BATH)

PENGUJIAN UNIT PENGERING ERK-HYBRID UNTUK PADI KAPASITAS 5 TON

(TESTING OF GHE-HYBRID DRYER FOR PADDY CAPACITY 5 TON / BATH) Harsono, Puji Widodo, Uning Budiharti dan FX. Tri Mulyantara Balai Besar Pengembanga MekanisasiPertanian Silugadung, Iromol Pos 2,15310, tangerang, Banlen Telp. : 021 - 70936787; Fax: 021 71695497 Email: [email protected] Diterima: 10 A9ustus 2011: Diselujui : 11 Oktaber 2011

• ABSTRAK Masalah krusial pada proses pasca panen padi adalah proses pengeringan padi lerulama pada saal panen bertepalan musim hujan, sehingga penjemuran padi tidak dapal bertangsung secara sempuma. Penggunaan pengenng mekanis dengan bahan bakar terkendala pada pengunaan bahan bakar minyak tanah karena harganya mahal, semenlara energi surya dan biomass masih melimpah. Dleh karena itu, penggunaan pengering hybrid diharapkan dapal meningkatkan produksi padi. lujuan penelilian ini adalah unluk mendapalkan unil pengering hybrid kapasilas 5 ton dengan bahan bakar biomass unluk meningkatkan produktivilas padi. Melode penelitian ini menqqunakan metode perekayasaan yang meliputi: desain dan fabrikasi prototype, uji tungsional, dan uji kinerja unit pengering hybrid. Hasil penelilian menunjukkan bahwa unit pengenng hybrid lelah mampu mengeringkan padi sebanyak 3 Ion selama 10 jam, konsumsi energ; spesifik penguapan gabah 9,146 MJlkg, energi biomass 2.153,25 MJ berasal dan batok kelapa 22,5 kg dan longkol jagung 120 kg, dan energi matahari 280,14 MJ dalam kondisi cuaca mendung dan hujan, penurunan kadar air rata-rala 0,9%/jam, kadar air gabah 12% dan efisien panas pengeringan sebesar 31,74%. Kata kuncl : Padi, pengenng ERK Hybrid, pengeringan padi

ABSTRACT The crucial issue in the of post-harvest rice is rice activity drying process especially during the harvest at rainy season hence that drying rice can not take place perfectly. The use of mechanical dryers with fuel constrained in the use of expensive petroleum fuels, solar and biomass energy while still abundant. Therefore, the use of hybrid dryer is expected to increase rice production. The purpose of this stUdy was to obtain a hybrid dryer unit with a capacity of 5 tons of biomass fuel to increase rice productivity. This research method using engineering methods which include: design and fabrication of a prototype, functional testing, and test the performance of the hybrid dryer unit. The results showed that the hybrid dryer unit has been able to drain the capacity of 3 tons of rice for 10 hours, the specific energy consumption of grain evaporation of 9,146 MJ / kg, 2,153,25 MJ biomass energy derived from coconut shell 22.5 kg and 120 kg of com cobs, and solar energy 280. 14 MJ in cloudy and rainy weather conditions, moisture decreased 0.9% / n, grain moisture content 12% and heat efficient drying of 31.74%. Key words: Paddy, hybrid dryer, paddy drying

PENDAHULUAN Perkembangan produksi pangan dari kelompok biji-bijian lerulama padi, dan jagung di Indonesia lerus meningkal, seiring dengan peningkalan jumlah penduduk unluk P8menuhan kebuluhan pangan dan pakan lernak. Unluk memacu peningkalan produksi lersebut, pemerintah lelah melakukan Program Peningkalan Produksi Beras Nasional (P2BN)

dan program swasembada jagung. Unluk mendukung program peningkalan produksi lersebut perlu ditunjang dengan peningkalan jagung juga induslri benih. Kebutuhan cenderung meningkat dengan laju 0,34% per lahun seiring dengan pesatnya permintaan jagung sebagai bahan baku industri pakan ternak yang membuluhkan konlinuilas pasokan (Raehman, 2002). Tahapan pengeringan merupakan kegiatan yang paling penling dalam Vol. IX, No.2, Oktober 2011 ~ 81

