4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Disain Tungku dan Pengumpan Tongkol Jagung Unit tungku ditujukan untuk memanaskan air yang akan dimanfaatkan panasnya melalui penukar panas. Bahan bakar yang digunakan adalah tongkol jagung sebagai material limbah pada usaha produksi jagung pipilan. Unit tungku dirancang agar dapat melangsungkan pembakaran tongkol jagung sesuai dengan tingkat suhu udara yang diharapkan terbentuk pada ruang pengering. Bak berisi air yang akan dipanaskan berbentuk silinder (drum) dengan diameter 0,92 meter dan posisinya duduk di atas tungku. Agar nyala api selalu berada pada pusat diameter bak maka ruang pembakaran tongkol jagung didisain mengerucut ke bawah seperti pada gambar 15 berikut ini. 0.92 m
Gambar 15. Tungku pembakaran tongkol jagung Tongkol jagung yang terbakar pada ruang tungku memiliki besar volume yang diatur melalui pengumpan yang digerakkan dengan motor DC 5A 24 Volt dan 150 RPM. Motor dilengkapi dengan reduksi gear box 1 : 24 sehingga keluarannya menjadi 6,25 RPM. Untuk memperoleh putaran kincir maksimum pengumpan sebesar 2 RPM maka digunakan sistem sproket dan rantai dengan bantuan persamaan 16:
ω1 R2 n2 = = ω 2 R1 n1 Dimana: R, n = jari-jari sproket, atau jumlah gigi sproket ke-1 dan ke-2. ω = kecepatan sudut dalam RPM sproket ke-1 dan ke-2. Gerak putar motor pengumpan selanjutnya diformulasikan dalam kendali logika fuzzy dengan menu umpan kecepatan penuh, umpan kecepatan sedang, umpan kecepatan lambat dan tidak mengumpan (diam). Menu kecepatan ini akan
30
berhubungan dengan tingkat suhu udara ruang pengering yang terdeteksi sensor dan set point suhu yang ditetapkan. Kecepatan penuh jika suhu udara pengering berbeda jauh dengan suhu set point dan motor diam jika suhunya mendekati atau sama dengan suhu set point. Disain pengumpan berupa kincir dengan 8 buah sudu-sudu yang berfungsi sebagai pengatur jumlah tongkol yang akan jatuh ke ruang tungku dengan sudut luncur 40o.
Putaran motor diatur agar memutar kincir ke arah sisi/bidang yang dapat
terdorong dan tarik dengan mekanisme engsel dan per. Rancangan ini dimaksudkan untuk menghindari gaya tolak dinding pada tongkol yang digerakkan oleh kincir sehingga putaran motor tidak berhenti. Skema disain mekanisme pengumpan seperti pada gambar 16 berikut.
Gambar 16. Disain mekanisme pengumpan tungku Untuk menampung sejumlah tongkol yang akan diumpan maka wadah berbentuk silinder dipasang pada bagian atas rumah kincir dengan ukuran tertentu agar pengisian hanya dilakukan sebanyak 2 hingga 3 kali selama 1 batch proses pengeringan. Dimensi tinggi silinder adalah 1,1 meter dan diameter 0,8 meter. 4.2 Hasil Disain Tungku dan Pengumpan Biomassa Unit tungku biomassa didisain untuk proses pembakaran tongkol jagung sehingga menghasilkan panas yang akan dimanfaatkan oleh sistem pengeringan melalui penukar panas tipe fluida. Bak berisi air yang akan dipanaskan ditempatkan diatas tungku dan dihubungkan ke penukar panas melalui selang air dengan sistem pompa bertenaga listrik.
31
Bagian lain dari tungku dan bak air adalah silinder penampung tongkol jagung kering yang dilengkapi dengan kincir pengumpan tongkol ke ruang pembakaran. Kincir pengumpan ini digerakkan dengan motor DC yang selanjutnya dikontrol putarannya melalui driver motor DC yang merupakan bagian dari sistem kontrol beralgoritma fuzzy.
a.
b.
c.
Gambar 17. Unit Tungku dengan Pengumpanan Kincir Pola tongkol jagung pada kincir dapat merupakan tumpukan yang padat (c) sehingga secara relatif dapat memberikan beban berat pada motor penggerak akibat gesekan yang timbul antara kincir yang berputar (bagian dinamis) dengan rumah kincir (bagian statis). Hal ini diatasi dengan menciptakan salah satu sisi dinding rumah kincir yang fleksibel sehingga dapat terdorong keluar dan tertarik masuk oleh per. 4.3 Disain Driver Motor DC dengan DAC 0808 Sumber gerak yang digunakan untuk proses pengumpanan bahan bakar tongkol jagung adalah Motor DC 24 volt, 5 amp. Spesifikasi motor ini memungkinkan terjadinya gerak putar yang beragam kecepatannya pada variasi nilai tegangan antara 0 hingga 24 volt. Proses pengontrolan kecepatan gerak putar motor tersebut dilakukan dengan rangkaian driver yang menggunakan DAC0808 (MC1408) dan Op-Amp LF 353N serta transistor 2N3055. Arus keluar (Iout) selanjutnya dikonversi ke tegangan dengan beban resistif atau Op-Amp yang terisolasi (rf dari Vout ke V- dan V+ ke ground). Dua buah transistor 2N3055 yang disusun paralel dimaksudkan sebagai rangkaian saklar atau regulator tegangan output dari Op-Amp yang bervariasi sebelum diumpankan ke motor DC. Komponen ini digunakan karena disamping memiliki
32
karakteristik kepekaan terhadap penguatan yang tinggi juga memiliki tingkat suhu operasi yang tinggi yakni hingga 200 oC. Untuk meredam panas yang timbul maka dua buah transistor ini diletakkan pada plat dan kipas pendingin.
Gambar 18. Rangkaian khas DAC0808 dengan Op-Amp 4.4 Disain Driver Motor AC Driver motor AC terdiri atas mikrokontroler AT89C51, rangkaian Comparator LM339 yang difungsikan sebagai zero crossing detector dan rangkaian triac optocoupler sebagai teknik kontrol tegangan keluaran yang bervariasi. 1K 1K
5 1K
4 LM 339
3
10 K
12
5
Gambar 19. Rangkaian driver motor AC untuk kipas Rangkaian pembanding tegangan LM339 sebagai pengubah gelombang sinus menjadi gelombang segiempat selanjutnya dibaca oleh mikrokontroler AT89C51 untuk menentukan waktu zero crossing. Setelah zero crossing terdeteksi, maka
33
AT89C51 akan menonaktifkan triac selama 0 – 49 mdetik berdasarkan keluaran fuzzy. Hal ini akan menghentikan aliran arus ke motor sehingga putaran motor akan berkurang. Dengan demikian variasi besaran nilai tunda setelah triac di ”trigger” akan menyebabkan perubahan kecepatan putar pada motor.
