Rancang Bangun Pengering Gabah Dengan Bahan Bakar Biomassa

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kajian Pustaka
Menurut hukum Thermodinamika II dinyatakan bahwa perpindahan energi
panas berlangsung jika terdapat perbedaan temperatur (Holman,1995). Panas akan
mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi kepada benda yang bertemperatur
rendah. Panas yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur suatu benda dan dapat
diukur disebut panas sensibel. Panas sensibel ini merupakan teori dasar dari mesin
pengering gabah sederhana.
Perpindahan panas yang terjadi dapat melalui berbagai cara yaitu : secara
konduksi, secara konveksi dan secara radiasi (Jordan and Priester, 1985).
Perpindahan secara konduksi yaitu perpindahan panas diantara molekul-molekul
dari suatu benda yang saling bersinggungan. Perpindahan panas secara konduksi
terjadi antara bulir-bulir gabah yang dipanaskan sehingga akan terjadi pemerataan
panas pada permukaan gabah. Perpindahan secara konveksi yaitu perpindahan
panas melalui media gas atau cairan. Perpindahan panas secara radiasi yaitu
perpindahan panas melalui sinar atau gelombang suara. Panas radiasi dengan
mudah dapt diserap oleh benda/materi yang berwarna gelap, sedangkan untuk
benda berwarna terang sebagian akan dipantulkan kembali.
Berdasarkan teori di atas, perpindahan panas dalam mesin pengering
digunakan dua prinsip yaitu perpindahan secara konduksi dan konveksi

(Holman,1995). Perpindahan secara konduksi terjadi diantara bulir- bulir gabah
yang

telah mendapatkan panas

akan berpindah

melalui

gesekan

atau

bersinggungan dengan bulir yang masih belum mendapat panas. Akibat dari
perpindahan panas tersebut maka akan terjadi perpindahan panas ke setiap bulir
gabah sehingga akan terjadi pemerataan panas. Proses tersebut akan mempercepat
waktu pengeringan gabah dan terjadi secara merata.
Sedangkan prinsip perpindahan panas dengan cara konveksi pada
konstruksi mesin pengering gabah ini yaitu udara panas dihembuskan oleh kipas
ke dalam ruangan yang menyimpan gabah sehingga media yang digunakan

5
Universitas Sumatera Utara

dalam perpindahan panas adalah udara (Jordan and Priester,1985). Udara panas
yang dihembuskan akan masuk ke celah-celah gabah sehingga panas akan cepat
masuk dan membuang kadar air dari gabah. Keadaan ini akan menye-babkan
terjadinya perpindahan panas secara konveksi dengan media udara yang
dipaksakan (Forced Convection). Pengeringan dengan metoda seperti ini
dapat

dikatakan

sebagai sistem konduksi-konveksi. Sistem dengan meng-

gunakan perpindahan dua macam secara teori akan mempercepat proses
pengeringan (membuang kandungan air) dan akan terjadi pemerataan pengeringan.

Gambar 2.1 Analogi dari proses penguapan
(Sumber : Holman,1995 )

Hidrogen diakui sebagai salah satu pembawa energi yang paling
menjanjikan. Saat ini, lebih dari 96% hidrogen dihasilkan dari pembentukan
kembali uap dari bahan bakar fosil pada suhu tinggi, dengan gas alam sebagai
bahan baku yang paling dominan. Namun, menipisnya persediaan bahan bakar
fosil, polusi dan emisi gas rumah kaca menyebabkan krisis energi yang serius dan
masalah lingkungan mendorong eksplorasi sumber daya yang bersih dan
terbarukan. Salah satu sumber daya terbarukan terbanyak adalah biomassa.
Biomassa rata-rata hanya memiliki 6 wt% hidrogen, pada prinsipnya tidak terlalu
menarik untuk produksi hidrogen. Namun, selama beberapa dekade terakhir ini
banyak penelitian dalam berbagai metode produksi hidrogen telah dilakukan dan

6
Universitas Sumatera Utara

gasifikasi biomassa kini menjadi teknologi terapan yang banyak diminati karena
dianggap ekonomis dan kompetitif dengan metode pembentukan kembali gas
alam konvensional.
Sintesis gas yang dihasilkan dari gasifikasi biomassa mengandung
hidrogen (H2), karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), air (H2O),

nitrogen (N2), metana (CH4), dan melacak sejumlah hidrokarbon lainnya.
Proporsi relatif dari masing-masing komponen dalam syngas tergantung pada
kondisi operasi gasifikasi, yaitu temperatur, tekanan, jenis biomassa, dll, dan di
antara mereka, agen gasifikasi disebutkan dalam literatur sebagai yang paling
berpengaru. Theknologi gasifikasi biomassa yang berbeda termasuk yang
menggunakan udara., uap atau campuran uap-O2 merupakan bahan paling utama
dalam proses gasifikasi biomassa.
Salah satu fasilitas yang paling maju untuk menunjukkan kelayakan
teknologi gasifikasi biomassa adalah Pusat Gasifikasi Biomassa Vaxjo Varnamo
(WBGC) di Swedia yang memiliki tekanan IGCC (gasifikasi terpadu siklus
terpadu) berbahan bakar biomassa pilot plant CHP (gabungan panas dan listrik)
sebesar 18MWth. Plant ini dibangun kembali di bawah lingkup proyek
CHRISGAS Eropa untuk menunjukkan produksi gas sintesis bersih dengan
hydrogen yang berlebih berdasarkan tekanan uap/gasifikasi biomassa dengan
pelepasan oksigen, diikuti dengan pembersihan dan upgrade. Dalam kondisi
tersebut kandungan hidrogen di syngas dapat mencapai nilai berkisar dari 35%
hingga 45% vol. Selanjutnya peningkatan kadar hidrogen dalam gas produk
diperlukan penyesuaian rasio H2/CO dan proses yang paling banyak digunakan
adalah reaksi Water Gas Shift (WGS) yang memungkinkan konversi CO menjadi
CO2 dan H7 dalam uap: CO + H2O = H2 + CO2.