mempertahankan mutu biji-bijian. Masalah yang sering dihadapi dalam produksi benih biji-bijian adalah pengeringan pada musim hujan, dimana biaya pengeringan relatif mahal karena mahalnya sumber energi. Berkaitan dengan itu, banyak pengering bantuan pemerintah yang lidak digunakan karena tingginya harga dan kelangkaan bahan bakar minyak. Untuk pengeringan ') - 10 ton biji-bijian diperlukan sekitar 100 -150 liter minyak tanah, yang dirasa berat bagi penggunanya. Penggunaan energi terbarukan menjadi altematif yang penting, sebagai contoh energi surya dan biomass melimpah dan kondisi ini memberatkan bagi penggunanya, sehingga penggunaan energi terbarukan memiliki peran yang penting, seperti energi surya dan biomas sebenarnya tersedia melimpah. Penggunaan energi surya untuk pengeringan produk pertanian dengan cara dihamparkan memiliki kelemahan, antara lain sangat tergantung cuaca, sulit dikontrol, memerlukan areal penjemuran yang luas, mudah terkontaminasi benda asing dan mikroba serta memerlukan waktu yang lama. Pengering mekanis perlu dipertimbangkan untuk mengatasi kelemahan tersebut. Salah satu pengering mekanis yang memanfaatkan energi surya untuk proses pengeringan adalah pengering surya tipe efek rumah kaca (ERK) atau green house effect (GHE) solar dryer (Kamaruddin, 1995 dalam Manalu, 1999). Input energi iradiasi surya hanya berkisar antara 10,7-16,4% dari keseluruhan energi yang digunakan untuk pengering ERK (Nelwan,1997), selalu membutuhkan pemanas tambahan, sehingga disebut sebagai pengering hybrid. Pengering ERK-hybrid Jebih berkembang dibandingkan dengan pengering surya yang lain (misalnya pengering surya dengan kolektor datar). Hal itu disebabkan biaya yang digunakan untuk kolektor datar sebagai sistem pengering cukup linggi (Kamaruddin, 1993; 1995 dalam Nelwan, 1997). Kamaruddin (1995) dalam Manalu (1999) menyebutkan bahwa pengering surya tipe efek rumah kaca (ERK) atau green house effect (GHE) solar dryer adalah salah satu cara pemanfaatan energi surya untuk proses pengeringan. Prinsip ERK adalah dengan membuat suatu bangunan yang dinding dan atapnya terbuat dari bahan transparan berfungsi sebagai penyekat sehingga energi panas yang masuk dapat meningkatkan suhu di dalam bangunan ruang pengeringan. Panas yang terakumulasi dipakai untuk mengeringkan komoditas yang berada dalam bak pengering. Untuk menaikkan suhu udara pengering yang dihasilkan oleh pemanasan energi surya maka digunakan pemanas tambahan. 82 .... Vol. IX, No.2, Oktober 2011

Nelwan et a/. (2007), mengembangkan mesin pengering efek rumah kaca (ERK)-hybird untuk mengeringkan jagung konsumsi dengan kapasitas 5 ton dengan sistem pengering silinder berputar. Pengering ini berputar selama 15 menit setiap jam dan menghasilkan pembalikan yang optimal. Ruang plenum berada di tengah-tengah silinder dengan diameter 400 mm. Energi pengeringan jagung dari kadar air awal rata-rata 24% sampai dengan kadar air akhir rata-rata 16% adalah 9,07 MJ/kg dengan biaya pengeringan Rp 82,38/kg. Dalam pengeringan ini jumlah motor listrik yang dibutuhkan adalah empat (4) buah dengan daya total sekitar 4.500 Watt. Energi panas yang digunakan adalah dari sinar matahari dan bahan bakar biomas berupa tongkol jagung. Pengumpanan tongkol masih dilakukan secara manual. Sistem pemanas yang digunakan adalah bahan bakar tongkol jagung memanaskan tangki air, kemudian air panas di tangki disalurkan dengan pompa air ke heat exchanger yang berupa radiator dan udara panas dari radiator dihisap blower dan disalurkan ke plenum. Nelwan et a/. (2008), melakukan penelitian pengeringan jagung menggunakan pengering ERK dengan sistem pengaturan udara panas melewati biji jagung. Kapasitas pengering adalah sebesar 5 ton. Udara panas disalurkan melewali jagung dengan cara membuat pipa di antara biji jagung sehingga udara panas dapat lebih merata. Energi panas yang digunakan adalah dari sinar matahari dan tongkol jagung. Pengumpanan tongkol dilakukan dengan screw conveyor dan· diatur dengan mikro kontroler menggunakan metoda fuzzy. Pada kegiatan tahun 2009, BBP Mekanisasi Pertanian telah memodifikasi tungku pemanas berbahan bakar tongkol jagung untuk mesin pengering kapasitas 5 ton. Pemasukan (feeding) bahan bakar tongkol secara otomatisasi menggunakan termokontrol menyesuaikan panas di ruang plenum (Harsono et al., 2009). Tujuan dari penelitian 101 adalah melakukan rekayasa unit pengering ERK-hybrid untuk mengeringkan padi dengan kapasitas bak . penampung 5 ton.

BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan lahan lokasi petani di Dusun Ngrembang, Desa Rejoagung, Kecamatan Ngoro, Kabupaten Jombang, Jawa Timur pada Bulan November 2010.

.~

Bahan dan Peralatan Uji

Metode

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini, satu unit mesin pengering ERK-hybrid kapasitas 5 ton padi, tungku biomassa, blower dengan penggerak engine dan gabah 3 ton. Peralatan uji yang digunakan dalam pengujian lapang, yaitu : thermohygrometer digital, pyranometer dan milivoltmeter, grain moisture tester, Infra red moisture tester digital, gelas ukur, timbangan pegas, thermometer batang, dan stop watch.

Tahapan kegiatan rekayasa pengering pari ERK-hibryd meliputi kegiatan : penentuan desain dan perhitungannya, pembuatan gambar desain, fabrikasi prototipe, uji fungsional dan modifikasi, serta pengujian unjuk kerja (Gambar 1) .

