Uji Performansi Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid Tipe Rak Berputar untuk Pengeringan Sawut Ubi Jalar (Ipomoea batatas L.)

UJI PERFORMANSI PENGERING EFEK RUMAH KACA
(ERK)-HYBRID TIPE RAK BERPUTAR UNTUK
PENGERINGAN SAWUT UBI JALAR (Ipomoea batatas L.)

STEPHANI UTARI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul “Uji Performansi
Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid Tipe Rak Berputar untuk Pengeringan
Sawut Ubi Jalar (Ipomoea batatas L.)” adalah benar karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Bogor, Juli 2013
Stephani Utari
NIM F14090053

ABSTRAK
STEPHANI UTARI. Uji Performansi Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid Tipe
Rak Berputar untuk Pengeringan Sawut Ubi Jalar (Ipomoea batatas L.). Dibimbing oleh
DYAH WULANDANI.
Mesin pengering efek rumah kaca tipe rak berputar adalah pengering dengan
sumber energi surya dan biomassa untuk mengeringkan produk pertanian dalam rak
yang dapat diputar secara vertikal. Kapasitas pengering ini adalah 48 kg ubi jalar.
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan uji performansi pengering efek rumah kaca
hibrid tipe rak berputar untuk pengeringan ubi jalar dan menentukan pemodelan pindah
panas ruang pengering pada mesin pengering tersebut. Terdapat tiga perlakuan uji
performa alat, satu kali tanpa beban dan dua kali dengan beban (tanpa pemutaran rak
dan rak diputar 450 setiap 60 menit). Hasil pengeringan sawut ubi jalar menunjukkan
suhu ruang pada pengering berkisar antara (31.6-61.5)0C. Untuk menurunkan kadar air
sawut ubi jalar dari 71.3%bk sampai dengan 9.96%bk (Percobaan 2) dan dari kadar air
72.76%bk menjadi 9.5%bk (Percobaan 3) masing-masing membutuhkan waktu 14.5 dan

13.5 jam. Konsumsi energi spesifik untuk kedua percobaan adalah 42.83 MJ/kg uap air
dan 35.15 MJ/kg dengan efisiensi pengeringan sebesar 5.78% dan 7.47%. Berdasarkan
performa alat, dapat disimpulkan bahwa pemutaran rak menunjukkan performa yang
lebih baik daripada tanpa pemutaran rak.
Kata kunci: pengering efek rumah kaca, biomassa, sawut ubi jalar

ABSTRACT
STEPHANI UTARI. Performance of Rotating Rack Hybrid GHE Solar Dryer for
“Sweet Potatoes”. Supervised by DYAH WULANDANI.
Rotating rack green house effect (GHE) solar dryer is one type of dryer with the
source of energy from solar and biomass energy for drying of agricultural products on
the racks that can be rotated verticaly. The capacity of the drying chamber is 48 kg of
chopped sweet potatoes. The objective of this study is to test the performance of the
hybrid green house effect dryer for drying chopped sweet potatoes and to define
modeling of heat transfer in the drying chamber. There are three experiments of drying:
the first is without products, the second and the third are drying products without
rotating rack and implement the rotating rack 450 every 60 minutes, respectively. The
results of chopped sweet potatoes drying show that drying temperature on the dryer
chamber ranged between 31.6-61.50C. To reduce moisture content from around
71.3 %wb to 9.96 %wb for Experiment 2 and to reduce moisture content of 72.76 %wb

to 9.5 %wb for Experiment 3, it is needed 14.5 hours and 13.5 hour, respectively. The
specific energy consumption of both experiments were 42.83 MJ/kg of moisture
evaporated and 35.15 MJ/kg of moisture evaporated and the drying efficiency of 5.78 %
and 7.47%, respectively. Based on the performance test, it can be concluded that
rotating rack dryer shows better performance than that of without rotating rack.
Keywords: solar dryer, biomass, chopped sweet potatoes

UJI PERFORMANSI PENGERING EFEK RUMAH KACA
(ERK)-HYBRID TIPE RAK BERPUTAR UNTUK
PENGERINGAN SAWUT UBI JALAR (Ipomoea batatas L.)

STEPHANI UTARI

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

Judul Skripsi

: Uji Performansi Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid Tipe
Rak Berputar untuk Pengeringan Sawut Ubi Jalar (Ipomoea
batatas L.)

Nama

: Stephani Utari

NIM

: F14090053

Disetujui oleh

Dr.Ir Dyah Wulandani, MSi
Pembimbing I

Diketahui oleh

Dr.Ir Desrial, M.Eng
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
karunia-Nya sehingga tugas akhir ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2013 ini ialah pengeringan, dengan
judul Uji Performansi Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid Tipe Rak
Berputar untuk Pengeringan Sawut Ubi Jalar (Ipomoea batatas L.).
Dengan selesainya penelitian hingga tersusunnya skripsi ini, penulis ingin
menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada:
1. PT. Indofood Sukses Makmur Tbk. yang telah mendanai penelitian ini hingga

selesai.
2. Pdt. Richard Agung Sutjahjono, STh, MSi dan Blury Danoko selaku orang tua
serta Rio Kusuma, adik penulis, yang telah memberikan banyak dorongan,
motivasi, semangat dan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir
skripsi ini.
3. Dr.Ir Dyah Wulandani, MSi selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah
memberikan nasihat kepada penulis dalam penelitian hingga penyelesaian tugas
akhir skripsi ini.
4. Dr. Ir I Wayan Astika, M.Si dan Ir Sri Endah Agustina, MS selaku dosen penguji
yang telah memberikan arahan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir
skripsi ini.
5. Andreas Gonzales, Rizky Oktavianto, Aditya Nugraha, Gumilar Hismaya, Kala
Yudistira, Ivan, Nafis, Nopri, Desi Puspita, Amajida Bahrina, Elsamila Aritesty,
Angela Dian, Endah Prahmawati, Wahyu Prastikasari dan teman-teman Orion
TMB 46 yang membantu selama penulis melakukan penelitian.
6. Ferry Albert Gideon Rihi, Friska Vida Hutagaol dan Anggi Maniur Hutasoit yang
telah memberikan dukungan penulis selama penelitian.
7. Pak Harto, Pak Darma dan Mas Firman yang telah membantu penulis dalam
penelitian.
Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat.

Bogor, September 2013
Stephani Utari

DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR

x

DAFTAR LAMPIRAN

xi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

2

Tujuan

2

Manfaat Penelitian

2

TINJAUAN PUSTAKA

2

Ubi Jalar (Ipomoea batatas L.)

