TESIS TF STUDI EKSPERIMEN PERPINDAHAN PANAS PADA PENGERING JAGUNG TIPE RUMAH KACA DENGAN DUA CEROBONG PENGHAWAAN

TESIS TF092325

STUDI EKSPERIMEN PERPINDAHAN PANAS PADA PENGERING JAGUNG TIPE RUMAH KACA DENGAN DUA CEROBONG PENGHAWAAN

YUNITA DJAMALU 2412201006 DOSEN PEMBIMBING : Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, M.T Dr. -Ing. Doty Dewi Risanti, S.T., M.T

PROGRAM MAGISTER BIDANG KEAHLIAN REKAYASA INSTRUMENTASI INDUSTRI JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014

i

THESIS TF092325

EXPERIMENTAL STUDIES ON HEAT TRANSFER OF SOLAR GREENHOUSE CORN DRYER WITH TWO CIRCULATION DUCTS

YUNITA DJAMALU 2412201006 SUPERVISOR : Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, M.T Dr. -Ing. Doty Dewi Risanti, S.T., M.T

MAGISTER PROGRAM SPECIALIZATION INDUSTRIAL INSTRUMENTATION ENGINEERING DEPARTMENT OF ENGINEERING PHYSICS FACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOVEMBER SURABAYA 2014

ii

LEMBAR PENGESAHAN Tesis diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Magister Teknik (M.T) di Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh: YUNITA DJAMALU NRP. 2412 201 006

Tanggal ujian : 15 Juli 2014 Periode Wisuda : September 2014

Disetujui oleh : ………….........

1. Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, M.T. NIP . 19660116 198903 2 001

2. Dr. -Ing. Doty Dewi Risanti, S.T., M.T. …………......... NIP. 19740903 199802 2 001

(Pembimbing I) (Pembimbing II)

3. Dr. Ridho Hantoro, S.T., M.T. NIP . 19761223 200501 1 001

………….........

(Penguji)

4. Dr. Gunawan Nugroho, S.T., M.T. NIP . 19771127 200212 1 002

………….........

(Penguji)

Direktur Program Pascasarjana,

Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, M.T NIP. 196404051990021001

iii

STUDI EKSPERIMEN PERPINDAHAN PANAS PADA PENGERING JAGUNG TIPE RUMAH KACA DENGAN DUA CEROBONG PENGHAWAAN

Nama NRP Pembimbing

: Yunita Djamalu : 2412201006 : 1. Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, M.T. : 2. Dr. -Ing. Doty Dewi Risanti, S.T.,M.T

ABSTRAK Pengeringan konvensional memiki kelemahan pada proses pengeringan diantaranya waktu pengeringan yang lama dan cuaca buruk. Untuk itu diperlukan perancangan alat pengering untuk wilayah Gorontalo untuk meningkatkan kualitas hasil panen jagung. Pengering efek rumah kaca memiliki 3 bagian utama yaitu ruang pengering, variasi bak pengering dan variasi bukaan cerobong. Dimensi dari pengering ini adalah panjang 1 m, lebar 0,8 m, tinggi 0,6 m, tebal kaca 5 mm, tebal plat alumunium 3 mm, sudut kemiringan atap 60˚ dan cerobong berdiameter 100 mm dengan tinggi 300 mm yang terbuat dari bahan pipa pvc. Mekanisme pembuatan alat ini terdiri dari evaluasi desain, persiapan alat dan bahan, pengerjaan alat dan pengujian alat. Hasil uji coba menunjukkan pengering terbaik adalah pada variasi 6 dengan bak pengering alumunium dan bukaan 100 % pada cerobong 2 dengan hasil untuk pengeringan 5 kg jagung pipilan yang diujicobakan membutuhkan waktu 9 jam waktu pengeringan. Suhu ruang tertinggi adalah 63˚C, kadar air setelah pengujian menjadi 12,9 % dari kadar air awal 20,7 %, massa akhir jagung adalah 3,1 kg dari massa awal 5 kg, Q evaporasi adalah 4212.143269 J/m².s, Mev adalah 1866.2575 gram dan efisiensi alat pengering yaitu 11 %, akan tetapi untuk efisiensi pengeringan terbaik adalah pada variasi 2 yang menggunakan bak kaca bukaan 100 % dengan nilai efisiensi 21 % dan laju aliran udara di dalam sistem pengering pada variasi 6 adalah 3.5 m/s. Kata Kunci : Jagung, Pengering, Variasi, Kadar Air, Massa, Laju penguapan

iv

EXPERIMENTAL STUDIES ON HEAT TRANSFER OF SOLAR GREENHOUSE CORN DRYER WITH TWO CIRCULATION DUCTS

Name NRP Supervisor 1.

: Yunita Djamalu : 2412201006 : 1. Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, M.T. : 2. Dr. -Ing. Doty Dewi Risanti, S.T.,M.T

ABSTRACT Conventional drying has several disadvantages, such as time consuming and its dependence in weather. Based on these reasons, we designed a dryer equipment which is needed in Gorontalo district for improving corn quality. The dryer employs greenhouse type consisting of 3 main components, i.e. drying chamber, dryer bed variation, and opening of duct variation. The dryer has dimension of 1m in length, 0,8 m in width, 0,6 in height, 5 mm of glass thickness, 3 mm of aluminium thickness, 60 o in roof angle, and 100 mm ducts diameter with 300 mm in height made of PVC tubes. The result showed that the best dryer performance is on 6th variation with aluminium as dryer’s bed material and 100% opening of the lower duct. It was shown that for 5kg corn grains it only requires 9 hours of drying period to achieve 12.9% water content reaching the SNI-01-03920-1995 standard. The corn grains weight is changed from 5 kg prior to drying process to 3.1 kg. The highest temperature of chamber is 63˚C. The heat of evaporation (Q) was calculated and the value is 4212.143269 J/m².s, and the evaporated mass (Mev) is 1866.2575 gram. The best dryer efficiency is about 11% with air flow rate of 3.5 m/s, while the best drying process efficiency is 21% for 2nd variation which uses 100% opening of lower duct. Keywords : corn, dryer, variation, moisture contain, mass, evaporation rate

v

KATA PENGANTAR Asslamualaykum Warahmatullah Wabarokatuh. Setelah melalui perjuangan yang begitu panjang, alhamdulillah penulis mampu melaksanakan dan menyelesaikan tesis sebagai syarat kelulusan di kampus perjuangan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya dengan judul "STUDI EKSPERIMEN EFEK KONVEKSI NATURAL PADA PENGERING JAGUNG TIPE RUMAH KACA ". Pelaksanaan tesis ini tidak terlepas dari dukungan baik itu materi maupun moril terhadap penulis. Penulis telah banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak dalam menyelesaikan tesis ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1.

Allah S.W.T yang Maha Mulia, Maha Cerdas dan Maha Segalanya.

2.

Rasulullah S.A.W sebagai Suri Tauladan umat manusia.

3.

Ibu tercinta, Inak, Bapak, Kakak-kakak, Adek Icha dan Ponakan-ponakan atas waktu, perhatian, support, motivasi dan banyak hal lain yang diberikan.

4.

Alm Ayah dan Suami tercinta yang sangat banyak membantu memotivasi dan menguatkan.

5. Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, M.T. dan Dr. Ing Doty Dewi Risanti S.T., M.T, atas bimbingan yang telah diberikan selama perkuliahan dan juga dalam menyelesaikan tesis. 6.

Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA, selaku ketua jurusan Teknik Fisika, FTI – ITS atas support dan motivasi.

7. Dr. Dhany Arifianto, S.T., M.Eng, selaku dosen wali yang selalu memberikan wejangan, perhatian dan motivasi selama 2 tahun di Teknik Fisika ITS. 8.

Direktur Politeknik Gorontalo dan teman – teman di Politeknik Gorontalo atas motivasi.

9.

Buat teman-teman pascasarjana Teknik Fisika, khususnya buat tata Evy Sunarti Antu atas bantuan dan motivasi.

10. Bapak – Ibu Dosen pengajar di Teknik Fisika atas ilmu yang telah diberikan. 11. Karyawan – karyawati tata usaha jurusan Teknik Fisika FTI – ITS atas bantuan dan kemudahannya. vi

Penulis menyadari bahwa adanya kekurangan dalam penulisan tesis ini, namun penulis berharap bahwa dengan tesis ini masyarakat khususnya petani didaerah – daerah dapat memanfaatkan dan mengaplikasikan hasil penelitian ini. wassalam

Surabaya,

Penulis

vii

Juli 2014

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL................................................................................................ i LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iii ABSTRAK ...............................................................................................................v ABSTRACT .......................................................................................................... vii KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii DAFTAR TABEL ..................................................................................................xv DAFTAR NOTASI ............................................................................................. xvii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xix BAB 1. PENDAHULUAN ......................................................................................1 1.1 Latar Belakang .........................................................................................1 1.2 Perumusan Masalah .................................................................................3 1.3 Tujuan Penelitian .....................................................................................3 1.4 Batasan Masalah ......................................................................................3 1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................4 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................5 2.1 Pasca Panen .............................................................................................5 2.2 Pengeringan Jagung Pipilan ....................................................................6 2.3 Pengering Efek Rumah Kaca (Greenhouse) .........................................14 2.4 Perpindahan Panas ................................................................................16 2.4.1 Konduksi ....................................................................................16 2.4.2 Konveksi ....................................................................................18 2.4.3 Radiasi........................................................................................22 2.5 Laju Penguapan .....................................................................................25 2.6 Efisiensi.................................................................................................27 2.6.1 Efisiensi Pengeringan .................................................................27 2.6.2 Efisiensi Alat Pengering ............................................................28 2.7 Laju Pengeringan ..................................................................................28 viii

2.8 Panas yang Tersimpan ..........................................................................29 2.9 Analisis Panas yang Berguna (𝑄𝑢 ) dan Panas yang Hilang (𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 )......29 2.8 Neraca Massa dan Energi ......................................................................31 2.10 Analisis Biaya .......................................................................................34 BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN................................................................35 3.1 Diagram Alir Penelitian ........................................................................35 3.2 Alat dan Bahan ......................................................................................36 3.3 Cara Pengujian ......................................................................................36 3.4 Prosedur Pengujian ...............................................................................37 3.5 Desain Geometri Alat............................................................................38 3.6 Skema Alat Pengering...........................................................................39 3.7 Pengambilan Data .................................................................................40 3.8 Pengolahan Data ...................................................................................42 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN.................................................................43 4.1 Hasil Uji Lapangan ...............................................................................43 4.1.2 Intensitas Matahari .....................................................................43 4.1.3 Suhu dan Kelembaban Relatif....................................................44 4.2 Perpindahan Panas ................................................................................53 4.3 Laju Penguapan .....................................................................................57 4.4 Efisiensi.................................................................................................58 4.5 Laju Pengeringan ..................................................................................60 4.4 Panas yang tersimpan ............................................................................64 4.6 Analisa Panas yang Berguna (𝑄𝑢 ) dan Panas yang Hilang (𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 ) .....64 4.7 Neraca Massa dan Energi ......................................................................65 4.8 Analisis Biaya .......................................................................................69 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................71 5.1 Kesimpulan ...........................................................................................71 5.2 Saran .....................................................................................................72 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Penjemuran tradisional .....................................................................7

Gambar 2.2

Klasifikasi pengeringan ....................................................................7

Gambar 2.3

Pengering kabinet tenaga surya langsung jenis baki ........................8

Gambar 2.4

Sirkulasi pengering rumah kaca tunel ..............................................9

Gambar 2.5

Skema diagram dari transfer energi dalam pengering rumah kaca ..9

Gambar 2.6

Pengering rumah kaca dengan konveksi paksa ..............................10

Gambar 2.7

Keluaran dari pengering surya .......................................................10

Gambar 2.8

Penampung melintang pengering tanaman dengan pemanas air ....11

Gambar 2.9

Pengering tanaman dengan penyimpan bantuan ............................12

Gambar 2.10 Penampung melintang dari pengering surya melalui burner ..........12 Gambar 2.11 Pengering rumah kaca hybrid .........................................................13 Gambar 2.12 Pengering tenaga surya dengan kipas bertenaga fotovoltaik .........13 Gambar 2.13 Perpindahan panas dan massa dalam pengering ...........................15 Gambar 2.14 Proses terjadinya pemanasan global ...............................................16 Gambar 2.15 Efek rumah kaca .............................................................................16 Gambar 2.16 Perpindahan panas konduksi ..........................................................17 Gambar 2.17 Aktifitas molekul dalam konduksi .................................................17 Gambar 2.18 Jenis konveksi paksa dan konveksi alami ......................................19 Gambar 2.19 Dua permukaan benda yang mempunyai sudut kemiringan ..........23 Gambar 2.20 View faktor benda tiga dimensi .....................................................23 Gambar 3.1

Diagram alir penelitian ...................................................................35

Gambar 3.2

Skema Gambar alat pengering ERK ..............................................39

Gambar 3.3

Skema dimensi pengering ..............................................................39

Gambar 3.4

Perbandingan pengeringan pengering ERK dengan tradisional .....40

Gambar 3.5

Variasi bukaan 0 %, 50 % dan 100 % ............................................40

Gambar 3.6

Variasi bak kaca dan bak alumunium ............................................40

Gambar 3.7

Titik pengukuran saat pengambilan data ........................................40

Gambar 3.8

Proses awal dan akhir dalam pengambilan data .............................41

Gambar 3.9

Kontrol volum dan perpindahan panas pada pengering .................42 x

Gambar 4.1

Grafik intensitas matahari pada enam variasi ................................43

Gambar 4.2

Grafik suhu jagung pada pengeringan tradisional ..........................45

Gambar 4.3

Grafik pengukuran suhu variasi 1. .................................................46

Gambar 4.4

Grafik kelembaban ruang dan kelembaban lingkungan variasi 1. .46

Gambar 4.5


Gambar 4.6


Gambar 4.7


Gambar 4.8


Gambar 4.9


Gambar 4.10 Grafik kelembaban ruang dan kelembaban lingkungan variasi 4. .49 Gambar 4.11 Grafik pengukuran suhu variasi 5. .................................................50 Gambar 4.12 Grafik kelembaban ruang dan kelembaban lingkungan variasi 5. .50 Gambar 4.13 Grafik pengukuran suhu variasi 6. .................................................51 Gambar 4.14 Grafik kelembaban ruang dan kelembaban lingkungan variasi 6. .51 Gambar 4.15 Grafik pemetaan proses perpindahan panas pada pengering .........56 Gambar 4.16 Grafik laju penguapan (Qe) dan massa terevaporasi (Mev) ...........58 Gambar 4.17 Grafik perbandingan efisiensi alat pengering pengeringan ...........60 Gambar 4.18 Grafik nilai penurunan massa dan kadar air pada enam varisi .......62 Gambar 4.19 Grafik laju pengeringan untuk enam variasi ..................................63 Gambar 4.20 Grafik suhu setelah proses pengeringan pada variasi 2 .................64 Gambar 4.21 Grafik pengukuran suhu pada pengeringan variasi 6 .....................65 Gambar 4.22 Grafik analisis suhu pada pengeringan variasi 6 ............................68

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

Perbedaan ketiga jenis pengeringan .................................................14

Tabel 3.1

Variasi pengeringan .........................................................................38

Tabel 4.1

Nilai rata-rata suhu jagung pada enam variasi .................................52

Tabel 4.2

Nilai q konduksi pada enam variasi .................................................54

Tabel 4.3

Nilai q konveksi pada enam variasi .................................................55

Tabel 4.4

Nilai q radiasi pada enam variasi .....................................................56

Tabel 4.5

Laju penguapan ................................................................................57

Tabel 4.6

Efisiensi pengeringan .......................................................................58

Tabel 4.7

Efisiensi alat pengering ....................................................................59