Persiapan

Survey lapang, konsultasi

Perancangan

Alsin

~=~~

Tidak "---
Unjuk r--I~ ' .Pengujian Karla'

Tidak

Ya

Evaluasi dan Pelaporan

Gambar 1. Bagan alir tahapan kegiatan

Vol. IX, No.2, Oktober 2011 •

83

Parameter Rancangan Desain

Laju penurunan kadar air

Kinerja unit pengering ERK-hybrid yang meliputi : laju pengeringan, kapasitas, konsumsi bahan bakar, dan efisiensi pengeringan dapat ditentukan oleh parameter rancangan desain yang meliputi parameter sifat fisik dan bahan teknik. Parameter sifat fisik meliputi : gabah, kadar air awat dan akhir bahan, densitas kamba bahan, temperatur pengeringan, temperatur lingkungan dan kelembaban relatif. Sedangkan parameter sifat bahan teknik meliputi : pemilihan jenis material/bahan untuk pengeringan, ukuran plat perforated, ukuran blower, dan nilai hantar panas kolektor sinar matahari.

Laju penurunan kadar air merupakan tingkat penurunan kadar air bahan selama proses pengeringan dihitung dengan persamaan berikut: dM

dt

=

M,-M,

t., - t,

4

Dimana:

dM/dt =

= = =

Mi

!Iff t

laju penurunan kadar air kadar air bahan awal kadar air bahan akhir waktu pengeringan

Unit Pengering ERK·hibryd Laju allran udara pengering Persamaan kesetimbangan energi panas yang ada pada pengering ERK-hybrid biomass dapat didefinisikan seperti pada persamaan berikut: Qh + Q"

Laju aliran udara pengering yang dibutuhkan untuk mengeringkan bahan dihitung dengan persamaan berikut :

= Q. + Q, + o; + Q. + Q• .... .. .... .. ... 1

Di mana: Q.

= energi panas dari biomass

Q"

= energi panas dari radiasi surya

Q. Q,

= energi panas latent penguapan air = energi panas sensible

Qr

= kehilangan energi panas radiasi

Q. Q.

= =

kehilangan energi panas absorpsi kehilangan energi panas konveksi dan konduksi

Atap rumah pengering terbuat dari bahan polycarbonate, sedangkan dinding rumah pengering terbuat dari plastik PE. Ukuran rumah pengering (8.000 x 6.000 x 3.000) mm. Sudut optimum penerima slnar matahari dapat dihitung berdasarkan persamaan 2 dan 3 berikut (Duffie & Beckman, 1991) :

= 23.45 Sin /J = 8+

8

( 360

+n)

284 365

2

= =

p

= =

'"

sudut deklinasi hari ke dalam setahun (1-365 hari) sudut optimum penerima sinar matahari Letak Iintang (latitude) suatu lokasi

84 ~ Vol. IX, No.2, Oktober 2011

=

W. = v = M, = M2 =

Laju aliran udara pengering (m3/jam) Jumlah uap air yang akan dikeluarkan dari bahan (kg) volume spesifik udara (m3/kg uk) kadar air awal )% bb) kadar air akhir (% bb)

Energi panas dari tungku biomass Energi panas yang digunakan selama pengeringan dari biomassa (0.) dihitung dengan persamaan:

3

dimana:

8 n

dimana: Q

7

Qh = mb x He ..· dimana:

Q. = energi panas yang berasal daritungku biomass (Mj)

mb = massa biomass (kg) He

= nitai kalor biomass

(:;)

Energi panas matahari

dari

iradiasi

sinar

Energi panas yang berasal dari radiasi sinar matahari yang digunakan untuk pengeringan diketahui dengan perhitungan seperti pada persamaan 8. Q" = AT[S - U(Ta - TT)] x t m x 3690 X 10-

6

...... 8

dimana: QT'

panas dari energi surya yang digunakan untuk pengeringan (MJ) AT luasan penerima iradiasi sinar 2 matahari (m ) S absorpsi panas radiasi (Watt) U koefisien kehilangan panas 0 (W/m 2. C) Ta suhu ruang pengering (oG) TT = Suhu udara Jingkungan (G) t m = waktu pengeringan dengan matahari Gam)

= = = =

Menurut Duffie & Beckman, 1991, pada pengukuran iradiasi sinar matahari secara langsung maka absorbsi panas radiasi dapat dihitung dengan persamaan berikut : S

= (ra)avI,

dimana S (ra)av :::

= =

I,

m, = masa uap air (kg) Hf •

= panas laten penguapan (kJ/kg)

QT'

= panas dari radiasi matahari (kJ)

Q.

=

Konsumsi energi spesifik Konsumsi energi spesifik adalah jumlah keseluruhan energi yang digunakan selama pengeringan dibandingkan berat uap air yang diuapkan selama pengeringan. Energi tersebut berasal dari energi panas yang dihasilkan dari matahari daq biomassa serta energi penggerak yang digunakan selama pengeringan.