2

Teori Pengeringan

4

Pengering Efek Rumah Kaca Tipe Rak Berputar

5

Bentuk Energi

6

Sumber Energi untuk Pengering Tipe Efek Rumah Kaca Hibrid

7

Pindah Panas pada Sistem

8

METODOLOGI PENELITIAN

9

Waktu dan Tempat Penelitian

9

Bahan dan Alat

9

Prosedur Penelitan

10

Perlakuan Percobaan

12

Penentuan Parameter Unjuk Kerja Mesin Pengering

12

Metode Pengambilan Data

13

Analisis Data

15

Proses pindah panas

18

HASIL DAN PEMBAHASAN

19

SIMPULAN DAN SARAN

44

Simpulan

44

Saran

44

DAFTAR PUSTAKA

45

RIWAYAT HIDUP

68

x

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Komposisi ubi jalar per 100 gram bahan
Mutu Ubi Jalar Segar
Studi-studi yang dilakukan pada pengering efek rumah kaca-hybrid
Profil rata-rata suhu, RH, kecepatan angin rata-rata pada rak,
lingkungan dan outlet Percobaan 1
Nilai rata-rata suhu tiap rak pada Percobaan 2
Nilai rata-rata suhu tiap sampel pada Percobaan 3
Penggunaan input energi dan total energi untuk pengeringan
sawutan ubi jalar
Jumlah pengumpanan bahan bakar biomassa selama pengeringan
Kehilangan panas dari tungku dan cerobong
Perbandingan unjuk kerja alat pengering efek rumah kaca untuk
beberapa produk pertanian
Parameter performansi alat pengering ERK-hybrid tipe rak berputar
Parameter yang digunakan dalam simulasi
Perbandingan suhu rata-rata dan keseragaman suhu hasil simulasi
dan suhu terukur

3
4
6
21
23
23
31
32
35
37
38
43
43

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

Ubi Jalar
Kurva penurunan laju pengeringan terhadap waktu
Proses pindah panas pada alat pengering
Alat pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid tipe rak berputar
Diagram alir penelitian
Titik-titik pengukuran
Sebaran suhu rak pengering Percobaan 1
Suhu dan RH ruangan pada Percobaan 2 selama proses pengeringan
Suhu dan RH ruangan pada Percobaan 3 selama proses pengeringan
Sebaran suhu rak pengering Percoban 2
Sebaran suhu rak pengering Percobaan 3
Iradiasi matahari pada Percobaan 2
Iradiasi matahari pada Percobaan 3
Suhu lingkungan, iradiasi, RH lingkungan Percobaan 2
Suhu lingkungan, iradiasi, RH lingkungan Percobaan 3
Penurunan kadar air sawut ubi jalar pada Percobaan 2
Penurunan kadar air sawut ubi jalar pada Percobaan 3
Laju pengeringan sawutan ubi jalar pada Percobaan 2
Laju pengeringan sawutan ubi jalar pada Percobaan 3
Sawutan ubi jalar sebelum dikeringkan
Sawutan ubi jalar setelah dikeringkan
Perbandingan input energi masing-masing percobaan
Jumlah biomassa, iradiasi surya dan suhu udara pengering pada
Percobaan 1

3
5
9
10
11
14
20
22
22
23
24
24
25
26
26
27
28
29
29
30
30
31
33

xi

24
25
26
27
28
29
30
31
32

Jumlah biomassa, iradiasi surya dan suhu udara pengering pada
Percobaan 2
Jumlah biomassa, iradiasi surya dan suhu udara pengering pada
Percobaan 3
Perbandingan laju pengeringan dengan menggunakan cahaya
matahari dan pengering ERK Percobaan 2
Perbandingan laju pengeringan dengan menggunakan cahaya
matahari dan pengering ERK Percobaan 3
Perbandingan suhu lingkungan hasil simulasi dan suhu terukur
Perbandingan suhu ruangan hasil simulasi dan suhu terukur
Perbandingan suhu absorber hasil simulasi dan suhu terukur
Perbandingan suhu heat exchanger hasil simulasi dan suhu terukur
Perbandingan iradiasi surya hasil simulasi dan iradiasi terukur

33
34
36
36
41
41
41
42
42

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Data nilai-nilai hasil pengukuran pada Percobaan 1 tanpa beban
Data nilai-nilai hasil pengukuran pada Percobaan 2 dengan beban
Data nilai-nilai hasil pengukuran pada Percobaan 3 dengan beban
Perhitungan efisiensi penggunaan energi pada pengeringan ubi jalar
Kehilangan panas pada dinding tungku (QL1) Percobaan 1
Kehilangan panas pada lantai tungku (QL2) Percobaan 1
Kehilangan panas pada cerobong (QL3) Percobaan 1
Perhitungan kehilangan panas pada dinding ruang pengering (QL4)
Percobaan 1
Keterangan dan contoh penggunaan rumus-rumus pada Percobaan 1
Keterangan dan contoh perhitungan parameter simulasi
Data performansi pengering efek rumah kaca-hybrid tipe rak
berputar

47
50
52
54
57
58
59
60
61
63
67

xii

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Ubi jalar merupakan salah satu produk pangan lokal yang potensial dan
prospektif untuk dikembangkan sebagai produk diversifikasi pangan. Di Indonesia
ubi jalar termasuk palawija terpenting ke-3 setelah jagung dan singkong
(Widowati et al 2002) dengan produktivitas 10-30 ton/hektar. Ubi jalar juga dapat
diolah menjadi beranekaragam produk dan bahan baku industri seperti pati,
tepung, saos dan alkohol. Menurut Sarwono (2005), subtitusi terigu dengan
tepung ubi jalar pada industri makanan olahan akan mengurangi penggunaan
terigu 1.4 juta ton per tahun dan dapat menghemat penggunaan gula hingga 20%.
Pengolahan ubi jalar menjadi tepung ubi melewati beberapa tahap salah
satunya adalah melalui pengeringan. Proses pengeringan dilakukan untuk
mengurangi kadar air
yang terkandung pada ubi jalar sehingga dapat
memudahkan dalam pengolahan menjadi tepung serta dapat meningkatkan
kualitas dari tepung ubi jalar itu sendiri. Proses pengeringan ubi jalar selama ini
dilakukan dengan cara tradisional yaitu pengeringan menggunakan penjemuran
langsung, sementara pada industri besar proses pengeringan dilakukan
menggunakan mesin pengering tipe rotari. Pengeringan dengan penjemuran
langsung lebih mudah dan murah, namun pengeringan ini sangat tergantung pada
cuaca, penyinaran matahari, kelembaban udara dan kondisi angin, serta
membutuhkan lahan yang luas. Produk yang dihasilkan dari pengering dengan
cara ini pada umumnya memiliki kadar air akhir yang seragam, namun
menyebabkan produk dapat terkontaminasi oleh material asing seperti debu, serta
serangga sehingga menyebabkan produk tersebut menjadi kurang higienis.
Pengeringan secara mekanis menggunakan mesin pengering tipe rotari akan
menghasilkan produk akhir dengan kadar air seragam namun energi yang
dibutuhkan untuk pengeringan akan cukup besar. Salah satu cara untuk menekan
penggunaan energi tetapi dapat menghasilkan kadar air yang seragam dan sesuai
dengan kapasitas pada industri kecil adalah digunakannya pengering semi
mekanis, yaitu pengering efek rumah kaca (ERK)-hybrid tipe rak berputar.
Penggunaan alat pengering efek rumah kaca (ERK)-hybrid tipe rak berputar
dapat mengefektifkan penggunaan energi karena menggunakan system hibrid
(biomassa dan energi surya) dan proses pemutaran rak diharapkan dapat
menyeragamkan kadar air bahan. Sistem hibrid ini digunakan agar pengering
dapat digunakan secara kontinyu, sehingga pada saat cuaca mendung, hujan, atau
pada malam hari proses pengeringan dapat terus berjalan dengan memanfaatkan
biomassa sebagai bahan bakar pada tungku pemanas alat pengering.
Uji kinerja alat pengering efek rumah kaca (ERK)-hybrid tipe rak berputar
untuk sawut ubi jalar sangat penting untuk dilakukan karena belum pernah
dilakukan sebelumnya sehingga data kinerja pengering efek rumah kaca untuk
sawut ubi jalar belum tersedia. Uji kinerja alat pengering efek rumah kaca (ERK)hybrid dilakukan untuk mengetahui performansi dari alat pengering efek rumah
kaca (ERK)-hybrid untuk pengeringan sawut ubi jalar.