Tabel 4.8

Massa jagung sebelum dan sesudah pengeringan ............................61

Tabel 4.9

Kadar air jagung sebelum dan sesudah pengeringan .......................61

Tabel 4.10

Panas yang berguna (Qu) dan total rugi panas pada pengering .......65

Tabel 4.11

Biaya tetap (BT) ...............................................................................69

Tabel 4.12

Biaya tidak tetap (BTT) ...................................................................70

Tabel 4.13

Analisis biaya pembuatan alat pengering ERK................................70

xii

DAFTAR NOTASI A Af Ap Aa Ab Ad As Cpc Cpa Cpp Cpu hfg ma mk mc mw Ua Ub Ud Us S 𝜏 𝛼 𝜍 𝛽 g Q q Q1 Q2 Q3 Qin Qu Qloss Ta Tb Tc Tp T~ Tf 𝑇𝑎𝑚 Ts t v

= Luas penampang = Luas lantai pengering = Luas bak pengering = Luas atap pengering = Luas bagian bawah pengering = Luas bagian depan pengering = Luas samping pengering = Panas jenis kaca = Panas jenis air = Panas jenis jagung = panas jenis udara = Panas laten penguapan air = Massa air = Massa kering = Massa cover = Massa air yang diuapkan = Rugi panas pada atap = Rugi panas bagian bawah pengering = Rugi panas bagian depan pengering = Rugi panas bagian samping pengering = Radiasi matahari yang diserap pengering = transmisivitas kaca = Absorpsivitas kaca = Konstanta Boltzman 5,67x10−8 = Koefisien ekspansi = Grafitasi = Jumlah panas yang digunakan untuk pengeringan = Panas yang diberikan udara = Panas sensibel jagung = Panas sensibel air = Panas laten penguapan air = Panas yang masuk pada ruang pengering = Panas yang digunakan = Panas yang hilang = Suhu ruang pengering = Suhu bak pengering = Suhu cover = Suhu akhir jagung = Suhu awal jagung = Suhu lantai = Suhu lingkungan = Suhu sky = Waktu = Viskositas udara xiii

(m²) (m²) (m²) (m²) (m²) (m²) (m²) (KJ/kg˚C) (KJ/kg˚C) (KJ/kg˚C) (KJ/kg˚C) (KJ/kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (W/m²K) (W/m²K) (W/m²K) (W/m²K) (W/m²) (W/m.k) (m/s²) (KJ) (KJ) (KJ) (KJ) (KJ) (W) (W) (W) (˚C) (˚C) (˚C) (˚C) (˚C) (˚C) (˚C) (𝑇𝑎𝑚 1.5 ) (s) (N/m²)

Va V Gr Mev Nu Pr Re Qe x h k q hd,b-p hd, c-s hd,f-g hb,c-s hc,b-a hr,c-s hc,c-a hc,f-a hc,p-a hr,c-s hr,p-c hw Rk Rc Rr

= Laju aliran udara = Volume = Grashof number = Moisture evaporated = Nusselt number = Prandtl number = Reynold number = Rate of heat utilized to evaporate moisture = characteristic dimension = koefisien konveksi = konduktivitas thermal = laju perpindahan panas = Panas konduksi dari bak ke jagung = Panas konduksi dari cover ke lingkungan = Panas konduksi antara lantai dan bawah pengering = Panas konveksi dari cover ke lingkungan = Panas konveksi dari bak ke ruang = Panas radiasi dari cover ke lingkungan = Panas konveksi dari cover dalam ke ruang pengering = Panas konveksi dari lantai ke ruang = Panas konveksi dari prodak ke ruang pengering = Panas radiasi dari cover ke lingkungan = Panas radiasi dari prodak ke cover dalam = Panas konveksi dari cover ke ambien = Tahanan termal konduksi = Tahanan termal konveksi = Tahanan termal Radiasi

xiv

(m/s) (M³) (kg) (J/m²s) (m) (watt/m².k) (watt/m.k) (kg/jam) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (𝑊𝑚−2 𝑘 −1 ) (m².k/W) (m².k/W) (m².k/W)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Data rata-rata suhu matahari pada 18 hari pengukuran. Lampiran 2. Data suhu dan kelembaban relative yang di ukur pada pengering Lampiran 3. Perhitungan perpindahan panas konduksi, konveksi dan radiasi. Lampiran 4. Perhitungan panas evaporasi dan Mev. Lampiran 5

Perhitungan efisiensi pengeringan.

Lampiran 6. Laju pengeringan, pengurangan massa terhadap waktu Lampiran 7. Data suhu yang tersimpan setelah proses pengeringan Lampiran 8. Perhitungan panas yang tersimpan (𝑄𝑢 ) dan panas hilang (𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 ) Lampiran 9. Perhitungan neraca massa dan energy Lampiran 10. Dokumentasi alat dan pengambilan data

xv

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Indonesia merupakan Negara dengan penduduk sebanyak 237.641.326

jiwa, dimana 39.959.073 jiwa bekerja di sektor pertanian, perkebunan, kehutanan, perburuan, dan perikanan. 5.001.220 jiwa memiliki mata pencaharian sebagai pekerja bebas di pertanian (BPS, 2010). Sebagian besar petani Indonesia menanam tanaman pangan diantaranya jagung merupakan sumber pangan yang sangat penting setelah beras. Bahkan di beberapa daerah komoditas ini menjadi makanan pokok. Karena selain nilai kalorinya hampir setara dengan beras, jagung mengandung lemak lebih tinggi. Lagipula, didalamnya terdapat asam lemak esensial yang bermanfaat untuk pencegahan penyakit arteriosclerosis. Disamping menjadi salah satu makanan pokok, jagung juga berpotensi sebagai bahan baku industri pangan seperti diolah menjadi minyak nabati, margarin, maizena, kue, sirup dari pati jagung, bir dan makanan kecil lainnya. Jagung juga merupakan bahan utama industri makanan ternak terutama unggas. Tetapi hingga saat ini Indonesia masih jauh dari swasembada jagung. Dilihat dari hasil jagung per hektar masih relatif lebih rendah dibandingkan dengan negara lain, sedangkan kebutuhan jagung terus melonjak dari tahun ke tahun sehingga pemerintah harus mengimpor jagung dari negara tetangga. Mengingat betapa pentingnya jagung sebagai bahan pangan, maka produksi jagung perlu ditingkatkan baik dari segi kuantitas maupun kualitasnya. Untuk itu diperlukan usaha yang baik, termasuk penanganan pasca panen terutama pada proses pengeringan jagung. Mayoritas, masyarakat Indonesia terutama di daerah Gorontalo mengeringkan jagung yang kurang kering saat musim panen dengan cara dijemur. Jagung yang dijemur tidak bisa kering dalam waktu tiga hari seperti biasanya dikarenakan hujan bisa tiba – tiba terjadi. Hal tersebut cukup mengkhawatirkan bagi petani karena hasil panen mereka tidak bisa dijual cepat atau mungkin tidak bisa dijual sama sekali, sedangkan para petani membutuhkan hasil penjualan 1

panen untuk membeli bibit baru, penggantian biaya penjemuran, atau membayar pekerja kebun. Jagung merupakan komoditi unggulan di daerah Gorontalo. Menurut data Dinas Pertanian dan Ketahanan Pangan Pemerintah Provinsi Gorontalo, produksi jagung tahun 2011 sebesar 605.781 ton pipilan kering, mengalami penurunan 73.386 ton (-10,81 persen) dibandingkan produksi tahun 2010. Penurunan tersebut disebabkan menurunnya luas panen sebesar 8.079 hektar (-5,62 persen), dan menurunnya produktivitas sebesar 2,60 kuintal/hektar (-5,50 persen). Dari data tersebut menunjukkan bahwa cukup banyak petani jagung di Gorontalo yang merugi dikarenakan cuaca yang tidak pasti di samping gangguan hama dan wereng. Menurut BMKG, ada tiga faktor yang membuat hal tersebut bisa terjadi, yaitu anomali SST (Sea Surface Temperature) di wilayah Indonesia hangat sehingga menyebabkan peluang majunya musim hujan pada sebagian besar wilayah Indonesia, SST dingin di Ekuator Pasifik Tengah (Nino 3, 4) mengindikasikan terjadinya La Nina, dan indeks Dipole Mode, diprediksi dalam kondisi negatif – normal, sehingga berpotensi menambah curah hujan (BMKG, 2010). Oleh karena itu, diperlukan suatu alat yang bisa menjadi alternatif para petani dalam meningkatkan kualitas hasil panennya. Pengering rumah kaca yang sudah pernah dikembangkan antara lain pengering rumah kaca dengan atap setengah lingkaran oleh Sadodin (2011) dari hasil penelitiannya didapatkan kelembaban kopra dari 52.2 % menjadi 8 % dengan waktu 55 jam pengeringan. Pengeringan padi dengan variasi bukaan cerobong 0 %, 10 % dan 20 % dan menambahkan kotak kaca di dalam ruang pengering oleh Putri (2013) dan pengering rumah kaca dengan variasi jarak cermin didalam pengering oleh Yayienda (2013), kelebihan dari kedua desain ini adalah adanya kotak kaca didalam ruang pengering yang memperbesar daya serap panas sehingga suhu didalam ruang pengering dengan kotak kaca mencapai 63 ℃ dan dengan variasi jarak cermin yang menghasilkan suhu cermin tertinggi 70 ℃ akan tetapi kelemahan dari desain ini adalah adanya uap air yang terperangkap di dalam atap pengering dan jatuh ke produk sehingga memperlama proses pengeringan dan menurunkan kualitas produk.

2

Dalam penelitian ini digunakan pengering dengan tenaga surya menggunakan tipe greenhouse dengan desain cerobong lebih dari satu untuk sirkulasi udara dengan bukaan 0%, 50%, 100% dan bak pengering yang terbuat dari bahan kaca dan pelat alumunium. Jika pengeringan dengan cara dijemur hanya bisa mengeringkan jagung pipilan dengan waktu sekitar tiga hari dalam kondisi cuaca cerah, maka pengering yang dibuat ini diharapkan mampu mempercepat waktu pengeringan karena Pengering yang tertutup dibagian atas nantinya bisa mengantisipasi perubahan cuaca secara tiba – tiba di wilayah tersebut. Dengan adanya sistem ini diharapkan bisa meningkatkan kualitas produk hasil pertanian dan perikanan dengan waktu yang singkat.

1.2

Perumusan Masalah 1. Bagaimana disain optimum pengering tipe rumah kaca dengan variasi lubang ventilasi dan bak pengering agar mengurangi nilai kelembaban relatif pada ruang pengering. 2. Bagaimana menganalisis performansi perpindahan panas dan laju pengeringan pada proses pengeringan.

1.3

Tujuan Penelitian 1. Membuat disain pengering tipe rumah kaca dengan variasi lubang ventilasi dan bak pengering agar mengurangi nilai kelembaban relatif pada ruang pengering. 2. Menganalisis performansi perpindahan panas dan laju pengeringan pada proses pengeringan.

1.4

Batasan masalah Adapun batasan masalah dalam penelitian tesis ini adalah : 1. Dimensi pengering tipe rumah kaca panjang 1 meter, lebar 0,8 m, tinggi 0,6 m dan lubang ventilasi ø 100 mm, panjang 300 mm, sudut kemiringan atap 60˚. 2. Jenis jagung yang di uji cobakan adalah jagung hibrida seberat 5 kg.

3

3. Variasi bukaan ventilasi yang digunakan pada pengering tipe rumah kaca adalah 0%, 50% dan 100% pada cerobong 2. 4. Variasi bak pengering yang digunakan pada pengering tipe rumah kaca adalah kaca dan alumunium. 5. Data intensitas matahari, suhu lingkungan dan kelembaban lingkungan adalah data yang di ambil dari BMKG untuk wilayah Gorontalo. 6. Profil aliran udara di dalam pengering dan di lingkungan dianggap laminer. 7. Kecepatan angin dan tekanan di dalam pengering dan di lingkungan diabaikan 8. Perpindahan panas pada cerobong tidak dihitung karena cerobong hanya digunakan untuk sirkulasi udara untuk mengurangi nilai kelembaban ruang pengering.

1.5

Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan bisa memiliki manfaat sebagai salah satu

alternatif bagi petani Indonesia untuk melakukan pengeringan hasil pertanian yang lebih efisien.

4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sistem Pengering Jagung Penanganan pasca panen bisa dengan cara pengeringan, pada umumnya dilakukan dengan menghamparkan jagung di bawah terik matahari menggunakan alas tikar atau terpal, pada waktu cerah penjemuran dapat dilakukan selama 3 hari. Kadar air yang dianjurkan menurut SNI nomor 01-03920-1995 adalah 13% s/d 14% sesuai permintaan konsumen. Agar dapat disimpan lama, proses pengeringan dengan alat pengering biasanya memerlukan waktu penjemuran 8 s/d 10 jam sesuai alat pengering yang digunakan. Pengolahan jagung ada 2 macam yaitu : 1. Pengolahan basah (wet process), adalah pengolahan jagung yang dilakukan dengan merendam jagung terlebih dahulu di dalam air sehingga menghancurkannya lebih mudah, dan setelah itu dikeringkan. 2. Pengolahan kering (dry process), adalah pengolahan secara kering tanpa perendaman, biasanya menghancurkannya lebih sukar dibandingkan dengan cara basah. Penanganan pasca panen jagung adalah semua kegiatan yang dilakukan sejak

jagung

kegiatannya meliputi perontokan dan

dipanen

pemanenan,

penyimpanan.

umumnya dilakukan pedagang pengumpul

oleh serta

sampai

pengangkutan,

Kegiatan

petani,

dipasarkan

konsumen,

pengeringan,

penundaan,

penanganan

kelompok

didukung

kepada

oleh

tani,

pasca koperasi

berbagai

panen

pada

dan

para

lembaga

dalam

masyarakat dalam satu kesatuan, maka disebut dengan istilah sistem penanganan pasca panen (BPIJ, 2010). Cara penanganan panen dan pasca panen

yang kurang baik

akan memberikan dampak yang buruk terhadap mutu jagung, apabila mutu jagung menurun, maka harga jual menurun dan pendapatan petani menjadi lebih rendah. Faktor-faktor lain yang ikut mempengaruhi baik buruknya mutu jagung adalah adanya jamur dan cendawan yang ditandai dengan 5

warna kehitam-hitaman, kehijau-hijauan atau putih pada buah jagung. Salah satu diantara

jamur

tersebut

adalah

Aspergilis

sp

yang

menghasilkan

racun aslatoksin dan berbahaya bagi manusia maupun ternak lainnya,

jamur

tersebut dapat dimatikan dengan pemanasan tetapi racunnya tidak dapat ditangkal dengan pemanasan (BPIJ, 2010).

2.2. Pengeringan Jagung Pipilan Pengeringan jagung pipilan dilakukan setelah jagung dipipil dari tongkol. Pengeringan cara ini dilakukan dengan teliti, karena bila dilakukan sembarangan akan banyak hasil biji jagung yang terbuang. Pengeringan jagung dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dikeringkan secara alami dan dikeringkan secara buatan. Pengeringan jagung secara alami dilakukan dengan menggunakan panas dari sinar matahari langsung di atas lamporan. Penjemuran sampai jagung cukup kering untuk disimpan biasanya berlangsung kurang lebih selama 2 s/d 3 hari pada cuaca cerah. Umumnya pengeringan jagung tongkol dilaksanakan sampai kadar air mencapai 18 – 20 %. Sedangkan pengeringan jagung pipil dianjurkan dilakukan sampai kadar air mencapai 13 – 14 %. Secara umum, pengeringan berarti menghilangkan jumlah air yang relatif kecil dari bahan. Bahasa ilmiahnya pengeringan adalah penghidratan, yang berarti menghilangkan air dari suatu bahan (Hasibuan, 2005). Pengeringan bagi komoditas pertanian bertujuan untuk mengawetkan. Ada beberapa metode pengeringan yang biasa dilakukan, yaitu: 1. Pengeringan Tradisional Pengeringan ini menggunakan media lamporan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1. Lamporan yang umum dipakai adalah lantai semen atau terpal, Selain dengan lamporan dapat juga dilakukan dengan rak-rak yang dibuat dari kayu atau anyaman bambu.