Es

= [Q. + QTS + Q.J m"

11

dimana:

Es

:::

Qrs =

Q,

=

9

absorbsi panas radiasi (Watt) transmisivitas absorpsivitas rata-rata dari bahan transmitan dan absorber Totallradiasi rnatahari (Watt)

panas dari pembakaran biomass (kJ)

konsumsi energi spesifik Goule/kg uap air) energi pengeringan dari tungku biomas (ioule) energi pengeringan dari radiasi matahari (joule) energi penggerak yang digunakan selama pengeringan Goule) masa air yang diuapkan (kg)

Energi penggerak (Q,) merupakan energi yang digunakan untuk menggerakkan blower dan Pengumpan pengumpan.

dimana:

Efisiensi pengeringan Efisiensi pengeringan adalah jumlah kebutuhan energi panas untuk menurunkan kadar air bahan dibandingkan dengan energi panas yang dihasilkan dari bahan bakar dan radiasi sinar matahari yang digunakan pada pengeringan. ~p

= 11Ipcp (T, -

Ta )

+ m"Hf •

QT' + Q.

10

11Ip

Cp T, Ta

=

Dc Pf

= = =

tf

=

Cd

energi listrik yang digunakan selama pengeringan Goule) daya motor diesel (watt) waktu kerja kipas (detik) daya motor pengumpan biomass (watt) waktu pengumpanan biomass (detik)

HASIL DAN PEMBAHASAN Rancangan pengering hybrid

dimana: 'Ip

Q,

= efisiensi panas pengeringan (%) = masa bahan (kg)

= panas jenis air (kJ/kg.K) = suhu bahan awal (0C) = suhu bahan akhir (0C)

Pengering benih padi dengan energi surya dan biomassa ini dirancang dengan kapasitas 5 ton per batch dan dirancang dengan waktu pengeringan selama kira-kira 13 jam. Suhu pengeringan akan dipertahankan pada 40 0 G dan Vol. IX, No.2, Oktober 2011 ~ 85

asumsi suhu lingkungan rata-rata adalah 30°C. Asumsi kadar air benih padi awal 23% dankadar air benih padi kering 14%. Sementara itu asumsi efisiensi kipas 30%, panas jenis (Cp) padi = 1.667 kJ/kgOC (Chakraverty 1981), panas jenis udara pada suhu udara rata-rata 30°C ratarata adalah sebesar 1.177,4 kJ/kgOC (Holman, 1984), dan panas laten padi, Hfg = 2.382,28 kJ/kg (Chakraverty. 1981). Nilai kalor sekam: 12.560 kJ/kg.

= =

(523,16 kg x 2.382,28 kJ/kg) I (13 jam x 3.600 del/jam) 0.03kW

maka daya yang dibutuhkan untuk mengeringkan benih padi adalah sebesar : P, = =

P2 + P3 0,0318 kW

Kebutuhan Daya untuk Kipas (P.) Kebutuhan Volume Pengering Padi

a. Pengering yang dirancang berbentuk kotak, apabila kapasitas padi yang dikeringkan adalah 5.000 kg, dengan densitas padi 600 kg/m 3 , maka volume pengering yang dibutuhkan adalah = 5.000 kg/600 kg/m 3 = 8,33 m3 • Apabila tebal tumpukan bahan 0,4 rn, maka luas bak pengering 8,33/0.4 '" 21 m2 , sehingga ukuran bak pengering yang akan dibuat adalah (5,5 x 4) m.

b.

Kebutuhan Energi Pengeringan Laju aUran udara yang diuapkan selama pengeringan : .

100-23 100-14

0.90

a.

Rendemen =

b.

Serat air yang diuapkan = 5.000 - (0,90 x 5.000) = 523,26 kg air

e.

Laju air yang diuapkan = 523,26 kg air I (13 jam x 3.600 dl/jam) = 0,01 kg/dt = 11,18 g/dt

e.

Pengeringan dirancang dari suhu 30°C dengan kelembaban 75% sampai dengan sUhu 40°C, dengan kelembaban udara 25%, dari psychometric chart diperoleh delta kelembaban mutlak udara pengering 8,6 9 H20 I kg udara kering, maka laju aUran udara yang dibutuhkan adalah : (11,18 g/dt) I (8,6 9 H20/kg udara) = qo kg udara/det. Jika massa jenis udara rata-rata = 1,13 3 kg/m , maka debit udara = ~1,30 kg/dt)/(l,13 kg/m 3 ) = 1,15 m Idet, sehingga mempunyai air flow = 1,15 m3/del/3,Ol m2 = 0,383 m3/det.m2 , dari curva airflow resistance of selected grains (Srooker,1992) untuk benih padi mempunyai pressure drop per unit depth sebesar 100 Palm, apabila lapisan sedalam 30 em maka pressure drop per unit depth menjadi sebesar sebesar 30 Pa. Jadi kebutuhan daya kipas dengan efisiensi kipas 30% adalah = 1,15 m3/dt x 30 PalO,30 = 115,05 W = 0,12 kW (=P.).

