DESAIN ULANG PROSES PENGERINGAN PADA MESIN PENGERING ROTAN DI PT. TULUS TRI TUNGGAL Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: ACHMAD MASHARI : 2402 100 040 : Teknik Fisika, FTI-ITS : Ir. SUWARSO, M.Sc
Abstrak Proses pengeringan mempengaruhi kualitas hasil akhir dari produksi rotan. Kondisi rotan dengan kandungan air tinggi dapat mengurangi kualitas rotan. Tugas akhir ini bertujuan untuk menganalisa proses pengeringan rotan sehingga dapat ditentukan batasan temperatur, waktu dan jumlah siklus pemvakuman. Selain itu didapatkan desain ulang terhadap ruang pengeringan. Dalam ruang pengering, heater akan melepaskan panas pada temperatur tertentu untuk mengeluarkan kandungan air dari dalam batang rotan. Air yang menguap akan dihisap oleh pompa hisap melalui proses vakum. Moisture content rotan yang semula 100 per sen diharapkan sesuai standar produksi yaitu 28 per sen sampai dengan 30 per sen setelah melalui proses ini. Rotan yang dikeringkan berukuran panjang 4 m, berat 2,67 kg, dan berat total 750 kg. Ruang mesin pengering berbentuk silinder horisontal berukuran panjang 6 m dan diameter 1,3 m. Dari analisa didapatkan bahwa dengan menaikkan temperatur dari 70 °C menjadi 90 °C dapat mempercepat waktu pengeringan total sebesar 47,49 jam atau 60,19 per sen dari 78,90 jam menjadi 31,41 jam. Sedangkan dengan mengubah panjang ruang pengering dari 6 m menjadi 4,2 m dapat mempercepat waktu pengeringan total sebesar 0,39 jam atau 0,005 per sen dari keadaan semula. Kata kunci : desain ulang, proses pengeringan, waktu pengeringan, moisture content, rotan.
REDESIGNING THE DRYING PROCESS OF RATTAN DRYING MACHINE AT PT. TULUS TRI TUNGGAL Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: ACHMAD MASHARI : 2402 100 040 : Teknik Fisika, FTI-ITS : Ir. SUWARSO, M.Sc
Abstract The drying process influences the final quality of rattan production. The rattan condition that has high moisture content can reduce the rattan quality. The objective of this final project is to analize the drying process of rattan, so it can be determined the temperature, time, and sum of vacuum cycle. Beside that, redesign for drying room can be got. In drying room, the heater will release some energy at certain temperature to exit the moisture content from rattan stick. The water steam will be sipped by vacuum pump trough vacuum process in every cycle. The moisture content is wished as standard production from 100 per cent to be 28 per cent until 30 per cent after doing this process. The rattan which will be drying has 4 m of long, 2,67 kg of weight, and 750 kg of total weight. The type of drying machine room is horizontal cylinder and the size are 6 m of long and 1,3 m of diameter. From the analysis, it is known that by setting up the temperature from 70 °C to 90 °C can quickening the total of drying time about 47,49 hours or 60,19 per cent from 78,90 hours become 31,41 hours. Meanwhile, by changing the long of drying room from 6 m become 4,2 m can quickening the total of drying time about 0,39 hour or 0,005 per cent from first condition.