Pada temperatur tinggi reaksi kesetimbangan terbatas pada temperatur
rendah, secara kinetik memerlukan penggunaan katalis. Proses WGS di industri
biasanya dilakukan dalam dua proses sehingg perlu panambahan katalitik: satu
pada temperatur tinggi, dalam kisaran 350-450oC, menggunakan katalis Fe-Cr dan
yang kedua berbasis pada temperatur rendah, misalnya 250oC, dengan berbasis
katalis Cu-Zn. Banyak referensi untuk pendekatan ini dapat ditemukan dalam

7
Universitas Sumatera Utara

literatur karena telah diikuti oleh banyak penulis yang menyelidiki gasifikasi
biomassa dipadu dengan WGS untuk menghasilkan gas yang kaya hidrogen dari
biomassa, dengan menggunakan katalis yang tersedia secara komersial. Juga
sering digunakan untuk referensi pendekatan alternatif proses dua tahap WGS
konvensional seperti yang dilakukan oleh peneliti sebelumnya.
Penggunaan katalis WGS dilakukan pada suhu ultra-tinggi yang dapat
digabungkan dengan gasifikasi biomassa atau penggunaan reaktor membran untuk
meningkatkan konversi CO tanpa menggunakan katalis. Pendekatan teknologi
dengan menggabungkan
Reaktor membran dengan WGS satu tahap juga dapat ditemukan dalam

literatur meskipun tidak terkait dengan aplikasi khusus untuk teknologi gasifikasi
biomassa. Kombinasi antara membran pemisahan H2 dengan reaksi WGS telah
diakui secara luas keuntungannya. Salah satunya adalah menggunakan WGS
tahap kedua pada suhu yang lebih rendah. Hal ini karena pemisahan in-situ dari
salah satu produk (dalam hal ini H2) dengan membran akan mengakibatkan hasil
H2 yang tinggi pada suhu tinggi sehingga reaksi WGS akan dilakukan dalam satu
tahap yang beroperasi di rentang suhu katalis yang dipilih. Secara khusus
keuntungan menggunakan paladium dan membran paduan Pd untuk pemisahan
H2 dijelaskan dalam literatur, keuntungan lain adalah bahwa kelebihan uap tidak
akan diperlukan untuk mendukung konversi CO yang lebih tinggi meskipun masih
mungkin diperlukan untuk mencegah karbon dan/atau pembentukan metana. Oleh
karena itu, selektivitas katalis digunakan dalam reaktor membran WGS bila
dioperasikan pada uap rendah untuk rasio CO adalah sangat penting. Kebanyakan
industri menggunakan katalis WGS suhu tinggi yang berbasis pada besi dan
kromium oksida yang dilaporkan sangat selektif untuk reaksi water gas shift pada
temperatur di atas 300oC yang menjaga stabilitas dan ketahanan terhadap
sintering. Fase aktif secara katalitik adalah magnetit (Fe3O4) yang biasanya
berasal dari oksidasi parsial hematit (Fe2O3). Namun, katalis magnetit murni
mengalami sintering yang mengurangi aktivitas mereka. Suatu penstabil, Cr2O3,
biasanya ditambahkan dan kombinasi dari Fe3O4 dan Cr2O3 memberikan katalis

8
Universitas Sumatera Utara

yang stabil secara komersial yang dapat beroperasi selama beberapa tahun
sebelum membutuhkan penggantian
Water Gas Shift (WGS) merupakan proses yang dikaji dalam peneliotian
ini maka tidak dapat diasumsikan bahwa katalis yang digunakan dalam proses
komersial akan cocok bila digunakan dalam teknologi seperti gasifikasi atau
reaktor membran. Sangat sedikit referensi yang dapat ditemukan dalam literatur
tentang kinerja katalis WGS suhu tinggi bila digunakan untuk upgrade syngas
yang diperoleh dari gasifikasi biomassa oksigen bertekanan. Jadi, studi ad hoc
perlu dilakukan.
Belonio (2005), merancang tungku bahan bakar sekam gabah dengan
konsep energi alternatif, dimana sekam gabah tersebut dibuat gas terlebih dulu
didalam reaktor sederhana selanjutnya setelah terbentuk gas baru dibakar. Untuk
membuat gas dari sekam gabah digunakan teknologi gasifikasi. Proses gasifikasi
dilakukan dengan cara mengalirkan oksigen pada sekam gabah kering sehingga
menghasilkan gas yang mudah terbakar. Oksigen yang diberikan pada bahan
bakar dengan cara mengalirkan udara dengan bantuan fan. Gas yang dihasilkan

proses gasifikasi tersebut mengandung gas metana sebesar 0.5%-7% volume. Ibnu
(2011), membuat alat produksi gas metana dengan bahan bakar sampah organik.
Sampah organik yang digunakan adalah sekam gabah, tempurung kelapa dan
serbuk gergaji. Untuk membuat gas dari sampah ini, digunakan teknologi
gasifikasi. Dengan cara membakar sampah kering di dalam reaktor, sehingga
menghasilkan gas yang bertekanan dengan bantuan blower. Selanjutnya gas
dialirkan menuju pipa ke tabung absorsi, kemudian langsung disalurkan ke pipa
menuju kompor. Murjito (2009), membuat alat penangkap gas metana pada
sampah menjadi biogas yang terbuat dari plastik polyethylene. Penelitian ini
menghasilkan rancangan alat penangkap gas metana yang berbahan dasar plastik
polyethylene dengan spesifikasi sebagai berikut: biodigester dengan volume total
11 m3 , volume basah 8,8 m3, waktu proses 40 hari, isian bahan 220 kg/hari, luas
lahan 18 m2, dan memiliki penampung gas dengan dimensi tinggi 4,6m, diameter
0,954 m, volume efektif 2,5 m3. Nugraha (2010), mengolah sampah organic
menjadi biogas dengan cara Anaerobic gasification yaitu mengolah sampah
organik menjadi gas dengan cara fermentasi. Proses gasifikasi dilakukan dengan

9
Universitas Sumatera Utara

menimbun sampah organik di dalam tanah selama beberapa hari minimal 7 hari.
Gas hasil fermentasi ini kemudian dialirkan ke alat purifikasi untuk
membersihkan gas metana dari impurities (kotoran). Setelah didapatkan kadar gas
metana di atas 70% digunakan sebagai bahan bakar kompor pengganti LPG.