Kebutuhan Daya untuk Ruang Pengerlngan Kebutuhan Daya untuk Mengeringkan Benih Padi Kebutuhan daya untuk mengeringkan benih padi (P,) terdiri dari daya untuk memanaskan benih padi (P2 ) dan daya untuk menguapkan benih padi (P3) . Daya untuk Memanaskan benih padi (P2 ) P2

=

mp.Cp.(Td - Ta ) 110

=

(5.000 kg x 1,667 kJlkgOC x (40 30)OC) I (13 jam x 3.600 detljam)

=

0,0018 kW

Daya untuk Menguapkan Air Benih Padi (P3) P3 =

mv.Hfg 110

86 ~ Vol. IX, No.2, Oktober 2011

Daya untuk Memanaskan Ruang Pengering (p.) p. = 1,30 kg/detx 1.1774 kJlkgOCx(4Q30)OC = 23,06 kJ/det =23,06 kW Daya untuk Penetrasi ke Dindlng (Ps) Chapman (1974) dalam Dyah (2005) menyebutkan pindah panas konveksi pada dinding tegak dinyatakan dalam suatu koefisien sebesar 3,5 W/m2K, maka daya yang dibutuhkan untuk penetrasi ke dinding (Ps) yaitu: P6 = 41,0 m2 x 3,5 W/m2K x (40 - 30)OC = l,435kW

Jadi total daya yang dibutuhkan untuk keseluruhan sistem pengeringan (P7) adalah : P7 = P, + p. + P5 + P6 = (0,0318 + 0,12+23,06 + 1,435) kW = 24.647 kW (=24.647 kJ/det) Perhitungan kebutuhan tongkol jagung dan volume ruang pembakaran tungku pengering Hasil perhitungan pada sistem untuk pengeringan gabah yang diperuntukkan menjadi benih padi yaitu 24,647 KW atau 24,647 KJ/detik. Apabila asumsi radiasi matahari ratarata adalah 500 W/m2 , maka suplai panas dari matahari = 500 W/m2 x 45 m2 = 22,50 kW, maka sisa kebutuhan daya untuk pengeringan disuplai dari penukar panas sebesar = (24,647-22,50) kW =2,147 kWatau 2,147 KJ/detik. Kebutuhan Pengeringan

Tongkol

Jagung

untuk

Dengan beban panas pada siang hari sebesar P, = 2,147 kJ/det dan efisiensi overall tungku dan pembakaran 40%, maka laju pembakaran tongkol adalah :

a.

Proses pengeringan biji padi menggunakan tenaga matahari dengan sistem efek rumah kaea (ERK) yaitu proses penyekapan panjang gelombang sinar matahari dalam ruang transparan sehingga menimbulkan efek panas dalam ruangan. Desain alsin pengering padi untuk benih juga menggunakan sistem ERK dan memiliki struktur desain yang terdiri dari : rumah pengering, bak pengering, tungku pengering dan sirkulasi udara pengering. Rumah pengering transparan berfungsi sebagai efek rumah kaca, sebagaimana Gambar 1.

•

b.

Volume Ruang Pembakaran Dari hasil pengukuran, nilai massa jenis tongkol jagung (p) = 140 kg/m a Jadi ruang pembakaran pada tunqku yang diperlukan minimum adalah = S = 1,157 kg I (140 kg/m'l = 0,00826 m' =8.260 em'. Untuk medekati luasan tersebut maka apabila ruang pembakaran berbentuk kolak maka kubus maka panjang sisisisinya adalah 30 em.

Bak pengering

Pengering biji padi yang akan digunakan untuk pengeringan benih padi berkapasitas 5 ton/proses dengan dimensi bak pengering 4x5,5xO,365m'. Bak pengering terbuat dari bahan plat besi yang memiliki bagian ruang untuk menampung benih yang akan dikeringkan dan saluran udara pengering, serta dilengkapi dengan lubang untuk pengeluaran benih (unloading). e.

m'O"9kOI = P,/(H'o"9kOI x eff tungku) = 2,147 kJ/detik I (16700 kJ/kg x 0,4) = 15,042 kg tongkol jagungl pengeringan

Rumah pengering

Tungku Pengering

Tungku yang digunakan dalam penelitian ini adalah tungku biomasa dengan bahan bakar tongkol jagung. Tungku pengering berdimensi p x I x t adalah 1,5 x 1,5 x 2 m, memiliki bagian yang terdiri dari ruang pembakaran, lubang pemasukan tongkol jagung sebagai bahan bakar, sistem penyaluran udara panas ke ruang penyaluran udara di bak pengering dan bagian pembuangan sisa hasil pembakaran.

Desain Aisin Pengering Struktur desain unit pengering ERKhybrid, antara terdiri dari : rumah pengering, bak

pengering, tungku pengering dan beberapa bagian lainnya seperti pintu masuk pengering, blower hembus, saluran blower, dan cyclone blower.