Keywords : redesign, drying process, drying time, moisture content, rattan
DESAIN ULANG PROSES PENGERINGAN PADA MESIN PENGERING ROTAN DI PT TULUS TRI TUNGGAL TUGAS AKHIR
Oleh:
ACHMAD MASHARI Nrp. 2402 100 040
Surabaya, 28 Desember 2006 Mengetahui/Menyetujui Pembimbing
Ir. Suwarso, M.Sc. NIP. 130 325 761
Ketua Jurusan Teknik Fisika FTI-ITS
Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA NIP. 131 879 399
DESAIN ULANG PROSES PENGERINGAN PADA MESIN PENGERING ROTAN DI PT TULUS TRI TUNGGAL
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Rekayasa Energi dan Pengkondisian Lingkungan Program Studi S-1 Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Oleh : ACHMAD MASHARI Nrp. 2402 100 040
Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir : 1. Ir. Suwarso, M.Sc
……..(Pembimbing I)
2. Rahmi Andarini, ST. Meng.S
.....……….(Penguji I)
3. Ir. Roekmono
.....………(Penguji II)
4. Imam Abadi, ST. MT
.........…...(Penguji III)
5. Ridho Hantoro, ST. MT
...............(Penguji IV)
SURABAYA DESEMBER, 2006
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur selalu kami ucapkan kehadirat Allah SWT. Semoga sholawat dan salam selalu terlimpahkan kepada Rasulullah SAW, keluarga dan para sahabatnya, sehingga tugas akhir dengan judul “Desain Ulang Proses Pengeringan Pada Mesin Pengering Rotan Di PT Tulus Tri Tunggal” ini dapat terselesaikan. Penulisan Tugas Akhir ini dapat berlangsung dan selesai adalah berkat bantuan, bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya menyampaikan penghormatan dan rasa terima kasih kepada : 1. Bapak (Alm) dan Ibu yang tidak pernah bosan dalam mendidik, mendoakan, memberi nasehat kehidupan. Kakakkakak penulis, serta seluruh anggota keluarga keluarga besar Fathur Rahman (Alm) atas dukungannya. 2. Ir. Suwarso, M.Sc selaku pembimbing tugas akhir penulis, yang sudah membimbing penulis dengan sangat sabar. 3. DR.Ir. Totok Suhartanto, DEA selaku Ketua Jurusan Teknik Fisika, tempat penulis menimba ilmu. 4. Ir. Sarwono, M.MT selaku Ketua Laboratorium Rekayasa Energi dan Pengkondisian Lingkungan. 5. Bapak Ir. Heri Joestiono, selaku Dosen Wali penulis yang selalu memberikan bimbingan arahan selama masa perkuliahan. 6. Bapak Ridho Hantoro ST, MT, Gunawan ST, MT dan dosen TF-ITS lainnya yang telah banyak mengubah pola pikir penulis dengan diskusi dan sharing di Lab. Energi dan Pengkondisian Lingkungan. 7. Seluruh karyawan PT Tulus Tri Tunggal atas kerjasamanya. 8. Segenap Komunitas Kelompok Studi Energi TF, Burhan, Tonny, Didin, Indriana, Fernandus, Dwi, Tito, Nanang, Taufik, Bangun, Moko dan lainnya atas kebersamaannya.
vi
9. Mahasiswa TF-ITS, khususnya angkatan 2002 atas kekeluargaannya. Detak atas kebersamaannya pada waktu kuliah selama ini. 10. Keluarga PEPSI ’02, Rhyzma atas kesabaran, kasih sayang, dan pengertiannya, Ria, Hilda, PM, Inam, Yusqi, Husein, Mida, dan lainnya atas kebersamaannya. Qisthy atas kecerewetannya. 11. Komunitas HMKP atas tempat singgahnya, komunitas Tri G Boim, Hohok, Deni, Janitra, Hafid, Adi, Bhanu, dan lainnya atas persahabatannya. 12. Semua pihak yang turut membantu dan mendukung penyelesaian tugas akhir ini. Penulisan laporan ini tentunya masih terdapat kekurangan, untuk itu kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan agar lebih baik. Semoga laporan tugas akhir ini bermanfaat bagi banyak pihak, khususnya bagi penulis.