2.2 Air
Kadar air sangat berpengaruh terhadap suhu bahan pangan, dan hal ini
merupakan salah satu sebab mengapa didalam pengolahan panganair tersebut
sering di keluarkan atau dikurangi dengan cara penguapan atau pengentalan dan
pengeringan. Pengurangan air disamping bertujuan mengawetkan juga juga untuk
mengurangi besar dan berat bahan pangan sehingga memudahkan dan menghemat
pengepakan.
Kandungan air sangat berpengaruh terhadap konsisten bahan pangan
dimana sebagian besar bahan pangan segar mempunyai kadar air 70 % atau lebih.
Sebagi contoh sayur sayuran dan buah buahan segar mempunyai kadar air 90 – 95
%, susu 85 – 90 %, ikan 70 – 80 %, telur 70 – 75 % dan daging 60 – 70 %.
Pada umumnya keawetan bahan pangan mempuyai hubungan erat dengan
kadar air yang dikandungnya. Beberapa jenis biji – bijian yang diperdagangkan
dipsar mempunyai kadar air tertentu, misalnya beras dengan kadar air sekitar 14
% atau kacang kedelai dengan kadar air sekitar 8 %, pada kadar air tersebut beras

dan kacang kedelai mempunyai keawetan dan daya simpan lebih lama
dibandingkan dengan keadaan segarnya pada kadar air yang lebih tinggi.
Didalam bahan pangan air terdapat dalam bentuk air bebas dan air terikat.
Air bebas mudah dikeluarkan dengan cara penguapan atau cara pengeringan,
sedangkan air terikat sukar dihilangkan dari bahan tersebut meskipun dengan cara
pengeringan.

10
Universitas Sumatera Utara

2.3 Kadar air
Kadar air pada permukaan bahan dipengaruhi oleh kelembaban nisbi (RH)
udara disekitarnya. Bila kadar air bahan rendah sedangkan RH disekitarnya tinggi,
maka akan terjadi penyerapan uap dari udara sehingga bahan menjadi lembabatau
kadar airnya menjadi lebih tinggi. Bila suhu bahan lebih rendah ( dingin ) dari
pada sekitarnya akan terjadi kondensasi uap air udara pada permukaan bahan dan
dapat

merupakan

media

yang

baik

bagi

pertumbuhan

kapang

atau

perkembangbiakan bakteri.
Terjadinya kondensasi ini tidak selalu berasal dari luar bahan. Didalam
pengepakan, beberapa bahan pangan seperti sayur sayuran dan buah buahan dapat
menghasilkan air dari repirasi dan transpirasi. Air inilah yang dapat membantu
pertumbuhan mikroba.
Bahan pangan kering juga dapat menghasilkan air misalnya jika suhu naik
selama pengepakan akibatnya kelembaban nisbi pada permukaan akan berubah.
Uap air ini kemudian dapat berkondensasi pada permukaan bahan pangan
terutama jika suhu penyimpanan turun. Kadar air dapat dilakukan dua cara yaitu
kadar iar basis basah dan kadar air basis kering.

Kadar air basis basah (MCwb) dinyatakan dengan persamaan :

MCwb =

ℎ

Sedangkan kadar air basis kering (MCdb) dinyatakan dengan persamaan :

MCwb =

ℎ

�

Hubungan antara MCwb dengan MCdb dapat ditentukan dengan persamaan :

MCwb=

+

ℎ

�

11
Universitas Sumatera Utara

MCwb =

MCdb =

2.3.1

�

�

+1

�

1− �

Diagram Psikometrik dan Sifat Udara Basah
Sifat termal dari udara basah pada umumnya ditunjukkan dengan

menggunakan diagram psikometrik. Diagram psikometrik merupakan tampilan
secara grafikal termodinamik udara antara lain suhu, kelembaban, entalpi,
kandungan uap air dan volume spesifik. Dalam diagram psikometrik dapat
diketahui hubungan antara bola basah dengan bola kering, suhu titik embun,
kelembaban relative, panas total, volume spesifik, kelembaban spesifik, panas
sensible dan panas laten. Diagram psikometrik dapat dilihat berdasarkan pada
gambar

Gambar 2.2 Diagram psikometrik.
(Sumber : Holman,1995 )

12
Universitas Sumatera Utara

Beberapa istilah (sifat-sifat udara) yang sering dipakai dan berkaitan dengan
diagram psikometrik ini diantaranya adalah :

Temperatur bola kering (Tdb)
Temperatur bola kering adalah temperatur udara yang diukur dengan
termometer biasa dengan sensor kering dan terbuka.

Temperatur bola basah (Twb)
Temperatur bola basah adalah temperatur udara yang diukur dengan
termometer biasa dengan sensor yang dibalut kain basah.

Temperatur jenuh (Tdp)
Temperatur jenuh adalah temperatur ketika uap air yang terkandung
dalam udara mulai mengembun jika udara didinginkan pada temperatur konstan.

Rasio kelembaban/Humidity Ratio (ω)
Rasio kelembaban adalah berat atau massa air yang terkandung dalam
setiap kilogram udara kering. Dalam teknik pengkondisian udara, untuk
menghitung perbandingan (ratio) kelembaban dapat digunakan persamaan
gas ideal, sehingga mengikuti persamaan Pv = RT, serta mempunyai kalor
spesifik yang tetap. Udara dianggap gas ideal karena, suhunya cukup tinggi
dibandingkan dengan suhu jenuhnya, dan uap air dianggap ideal karena
tekanannya cukup rendah dibandingkan dengan tekanan jenuhnya.

Kelembaban relatif (Rh), φ
Kelembaban relatif adalah perbandingan tekanan parsiil uap air di
dalam udara dengan tekanan uap jika udara dalam keadaan jenuh pada
temperatur yang sama. Kelembaban relatif sering dinyatakan dalam bentuk
persen (%).