Gambar 20. Skema teknik delay bentuk gelombang tegangan AC Pada gambar 20 diberikan bentuk gelombang untuk dua buah kondisi yakni waktu tunda (delay) 20 ms dan 40 ms. Pada kondisi pertama yakni waktu tunda 20 ms siklus positif keluaran tegangan AC adalah 60 % dari input sehingga hanya 60 % arus yang diteruskan ke beban (garis putus-putus pada bentuk gelombang sinus menunjukkan gelombang tegangan AC yang telah dipotong). Gelombang kotak merupakan tegangan keluaran mikrokontroler yang berfungsi sebagai driver dan gelombang sinus merupakan tegangan keluaran rangkaian triac yang sampai ke beban. Pada kondisi kedua yakni waktu tunda (delay) 40 ms, siklus keluaran sebesar 20 % dari input sehingga hanya 20 % arus yang diteruskan ke beban/motor. Perubahan persentase arus inilah yang menyebabkan perubahan putaran pada motor AC. 4.5 Hasil Disain Sistem Kendali Logika Fuzzy 4.5.1. Perangkat Keras Sistem kendali fuzzy didisain dalam satu papan akrilik berukuran 32 x 27 cm dengan 4 buah trafo sebagai sumber catu daya. Trafo 2 Amp sebagai sumber catu daya untuk DT51 Petrafuz ver 3.3, AT89C51 dan modul lain seperti LCD, Keypad dan
34
sensor SHT75. Trafo 5 Amp sebagai sumber catu daya kopel untuk driver motor DC (DAC0808) dan kipas pendingin komponen khususnya regulator tegangan DC. Trafo CT 1 Amp sebagai sumber catu daya yang akan dicacah untuk keperluan motor AC dan trafo CT 10 Amp sebagai sumber catu daya untuk motor DC. Pada sistem ini terdapat DT51 PetraFuz ver 3.3 yang bertindak sebagai mikrokontroler
utama
dan
AT89C51
sebagai
mikrokontroler
pendamping.
Mikrokontroler utama berfungsi sebagai unit distributor data, penulisan dan pembacaan sensor SHT75 secara digital melalui port Control, pembacaan input keypad melalui port C dan peragaan LCD melalui port LCD serta sistem akuisisi data ke komputer personal melalui port serial. Mikrokontroler pendamping berfungsi sebagai driver motor AC yang akan menerima keluaran fuzzy dari parameter kelembaban melalui port 2. Mekanisme ini dirancang untuk menjaga kontinyuitas keluaran AT89C51 ke rangkaian triac melalui optocoupler sambil menunggu update data keluaran fuzzy dalam selang waktu tertentu dari port A DT51 Petrafuz. Keluaran fuzzy dari parameter suhu selanjutnya diubah ke besaran analog oleh DAC0808 melalui port B untuk menggerakkan motor DC. Konfigurasi masing-masing modul pada DT51 Petrafuz diilustrasikan dengan gambar berikut. a. Modul SHT75. Sebuah chip SHT75 memiliki 4 buah pin yakni pin 1: SCK, pin 2: VDD, pin 3: GND dan pin 4: DATA. Pin 1 dan 4 selanjutnya dihubungkan masing-masing dengan port 3.2, 3.4 dan port 3.3, 3.5 DT51 Petrafuz sedangkan pin 2 dan 3 dengan catu daya.
Gambar 21. Konfigurasi sensor SHT75 pada DT51 Petrafuz
35
b. Modul LCD LCD memiliki port tersendiri pada DT51 Petrafuz sehingga pemasangan dapat dilakukan dengan kabel pelangi 10 pin yang ujungnya dilekatkan pada ampenol LCD dan konektor port pada ujung lainnya. Jenis LCD yang digunakan memiliki maksimum 16 karakter dan 2 baris
Gambar 22. Konfigurasi LCD pada DT51 Petrafuz Sebuah LCD tipe LMB162A memiliki konfigurasi 16 pin dengan spesifikasi masing-masing seperti pada tabel 4. Tabel 4. Konfigurasi pin LMB162A Pin No 1 2 3 4 5 6 7 to 14 15 16
Symbol GND Vcc Vo RS R/W E D0 to D7 VB1 VB0
Details Ground Supply Voltage +5V Contrast adjustment 0->Control input, 1-> Data input Read/ Write Enable Data Backlight +5V Backlight ground
c. Modul Keypad Keypad 4x4 dihubungkan dengan kabel pelangi 8 pin ke port C DT51 Petrafuz. Kedua ujung kabel terlebih dahulu dilengkapi dengan konektor ke keypad dan konektor ke port DT51 Petrafuz. Sebuah konektor melayani 2 port yang terdiri atas 16 pin. Pemanfaatan hanya sebuah port yang terdiri atas 8 pin adalah dengan memisahkan atau memotong separuh dari kabel pelangi 16 pin.
36
Gambar 23. Konfigurasi Keypad pada DT51 Petrafuz d. Modul Driver Motor DC Driver motor DC dihubungkan dengan kabel pelangi 8 pin ke DT51 Petrafuz melalui port B. Sedangkan pada modul driver motor DC dihubungkan ke jalur data DAC0808. Keluaran DAC0808 berupa besaran tegangan analog selanjutnya melalui rangkaian penguat Op-Amp LF353N dan rangkaian regulator tegangan atau switching. Driver Motor DC
AT89C51
Driver Motor AC
Gambar 24. Konfigurasi driver motor DC pada DT51 Petrafuz
Gambar 25. Regulator Tegangan 2N3055 dengan pendingin
37
e. Modul Driver Motor AC Seperti halnya driver motor DC, driver motor AC juga dihubungkan dengan kabel pelangi 8 pin ke DT51 Petrafuz melalui port A. Dengan demikian port A dan port B menggunakan sebuah konektor kabel 16 pin yang akan terbagi 2 menjadi 8 pin ke driver motor DC (DAC0808) dan 8 pin ke driver motor AC yakni pin data pada mikrokontroler kedua (AT89C51), (Gambar 24). Zero crossing tegangan disusun dalam mikrokontroler kedua (AT89C51) yang berhubungan dengan rangkaian komparator LM339 dan triac optocoupler untuk selanjutnya menggerakkan motor AC berupa blower.
Gambar 26. Rangkaian Triac dan Zero Crossing Detector tegangan AC f. Akuisisi Data Proses akuisisi data dilakukan dengan menghubungkan DT51 Petrafuz ke personal komputer melalui port serial. DT51 Petrafuz sebagaimana DT51 Minsys lainnya hanya menyediakan jalur data tipe serial untuk keperluan komunikasi dua arah (bidirectional). Pengujian sistem kendali algoritma fuzzy berdasarkan personal komputer dilakukan melalui jalur data ini.
