan 3, pengeringan berlangsung selama 72 jam 9 hari. Pada Tabel IV-6 ditunjukkan nilai ragam kadar air produk untuk seluruh percobaan percobaan 1, 2 dan 3. Akibat adanya keragaman suhu udara pengering antar rak, maka terjadi pula perbedaan kadar air cengkeh antar rak. Secara umum pada seluruh percobaan perbedaan kadar air pada arah vertikal lebih besar dibandingkan dengan arah horizontal. Percobaan 3 memiliki nilai ragam arah vertikal yang kecil dibandingkan ragam kadar air pada percobaan 1 dan 2. PERCOBAAN 3 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 10 20 30 40 50 60 70 80 Jam ke- K a d a r a ir b b Rak atas-i Rak thg-i Rak-bwh-i Rak atas-o Rak thg-o Rak bwh-o Jemur Gambar IV-10. Perubahan kadar air produk pada percobaan 3 Keterangan gambar: indeks i = rak dekat inlet, o = rak dekat outlet Tabel IV-6. Nilai ragam kadar air pada percobaan 1, 2 dan 3. Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 Nilai ragam KA arah vertikal antar rak atas, tengah dan bawah 6.26 4.29 3.78 Nilai ragam KA pada rak atas 3.52 1.61 0.55 Nilai ragam KA pada rak tengah 2.24 1.40 1.49 Nilai ragam KA pada rak bawah 3.86 0.57 2.23 Nilai ragam KA arah horisontal antara rak kanan dan kiri pada ketinggian yang sama 3.20 1.20 1.40

4.4.3. Kebutuhan Energi Pengeringan dan Efisiensi Pengeringan

Pada Tabel IV-7 disajikan data performansi pengering serta hasil perhitungan energi pengeringan untuk percobaan 1, 2 dan 3. Energi pengeringan dinyatakan dalam energi untuk menguapkan uap dari produk yang dikeringkan. Pada percobaan ini kebutuhan energi masih sangat tinggi. Hal ini disebabkan oleh karena pengeringan dilakukan pada kapasitas yang lebih kecil dibandingkan dengan kapasitas maksimum alat. Tabel IV-7. Data dan performansi pengeringan ERK hasil pengukuran Parameter Satuan Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 Massa produk basah kg 39 80 80 Kadar air produk awal bb 68.4 72 72.8 Kadar air produk akhir bb 12 12 12 Nilai ragam kadar air bb 6.26 4.29 3.78 Rata-rata waktu pengeringan Jam 51 61 45 Suhu udara lingkungan o C 33.14 33.9 37.20 Suhu udara pengering o C 42.5 39.1 48.4 Nilai ragam suhu udara pengering o C 2.5 2.6 2.4 RH udara lingkungan 27.6 57 71 RH udara pengering 33 58 46.5 Iradiasi surya Wm 2 538 483 310 Luas bidang transmisi surya m 2 12.96 12.96 12.96 Debit pengeringan m 3 dt 0.211 0.211 0.211 Energi kipas W.jam 11540 10760 11700 Daya kipas W 260 260 260 Massa bahan bakar kg 18.65 32.5 29 Efisiensi pengeringan 12.0 14.8 19.1 Kebutuhan energi suryakg air yang diuapkan MJkg 0.2 0.1 0.5 Kebutuhan energi listrikkg air yang diuapkan MJkg 1.7 0.7 0.8 Kebutuhan energi biomassakg air yang diuapkan MJkg 21.4 17.2 14.7 Kebutuhan energikg air yang diuapkan MJkg 23.3 18.0 16.0 Pada percobaan 3 dihasilkan nilai energi pengeringan terkecil, yaitu 16 MJkg. Di sini energi dari pembakaran arang mempunyai peranan terbesar di atas 91 dari input energi total. Pemanfaatan energi matahari adalah 4 dari input energi total dan sisanya diperoleh dari energi listrik untuk menggerakkan kipas sebesar 5 . Karena iradiasi matahari kecil pada saat percobaan dilaksanakan, yaitu 310 Wm 2 , maka untuk mendapatkan tingkat suhu yang diinginkan yaitu 48.4 o C, dibutuhkan energi tambahan dari bahan bakar arang kayu. Efisiensi pengeringan tertinggi adalah percobaan 3, yaitu sebesar 19.1 . Pada percobaan 2, kipas dinyalakan secara intermitten. Pada malam hari, dinyalakan 1 buah kipas yang berada di dekat penukar panas yang berfungsi untuk meniupkan udara panas. Kipas samping dan atas dinyalakan secara intermitten, sehingga penggunaan energi listrik per kg uap pada percobaan 2 mempunyai nilai terkecil. Dilihat dari sisi penggunaan energi, pengering ERK lebih hemat dibandingkan dengan pengering tipe cross flow untuk pengeringan cengkeh. Alat pengering tipe cross flow ini terdiri dari 5 rak bersusun, dimana pengeringan cengkeh terjadi secara kontinyu. Cengkeh dicurahkan pada rak 1, setelah mengalami pengeringan pertama kemudian cengkeh pada rak1 dialirkan menuju rak 2, demikian selanjutnya hingga pada akhir perjalanan konveyor pada rak 5, cengkeh telah kering. Pada pengering cross flow, cengkeh dari kadar air 71.7 bb hingga 10.5 bb, dikeringkan dalam waktu 38 jam pada suhu 60 o C dan RH 25 . Kebutuhan energi pengeringan per kg uap air untuk tipe cross flow adalah 31.9 MJ per kg uapHartani, 1991.