6

Gambar 2.1 Penjemuran tradisional Pada penjemuran tradisional, sinar matahari mampu menembus ke dalam jaringan sel bahan. Sedangkan kerugiannya antara lain adalah suhu pengeringan dan kelembaban tidak dapat dikontrol, hanya berlangsung bila ada sinar matahari dan pengeringan tidak konstan juga dapat menambah polusi udara untuk warga sekitar daerah penjemuran. 2. Pengeringan dengan Oven Selain pengeringan tradisional (penjemuran), pengeringan juga dapat dilakukan dengan oven. Alat ini menggunakan sumber panas dari tenaga listrik. 3. Pengeringan Buatan Pengeringan buatan merupakan cara pengeringan yang menggunakan alat, namun sumber panas yang digunakan sama seperti pengeringan tradisional, yaitu menggunakan sinar matahari (Hartuti dan Sinaga, 1997). Ada beberapa jenis pengering yang dikembangkan untuk berbagai tujuan pengeringan produk makanan sesuai dengan kebutuhan lokal dan ketersedia teknologi (Murthy, 2008).

Gambar 2.2 Klasifikasi pengering tenaga surya (Fudholi, dkk., 2009) 7

Gambar 2.2 adalah klasifikasi sistematis pengering tenaga surya untuk produk pertanian yang didasarkan pada desain sistem komponen dan cara pemanfaatan energi surya. A. Pengering tenaga surya dengan konveksi alami (pengering pasif) Ada bermacam-macam jenis pengering tenaga surya dengan konveksi alami yang telah dikembangkan oleh beberapa peneliti. Berikut ini adalah beberapa macam pengering tenaga surya dengan konveksi alami: 1. Pengering dengan kabinet Pengering yang paling sederhana (Gambar 2.3), terdiri dari kotak kayu kecil panas. Dimensi pengering ini adalah 2 m x 1 m (panjang dan lebar). Sisi pinggir dan bawahnya bisa menjadi portabel dan dapat dibuat dari kayu atau lembaran logam. Sebuah lembaran polietilen transparan digunakan sebagai penutup di permukaan atas. Lubang udara yang terletak di sisi kering untuk sirkulasi.

Gambar 2.3 Pengering kabinet tenaga surya langsung jenis baki (Otheleno dalam Fudholi, dkk., 2009)

Telah dilakukan studi evaluasi kinerja kabinet pengering surya. Diprediksi suhu piring untuk tanpa beban maksimum mencapai 80-85 °C pada siang hari, sedangkan untuk beban 20 kg gandum, suhu maksimumnya adalah sekitar 45 - 50 °C (Sharma, dkk., 1986). Selain itu, suhu dalam pengering kabinet dapat mencapai angka 20-30 °C di atas suhu lingkungannya, sehingga bisa berguna dalam pengeringan berbagai bahan makanan (Fudholi, dkk., 2009). Pengeringan ini adalah desain yang sederhana dan dapat diproduksi oleh petani dari bahan lokal. Memiliki biaya yang relatif murah dan mudah digunakan (Ghaba, dkk., 2007). 8

2. Pengering rumah kaca tunnel Gambar 2.4 adalah satu pengering rumah kaca dengan konveksi alami model tunnel. Pengering model ini menggunakan plastic film dari polyethylene semi transparan. Pengering ini dibentuk agar mengarah dengan menghadap timur dan barat agar radiasi panas mataharinya lebih efisien. Tujuan lain dari model ini adalah untuk melindungi dari debu, angin, hujan, dan burung (Elicin dan Sacilik dalam Fudholi, dkk. , 2005).

Gambar 2.4 Sirkulasi pengering rumah kaca tunnel (Elicin dan Sacilik, 2005)

3. Pengering efek rumah kaca dengan atap setengah lingkaran Pengering rumah kaca dengan atap terowongan yang diasumsikan setengah lingkaran yang ditutupi dengan UV (200μ) stabil film polietilen.

Gambar 2.5 Skema diagram dari transfer energi dalam pengering rumah kaca surya (Sadodin, 2009)

Contoh pengering rumah kaca dengan atap setengah lingkaran seperti pada gambar 2.5. Model ini dapat digunakan untuk mensimulasikan kinerja pengering surya rumah kaca untuk pengeringan dengan lokasi dan kondisi iklim yang berbeda.

9

B. Pengering tenaga surya dengan konveksi paksa (pengering aktif) Pada dasarnya, pengering dengan konveksi paksa hampir sama dengan jenis pengering konveksi alami. Perbedaannya terletak pada penambahan kipas maupun blower sebagai alat bantu untuk mengalirkan udara secara merata dan lebih cepat tersirkulasi. Gambar 2.6 dan Gambar 2.7 merupakan contoh dari pengering jenis konveksi paksa.

Gambar 2.6 Pengering rumah kaca dengan konveksi paksa: (a) tampilan muka, (b) tampilan plant, dan (c) skema operasi (Condori, dkk., 2001)

Gambar 2.7 Keluaran dari pengering surya

10

Keterarngan gambar 2.8. 1. Kipas sentrifugal, 2. Kolektor surya,3. Lemari penyimpanan, 4. Ruang pengering, 5. Cerobong surya). Ada dua buah lembaran bergelombang pada kolektor surya dengan jalur aliran udara menanjak serta posisi relatif dari tiga laci di ruang pengering (Fudholi, dkk., 2009)

C. Pengering tenaga surya hibrid Sesuai dengan namanya, pengering jenis ini terdiri dari dua jenis pengering yang dijadikan ke dalam satu sistem. Berikut ini adalah beberapa contoh dar pengering tenaga surya hibrid: 1. Sitem pengeringan tenaga surya dengan penyimpan panas (Solar drying system with termal storage) Ada beberapa teknik yang telah dikembangkan oleh beberapa peneliti, salah satunya dengan menggunakan air dan batu sebagai media pembantu penyimpan panas. Yang pertama, udara yang mengalir dalam saluran udara yang terbuat dari kaca mendapatkan panas dari matahari dan panas matahari tersebut juga memanaskan air sebagai media penyimpan panas jika sudah tidak ada sinar matahari seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 (Tiwari, dkk., 1997).

Gambar 2.8 Penampang melintang dari pengering tanaman dengan pemanas air (Tiwari, dkk., 1997) Dan yang kedua adalah dengan media penyimpanan berupa batu. Prinsip kerjanya hampir sama dengan sebelumnya, yang berbeda hanyalah penggunaan batu sebagai media penyimpanan panasnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 (Tiwari, dkk., 1994). 11

(a)

Gambar 2.9 Pengering tanaman dengan penyimpan batuan (a) Penampang melintang;(b)Sistem kerja (Tiwari, dkk., 1994)

2. Sistem pengeringan dengan unit tambahan (Solar drying sistem with auxiliary unit) Pengering jenis ini menggunakan unit tambahan untuk memanaskan udara seperti pemanas bertenaga listrik, pemanas dengan LPG, pemanas dengan biomass, dan pemanas dengan mesin diesel. Gambar 2.10 merupakan salah satu contoh dari pengering deangan unit tambahan (Fudholi, dkk., 2009).

Gambar 2.10 Penampang melintang dari pengering surya melalui burner, kolektor, pengeringan chamber dan cerobong surya (Madhlopa dan Ngwalo, 2007) Kelebihan dari pengering ini adalah proses pemanasan lebih cepat dan bisa berlangsung sehari penuh. Sedangkan kekurangannya adalah menggunakan bahan bakar sebagai pemanas bantuan. 12

3. Pengering efek rumah kaca hybrid Prinsip kerja dari pengering rumah kaca ini adalah desain bak berputar untuk menghasilkan kadar air yang seragam.

Gambar 2.11 Pengering rumah kaca hybrid (Triwahyudi Sigit) Salah satu contohnya ditunjukkan pada Gambar 2.12, dimana pengering dengan rak berputar ini selain di desain dengan bak pengering yang berputar juga penyebaran panas yang merata. 4. Sistem pengeringan tenaga surya dengan fotovoltaik (Solar drying sistem with photovoltaic) Pengering

ini

biasanya

menggunakan

energi

dari

PV

untuk

menggerakkan kipas yang berada di dalam pengering (Fudholi, dkk., 2009). Kelebihan dari pengering ini adalah panas dalam pengering bisa terdistribusi merata dan efisiensinya tinggi. Kekurangannya adalah biayanya mahal.

Gambar 2.12 Pengering tenaga surya dengan kipas bertenaga fotovoltaik (Mumba, 1996) 13

Tabel 2.1 Perbedaan ketiga jenis pengering (Ong, 1999) Prosee pengeringan Dengan

Konveksi Dengan Konveksi paksa Hibrid

Alami Instalasi mudah

Instalasi cukup rumit

Proses pengeringan Proses bergantung

Instalasi rumit

pengeringan Proses

pengeringan

pada tidak bergantung pada lebih cepat

cuaca dan angin

cuaca dan angin karena ada kipas

Biaya murah Hasil

Biaya cukup mahal

pengeringan Hasil

kurang efisien

Biaya mahal

pengeringan Hasil

kurang efisien

pengeringan

lebih

efisien

dibandingkan

dengan

pengering satu jenis

Survei di beberapa negara di wilayah Asia-Pasifik (Ong, 1999), pengering yang berpotensi dan cukup popular untuk dijadikan pengering adalah pengering dengan jenis: - Konveksi alami jenis kabinet (Natural convection direct type) - Konveksi paksa jenis tidak langsung (Forced convection indirect type). - Tipe rumah kaca (Greenhouse type)

2.3. Pengering Efek Rumah Kaca (Greenhouse) Pengering efek rumah kaca adalah alat pengering berenergi surya yang memanfaatkan efek rumah kaca yang terjadi karena adanya penutup transaparan pada dinding bangunan serta plat absorber sebagai pengumpul panas untuk menaikkan suhu udara ruang pengering. Lapisan transparan memungkinkan radiasi gelombang pendek dari matahari masuk ke dalam dan mengenai elemenelemen bangunan. Hal ini menyebabkan radiasi gelombang pendek yang terpantul berubah menjadi gelombang panjang dan terperangkap dalam bangunan karena tidak dapat menembus penutup transparan sehingga suhu didalam menjadi tinggi.

14

Prinsip pengering dengan ERK Ke lingkungan

Air menguap

Ennergi surya Udara masuk ke bangunan

Dipantulkan

Dinding atap bangunan transparan

Pemanasan udara

Diserap

Diteruskan

Diserap oleh pelat,lantai, didinding kaca

Memanaskan produk

Hilang ke lingkungan

Radiasi gelombang panjang

Konveksi Radiasi gelombang panjang Radiasi gelombang pendek Konduksi Aliran massa

Gambar 2.13 Diagram perpindahan panas dan massa dalam pengering ERK (Nelwan 1997)

Pemanasan global terjadi karena sinar matahari yang melewati matahari terjebak oleh Gas Rumah Kaca (GRK). Gas CO2 pada lapisan atmosfer, dimana 30% gas CO2 yang ada di bumi diserap oleh air laut dan sisanya berada di lapisan troposfer. Sebagian dari radiasi matahari diserap oleh permukaan bumi sehingga permukaan bumi menjadi panas, sisanya dipantulkan kembali ke atmosfer dalam bentuk gelombang infrared. Gelombang infrared tersebut akan diserap oleh GRK yang ada pada atmosfer. Sebagian akan diemisikan kembali ke ruang angkasa dan sisanya

akan

direfleksikan

kembali

ke

atmosfer

bumi

oleh

GRK

(CO2/CH4/NOx/SF6/CFC/O3) sehingga menyebabkan pemanasan global. Disebut 15

rumah kaca karena karakteristik CO2 yang mampu memerangkap panas sama seperti karakteristik kaca. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.15 dan Gambar 2.16 (BMKG, 2011).

Gambar 2.14 Proses terjadinya pemanasan global (BMKG, 2011)

Gambar 2.15 Efek rumah kaca (BMKG, 2011)

2.4. Perpindahan Panas Seperti yang telah diketahui, panas dapat mengalir tempat dari temperatur yang tinggi menuju temperatur yang lebih rendah. Ada tiga macam jenis perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. 2.4.1. Konduksi Konduksi adalah proses di mana panas mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah pada suatu medium (padat, cair atau gas) atau antara dua atau lebih medium berbeda yang 16

bersinggungan secara langsung (Putera, 2008). Perpindahan panas secara konduksi dapat dilihat pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Perpindahan panas konduksi (Incropera dan Dewitt, 1996)

Dalam konduksi, aliran energi terjadi karena interaksi diantara molekul secara langsung tanpa disertai oleh perpindahan molekul seperti yang digambarkan pada Gambar 2.17. Energi yang dimiliki oleh suatu zat yang disebabkan oleh gerak translasi acak, gerak rotasi, dan vibrasi molekul (Incorpera dan Dewitt, 1996). Semakin cepat molekul – molekul bergerak, semakin tinggi suhu maupun energi dalam zat tersebut.

Gambar 2.17 Aktifitas molekul dalam konduksi (Incropera dan Dewitt, 1996)

Jika terjadi perbedaan suhu, molekul – molekul yang memiliki energi yang lebih besar memindahkan sebagian energinya kepada molekul – molekul di daerah yang bersuhu lebih rendah. Jika energi berpindah secara konduksi, maka laju perpindahan panasnya berbanding dengan gradien suhu normal seperti pada persamaan 2.1. (Incorpera dan Dewitt, 1996). 𝑞 𝜕𝑇 ~− 𝑎 𝜕𝑥

17

(2.1)

Jika dimasukkan konstanta konduktivitas material yang digunakan, maka persamaan 2.1. dapat di tuliskan dalam bentuk persamaan berikut: ∆𝑇

𝑞" = 𝑘 ∆𝑥

𝑞 = −𝑘𝐴

(2.2)

∆𝑇 ∆𝑥

(2.3)

Dengan: q

= Laju perpindahan panas (Watt)

k

= Konduktivitas termal (W/m.K)

A

= Luas Penampang yang terletak pada aliran panas (m2)

ΔT

= Perbedaan temperatur diantara dua permukaan (K)

Δx

= Tebal permukaan (m)

Tanda minus diselipkan untuk memenuhi hukum kedua termodinamika, yaitu bahwa kalor mengalir dari tempat bersuhu tinggi ke tempat yang bersuhu lebih rendah. Daya hantar termal adalah suatu karakteristik dari suatu bahan dan perbandingan k/L disebut hantaran (konduktansi).

Nilai konduktivitas termal

beberapa bahan diberikan dalam tabel dibawah, pada umumnya konduktivitas termal suatu bahan tegantung pada suhu. Dapat diperhatikan bahwa dalam konduktivitas termal ini terlibat juga laju kalor, dan nilai angka konduktivitas termal menunjukkan berapa cepat kalor itu mengalir dalam bahan tertentu. 2.4.2. Konveksi Konveksi adalah proses perpindahan energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi, dan gerakan turbulen. Konveksi sangat penting sebagai perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas. Perpindahan energi dengan cara konveksi dari permukaan yang suhunya diatas suhu fluida di sekitarnya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, panas mengalir melalui konduksi dari permukaan ke partikel fluida yang berbatasan. Energi yang berpindah akan menaikkan suhu dan energi dalam partikel fluida. Kemudian partikel fluida akan bergerak ke daerah yang bersuhu 18

lebih rendah di dalam fluida kemudian partikel tersebut akan berbaur dan memindahkan sebagian energinya ke partikel fluida lainnya. Alirannya berupa aliran fluida maupun energi. Energi disimpan di dalam partikel fluida dan diangkut sebagai akibat gerakan massa partikel tersebut. Perpindahan panas konveksi diklasifikasikan menurut cara percampuran alirannya, yaitu konveksi bebas atau alami (natural convection) dimana konveksi berlangsung dikarenakan oleh kerapatan perbedaan suhu dan konveksi paksa (forced convection) menurut cara menggerakkan alirannya.