13
Universitas Sumatera Utara

2.4 Prinsip prinsip pengawetan pangan
Setelah dipanen bahan pangan secara fisiologik masih hidup. Proses hidup
ini berlangsung dengan menggunakan persediaan “bahan bakar” yang ada. Proses
hidup ini perlu dipertahankan, tetapi sebaiknya jangan dibiarkan berlangsung
cepat. Kalau proses hidup ini berlangsung cepat , maka akan cepat pula bahan
pangan tersebut mati karena kehabisan “ bahan bakar” dan dapat terjadi
kebusukan. Cara memperlambat pernafasan bahan pangan tersebut dapat
dilakukan dengan beberapa cara diantaranya dengan pendinginan dan control
atmosfer (CAS). Misalnya hewan yang baru disembelih harus segera dikuliti,
dibersihkan dan didinginkan. Pembersihan pengulitan dan pendinginan ini hanya
dapat menghambat kerusakan dalam waktu yang singkat yaitu untuk beberapa jam
atau paling lama beberapa hari. Dengan cara ini mikroba atau enzim tidak
seluruhnya rusak atau inaktif sehingga dapat aktif kembali secara cepat.
Perlakuan - perlakuan selanjutnya yang penting utuk mengawetkan bahan
pangan diantaranya adalah pemanasan, pendinginan, pengeringan, pengasapan
radiasi atau pembubuhan bahan kimia, asam,

gula atau garam. Beberapa

diantaranya dapat menyebabkan kerusakan bahan pangan, oleh karena itu harus
digunakan dalam batas batas tertentu. Misalnya panas yang digunakan harus dapat
membunuh mikroba tetapi tidak boleh menurunkan nilai gizi dan cita rasa bahan
pangan.


Pemanasan
Sebagian besar bakteri dalam bentuk vegetatifnya akan mati pada
suhu 82 – 94oC, tetapi banyak spora bakteri yang masih tahan terhadap
suhu air mendidik 100oC selama 30 menit. Untuk sterilisasi yaitu
supaya mikroba beserta sporanya matidiperluka pemanasan pada suhu
yang lebih tinggi misalnya 121oC selama 15 menit atau lebih,
tergantung dari jumlah dan mutu subtratnya. Hal ini biasanya
dilakukan dengan menggunakan uap panas misalnya didalam autoklaf
atau retor.

14
Universitas Sumatera Utara

Didalam industri pengalengan sterilisasi bahan biasanya dilakukan
pada suhu dan dalam waktu tertentu yang telah diperhitungkan lebih
dahulu untuk memunahkan spora bakteri yang paling tahan panas yang
mungkin ada pada makanan tersebut disamping memeperhatikan
adanya kemungkinan pencernaan oleh Clostridium botulinium. Dengan
cara sterilisasi yang baik, makanan didalam kaleng dapat disimpan
selama setengah tahun atau lebih. Pada dasarnya tidak semua makanan
membutuhkan suhu dan waktu yang sama untuk sterilisasi.
Makanan yang mempunyai pH rendah seperti sari buah jeruk atau
tomat tidak memerlukan panas yang tinggi karena adanya asam yang
bersifat sebagai pengawet. Misalnya jika kadar asam cukup tinggi
sterilisasi cukup dilakukan pada suhu 93,5oC (200oF) selama 15 menit.
Penggunaan panas tidak hanya ditujukan untuk membunuh semua
mikroba dan menghasilkan bahan yang steril, tetapi panas juga sering
digunakan hanya untuk membunuh mikroba yang dapat menyebabkan
penyakit (pathogen), misalnya pasteurisasi pada susu. Sebagian besar
bakteri dan semua mikroba patogen yang terdapat didalam susu akan
mati dengan pasteurisasi pada suhu 63oC selama 30 menit, tetapi
susunya sendiri tidak steril. Cara ini biasa dilakukan jika susu akan
didinginkan atau langsung diminum, sedangkan sterilisasi susu
biasanya dilakukan pada suhu yang diuapkan dan akan disimpan di
dalam kaleng selama beberapa bulan.


Pengeringan
Pengeringan adalah suatu metode untuk mengeluarkan atau
menghilangkan sabagian air dari suatu

bahan dengan cara

menguapkan air tersebut dengan menggunakan energy panas.
Biasanya kandungan air bahan tersebut dikurangi sampai suatu batas
agar mikroba tidak dapat tumbuh lagi didalamnya.
Keuntungan dari pengeringan adalah bahan menjadi lebih awet
dengan volume bahan menjadi lebih kecil sehingga mempermudah
dan menghemat ruang pengangkutan dan pengepakan. Berat bahan

15
Universitas Sumatera Utara

juga menjadi berkurang sehingga memudahkan pengangkutan, dengan
demikian diharapkan biaya produksi menjadi lebih mudah. Kecuali itu
bahan bahan yang hanya dapat digunakan apabila telah dikeringkan
misalnya tembakau, kopi, teh, biji bijian dan lainnya.
Disamping keuntungan keuntungan tersebut diatas, pengeringan
juga mempunyai beberapa kerugian yaitu karena sifat asal dari bahan
yang dikeringkan dapat berubah misalnya bentuknya, sifat sifat fisik
dan kimianya, penurunan mutu dan lain lainnya. Kerugian yang
lainnya juga disebabkan karena beberapa bahan kering perlu pekerjaan
tambahan sebelum digunakan, misanya harus dibasahkan kembali.
Proses pengembalian air kedalam bahan tersebut disebut rehidrasi.
Proses pengeringan selain dapat dilakukan dengan pemanasan
langsung, juga dapat dilakukan dengan cara lain yaitu dengan
“dehydro freezing” yang mempunyai daya pengawetan lebih baik, dan
“freeze drying”. “Dehydro freezing” adalah pengeringan disusul
dengan pembekuan, sedangkan “freeze drying” adalah pembekuan
yang disusul dengan pengeringan. Pada proses freeze drying terjadi
sublimasi yaitu perubahan dari bentuk es dalam bahan yang beku
langsung menjadi uap air tanpa mengalami proses pencarian terlebih
dahulu. Cara ini biasanya dilakukan terhadap bahan bahan yang
sensitif terhadap panas misalnya vaksin vaksin, mormon, enzim, anti
biotika dan lainnya. Freeze drying mempunyai keuntungan karena
volume bahan tidak berubah, dan daya rehidrasi tinggi sehingga
mendekati bahan asalnya.
Agar pengeringan berlangsung dengan cepat, maka perlu diberikan
energi panas pada bahan yang akan dikeringkan dan aliran udara
untuk mengalirkan uap air yang terbentuk keluar dari daerah
pengeringan. Pengeluaran uap air dapat juga dilakukan secara vakum.
Pengeringan dapat berlangsung dengan baik jika pemenasan terjadi
pada setiap tempat dari bahan tersebut, dan uap air dikeluarkan dari
seluruh permukaan bahan tersebut. Factor factor yang mempengaruhi