4.4.4. Mutu Produk Hasil Pengeringan

Mutu bunga cengkeh hasil percobaan dinyatakan pada Tabel IV-8, IV-9 dan IV-10. Mutu bunga cengkeh dari percobaan 1 digolongkan pada kelas mutu II, sedangkan mutu cengkeh pada percobaan 2 dan 3 digolongkan pada kelas mutu I. Namun hasil percobaan penjemuran, digolongkan pada mutu II karena warna cengkeh yang dihasilkan lebih muda yaitu coklat, meskipun untuk parameter mutu lainnya termasuk kelas mutu I. Menurut petani cengkeh, ada sebagian konsumen lebih menyukai warna bunga cengkeh kering coklat dibandingkan yang gelap coklat kehitaman. Sehingga nilai jual produk cengkeh, selain ditentukan oleh standar mutu perdagangan nasional, juga ditentukan oleh selera pembeli. Parameter mutu benda asing, gagang cengkeh dan cengkeh inferior pada percobaan ini tidak dipisahkan antar rak, sehingga diperoleh satu nilai untuk setiap percobaan. Parameter mutu bunga cengkeh kering yang sangat dipengaruhi oleh pengeringan adalah kandungan minyak atsiri. Kadar minyak atsiri produk hasil percobaan cukup tinggi, bahkan lebih tinggi dari pada persyaratan yang distandarkan dalam mutu I, hal ini menunjukkan bahwa suhu dan aliran udara yang digunakan sesuai untuk proses pengeringan bunga cengkeh. Suhu dan aliran udara mempunyai peranan penting dalam membawa uap air dan minyak keluar dari produk. Selama proses pengeringan akan terjadi proses hidrodifusi , dimana pada saat kadar air produk masih tinggi, maka minyak akan ikut terbawa oleh air menguap dari produk. Kehilangan minyak akan semakin besar dengan semakin besarnya suhu dan aliran udara. Tabel IV-8. Mutu bunga cengkeh kering percobaan 1 Posisi dekat Inlet Posisi dekat Outlet Jemur Rak atas Rak tengah Rak bawah Rak atas Rak tengah Rak bawah Ukuran rata rata rata rata rata rata rata Warna Coklat kehitaman Coklat kehitam an Coklat kehitam an Coklat kehitam an Coklat kehitam an Coklat kehitam an coklat Bahan asing bb 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.9 Gagang cengkeh bb 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.5 Cengkeh inferior bb . 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 1.7 Kadar air bb 8.79 10.97 8.97 10.91 8.95 9.92 9.94 Kadar minyak atsiri vb 20.89 21.73 21.65 21.56 21.96 21.13 21.89 Kelas mutu II II II II II II II Tabel IV-9. Mutu bunga cengkeh kering percobaan 2 Posisi dekat Inlet Posisi dekat Outlet Jemur Rak atas Rak tengah Rak bawah Rak atas Rak tengah Rak bawah Ukuran rata rata rata rata rata rata rata Warna Coklat kehitaman Coklat kehitam an Coklat kehitam an Coklat kehitam an Coklat kehitam an Coklat kehitam an coklat Bahan asing bb 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Gagang cengkeh bb 1 1 1 1 1 1 1.6 Cengkeh inferior bb . 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.5 Kadar air bb 11.6 10.57 9.91 10.93 8.99 9.98 10.99 Kadar minyak atsiri vb 23.86 24.44 23.2 23.96 23.12 22.92 22.86 Kelas mutu I I I I I I II Posisi rak memberikan perbedaan pada kandungan minyak atsiri yang dihasilkan, tetapi tidak memberikan pola yang teratur. Kandungan minyak atsiri rata-rata hasil pengering ERK pada percobaan 2 lebih tinggi dibandingkan dengan kandungan minyak atsiri penjemuran. Sebaliknya terjadi pada percobaan 1 dan 3, kandungan minyak atsiri pada penjemuran lebih tinggi dibandingkan dengan kandungan minyak atsiri hasil pengering ERK. Percobaan 1 dan 3 berlangsung selama 5 hingga 6 hari, sedangkan percobaan 2 berlangsung selama 3 hari. Waktu pengeringan yang semakin lama diduga menyebabkan proses kehilangan minyak atsiri yang semakin besar. Tabel IV-10. Mutu bunga cengkeh kering percobaan 3 Posisi dekat Inlet Posisi dekat Outlet Jemur Rak atas Rak tengah Rak bawah Rak atas Rak tengah Rak bawah Ukuran rata rata rata rata rata rata rata Warna Coklat kehitaman Coklat kehitaman Coklat kehitaman Coklat kehitaman Coklat kehitaman Coklat kehitaman coklat Bahan asing bb 0.3 0.5 0.5 0.2 0.5 0.5 0.1 Gagang cengkeh bb 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 Cengkeh inferior bb . 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Kadar air bb 12 11 10.94 10.98 12.93 10 12 Kadar minyak atsiri 22.45 23.3 23.12 22.71 22.89 22.82 23.03 vb Kelas mutu I I I I I I II Mutu minyak bunga cengkeh hasil penyulingan dinyatakan dalam Tabel IV-11. Minyak bunga cengkeh yang dihasilkan dari percobaan telah memenuhi standar kualitas perdagangan. Hal ini ditunjukkan oleh kadar eugenol yang berperanan penting sebagai inti dari kandungan minyak atsiri. Putaran optik dan indeks bias menyatakan kejernihan. Minyak bunga cengkeh yang dihasilkan cukup jernih. Berat jenis minyak bunga cengkeh untuk percobaan 3 lebih kecil dari pada standar, dikarenakan, sebagian air belum dapat dipisahkan dari minyak. Berat jenis minyak bunga cengkeh lebih besar dibandingkan dengan air, sehingga adanya air di dalam minyak akan menurunkan berat jenis totalnya. Untuk parameter kelarutan dalam alkohol, minyak yang dihasilkan dari percobaan sukar larut di dalam alkohol 70. Tabel IV-11. Uji mutu minyak bunga cengkeh Syarat mutu Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 Standar mutu Borat jenis 25 o C 1.041 1.044 1.0375 1.044 – 1.057 Indeks bias 20 o C 1.5265 1.5264 1.5281 1.528 – 1.538 Putaran optik Ta -1 o 19’ -1 o 39’ -1 o 35’ – 0 o Kadar eugenol total 90 87 85 85 - 93 Kelarutan dalam alkohol 70 1:1 1:1 1:1 1:2 Lemak