2

Perumusan Masalah
Performa alat pengering ERK-hybrid tipe rak berputar ini belum pernah
diuji coba pada pengeringan sawutan ubi jalar. Tujuan uji coba adalah untuk
mengetahui kemampuan alat dalam menghasilkan ubi jalar kering dengan mutu
yang baik dan hemat energi. Dalam rangka penghematan energi, percobaan trial
and eror operasi pengeringan akan membutuhkan biaya percobaan. Oleh karena
itu diperlukan analisis pemodelan pindah panas untuk mempercepat dan
memudahkan kajian untuk menentukan kondisi operasi pengeringan terbaik dan
rekomendasi disain pengering yang hemat energi dan efisien.

Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Melakukan uji performansi pengering efek rumah kaca (ERK)-hybrid tipe
rak berputar berenergi surya untuk pengeringan ubi jalar.
2. Pembuatan model proses pindah panas di dalam ruang pengering pada
mesin pengering tersebut.

Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini yaitu untuk memberikan
informasi kondisi operasi proses pengeringan sawut ubi jalar menggunakan
pengering ERK-hybrid tipe rak berputar secara vertikal, mengefektifkan
penggunaan energi dan mendapatkan mutu yang lebih baik (kadar air akhir dari
sawut ubi jalar seragam) dengan kapasitas pengeringan yang sesuai dengan
kebutuhan industri rumah tangga dan kecil serta dapat digunakan dalam berbagai
kondisi cuaca.

TINJAUAN PUSTAKA
Ubi Jalar (Ipomoea batatas L.)
Menurut ahli botani, ubi jalar (Ipomoea batatas L.) berasal dari benua
Amerika. Ubi jalar merupakan salah satu komoditas sumber karbohidrat utama
setelah padi, jagung dan ubi kayu. Ubi jalar juga biasanya dimanfaatkan sebagai
pengganti makanan pokok karena memiliki sumber kalori yang besar. Ubi jalar
juga merupakan salah satu komoditas utama yang mempunyai daya adaptasi yang
luassehingga dapat tumbuh dan berkembang dengan baik di seluruh nusantara.
Komoditas ini merupakan tanaman umbi-umbian penting ke-2 setelah ubi kayu
yang mempunyai manfaat beragam (Hafsah 2004). Klasifikasi lengkap taksonomi
dari tanaman ubi jalar adalah sebagai berikut :

3

Divisi
Subdivisi
Kelas
Bangsa
Famili
Genus
Species

: Spermatophyta
: Angiospermae
: Dicotyledonae
: Tubiflorae
: Convolvulaceae
: Ipomoea
: Ipomoea batatas L.

Gambar 1 Ubi Jalar
Ubi jalar merupakan sumber karbohidrat dan sumber kalori (energi) yang
cukup tinggi. Kandungan karbohidrat ubi jalar menduduki peringkat keempat
setelah padi, jagung dan ubi kayu. Ubi jalar juga merupakan sumber vitamin dan
mineral sehingga cukup baik untuk memenuhi kebutuhan gizi dan kesehatan
masyarakat. Zat-zat yang terkandung dalam ubi jalar dapat mencegah berbagai
penyakit, membangun sel-sel tubuh, menghasilkan energi dan meningkatkan
proses metabolisme tubuh. Komposisi ubi jalar per 100 gram bahan dapat dilihat
pada Tabel 1.
Tabel 1 Komposisi ubi jalar per 100 gram bahan
Komponen
kadar (gram)
Kandungan air

70

Protein
Lemak

2,3
0,7

Karbohidrat

27,9

Sumber: Tsou, dkk (1989)
Menurut Badan Standardisasi Nasional (1998), mutu ubi jalar dapat dilihat
dari keseragaman bentuk dan berat umbi. Keseragaman bentuk umbi adalah
keseragaman ratio panjang (P)/lebar(L) dari ubi jalar, seperti bulat (P/L berkisar
1-1.5), elips (P/L berkisar 1.6-2.0), panjang (P/L > 2.0) sesuai dengan varietasnya.
Keseragaman berat umbi adalah keseragaman sesuai dengan tiga macam
penggolongan berat yaitu: golongan A (berat > 200 gram per umbi), golongan B
(berat 100-200 gram per umbi) dan golongan C (berat < 100 gram per umbi),
toleransi di atas dan di bawah ukuran berat masing-masing 5% (biji) maksimum.
Mutu ubi jalar dapat digolongkan menjadi 3 golongan mutu berdasarkan
komponen mutu. Penggolongan mutu ubi jalar dapat dilihat pada Tabel 2.

4

No
1

Tabel 2 Mutu Ubi Jalar Segar
Mutu
Komponen Mutu
I
II
Berat umbi (gram/umbi)

>200

100200

Umbi cacat (per 50 biji)
tidak
3 biji
maks
ada
3
Kadar air (% bb min)
65
60
4
Kadar serat (% bb maks)
2
2.5
5
Kadar pati (%bb min)
30
25
Sumber: Badan Standardisasi Nasional (SNI 01-4493-1998)
2

III
75-100
5 biji
60
>3.0
25

Pengolahan pasca panen ubi jalar segar menjadi produk setengah jadi
sangat penting guna memperpanjang umur simpan dari ubi jalar tersebut (Syah
2008). Ubi jalar biasanya dikeringkan untuk tujuan tertentu, misalnya untuk
pembuatan tepung, (Widowati et al 2002) menyebutkan proses pembuatan pati ubi
jalar didahului oleh proses pengupasan dan pencucian, kemudian ubi jalar disawut
atau dirajang tipis. Sawut basah direndam dalam sodium bisulfit 0.3% selama ± 1
jam lalu dipress, diremahkan dan kemudian dikeringkan sampai kadar air 12%.
Sedangkan proses pembuatan tepung ubi jalar adalah umbi dibersihkan dari tanah
dan kotoran kemudian kulitnya dikupas atau dilepas dari umbinya. Setelah itu
disawut (diiris tipis-tipis), sawutan tersebut akan dikeringkan dengan matahari
atau oven. Setelah dikeringkan sawut kering akan digiling dan menjadi tepung ubi
(ubi jalar).

Teori Pengeringan
Menurut Hall (1957) dalam tesis Syah (2008) menyatakan bahwa
pengeringan merupakan proses pengurangan kadar air bahan sampai mencapai
kadar air tertentu sehingga dapat menghambat laju kerusakan bahan akibat
aktivitas biologis dan kimia. Dasar proses pengeringan adalah terjadinya proses
penguapan air bahan ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara
dengan bahan yang dikeringkan. Ada 3 hal yang mempengaruhi proses
pengeringan yaitu kecepatan udara, suhu udara dan kelembaban udara (Brooker et
al 1992).
Selama proses pengeringan terjadi dua proses yaitu proses pindah panas
dan pindah massa yang terjadi secara simultan. Panas dibutuhkan untuk
menguapkan air bahan yang akan dikeringkan. Penguapan terjadi karena suhu
bahan lebih rendah daripada suhu udara disekelilingnya. Proses pindah panas
diperlukan untuk memindahkan massa uap air dari permukaan ke udara. Pindah
panas terjadi karena tekanan uap air di dalam bahan lebih tinggi dari pada udara.
Mekanisme pengeringan diterangkan melalui teori tekanan uap, air yang diuapkan
terdiri dari air bebas dan air terikat. Air bebas berada di permukaan bahan dan
pertama kali mengalami penguapan. Bila air permukaan telah habis, maka terjadi
migrasi air karena perbedaan tekanan pada bagian dalam dan bagian luar
(Henderson dan Perry 1976).