Penulis,
vii
DAFTAR ISI
JUDUL TUGAS AKHIR ........................................................ i LEMBAR PENGESAHAN .................................................... ii ABSTRAK .............................................................................. iv KATA PENGANTAR ............................................................. vi DAFTAR ISI ......................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .............................................................. x DAFTAR TABEL ................................................................... xi DAFTAR NOTASI ................................................................. xii BAB I PENDAHULUAN ..................................................... 1 1.1 Latar Belakang Masalah ....................................... 1 1.2 Rumusan Permasalahan ....................................... 3 1.3 Batasan Masalah .................................................. 3 1.4 Tujuan Tugas Akhir ............................................. 3 1.5 Metodologi Penelitian .......................................... 4 1.6 Sistematika Penulisan .......................................... 5 1.7 Relevansi atau Manfaat Tugas Akhir .................. 6 BAB II DASAR TEORI ......................................................... 7 2.1 Tinjauan Umum Proses Pengeringan ................... 7 2.1.1 Proses Pengeringan ..................................... 7 2.1.2 Sistem dan Mekanisme Pengeringan .......... 9 2.1.3 Mekanisme Perpindahan Panas ................... 10 2.1.4 Mekanisme Perpindahan Massa .................. 10 2.1.5 Pengaruh Pengeringan Terhadap Rotan ...... 11 2.2 Perpindahan Panas ................................................ 12 2.2.1 Perpindahan Panas Konduksi ...................... 12 2.2.2 Perpindahan Panas Konveksi ...................... 13 2.2.3 Perpindahan Panas Radiasi ......................... 16 2.2.4 Perpaduan Koefisien Perpindahan Panas ... 17 2.2.5 Koefisien Perpindahan Panas Overall ........ 19 2.3 Tinjauan Termodinamika .................................... 21 2.3.1 Kekekalan Energi ....................................... 21 2.3.2 Analisa Energi ............................................ 22
viii
2.3.3 Propertis Fisik dan Hubungan Termodinamika .......................................... 23 2.4 Energi Dalam Pengeringan Rotan ....................... 25 2.5 Moisture Content (MC) dan Ovendry Weight ..... 26 2.5.1 Penurunan Moisture Content Tiap Siklus .. 27 2.6 Propertis Termal Kayu ........................................ 30 2.7 Perpindahan Massa (Difusi) ................................ 32 2.8 Psychrometrics .................................................... 35 2.8.1 Parameter Kelembaban .............................. 35 2.8.2 Hubungan Gas Sempurna Udara Kering dan Udara Basah ........................................ 39 BAB III DESAIN ULANG RUANG PENGERING .............. 41 3.1 Evaluasi Performansi Ruang Pengering .............. 42 3.1.1 Perhitungan Karakteristik Rotan dan Ruang Pengering ........................................ 44 3.1.2 Perhitungan Penguapan (Drying Rate) ....... 45 3.1.3 Perhitungan Energi Pemanas ...................... 49 3.1.4 Perhitungan Proses Vakum ........................ 51 3.1.5 Perhitungan Waktu Pengeringan Total ...... 52 3.2 Desain Ulang Ruang Pengering .......................... 52 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN .............. 53 4.1 Analisa Data Desain Ulang Ruang Pengering ..... 53 4.1.1 Penentuan Temperatur Pengeringan ........... 53 4.1.2 Penentuan Dimensi Ruang Pengering ........ 56 4.2 Pembahasan ......................................................... 61 4.2.1 Temperatur Pengeringan ............................ 61 4.2.2 Dimensi Ruang Pengering .......................... 63 4.2.3 Interpretasi Hasil dan Rekomendasi Desain Ulang .............................................. 65 BAB V PENUTUP ................................................................ 67 5.1 Kesimpulan .......................................................... 67 5.2 Saran .................................................................... 67 DAFTAR PUSTAKA ............................................................. 69 LAMPIRAN
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian Panas ................................................. 18 Gambar 2.2 Massa Atur dan Aliran Energi ............................ 23 Gambar 2.3 Pergerakan Uap Air Dalam Tubuh Rotan ........... 35 Gambar 2.4 Psychrometric Chart ............................................ 37 Gambar 3.1 Diagram Alir Evaluasi dan Desain Ulang ........... 41 Gambar 3.2 Mesin Pengering Rotan ....................................... 42 Gambar 3.3 Arah Perpindahan Panas dan Difusi Uap Pada Rotan .......................................................... 44 Gambar 4.1 Grafik Temperatur Pengeringan Terhadap Waktu Pengeringan ............................. 54 Gambar 4.2 Grafik Temperatur Pengeringan Terhadap Jumlah Siklus ...................................... 55 Gambar 4.3 Grafik Perubahan Diameter Terhadap Waktu Pengeringan ............................................. 57 Gambar 4.4 Grafik Perubahan Diameter Terhadap Jumlah Siklus ...................................................... 58 Gambar 4.5 Grafik Perubahan Panjang Terhadap Waktu Pengeringan ............................................. 60 Gambar 4.6 Grafik Perubahan Panjang Terhadap Jumlah Siklus ...................................................... 60
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konstanta C dan n untuk persamaan (2.8) .............. Tabel 4.1 Waktu Pengeringan Total Dengan Variasi Temperatur ................................................. Tabel 4.2 Variasi Diameter Pada Temperatur 70 ºC ............... Tabel 4.3 Variasi Perubahan Panjang Pada Temperatur 70 ºC ...........................................
