TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengeringan Tipe Efek Rumah Kaca (ERK) Pengeringan merupakan salah satu proses pasca panen yang umum dilakukan pada berbagai produk pertanian yang ditujukan untuk menurunkan kadar air sampai pada tingkat yang aman untuk penyimpanan atau proses lainnya (Kamaruddin, 2007). Metode pengeringan dapat digolongkan dengan cara tradisional dan mekanis. Cara tradisional yang biasa dilakukan oleh masyarakat maupun industri kecil yaitu dengan penjemuran secara langsung di bawah sinar matahari. Biaya operasional dengan cara ini relatif murah, namun memiliki banyak kelemahan. Misalnya kondisi lingkungan atau panas matahari yang tidak stabil, gangguan cuaca, debu, lalat, dan kotoran. Untuk memperbaiki kelemahan ini, maka digunakanlah sistem pengeringan kombinasi. Sistem pengeringan kombinasi adalah jenis pengeringan dengan menggunakan sumber energi alternatif dari surya, angin, dan biomassa. Energi ini merupakan salah satu bentuk energi terbarukan yang tersedia di alam dengan jumlah yang tak terbatas. Pengering ERK merupakan pengeringan yang mengandalkan energi surya dan energi lain seperti kayu bakar atau briket batubara sebagai sumber energi panasnya. Radiasi surya masuk kedalam sistem pengering melalui dinding transparan dan diserap olah berbagai komponen pengering (seperti absorber, rak, rangka, juga produk) yang berada dalam ruang pengering. Penyerapan energi ini mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu dari masingmasing komponen tersebut dan hasilnya adalah perbedaan suhu antara komponen tersebut dengan suhu udara di dalam ruang pengering. Perpindahan panas akan terjadi secara konvektif dan secara radiatif ke udara (dalam bentuk gelombang panjang). Sebagian besar gelombang panjang radiasi ini akan diserap atau dipantulkan oleh dinding transparan dan hanya sebagian kecil yang dilepaskan ke lingkungan. Oleh karena itu keseimbangan termal dari sistem dengan lingkungan akan bergeser pada suhu yang lebih
3
tinggi. Udara dengan suhu lebih tinggi ini kemudian digunakan untuk mengeringkan produk. Pemanasan dari pembakaran bahan bakar disalurkan melalui udara yang mengalir melalui penukar panas. Kipas digunakan untuk mengalirkan udara melalui pipa-pipa penukar panas tersebut. Pada saat udara melalui penukar panas, transfer panas berlangsung melalui dinding saluran penukar panas. Perpindahan panas ini dibantu dengan dengan adanya kecepatan udara yang tinggi yang melalui penukar panas tersebut.
B. Sistem Pemanasan Pada Pengering ERK Pemanas tambahan dalam sistem pengeringan merupakan bentuk dari suatu usaha untuk mempertahankan suhu ruangan pada tingkat tertentu yang diinginkan, disesuaikan dengan keadaan bahan serta keadaan cuaca disekitar sistem pengeringan. Bentuk dari pemanas tambahan diwujudkan melalui suatu alat atau mesin yang dapat digunakan untuk menambah atau memindahkan sejumlah panas tertentu pada ruang pengeringan.