Gambar 27. Akuisisi Data DT51 Petrafuz dengan Personal Komputer
38
4.5.2. Perangkat Lunak a. Assembler Pengaktifan beberapa modul seperti pembacaan sensor SHT75 sebagai sumber data, keypad sebagai sumber data set point, peragaan LCD dan jalur data dua arah pada serial port oleh DT51 Petrafuz dilakukan dengan menyusun perintah dalam bahasa assembler 8051. Perintah disusun dalam file text editor kemudian dikonversi ke file hex melalui assembler 8051. Pemrograman didahului dengan perintah pengaktifan DT51 Petrafuz, pembacaan dua buah sensor SHT75 pada setiap selang waktu 5 detik untuk diolah dan dikirim ke menu tampilan suhu dan RH serta pengiriman data ke serial port. Program pembacaan dan penulisan pada LCD 16x2 serta pembacaan tombol keypad 4x4. Disamping itu terdapat perintah pembacaan output fuzzy dari serial port untuk dilanjutkan ke driver motor DC dan AC. Pada mikrokontroler kedua yakni AT89C51 juga terdapat program assembler khusus untuk driver motor AC yang terdiri atas Zero Crossing Detector dan triac firing. Perintah keseluruhan modul tercantum pada lampiran 1 yang merupakan perintah utuh assembler untuk perangkat keras sistem kendali ini. b. Simulasi Logika Fuzzy Program simulasi dikembangkan untuk memperoleh sebuah algoritma fuzzy yang secara spesifik sesuai dengan disain kendali yang diinginkan sebelum algoritma tersebut dijalankan pada sistem yang sebenarnya. Simulasi ini dilakukan pada sebuah disain antar muka menggunakan program bahasa Delphi 7.0. Disain antar muka mencakup input set point suhu dan kelembaban, tampilan grafik dan tampilan pergerakan suhu, RH dan output fuzzy. Dalam simulasi ini dibangkitkan data yang meniru sensor SHT75 menghasilkan data suhu dan RH yang kemudian diolah melalui algoritma fuzzy. Data hasil pengolahan selanjutnya ditampilkan dalam bentuk pergerakan data dan grafik sehingga memungkinkan untuk dianalisa sesuai dengan sistem pengendalian yang didisain. Pembangkitan data dilakukan dengan memanfaatkan timer dan generator data pada Delphi 7.0 serta selang suhu dan RH mengikuti kondisi ekstrim yang mungkin terjadi secara ril. Disamping itu pula dimungkinkan terjadinya data suhu dan RH yang
39
menurun atau naik dengan selang yang teratur, dan selang suhu yang melonjak serta data yang berubah arah (arah naik berubah turun dan sebaliknya). Data suhu yang demikian dapat memperlihatkan respon fuzzy yang terjadi sehingga semua kemungkinan output fuzzy telah melalui proses analisa yang cermat.
Gambar 28. Antar muka simulasi algoritma fuzzy Program simulasi algoritma fuzzy dieksekusi sehingga menampilkan antar muka yang memungkinkan operator memasukkan nilai set point suhu dan RH. Nilai set point suhu dan RH secara default sendiri diberikan sehingga program dapat langsung melakukan perhitungan dan menampilkan hasil. Nilai default set point suhu sebesar 60
o
C berdasarkan data suhu udara pengering yang direkomendasikan
(Cakraverty & Singh, 2001) dimana pengeringan jagung untuk pangan maksimum 54 o
C dan untuk pakan maksimum 82 oC. Nilai 60 oC berada pada selang nilai suhu udara
pengering untuk pakan yakni 55 – 82 oC disamping pertimbangan kemampuan pembangkitan panas dari sistem tungku berbahan bakar tongkol jagung yang secara alamiah memiliki nilai kalor yang terbatas. Sedangkan nilai default RH sebesar 45 % berdasarkan data referensi pengeringan sebelumnya (Mulyantara, 2008) dimana RH udara dalam ruang pengering minimum yang terjadi sebesar 51,0 %. Dengan demikian nilai default set point RH 45 % mengandung upaya untuk menurunkan lebih dari nilai RH yang terjadi secara alamiah.
40
Selain pengkondisian proses pembangkitan data, juga dilakukan pengkondisian data yang menjadi input peralatan analog pada motor DC dan AC. Hal ini dilakukan agar output fuzzy menjadi data yang sesuai dengan besaran input peralatan yang digunakan yakni dalam bentuk selang tegangan (penyesuaian tegangan). c. Algoritma Fuzzy dengan Data Sensor SHT75 Algoritma fuzzy yang telah disusun dan diuji pada simulasi logika fuzzy selanjutnya digunakan untuk mengolah data suhu dan RH yang dihasilkan oleh sensor SHT75. Keluaran (output) fuzzy juga dihubungkan dengan proses penyesuaian tegangan yang akan menjadi masukan (input) pada peralatan analog yakni motor DC dan motor AC melalui drivernya masing-masing. Algoritma fuzzy disusun dalam pemrograman Delphi 7.0 pada personal komputer sehingga pada tahap awal data sensor diinisialisasi melalui jalur serial (serial port). Data jenis string yang dikirim oleh mikrokontroler utama dibedakan atas 3 jenis yakni data set point suhu dan RH, data suhu dan RH dari sensor 1 dan data suhu dan RH dari sensor 2. Ketiga jenis data tersebut kemudian dikonversi menjadi data jenis integer dan atau jenis real sehingga dapat dilakukan operasi matematika. Data dalam bentuk integer atau real kemudian diubah kembali menjadi data jenis string untuk menampilkannya dalam disain antar muka. Demikian pula data yang diolah dalam algoritma fuzzy sampai ke output fuzzy yang sudah disesuaikan kemudian ditampilkan dan atau dikirim kembali ke mikrokontroler utama untuk diumpankan ke masingmasing driver. 4.6 Skema Disain Kendali logika Fuzzy pada Pengering ERK-Hybrid Secara skematik disain kendali dan alur pengendalian terhadap blower dan motor pengumpan tongkol jagung seperti pada gambar 15. Perangkat kendali logika fuzzy terdiri atas dua buah sensor SHT75, modul DT51 Petrafuz, keypad 4x4, LCD 16x2, driver motor DC dan AC serta personal komputer. Pada sistem pengeringan, perangkat yang dikendalikan meliputi blower udara keluar pada ruang pengering dan motor pengumpan bahan-bakar masuk ke tungku. Dua buah sensor SHT75 yang dimaksudkan untuk mendeteksi suhu dan kelembaban udara pengering ditempatkan pada ruang pengarah (plenum) yang menghubungkan dua buah penukar panas dengan dua buah ruas bak jagung. Panas udara pengering berasal dari kedua penukar panas
41
(HE1 dan HE2) yang dihisap dan dihembuskan oleh masing-masing blower. Penukar panas (Heat Exchanger, HE) berfungsi memindahkan panas dari air ke udara melalui mekanisme pindah panas konduksi. Sirkulasi air panas digerakkan oleh pompa dari bak air yang dipanaskan oleh tungku dengan bahan bakar biomassa (tongkol jagung). Proses pembakaran terjadi dalam tungku dengan mekanisme tongkol jagung yang diumpan dari penampung dengan sistem pengumpan kincir yang digerakkan oleh motor DC.