Gambar 2.18 Jenis konveksi;(a) Konveksi paksa dan (b) Konveksi alami (Incropera dan Dewitt, 1996)

Konveksi alami dibagi menjadi dua jenis aliran, yaitu aliran laminar dan turbulen. Bilangan tak berdimensi digunakan untuk menghitung koefisien konveksi (h) yang digunakan untuk menghitung besarnya perpindahan panas yang terjadi dalam fluida, qp Untuk mengetahui jenis aliran dari konveksi alami, maka nilai dari bilangan Rayleigh (RaL) harus diketahui terlebih dahulu. Nilai tersebut diperoleh dengan menggunakan rumus sebagai berikut. (2.4) 𝑅𝑎𝐿 = 𝐺𝑟𝐿 𝑥 𝑃𝑟 dimana GrL adalah bilangan Grashof sedangkan Pr adalah bilangan Prandtl. Bilangan Grashof diperoleh dengan rumus berikut:

19

𝐺𝑟𝐿 =

𝑔 𝑃𝑟 𝛽 (𝑇𝑏 −𝑇∞ )𝐿3

(2.5)

𝑣2

dengan nilai β dapat diperoleh dari: (2.6)

1 𝛽= 𝑇

dimana T adalah nilai suhu absolut, sedangkan g (Pr) diperoleh melalui persamaan di bawah: 𝑔 𝑃𝑟 =

0,75𝑃𝑟 1/2 0,609+1,221𝑃𝑟 1/2 +1.238𝑃𝑟

1/4

(2.7)

Nilai bilangan Prandtl berada pada kisaran 0 ≤ Pr ≤ ∞ agar didapatkan nilai bilangan Grashof-nya. 𝑅𝑎𝐿 =

𝑔𝛽 (𝑇𝑏 −𝑇∞ )𝐿3 𝑣.𝛼

(2.8) Aliran akan berbentuk laminer bila nilai bilangan Rayleigh-nya ≤ 109. Jika nilai bilangan Rayleigh sudah diketahui, maka nilai bilangan tak berdimensi lain yang perlu dicari adalah nilai bilangan Nusselt. Nilai dari bilangan Nusselt pada plat vertikal berbeda dengan nilai bilangan Nusselt pada plat horisontal. Untuk plat vertikal, nilai bilangan Nusselt bisa didapatkan melalui:

𝑁𝑢𝐿 =

𝑕𝐿 𝑘

= 𝐶𝑅𝑎𝐿𝑛

(2.9)

Dengan nilai C dan n untuk aliran laminar adalah sebesar 0,59 dan 0,25. Nilai bilangan Nusselt bisa dicari dengan rumusan sebagai berikut:

0,670 𝑅𝑎

1/4

𝑁𝑢𝐿 = 0,68 + [1+ 0,492/𝑃𝑟 𝐿9/16 ]4/9

(2.10)

Sedangkan nilai bilangan Nusselt pada plat miring atau horisontal dengan permukaan atas dipanaskan dan permukaan bawah didinginkan, dapat dicari dengan persamaan berikut:

20

𝑁𝑢𝐿 = 0,54 𝑅𝑎𝐿

1

4

104 ≤ 𝑅𝑎𝐿 ≤ 107

(2.11)

3

107 ≤ 𝑅𝑎𝐿 ≤ 1011

(2.12)

atau, 𝑁𝑢𝐿 = 0,15 𝑅𝑎𝐿

1

Untuk bagian bawah yang dipanaskan dan bagian atas didinginkan menggunakan persamaan berikut (Incropera dan Dewitt, 1996)

𝑁𝑢𝐿 = 0,27 𝑅𝑎𝐿

1

4

105 ≤ 𝑅𝑎𝐿 ≤ 1010

(2.13)

Bila nilai bilangan Nusselt telah diketahui, maka bisa didapatkan nilai dari koefisien perpindahan konveksi (h) melalui persamaan berikut ini:

𝑁𝑢𝐿 =

𝑕𝐿

(2.14)

𝑘

Nilai koefisien konveksi yang telah ditemukan, maka nilai koefisien tersebut dimasukkan ke dalam persamaan berikut, bila koefisien konveksi tersebut memenuhi rentang koefisien perpindahan panas konveksi

(Titahelu Nicolas,

2010).

𝑕=

𝑁𝑢. 𝑘 𝐿

(2.15)

Dimana: h

= Koefisien perpindahan kalor konveksi pada kaca (W/m2.K)

k

= Konduktivitas termal (W/m.k)

Nu

= Bilangan nusselt

L

= Panjang bak pengering

𝑞 = 𝑕. 𝐴 𝑇𝑏 − 𝑇𝑎 21

(2.16)

Dimana: h

= Koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m2.K)

A

= Luas permukaan (m2)

Tb

= Temperatur bak (K)

Ta

= Temperatur ruang (K)

q

= Laju perpindahan panas konveksi (Watt)

2.4.3. Radiasi Tidak seperti konduksi dan konveksi yang melakukan perpindahan panas melalui medium perantara, kalor juga dapat berpindah melalui ruang hampa. Pada termodinamika, radiator (sumber penyinaran) ideal, atau benda hitam (blackbody) dapat memancarkan energi sebanding dengan pangkat empat suhu absolut benda yang berbanding lurus dengan permukaan benda tersebut.

Oleh karena itu,

perpindahan panas secara radiasi dapat dirumuskan sebagai berikut: 𝑞𝑟𝑎𝑑 = 𝜍𝐴𝑇 4

(2.17)

Dimana 𝜍 adalah konstatanta Stefan-Boltzman dengan nilai 5,669 x 10-8 W/m2. Persamaan 2.18 berlaku untuk radiasi benda hitam saja, di mana nilai emisivitasnya adalah 1. Namun, kebanyakan radiasi terjadi bukan pada benda hitam sehingga bisa dirumuskan menjadi berikut. 𝑞 = 𝜍𝜀(𝑇1 4 − 𝑇2 4

(2.18)

Untuk perpindahan panas secara radiasi pada dua buah penampang yang berhadapan view factor dari masing-masing permukaan harus diketahui terlebih dulu agar bisa diketahui besarnya radiasi yang mengenai permukaan tersebut. View factor adalah bagian dari radiasi dari permukaan i (yang meneruskan radiasi) yang bertemu dengan pemukaan j (permukaan yang berhadapan dengan permukaan yang meneruskan radiasi). Nilai view factor berbeda-beda untuk benda dengan geometri dua dimensi. Yang dipakai dalam penelitian ini salah satunya adalah benda yang kaca 22

yang meneruskan radiasi mempunyai posisi sejajar seperti pada Gambar 2. dan kotak kaca yang distandratkan berbentuk kubus. Untuk view factor dari dua benda pada posisi sejajar yang memancarkan radiasi i pada benda j dapat dituliskan pada rumus 2.19.

Gambar 2.19 Dua permukaan benda yang mempunyai sudut kemiringan (Incropera dan Dewitt, 1996) 𝐹𝑖𝑗 dicari dengan persamaan 2.19, dimana nilai 𝛼 sudut kemiringan atap yaitu 60˚

𝛼 𝐹𝑖𝑗 = 1 − 𝑠𝑖𝑛 2

(2.19)

Dan untuk view factor kotak kaca dapat dirumuskan pada persamaan sebagai berikut. Pertama, dicari nilai 𝑋 dan 𝑌 terlebih dahulu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.20

. 𝑋

𝑌

𝑋 = 𝐿 ,𝑌 = 𝐿

Gambar 2.20 View factor pada benda tiga dimensi (Incropera dan Dewitt, 1996) 23

(2.20)

Kemudian dicari nilai view factor-nya mengikuti urutan dari rumus yang ada di bawah ini. 𝑎=

1+𝑥 2 1+𝑌 2 1+𝑥 2 +𝑌 2

(2.21) 𝑋

𝑏 = 𝑋(1 + 𝑌 2 )1/2 𝑡𝑎𝑛−1 (1+𝑌 2 )1/2 𝑌

(2.22)

𝑐 = 𝑌(1 + 𝑋 2 )1/2 𝑡𝑎𝑛−1 (1+𝑋 2 )1/2

(2.23)

𝑑 = 𝑋 𝑡𝑎𝑛−1 𝑋 − 𝑌 𝑡𝑎𝑛−1 𝑌

(2.24)

Jika persamaan 2.21 sampai 2.24 telah di ketahui maka dapat di masukan ke persamaa 2.25 di bawah ini.

𝐹𝑖𝑗 =

2 𝑙𝑛 𝑎 + 𝑏 + 𝑐 − 𝑑 𝜋𝑋𝑌

(2.25)

Sedangkan radiositas didefinisikan jumlah total emisivitas dan irradiasi yang terserap dari permukaan yang memancarkan radiasi. Radiositas dapat dtiuliskan menjadi: 𝐽𝑖 = 𝜀𝑖 𝐸𝑏𝑖 + 1 + 𝜀𝑖 𝐺𝑖

(2.26)

Dengan εi adalah emisivitas benda dari sumber radiasi dan Gi adalah irradiasi yang mengenai permukaan sumber radiasi (W/m2). Hubungan view factor dengan perpindahan panas secara radiasi dapat dituliskan menjadi (Incropera dan Dewitt, 1996).

𝐹𝑖𝑗 =

𝑞𝑖𝑗 𝐴𝑖 𝐽𝑖

24

(2.27)

Dengan, Fij adalah view factor dari permukaan i ke permukaan j, qij adalah perpindahan panas secara radiasi dari i ke j (W), Ai adalah luas permukaan i (m2) dan Ji adalah radiositas dari permukaan i

2.5.

Laju Penguapan Evaporasi secara umum dapat didefinisikan dalam dua kondisi, yaitu,

evaporasi yang berarti proses penguapan yang terjadi secara alami dan evaporasi yang dimaknai dengan proses penguapan yang timbul akibat diberikan uap panas (steam) dalam suatu peralatan. Evaporasi dapat diartikan sebagai proses penguapan dari pada liquid (cairan) dengan penambahan panas. Panas dapat disuplai dengan berbagai cara, diantaranya secara alami dan penambahan steam. Evaporasi didasarkan pada proses pendidihan secara intensif yaitu, pemberian panas ke dalam cairan, pembentukan gelembung-gelembung (bubbles) akibat uap, pemisahan uap dari cairan dan mengkondensasikan uapnya. Evaporasi atau penguapan juga dapat didefinisikan sebagai perpindahan kalor ke dalam zat cair mendidih. Evaporasi tidak sama dengan pengeringan, dalam evaporasi sisa penguapan adalah zat cair – kadang-kadang zat cair yang sangat vuskos – dan bukan zat padat. Perbedaan lainnya adalah, pada evaporasi cairan yang diuapkan dalam kuantitas relatif banyak, sedangkan pada pengeringan sedikit. Adapun 𝑞𝑒 dapat dicari dengan persamaan 2.28 di bawah ini (Tiwari, 2010).

Qe = 0.016

kv x

c R e . pr n . PTp − (γ. PTe )

(2.28)

Dimana 𝑘𝑣 adalah konduktifs termal sesuai suhu dalam kelvin, x adalah luas dibagi keliling, Re adalah nilai Reynold number, Pr adalah Prandtl number, dan P adalah nilai tekanan. Sedangkan Mev adalah massa awal dikurangi massa akhir produk dan dapat dirumuskan seperti persamaan 2.29 dibawah ini.

Mev =

25

Qe λ

(2.29)

Dimana λ yang digunakan adalah λ udara dan untuk mendapatkan hasil dari Qe maka perlu dicari nilai Reynold number, untuk itu dapat menggunakan persamaan 2.30 di bawah ini (Tiwari, 2010).

Re =

V a .D h

(2.30)

va

Va adalah laju aliran udara, va adalah viskositas udara (Tiwari, 2010). Dan untuk mencari Dh dapat menggunakan persamaan berikut. 4.W .D

Dh = 2(W +D)

(2.31)

Dimana, D adalah jarak antara cover dan lantai yang di rata – rata dan W adalah lebar lantai pengering. Adapun untuk mencari nilai Qe dan Mev , terlebih dahulu mencari nilai Z untuk menghasilkan nilai C. Untuk mencari nilai z menggunakan persamaan sebagai berikut (Tiwari, 2010). 𝑘𝑣

𝑍 = 0.016 𝑥.λ 𝑝 𝑇𝑝 − 𝛾. 𝑝 𝑇𝑒 . 𝑡. 𝐴

(2.32)

maka persamaan 2.32. dapat di tuliskan dalam bentuk persamaan berikut : 𝐶(𝑅𝑒. Pr)n =

M ev 2

(2.33)

Kemudian persamaan 2.32 di logaritma seperti pada persamaan 2.34 berikut.

ln

𝑀𝑒𝑣 2

= ln 𝐶 + 𝑛 ln (𝑅𝑒. Pr)

(2.34)

Kemudian dicari analogi persamaan garis lurus dari persamaa 2.34 sehingga mendapatkan persamaan 2.35 di bawah ini (Tiwari, 2010). 𝑦 = 𝑏1 . 𝑥 + 𝑏0

26

(2.35)

Dimana y adalah ln

𝑀𝑒𝑣 2

, 𝑏1 adalah 𝑛, 𝑥 adalah ln⁡ (𝑅𝑒. Pr), 𝑏0 adalah ln C, C

adalah 𝑒 𝑏𝑜 .

2.6. Efisiensi 2.6.1. Efisiensi Pengeringan Efisiensi pengeringan adalah hasil perbandingan antara panas yang secara teoritis dibutuhkan dengan penggunaan panas yang sebenarnya dalam pengeringan dimana evaluasi ini lebih kepada proses pengeringan (Setiawan, 2008). Jumlah kalor (panas) yang digunakan untuk pengeringan dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut : 𝑄 = 𝑄1 + 𝑄2 + 𝑄3

(2.36)

Dimana Q1 (jumlah panas yang digunakan untuk memanaskan bahan) didapat dari: 𝑄1 = 𝑚𝑘 . 𝑐𝑝 (𝑇𝑝 − 𝑇~ )

(2.37)

Q2 (Panas sensible air) yaitu panas yang digunakan untuk menaikkan suhu air di dalam bahan yang didapat dari rumus : 𝑄2 = 𝑚𝑎 . 𝑐𝑎 (𝑇𝑝 − 𝑇~ )

(2.38)

Q3 (Panas laten penguapan air) yaitu jumlah panas yang digunakan untuk menguapkan air bahan yang didapat dari : 𝑄3 = 𝑚𝑤 . 𝑕𝑓𝑔

(2.39)

Untuk menentukan banyaknya kalor (panas) yang diberikan oleh udara panas pada bahan yang dikeringkan digunakan rumus sebagai berikut:

27

𝑞 = 𝜌. 𝑉. 𝑐𝑢 (𝑇1 − 𝑇2 )

(2.40)

Untuk menentukan efisiensi pengeringan dapat digunakan rumus :

𝜂=

𝑄 𝑞

𝑥 100 %

(2.41)

2.6.2. Efisiensi pengering Efisiensi pengering dievaluasi berdasarkan panas yang dihasilkan dalam rumah kaca, dimana jumlah kalor yang di gunakan di bagi dengan energi input. Jumlah kalor (panas) yang digunakan : 𝑄 = 𝑄1 + 𝑄2 + 𝑄3

(2.42)

Energi input pada rumah kaca dapat di tuliskan dalam persamaan : 𝑄𝑖𝑛 = 𝐼(𝑡) . 𝐴. 𝑡

(2.43)

Dimana ; 𝐼(𝑡) adalah rata – rata intensitas matahari, A adalah luas bak pengering dan t adalah waktu dalam menit (Setiawan, 2008).