16
Universitas Sumatera Utara

pengeringan

terutama

adalah

luas

permukaan

bahan,

suhu

pengeringan, aliran udara dan tekanan uap di udara.
Mikroba pada keadaan normal mengandung air kira kira 80 %. Air
ini diperoleh dari makanan tempat mereka tumbuh. Jika air
dikeluarkan dari bahan pangan, maka air dari dalam sel bakteri juga
akan keluar dan bakteri tidak dapat berkembang biak.
Bakteri dan ragi umumnya membutuhkan kadar air yang lebih
tinggi dari pada kapang, oleh karena itu kapang sering dijumpai
tumbuh pada makan setengah kering dimana bakteri dan ragi tidak
dapat tumbuh, misalnya kapang dapat tumbuh pada roti yang sudah
basi, ikan asap, dendeng dan lainnya.
Perbedaan yang kecil dari kelembaban nisbi udara (RH) didalam
ruangan tempat penyimpanan bahan

pangan atau didalam peti

pengepakan dapat menyebakkan perbedan yang besar dalam
perkembang biakan bakteri. Pada suhu ruang pendingin, kelembaban
yang lebih tinggi akan makin memperbanyak jumlah populasi
mikroba.
Kebutuhan mikroba akan air biasanya dinyatakan dalam istilah aw
(water activity), yang mempuyai hubungan dengan kelembaban nisbi
udara. Kelembaban nisbi adalah perbandingan antara tekanan uap air
diudara dengan tekanan uap air jenuh pada suhu yang sama.
Kelembaban nisbi menunjukkan keadan atmosfer di sekeliling bahan
atau larutan. Nilai aw menunjukan keadaan dari suatu larutan, yaitu
perbandingan antara tekanan uap air larutan dengan tekanan uap air
murni pada suhu yang sama. Jadi air murni mempunyai aw 1,0. Pada
keadaan keseimbangan, aw akan sehimbang dengan RH atau aw sama
dengan RH/100. Sebagian besar bakteri membutuhkan nilai a w 0,75 –
1,00 untuk tumbuh. Beberapa ragi dan kapang tumbuh lambat pada
nilai aw 0,62.
Pengeringan bahan pangan ditujukan untuk melawan kebusukan
oleh mikroba, tetapi tidak dapat membunuh semua mikroba, oleh
karena itu bahan pangan yang kering biasanya tidak steril. Meskipun

17
Universitas Sumatera Utara

bakteri tidak dapat tumbuh pada bahan pangan kering, tetapi jika bahan
pangan tersebut dibasahkan kembali misalnya dengan perendaman,
maka bakteri akan cepat tumbuh kecuali jika bahan pangan tersebut
langsung dimakan atau didinginkan.

2.5 Macam macam pengeringan
Pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan suatu alat pengering
(artificial drier), atau dengan cara penjemuran (sun drying) yaitu pengeringan
dengan menggunakan energi langsung dari sinar matahari.
Ada bermacam macam alat pengering tergantung dari bahan yang akan
dikeringkan dan tujuan pengeringannya, misalnya :”kiln drier”, “cabinet drier”,
“continuous belt drier”, “ar lift drier”, “spray drier”, “drum drier”, “vacuum
drier”, dan lain lainya.
Pengeringan buatan (artificial drying) mempunyai keuntungan karena suhu
dan aliran udara dapat diatur sehingga waktu pengeringan dapat ditentukan
dengan tepat dan kebersihan dapat diawasi sebaik baiknya.
Penjemuran mempunyai keuntungan karena energi panas yang digunakan
murah dan bersifat murah serta berlimpah, tetapi kerugiannya adalah jumlah panas
sinar matahari yang tidak tetap sepanjang hari, dan kenaikan suhu tidak dapat
diatur sehingga waktu penjemuran sukar untuk ditentukan dengan tepat. Selain
dari pada itu, karena penjemuran dilakukan ditempat terbuka yang langsung
berhubungan dengan sinar matahari, maka untuk kebersihannya sukar untuk
diawasi. Energi panas yang diterima oleh bahan selama penjemuran merupakan
kombinasi panas yang berasal dari radiasi langsung dari matahari dan dari
konversi dengan pertolongan udara disekitarnya. Energi panas dari sinar matahari
yang jatuh kepermukaan bumi besarnya tergantung dari sudut jatuh sinar tersebut
ke permukaan bumi dan adanya halangan halangan yang mempengaruhi
intensitasnya, misalnya karena adanya awan.

18
Universitas Sumatera Utara

2.6 Peranan udara dalam proses pengeringan
Udara dapat dibedakan dalam 2 macam yaitu udara kering atau udara
tanpa kandungan uap didalamnya dan udara basah yaitu udara dengan kandungan
uap air yang tinggi. Udara merupakan campuran dari beberapa gas dengan
perbandingan yang kira kira tetap, misalnya H2O, O2, N2, CO2 yang kadang
kadang mengandung senyawa berbentuk gas (pencemar).
Gas gas murni dapat dibagi menurut jumlahnya didalam udara, yaitu:





Gas yang jumlahnya tetap diudara misalnya N2, O2 dan gas gas mulia
yaitu Ne, Ar, He, dan Xe
Gas yang jumlahnya tidak tetap diudara yaitu CO2 dan H2O
Gas gas pengotor misalnya NH3 dan H2S yang berasal dari hasil
pemecahan zat zat organic atau CO yang berasal dari hasil pembakaran
yang tidak sempurna dipertambangan minyak bumi.