Blower udara keluar
Driver Motor AC
Ruas 1
Ruas 2
SHT75
SHT75
LCD 16x2
F L C
PC P4
HE1
HE2
Tungku
KPAD
Motor Pengumpan Driver Motor DC
Gambar 29. Skema Disain Kendali Logika Fuzzy pada Pengering ERK-Hybrid
42
4.7 Uji Kinerja tungku Pengujian tungku secara manual dilakukan dengan mengukur suhu air dalam bak yang akan masuk ke selang penukar panas pada bagian bawah bak (outlet). Tabel 5. Perubahan suhu outlet dan inlet air dalam bak Waktu (menit) 0 6 12 18 24 30 36 42 48
Suhu outlet bak (oC) 24 44 64 74 81 81 86 86 84
Suhu inlet bak (oC) 24 35 52 58 63 64 68 70 68
Demikian pula suhu air keluar penukar panas pada ujung selang yakni pada bak bagian atas (inlet). Bahan bakar berupa tongkol jagung dibakar secara manual pada tungku sehingga diperoleh air bak mendidih yang maksimum pada kedua titik pengukuran tersebut dalam waktu tertentu. Hasil uji tungku menunjukkan bahwa pembakaran tongkol jagung secara intensif menyebabkan peningkatan suhu air dalam bak mencapai tingkat maksimum sebesar 86 o
C dalam waktu 36 – 42 menit. Suhu air inilah yang akan dipindahkan sebagai udara
pengering oleh kedua penukar panas. Sedangkan beda suhu antara suhu inlet dan outlet pada bak/penukar panas mencapai 16 oC. 4.8 Uji dan Kalibrasi Sensor SHT75 Berdasarkan datasheet SHT75, sensor ini sebenarnya sudah terkalibrasi penuh (fully calibrated) sehingga tidak perlu lagi dikalibrasi sepanjang menggunakan persamaan-persamaan konversi yang disediakan. Proses kalibrasi sensor SHT75 pernah dilakukan Hendarto (2008) dengan termometer standar pada selang 0 – 50 oC, data yang dihasilkan bersumber dari persamaan datasheet SHT75. Hasil menunjukkan bahwa data suhu menggunakan persamaan datasheet lebih mendekati nilai suhu sebenarnya dibandingkan dengan menggunakan persamaan dari hasil regresi kalibrasi. Dengan demikian dalam penelitian ini proses kalibrasi dilakukan hanya dengan membandingkan data suhu yang dihasilkan sensor SHT75 dengan peralatan ukur suhu
43
dan RH lain yang sudah terkalibrasi. Data suhu dan RH yang tidak berbeda jauh dijadikan dasar bahwa peralatan memiliki validitas untuk mengukur suhu dan RH. 80 75
y1 = 1.002x + 0.006
o
Suhu SHT75 ( C)
70
2
R =1
65 60 55 50
y2 = 1.008x + 0.044
45
2
R = 0.9999
40 35 30 30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
o
Suhu Referensi ( C)
Gambar 30. Perbandingan suhu udara 80
RH Sensor SHT75 (%)
75
y1 = 0.9942x + 0.724 2 R = 0.9993
70 65 60 55 50
y2 = 1.0142x + 1.876 2 R = 0.9983
45 40 35 30 30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
RH Referensi (% )
Gambar 31. Perbandingan RH udara Hasil perbandingan menunjukkan bahwa data suhu yang dihasilkan oleh kedua sensor SHT75 dengan data suhu peralatan ukur yang dijadikan referensi tidak berbeda jauh. Data suhu menunjukkan trend linier yang lebih presisi jika dibandingkan dengan data RH terhadap data referensi masing-masing. 4.9 Uji Fungsi Keypad, LCD dan Akuisisi Data. Keypad berfungsi sebagai tombol input data set point suhu dan RH yang akan menjadi acuan kontrol sistem pengeringan beralgoritma fuzzy. Dalam menu ini LCD membantu memandu pemasukan data tersebut melalui format yang telah disediakan. Setelah memasukkan data tersebut maka algoritma fuzzy menjadikannya set point dan akan tampil pada disain antar muka pada layar monitor.
44
LCD dalam sistem ini memiliki dua menu tampilan yakni menu tampilan suhu dan RH yang terekam pada kedua sensor dan menu tampilan input data set point. Menu tampilan input set point hanya muncul jika melakukan interupsi terhadap menu tampilan suhu dan RH.
Gambar 32. Tampilan menu suhu dan RH dua buah sensor
Gambar 33. Tampilan menu input set point suhu dan RH Dalam kaitannya dengan disain antar muka pada monitor personal komputer, tampilan suhu dan RH serta set point dapat dilihat pada gambar 34. Set point suhu dan RH yang diinput melalui keypad melalui bantuan LCD juga akan masuk dan tampil pada disain antar muka pada monitor.
Gambar 34. Tampilan suhu, RH dan set point pada disain antar muka
45
4.10 Uji Fungsi Driver Motor DC Driver ini berfungsi mengendalikan kecepatan putar motor DC yang bertindak sebagai penggerak kincir pengumpan tongkol jagung pada sistem pengumpanan bahan bakar. Dari hasil pengujian diperoleh hubungan data nilai digital terhadap tegangan DC keluaran driver (gambar 35) dan hubungan data suhu udara pengering dengan kecepatan putaran motor (gambar36).
Teg. keluaran (VDC)
7 6 5 4 3 2 1 0 50
62-63
75
87-88
100
Selang Digital (0-255)
Gambar 35. Hubungan nilai digital dengan tegangan DC keluaran Selang nilai digital dan tegangan ini merupakan penyesuaian terhadap disain kecepatan putar kincir pengumpan pada nilai nominal 1,0 RPM. Penggunaan selang nilai digital dari angka 50 hingga angka 100 berkaitan dengan tegangan keluaran driver yang menyebabkan putaran motor DC dari kondisi diam ke kecepatan 1,75 RPM. Tegangan 2.1 VDC dihasilkan pada nilai digital 50 dan merupakan tegangan yang terjadi sesaat sebelum motor berputar (diam). Sedangkan tegangan 5,8 VDC
Kec. M otor DC (RP M )
dihasilkan dari nilai digital 100 dan menyebabkan putaran motor sebesar 1,75 RPM. 2 1.5 1 0.5 0 30.0
38.0
48.5
59.3
64.0
Suhu (oC)
Gambar 36. Hubungan suhu udara & putaran motor DC Kecepatan putaran motor DC sebagai penggerak kincir pengumpan akan bergantung pada tingkat suhu udara ruang pengering. Suhu udara yang rendah berkisar
46
30 oC akan menyebabkan kecepatan puataran motor pada tingkat tertinggi yakni 1,75 putaran/menit. Sebaliknya jika udara ruang pengering berada pada tingkat suhu 60 oC atau lebih maka motor akan berhenti atau diam. 4.11 Uji Fungsi Driver Motor AC Driver ini berfungsi mengontrol kecepatan putar motor AC yakni blower udara keluar ruangan. Driver akan meningkatkan kecepatan putar blower pada saat RH udara meningkat dalam ruangan dan sebaliknya akan menurunkan kecepatan putar blower jika RH udara menjadi rendah kembali. Hasil pengujian menunjukkan hubungan nilai digital terhadap tegangan AC keluaran rata-rata seperti terlihat pada gambar 37.
Teg. keluaran (Vrms)
250 200 150 100 50 0 33
62-63
91.5
121-122
150
Selang Digital (0-255)
Gambar 37. Hubungan nilai digital dengan tegangan AC keluaran Nilai digital dan tegangan keluaran driver ini memiliki hubungan yang terbalik dimana kecepatan penuh kipas (tegangan penuh) terjadi pada nilai digital 33 – 0. Putaran kipas tidak didisain berhenti (diam) melainkan pada putaran pelan sehingga selang nilai yang bersesuaian adalah 150 – 33 pada nilai digital dan 80,5 – 210,5 Vrms yang menghasilkan kecepatan putar pelan hingga kecepatan putar penuh. Kecepatan putar penuh ini terjadi pada nilai 210,5 Vrms yang merupakan tegangan PLN jatuh atau tereduksi hingga ke rangkaian driver. Pengujian lanjut terhadap hubungan antara nilai RH udara yang terdeteksi sensor dengan kecepatan aliran udara oleh blower menunjukkan bahwa kecepatan udara terendah berkisar 1,0 m/detik pada kondisi kelembaban udara rendah berkisar hingga 45 %RH dan meningkat hingga kecepatan udara 8,0 m/detik pada kelembaban udara tinggi 80 %RH lebih (gambar 38).