2.7.

Laju Pengeringan Massa jagung yang diteliti setiap harinya ditimbang dengan timbangan

analitik setiap harinya pada awal dan akhir proses pengeringan. Massa jagung awal yang akan diteliti sudah ditentukan terlebih dahulu yaitu 5 kg jagung pipilan. Pengeringan di lakukan selama 9 (sembilan) jam setiap harinya dan ditimbang setiap jamnya untuk mengetahui laju pengeringan yang di hasilkan. Kadar air adalah perbedaan antara berat bahan sebelum dan sesudah dipanaskan atau dikeringkan. Pada prinsipnya menguapkan air yang ada dalam bahan dengan cara memanaskan atau mengeringkan, kemudian menimbang bahan sampai berat konstan yang berarti semua air sudah diuapkan (Zulidar, 2011). Untuk mencari pengurangan kadar air dari suatu bahan dapat dilakukan dengan menggunakan dua cara yaitu menggunakan basis basah atau menggunakan basis 28

kering (Ekechukwe, 1997). Pengurangan air dengan menggunakan basis basah dapat dituliskan pada persamaan:

𝑀𝑤𝑏 =

𝑤0 − 𝑤𝑑 𝑥100% 𝑤0

(2.44)

Sedangkan pengurangan dengan menggunakan basis kering dapat dituliskan menjadi :

𝑀𝑑𝑏 =

𝑤0 − 𝑤𝑑 𝑥100% 𝑤𝑑

(2.45)

Dimana Mwb adalah Kadar air basis basah (%), w0 adalah Massa awal bahan (kg), wd adalah Massa akhir bahan (kg) dan Mdb adalah Kadar air basis kering (%)

2.8. Panas yang Tersimpan Analisa panas yang tersimpan dilakukan dengan mengukur suhu pada alat pengering setelah proses pengeringan berlangsung yaitu, pada pukul 17.00 sampai dengan 22.00 WITA. Titik pengukuran panas yang tersimpan dilakukan pada 5 (lima) titik pengukuran yaitu pada atap bagian dalam, pada bak pengering, pada dinding bagian dalam, pada ruang pengering dan pada lingkungan sekitar.

2.9. Analisa Panas yang Berguna (𝑸𝒖 ) dan Panas yang Hilang (𝑸𝒍𝒐𝒔𝒔 ) Panas yang berguna pada pengering rumah kaca dijabarkan dalam persamaan 2.46 berikut (Rosa, 2007). 𝑄𝑢 = 𝑣. 𝐶𝑃𝑐 . (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛 )

(2.46)

Dimana, 𝑄𝑢 adalah energi yang berguna (watt), 𝑣 adalah laju aliran udara didalam pengering (m/s).

29

Energi yang hilang dari pengering besarnya didapatkan dari nilai energi input dikurangi energi yang berguna. Energi input (𝑄𝑖𝑛 ) dicari menggunakan persamaan 2.47 berikut. 𝑄𝑖𝑛 = 𝑆. 𝐴𝑐 . 𝑡

(2.47)

Dimana, t adalah waktu, 𝐴𝑐 adalah luas cover dan S adalah radiasi matahari yang diserap oleh kaca dihitung berdasarkan persamaan berikut 𝑆 = 𝜏. 𝛼. 𝐼𝑡

(2.48)

Dimana 𝜏 adalah transmissivitas kaca, 𝛼 adalah absorptivitas kaca dan 𝐼𝑡 adalah intensitas matahari (W/m²). Energi yang hilang adalah energi berupa panas yang lepas ke lingkungan akibat losses-losses dari dalam pengering. Adapun persamaan yang umum digunakan untuk mencari 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 adalah sebagai berikut (Rosa, 2007). 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 = 𝑄𝑖𝑛 − 𝑄𝑢𝑠𝑒𝑓𝑢𝑙

(2.49)

Analisa Panas Hilang (𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 ) pada pengering ini meliputi rugi panas melalui bagian atas, rugi panas melalui bagian samping, rugi panas melalui bagian bawah dan rugi panas melalui bagian depan pengering ERK. Adapun untuk menentukan rugi panas pada pengering dengan menggunakan persamaan 2.50 berikut. (Rosa, 2007)

𝑅 .𝑅

𝑈𝑎 = 𝐴𝑎 . 𝑅𝑘 + 𝑅 𝑐+𝑅𝑟 𝑐

−1

𝑟

.

𝑇𝑎 −𝑇𝑐 𝑇𝑎 −𝑇𝑎𝑚

(2.50)

Untuk mencari 𝑅𝑘 , 𝑅𝑐 , dan 𝑅𝑟 dengan menggunakan persamaan 2.51 sampai dengan 2.53 dibawah ini. 𝑅𝑘 =

30

𝑡𝑐 𝑘

(2.51)

Dimana, 𝑅𝑘 adalah tahanan termal terhadap konduksi, 𝑡𝑐 adalah tebal kaca dan k adalah koefisien konduktifitas termal dari kaca. 1

𝑅𝑐 = 𝑕

(2.52)

Dimana, 𝑅𝑐 adalah tahanan termal konveksi dari cover ke lingkungan dan 𝑕𝑓 adalah koefisien konveksi dari cover ke lingkungan. 1

𝑅𝑟 = 𝜍 .𝜀

(2.53)

Dimana 𝑅𝑟 adalah tahanan termal terhadap radiasi, 𝜍 adalah konstanta Boltzmann dan 𝜀 adalah emisivitas kaca. Sehingga total rugi panas pada pengering dirumuskan pada persamaan 2.54 berikut (Rosa, 2007). 𝑈𝑡𝑜𝑡 = 𝑈𝑎 + 𝑈𝑠 + 𝑈𝑏

(2.54)

Dimana, 𝑈𝑎 adalah rugi panas pada bagian atas pengering, 𝑈𝑠 adalah rugi panas pada bagian samping dan 𝑈𝑏 adalah rugi panas pada bagian bawah. Persamaan yang digunakan untuk mencari 𝑈𝑠 , dan 𝑈𝑏 adalah seperti pada persamaan 2.50 akan tetapi luas kaca yang digunakan disesuaikan dengan luas kaca pada area yang dihitung.

2.10. Neraca Massa dan Energi Perhitungan neraca massa dan energi untuk sistem yang didefinisikan merupakan dasar dari analisis karakteristik pemakaian energi. Perhitungan neraca massa dan energi pada hakekatnya merupakan penerapan dari prinsip kekekalan massa dan energi yang menyatakan bahwa massa dan energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Neraca massa merupakan perincian banyaknya bahan-bahan yang masuk, keluar dan menumpuk dalam suatu alat

31

pemrosesan. Untuk menentukan kesetimbangan massa pada pengering dituliskan pada persamaan 2.55 berikut ini. (Janjai, 2009) 𝑑𝐻

𝑝𝑎 . 𝑉. 𝑑𝑡 = 𝜌𝑎 . 𝐻𝑖𝑛 . 𝑉𝑖𝑛 − 𝜌𝑎 . 𝐻𝑜𝑢𝑡 . 𝑉𝑜𝑢𝑡 + 𝐴𝑝 . 𝐷𝑝 . 𝜌𝑝

𝑑𝑀𝑝 𝑑𝑡

(2.55)

Neraca energi adalah cabang keilmuan yang mempelajari kesetimbangan energi dalam sebuah sistem, Perhitungan neraca energi dilakukan berdasarkan hukum pertama termodinamika, atau biasa disebut dengan hukum kekekalan energi. Untuk mengetahui energi panas yang masuk ke dalam bak pengering menggunakan persamaan 2.56 berikut ini. (Janjai, 2009)

−𝑘𝑓 . 𝐴𝑓

𝑑𝑇𝑓 𝑑𝑥

= 𝐴𝑓 . 𝑕𝑑,𝑓−𝑔 (𝑇𝑓 − 𝑇∞ )

(2.56)

Nilai panas spesifik (cp) pada cover dituliskan dalam persamaan 2.57 berikut ini. (Janjai, 2009)

𝑚𝑐 . 𝑐𝑝𝑐

𝑑𝑇𝑐 = 𝐴𝑐 . 𝑕𝑐,𝑐−𝑎 . 𝑇𝑎 − 𝐴𝑐 . 𝑕𝑐,𝑐−𝑎 . 𝑇𝑐 + 𝐴𝑐 . 𝑕𝑟 ,𝑐−𝑠 . 𝑇𝑠 − 𝐴𝑐 . 𝑕𝑟,𝑐−𝑠 . 𝑇𝑐 𝑑𝑡 + 𝐴𝑐 . 𝑕𝑤 . 𝑇𝑎𝑚 − 𝐴𝑐 . 𝑕𝑤 . 𝑇𝑐 + 𝐴𝑝 . 𝑕𝑟 ,𝑝−𝑐 . 𝑇𝑝 − 𝐴𝑝 . 𝑕𝑟,𝑝−𝑐 . 𝑇𝑐 + 𝐴𝑐 . 𝛼𝑐 . 𝐼𝑡

(2.57)

Panas spesifik (cp) udara di dalam ruang pengering dituliskan dalam persamaan 2.58 berikut ini. (Janjai, 2009)

𝑚𝑎 . 𝑐𝑝𝑎

𝑑𝑇𝑎 = 𝐴𝑝 . 𝑕𝑐,𝑝−𝑎 . 𝑇𝑝 − 𝐴𝑝 . 𝑕𝑐,𝑝−𝑎 . 𝑇𝑎 + 𝐴𝑓 . 𝑕𝑐,𝑓−𝑠 . 𝑇𝑓 − 𝐴𝑓 . 𝑕𝑐,𝑓−𝑎 . 𝑇𝑎 𝑑𝑡 𝑑𝑀𝑝 𝑑𝑀𝑝 + 𝐴𝑝 . 𝐷𝑝 . 𝐶𝑝𝑣 . 𝜌𝑝 . 𝑇𝑝 − 𝐴𝑝 . 𝐷𝑝 . 𝐶𝑝𝑣 . 𝜌𝑝 . 𝑇𝑎 𝑑𝑡 𝑑𝑡 + 𝜌𝑎 . 𝑉𝑜𝑢𝑡 . 𝐶𝑝𝑎 . 𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝜌𝑎. 𝑉𝑖𝑛 . 𝐶𝑝𝑎 . 𝑇𝑖𝑛 + 𝑈𝑐 . 𝐴𝑐 . 𝑇𝑎𝑚 − 𝑉𝑐 . 𝐴𝑐 . 𝑇𝑎 +

1 − 𝐹𝑝 . 1 − 𝛼𝑓 + 1 − 𝛼𝑝 𝐹𝑝 . 𝐼𝑡 . 𝐴𝑐 . 𝜏𝑐

32

(2.58)

Panas

spesifik

(cp)

pada

produk

(jagung)

dituliskan kedalam

persamaan2.59 berikut ini. (Janjai, 2009) 𝑑𝑇𝑝

𝑚𝑝 . 𝑐𝑝𝑝 + 𝐶𝑝𝑙 𝑀𝑝

𝑑𝑡

= 𝐴𝑝 . 𝑕𝑐,𝑝−𝑎 . 𝑇𝑎 − 𝐴𝑝 . 𝑕𝑐,𝑝−𝑎 . 𝑇𝑝 + 𝐴𝑝 . 𝐷𝑝 . 𝜌𝑝

𝐶𝑐𝑝 . 𝑇𝑝 − 𝐴𝑝 . 𝐷𝑝 . 𝜌𝑝



𝐿𝑝 + 𝐶𝑝 . 𝑇𝑎 𝐹𝑝 . 𝛼𝑝 . 𝐼𝑡 . 𝐴𝑐 . 𝜏𝑐

𝐿𝑝 + (2.59)

Panas spesifik (cp) pada bak penegring dituliskan kedalam persamaan 2.60 berikut ini. (Janjai, 2009)

−𝑘𝑓 . 𝐴𝑓

𝑑𝑇𝑓 𝑑𝑡

= 1 − 𝐹𝑝 𝛼𝑓 . 𝐼𝑡 . 𝐴𝑐 . 𝜏𝑐 + 𝐴𝑓 . 𝑕𝑐,𝑓−𝑎 . 𝑇𝑎 − 𝐴𝑓 . 𝑕𝑐,𝑓−𝑎 . 𝑇𝑓 (2.60)

Persamaan 2.57 sampai dengan 2.60 dimasukan kedalam matriks data seperti dibawah ini. (Janjai, 2009) 𝑎11 𝑎21 𝑎31 𝑎41

𝑎12 𝑎22 𝑎32 𝑎42

𝑎14 𝑇𝑐 𝑏1 𝑎24 𝑇𝑎 𝑏2 𝑎34 . 𝑇𝑝 = 𝑏3 𝑎44 𝑇𝑓 𝑏4

𝑎13 𝑎23 𝑎33 𝑎43

Mencari nilai 𝑏1 , 𝑏2 , 𝑏3 dan 𝑏4 menggunakan persamaan 2.61 sampai dengan 2.64 berikut ini. (Janjai, 2009) 𝑏1 = 𝑚𝑐 . 𝑐𝑝𝑐

𝑏2 = 𝑚𝑎 . 𝑐𝑝𝑎

𝑑𝑇𝑎 𝑑𝑡

𝑑𝑇𝑐 𝑑𝑡

= 𝐴𝑐 . 𝑕𝑟,𝑐−𝑠 . 𝑇𝑠 − 𝐴𝑐 . 𝛼𝑐 . 𝐼𝑡 + 𝐴𝑐 . 𝑕𝑤 . 𝑇𝑎𝑚

(2.61)

− [𝜌𝑎 . 𝑉𝑜𝑢𝑡 . 𝐶𝑝𝑎 𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛 ] − 𝑈𝑐 . 𝐴𝑐 . 𝑇𝑎𝑚 + 1 − 𝐹𝑝 . 1 − 𝛼𝑓 + 1 − 𝛼𝑝 𝐹𝑝 . 𝐼𝑡 . 𝐴𝑐 . 𝜏𝑐

𝑏3 = 𝑚𝑝 . 𝑐𝑝𝑝 + 𝐶𝑝𝑙 𝑀𝑝

𝑏4 = −𝑘𝑓 . 𝐴𝑓

𝑑𝑇𝑓 𝑑𝑥

𝑑𝑇𝑝 𝑑𝑡

= 𝐹𝑝 . 𝛼𝑝 . 𝐼𝑡 . 𝐴𝑐 . 𝜏𝑐

= 1 − 𝐹𝑝 𝛼𝑓 . 𝐼𝑡 . 𝐴𝑐 . 𝜏𝑐

33

(2.62)

(2.63)

(2.64)

2.11. Analisis Biaya Metode analisis ekonomi yang dilakukan meliputi biaya pokok (BP) dan titik impas (BEP) Untuk menganalisis ekonomi digunakan persamaan 2.65 dan 2.66 di bawah ini (Umar, 2010). 𝐵𝑃 = 𝐵𝑇 + 𝐵𝑇𝑇

𝐵𝐸𝑃 =

𝐵𝑇 𝐵𝑇𝑇−𝐻𝐽

(2.65)

(2.66)

Dimana ; BP adalah biaya pokok (Rp/panen), BT adalah biaya tetap (Rp/panen), BTT adalah biaya tidak tetap (Rp/panen), HJ adalah harga jual jagung (Rp/kg), dan BEP adalah titik impas.