Jumlah gas mulia di udara sangat sedikit sehingga didalam perhitungan
biasanya diabaikan. Komposisi udara kering terdiri dari 76,8 % N2, 32,2 % O2 dan
CO2 sebanyak 0,03 % berdasarkan volume.
Tekanan H2O didalam udara, atau besarnya tekanan atmosfer setelah
dikurangi dengan tekanan udara kering disebut tekanan uap. Tekanan uap jenuh
adalah tekanan tertinggi yang dapat dicapai oleh suatu ruangan pada suhu tertentu.
Kelembaban udara dapat dinyatakan dalam 2 cara yaitu kelembaban nisbi
dan kelembaban mutlak. Perbandingan antara tekanan uap didalam suatu ruangan
dengan tekanan uap jenuh pada suhu yang sama disebut kelembaban nisbi atau
RH (relative humidity) yang dinyatakan dalam persen. Kelembapan mutlak
(absolute humidity) adalah perbandingan antara berat uap air di udara dengan
berat udara kering pada suhu yang sama, dan dinyatakan dengan berat udara
kering pada suhu yang sama, dan dinyatakan dalam kg uap/kg udara kerung atau
Lb uap/lb udara kering, atau grain/lb udara kering ( 1 lb uap = 7000 grain).

19
Universitas Sumatera Utara

Peranan udara di dalam proses pengeringan adalah sebagai tempat
pepapasan dan penampungan uap air yang keluar dari bahan, dan juga bertindak
sebagai penghantar panas kebahan yang dikeringkan.

2.7 Proses Pengeringan Gabah
Didalam biji-bijian terdapat air bebas dan air terikat. Air bebas terdapat
pada permukaan biji-bijian, diantara sel-sel dan dalam pori-pori,air ini mudah
teruapkan pada pengeringan. Air terikat yaitu air yang berikatan dengan protein,
selulosa, pectin, zat tepung dan sebagai zat-zat yang terkandung dalam gabah.
Air terikat memang sulit untuk diuapkan, memerlukan beberapa perlakukan dan
ketekunan seperti halnya terhadap beberapa faktor yang berpengaruh dalam
pengeringan antara lain temperature, kelembaban, kecepatan udara serta kegiatan
membolak-balik gabah selama pengeringan (kartasapoetra, 1994).

Air yang diangkut dari bijian berlangsung dengan proses penguapan.
Perubahan air menjadi uap air terjadi pada permukaan gabah untuk itu air harus
didifusikan terlebih dahulu kepermukaan lalu diuapkan. Energi panas harus
cukup untuk menguapkan air dan juga untuk mendifusikan air. Panas yang
dipancarkan kedalam bijian akan melalui tiap biji secara individu. Setelah
menerima panas, maka penguapanpun terjadi dari permukaan biji sampai
kedalam biji.
Pada saat proses pengeringan terjadi, perpindahan massa dari bahan ke
udara dalam bentuk uap air terjadi pengeringan pada permukaan bahan. Setelah
itu tekanan uap air pada permukaan bahan akan menurun. Setelah kenaikan suhu
terjadi pada setiap bahan, maka terjadi proses pergerakan air secara difusi dari
bahan ke permukaannya dan seterusnya proses penguapan bahan terjadi.
Akhirnya setelah air berkurang, tekanan uap air bahan akan menurun sampai
terjadi keseimbangan dengan udara sekitarnya (Taib dkk, 1998). Dengan
pengeringan kadar air gabah diharapkan menurun mula-mula dari 25% sampai
15-13%, pada kadar air tersebut gabah siap untuk pengolahan lebih lanjut.

20
Universitas Sumatera Utara

Menurut Taib dkk, 1994 pengeringan buatan dapat dilakukan dengan dua
metode yaitu :
1) Pengeringan tumpukan (batch drying), dimana bahan masuk dalam ruang
pengering sampai pada pengeluaran hasil pengering, kemudian dimasukan
bahan berikutnya.

2) Pengeringan kontinyu atau berkesinambungan (continous drying), dimana
pemasukan dan pengeluaran bahan berjalan terus.

2.8

Pengaruh pengeringan terhadap aw bahan pangan
Kadar air suatu bahan yang dikeringkan mempengaruhi beberapa hal yaitu

seberapa jauh penguapan dapat berlangsung, lamanya proses pengeringan dan
jalan nya proses pengeringan.

Air didalam bahan pangan terdapat dalam 3 bentuk yaitu:


Air bebas (free water) yang terdapat dipermukaan benda padat dan



mudah diuapkan,



system kapiler atau air absorpsi karena tenaga penyerapan,

Air terikat (bound water) secara fisik yaitu air yang terikat menurut

Air terikat secara kimia misalnya air Kristal dan air yang terikat dalam
suatu sistem disperse.

Kadar air suatu bahan pangan dapat dinyatakan dalam 2 cara yaitu
bedasarkan bahan kering (dry basis) dan berdasrkan bahan basah (wet basis).
Kadar air secara dry basis adalah perbandingan antara berat air didalam bahan
tersebut dengan berat bahan keringnya. Berat bahan kering adalah berat bahan
asal setelah dikurangi dengan berat airnya. Kadar air secara wet basis adalah
perbandingan antara berat air didalam bahan tersebut dengan berat bahan mentah.

21
Universitas Sumatera Utara

Kadar air dry basis

=

Kadar air wet basis

=

Dimana :

�
�

�+

100 % …………….(1)
100 % …………(2)

W = kandungan air
D = sisa bahan kering

2.9 Alat Pengering Buatan
2.9.1

Tipe Batch Dryer

Alat pengering tipe batch dryer terdiri dari beberapa komponen diantaranya:
1) Bak pengering dengan lubang-lubang pada lantainya.
2) Kipas, digunakan untuk mendorong udara pengering dari sumbernya.
3) Unit pemanas, digunakan untuk memanaskan udara pengering agar
kelembaban nisbi udara pengering tersebut menurun dan meningkatkan
suhunya.
Pada mesin pengering tipe batch dryer udara bergerak dari bawah bahan
menuju atas dan melepaskan sebagian panasnya untuk menghasilkan proses
penguapan, dengan demikian suhu akan semakin berkurang.
Berdasarkan tebal tumpukan bahan, tipe batch dryer digolongkan atas dua
jenis, yaitu deep bed dan thin layer.