1. Kolektor Surya Energi panas matahari dialirkan ke bumi dalam bentuk gelombang pendek (energi elektromagnetik) yang meliputi sinar gamma, ultraviolet, sinar tampak, sinar infra merah dan gelombang radio. Energi yang sampai ke permukaan bumi adalah ultraviolet, sinar tampak, dan sinar infra merah. Ciri khas dari radiasi surya adalah sifat keberadaannya yang berubah-ubah. Meskipun hari cerah dan sinar surya tersedia banyak, nilainya berubah dengan titik maksimum pada tengah hari karena bertepatan dengan jarak lintasan terpendek sinar surya menembus atmosfer (Abdullah,1990). Kolektor surya merupakan alat yang digunakan untuk meningkatkan efektivitas pemanfaatan energi surya dengan cara pemanfaatan langsung menggunakan suatu alat pengumpul dan penyerap panas. Kolektor surya sebagai pengumpul panas meneruskan energi yang diserap (absorber) ke fluida,
absorber tersebut akan merubah pancaran
4
menjadi energi panas, kemudian memindahkan energi panas ke fluida untuk memanaskan fluida yang mengalir. Sebagai penyerap dan pemindah energi surya, kolektor surya dibagi dua, yaitu : kolektor datar (flat plat collector) dan kolektor konsentrator (concentrating collector) (Kamaruddin Abdullah, et al., 1990) . Pada kolektor datar, radiasi yang diterima kolektor adalah radiasi baur dan radiasi langsung. Radiasi baur adalah radiasi pantulan dari pancaran energi surya, baik itu pantulan langsung maupun pantulan tidak langsung dari beberapa benda. Kamaruddin Abdullah,et al., (1990) menyatakan bahwa komponen utama dari pengumpul panas adalah: keping penyerap (absorber), penyekat panas (isolator), dan lapisan penutup transparan. Duffie dan Beckman, (1980) menyatakan bahwa bagian-bagian yang penting dari sistem kolektor adalah sebagai berikut: a. Plat penyerap panas, yang berfungsi untuk memindahkan energi radiasi panas ke fluida yang mengalir. b. Penyekat belakang, berfungsi untuk mengurangi kehilangan panas akibat konduksi. c. Tutup transparan, berfungsi untuk mengurangi kehilangan panas karena konveksi dan radiasi ke atmosfer. Kolektor konsentrator digunakan untuk meningkatkan kemampuan pengumpul panas. Kolektor ini dibedakan menjadi dua, yaitu: kolektor konsentrator satu titik fokus dan kolektor konsentrator satu garis fokus.
2. Penukar Panas Sistem pemanas ruangan dibedakan menjadi sistem pemanas langsung atau direct system dan sistem pemanasan tidak langsung atau indirect system. Pada sistem pemanasan langsung, energi panas diperoleh dari suatu alat atau mesin yang terletak dalam ruangan yang mampu memberikan panas pada ruangan tersebut. Sedang untuk pemanas tidak langsung, jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk memanaskan ruang pengering diperoleh dari sistem pemanasan di luar ruangan untuk kemudian dipindahkan kedalam ruangan
5
dalam bentuk yang sama atau pun dalam bentuk lain melalui mekanisme heat exchanger. Penukar panas atau heat exchanger merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan sejumlah panas dari suatu bahan atau zat ke bahan atau zat lain. Bentuk yang paling sederhana dari penukar panas adalah Regenerator berupa kontainer dimana bahan yang bersuhu tinggi didalamnya akan kontak secara langsung dengan bahan yang bersuhu rendah. Pada sistem ini, masingmasing bahan atau fluida akan mencapai suhu akhir yang sama. Jumlah dari panas yang dapat dipindahkan dapat dihitung dengan konsep keseimbangan energi.
Energi yang dilepaskan oleh fluida yang lebih panas akan sama
dengan jumlah energi yang diterima oleh fluida yang lebih dingin. Bentuk lain dari penukar panas adalah menggunakan dinding atau sekat sehingga memungkinkan adanya perambatan panas dari fluida yang bersuhu tinggi ke fluida yang bersuhu rendah. Sistem ini kemudian disebut dengan sistem penukar panas sistem tertutup (closed type heat exchanger). Sedangkan pada penukar panas sistem terbuka (open type heat exchanger) sebelum fluida masuk kedalam sistem penukar panas, fluida akan masuk terlebih dahulu kedalam suatu ruangan terbuka, setelah bercampur fluida akan masuk dan meninggalkan penukar panas dalam aliran tunggal. Penukar kalor yang banyak digunakan dalam pemanasan dan pendinginan udara atau gas adalah model aliran silang. Pada sistem ini gas atau udara dialirkan diluar tabung, sedangkan fluida lain digunakan dalam tabung untuk memanaskan atau mendinginkan.