xi
15 53 56 59
DAFTAR NOTASI A As C CP C pH2O C Pw Cm Cw D bt Dv D gt D bl D gt D dv dMC E E mv g G gc h hr hc
h H Jd k kt kl L M
= luas permukaan, kalor spesifik. = luas permukaan benda padat = konstanta, konduktansi = kapasitas panas = kapasitas panas air = kapasitas rata-rata oven dry wood = kalor spesifik air = kalor spesifik rotan pada keadaan ovendry = koefisien difusi air ikatan kayu arah melintang = koefisien difusi uap air = koefisien difusi gross kayu arah melintang = koefisien difusi air ikatan kayu arah longitudinal = koefisien difusi gross kayu arah longitudinal = diameter = absolute humidity = beda moisture content = energi = total energi = percepatan gravitasi = Spesific Gravity = konstanta dalam Hukum Newton = koefisien perpindahan panas konveksi, enthalpi = koefisien perpindahan panas radiasi = koefisien perpindahan panas konveksi = koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata = relative humidity = nilai difusi = konduktivitas termal = konduktifitas termal arah tangensial = konduktifitas termal arah longitudinal = tebal = massa
xii
Mw M da MC MC d Mo Mf Mr Mm Mw
Nu
n da nw p P Pw P da Po Pr q Q q” q evap qc qr qs q wood q kiln R R0 Rc Rr
Ra D SG t ts
= massa uap air = massa udara kering = moisture content = penurunan MC = moisture content awal = moisture content akhir = kandungan air = kandungan air awal dalam rotan = berat ovendry rotan = bilangan Nusselt rata-rata = bilangan mol udara kering = bilangan mol uap air = panjang = total tekanan = tekanan parsial uap air = tekanan parsial udara kering = tekanan jenuh uap air pada temperatur T = bilangan Prandtl = perpindahan panas. = energi (panas) = heat flux = heat total untuk penguapan. = perpindahan panas konveksi = perpindahan panas radiasi = total kalor sensibel pengeringan = kalor sensibel untuk pengeringan rotan = kalor sensibel ruang pengering = resistansi, konstanta gas = resistansi total = resistansi konveksi = resistansi radiasi = bilangan Rayleigh = spesific gravity = temperatur, waktu = temperatur permukaan benda padat
xiii
t ref tf T Tb Tf U u v V Va W Ws Wb WOD x da xw x ws α β σ ε ρ ρw η ga η gv λ γ Ф ∂t/∂x
= temperatur referensi = temperatur fluida = temperatur = temperatur awal = temperatur akhir = koefisien perpindahan panas overall = energi dalam = volume spesifik, kecepatan = volume, kecepatan = daya serap kayu = humidity ratio = saturated humidity ratio = daya emisi blackbody = berat kering kayu (rotan), kg = fraksi mol udara kering = fraksi mol uap air = fraksi mol udara jenuh = thermal diffusivity = koefisien ekspansi termal = konstanta Stefan-Boltzman = emisivitas permukaan = massa jenis = massa jenis air = viskositas = viskosotas uap = kalor laten penguapan = specific humidity = relative humidity, per sen = gradien temperatur
xiv
