UJI UNJUK KERJA MESIN PENGERING TIPE EFEK RUMAH KACA (ERK) BERENERGI SURYA DAN BIOMASSA UNTUK PENGERINGAN BIJI PALA (Myristica sp.) DI UD. SARI AWI, CIHERANG PONDOK, CARINGIN, BOGOR
Oleh :
AJI WIJAYA F01400047
2007 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR UJI UNJUK KERJA MESIN PENGERING TIPE EFEK RUMAH KACA (ERK) BERENERGI SURYA DAN BIOMASSA UNTUK PENGERINGAN BIJI PALA (Myristica sp.) DI UD. SARI AWI, CIHERANG PONDOK, CARINGIN, BOGOR
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh :
AJI WIJAYA F01400047 Tanggal Lulus : Bogor,
November 2007 November 2007
Disetujui oleh:
Ir. Sri Endah Agustina, MS Pembimbing Akademik
KATA PENGANTAR
Segala puji hanya bagi Allah yang telah berfirman: ∩∉∪ #Zô£ç„ Îô£ãèø9$# yìtΒ ¨βÎ) ∩∈∪ #·ô£ç„ Îô£ãèø9$# yìtΒ ¨βÎ*sù “Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.” (QS. Alam Nasyrah [94]: 5-6)
Shalawat dan salam disampaikan kepada Rasulullah Muhammad , kepada keluarganya, para shahabatnya, dan orang-orang yang beriman, mengikuti serta istiqomah terhadap risalahnya. Beliau bersabda:
«bflèÛŽlbflvflnžŽíüđñflìžÇfl…žåßč ëfl ŽÉjflž’mflüÐãflžåčßflëŽÉ’ fl ž‚íflüđkÜÓ žåčßflëŽÉÐ žäíflüáÜčÇžåčßÙčiŽ‡ìŽÇcóğãgŞáŽèÜÛa» “Ya Allah, aku berlindung dari: ilmu yang tidak bermanfaat, hati yang tidak khusyu’, jiwa yang tidak pernah puas, dan doa yang tidak terkabulkan.” (HR. Muslim)
Skripsi hasil penelitian berjudul Uji Unjuk Kerja Mesin Pengering Tipe Efek Rumah Kaca (ERK) Berenergi Surya Dan Biomassa Untuk Pengeringan Biji Pala (Myristica sp.) Di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor ini merupakan tugas akhir untuk memperoleh gelar sarjana di Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Perjuangan yang cukup panjang, memakan waktu maksimal pendidikan sarjana (7 tahun) di IPB. Memang tidak seluruh waktu itu optimal untuk fokus menyelesaikan kuliah. Tapi, penulis bersyukur bisa memetik hikmah dan ibrah dari lika-liku perjalanan hidup selama menempuh kuliah ini. Semoga bisa menjadi bagian yang memperkaya khasanah pengetahuan dan kematangan berpikir, kedewasaan bertindak, dan kebijaksanaan dalam menapaki kehidupan bagi penulis. Sehingga kelulusan yang sempat tertunda ini bisa membukakan pintu-pintu amal shalih yang bermanfaat bagi kehidupan diri penulis di dunia dan akhirat. Serta, bisa membukakan pintu-pintu dakwah di tengah umat agar mereka bisa menikmati manfaat ilmu tersebut. Penulis
teringat
dengan
perkataan
Syaikh
Taqiyuddin
an-Nabahani
(rähimahullah), yang mengatakan: “Pemikiran akan tetap menjadi informasi mati selama belum diterapkan. Jika demikian halnya, maka berbagai informasi itu tidak ada bedanya dengan catatan-catatan yang ada di dalam buku-buku dan otak manusia”. Akhirnya, penulis patut menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar–besarnya kepada : 1. Kedua orang tua penulis, khususnya ibunda yang telah melahirkan penulis ke dunia ini. Penulis hanya bisa berterima kasih seraya berdoa kepada Allah semoga seluruh pengorbanan mereka diterima di sisi-Nya dengan sebaik-baik penerimaan. 2. Ibu Ir. Sri Endah Agustina, MS sebagai pihak yang memiliki andil besar bagi kelulusan penulis. Jazâkillah khoiron katsîron, Ibu.