Vol. IX, No.2, Oktober 2011 ~ 87

Gambar 2. Desain struktur unit pengering ERK-hybrid Pabrikasi pengering hybrid untuk padi Tahap pabrikasi secara keseluruhan meliputi : pembuatan bak pengering, rumah dan tungku pengering dan aktivitas dalam proses pembuatan pengering hybrid. Pada tahap ini semua struktur desain dibuat dan dirangkai menjadi unit pengering ERK-hybrid kapasitas 5 ton padi dan aktivitas fabrikasl dapat dilihat pada Gambar 3. KinerJa pengering hybrid Sistem pengering ini merupakan sistem pengering yang memanfaatkan energi model

rumah kaca dan mengkombinasikan (hybrid) dengan energi yang berasal dari biomass. Udara pengering dari tungku biomass dihembuskanoleh blower. Sedangkan aliran uap air akan keluar melalui empat buah kipas Vortex yang dipasang pada bagian atap rumah pengering secara natural. Bukaan pintu rumah pengering juga berfungsi sebagal saluran pembawa uap air utuk mengurangi kelembaban pada rumah pengering. AUran udara panas yang digunakan pada model pengering ini merupakan panas yang digunakan dari panas matahari dan panas yang berasal dari biomass.

Gambar 3. Pabrikasi unit pengering ERK-hybrid

Gambar 4. Pengujian pengeringan benih 88 ~ Vol. IX, No.2, Oktober 2011

Tungku biomass yang digunakan pada pengering lipe ERK-Hybrid biomass ini menggunakan tungku biomass rancangan BBP Mekanisasi Pertanian (2009). Bahan bakar biomass yang digunakan pada pengujian ini adalah limbah pertanian berupa tongkol jagung kadar air 11 %. Sebagai bahan bakar awal (first ignition) digunakan batok kelapa kadar air 11 %. Pengujian ini menggunakan panas matahari saja, tanpa panas dari tungku selama 2 jam pertama pengeringan. Dua jam berikutnya selain panas matahari, juga digunakan panas tambahan dari tungku biomassa, di mana suhu pada plenum diharapkan berkisar antara 4555°C. Pada malam hari atau di mana intensitas cahaya sangat rendah, panas pengeringan sepenuhnya berasal dari tungku biomass. Suhu pada plenum, pada dua jam pertama menunjukkan rata-rata 30°C dan setelah tungku biomass dinyalakan dan suhu pada plenum mulai mencapai 50°C. Pada kondisi rumah pengering terjadi peningkatan laju aliran udara ke luar rumah pengering diperlukan. Ventilasi natural atau paksa dibutuhkan untuk mengeluarkan uap air dalam rumah pengering. Pada rumah pengering ini, pintu rumah pengering juga berfungsi sebagai natural ventilasi, selain kipas vortex yang terdapat di atap rumah pengering. Penurunan kelembaban rumah pengering selama pemanasan disebabkan oleh pintu utama dibuka sehingga uap jenuh udara keluar dari rumah pengering, sehingga kelembaban rumah pengering telah menurun menjadi 84%. Kaellrair dan Kelembaban rumah pencering selama

terus dinyalakan, sehingga kadar air bahan ratarata 12,8%. Karakterislik suhu yang dicapai pada pengeringan ERK-hybrid biomass ini dapat dihasilkan suhu yang bervariasi, dengan suhu rendah (-30°C) di awal pengeringan (menggunakan sinar matahari), kemudian dilanjutkan dengan pengeringan menggunakan suhu tinggi (-50°C) dan pendinginan di akhir pengeringan. Karakteristik variasi suhu tersebut, diharapkan sesuai untuk pengeringan benih padi, terdapat pada Gambar 6. • Sutw Pifnum selama PIl....rlnCan 60 ,--------c-----~

~

so

t----""'~=_-_o;r~

40 t------crl'--'-------''Io-

t-..,......J - - - - - - - - - 20 t - - - - - - - - - - - - 10 t - - - - - - - - - - - -

~ 30

~

ot--,---,------,-r-r-r~~___;r_r­

II 22 13 14 15 16 21 1& 19 20 21 22 13

W.-..lctu

Gambar 6. Suhu plenum selama pengeringan

Suhu Gabah selama PengerJngan

!

39.0 t - - - - - - - - - = 37.0 t----------c= 35.0 t - - - - - - - " , I I "

eee....,.~~

,.~--.:.=

; 33.0

1~

+-::::jiif~~~======~ +

31.0 29.0 27.0 t - - - - - - - - - - - - 25.0 +1-,.___;-r_r-~~,___,______,_r~

U U M ~ U 17 U a ro 21 II ......n "'T2 .......Tt".T4 __TS ......T6

penl"rinpn

II

Gambar 7. Suhu gabah selama pengeringan

......kadarair(% bb)

. . . Kelembabanrumah Ijl RH)

----------~--_

...

Gambar 5. Kadar air bahan dan kelembaban pada rumah pengering selama berlangsungnya pengeringan Pembalikan padi dilakukan setelah 6 jam proses pengeringan untuk menyeragamkan kadar air dalam bak pengering dan pengumpanan biomass pada tungku dihentikan setelah kadar air mencapai yang diinginkan (13%), suhu plenum perlahan turun dan kipas