4.5. KESIMPULAN

Perbedaan suhu pengeringan pada arah vertikal lebih besar dibandingkan arah horizontal, masing-masing dengan nilai ragam sebesar 2.4 o C dan 0.95 o C. Perbedaan suhu ini menyebabkan perbedaan kadar air produk antar rak, yaitu sebesar 3.78 bb. Perbedaan suhu udara pengering antar rak di dalam ruang pengering terutama terjadi pada siang karena pengaruh radiasi surya yang langsung mengenai rak teratas. Perbedaan ini dapat diatasi dengan menggunakan plat absorber yang luas sesuai dengan kapasitasnya untuk menghasilkan suhu udara pengering yang diinginkan dan meletakkan plat absorber pada posisi yang terkena sinar surya secara langsung. Untuk mendapatkan efisiensi pengeringan dan mutu bunga cengkeh kering yang tinggi, suhu pengeringan cengkeh sebaiknya dipertahankan sebesar 48 o C dan kapasitas produk yang dikeringkan adalah kapasitas maksimum pengering dan tebal lapisan cengkeh 3 cm. Proses pengeringan secara kontinyu 24 jam per hari dapat mempercepat jumlah hari pengeringan, dan memperkecil kehilangan minyak atsiri. Tetapi pengeringan malam hari membutuhkan konsumsi energi per kg uap air produk yang tinggi pula. Untuk itu pada malam hari kipas dinyalakan secara intermitten, hal ini dapat memperkecil konsumsi energi listrik. Penggunaan energi tambahan dari bahan bakar arang perlu diberikan secara kontinyu pada malam hari untuk mempertahankan suhu pengeringan pada 48 o C dan mempersingkat waktu pengeringan hingga 4 hari. Pada musim penghujan pengering ERK sangat efektif digunakan karena menghasilkan performansi yang lebih baik dibandingkan dengan penjemuran. Efisiensi pengeringan tertinggi diantara ke 3 percobaan adalah 19 dan penggunaan energi per kg uap sebesar 16 MJkg. Mutu yang dihasilkan dari seluruh rangkaian percobaan adalah mutu I dan mutu II.