3. Bapak Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr dan Bapak Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si sebagai dosen penguji yang memberikan perbaikan skripsi ini. 4. Ibu Dr. Ir. Diah Wulandani, M.Si atas konsultasi dan masukan yang turut diberikan. 5. Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah, MSA selaku Kepala Laboratorium Energi & Elektrifikasi Pertanian atas bantuan sebagian dana hibah untuk penelitian penulis. 6. Keluarga Mbak Muf dan Mas Tris, yang telah turut andil berkorban dan menjadi rumah kedua bagi penulis. Untuk kedua adikku, Ipung dan Zami, atas sokongan kepercayaannya. Serta kedua keponakanku, Mas Mukti dan “Si Cantik” Zakiyah. 7. Istriku tercinta, Yulida ‘Fairuz’ Hasanah dan keluarga di Jember: Bapak Baidlowi & Ibu Sumarni, Mas Yus – Mbak Mer & Hanna, Mbak Yuni dan De’ Imah. 8. Pak Dullah sekeluarga, serta ‘ujang-ujang’ di UD. Sari Awi yang menyediakan tempat dan membantu penelitian penulis. 9. Bapak Ir. Drajat, MS atas kesempatan berdiskusi tentang pala, dan redaksi AgroMedia Pustaka yang memberikan arsip foto-foto tentang pala dari buku “Meraup Laba Dari Pala”. 10. Staf di lingkungan Fateta yang membantu administrasi – akademik penulis: Staf administrasi akademik dekanat Fateta (Bu Ratna, dkk.), Staf UPT AK Dept. TEP (Bu Mar, Bu Ros, Mas Nandang, dkk.), Staf Lab. Energi & Elektrifikasi (Pak Harto, Mas Firman & Mas Darma), Staf Lab. Bangunan Pertanian (Pak Chusnul Arif, S.Tp & Pak Ahmad), staf UPT Pusat Informasi Teknologi Pertanian (Pak Agus, dkk.), dan “juru kunci” Fateta Pak Kasman & Pak Hendi. 11. Seluruh ikhwah fil Islam wa da’wah li isti’nafil hayatil Islamiyyah (HTI, Gema Pembebasan, BKLDK, dan seluruh jaringannya), khususnya DPC HTI Darmaga Kampus. Doakan semoga penulis istiqomah & semakin giat berjuang, Allahu Akbar!!!! 12. Pihak-pihak yang telah meminjamkan fasilitas dan membantu untuk kelulusan penulis: Mas Elvin Gunawan, S.Hut; De’ Hafinnudin; De’ Slamet W., S.Tp; Budina Eka, S.Kh; De’ Fanani; De’ Tri P., S.P; De’ Dwi C., S.Tp; ‘Ajo’ Suharjo; Mas Aris; Lucki M., S.Pi; Ust. Setyanto, S.Pi; “My Best Frends”: Harun K. – Amir M. – Casdimin Abu Nafidz, S.P; Ust. Ir. H. Syamsuddin Abu Faqih, M.Si; Ust. Taufik, NT; Uda Hendri Abu Syifa; Crew Melati/Yasmin (Fotokopi & Computer-Internet Rental) dan lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Jazâkumullah khoiron katsîron. Cukuplah Allah yang tahu, mencatat dan membalas kebaikan kalian. Bogor,
November 2007
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Brebes pada hari Sabtu, 5 Desember 1981 sebagai anak kedua dari empat bersaudara pasangan H. Kasmuri Santoso dan Hj. Nurdjannah. Saat masih kecil, penulis mengenyam pendidikan anak-anak di TK Pertiwi (1987 – 1988) dan SD Negeri 3 (1988 – 1994) di desa kelahiran penulis, Pakijangan, Bulakamba, Brebes. Kemudian, penulis melanjutkan pendidikan menengahnya ke SMP Negeri 2 Brebes (1994 – 1997), lalu SMU Negeri 1 Brebes. Setelah lulus SMU pada tahun 2000, penulis berkesempatan melanjutkan studi di IPB melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB) dan diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Di Departemen Teknik Pertanian, penulis mengambil sub-program studi Teknik Biosistem dan memilih masuk bagian (Laboratorium) Energi dan Elektrifikasi Pertanian (EEP) di bawah bimbingan Ir. Sri Endah Agustina, MS. Untuk memenuhi syarat kelulusan dan memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian (S.Tp) penulis melaksanakan Praktik Lapang (PL) di PTPN VIII Kebun Gunung Mas, Cisarua, Bogor dengan judul Proses Produksi Teh di Perkebunan Gunung Mas (PTPN VIII) Bogor (tahun 2004) dan melaksanakan Tugas Akhir (TA) penelitian dan penulisan skripsi berjudul Uji Unjuk Kerja Mesin Pengering Tipe Efek Rumah Kaca (ERK) Berenergi Surya dan Biomassa Untuk Pengeringan Biji Pala (Myristica sp.) di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor (tahun 2007). Penulis aktif di organisasi kemahasiswaan dan sempat menjadi pengurus LDK BKIM IPB (2002 - 2004) dan Gerakan Mahasiswa (GEMA) Pembebasan (2004 – 2006). Di luar kegiatan akademik dan kemahasiswaan, penulis pernah menjadi sekretaris redaksi Majalah Remaja Islam (MRI) PermatA, Bogor (2004 – 2005). Kemudian, sejak akhir tahun 2004 penulis terlibat aktif sebagai anggota Hizbut Tahrir Indonesia (HTI) dalam usaha “melanjutkan kehidupan Islam”.