47
Kec. aliran udara (m/det)
9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0
45.0%
65.0%
76.5%
80.0%
Kelembaban udara (%RH)
Gambar 38. Hubungan RH udara dan kecepatan aliran udara 4.12 Uji Sistem Kendali Logika Fuzzy pada pengering ERK-Hybrid Pengujian sistem kendali logika fuzzy pada pengering ERK-Hybrid dilakukan sebanyak dua kali yakni pengujian tanpa beban dan pengujian dengan beban. Pengujian tanpa beban dimaksudkan untuk memperoleh data kinerja khususnya kemampuan sistem tungku menyuplai panas yang dibutuhkan oleh sistem pengeringan melalui acuan suhu dan RH (set point) pada nilai default yakni suhu 60 oC dan kelembaban 45 %RH. Sedangkan pengujian dengan beban ditujukan untuk melihat kinerja sistem kendali logika fuzzy secara ril pada proses pengeringan dengan set point RH yang sama tetapi set point suhu sebesar 47 oC. 4.12.1 Uji sistem kendali logika fuzzy tanpa beban pengeringan Pengujian tanpa beban ini dilakukan dengan memantau pergerakan suhu udara pengering pada kedua ruas dalam waktu tertentu hingga suhu maksimum tercapai. Hasil uji menunjukkan bahwa rata-rata suhu udara pengering yang dicapai 59,6 oC dengan suhu maksimum 62,8 oC. Pola suhu udara pengering maksimum tercapai pada pukul 13.17 WIB yang juga sangat besar dipengaruhi oleh radiasi surya yang mencapai puncaknya pada siang hari. 70
50 40
Suhu Ruas_1(oC)
30
Suhu Ruas_2(oC)
20 10 1:35:07 AM
1:34:00 AM
1:32:43 AM
1:31:38 AM
1:30:34 AM
1:29:29 AM
1:28:24 AM
1:27:20 AM
1:26:15 AM
1:25:10 AM
1:24:06 AM
1:23:01 AM
1:21:56 AM
1:20:51 AM
1:19:47 AM
1:18:42 AM
1:17:37 AM
1:16:33 AM
1:15:28 AM
1:14:23 AM
1:13:19 AM
1:12:14 AM
1:11:09 AM
1:10:05 AM
1:09:00 AM
1:07:55 AM
1:06:50 AM
1:05:46 AM
1:04:41 AM
1:03:36 AM
1:02:32 AM
1:01:27 AM
12:59:16 AM
12:57:30 AM
12:56:25 AM
12:55:20 AM
12:54:16 AM
12:52:53 AM
12:50:32 AM
12:49:28 AM
12:48:23 AM
0 12:45:12 AM
Suhu (oC)
60
Waktu (Pukul)
Gambar 39. Pola dan sebaran suhu udara pengering tanpa beban
48
1:35:07 AM
1:34:00 AM
1:32:43 AM
1:31:38 AM
1:30:34 AM
1:29:29 AM
1:28:24 AM
1:27:20 AM
1:26:15 AM
1:25:10 AM
1:24:06 AM
1:23:01 AM
1:21:56 AM
1:20:51 AM
1:19:47 AM
1:18:42 AM
1:17:37 AM
1:16:33 AM
1:15:28 AM
1:14:23 AM
1:13:19 AM
1:12:14 AM
1:11:09 AM
1:10:05 AM
1:09:00 AM
1:07:55 AM
1:06:50 AM
1:05:46 AM
1:04:41 AM
1:03:36 AM
1:02:32 AM
1:01:27 AM
12:59:16 AM
12:57:30 AM
12:56:25 AM
12:55:20 AM
12:54:16 AM
12:52:53 AM
12:50:32 AM
12:49:28 AM
12:48:23 AM
12:45:12 AM
Putaran Motor (RPM)
2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00
Waktu (Pukul)
Gambar 40. Pola putaran motor pengumpan pada pengeringan tanpa beban Sistem kendali logika fuzzy dalam pengujian ini terlihat pada aspek pencapaian suhu udara pengering sesuai dengan set point sebesar 60 oC. Mekanisme pengendalian putaran motor pengumpan bahan bakar biomassa (tongkol jagung) ditujukan untuk mencapai suhu acuan tersebut. Pengamatan kondisi tungku dan sistem pengumpanan menunjukkan bahwa suhu tersebut adalah suhu maksimum yang dapat dicapai pada kondisi tanpa beban. Laju pembakaran tongkol jagung dari awal terbakar hingga menjadi bara api dan menjadi arang tidak dapat dipercepat lagi. Seiring dengan peningkatan suhu udara maka secara alamiah kelembaban udara relatif akan menurun dan mencapai puncaknya pada jam yang sama dengan nilai terendah 16,4 %RH dan besaran rata-rata 19,1 %. Secara umum kondisi udara yang panas dan kering menyebabkan nilai RH udara lebih rendah dari acuan (set point) sebesar 45 % sebagaimana terlihat pada gambar 41. 30
RH (%)
25 20 15 10
RH Ruas_1(%)
RH Ruas_2(%)
5
1:35:07 AM
1:34:00 AM
1:32:43 AM
1:31:38 AM
1:30:34 AM
1:29:29 AM
1:28:24 AM
1:27:20 AM
1:26:15 AM
1:25:10 AM
1:24:06 AM
1:23:01 AM
1:21:56 AM
1:20:51 AM
1:19:47 AM
1:18:42 AM
1:17:37 AM
1:16:33 AM
1:15:28 AM
1:14:23 AM
1:13:19 AM
1:12:14 AM
1:11:09 AM
1:10:05 AM
1:09:00 AM
1:07:55 AM
1:06:50 AM
1:05:46 AM
1:04:41 AM
1:03:36 AM
1:02:32 AM
1:01:27 AM
12:59:16 AM
12:57:30 AM
12:56:25 AM
12:55:20 AM
12:54:16 AM
12:52:53 AM
12:50:32 AM
12:49:28 AM
12:48:23 AM
12:45:12 AM
0
Waktu (Pukul)
Gambar 41. Pola dan sebaran RH udara pengering tanpa beban Sistem kendali logika fuzzy dalam kasus kondisi RH yang rendah ini akan menyebabkan putaran blower penghembus udara keluar ruangan berputar dengan lambat. Hal ini terjadi mengingat disain pengendalian terhadap laju aliran udara keluar ruangan hanya akan meningkat jika terdapat kondisi dimana udara dalam ruangan
49
memiliki kandungan uap air yang cenderung meningkat. Sedangkan jika kondisi udara dalam ruangan pengering cenderung rendah maka putaran blower akan berkurang sehingga aliran udara keluar ruangan yang akan membuang potensi udara panas menjadi mimimum. Laju aliran udara minimum terjadi pada tingkat 0,95 m/detik dari
Laju Udara (m/detik)
disain laju udara maksimum sebesar 8,0 m/detik seperti pada gambar 42. 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 1:35:07 AM
1:34:00 AM
1:32:43 AM
1:31:38 AM
1:30:34 AM
1:29:29 AM
1:28:24 AM
1:27:20 AM
1:26:15 AM
1:25:10 AM
1:24:06 AM
1:23:01 AM
1:21:56 AM
1:20:51 AM
1:19:47 AM
1:18:42 AM
1:17:37 AM
1:16:33 AM
1:15:28 AM
1:14:23 AM
1:13:19 AM
1:12:14 AM
1:11:09 AM
1:10:05 AM
1:09:00 AM
1:07:55 AM
1:06:50 AM
1:05:46 AM
1:04:41 AM
1:03:36 AM
1:02:32 AM
1:01:27 AM
12:59:16 AM
12:57:30 AM
12:56:25 AM
12:55:20 AM
12:54:16 AM
12:52:53 AM
12:50:32 AM
12:49:28 AM
12:48:23 AM
12:45:12 AM
0.00
Waktu (Pukul)