Gambar 5 dan 6 memperlihatkan grafik suhu dan RH pada rumah pengeringan serta lingkungan. Gambar tersebut memperlihatkan suhu rumah pengering menunun selama proses pengeringan dengan sinar matahari. Selama pukul 12-15, intensitas cahaya tertinggi pada pukul 12. Cuaca juga benubah-ubah, mendung dan terang, intensitas cahaya rata-rata menurun, akibatnya suhu dalam rumah pengering juga tunun. Pada saat kelembaban udara dalam numah pengering meningkat akibat adanya penguapan air dari bahan yang dikeringkan, suhu dalam rumah pengering mencapai suhu terendah (33°C). Setelah pintu numah pengering dibuka untuk membantu membawa sejumlah Vol. IX, No.2, Oktober 2011 ~ 89

uap air yang telah jenuh dalam rumah pengering, suhu rumah pengering kemball: meningkat seiring dengan penurunan kelembaban pada rumah pengering.

a", =

48 m2 x (430,91 W/m2_ 6 W/m2 °c (35,65°C-31 ,38°C)) x 4 jam x 3.600 dtk/jam x 10-6MJ/J= 280,14 MJ

Suhu & RH rumah pencer1ng ~50.0

l:~:~

.~._-~

-

.......

1000

.-

~.O

6O.og 4Q.oi

1 20.0 ~10D

20.0

i

0.0

a:

0.0

~

11 U U M

~

~

V

a

~

20 II

n

.....SLhu w.w "'RH

Gambar 7. Suhu dan RH rumah pengering Kelembaban rumah pengering menurun, disebabkan pintu utama pengering dibuka sehingga udara yang membawa uap air keluar dan bersamaan pula suhu menurun karena uap air yang keluar juga mengandung panas.

SUhu & RH L1nckungan

..

40.0

i

f30.0

1 .§

20.0

10.0

Oft

0.0

•

•

•

:'J l00J

I

4Q·t

L

0.0

20.1lI: a:

11 U U M U H V Woktu

• Suhu

a

U 20 II 22

• RH

Gambar 8. Suhu dan RH Lingkungan Energi panas pengeringan berasal dari iradiasi matahari dan biomassa. Energi panas yang berasal dari iradiasi sinar matahari dihitung berdasarkan persamaan 8 dan g. Bahan konstruksi transmitan polycarbonate mempunyai nilai transmisivitas (T) rata-rata 0,72 (Day and Bailey, 1999) sedangkan semen cor (concrete) mempunyai nilai absorpsivilas (0) rata rata 0,8. Koefisien kehilangan panas (U) dari plastik film 6-8, sedangkan polycarbonate 4,2-5 (Day and Bailey, 1999). Dengan menggunakan koefisien kehilangan panas 6 dan total absorpsi energi panas radiasi dalam rumah pengering (S) 430,91 W/m 2, maka radiasi energi surya yang digunakan dalam rumah pengering a",: 90


Vol. IX, No.2, Oktober 2011

Tungku biomass menggunakan batok kelapa sebagai bahan pembakar awal (first ignition). Selanjutnya menggunakan tongkol jagung. Energi panas batok kelapa 17,3 MJ/kg, sedangkan tongkol jagung 14,7 MJ/kg (Lachke,2002). Total Konsumsi panas yang berasal dari biomass 2.153,25 MJ. Dengan demikian total energi panas yang digunakan selama pengeringan 2.153,25 MJ dari bahan bakar biomass dan 280,14 MJ dar! sinar matahari. Kebutuhan energi panas (Op) untuk mengeringkan 3 ton gabah dari kadar air rata-rata 22% bb menjadi 12,8% bb sebesar 772,454 MJ. Hasil perhitungan efisiensi panas pengeringan memperlihatkan hasil bahwa pengeringan ERK hybrid biomass ini dapat menghasilkan efisiensi panas pengeringan 31,74%. Lebih tinggi jika dibandingkan dengan pengeringan dengan menggunakan tungku biomass saja yang efisiensi pengeringannya hanya mencapai 25% (Harsono, et a/. 2009). Konsumsi energi spesifik dihitung dengan persamaan 11 dan 12. Tenaga penggerak kipas adalah diesel 8,5 HP, sedangkan motor pengumpan bahan bahan bakar biomass menggunakan electromotor 1 HP. Hasil uji fungsional pengumpan bahan bakar biomass memperlihatkan kondisi optimum waktu penyalaan elektromotor pengumpan 2 menit dan selang interval penyalaan electromotor 7 menit. Mesin pengering hybrid yang diinstal di BBP Mekanisasi Pertanian dilengkapi dengan pengumpan bahan bakar. Pengujian dilakukan terhadap pengumpan ini untuk mengetahui pengaruh jumlah bahan bakar yang diumpankan dari pengumpan ke tungku pemanas terhadap respon suhu untuk pengeringan benih padi pada pengering tipe bed kapasitas 3 ton/batch, sarta untuk mengetahui setting optimum kontrol pengatur jumlah bahan bakar dan bahan bakar yang digunakan adalah tongkol jagung dengan kadar air 11%. Pengumpan bahan bakar menggunakan konveyor yang dilengkapi dengan mangkuk. Udara panas dari tungku biomass dihembus oleh blower sentrifugal diameter 60 em melalui saluran udara panas ke plenum. Pada pipa saluran udara dari tungku ke blower, terdapat