Aji Wijaya. F01400047. Uji Unjuk Kerja Mesin Pengering Tipe Efek Rumah Kaca (ERK) Berenergi Surya dan Biomassa Untuk Pengeringan Biji Pala (Myristica Sp.) di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor. Dibawah bimbingan: Ir. Sri Endah Agustina, MS. 2007.
RINGKASAN
Pala (Myristica sp) merupakan salah satu jenis rempah dan komoditas perkebunan Indonesia yang cukup penting. Dalam perdagangan internasional, yang disebut pala (nutmeg) umumnya adalah biji dari tanaman pala yang telah dikeringkan dan dibuka tempurungnya (nutmeg shelled). Paling tidak, ada 4 (empat) ragam komoditas perdagangan pala yang bernilai jual tinggi, yaitu gelondong pala (nutmeg in shell), biji pala (nutmeg shelled), fuli (mace), dan minyak pala/fuli (essential oils of nutmegs). Produksi pala Indonesia telah memasok lebih dari 60 % pangsa pasar dunia. Prospek peningkatan produksi pala masih sangat baik karena industri pangan, kimia dan kosmetik membutuhkan pasokan minyak atsiri dan oleoresin yang dapat diperoleh dari biji pala. Kualitas buah pala ditentukan oleh perlakuan selama masa budidaya hingga pemanenan. Sedangkan penjagaan kualitas pala hingga siap dimanfaatkan ditentukan oleh proses pasca-panen pala. Salah satu proses pasca-panen yang kritis dalam menentukan biji pala adalah pengeringan (drying). Selama ini, pengeringan biji pala yang biasa dilakukan di Indonesia adalah pengeringan tradisional dengan cara penjemuran atau pengasapan. Pengeringan dengan penjemuran tergantung pada keadaan cuaca yang cerah, sehingga mudah rusak, berjamur, terkontaminasi kotoran atau debu, serta dapat dirusak serangga. Sedangkan pengasapan, membutuhkan waktu yang lebih lama dan beresiko terjadi kebakaran. Oleh karena itu, diperlukan cara lain yang lebih baik untuk mengeringkan biji pala yaitu dengan menggunakan mesin pengering. Salah satu mesin pengering yang dapat digunakan untuk pengeringan berbagai komoditas, khususnya hasil-hasil pertanian, adalah mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa yang dikembangkan oleh Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Pemanfaatan mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa ini digunakan untuk mengeringkan biji pala (Myristica sp.) di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kinerja mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa yang digunakan untuk pengeringan biji pala (Myristica sp.) di UD. Sari Awi, Ciherang Pondok, Caringin, Bogor. Kriteria kinerja yang diuji meliputi suhu ruang pengeringan dan sebarannya, laju pengeringan, kapasitas pengeringan, efisiensi penggunaan energi dan kualitas produk yang dikeringkan. Sistem mesin pengering yang diuji terdiri atas unit bangunan mesin pengering dan unit pemanas tambahan (hibrid). Komponen lain yang mendukung kinerja sistem mesin pengering ini adalah penukar panas (heat exchanger/HE), kipas/pompa/motor listrik dan photovoltaic (PV). Pada penelitian ini, penilaian keefektifan dan nilai tambah fungsi mesin pengering tipe efek rumah kaca (ERK) berenergi surya dan biomassa yang digunakan untuk mengeringkan biji tanaman Pala (Myristica sp.) hanya didasarkan pada nilai analisa faktor unjuk kerja mesin yang menjadi tujuan penelitian saja. Pada penelitian ini dilakukan 3 kali percobaan. P0 dilakukan untuk mengetahui profil sebaran suhu pada siang hari tanpa beban pengeringan. Sedangkan P1 dan P2 dilakukan dengan memakai beban pengeringan dan menggunakan input energi tambahan sampai kadar air produk mencapai yang diinginkan. Tiap percobaan dilakukan selama 3 (tiga) hari/siang,
vi