Gambar 42. Pola laju udara keluar pada pengeringan tanpa beban Pergerakan RH udara hanya akan meningkat jika terjadi kondisi dimana pemanasan udara tidak cukup (suhu udara turun maka RH udara akan naik). Kondisi lain yang akan menyebabkan nilai RH udara meningkat adalah adanya obyek yang menyumbang uap air ke udara dalam ruang pengering. Kondisi ini akan terjadi jika ada bahan yang dikeringkan sehingga kandungan air bahan akan pindah ke udara sebagaimana konsepsi pengeringan itu. Kondisi pengeringan yang ideal berdasarkan parameter suhu dan kelembaban udara adalah jika terjadi pemanasan yang akan meningkatkan suhu udara pengering dan kelembaban udara pengering yang rendah sehingga udara memiliki kapasitas menampung uap air yang akan pindah dari bahan yang dikeringkan tersebut. Karakteristik udara dengan suhu yang tinggi dan RH rendah akan menyebabkan tekanan udara rendah dalam ruang pengering sehingga mengakibatkan struktur bahan memiliki tekanan yang lebih tinggi. Kondisi ini mengakibatkan terjadinya difusi cairan dari pusat bahan ke permukaan dan selanjutnya menguap ke udara sebagai bagian dari konsepsi kesetimbangan tekanan baik pada struktur bahan maupun udara. 4.12.2 Uji sistem kendali logika fuzzy dengan beban pengeringan Pengujian sistem pengering dengan kendali logika fuzzy dilakukan pada beban 1500 kg jagung pipilan dan dikeringkan dari kadar air rata-rata 25,7 %bb hingga kadar air rata-rata 15 %bb (basis basah). Kadar air akhir yang direncanakan sebesar 14 %bb
50
tetapi karena kendala sumber listrik maka pengeringan berhenti pada kadar air 15 %bb tersebut. Berat akhir jagung pipilan pada kadar air tersebut sebesar 1187 kg (biji normal, bii mati dan kotoran) diperoleh setelah pengeringan berlangsung 13 jam. Pengamatan terhadap suhu dan kelembaban udara pengering pada kedua ruas yakni udara plenum yang akan mengenai bahan menunjukkan kisaran suhu 27,6-63.1 o
C dengan rata-rata 46,8 oC. Pola dan sebaran suhu udara pengering pada kedua ruas
tampak pada gambar 43 berikut ini. 70
Suhu (oC)
60 50 40 30 20
Suhu Ruas_1(oC)
10
Suhu Ruas_2(oC)
SP-T
Waktu (Pukul)
10:30:00 AM
10:00:00 AM
9:12:18 AM
9:00:33 AM
8:30:04 AM
8:00:02 AM
7:30:01 AM
7:00:00 AM
6:30:03 AM
6:00:01 AM
5:30:01 AM
5:00:02 AM
4:30:01 AM
4:00:00 AM
3:30:03 AM
3:00:02 AM
2:30:04 AM
1:52:29 AM
1:30:04 AM
1:00:03 AM
12:30:03 AM
12:00:01 AM
11:30:04 PM
11:00:03 PM
10:30:04 PM
10:00:14 PM
9:30:02 PM
9:20:04 PM
0
Gambar 43. Pola dan sebaran suhu udara pengering dengan beban Pola pengendalian terhadap putaran motor pengumpan bahan bakar sebagai upaya mempertahankan tingkat suhu pada nilai set point 47 oC terlihat pada gambar 44 berikut. Putaran motor pengumpan bahan bakar berada pada tingkat rata-rata 0,95
Putaran Motor
2
Tingkat Pengendalian
1.5 1 0.5 10:30:00 AM
10:00:00 AM
9:12:18 AM
9:00:33 AM
8:30:04 AM
8:00:02 AM
7:30:01 AM
7:00:00 AM
6:30:03 AM
6:00:01 AM
5:30:01 AM
5:00:02 AM
4:30:01 AM
4:00:00 AM
3:30:03 AM
3:00:02 AM
2:30:04 AM
1:52:29 AM
1:30:04 AM
1:00:03 AM
12:30:03 AM
12:00:01 AM
11:30:04 PM
11:00:03 PM
10:30:04 PM
10:00:14 PM
9:30:02 PM
0 9:20:04 PM
Putaran Motor (RPM)
RPM untuk mempertahankan suhu set point tersebut.
Waktu (Pukul)
Gambar 44. Pola pengendalian putaran motor pada pengeringan dengan beban Pada gambar 43 terlihat suhu awal sebesar rata-rata 28,5 oC jauh dibawah nilai set point sehingga sistem pengendalian menggerakkan motor dengan putaran 1,75 RPM. Putaran motor ini merupakan kecepatan penuh pengumpanan bahan bakar biomassa yang menyuplai proses pembakaran pada tungku sehingga suhu udara pengering dapat ditingkatkan. Selang 10 menit kemudian terlihat suhu yang terekam pada kedua sensor masing-masing sebesar 35,3 oC dan 51,9 oC dengan nilai rata-rata
51
43,6 oC. Pergerakan suhu yang mendekati nilai set point menyebabkan putaran motor pengumpan berubah ke nilai 1,21 RPM dari putaran sebelumnya 1,75 RPM. Putaran motor pada tingkat pengendalian rata-rata sebesar 0,95 RPM yang bersesuaian dengan nilai set point 47 oC. Proses pembangkitan panas yang berlangsung secara alamiah pada disain tungku biomassa menyebabkan pencapaian suhu set point sebesar 47 oC terjadi setelah sekitar 2 jam pengeringan. Tingginya gangguan (noise) pada sistem pengendalian fuzzy menyebabkan simpangan rata-rata suhu pada nilai set point sebesar 3,6 oC. Simpangan rata-rata ini tidak termasuk simpangan awal sebesar 18,5 o
C yang merupakan selisih antara suhu set point dengan suhu lingkungan yang
selanjutnya dikendalikan secara fuzzy. Pengamatan pada parameter lain yakni RH udara pengering menunjukkan kisaran kelembaban udara 24,4-86,0 %RH dengan rata-rata 41,8 %RH. Pengendalian terhadap aksi blower penghembus udara ke lingkungan dengan nilai set point 45 %RH menghasilkan RH rata-rata udara pengering yang akan mengenai bahan sebesar 41,8 %RH. Kondisi ini menyebabkan udara pengering sifatnya lebih kering sehingga memiliki kapasitas lapang untuk menampung uap air yang akan pindah dari bahan (jagung) untuk selanjutnya dipindahkan ke luar sistem pengeringan (lingkungan). Pola dan sebaran RH udara pengering pada kondisi ada beban dapat dilihat pada gambar
10:30:00 AM
9:12:18 AM
10:00:00 AM
9:00:33 AM
8:30:04 AM
8:00:02 AM
7:30:01 AM
7:00:00 AM
6:30:03 AM
6:00:01 AM
5:30:01 AM
5:00:02 AM
4:30:01 AM
4:00:00 AM
3:30:03 AM
3:00:02 AM
SP-RH
2:30:04 AM
1:52:29 AM
1:30:04 AM
RH Ruas_2(%)
12:30:03 AM
12:00:01 AM
11:30:04 PM
11:00:03 PM
10:30:04 PM
10:00:14 PM
9:30:02 PM
RH Ruas_1(%)
1:00:03 AM
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 9:20:04 PM
RH (%)
berikut ini.