4.6. DAFTAR PUSTAKA

Bermawie, N. 1997. Pemuliaan tanaman cengkeh. Monograf Cengkeh II. BPPP Balitro. Bogor. Hadipoentyanti, E. 1997. Tipe dan karakteristik cengkeh Syzygium aromaticum L Merr dan Perry. Monograf Cengkeh II. BPPP Balitro. Bogor. Kamaruddin A., A.H. Tambunan, Thamrin, F. Wenur, dan Dyah W. 1994. Optimasi dalam perencanaan alat pengering hasil pertanian dengan energi surya. Laporan Penelitian Hibah Bersaing. Bogor. Kamaruddin A., Dyah, W., L.O. Nelwan dan L.P. Manalu. 1999. Recent Development of GHE Solar Drying in Indonesia Grass Root Project. Proceedings. ADC’99 The First Asian - Australian Drying Conference. Bali, 24-27 Oktober 1999. CREATA. LP IPB. Bogor. Ketaren, S. 1979. Pengolahan Minyak Atsiri I. Terjemahan dari Essential Oil Volume I. Ernest Guenther. D. Van Nostrad Co., Inc., New York. FATETA IPB. Bogor. Nurjannah, N., Yuliani, S. dan Yanti L. 1997. Pengolahan dan diversifikassi hasil cengkeh. Monograf Cengkeh II. BPPP Balitro. Bogor. Rosman, R. dan P. Wahid. 1997. Strategi alternatif pengembangan tanaman cengkeh dalam menghadapi kelebihan produksi. Monograf Cengkeh II. BPPP Balitro. Bogor. Tambunan, A.H., Dyah W., L.O. Nelwan dan Hartulistiyoso, E. 2001. Panduan Praktis Mujumdar untuk Pengeringan Industrial. Terjemahan dari Mujumdar’s Practical Guide for Industrial Drying. Sakamon Devahastin. Seri Pustaka IPB Press. Bogor. Wahid, P. dan Surmaini, E. 1997. Pola tanam berbasis cengkeh. Monograf Cengkeh II. BPPP Balitro. Bogor.

BAB V. ALIRAN UDARA DALAM ALAT PENGERING ERK 5.1. PENDAHULUAN

5.1.1. Latar Belakang

Kadar air merupakan salah satu parameter mutu yang perlu diperhatikan dalam mengeringkan produk. Masalah yang terjadi di lapang adalah adanya ketidakseragaman kadar air produk hasil pengeringan. Salah satu penyebab beragamnya kadar air produk adalah distribusi aliran panas yang tidak merata di dalam ruang pengering selama proses pengeringan, khususnya tipe rak. Untuk memecahkan masalah tersebut perlu dilakukan suatu analisis sifat dan pola aliran serta distribusi udara di dalam ruang pengering. Distribusi aliran udara dan suhu di dalam pengering ERK diduga dipengaruhi oleh posisi dan kapasitas kipas sebagai instrumen untuk mengalirkan udara, posisi dan luas hamparan produk di dalam rak, yang merupakan target utama yang akan dikenai udara panas, posisi dan besarnya inlet dan outlet, posisi dan kapasitas penukar panas dan plat absorber sebagai instrumen penting untuk meningkatkan suhu di dalam ruang pengering. Melalui simulasi aliran udara dan suhu posisi penempatan kipas, penukar panas, inlet, outlet dapat diketahui secara tepat sehingga tujuan keseragaman mutu produk dan penghematan energi akan tercapai dan efisiensi pengeringan dapat ditingkatkan. Pemecahan analisis aliran udara dapat dilakukan dengan metode CFD Computational Fluid Dynamics . Metode CFD menggunakan analisis numerik yaitu kontrol volume sebagai elemen dari integrasi persamaan-persamaan yang terdiri dari persamaan keseimbangan massa, momentum dan energi Versteeg, dan Malalasekera, 1995. Dengan demikian penyelesaian persamaan untuk benda 2 dimensi atau 3 dimensi lebih cepat dan dapat dilakukan secara simultan. Lokasi-lokasi kipas, inlet dan outlet serta ukuran alat dapat diubah-ubah di dalam program simulasi, untuk melihat distribusi aliran panas yang optimal, sehingga biaya disain konstruksi alat dapat dihemat. Melalui teknik CFD dapat ditentukan disain dengan penempatan kipas, sistem pemanas, sistem penyaluran udara dan wadah produk, pada posisi yang tepat sehingga keseragaman mutu produk dan penghematan energi akan tercapai dan efisiensi pengeringan meningkat.

5.1.2. Tujuan

Penelitian ini secara umum bertujuan untuk mendapatkan pola aliran panas dalam ruang pengering berenergi surya yang seragam menggunakan teknik CFD, melalui simulasi perubahan dan sebaran suhu dan kecepatan angin. Penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai dasar dalam menentukan disain pengering produk-produk pertanian, untuk skala kecil maupun besar, karena ukuran alat dapat dibuat sedemikian rupa sesuai dengan kebutuhan pengguna, dengan keluaran hasil yang mudah dibaca oleh semua orang.