34

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1

Diagram Alir Penelitian Sebelum memulai perancangan dan perhitungan, berikut ini adalah

gambar diagram alir pengerjaan tesis : Mulai

Kajian Pustaka

Pembuatan alat

Tidak

Uji Coba Alat Sesuai Pengambilan Data

Pengolahan Data dan Pembahasan

Kesimpulan

Selesai

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

35

3.2

Alat dan Bahan Alat yang digunakan adalah penegring efek rumah kaca, timbangan

analitis, alat ukur termometer untuk mengukur suhu pada dinding atap bagian luar dan dalam, bak bagian atas dan bawah dalam ruang pengering, suhu pada ruang pengering dan suhu pada permukaan jagung, oven untuk mengukur kadar air awal dan akhir jagung selama proses pengeringan, alat ukur termometer bola basah dan termometer bola kering untuk mengukur kelembaban di dalam pengering dan sementara data intensitas matahari, suhu lingkungan dan kelembaban relatif lingkungan dari data BMKG Gorontalo. Jagung yang digunakan adalah jaagung pipilan jenis hibrida yang masih basah dengan kadar air di atas 20 % yang dipinjam dari hasil panen masyarakat Gorontalo untuk membantu dalam proses pengeringan agar lebih efisien.

3.3

Cara Pengujian Untuk mendapatkan standar mutu jagung yang disyaratkan maka

dilakukan beberapa pengujian, diantaranya: a)

Penentuan adanya rusak, butir warna lain, kotoran dan butir pecah dilakukan dengan cara manual dengan pinset dengan contoh uji 100 gram/ sampel. Persentase butir-butir warna lain, butir rusak, butir pecah, kotoran ditetapkan berdasarkan berat masing-masing komponen dibandingkan dengan berat contoh analisa x 100 %.

b) Penentuan kadar air biji, ditentukan dengan moisture tester electronic atau Air Oven Methode (ISO/r939-1969E atau OACE 930. 15). c)

Mengukur

temperatur

lingkungan

beserta

dengan

kelembabannya

menggunakan humidity and temperature hygrometer atau dengan psicometrik chart. d) Mengukur temperatur pada dinding atap dan bak pengering ERK dan Mengukur

temperatur

permukaan

jagung

menggunakan

termometer

inframerah tembak ataupun dengan termometer biasa yang bias mengukur suhu sampai 100 ˚C.

36

e)

Mengukur radiasi matahari pada saat pengujian dengan pyranometer ataupun mengandalkan data intensitas matahari dari BMKG Gorontalo wilayah Bone Bolango dan sekitarnya.

f)

Mengukur massa jagung sebelum dan sesudah di keringkan dengan timbangan analitis untuk mengetahui laju aliran massa

g) Menentukan lama pengeringan yang di butuhkan, di tentukan dari waktu yang digunakan selama proses pengeringan sampai memperoleh kadar air jagung sesuai standart yaitu 13 s/d 14% sesuai standart SNI nomor 01-03920-1995. 3.4

Prosedur Penelitian Pengambilan data dilakukan menggunakan metode pengukuran langsung

karena pengukuran dilakukan di tempat pengujian tersebut dengan menggunakan alat ukur, dalam waktu 18 hari dimulai pukul 09.00 - 17.00 WITA. A. Persiapan Bahan Persiapan bahan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1.

Menyiapkan biji jagung pipilan yang kadar airnya lebih dari 20%

2.

Mengukur massa jagung terlebih dahulu sebelum di masukan ke dalam ruang pengering. Penimbangan dilakukan dengan menggunakan timbangan analitis

3.

Mengukur kadar air awal jagung dengan oven untuk pengambilan data awal.

4.

Menghamparkan jagung ke dalam bak pengering dengan teratur.

B. Proses Pengeringan Proses pengeringan dilakukan setelah jagung selesai dipersiapkan. Proses pengeringan yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1.

Mengukur suhu dan kelembaban di dalam pengering menggunakan termometer bola basah dan termometer bola kering.

2.

Mengukur suhu pada dinding atap (luar dan dalam), bak pengering (atas dan bawah), menggunakan termometer biasa yang bisa mengukur suhu sampai dengan 100˚C.

3.

Mengukur suhu permukaan jagung pipilan menggunakan alat ukur termometer biasa yang bias mengukur suhu sampai dengan 100˚C.

4.

Mengukur massa jagung sesudah di keringkan dengan timbangan analitis

37

5.

3.5

Mengukur kadar air jagung sesudah proses pengeringan dengan dry oven

Desain Geometri Alat Alat yang digunakan pada sistem pengering tenaga matahari adalah alat

pengering dengan mengunakan sistem rumah kaca. Berikut ini adalah desain dari masing-masng bagian dari alat pengering yang digunakan  Pengumpul Panas Pengumpul panas terbuat dari kaca plat datar setebal 5mm dan alumunium plat datar setebal 3mm sebagai bak pengering  Kondensor Kondensor pada pengering berbentuk plat datar dengan ukuran 1 m x 0,8 m dengan kemiringan sebesar 60° dengan bahan terbuat dari kaca bening tebal 5mm  Cerobong (chimney) Cerobong (chimney) terbuat dari pipa pvc dengan dimensi tinggi 300 mm dan dengan diameter sebesar 100 mm. Dimensi dari cerobong didapatkan dari literatur tentang pengering tipe rumah kaca dengan melakukan perbandingan  Ruang Pemanas Ruang pemanas terbuat dari kaca bening dengan volume 1 m x 0,8 m x 0,6 m tebal 5 mm dimana didalam ruang kaca tersebut terdapat bak pengering dengan ukuran 1 m x 0,8 m.

Tabel 3.1. Variasi Pengeringan Variasi

Pemakaian

Bukaan Cerobong 2

1

Bak Kaca

0%

2

Bak Kaca

100 %

3

Bak Kaca

50 %

4

Bak Alumunium

50 %

5

Bak Alumunium

0%

6

Bak Alumunium

100 %

38

3.6

Skema Alat Pengering Skema alat penegring efek rumah kaca bertenaga matahari adalah sebagai

berikut :

1. 2. 3. 4.

Corong Sirkulasi Udara Pintu Kedap Udara Corong Variasi Bukaan Bak Pengering Gambar 3.2 Skema gambar pengering ERK

Gambar 3.3 Skema dimensi pengering

39

Gambar 3.4 Perbandingan pengeringan pengering ERK dengan pengeringan tradisional

Gambar 3.5 Variasi bukaan 0 %, 50 % dan 100 %

Gambar 3.6 Variasi bak kaca dan bak alumunium 3.7

Pengambilan Data Pengambilan data dilakakukan 14 jam sehari selama 18 hari. Dengan

variasi sebanyak 6 kali jadi setiap variasi dilakukan selama 3 hari dan hasilnya di rata-rata. Proses pengeringan jagung dilakukan mulai pukul 09.00 sampai dengan pukul 17.00 WITA setelah itu dilanjutkan dengan mengukur panas yang tersimpan pada pengering sampai dengan pukul 22.00 WITA. Pengambilan data 40

dilakukan setiap jam agar dapat mengetahui perubahan suhu dalam pengering. Titik pengukuran saat pengambilan data dapat dilihat pada gambar 3.7 Suhu Atap Dalam dan Luar Radiasi Matahari RH Ruang

Suhu Bak Atas dan Bawah

Suhu Lingkungan

RH Lingkungan Suhu Jagung

Gambar 3.7 Titik pengukuran saat pengambilan data

Untuk penelitian, massa jagung yang diuji cobakan adalah 5kg jagung pipilan, sebelum di lakukan pengeringan terlebih dahulu di ukur massa awal jagung kemudian di ukur kadar air awal jagung dengan oven pengukur kadar air selama 3 jam dan di masukan dalam pendingin selama 15 menit. Begitupun pada akhir proses pengeringan. Demikian ketiga proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.8 dibawah ini:

Gambar 3.8 Proses awal dan akhir dalam pengambilan data

41

Jagung awal yang dimasukkan pada pengering mempunyai kandungan air sebanyak 20,7 %. Pengujian kadar air dilakukan di Laboratorium THP Kampus Politeknik Gorontalo dengan alat Dry Oven pada suhu 105 °C selama 3 jam 15 menit. Untuk mengetahui proses perpindahan panas pada pengering dapat dilihat pada gambar 3.9 dibawah ini.

hr, c-s hd, c-s hc, c-a Konduksi Konveksi

hc, b-a Radiasi

hd, b-p Gambar 3.9 Kontrol volum dan perpindahan panas pada pengering 3.8

Pengolahan Data Pengolahan data yang diambil dari hasil uji lapangan digunakan sebagai

analisa laju pengeringan pada masing-masing variasi. Perpindahan panas yang ada di dalam pengering terdiri dari panas masuk dan panas yang keluar ke lingkungan. Panas yang masuk terdiri dari perpindahan panas radiasi dari matahari, perpindahan panas radiasi yang direflektansikan oleh kaca dan perpindahan panas melalui konveksi. Sedangkan panas yang keluar adalah panas yang hilang melalui kaca atau dinding pengering. Pengolahan data di lakukan dengan cara matematis pada bab selanjutnya.

42

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1

Hasil Uji Lapangan Berikut ini adalah grafik – grafik hasil pengukuran yang telah dilakukan

selama enam hari. Untuk pengukuran suhu dan kelembaban relatif pada setiap harinya dilakukan dari pukul 09.00 WITA sampai dengan pukul 17.00 WITA di mana pada hari pertama cuaca berawan. 4.1.1 Intensitas Matahari Dari data BMKG Gorontalo, pada grafik intensitas matahari didapatkan pola seperti pada Gambar 4.1, pada grafik tersebut terlihat bahwa nilai intensitas matahari selalu berubah – ubah setiap jamnya dan setiap harinya. Pada enam variasi pengukuran tersebut terlihat bahwa nilai intensitas yang besar pada siang hari rata-rata terdapat pada pengukuran setiap jam 13.00 WITA dengan nilai intensitas tertingginya sebesar 797 W/m2 dan nilai intensitas terendahnya sebesar 9 W/m2 yaitu pada jam 17.00 WITA. Data intensitas matahari di daerah Gorontalo yang di dapat dari BMKG Gorontalo dapat dilihat pada lampiran 1. 800

Intensitas Matahari (W/m2)

600 400 200 0 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

Waktu Variasi 1

Variasi 2

Variasi 3

Variasi 4

Variasi 5

Variasi 6

Gambar 4.1 Grafik intensitas matahari pada enam variasi

Nilai intensitas dalam 18 (delapan belas) hari yang di rata-rata dibagi dalam enam variasi, jadi dilakukan 3 hari pengukuran untuk 1 kali variasi dimana 43

pada setiap hari pengukuran dimulai dengan jagung yang baru (belum dikeringkan) yang nilai kadar air awalnya rata-rata 20,7 %. Nilai – nilai intensitas matahari yang berubah - ubah pada pengukuran hari pertama sampai hari ke 18 di jam – jam tertentu tidak begitu mempengaruhi kenaikan nilai kelembaban relatif di dalam pengering akan tetapi mempengaruhi nilai suhu pengeringan. Jadi, semakin tingggi nilai intensitas matahari maka semakin tinggi nilai suhu di dalam pengering dan semakin rendah nilai kelembaban relatifnya di dalam pengering.

4.1.2 Suhu dan Kelembaban Relatif Pengukuran suhu pada pengering di lakukan pada 7 (bagian) yaitu pada dinding atap luar dan dalam, pada bak pengering bagian atas dan bawah, pada suhu ruang di dalam pengering dan terakhir suhu jagung. Hasil dari 18 hari pengukuran di rata-rata menjadi 6 kali pengukuran sesuai jumlah variasi pengeringan kemudian di bandingkan dengan pengeringan tradisional selama 1 (satu) hari dengan waktu dan tempat yang sama. Data pengukuran suhu tersebut dapat dilihat pada lampiran 2. 

Suhu Dinding Atap Pengukuran suhu dinding yang di lakukan pada pengering ini meliputi

pengukuran suhu dinding pada atap kaca bagian luar dan suhu dinding kaca bagian dalam. Pengukuran suhu pada atap kaca ini dilakukan dengan tujuan agar diketahui besarnya suhu yang ada pada atap sehingga bisa dihitung besarnya perpindahan panas secara konduksi yang terjadi pada pengering rumah kaca. 

Suhu bak pengering Jika di bandingkan suhu tertinggi bak pengering adalah pada bagian atas

bak sedangkan suhu yang ada pada bagian bawah memiliki selisish 1-5 °C dengan suhu bak bagian atas. 

Suhu ruang dan lingkungan Untuk suhu ruang lebih kecil dari suhu bak pengering dan suhu atap

bagian dalam dan untuk suhu lingkungan di dapatkan dari Data BMKG Gorontalo.

44



Suhu jagung Suhu jagung yang di ukur adalah tepat pada bagian atas jagung. Suhu

jagung mula-mula sbelum di masukan ke pengering yaitu 27 °C dengan nilai kelembaban awal mencapai 91 %. Jagung di hamparkan ke dalam bak pengering pada jam 08.30 WITA dan pengukuran dilakukan mulai dari jam 09.00 WITA. 1.

Pengeringan Tradisional Dapat dilihat pada gambar 4.2 dimana Suhu jagung tertinggi pengeringan

tradisional adalah sebesar 40 °C dan nilai terendah kelembababn relative lingkungannya adalah 62 % dan kelembaban tertingginya adalah 85%. Dari penelitian dan literatur dapat disimpulkan bahwa jagung pipilan yang ditenamkan di dalam pengering rumah kaca dapat memiliki suhu lebih tinggi dibandingkan dengan pengeringan yang dilakukan secara tradisional. Suhu Jagung

Suhu (˚C)

45 40 35 30

Waktu

Gambar 4.2 Grafik suhu jagung pada pengeringan tradisional

2.

Pengering ERK Variasi 1 Data pengukuran suhu dan kelembaban relatif pada enam variasi

pengeringan dapat dilihat pada lampiran 2.

45

70

Suhu Jagung Suhu Bak Atas

Suhu (˚C)

60

Suhu Bak Bawah

50

Suhu Dinding Atap Luar

40

Suhu Dinding Atap Dalam

30

Suhu Ruang Suhu Lingkungan

20

Waktu

Gambar. 4.3 Grafik pengukuran suhu variasi 1

Dari gambar pengukuran suhu pada variasi 1 terlihat bahwa suhu yang di dapatkan mengikuti pola suhu pada intensitas matahari dan berbanding terbalik dengan nilai kelembaban relatifnya.

Kelembaban Relatif (%)

80 70 60 50

Waktu Lingkungan

Ruang

Gambar 4.4 Grafik kelembaban ruang dan kelembabaan relatif Lingkungan variasi 1

Untuk kelembaban relatif lingkungan (di dapatkan dari data BMKG Gorontalo) dan data kelembaban ruang pada pengering rumah kaca variasi 1 terlihat lebih rendah dari kelembaban lingkungannya.

46

3.

Pengering ERK Variasi 2 Suhu Jagung

70

Suhu Bak Atas

Suhu (˚C)

60

Suhu Bak Bawah

50

Suhu Dinding Atap Luar

40

Suhu Dinding Atap Dalam Suhu Ruang

30

Suhu Lingkungan

20

Waktu

Gambar 4.5 Grafik pengukuran suhu pada variasi 2

Uji coba lapangan juga dilakukan selama tiga hari masing-masing mewakili satu variasi pada uji coba lapangan. Gambar 4.5 merupakan pengukuran suhu-suhu pada variasi 2 dimana suhu tertinggi terdapat pada bak pengering bagian atas pada jam 13.00 WITA dan suhu terendah pada suhu lingkungan pada


jam 17.00 WITA. 80 70 60 50

Waktu Lingkungan

Ruang

Gambar 4.6 Grafik kelembaban relatif lingkungan dan kelembaban relatif ruang pengering variasi 2

47

Pada Gambar 4.6 terlihat bahwa kelembaban ruang tetap pada nilai terendahnya sedangkan

kelembaban relatif lingkungan mengalami kenaikan

sampai dengan 74 % pada jam 17.00 WITA. 4.