2.9.2 Sistem Deep Bed
Pada jenis pengeringan ini tumpukan bahan cukup tebal dan wadah lantai
mempunyai lubang-lubang sehingga udara panas bisa melewati bahan. Besar
kecilnya ukuran lubang wadah ditentukan berdasarkan bahan yang dikeringkan.
Pengeringan dilakukan dengan suhu rendah dan waktu lama agar kerusakan pada
bahan dapat dihindari.

22
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.3 Alat pengering tipe bak jenis Deep Bed
(Sumber : Taib dkk, 1988)

Keterangan :
A . Kipas

D. Bidang pengeringan

B. Plenum Chamber

E. Biji basah

C. Biji kering

F. Udara keluar

2.9.3 Sistem Thin Layer
Prinsip kerja mesin pengeringan ini hampir sama dengan deep bed. Pada
jenis ini ketebalan bahan dikurangi sedangkan luasannya diperlebar. Pergerakan
bidang pengeringan tidak begitu nyata karena pengeringan ini berlangsung
serentak dan merata diseluruh bagian bahan.
Jenis ini mempunyai laju pengeringan lebih cepat dan kemungkinan
terjadinya over drying lebih kecil, tekanan udara yang rendah mampu melalui
lapisan bahan.

23
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.4 Alat pengering jenis Thin Layer
(Sumber : Kartasapoetra, 1994)

2.10

BIOMASSA
Biomassa merupakan limbah dan residu pertanian, kehutanan yang dapat

didegradasi secara biologis dari produk. Biomassa dalam industri merupakan
produksi energi yang merujuk pada bahan biologis yang hidup atau baru mati
yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar . Energi biomassa menjadi
penting bila dibandingkan dengan energi terbarukan karena proses konversi
menjadi energi listrik memiliki investasi yang lebih murah bila di bandingkan
dengan jenis sumber energi terbarukan lainnya. Hal inilah yang menjadi kelebihan
biomassa dibandingkan dengan energi lainnya.
2.11

Katalis
Katalis yang dipelajari dalam penelitian telah disediakan oleh mitra dalam

proyek penelitian nasional. Ini adalah katalis WGS suhu tinggi, secara industri
digunakan dalam plant untuk produksi H2 dan amoniak standar yang pada
dasarnya terdiri dari campuran besi dan kromium oksida dengan komposisi 92%
berat Fe2O3 dan 8% berat Cr2O3.

24
Universitas Sumatera Utara

2.12

Gas metana
Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan

rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tidak berwarna dan mudah
terbakar.
1)

Reaksi pembakaran gas metana dengan oksigen murni.
Reaksi: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

2)

Reaksi pembakaran gas metana dengan udara di alam.
Reaksi: CH4 + 2O2 + 7.52N2 CO2 + 2H2O + 7.52N2 + heat

Pembentukan gas metana dapat terbentuk melalui reaksi antara hidrogen
dengan karbon monoksida. Reaksi : CO + 3H2 CH4 + H2O Pemurnian gas
metana Pemurnian gas metana dari proses gasifikasi dapat dilakukan dengan
metode absorbsi. Metode ini menggunakan air sebagai absorben karena air
mampu mengikat TAR yang sifatnya sebagai pengotor gas CH4. Hal ini dilakukan
karena semakin tinggi kandungan gas pengotor akan mengurangi nilai kalor dari
pembakaran gas metana.

2.13

Gasifikasi
Gasifikasi adalah konversi bahan bakar padat menjadi gas dengan oksigen

terbatas yang menghasilkan gas yang bisa dibakar, seperti CH4, H2, CO dan
senyawa yang sifatnya impuritas seperti H2S, CO2 dan TAR. Berdasarkan proses
pembentukan gas gasifikasi dibedakan menjadi tiga macam, yaitu:

1.

Landfill gasification yaitu mengambil gas metana yang terdapat pada

tumpukan sampah.
2.

Thermal process gasification yaitu proses konversi termal bahan bakar padat

menjadi gas.
3.

Anaerobic gasification yaitu mengolah sampah organik menjadi gas dengan

cara fermentasi.

25
Universitas Sumatera Utara

Reaktor merupakan ruang pembakaran. Hasil penelitian gasifikasi
biomassa sebelumnya menunjukkan bentuk dan ukuran reaktor sangatlah
bervariasi. Penampang reaktor dapat berbentuk segiempat, bujursangkar atau
silindris. Sedangkan diameter dalam berada pada rentang 150 mm – 400 mm dan
tinggi reaktor dapat mencapai 4,8 m.

2.14

Distributor Udara

Untuk mendistribusikan udara ke dalam reaktor digunakan Lubang untuk
saluran keluar udara (orifice) ditempatkan disisi nosel bawah agar terdistribusi
secara seragam kedalam reaktor
5 Teori Tentang Kalor
Ketika sejumlah kalor diterima atau dilepas oleh suatu zat, maka ada dua
kemungkinan yang terjadi pada suatu benda yaitu mengalami perubahan suhu atau
perubahan wujud. Kenaikan suhu pada benda dapat ditentukan menggunakan
persamaan yang mengaitkan dengan kalor jenis atau kapasitas kalor.
Satuan umun untuk kalor, yang masih digunakan sampai sekarang
dinamakan joule. Satuan ini disebut Joule (J) dan didefinisikan sebagai kalor yang
dibutuhkan untuk menaikkan temperature 1 gram air sebesar 1 derajat celcius.
Jika kalor diberikan pada suatu benda maka temperaturnya naik. Nilai kalor dapat
dinyatakan dalam persamaan

Q

= m.c. ΔT …………………….. (3)

Dimana :

Q

= kalor, (Kj)

M

= massa, (Kg)

ΔT

= Perubahan temperatur, (°C)

c

= Kalor jenis, (Kj/kg °C)

26
Universitas Sumatera Utara

Sedangkan ketika benda mengalami perubahan wujud, maka tidak terjadi
perubahan temperatur, namun semua kalor pada saat itu digunakan untuk merubah
wujud zat yang dapat ditentukan dengan persamaan yang mengandung kalor laten
Q = m.L ………………………………(4)
Keterangan :
Q = kalor yang diterima atau dilepas (J)
m = massa benda (kg)
L = kalor laten (J/kg)
Untuk proses punguapan dapat menggunakan persamaan berikut :
Q = m.hfg …………………………….(5)

Keterangan :
Q = kalor yang diterima atau dilepas (kJ)
m = massa benda (kg)

hfg = enthalpy penguapan (kJ/kg)  didapat dari tabel thermodinamika
lampiran

2.15

Tinjauan Perpindahan Panas
Definisi dari perpindahan kalor adalah berpindahnya energi dari suatu

daerah ke daerah lainnya sebagai akibat perbedaan suhu antara daerah-daerah
tersebut. Secara umum terdapat tiga cara proses perpindahan panas yaitu :
konduksi, konveksi, dan radiasi.