yaitu H1, H2, dan H3. Untuk P1 dan P2, waktunya ditambah 2 malam karena menggunakan pemanas tambahan. Secara umum, hasil uji unjuk kerja mesin pengering tipe ERK berenergi surya dan biomassa untuk pengeringan biji Pala (Myristica sp.) adalah lebih baik daripada pengeringan dengan penjemuran (sun drying). Hal ini berdasarkan parameter-parameter unjuk kerja mesin pengering yang menjadi tujuan penelitian, yaitu: Suhu udara rata-rata siang hari yang dapat dicapai mesin pada P1 adalah 43,45 oC o (29,91 C – 58,56 oC) dan P2 sebesar 43,06 oC (32,22 oC – 55,82 oC). Sedangkan pada malam hari 30,5 oC (27,51 oC – 35,67 oC). Nilai rata-rata suhu udara pada mesin pengering tersebut memenuhi syarat suhu untuk pengeringan biji pala yang berkisar antara 40 oC hingga 55 oC. Laju pengeringan rata-rata bahan selama 6 jam pertama untuk jenis biji pala besar (a), kecil (b), dan kontrol/jemur berturut-turut pada P1: 5,73 %bk/jam, 25,71 %bk/jam, dan 46,64 %bk/jam; dan P2: 6,71 %bk/jam, 33,75 %bk/jam, dan 34,49 %bk/jam. Sedangkan untuk jam ke-21 – ke-30, P1: 3,96 %bk/jam, 20,18 %bk/jam, dan 17,85 %bk/jam; P2: 4,17 %bk/jam, 21,48 %bk/jam, dan 12,30 %bk/jam. Jadi, penggunaan mesin pengering dapat mempertahankan laju pengeringan bahan lebih baik dibandingkan penjemuran langsung. Mesin pengering dirancang untuk memuat beban pengeringan bahan sebanyak 300 kg biji pala. Kapasitas pengeringan mesin pengering tersebut secara teknis sesuai kebutuhan UD. Sari Awi sebagai usaha dagang skala kecil/pedagang pengumpul. Untuk pengeringan pala, kapasitas penguapan mesin mencapai 3,46 kg air/jam. Hampir sama dengan penjemuran, 3,65 kg air/jam. Efisiensi penggunaan energi pada mesin pengering (sistem) berdasarkan perhitungan lebih kecil dari 10 %, yakni 6,73 % (P1) dan 8,06 % (P2). Input energi tiap komponen sumber energi pada mesin pengering dari yang terbesar hingga terkecil adalah sumber energi biomassa (93,34 – 93,69 %), energi surya (5,36 – 5,74 %), dan energi listrik (0,92 – 0,95 %). Kualitas bahan yang dikeringkan dengan mesin secara visual, warna bahan lebih seragam dibandingkan hasil penjemuran. Namun untuk kondisi biji pala kecil (b) dan sedang (c), hasil penjemuran lebih baik dari pengeringan dengan mesin pengering. Sedangkan kadar air akhir untuk jenis biji pala besar (a), masih besar karena kandungan air di dalam tempurung (daging biji) sukar dikeluarkan. Pengeringan dengan mesin pengering, memungkinkan pengeringan dapat dilakukan dengan energi/panas besar, tanpa memecah tempurung, dan dapat dijaga agar tidak sampai mengakibatkan case hardening atau menguapkan kandungan minyak di dalamnya. Saran-saran dari penelitian ini adalah: 1) Pengoperasian kipas pengaduk/perata panas secara intensif dilakukan pada awal pengeringan dan setelah mencapai suhu 40 oC. Pada malam hari tidak disarankan menyalakan kipas pengaduk/perata panas. 2) Frekuensi bukatutup mesin pengering dikurangi dan tingkat insulasi mesin ditingkatkan. 3) Perbaikan alas nampan/wadah pengeringan (berupa jaring plastik) yang rusak. 4) Intensitas penggunaan tungku pada siang hari dikurangi. Sedangkan penambahan atau pengumpanan bahan bakar biomassa dilakukan secara teratur. 5) Desain dan kontruksi pipa udara panas dipasang secara menyilang (cross flow) dengan arah sumber panas, pilihan bahan pipa harus yang kuat dan tahan terhadap panas/suhu tinggi. 6) Biji pala disortir lebih dulu sebelum dikeringkan. 7) Reposisi rak dan pembalikan bahan lebih awal sebelum jam ke-30 masa pengeringan. 8) Perlu penelitian lebih lanjut untuk pengeringan biji Pala (Myristica sp.) pada saat musim penghujan untuk membandingkan hasil pengujian penelitian ini.
vii
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI.................................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
xi
DAFTAR TABEL.......................................................................................... xiii DAFTAR RUMUS ........................................................................................ xiv DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................. I.
xv
PENDAHULUAN ..................................................................................