70

Suhu (˚C)

Suhu Bak Atas

60

Suhu Bak Bawah

50

Suhu Dinding Atap Luar Suhu Dinding Atap Dalam Suhu Ruang

40 30

Suhu Lingkungan

20

Waktu

Gambar 4.7 Grafik pengukuran suhu pada pengering variasi 3


80 70 60 50

Waktu Lingkungan

Ruang

Gambar 4.8 Grafik kelembaban relatif lingkungan dan kelembaban ruang pengering variasi 3

Pada variasi 3 terlihat bahwa kelembaban ruang pengering tetap pada nilai terendahnya yaitu pada 58 % walaupun pada waktu yang sama nilai kelembaban lingkungannya naik sampai 76 %.

48

5.


70

Suhu Bak Atas

Suhu (˚C)

60

Suhu Bak Bawah

50


40 30

Suhu Lingkungan

20

Waktu

Gambar 4.9 Grafik pengukuran suhu pengering variasi 4 Hasil pengukuran sushu-suhu pada variasi 4 dapat dilihat pada, Gambar 4.9 dimana suhu -suhu tertinggi terdapat pada bak pengering dan suhu terendahnya pada atap bagian luar


80 70 60 50

Waktu Lingkungan

Ruang


Untuk kelembaban relatif ruang pada variasi 3 berada pada nilai yang lebih rendah dari pada nilai kelembaban pada variasi 1 dan 2 yaitu 51% sedangkan untuk nilai nkelembaban lingkungannya mengalami kenaikan lagi setelah jam 14.00 WITA.

49

6.

Pengering ERK Variasi 5

Suhu (˚C)

70

Suhu Jagung

60

Suhu Bak Atas

50

Suhu Bak Bawah Suhu Dinding Atap Luar Suhu Dinding Atap Dalam Suhu Ruang

40 30 20

Suhu Lingkungan

Waktu


Pengukuran suhu pada variasi 5 dapat dilihat pada gambar 4.11. dimana suhu tertinggi hanya 45 ˚C pada suhu ruangnya dan suhu lingkungannya mencapai 33 ˚C pada jam 13.00 WITA hal ini disebabkan karena bukaan pada variasi ini


adalah bukaan 0% sehingga mempengaruhi nilai kelembaban di dalam pengering. 80 75 70 65 60 55 50

Waktu Lingkungan

Ruang


Untuk kelembaban relatif ruang dan kelembaban relatif lingkungan pada variasi ini terlihat bahwa pada jam 12.00 nilainya hampir sama yaitu 58 % untuk kelembaban ruang dan 60 % kelembaban lingkungannya 50

7.


70

Suhu Bak Atas

Suhu (˚C)

60

Suhu Bak Bawah

50

30


20

Suhu Lingkungan

40

Waktu


Dari grafik 4.13 terlihat bahwa suhu pada bak aluminium variasi 6 memiliki nilai yang lebih besar dari pada 5 variasi lainnya yaitu mencapai 63˚C pada jam 12.00 sampai dengan jam 13.00. hal ini menyebabkan variasi ini terlihat lebih baik dari pada 5 variasi lainnya. Kelembaban Relatif (%)

80 70 60 50

Waktu Lingkungan

Ruang


Dari gambar 4.14 dapat dilihat bahwa nilai kelembaban ruang mempunyai nilai yang cukup stabil dari jam 13.00 sampai dengan jam 17.00 yaitu 56 % sedangkan untuk kelembaban lingkungannya tetap mengalami kenaikan seiring dengan menurunnya nilai intensitas matahari. 51

Dari grafik yang telah ditunjukkan pada gambar 4.3 sampai dengan 4.14, dapat dilihat bahwa suhu pada bak pengering kaca memiliki nilai lebih rendah di bandingkan suhu pada bak aluminium walupun perbedaannya relatif kecil, hal ini di karenakan pintu untuk mengeluarkan jagung yang di keringkan tidak terisolasi dengan baik sehingga terjadi rugi panas melalui pintu tersebut dan untuk variasi bukaan pada cerobong 2 sangat mempengaruhi nilai suhu pada jagung yang di buktikan dengan variasi 6 yang terlihat lebih baik dari 5 variasi lainnya. Rendahnya suhu lingkungan menunjukkan bahwa pada alat pengering terjadi perpindahan panas sehingga suhu di dalam pengering terakumulasi dan menjadi bernilai lebih tinggi apabila dibandingkan dengan suhu lingkungan (Bargach dkk, 2004). Suhu dari jagung memiliki nilai yang berbeda pada setiap variasi. Jagung akan memiliki nilai yang lebih tinggi apabila berada pada ruangan yang terdapat sirkulasi udara yang baik. Perbedaan suhu tertinggi jagung pada setiap variasi dapat dilihat pada tabel 4.1

Tabel 4.1 Nilai suhu jagung rata-rata pada enam variasi No

Variasi

Suhu (°C)

1

Variasi 1

41,2

2

Variasi 2

41,8

3

Variasi 3

42,5

4

Variasi 4

41,3

5

Variasi 5

40

6

Variasi 6

43

Besarnya nilai dari kelembapan di dalam pengering dipengarihi oleh adanya cerobong pada pengering. Pembuatan cerobong pada pengering tipe rumah kaca membuat udara ruangan dengan suhu yang tinggi serta mengandung uap air terlepas ke lingkungan. Dengan terlepasnya udara yang mengandung uap air maka kelembapan pada pengering dapat berkurang. Dengan demikian proses pengeringan bisa dilakukan menjadi lebih maksimal. Pemberian cerobong pada pengering tipe rumah kaca akan mengurangi uap jenuh pada ruang pengering 52

apabila dibandingkan dengan tipe rumah kaca tanpa cerobong sehingga, pengeringan dapat dilakukan dengan lebih efisien (Koyuncu, 2006). Sedangkan pengaruh dari tinggi dari cerobong perlu dilakukan penelitian lebih lanjut.

4.2

Perpindahan Panas Energi yang ada dalam pengering didefinisikan sebagai panas yang

masuk dikurangi dengan panas yang keluar. Panas yang masuk di sini adalah jumlah kalor radiasi yang masuk ke dalam pengering. Sedangkan panas yang keluar didefinisikan sebagai penjumlahan dari perpindahan kalor yang terjadi. Perpindahan kalor di sini terdiri dari konduksi dan konveksi, namun konveksi terjadi di jam – jam tertentu saja. 1. Pengering dengan bak kaca Kaca mempunyai nilai konduktivitas termal 1,05 W/m²k. Pada variasi ini radiasi pengering menggunakan bak kaca dengan tebal 5 mm. 2. Pengering dengan Bak alumunium Bak alumunium memiliki nilai suhu yang lebih baik karena nilai konduktivitas termalnya juga jauh lebih besar dari kaca. Tebal bak aluminium yang di gunakan adalam 3 mm. Perpindahan panas yang terjadi pada pengering tipe rumah kaca adalah radiasi, konduksi

dan konveksi. Untuk itu nilai perpindahan panas yang terjadi

pada pengeringan jagung ini dapat dilihat pada tabel 4.2 s/d tabel 4.4. Hasil perhitungan perpindahan panas pada pengering ini dapat dilihat pada lampiran 3.

53

Tabel 4.2 Nilai q konduksi pada enam variasi pengering Variasi Variasi bukaan 1. 2.

0% 100%

3.

50%

4

50%

5

0%

6

100%

Bak Pengering

Tempat

Konduktivitas q termal (k) konduksi (W/m.k) (W)

Atap (Dalam – Luar)

1.05

1925

Bak (Atas – Bawah)

1.05

1968.75


1.05

1691.67


1.05

1443.75


1.05

3062.5


1.05

2756.25

Kaca


1.05

2916.67

Alumunium


211

791166.7

Kaca


1.05

1429.16

Alumunium


211

589166.7

Kaca


1.05

1516.67

Alumunium


211

824833.3

Kaca Kaca Kaca

Pada Tabel 4.2 di atas dapat di simpulkan bahwa nilai q konduksi pada masing masing variasi yang berbahan kaca memiliki nilai q konduksi yang hampir sama sedangkan nilai q konduksi pada bahan alumunium memiliki nilai yang lebih tinggi dari pada kaca karena nilai konduktivitas termal (k) pada alumunium adalah 211 W/m.k.

54

Tabel 4.3 Nilai q konveksi pada enam variasi pengering Variasi Variasi bukaan

1. 2.

3.

0% 100%

50%

Kaca

Bak - Ruang

Koefisien konveksi (h) (W/m².k) 1.054

Kaca

Atap luar - Lingkungan Bak - Ruang

0.926 0.907

5.4 7.04

Atap luar - Lingkungan

1.216

8.05

Bak - Ruang

1.28

10.9


1.18

7.76

Bak Pengering

Kaca

Tempat

q konveksi (W) 8.6

4

50%

Alumunium Kaca

Bak - Ruang Atap luar- Lingkungan

239.8 1.2

1841 8.47

5

0%

Alumunium

Bak - Ruang

220

1215

Kaca


1.06

4.6

Alumunium

Bak - Ruang

237

1858

Kaca


1.22

6.59

6

100%

Untuk perpindahan panas yang terjadi secara konveksi yang di hitung adalah konveksi dari bak pengering menuju udara dalam ruang dan konveksi dari atap kaca bagian luar menuju udara lingkungan.

55

Tabel 4.4 Nilai q radiasi pada enam variasi pengering Variasi Variasi bukaan 1. 0% 2.

100%

3.

50%

Bak Pengering Kaca

Produk – Atap dalam

q radiasi (W) 398

Kaca

Atap luar - Lingkungan Produk – Atap dalam

382 401


388


404


388

Kaca

Tempat

4

50%

Alumunium Kaca

Produk – Atap dalam Atap luar- Lingkungan

398 388

5

0%

Alumunium


389

Kaca


371

Alumunium


415

Kaca


382

6

100%

Dari tabel 4.2 s/d tabel 4.4 dapat di simpulkan bahwa proses perpindahan panas terbaik pada pengering efek rumah kaca adalah panas konduksi, untuk perbandingan proses perpindahan panas konduksi, konveksi dan radiasi dapat dilihat pada gambar 4.15 dibawah ini. 1000000 100000

q (W)

10000 1000 100 10 1 Variasi 1 variasi 2 variasi 3 Variasi 4 Variasi 5 Variasi 6 Konduksi pada bak Konveksi dalam ruang Radiasi

Konduksi pada atap Konveksi ke lingkungan

Gambar 4.15 Grafik presentasi pemetaan proses perpindahan panas pada pengering efek rumah kaca 56

Dari presentasi pemetaan pada gambar 4.15. dapat di ketahui bahwa efek perpindahan panas yang lebih baik pada proses pengeringan efek rumah kaca adalah efek konduksi pada bak pengering dan efek terkecil adalah pada konveksinya, dan untuk efek radiasi mempunyai nilai yang hampir sama pada setiap variasi. Untuk variasi 1, 2 dan 3 menggunakan variasi bak kaca yang hasilnya menunjukan bahwa laju perpindahan panas terbaik pada variasi 3 yaitu bukaan 50 %, sedangkan untuk variasi 4, 5 dan 6 yang menggunakan variasi bak alumunium hasilnya menunjukan bahwa perpindahan panas terbaik adalah pada variasi 6 dengan bukaan 100%. Dari analisa tersebut juga dapat di simpulkan bahwa dengan mengunakan bak pengering alumunium selain menaikan nilai konduktifitas pada bak pengering juga akan menaikan nilai konveksi di dalam ruang pengering. 4.3. Laju Penguapan Laju penguapan pada proses pengeringan jagung dapat dilihat pada tabel 4.5 dan pada gambar 4.16. Hasil perhitungan Qe yang terjadi di dalam ruang pengering dapat dilihat pada lampiran 4.

Tabel 4.5 Laju penguapan Variasi

C (ln Co)

Qe

Mev (gram)

1

20743.74

2351.52201

1041.8795

2

30946.03

3117.743376

1381.3661

3

38561.13

3920.944077

1737.2370

4

31257.04

3203.837384

1419.5114

5

21375.48

2416.398076

1070.6238

6

40945.61

4212.143269

1866.2575

Dari tabel 4.5, dapat dilihat bahwa Qe terbesar adalah pada variasi 6 dan nilai Mev yang di dapatkan dari perhitungan matematis mempunyai nilai yang hampir sama dengan data eksperimental yaitu massa awal di kurangi massa akhir jagung dalam satuan gram.

57

4212 J/m².s

1866 gram

1

2

3

4

5

6

Variasi Qe

Mev

Gambar 4.16 Grafik laju perpindahan panas yang berguna untuk penguapan kadar air (Qe) dan massa terevaporasi (Mev) Adapun dari grafik laju penguapan pada gambar 4.16 terlihat bahwa nilai Qe pada variasi 6 adalah lebih besar dari pada 5 variasi lainnya, sedangkan nilai terendah dari Qe adalah pada variasi 1. Akan tetapi dari gambar 4.16 juga dapat di simpulkan bahwa pengeringan terbaik untuk bak pengering yang menggunakan kaca adalah dengan bukaan 50% pada variasi 3, sedangkan untuk bak alumunium pengeringan terbaik selalu pada bukaan 100 % yaitu pada variasi 6. 4.4. Efisiensi 1.

Efisiensi Pengeringan Efisiensi pengeringan untuk setiap variasi dapat dilihat pada tabel 4.6 dan

pada gambar 4.17. perhitungan untuk efisiensi dapat dilihat pada lampiran 5. Tabel 4.6 Efisiensi pengeringan Efisiensi pengeringan (%) Variasi 1

Variasi 2

Variasi 3

Variasi 4

16%

21 %

15 %

20.9 %

58

Variasi 5 Variasi 6 9%

18 %

Dari Tabel 4.6 terlihat bahwa efisiensi pengeringan untuk keenam variasi pengering tersebut hampir sama. Akan tetapi efisiensi pengeringan terbaik untuk bak kaca terdapat pada pengeringan menggunakan variasi 2 bukaan 100 % dan efisiensi pengeringan terbaik untuk bak alumunium pada variasi 4 dengan bukaan 50 %, hal ini di sebabkan oleh perbedaan suhu antara bak kaca dan atap bagian dalam pengering hanya memiliki perbedaan suhu yang kecil, sementara pada variasi 6 suhu pada bak alumunium memiliki selisih lebih besar dari pada suhu pada atap pengering.

2. Efisiensi alat pengering Dari analisa efisiensi alat pengering jagung efek rumah kaca, didapatkan hasil sebagai berikut.

Tabel 4.7 Efisiensi alat pengering Efisiensi pengering (%) Variasi 1 5.3 %

Variasi 2

Variasi 3

Variasi 4

4.7 %

4.5 %

11 %

Variasi 5 Variasi 6 11 %

11 %

Dari analisa perhitungan dapat diketahui bahwa efisiensi pengering cenderung turun terhadap efisiensi pengeringan. Efisiensi yang dihasilkan menunjukkan nilai yang kecil, dikarenakan ruangan di dalam rumah kaca tidak digunakan seluruhnya untuk mengeringkan jagung. Massa jagung yang digunakan untuk percobaan hanya 5 kg sedangkan kapasitas muat dari pengering adalah 15 kg (untuk pengeringan lapisan tipis), sehingga energi input (radiasi matahari) yang tidak mengenai jagung terbuang begitu saja dan hal ini menyebabkan nilai efisiensi yang dihasilkan oleh alat pengering relatif kecil.