3. Tungku Pembakaran Pada prinsipnya pembakaran adalah reaksi suatu zat dengan oksigen dan menghasilkan energi. Bahan bakar umumnya adalah merupakan suatu senyawa hidrokarbon. Semakin besar energi yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar tersebut, maka semakin baik fungsinya sebagai bahan bakar. Agar pemanfaatan energi panas yang dihasilkan optimum, bahan bakar dibakar dalam suatu alat yang disebut tungku pembakaran. Rancangan tungku sangat menentukan sempurna tidaknya proses pembakaran berlangsung dan
6
besarnya energi panas yang dapat dimanfaatkan atau dihasilkan oleh sistem tungku tersebut. Disamping itu rancangan tungku juga akan dapat menentukan laju pembakaran atau jumlah bahan bakar yang terbakar persatuan waktu. Sempurna atau tidaknya pembakaran dipengaruhi oleh rancangan ruang pembakaran yang menentukan mudah tidaknya oksigen kontak dengan partikel karbon pada bahan bakar. Sedangkan jumlah udara yang dapat masuk ke dalam tungku ditentukan oleh rancangan tungku. Selain itu kelancaran proses pembakaran juga ditentukan oleh kelancaran pembuangan gas hasil pembakaran. Tabel 1. Nilai kalor beberapa bahan bakar Bahan bakar Nilai Kalor (kJ/kg) Kayu kering 18 799.10 Arang kayu 29 495.59 BBM 42 797.96 Gas alam 40 836.20 Batu bara 29 298.60 Batok kelapa 17 000.00 Sumber : Wegner, 1988 dalam Suharjo, 2007
7
C. Hasil-Hasil Penelitian Tentang Sistem Pemanasan Alief (1999) melakukan uji unjuk kinerja pemanas tambahan pada pengering ERK dengan bahan bakar berupa minyak tanah dengan laju 1.3 liter/jam menghasilkan efisiensi heat exchanger 5.5% - 12 %. Pemanas ini dapat menaikkan suhu lingkungan menjadi suhu ruangan sebesar 16 oC pada debit air 0.6 liter/detik Darmawan (2003) melakukan uji kinerja alat pengering tipe ERK dengan energi surya dan tungku biomassa sebagai sistem pemanas tambahan menghasilkan efisiensi tungku sebesar 10.17% dan efisiensi heat exchanger sebesar 9.79%. Ignasius Ferry (2003) melakukan uji performansi sistem pemanas air. Pemanas yang digunakan adalah perpaduan antara energi surya dan LPG. Dengan radiasi rata-rata 384.59 W/m2 suhu air masuk kolektor 28.59 oC dan keluar 29.3 oC menghasilkan efisiensi kolektor sebesar 24.3%. Lunardi (2003) melakukan uji performansi alat pengering surya hibrid pada pengeringan ikan mujair. Penerimaan rata-rata radiasi surya harian pada pengujian 1 dan pengujian 2 masing-masing sebesar 281.21 W/m2 dan 465.33 W/m2 dengan lama pengeringan masing-masing selama 27.85 jam dan 18.17 jam. Suhu udara pengering rata-rata pada pengujian 1 dan pengujian 2 masingmasing adalah 34 oC dan 35.22 oC. Energi yang digunakan alat pengering berasal dari energi surya, energi listrik dan energi bahan bakar biomassa. Energi yang digunakan untuk menguapkan kadar air ikan pada pengujian 1 sebesar 154.43 MJ/kg uap air sedangkan pada pengujian 2 sebesar 56.95 MJ/kg uap air. Ai Rukmini (2006) melakukan perancangan dan uji alat pemanas tipe counter flow. Hasil yang diperoleh setelah pengujian selama 4 jam yaitu suhu tungku berkisar antara 171.6 – 179.2. panas yang dipindahkan antara 506.43 – 791.67 kJ/jam. Efektifitas penukar panas antara 0.28 – 0.36
8