Waktu (Pukul)
Gambar 45. Pola dan sebaran RH udara pengering dengan beban Sedangkan aksi blower yang menghasilkan laju udara buang ke lingkungan menghasilkan nilai rata-rata laju aliran sebesar 1,25 m/detik. Nilai ini merupakan nilai yang dihasilkan oleh aksi blower untuk mempertahankan kelembaban udara pada set point 45 %RH. Pada gambar 45 menunjukkan pergerakan RH udara pengering dari
52
kondisi awal rata-rata sebesar 80,5 %RH kemudian mendekati nilai set point 45 %RH
10:30:00 AM
9:12:18 AM
10:00:00 AM
9:00:33 AM
8:30:04 AM
8:00:02 AM
7:30:01 AM
7:00:00 AM
6:30:03 AM
6:00:01 AM
5:30:01 AM
5:00:02 AM
4:30:01 AM
4:00:00 AM
3:30:03 AM
3:00:02 AM
1:52:29 AM
Tingkat Pengendalian
1:30:04 AM
1:00:03 AM
12:30:03 AM
12:00:01 AM
11:30:04 PM
11:00:03 PM
10:30:04 PM
10:00:14 PM
9:30:02 PM
Laju Udara
2:30:04 AM
9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 9:20:04 PM
Laju aliran udara (m/detik)
setelah 10 menit dengan nilai rata-rata kedua sensor 43,7 %RH.
Waktu (Pukul)
Gambar 46. Pola pengendalian laju aliran udara pada pengeringan dengan beban Kondisi kelembaban udara pengering awal yang tinggi yakni rata-rata 80,5 %RH menyebabkan sistem pengendalian merespon dengan laju aliran udara penuh pada skala 8,1 m/detik sebagaimana terlihat pada gambar 46. Setelah 10 menit proses pengendalian berlangsung kemudian nilai set point kelembaban relatif udara pengering terlampaui yakni sebesar rata-rata 43,7 %RH. Laju aliran udara pada tingkat pengendalian rata-rata sebesar 1,25 m/detik yang bersesuaian dengan nilai set point kelembaban relatif udara pengering 45 %RH. Simpangan rata-rata RH udara pengering terhadap nilai set point sebesar 45 %RH mencapai 6,1 %RH selama pengeringan berlangsung. Simpangan rata-rata RH ini tidak termasuk simpangan awal sebesar 35,53 %RH yang merupakan selisih antara RH set point dengan RH lingkungan yang selanjutnya dikendalikan secara fuzzy. Disamping kondisi suhu dan kelembaban udara pengering yang diukur besarannya pada ruang plenum oleh sensor SHT75 sesaat sebelum mengenai bahan, juga terdapat kondisi suhu dan kelembaban udara ruang pengering. Suhu dan kelembaban udara ruang pengering ini adalah kondisi udara yang dideteksi oleh sensor SHT11 sesaat sebelum udara masuk ke penukar panas, mengalami pemanasan dan berubah menjadi udara pengering. Kondisi suhu dan kelembaban udara ruang pengering menunjukkan besaran rata-rata 42,9 oC dan 46,8 %RH untuk kedua ruas. Dengan demikian maka kinerja kedua penukar panas yang digunakan rata-rata menaikkan suhu dari 42,9 oC menjadi 46,8 oC setiap saat atau selisih suhu sebesar 3,9 o
C. Demikian halnya pada parameter kelembaban udara relatif, kedua penukar panas
sebagai akibat peningkatan suhu udara maka nilai RH udara pengering rata-rata turun
53
dari 46,8 %RH menjadi 41,8 %RH atau selisih sebesar 5 %RH. Pola dan sebaran suhu
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
RH (%)
Suhu (oC)
maupun RH pada kedua ruas tersebut seperti terlihat pada gambar 47.
20 Truas1
10
Truas2
RHruas1
RHruas2
0
10 0
Waktu
Gambar 47. Pola dan sebaran suhu maupun RH udara ruang pengering Aspek lain menyangkut kadar air bahan yang dikeringkan dapat dilihat pada gambar 48. Pengukuran kadar air bahan dilakukan pada posisi depan bak yakni posisi jagung yang berdekatan dengan blower udara pengering, posisi tengah yang terdiri atas titik sampel yang berdekatan dengan silinder udara masuk (teng_1), titik sampel yang berdekatan dengan silinder udara keluar (teng_3) dan titik sampel yang berada diantara silinder udara masuk dan silinder udara keluar (teng_2). Serta kadar air bahan pada posisi belakang bak yakni yang paling jauh dari blower penghembus udara. 30.0
Kadar air (%bb)
25.0 20.0 15.0 10.0 5.0
Teng_1
Teng_2
Depan
Belakang
Teng_3
0.0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Waktu (jam)
Gambar 48. Penurunan kadar air pada beberapa titik pengukuran Kadar air yang beragam terutama ditunjukkan pada posisi tengah bak yakni pada titik sampel teng_1, teng_2 dan teng_3 yang merupakan alur udara pengering menembus biji-bijian yang dikeringkan. Perbedaan terbesar nilai kadar air pada lapisan yang berada jauh dari silinder distribusi udara pengering (teng_3) dengan lapisan terdekat silinder sebesar 2,5 %. Nilai ini terjadi pada pengukuran terakhir dimana sampel pada teng_1 berkadar air 15,6 %bb dan sampel pada teng_3 berkadar air 18,1 %bb. Perbedaan nilai kadar air yang lebih besar ini disebabkan karena tidak
54
adanya mekanisme pengadukan sehingga posisi statis tumpukan biji jagung cenderung sulit melepaskan uap air dari bahan. Hal lain yang berpengaruh adalah daya terobos udara pengering oleh mekanisme blower rendah sehingga uap air sulit terbawa oleh udara pengering meninggalkan bahan. Meskipun terdapat perbedaan kadar air yang besar antara lapisan terjauh, secara umum proses pengeringan dengan beban separuh kapasitas ini berlangsung dengan laju 1,30 %bk/jam. Laju pengeringan menunjukkan bahwa sejumlah tertentu beban yang dikeringkan hingga kadar air akhir yang dicapai dalam selang waktu tertentu. Konsumsi dan porsi masing-masing jenis energi berupa listrik, biomassa dan surya pada pengeringan ini disajikan pada tabel 6 dan gambar 49. Energi biomassa berupa bahan bakar tongkol jagung menempati porsi terbesar konsumsi energi sebesar 85,2 % kemudian energi surya 9,6 % dan listrik 5,2 %. Jumlah masing-masing jenis energi jika dibandingkan dengan pengujian pada alat pengering sejenis (ERK-hybrid) berkapasitas 1,5 ton (Mulyantara, 2008) menunjukkan bahwa konsumsi biomassa meningkat 3,5 kali, radiasi surya meningkat 2 kali dan listrik meningkat 2 kali. Hal ini dapat terjadi mengingat rancangan pengering yang digunakan berkapasitas 3,0 ton atau dua kali lipat meskipun beban pengeringan yang diujikan hanya separuh atau 1,5 ton. Tabel 6. Komposisi penggunaan energi untuk pengeringan jagung pipilan Sumber Energi Surya Biomassa Listrik* Total