bukaan saluran udara luar, yang dapat dibukalditutup dengan suatu sistem mekanis (pegas) yang dikontrol oleh sensor suhu yang terdapat pada saluran udara panas dari blower ke plenum. Fungsi bukaan saluran udara luar tersebut adalah untuk mencampur udara luar dengan udara panas dari tungku apabila terjadi kelebihan panas. Sebuah sensor suhu (termokopel) ditempatkan di saluran udara panas dari blower ke plenum. Pengujian dilakukan dengan melakukan setting control suhu secara otomatis untuk melakukan pengumpanan dan pemberhentian pengumpanan bahan bakar, serla melakukan buka dan tutup saluran udara luar. Ketika suhu 50°C, maka pengumpan off dan bukaan udara sebelum blower on, sedangkan pada suhu 44°C pengumpan on dan bukaan udaranya off. Kontrol setting pengumpan on/off pada suhu saluran udara panas 44-46°C menghasilkan respan suhu pada plenum 4854°C. Sedangkan pada kontrol pengumpan on/off pada suhu saluran udara panas 45-50°C menghasilkan respon suhu pada plenum 5658°C. Respon suhu di atas batas terlinggi yang diharapkan, disebabkan oleh sifat biomass yang memerlukan beberapa waktu untuk terbakar, tidak seperli bahan bakar cair/gas yang respon pembakarannya lebih cepat. Waktu pengumpanan bahan bakar pada setting control pengumpan suhu 44-46°C, selama 2 menit dan interval pengumpanan setiap - 7 menit sekali. Jumlah bahan bakar yang diumpankan rata-rata 3 kg/-2 menit.

KESIMPULAN

Rekayasa dan pengujian unit pengering ERK-hybrid kapasitas 5 ton telah mampu mengeringkan padi 3 ton dengan hasil uji menunjukkan bahwa laju penurunan kadar air %/jam, panas selama pengeringan 0,9 pengeringan yang dihasilkan dari panas matahari selama pengeringan ini adalah 280,14 MJ dengan kondisi cuaca mendung dan hujan. Panas pengeringan dari biomass sebesar 2.153,25 MJ yang dihasilkan dari batok kelapa sebanyak 22,5 kg sebagai penyulut api perlama dan 120 kg tongkol jagung untuk bahan bakar utamanya. Pengeringan gabah sebanyak 3 ton dengan ERK-hybrid tungku biomass, dari kadar air awal 22% menjadi 12,8% membutuhkan energi panas sebesar 772.454 MJ. Total energi

yang dihasHkan dari matahari dan bahan bakar sebesar 2.433,39 MJ dan efisien panas pengeringan 31,74%, lebih tinggi dibandingkan hanya dengan tungku biomass saja sebesar 25% dan konsumsi energi spesifik penguapan 1 kg uap air dari gabah yang dikeringkan adalah 9.146 MJ/kg.

DAFTAR PUSTAKA

Chkaraverty,A dan D.S. De, 1981. Post Harvest Technology of Cereal and Pulses. Oxford & IBI;l PUblishing Co, New Delhi. Day

W, and B.J. Bailey, 1999. Physical Principles of Microclimate Modification. Greenhouse Ecosystems. Elsevier.

Duffie

J.A. and W.A. Beckman, 1999. Solar Engineering of Thermal Process. Jhon Wiley & Sons, Inc.

Harsono, Suparlan, U. Budiharli, DA Nasution, , Mulyantara, FX. L., A. Asari, dan E. Rahmarestia, E. 2009. Modifikasi Tungku Pemanas Berbahan Bakar Tongkol Jagung untuk Mesin Pengering Kapasitas 5 ton dapat Menghemat sampai dengan 50% BBM. Laporan Akhir Tahun T.A. 2009, BBP Mekanisasi Perlanian, Serpong.

Perpindahan Holman, J.P., 1984. Penerbit Erlangga, Edisi Kelima.

Kalor.

Manalu, L.P. 1999. Pengering Energi Surya dengan Pengaduk Mekanis untuk Pengeringan Kakao, Thesis, Program Pasca Sa~ana IPB, Bogor. Nelwan, L.O. 1997. Pengeringan Kakao dengan Energi Surya Menggunakan Rak Pengering. dengan Kolektor Tipe Efek Rumen Kaca, Thesis, Program Pasca Sarjana IPB, Bogor. Nelwan, L.O., D. Wulandani, R. Paramawati, dan TW. Widodo, 2007. Rancang Bangun Alat Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)Hybrid dan In-Stare-Dryer Terintegrasi untuk Jagung-jagungan. Laporan HasH Penelitian, Ke~asama IPB dan Deparlemen Pertanian.

Vol. IX, No.2, Oktober 2011

BUKU INI MILIK UPT.

PFRPlJ!=:TAK.b..~:J

j

~

91

Nelwan, L.O., Leopold, Wulandani, T.W. Widodo, dan R. Paramawati, 200B, Konsumsi Energi dan Biaya Pokok Pengeringan Sistem Pengeringan Efek Rumah Kaca (ERK)- Hybrid dan In-Store Dryer (ISO) Terintegrasi untuk Jagung Pipilan, IPB, Bogor. Rachman, B. 2002. Perdagangan Internasional Komoditas Jagung, Ekonomi Jagung Nasional, Balitbang Pertanian.

92 ~ Vol. IX, No.2, Oktober 2011