5

Pada proses pengeringan terdapat dua laju pengeringan, yaitu laju
pengeringan konstan dan laju pengeringan menurun. Laju pengeringan konstan
terjadi pada awal proses pengeringan yang kemudian diikuti dengan laju
pengeringan menurun. Kadar air antara kedua periode ini disebut dengan kadar air
kritis. Pengeringan dengan laju menurun akan berhenti hingga tercapai kadar air
kesetimbangan. Kadar air keseimbangan adalah kadar air minimum yang dapat
dicapai di bawah kondisi pengeringan yang tetap atau pada suhu dan kelembaban
nisbi yang tetap. Laju pengeringan semakin lama akan semakin menurun (Gambar
2). Buckleet al 1987 dalam Suherman (2005) menyatakan bahwa laju pengeringan
suatu bahan pangan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:
1. Sifat fisik dan kimia bahan (bentuk, ukuran, komposisi dan kadar air).
2. Pengaturan geometris produk sehubungan dengan permukaan alat atau
media perantara pindah panas.
3. Sifat-sifat lingkungan dari alat pengering (suhu, kelembaban dan laju
udara).
4. Karakteristik alat pengering (efisiensi perpindahan panas).

Gambar 2 Kurva penurunan laju pengeringan terhadap waktu

Pengering Efek Rumah Kaca Tipe Rak Berputar
Pengering efek rumah kaca (ERK) adalah alat pengering berenergi surya
yang memanfaatkan energi surya untuk proses pengeringan (Kamaruddin 1995).
Prinsip ERK adalah dengan membuat suatu bangunan yang dinding dan atapnya
terbuat dari bahan transparan, berfungsi sebagai bahan penyekat sehingga energi
panas yang masuk dapat meningkatkan suhu didalam bangunan ruang pengering.
Pengering efek rumah kaca di Institut Pertanian Bogor pertama kali
dikembangkan oleh Prof. Kamaruddin Abdullah, dari Departemen Teknik Mesin
dan Biosistem. Kamaruddin (1995) telah mengembangkan pengering surya efek
rumah kaca (ERK)-hybrid berbentuk kerucut tipe rak dan dilengkapi kipas untuk
meratakan panas. Nelwan (1997) juga merancang pengering surya efek rumah
kaca (ERK) tipe rak yang dilengkapi kolektor untuk pengeringan kakao. Studistudi yang dilakukan pada pengering efek rumah kaca dapat dilihat pada Tabel 3.

6

No.
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Tabel 3 Studi-studi yang dilakukan pada pengering efek rumah kacahybrid.
Tipe Alat
Tipe Produk
Peneliti
Pengering
Rak
Kakao
Nelwan, 1997
Rak
Bahan udang
Madani, 2002
Kerucut
Rumput laut
Suherman, 2005
Rak
Kopi
Wulandani (1997)
Rak
Biji pala
Hartini, 2010
Rak
Bahan tulang ikan
Sari, 2012

Bentuk Energi
Macam-macam bentuk energi adalah sebagai berikut (Kanginan, 2007):
1. Energi kinetik, adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda
yang bergerak. Energi ini dapat digunakan untuk menggerakkan turbin
yang memutar generator sehingga disimpan dalam sel akumulator.
2. Energi listrik, adalah energi yang disampaikan oleh partikel bermuatan
kecil yang disebut dengan elektron dan biasanya bergerak melalui kabel.
Petir adalah contoh energi listrik di alam.
3. Energi potensial, merupakan energi yang dihubungkan dengan gaya-gaya
yang bergantung pada posisi benda tersebut. Misalnya air yang tersimpan
di sebuah bendungan memiliki energi potensial yang sangat besar sehingga
dapat dimanfaatkan untuk memutar turbin yang akan menggerakkan
generator untuk perpindahan energi dari potensial ke bentuk energi listrik.
Contoh lain energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh sebuah pegas
yang ditarik atau diregangkan.
4. Energi kalor, energi kalor biasanya merupakan hasil sampingan dari
perubahan bentuk energi lainnya. Energi kalor dapat diperoleh dari energi
kimia, misalnya pembakaran bahan bakar. Energi kalor juga dapat
dihasilkan dari energi kinetik benda-benda yang bergesekan.
5. Energi kimia adalah energi yang dilepaskan selama reaksi kimia. Energi
kimia juga merupakan energi yang tersimpan dalam ikatan atom atau
molekul. Seperti misalnya baterai, biomassa, minyak bumi, gas alam dan
batu bara.
6. Energi radiasi, adalah energi elektromagnetik yang bergerak dalam
gelombang transversal. Energi radiasi termasuk cahaya tampak, sinar-x
gamma dan gelombang radio. Cahaya adalah salah satu jenis energi radiasi.
Sinar matahari adalah energi radiasi yang memasok bahan bakar dan panas.
7. Energi gerak, adalah energi yang tersimpan dalam gerakan benda.
Semakin cepat benda bergerak maka semakin banyak energi yang
disimpan. Angin adalah contoh energi gerak.
8. Energi mekanik, adalah energi yang tersimpan dalam obyek dengan
ketegangan. Kompresi gas dan karet gelang yang diregangkan merupakan
contoh dari energi mekanik.

7

9. Energi nuklir, adalah energi yang tersimpan dalam inti atom. Jumlah
energi yang sangat besar dapat dilepaskan ketika inti atom digabungkan
atau dipecah. Pembangkit listrik tenaga nuklir membelah inti atom
uranium dalam proses yang disebut fisi. Matahari menggabungkan inti
atom hidrogen dalam proses yang disebut fusi.