Jumlah (MJ) 251,79 2 240,50 136,66 2 908,45
Porsi (%) 9,6 85,2 5,2 100,0
* Untuk menggerakkan blower utama, blower outlet dan pompa air. 2,500
85,2%
Energi (MJ)
2,000 1,500 1,000
9,6%
500
5,2%
0 Biomassa
Surya
Listrik
Jenis energi
Gambar 49. Komposisi penggunaan jenis energi pada pengeringan
55
Peningkatan konsumsi energi biomassa pada pengeringan ini jika ditinjau dari aspek kendali logika fuzzy disebabkan oleh tuntutan sistem yang menghendaki suhu udara pengering pada tingkat acuan (set point) nilai tertentu untuk disain ruangan berkapasitas 3.000 kg. Dengan demikian maka pengumpanan tongkol jagung (bahan bakar) pada tungku menjadi lebih besar untuk memenuhi tuntutan sistem memanaskan udara sesuai dengan nilai set point. Penetapan set point suhu sebesar 47 oC berdasarkan penyesuaian terhadap kinerja pembangkitan panas dari sistem tungku, penukar panas hingga menghasilkan besaran suhu udara pengering. Capaian suhu yang mencapai rata-rata 46,8 oC jika dibandingkan dengan suhu yang dapat dicapai pada pengujian tanpa beban yakni rata-rata 59,6 oC menunjukkan bahwa selisih suhu yang terjadi merupakan konsekuensi pembebanan yakni adanya bahan yang menyerap panas udara tersebut. Kendali logika fuzzy pada aspek kelembaban udara (RH), menunjukkan fungsi yang secara ril menggambarkan upaya sistem menjaga kelembaban udara dalam ruangan pada tingkat RH acuan (set point) yakni 45 %. Pergerakan RH udara pengering pada acuan (set point) 45 % tersebut jika dibandingkan dengan pengujian tanpa beban menunjukkan adanya uap air dalam ruangan yang menjadi beban pengeringan. Kemampuan sistem menjaga kelembaban udara pengering dari kadar air awal berkisar 80,5 % dan menekan lebih rendah dari acuan yakni RH rata-rata 41,8 % menunjukkan upaya pengendalian laju aliran udara yang dipindahkan oleh blower dari ruang pengering ke lingkungan. Perhitungan performansi teknis pengeringan menunjukkan bahwa efisiensi termal sistem mencapai 36,40 %. Hal ini menunjukkan nilai konversi energi surya dan biomassa (tongkol jagung) untuk memanaskan udara yang berlangsung dalam ruangan. Adanya keterbatasan sistem dalam konteks efektifitas konversi dari kalor yang terkandung dalam bahan bakar untuk kemudian sampai ke dalam ruangan untuk memanaskan udara menyebabkan besaran efisiensi termal yang terbatas. Kebocorankebocoran panas terjadi pada sistem tungku dan bak air ke lingkungan sekitarnya. Demikian pula keterbatasan efektifitas pindah panas dari ruang tungku ke air dalam bak dan dari air ke udara pengering oleh sistem penukar panas menyebabkan besaran efisiensi termal yang terbatas.
56
Konsumsi energi spesifik (KES) dari proses pengeringan ini mencapai 13.7 MJ/kg yang berarti bahwa jumlah satu satuan massa air bahan yang diuapkan dibandingkan dengan jumlah energi yang diterima oleh sistem masih besar (boros). Secara teoritis kondisi ini disebabkan oleh pengujian sistem yang belum proporsional yakni disain pengering berkapasitas 3.000 kg hanya diuji dengan beban separuhnya yakni 1.526 kg. Dengan demikian panas yang dibangkitkan pada tiap jengkal ruangan tidak termanfaatkan untuk menguapkan air bahan yang hanya menempati separuh dari wadah (bak) yang disediakan. Nilai efisiensi pengeringan yang dicapai sebesar 2,87 % atau energi yang digunakan untuk memanaskan dan menguapkan air produk dibandingkan dengan energi untuk memanaskan udara pengering masih kecil. Pengertian lainnya adalah penggunaan panas untuk memindahkan air dari bahan ke udara relatif rendah sehingga hanya sebagian kecil dari panas udara yang telah dibangkitkan termanfaatkan oleh bahan. Sistem pengendalian logika fuzzy mampu meningkatkan laju pengeringan komoditas jagung yang merupakan indikator efektifitas proses menjadi 1,30 %bk/jam dari 1,18 %bk/jam pada pengujian Mulyantara (2008) pada pengering ERK-Hybrid. Kendala yang muncul pada sistem pengumpanan adalah adanya kemacetan aliran bahan bakar pada saluran hingga ke rumah kincir dan memacetkan motor pengumpan. Penanganan secara manual pada kondisi ini masih dilakukan dengan cara mendorong tumpukan tongkol pada saluran masuk tungku. Pengamatan terhadap kemacetan aliran tongkol jagung sebagai bahan bakar diilustrasikan sebagaimana gambar 50 garis ab.
Bak Air
Gambar 50. Kemacetan aliran bahan-bakar pada garis ab.
57
Disain sudut luncur sebesar 40o sebenarnya sudah memadai bagi proses gelinding tongkol jagung tersebut. Masalahnya adalah proses tumpukan tongkol jagung yang terjadi dari garis a ke b menyebabkan saling sanggah sehingga aliran tongkol berhenti dan juga menyebabkan penumpukan pada ujung saluran dekat kincir. Hal tersebut menyebabkan putaran kincir menjadi berat dan memacetkan motor penggerak. Masalah lain yang terjadi adalah lidah api yang menjulur naik ke saluran menyebabkan terbakarnya tongkol pada saluran bahkan sampai ke rumah kincir. Pemanasan kincir yang terdiri atas rumah kincir (statis) dengan bagian kincir yang bergerak (dinamis) menyebabkan pemuaian yang akan memperbesar gesekan dan memperberat beban motor DC penggerak. Kondisi ini juga mengakibatkan motor DC penggerak kincir terpapar panas dari saluran sehingga secara mekanis menurunkan performansi motor dan dengan mudah berhenti berputar atau macet. Solusi terhadap masalah ini dapat dilakukan dengan mengangkat ujung saluran (c) tempat jatuhnya tongkol ke ruang tungku naik ke dasar bak (d) sebagaimana terlihat pada gambar 50. Kondisi ini hanya menghindarkan proses tumpukan tongkol jagung yang saling menyangga sedangkan juluran lidah api masih dapat terjadi. Posisi kincir selanjutnya diangkat lebih tinggi sehingga lidah api tidak mencapainya, demikian pula posisi motor dibuat menjauh dari sumber panas untuk menghindari radiasi panas yang melemahkan performansinya.
58