2.15.1 Perpindahan panas konduksi
Perpindahan panas konduksi merupakan perpindahan energi yang
terjadi pada media padat atau fluida yang diam akibat dari perbedaan
temperatur. Hal ini merupakan perpindahan dari energi yang lebih energik ke

27
Universitas Sumatera Utara

partikel energi yang kurang energik pada suatu benda akibat interaksi antar
partikel-partikel. Energi ini dapat dihubungkan dengan cara tranlasi,
sembarang, rotasi dan getaran dari molekul- molekul. Apabila temperatur
lebih tinggi berarti molekul dengan enrgi yang lebih tinggi memindahkan
energi ke molekul yang memiliki energi

yang lebih rendah (kurang

energi). untuk perpindahan panas secara konduksi, persamaan yang digunakan
adalah Hukum Fourier.
Jika kondisi pada dinding datar dengan perpindahan panas pada satu
dimensi, maka persamaannya dapat ditulis sebagai berikut :

Dasar: hokum fourier
qk = kA −

�

Dimana :

atau

�

=

−

�

……………(6)

q

= Laju perpindahan panas (w)

K

= Konduktivitas termal (W/(m.k))

A

= Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)

dT/dx = Gradien temperature dalam arah aliran panas

(sumber: http://memetmulyadi.blogspot.com/2013/03/perpindahan-kalor-konduksikonveksi-radiasi.html)

Gambar 2.5 Perpindahan panas konduksi pada sebuah batang tembaga dingin

28
Universitas Sumatera Utara

(sumber:http://www.sharepdf.com/c655ff97298b4856a8a30b9e088bd7a6/PERPINDAHA
N_PANAS.htm)

Gambar 2.6 Perpindahan panas konduksi pada bahan dengan suhu berbeda

2.15.2

Perpindahan panas konveksi
Perpindahan panas secara konveksi merupakan suatu perpindahan

panas yang terjadi antara suatu permukaan padat dan fluida yang bergerak
atau mengalir yang diakibatkan oleh adanya perbedaan temperatur. Pada
proses perpindahan panas konveksi dapat terjadi dengan beberapa metode,
antara lain :

a.

Konveksi bebas ( free convection )
Merupakan suatu proses perpindahan penas konveksi dimana aliran
fluida terjadi bukan karena dipaksa oleh suatu peralatan akan tetapi
disebabkan oleh adanya gaya apung.

b. Konveksi paksa ( force convection )
Pada system konveksi paksa proses perpindahan panas konveksi
terjadi dimana aliran fluida disebabkan oleh adanya peralatan
bantu. Adapun peralatan yang biasa digunakan adalah fan, blower, dan
pompa.
c. Konveksi dengan perubahan fase, yaitu proses perindahan panas
29
Universitas Sumatera Utara

konveksi yang disertai berubahnya fase fluida seperti pada proses
pendidihan (boiling) dan pengembunan (kondensasi).

Adapun persamaan perpindahan panas konveksi dapat dinyatakan
dengan Hukum newton pendinginan ( Newton’s Law of Cooling ), yaitu :

Dasar: Hukum Newton
qkonv

= hA( Ts - T∞ ) ………………..(7)

Dimana :
qkonv

= Besarnya laju perpindahan panas knveksi ( W )

h

= Koefisien konveksi ( W/m2 K )

A

= Luas permukaan perpindahan panas konveksi ( m2 )

(sumber: http://sekolahmandiri.blogspot.com/2012/06/mengetahui-perpindahan-energipanas.html)

Gambar 2.7 contoh peristiwa perpindahan panas secara konveksi

30
Universitas Sumatera Utara

2.15.3

Perpindahan Panas Radiasi
Radiasi adalah energi yang diemisikan oleh benda yang berada pada

temperatur

tinggi,

dimana

merupakan perubahan dalam konfigurasi

electron dari atom. Energi dari mean radiasi ditransfortasikan oleh
gelombang elektromagnetik atau lainnya. Pada perpindahan panas konduksi
dan

konveksi

proses

Sedangkan pada

perpindahan panasnya

membutuhkan

media.

perpindahan panas radiasi tidak diperlukan media.

Perpindahan panas secara radiasi lebih efektif terjadi pada ruang hampa.
Laju perpindahan panas radiasi dirumuskan sebagai berikut :
Dasar : Hukum Stefan-Boltzman

qrad = ε σ A ( Ts4 – Tsur4 ) …………(8)
Dimana :
Qrad

= Laju perpindahan panas radiasi ( W )

ε

= Emisivitas permukaan material

σ

= Konstanta Stefan Bolztman ( 5.669 x 10-8 W/m2k4 )

Ts

= Temperature permukaan benda ( K )

Tsur

= Temperature surrounding ( K )

(sumber:http://www.gomuda.com/2013/04/perpindahan-kalor-konduksikonveksidan.htm)

Gambar 2.8 perpindahan panas secara radiasi

31
Universitas Sumatera Utara

2.16

Konduktivitas Thermal (Daya Hantar Panas)
Adalah sifat bahan yang menunjukkan seberapa cepat bahan itu dapat
menghantarkan panas konduksi
Pada umumnya nilai k dianggap tetap, namun sebenarnya nilai k
dipengaruhi oleh suhu (T).

Konduktor = bahan yang mempunyai konduktivitas yang baik
Contoh : logam
Isolator

= bahan yang mempunyai konduktivitas yang jelek

Contoh : asbes

32
Universitas Sumatera Utara