Sumber Energi untuk Pengering Tipe Efek Rumah Kaca Hibrid
Energi Surya
Menurut Abdullah (1998) energi surya diimpelentasikan untuk proses
termal yaitu pada proses pemanasan fluida, distilasi, memasak dan pengeringan.
Pengeringan dengan iradiasi surya merupakan modifikasi dari pengeringan surya
yang menggunakan kolektor sinar matahari yang di desain khusus dengan
ventilasi untuk keluarnya uap air. Tujuan utama sistem berenergi surya adalah
mengumpulkan energi radiasi surya menjadi energi panas.
Terdapat tiga cara pengumpulan dan pemanfaatan energi surya dalam
aplikasi pengeringan komoditi pertanian. Pertama adalah penjemuran, komoditi
pertanian dihamparkan di atas tanah sehingga terkena sinar matahari secara
langsung. Sebenarnya kondisi demikian menyebabkan jumlah panas yang hilang
ke tanah sangat banyak. Selain itu, komoditi tersebut akan menyerap uap air dari
tanah selama proses pengeringan berlangsung. Kedua adalah menempatkan
komoditi pertanian di bawah bahan kaca. Bahan kaca tertembus gelombang
pendek sinar matahari tetapi tak tertembus oleh gelombang panjang inframerah
(radiasi panas) sehingga menimbulkan efek rumah kaca. Bahan kaca menangkap
energi surya dengan dua cara, yaitu (1) bahan kaca bertindak sebagai penutup tak
tembus radiasi panas yang dipantulkan oleh komoditi pertanian sehingga panas
terperangkap dalam penutup, dan (2) bahan kaca bertindak sebagai pembungkus
untuk mengurangi kehilangan panas secara konveksi. Meskipun panas yang
diserap komoditi akan banyak hilang ke tanah, tetapi efek totalnya lebih baik
dibandingkan dengan penjemuran langsung. Ketiga adalah meletakkan produk
pertanian dalam wadah yang juga berfungsi sebagai penyerap panas. Cara ini
menyediakan pegumpulan energi surya paling efektif dengan kehilangan panas
yang rendah dan investasi awal relatif murah. Panas yang dikonversikan secara
efektif terperangkap dalam penutup. Penggunaan panas dipindahkan lewat putaran
lambat penyerap panas dan dihantarkan ke komoditi pertanian melalui mekanisme
pindah panas yang efektif sehingga kehilangan panas secara konveksi minimum.
Dengan demikian kehilangan panas ke tanah selama proses pengeringan atau
pengawetan dapat diperkecil.
Energi Biomassa
Biomassa adalah zat organik yang dihasilkan dari proses fotosintesis, bisa
berupa produk atau limbah (Abdullah et al 1999). Contoh: tanaman (pohon,
rumput), limbah pertanian, limbah kehutanan, maupun limbah industri. Limbah
timbul atau dihasilkan sebagai akibat adanya kegiatan pertanian yang meliputi
kegiatan produksi, pemanenan (harvesting), penyimpanan (storage), pengolahan

8

serta transportasi dan distribusi. Selama kegiatan produksi misalnya akan
diperoleh sisa tanaman mati. Pada tahap pemanenan dihasilkan sisa-sisa tanaman
yang bukan merupakan produk utama. Bahan seperti ini termasuk golongan
limbah atau hasil samping.
Limbah pertanian dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu limbah lapangan
dan limbah pengolahan. Limbah lapangan adalah limbah yang umumnya
tertinggal di lapangan setelah panen. Limbah lapangan ini umumnya
menyebarluas sesuai dengan lokasi panen, sulit dikumpulkan dan sering kali lebih
baik digunakan sebagai pupuk di lahan pertanian tersebut. Limbah pengolahan
adalah limbah yang terjadi saat pengolahan dan umumnya terkumpul di tempattempat pengolahan. Limbah pengolahan ini dapat dimanfaatkan untuk berbagai
keperluan seperti pakan ternak, bahan baku industri dan bahan bakar nabati.

Pindah Panas pada Sistem
Pindah panas adalah perpindahan energi yang terjadi karena adanya
perbedaan suhu diantara benda atau material. Ada tiga cara pindah panas yang
dikenal yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Pindah panas konduksi adalah
pindah panas di dalam bahan atau dari suatu bahan ke dalam bahan yang lain
dengan saling menukar energi kinetik antara molekul tanpa ada pergerakan dari
molekul tersebut. Pindah panas konveksi adalah transfer energi yang disebabkan
adanya pergerakan fluida panas. Sedangkan pindah panas secara radiasi timbul
ketika energi diangkut dengan gelombang elektromagnetik dari suatu bahan
bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Perbedaan suhu antara karakteristik
permukaan dari kedua bahan sangat penting dalam cara pindah panas ini (Singh
dan Helman).
Pindah panas dalam sistem ini terjadi secara tidak langsung. Pindah panas
ini dimulai dari energi surya yang memanaskan absorber plate dan udara yang
digunakan untuk mengeringkan berputar disekeliling bagian luar pemanas dan
kemudian melalui produk yang dikeringkan. Proses pindah panas pada pengering
efek rumah kaca tipe rak berputar dijelaskan pada Gambar 3.

9

Absorber plate

Iradiasi surya

Udara pengering

Produk

Dinding

Keterangan :
Pindah massa (uap air)
Panas konveksi
Pindah panas radiasi
Pindah konveksi dan konduksi

Inlet and Outlet

Kipas

Udara lingkungan

Gambar 3 Proses pindah panas pada alat pengering (Nelwan 1997)
Proses pindah panas yang berhubungan dengan udara pada bagian ini
adalah interaksi termal dengan komponen-komponen di dalam ruang pengering
secara konveksi, dinding pengering, panas terbawa aliran ke luar pengering dan
panas terbawa aliran yang berasal dari silinder tempat produk dikeringkan. Udara
pengering di dalam ruang pengering diasumsikan memiliki suhu yang seragam.

METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Siswadi Supardjo
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut
Pertanian Bogor. Penelitian ini telah dilaksanakan selama 4 bulan, terhitung dari
tanggal 23 Maret 2013 hingga tanggal 23 Juni 2013.

Bahan dan Alat
Bahan
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah ubi jalar yang
diperoleh dari Kelompok Tani Hurip di Desa Cikarawang, Kecamatan Dramaga,
Kabupaten Bogor.
Alat
Peralatan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah pengering efek
rumah kaca-hybrid tipe rak berputar merupakan rancangan Wulandani et al (2009)
(Gambar 4). Pengering rumah kaca tipe rak berputar ini terdiri dari tiga bagian
utama, yaitu bangunan rumah kaca, silinder dengan rak pengering dan bagian
pemanas tambahan. Rumah kaca tersebut berukuran panjang x lebar x tinggi (1.1
m x 0.86 m x 1.3 m). Silinder pengering ini digerakkan dengan motor penggerak

10

40 watt kecepatan putaran 1 rpm. Pemanas tambahan terdiri dari tangki air dengan
elemen pamanas 1000 watt. Pompa air digunakan untuk sirkulasi sedangkan
radiator untuk pembangkit panasnya. Bangunan rumah kaca berfungsi sebagai
pengumpul panas.
Sedangkan alat yang digunakan dalam proses persiapan bahan yaitu pisau,
alat sawut ubi, ember dan tray. Adapun untuk pengujian performansi alat
pengering tipe rak berputar yaitu termokopel tipe CC, termokopel tipe CA,
timbangan digital, drying oven, hybrid recorder, termometer alkohol,
anemometer, digital multimeter, pyranometer dan stopwatch.

Gambar 4 Alat pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid tipe rak berputar.