1
A. Latar Belakang ...................................................................................
1
B. Tujuan Penelitian................................................................................
3
II. TINJAUAN PUSTAKA .........................................................................
4
A. Botani Tanaman Pala (Myristica sp.).................................................
4
B. Komposisi Fisik dan Kimia Biji Pala.................................................
6
C. Pengolahan Biji Pala ..........................................................................
7
D. Pengeringan........................................................................................
10
D.1. Teori Pengeringan.....................................................................
10
1. Kadar air (ka) .......................................................................
11
2. Laju pengeringan (LP) .........................................................
12
3. Kadar air kesetimbangan (Me) ............................................
12
4. Kurva psikometrik pada proses pengeringan.......................
13
D.2. Proses Pengeringan Konvensional Menggunakan Energi Surya dan Kendalanya ..............................................................
14
E. Mesin Pengering Berenergi Surya .....................................................
15
E.1. Penelitian, Pemanfaatan Dan Pengembangan Pengering Surya Tipe Efek Rumah Kaca (ERK).......................................
17
III. METODE PENELITIAN........................................................................
23
A. Batasan Sistem dan Pendekatan Permasalahan..................................
23
A.1. Batasan Sistem..........................................................................
23
1. Bangunan Mesin pengering .................................................
25
a. Pengumpul (kolektor) dan penyerap (absorber) panas....
25
b. Ruang pengering..............................................................
25
viii
2. Pemanas tambahan...............................................................
26
3. Penukar panas (heat exchanger/HE)....................................
26
4. Kipas pendorong (blower), kipas pengaduk/perata panas dan pompa HE air ................................................................
27
5. Photovoltaic (PV) ................................................................
27
A.2. Pendekatan Permasalahan.........................................................
27
B. Parameter Pengukuran .......................................................................
29
1. Suhu ruang pengeringan dan sebarannya.............................
29
2. Laju pengeringan .................................................................
29
3. Kapasitas pengeringan .........................................................
30
4. Efisiensi penggunaan energi ................................................
30
5. Kualitas produk yang dikeringkan .......................................
30
C. Metode Pengambilan Data .................................................................
31
1. Suhu ruang pengering dan sebarannya ................................
31
2. Kadar air bahan....................................................................
32
3. Waktu pengeringan ..............................................................
34
4. Laju aliran udara pengering .................................................
34
5. Kelembaban udara relatif (RH)............................................
35
6. Iradiasi surya global.............................................................
35
7. Kebutuhan energi biomassa .................................................
36
8. Kebutuhan energi listrik.......................................................
36
D. Alat dan Bahan...................................................................................
39
E. Waktu dan Tempat .............................................................................
40
F. Perhitungan Parameter dan Analisis ..................................................
42
F.1. Suhu Ruang Pengeringan dan Sebarannya ...............................
42
F.2. Laju Pengeringan ......................................................................
42
F.3. Kapasitas Pengeringan..............................................................
42
F.4. Efisiensi Penggunaan Energi ....................................................
42
F.5. Kualitas Produk yang Dikeringkan...........................................
44
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN...............................................................
46
A. Suhu Ruang Pengeringan dan Sebarannya.........................................
46
B. Laju Pengeringan ...............................................................................
51
ix
1. Kadar air bahan....................................................................
51
2. Laju aliran udara ..................................................................
59
3. Kelembaban udara ...............................................................
60
C. Kapasitas Pengeringan .......................................................................
63
D. Efisiensi Penggunaan Energi .............................................................
65
1. Iradiasi surya........................................................................
66
2. Biomassa..............................................................................
67
3. Listrik...................................................................................
69
E. Kualitas Produk yang Dikeringkan ....................................................
70
V. KESIMPULAN DAN SARAN...............................................................
74
A. Kesimpulan ........................................................................................
74
B. Saran...................................................................................................
76
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
78
LAMPIRAN...................................................................................................
83
x