Prosedur Penelitan
Alur penelitian yang akan dilakukan pada penelitian ini dapat dilihat pada
Gambar 5.
Kegiatan penelitian terdiri dari beberapa tahapan, yaitu :
1. Persiapan Bahan
Persiapan bahan dilakukan berdasarkan penanganan pasca panen
ubi jalar yaitu ubi jalar sebelumnya dibersihkan dengan dicuci dan
dipotong ujung-ujungnya. Kemudian ubi jalar dipress, diremahkan dan
dikeringkan sampai kadar air 12%.
2. Pengujian tanpa beban
Pengujian tanpa beban ini dimaksudkan agar mengetahui distribusi
suhu pada ruang pengering. Sehingga dapat dilakukan simulasi untuk
keseimbangan panas yang terdapat pada alat pengering efek rumah
kaca (ERK) tersebut.
3. Simulasi keseimbangan panas pada alat pengering efek rumah kaca
(ERK)
Simulasi ini dilakukan melalui pendekatan-pendekatan dari
distribusi suhu yang dihasilkan pada pengujian tanpa beban. Sehingga
dapat diketahui distribusi suhu di dalam ruang pengering.
4. Percobaan Pengeringan
Percobaan dilakukan sebanyak dua percobaan dengan
menggunakan bahan. Pada percobaan 2 dan 3, masing-masing
percobaan terdapat bahan kontrol sebagai pembanding. Pengeringan
bahan kontrol dilakukan dengan penjemuran langsung. Bahan kontrol
yang dikeringkan sebanyak 100 gram dan diletakkan pada sebuah tray

11

berukuran 25x25 cm dengan waktu awal pengeringan sama dengan
waktu pengeringan pada Percobaan 2 dan 3.
5. Analisis kelayakan teknis dan uji performa alat
Setelah percobaan dilakukan maka akan dilakukan analisis unjuk
kerja dan kelayakan teknis dari alat tersebut. Analisis dilakukan
terhadap tingkat keseragaman kadar air produk kering.
6. Pengujian Mutu
Pengujian mutu yang dilakukan berdasarkan kadar air maksimum
hasil pengeringan ubi tersebut. Pengujian mutu dilakukan dengan
melihat keseragaman kadar air akhir dari produk hasil pengeringan.
Mulai

Pengujian Pengering Tanpa
Beban (Percobaan 1)

Pemodelan Pindah Panas

tidak
Pengujian Pengering dengan
Beban (Percobaan 2 dan 3)
dan Uji Mutu Produk Kering

Valid ?

Analisis Performansi
Pengering

Rekomendasi

Selesai

Gambar 5 Diagram alir penelitian

ya

12

Perlakuan Percobaan
Tingkat keseragaman kadar air dapat dicapai dengan memutar rak pada
selang waktu tertentu. Dalam penelitian ini dikondisikan dalam tiga percobaan
sebagai berikut:
a. Percobaan 1 : percobaan tanpa beban.
b. Percobaan 2 : rak tidak diputar dan tidak digeser
c. Percobaan 3 : rak tidak diputar dan pergeseran posisi rak 450 setiap 60
menit. Adanya pergeseran posisi rak dimaksudkan untuk meratakan suhu
udara di dalam ruang pengering sehingga penurunan kadar air lebih cepat
dan lebih seragam.

Penentuan Parameter Unjuk Kerja Mesin Pengering
Suhu ruang pengering dan sebarannya
Suhu ruang pengering (0C) adalah suhu udara rata-rata yang dapat dicapai
mesin selama proses pengeringan. Sedangkan sebaran suhu adalah suhu rata-rata
dari beberapa titik pengukuran yang tersebar di dalam ruang pengering.
Pengukuran suhu ini dilakukan dengan menggunakan termometer alkohol dan
termokopel CC. Data yang diperlukan adalah suhu bola basah dan suhu bola
kering dari lingkungan, suhu bola basah dan suhu bola kering dari ruang
pengering, suhu bola basah dan suhu bola kering dari outlet, suhu pada absorber
dan suhu tiap rak.
Waktu pengeringan dan laju pengeringan
Waktu pengeringan merupakan waktu total yang dibutuhkan untuk
mengeringkan bahan sampai kadar air yang diinginkan yaitu maksimal 12 %. Laju
pengeringan adalah banyaknya air yang diuapkan persatuan waktu atau perubahan
kadar air bahan dalam satu satuan waktu. Data yang diperlukan adalah bobot awal,
kadar air awal bahan sebelum dikeringkan, kadar air akhir bahan selama proses
pengeringan dan waktu pengeringan.
Kebutuhan energi untuk pengeringan
Kebutuhan energi pengeringan adalah input energi yang diperlukan untuk
mengeringkan produk. Data yang dibutuhkan adalah energi surya berupa iradiasi
surya, energi biomassa yang digunakan pada tungku pengering yaitu laju
penggunaan biomassa dan nilai kalor biomassa dan lama penggunaan listrik.
Kebutuhan energi spesifik untuk pengeringn
Kebutuhan energi spesifik yaitu rata-rata energi untuk pengeringan dari
kadar air tertentu sampai kadar air 12% per kilogram bahan. Data yang
dibutuhkan untuk mengetahui konsumsi energi spesifik adalah energi surya yang
diterima oleh mesin pengering, energi listrik untuk menggerakkan kipas, energi
dari pembakaran biomassa dan massa bahan setelah terjadinya penguapan air pada
bahan.

13

Efisiensi penggunaan energi dan efesiensi pengeringan
Data-data yang diperlukan untukmenghitung efisiensi penggunaan energi
adalah sebagai berikut:
1. Untuk menghitung efisiensi pengeringan berdasarkan perbandingan total
output yang berupa panas yang digunakan untuk menaikkan suhu bahan dan
panas untuk menguapkan kandungan air dalam bahan dan input yang berupa
panas yang dilepas ruang pengering, lama iradiasi surya.
2. Untuk menghitung efisiensi pengeringan berdasarkan perbandingan total
output yang berupa panas yang digunakan untuk menaikkan suhu bahan dan
panas untuk menguapkan kandungan air dalam bahan dan input yang berupa
panas yang dilepas ke ruang pengering, lama iradiasi surya dan lama
penggunaan energi listrik untuk menggerakkan kipas.

Metode Pengambilan Data
Berat Bahan (Sebelum dan Setelah Pengeringan)
Berat bahan awal diukur dengan melakukan penimbangan sawutan ubi
jalar sebelum dimasukan ke dalam alat pengering. Setelah pengeringan selesai
dilakukan penimbangan kembali untuk menentukan berat akhir bahan.
Suhu Ruang Pengering dan Sebarannya
Pengukuran suhu mula-mula dilakukan pada setiap percobaan untuk
mengetahui profil suhu dan sebarannya di dalam ruang pengering, lingkungan dan
ruang pembakaran. Pengukuran suhu dilakukan selama proses pengeringan
berlangsung (pagi, siang dan malam hari). Penentuan titik pengukuran pada
percobaan 1 akan digunakan sebagai acuan untuk melakukan Percobaan 2 dan 3.
Pengambilan data suhu dilakukan secara periodik yaitu setiap 30 menit sekali.
Pengambilan data suhu dilakukan dengan meletakkan termokopel pada tititk-titik
pengukuran (Gambar 6) sebagai berikut:
1. Suhu udara lingkungan (bb dan bk) sebanyak 1 titik.
2. Suhu atap dan dinding luar sebanyak 1 titik.
3. Suhu udara di dalam ruang pengering (bb dan bk) sebanyak 2 titik
4. Suhu rak atas sebanyak 3 titik.
5. Suhu rak tengah sebanyak 6 titik.
6. Suhu rak bawah 3 titik.

14

·T1

·T2
← v2

·T9

·T5

·T10

·T6

·T3

← v1

T7·
T8·

·T4

·T11
·TA
·TB

Keterangan :
T1-T5 : suhu rak 1-rak 8, T5 : suhu bola basah lingkungan, T6 : suhu
bola kering lingkungan, T7: suhu bola basah di outlet, T8 : suhu bola
kering di outlet, T9 : suhu bola basah ruang pengering, T10 : suhu bola
kering ruang pengering, TA-TB : suhu bahan kontrol, T11 : Iradiasi
surya, V1 : kecepatan udara masuk, V2 : kecepatan udara keluar.
Gambar 6 Titik-titik pengukuran
Lama Pengeringan dan Laju Pengeringan
Lama pengeringan ditentukan dari waktu yang diperlukan pengering untuk
melakukan proses pengeringan dengan kadar air awal sampai kadar air akhir yang
diinginkan yaitu 12%. Lama pengeringan dimulai saat awal pemasukan bahan ke
mesin pengering dan selama proses pengeringan berlangsung dilakukan juga
pengamatan tehadap sampel bahan dengan menimbang berat sampel selama waktu
yang ditentukan. Setelah kadar air mencapai 12% pengeringan akan dihentikan.
Selain itu juga dilakukan pengukuran terhadap faktor-faktor yang mempengaruhi
laju pengeringan yaitu kecepatan udara pengering (m/s) dan kelembaban udara
(%).
Tingkat Keseragaman Kadar Air Produk yang Dikeringkan
Pengukuran kadar air dilakukan dengan menggunakan metode oven. Kadar
air yang diukur merupakan kadar air awal dan kadar air akhir pengeringan.
Sedangkan untuk mengetahui massa padatan dalam ubi jalar akan diambil sampel.
Sawutan ubi jalar akan diletakkan dan dikeringkan dalam rak berukuran 25x25
cm. Rak tersebut akan ditempatkan di dalam rak pengering yang berukuran lebih
besar. Pengukuran kadar air dilakukan dengan menimbang berat sawutan di dalam
rak sampel setiap 30 menit sekali.

15

Kebutuhan Energi untuk Pengeringan
Kebutuhan energi pengeringan adalah input energi yang diperlukan untuk
mengeringkan produk. Data yang dibutuhkan adalah energi surya berupa iradiasi
rata-rata, energi biomassa (bahan bakar) yang digunakan pada tungku pengering
yaitu laju penggunaan biomassa dan nilai kalor biomassa dan lama penggunaan
listrik.
Efisiensi Penggunaan Energi dan Efisiensi Pengeringan
Efisiensi penggunaan energi dihitung secara terpisah. Untuk menghitung
efisiensi pengeringan dihitung berdasarkan perbandingan total output yang berupa
panas yang digunakan untuk menaikkan suhu sawutan ubi jalar dan panas untuk
menguapkan kandungan air sawutan ubi jalar, lama iradiasi surya dan lama
penggunaan energi listrik.
Mutu Produk yang Dikeringkan
Mutu produk yang dikeringkan dengan mesin pengering diharapkan lebih
baik dari mutu produk yang dikeringkan secara konvensional/dijemur. Mutu
produk sawutan ubi jalar hanya dilihat dari nilai kadar air akhir pengeringan.

Analisis Data
1. Rendemen
Rendemen pengeringan merupakan rasio antara total bobot awal (sebelum
pengeringan, Wawal) dengan total bobot akhir (setelah pengeringan, Wakhir).
………………………………… (1)
2. Standar deviasi
∑

√

∑

(

)

..………………………………… (2)

dimana :
= standar deviasi
n = jumlah data
X = data yang diketahui
3. Kadar air
Kadar air bahan menunjukkan banyaknya kandungan air per satuan bobot
bahan. Metode pengukuran kadar air bahan ada dua yaitu kadar air basis basah
(wet basis) dan kadar air basis kering (dry basis) (Henderson dan Perry 1976).
Persamaan kadar air dinyatakan sebagai berikut:
……………………….……… (3)

16

dimana :
Wm = massa air (kg)
Wd = massa padatan (kg)
m = kadar air basis basah (w.b.)
M = kadar air basis kering (d.b.)
4. Laju pengeringan
Laju pengeringan diperoleh dari selisih kadar air awal dan kadar air akhir
terhadap selang waktu tertentu. Laju pengeringan dinyatakan dengan:
d

t-

dt

...………………………….………….… (4)

t- t

t

dimana :
dW/dt
wt
wt+Δt
Δt

= laju pengeringan (%bk/jam)
= kadar air pada selang waktu t (%bk)
kadar air pada aktu t + Δt (%bk)
= selang waktu (jam)

5. Iradiasi surya
Iradiasi surya merupakan rata-rata iradiasi yang terjadi pada suatu
permukaan (W/m2) di suatu lokasi (Abdullah 1998). Nilai 1 mV yang terukur
oleh pyranometer setara dengan 1000/7 W/m2. Total iradiasi surya harian (Ih)
dapat dihitung secara matematik dengan menggunakan metode Simpson
sebagai berikut:
[
dimana:
Ih
Δt
Itgl
Itgp
Ii
If

∑

∑

………………............… (5)

]

= total iradiasi harian (kWh/m2/hari)
= selang pengukuran (jam)
= iradiasi jam ganjil (W/m2)
= iradiasi jam genap (W/m2)
= iradiasi awal (W/m2)
= iradiasi akhir (W/m2)

6. Energi surya yang diterima oleh model pengering
Q1 = 3.6 x Ig x Ap x ( x α)p x t
dimana:
Qi
Ig
Ap

……………………………....… (6)

= energi surya yang diterima oleh model pengering (W/m2)
= iradiasi surya (W/m2)
= luas permukaan model pengering (m2)
= transmisivitas bahan model pengering (-)

17

α
t

= absorbsivitas bahan penyerap (-)
= lamanya penyinaran matahari (jam)

7. Panas yang digunakan untuk meningkatkan suhu ubi jalar
Q2 = m0 x Cpb x (T2 – T1)

……………………………………… (7)

Nilai Cp ditentukan dengan persamaan Siebel (Helman and Singh 1989)
sebagai berikut:
Cpb = 0.837 + 0.034 x M0
dimana:
Q2
m0
Cpb
M0
T1
T2

…..…………...……………………… (8)

= panas yang digunakan untuk meningkatkan suhu bahan (kJ)
= massa awal bahan (kg)
= panas jenis bahan (kJ/kg 0C)
= kadar air awal ubi jalar (% w.b)
= suhu ubi jalar sebelum dipanaskan (0C)
= suhu ubi jalar setelah dipanaskan (0C)

8. Panas yang digunakan untuk menguapkan air pada ubi jalar
Q3 = mu x Hfg

………………………………………………..… (9)

dimana:
Q3 = panas yang digunakan untuk menguapkan air ubi jalar (kJ)
mu = massa air yang diuapkan (kg)
Hfg = panas laten penguapan produk (kJ/kg)
9. Energi untuk menguapkan air bahan dan menaikkan suhu ubi jalar
Q5 = Q2 + Q3

…………………………………………....….… (10)

dimana:
Q5 = energi untuk menguapkan air bahan dan menaikkan suhu (kJ)
Q2 = energi untuk menaikkan suhu ubi jalar (kJ)
Q3 = panas yang digunakan untuk menguapkan air bahan (kJ)
10. Energi listrik
Q6 = 3.6 x Pk x t

…………………………………………….… (11)

dimana:
Q6 = energi listrik untuk menggerakkan kipas (kJ)
Pk = daya listrik (Watt)
t = waktu pengeringan (jam)

18

11. Energi biomassa
Q7 = mb x Qbb

……………………………………….………..… (12)

dimana:
Q7 = energi biomassa (Watt)
mb = laju pembakaran biomassa (kg/jam)
Qbb = nilai kalor biomassa (kJ/kg)
12. Efisiensi termal

…………………………………….…..… (13)
dimana:
Qu = mr Cpr (Tr2 – Tr1)
ɳt = efisiensi termal
Tr1 = suhu awal pada ruang pengering
Tr2 = suhu tertinggi pada ruang pengering
13. Efisiensi pengeringan
…………………………...… (14)
14. Konsumsi energi spesifik
…………………………………...………..… (15)
dimana:
KES
Q1
Q6
Q7
muap

= konsumsi energi spesifik (kJ/kg uap air)
= energi surya yang diterima oleh mesin pengering (kJ)
= energi listrik untuk menggerakkan kipas (Watt)
= energi biomassa (kJ)
= massa air yang diuapkan dari ubi jalar (kg)

15. Error untuk validasi simulasi
|

|

……………………………..… (16)

Proses pindah panas
Perpindahan panas akibat pembakaran bahan bakar terjadi secara
konduksi, konveksi dan radiasi. Pada keadaan matap (steady state), kehilangan
panas dari hasil pembakaran terjadi melalui permukaan dinding tungku dan
melalui saluran udara pada tungku. Batasan sistem proses pindah panas yang

19

diamati pada pengering rumah kaca hibrid ini adalah tungku dan pada dinding
pengering. Pada tungku terjadi kehilangan panas pada dinding dasar tungku
(watt), kehilangan panas pada saluran udara (watt). Kehilangan panas pada
dinding tegak tungku didekati dengan persamaan:
QL1 = (hA (Td – Tl) + (

A ɛ ( Td4 – T4l))

………………..…………….…(17)

………………………………………………….….......… (18)
dimana:
QL1 = kehilangan panas pada dinding tegak tungku (watt)
Perhitungan nilai h untuk dinding tegak dipengaruhi oleh bilangan Nusselt seperti
pada persamaan berikut:
Nu = C (Ra)m
Nilai konstanta C dan m dapat diketahui nilainya berdasarkan geometri.
……………………………………………….…......… (19)
Kehilangan panas pada dinding dasar tungku (QL2) dapat diketahui dengan
persamaan:
QL2 = (hA (Tlt – Tl) + (

A ɛ ( Tlt4 – T4l))

……………………...…..… (20)

dimana:
QL2 = kehilangan panas pada dinding dasar tungku (watt)
Kehilangan panas pada cerobong (QL3):
QL3 = ɛ Am

((Tm + 273)4 + (Tl + 273)4)

……………………...…....… (21)

dimana:
QL3 = kehilangan panas pada cerobong (watt)
Kehilangan panas pada dinding ruang pengering (QL4) dapat diketahui dengan
persamaan:
Ql4 = Ud Ad (Tr – Ta)

……..……………………...……….....… (22)

HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian Tanpa Beban Pengeringan
Pengujian tanpa beban pengeringan dilakukan sebanyak satu kali
percobaan pada siang dan malam hari selama 24 jam. Percobaan tanpa beban
ini dilakukan untuk mengetahui profil sebaran suhu dalam mesin pengering
efek rumah kaca hibrid tipe rak berputar. Pada percobaan ini, suhu ruang pada
mesin pengering berkisar antara (36-61.8)0C dengan rata-rata suhu sebesar

20

51.190C dan rata-rata RH sebesar 37.96%. Sebaran suhu ruang tiap rak
memiliki nilai yang berbeda. Sebaran suhu pada rak tengah lebih rendah
daripada rak atas dan bawah. Perbandingan suhu tiap titik pengukuran pada
Percobaan 1 dapat dilihat pada Gambar 7.
70

Ta1

60

Ta2

Suhu (°C)

50

Ta3

40

Tt1

30

Tt2

20

Tt3

10

Tb1

0

Tb2
Tb3
Waktu (jam)

ligkungan

Gambar 7 Sebaran suhu rak pengering Percobaan 1
Dari gambar tersebut terlihat bahwa suhu pada titik pengukuran tiap rak
sepanjang proses pengoperasian mesin pengering berfluktuasi. Hal ini karena
adanya kipas inlet yang berfungsi untuk membantu penyebaran suhu di dalam
ruang pengering. Suhu pada siang hari berubah dari waktu ke waktu
mengikuti intensitas radiasi. Suhu rata-rata pada titik yang berada dekat
dengan heat exchanger memiliki nilai yang lebih tinggi karena titik tersebut
berada di dekat sumber panas. Sedangkan suhu rata-rata minimum terdapat
pada titik pengukuran yang jauh dari sumber panas yang berada pada titik
Ta2, Tt2, Ta3 dan Tt3.
Sebaran suhu pada rak pengering cukup merata. Hal ini disebabkan
posisi kipas inlet yang berada di bagian atas dan hembusan angin dari heat
exchanger yang berada di bagian bawah rak. Sehingga sebaran suhu pada rak
menjadi cukup merata. Panas pada rak bagian atas berasal dari kipas inlet
sedangkan pada rak bagian bawah berasal dari heat exchanger dan absorber.
Pada intensitas radiasi surya tinggi, suhu pada rak atas lebih tinggi daripada
rak bagian tengah dan rak bagian bawah. Sebaran suhu tiap rak dan suhu
lingkungan selama percobaan dapat dilihat pada Gambar 7, sedangkan profil
suhu tiap rak dan lingkungan dapat dilihat pada Lampiran 1.
Suhu ruangan maksimal yang dihasilkan pada percobaan ini berkisar di
antara (60-61.8)0C. Suhu ruangan dipertahankan pada suhu optimal untuk
pengeringan sawut ubi jalar, untuk itu pengumpanan biomassa pada tungku
diupayakan tepat dan stabil. Rata-rata suhu lingkungan dan RH pada masingmasing percobaan relatif sama. Pada Percobaan 1 suhu lingkungan yang
dicapai antara (20-31.5)0C dengan rata-rata suhu lingkungan adalah 28.680C
dan RH antara (43.8-96.3)% dengan rata-rata RH sebesar 83.69%. Fluktuasi
suhu dan RH yang terjadi selama proses pengeringan tanpa beban

21

pengeringan disebabkan percobaan dilakukan pada kondisi cuaca mendung,
hujan dan cerah secara berganti-gantian. Rata-rata penerimaan iradiasi surya
pada Percobaan 1 adalah sebesar 219.54 W/m2. Penerimaan iradiasi surya
sangat berfluktuasi dapat ditunjukkan dengan dicapainya iradiasi maksimum
pada Percobaan 1 yaitu 700 W/m2. Profil rata-rata suhu, RH, dan kecepatan
angin rata-rata disetiap rak, lingkungan dan outlet dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Profil rata-rata suhu, RH, kecepatan angin rata-rata pada rak,
lingkungan dan outlet Percobaan 1
Nilai
Keterangan
Satuan
rata-rata
0
53.37
C
Rak Atas 1
0
50.25
C
Rak Atas 2
0
48.32
C
Rak Atas 3
0
53.14
C
Rak Tengah 1
0
49.97
C
Rak Tengah 2
0
48.71
C
Rak Tengah 3
0
50.03
C
Rak Bawah 1
0
53.72
C
Rak Bawah 2
0
49.19
C
Rak Bawah 3
37.97
RH Ruang Penger