59

30

Efisiensi (%)

21 20 11 10

0 1

2

3

4

5

6

Variasi Efisiensi pengering

Efisiensi pengeringan

Gambar 4.17 Grafik perbandingan efisiensi alat pengering dan efisiensi pengeringan

Dari analisa efisiensi alat pengering dan efisiensi pengeringan memiliki perbedaan yang cukup besar, dari grafik 4.17 juga dapat disimpulkan bahwa efisiensi pengeringan terbaik adalah pada variasi 2, hal ini disebabkan karena perbedaan suhu pada bak pengering dan ruang pengering tidak begitu besar dan pada variasi 6 memiliki perbedaan yang lebih besar karena menggunakan bak alumunium sedangkan efisiensi dari alat pengering terbaik adalah pada variasi 6 walaupun rata – rata intensitas matahari pada variasi ini lebih kecil dari 5 variasi lainnya.

4.5. Laju pengeringan 1. Massa Sebelum proses pengeringan jagung di timbang terlebih dahulu, jagung yang di uji cobakan adalah seberat 5kg jagung basah kemudian di keringkan dalam waktu 9 (sembilan) jam yaitu dari jam 09.00 s/d 17.00 WITA. Hasil pengukuran rata-rata massa jagung sebanyak 6 kali yang diukur sebelum dan sesudah pengeringan, hasil tersebut dapat dilihat pada table 4.8 di bawah ini.

60

Tabel 4.8 Massa jagung sebelum dan sesudah pengeringan No.

Massa (kg)

Jenis pengeringan

Sebelum

Sesudah

1

Pengeringan Tradisional

5

4,485

2

Variasi 1

5

4

3

Variasi 2

5

3,7

4

Variasi 3

5

3,2

5

Variasi 4

5

3,67

6

Variasi 5

5

3,9

7

Variasi 6

5

3,1

2. Kadar Air Kadar air jagung pipilan sesuai standart SNI nomor 01-03920-1995 adalah 13-14%. kadar air awal yang ada dalam jagung pipilan ketika sebelum pengeringan adalah sebesar 20,7%. Setelah dilakukan pengeringan dengan berbagai jenis pengeringan, maka kadar air akhir yang didapatkan setelah dilakukan pengeringan ditunjukkan oleh Tabel 4.9. Pada penelitian ini, nilai kadar air yang dihasilkan hampir sama pada enam variasi. Namun kadar air akhir yang paling sedikit dimiliki oleh jagung yang menggunakan bak alumunium bukaan 100%. Tabel 4.9 Kadar air jagung sebelum dan sesudah pengeringan No. Kadar air (%) Jenis pengeringan Sebelum

Sesudah

1

Pengeringan Tradisional

20,7

18,2

2

Variasi 1

20,7

15,7

3

Variasi 2

20,7

14,3

4

Variasi 3

20,7

13,7

5

Variasi 4

20,7

13,9

6

Variasi 5

20,7

14,7

7

Variasi 6

20,7

12,9

61

Dari tabel 4.8 dan tabel 4.9 massa dan kadar air, terlihat bahwa penurunan massa dan kadar air terbesar adalah pada variasi 6 dengan massa awal 5 kg dan massa akhir 3,1 dan kadar air awal 20,7 % menjadi 12,9 % yaitu hampir sesuai dengan kadar air jagung yang di anjurkan sesuai SNI yaitu 13 %. Dengan waktu pengeringan selama 9 (sembilan) jam yakni jam 9.00 sampai dengan jam17.00 WITA. Akan tetapi untuk penelitian selanjutnya perlu di lakukan pengurangan waktu pengeringan agar kadar air jagung yang di keringkan lebih sesuai dengan standart SNI No. 01-03920-1995 yaitu 13% 3. Pengaruh variasi pengering terhadap Laju Pengeringan Setelah mengetahui perbandingan nilai massa dan kadar air jagung sebelum dan sesudah proses pengeringan kemudian mencari grafik nilai penurunan massa dan kadar air sebelum dan sesudah pengeringan. Nilai penurunan tersebut dapat dilihat pada gambar 4.18 Massa

Kadar air 7.8 %

1900 gram

1

2

3

4

5

6

Variasi Gambar 4.18 Grafik nilai penurunan massa dan kadar air pada setiap variasi pengeringan Dari gambar 4.18. dapat dilihat bahwa dari enam jenis variasi yang telah di tentukan, variasi 6 dengan bak alumunium bukaan 100% memiliki nilai kadar air akhir yang paling kecil. Yang berarti nilai penurunannya lebih besar. Hal tersebut dikarenakan menggunakan bak pengering dari alumunium dan semakin besar bukaan cerobongnya maka akan mengurang nilai kelembaban relatif dalam ruang sehingga mempercepat proses pengeringan . 62

Semakin besar bukaan cerobong pada pengering maka laju pengeringan semakin meningkat. Hal tersebut dikarenakan makin rendah kelembaban relatif ruangannya maka makin tinggi energi panas yang dibawa udara sehingga makin banyak jumlah massa cairan yang diuapkan dari permukaan jagung. Hal ini menyebabkan tekanan uap air di dalam bahan lebih tinggi dari pada tekanan uap air di udara, sehingga terjadi perpindahan uap air dari bahan ke udara/ perpindahan massa. Setelah mengetahui Qe dan moisture evaporated (Mev) pada setiap variasi kemudian dibandingkan dengan data laju pengeringan yang di ambil saat penelitian dalam hal ini penurunan massa terhadap waktu. Data untuk laju pengeringan dapat dilihat pada lampiran 6.

5.5

kg/jam

5 4.5 4 3.5 3 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Jam ke-

.

Variasi 1 Variasi 4

Variasi 2 Variasi 5

Variasi 3 Variasi 6

Gambar 4.19 Grafik laju pengeringan untuk 6 variasi

Dari setiap variasi, laju penguapan memiliki nilai yang berbeda. Hal ini dikarenakan perpindahan panas yang terjadi saat pengeringan pada tiap jam memiliki nilai yang berbeda serta temperatur yang mempengaruhi perpindahan panas pada tiap waktu mempunyai nilai berbeda tiap jamnya. Beberapa nilai laju pengeringan memiliki nilai tertinggi di jam yang sama dengan nilai tertinggi dari intensitas radiasi matahari. Hal ini terjadi karena intensitas radiasi matahari merupakan sumber panas utama dari proses pengeringan dengan menggunakan pengering tipe rumah kaca. Laju pengeringan tercepat adalah pada variasi 6 63

karena mempunyai massa akhir yang paling kecil sebaliknya laju pengeringan terlama adalah pada variasi 1 karena mempunyai massa akhir yang lebih besar.

4.6. Panas yang Tersimpan Panas yang tersimpan diukur setelah proses pengeringan yaitu dari pukul 17.00 sampai dengan 22.00 WITA. Dari hasil pengukuran yang dilakukan di peroleh data variasi pengeringan penyimpan panas terbaik adalah pada variasi 2 dengan suhu lingkungan yang lebih rendah dari variasi lainnya namun memiliki tingkat penyimpan panas yang lebih baik. Data tersebut dapat dilihat pada lampiran 7. 32

Suhu

30 28 26 24 1

2

3

4

5

Jam keSuhu atap dalam Suhu ruang Suhu lingkungan

Suhu bak atas Suhu dinding dalam

Gambar 4.20 Grafik suhu setelah proses pengeringan variasi 2

4.7. Analisis Panas yang Berguna (𝑸𝒖 ) dan Panas yang Hilang (𝑸𝒍𝒐𝒔𝒔 ) Berdasarkan data-data yang telah diperoleh selanjutnya dilakukan perhitungan untuk dapat pengetahui performansi dari pengering efek rumah kaca. Dari analisa panas yang digunakan pada pengering diketahui bahwa panas masuk terbesar saat variasi 3 yaitu 21251.11 Watt sedangkan panas yang digunakan terbesar pada variasi 6 yaitu 2168.73 Watt sedangkan rugi panas terbesar pada variasi 3 yaitu 753.7565 W. Untuk analisis perhitungan dapat dilihat pada lampiran 8 dan untuk mengetahui performansi dari pengering efek rumah kaca dapat dilihat pada tabel 4.10 berikut ini. 64

Tabel 4.10 Analisa panas yang berguna (Qu) dan total rugi panas pada pengering (Utotal ). Qu+ Variasi Qin Qu 𝑼𝒂 𝑼𝒔 𝑼𝒃 𝑼𝒅 Utot Utot 18152 20565 331. 197. 131. 147. 659. 21224 `1 .39 .07 0957 0808 3872 8106 5636 .63 20319 11176 325. 193. 129. 290. 648. 11824 2 .13 .67 3573 6651 11 4976 1324 .8 21251 15647 378. 225. 150. 337. 753. 16401 3 .11 .33 3798 2261 1507 8391 7565 .09 20484 11400 165. 98.5 65.6 147. 329. 11729 4 .71 .2 5478 4038 9359 8106 7818 .98 19108 15423 216. 129. 86.0 193. 431. 15855 5 .02 .8 7682 0287 1912 543 816 .62 18086 21682 319. 190. 126. 285. 635. 22318 6 .15 .73 2561 0334 6889 0501 9785 .71 4.8. Neraca Massa dan Energi Dari hasil pengukuran dan perhitungan diketahui bahwa suhu pada neraca massa dan energi terbaik adalah pada variasi 6. Untuk mengetahui hasil perhitungan keseluruhan dapat dilihat pada lampiran 9 dan untuk mengetahui perbandingan data yang diperoleh dari pengukuran dan hasil analisis pada variasi 6 dapat dilihat pada gambar 4.21 dan 4.22 dibawah ini.

Gambar 4.21. Grafik pengukuran suhu pada proses pengeringan variasi 6

Dari data hasil pengukuran tersebut kemudian dapat di bandingkan dengan hasil analisis yang diperoleh dari perhitungan yang diolah kedalam bentuk matriks dan kemudian dipresentasikan kedalam sebuah grafik pada gambar 4.22 dibawah ini.

65

66

67

Gambar 4.22. Grafik analisis suhu pada variasi 6

Dari gambar 4.21 dan gambar 4.22 dapat disimpulkan bahwa suhu yang diperoleh dari pengeringan hasil analisis lebih kecil dari pada pengukuran suhu yang diperoleh saat uji coba, hal ini dikarenakan pada saat perhitungan laju aliran udara yang digunakan adalah 2 m/s, jika harga diperbesar menjadi 3.5 m/s maka hasil perhitungan akan mendekati hasil pengukuran. Dengan demikian dapat diketahui laju aliran udara di dalam system pengering untuk variasi 6 adalah 3.5 m/s.

68

4.9.

Analisis Biaya Dari analisis ekonomi yang di lakukan di mulai dari uraian kegiatan

panen dan pasca panen di lokasi pengembangan jagung di wilayah Gorontalo. Uraian kegiatan yang di lakukan adalah pemanenan, pemipilan, pengeringan dan terakhir penjualan.

Tabel 4.11 Biaya tetap (BT). No

Kegiatan

Jumlah TK

Biaya (Rp)

(orang) 1

2

Panen/ petik tongkol -

Tenaga kerja upahan

2

1.400.000,00

-

Tenaga kerja keluarga

2

800.000,00

2

500.000,00

-

800.000,00

2

1.000.000,00

Angkut tongkol -

3

Pemipilan -

4

Tenaga upahan

Mesin pemipil

Pengeringan -

Operator pengeringan

5

Moisture meter DM-1686

-

3.800.000,00

6

Pembersihan lahan/ha

1

2.000.000,00

7

Sewa pekerja pemupukan (4 hari)

1

200.000,00

8

Sewa pekerja untuk penanaman (7 hari)

4

1.400.000,00

TOTAL

11.900.000,00

Tenaga kerja upahan di hitung harian Rp 50.000 /hari sedangkan tenaga kerja keluarga di hitung Rp 25.000/hari selama 7 (tujuh) hari kerja, sewa alat pemipil jagung Rp 4000/karung untuk 200 karung jagung yang sudah di pipil dari luas lahan 1 (satu) hektar yang hasil panennya mencapai 12 ton. Kapasitas pengering adalah 2 ton/ hari dan harga jual jagung kering yang sudah di pipil adalah Rp 2500/kg, untuk sewa pekerja /hari adalah Rp. 50.000/Orang. Analisis biaya alat dapat dilihat pada table 4.11 di bawah ini.

69

Tabel 4.12 Biaya tidak tetap (BTT). No

Kegiatan

Jumlah

Biaya (Rp)

(kg) 1

Membeli bibit

20

1.000.000,00

2

Membeli pupuk

20

460.000,00

TOTAL

1.460.000,00

Untuk mendapatkan hasil panen yang baik petani jagung menggunakan 4 sak pupuk phonska dan 20 kg bibit jagung.

Tabel 4.13 Analisis biaya pembuatan alat pengering ERK. No

Data dan analisis

Satuan

1

Harga/ unit

(Rp)

2

Umur ekonomi

(thn)

Pengering ERK 100.000.000,00 10

Hasil analisis 3

Biaya tetap

4

Biaya tidak tetap

5

Biaya pokok

6 7

(Rp/panen) (Rp/kg)

11.900.000,00 991,67

(Rp/panen)

13.360.000.00

Uang yang diterima/ panen

(Rp)

49.832.500,00

BEP

(Rp)

19.832.500,00

Dari analisis biaya pada tabel 4.12 biaya untuk membeli alat pengering efek rumah kaca ini dapat di buat 3 kali cicilan selama 1 (satu) tahun dengan angsuran Rp 33.333.333/panen, jadi keuntungan panen jagung untuk tahun pertama adalah 3.139.167/ panen dan 9 (sembilan) tahun berikutnya petani jagung dapat menikmati semua uang yang diterima pada setiap panen jagung.

70

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang di dapatkan dari penelitian ini berdasarkan data – data yang telah diolah adalah :  Variasi bukaan cerobong mempengaruhi kelembaban relatif di dalam ruang pengering dimana semakin besar bukaan cerobong maka semakin baik sirkulasi udara di dalam pengering sehingga selain mengurangi kelembaban relatif di dalam ruang pengering juga dapat mempercepat laju penguapan  Perpindahan panas terbesar pada pengering tipe rumah kaca adalah perpindahan panas konduksi pada bak pengering alumunium yaitu sebesar 824833,3 W.  Laju perpindahan panas yang berguna untuk penguapan kadar air (Qe) dan massa terevaporasi (Mev) terbaik sesuai analisis adalah pada variasi 6 dimana Qe 4212.143269 J/m².s dan Mev 1,866 kg.  Efisiensi pengeringan terbaik adalah pada variasi 2 dengan bukaan 100 % menggunakan bak kaca yaitu 21 % sedangkan efisiensi alat pengering terbaik pada variasi 6 dengan bukaan 100 % menggunakan bak alumunium yaitu 11 %.  Massa awal jagung sebelum dilakukan proses pengeringan adalah 5 kg, variasi pengeringan yang mengalami penurunan massa terbesar adalah pada variasi 6 yaitu 3,1 kg dan untuk penurunan kadar air akhir jagung yang paling besar adalah pada variasi 6 yaitu 12,9 % yang artinya nilai tersebut hampir mendekati 13 % sesuai standart SNI nomor 01-03920-1995, dimana waktu pengeringan di lakukan selama 9 jam yaitu dari jam 09.00 sampai dengan 17.00 WITA.  Dari hasil pengukuran pengeringan yang menyimpan panas terbaik adalah pada variasi 2 dengan suhu lingkungan terendah yaitu 26 ˚C pada pukul 22.00 WITA dan suhu bak pengering teredah yaitu 27,3 ˚C pada jam yang sama.

71

 Analisis panas yang berguna (Qu) terbaik adalah pada variasi 6 yaitu sebesar 2168.73 Watt dan analisis panas yang hilang (Qloss) yang di hitung dari total rugi panas (Utotal) terbesar adalah pada variasi 3 yaitu 753.7565 Watt.  Suhu pengeringan yang diperoleh dari hasil analisis lebih rendah dari pada pengukuran suhu yang diperoleh pada saat uji coba.  Laju aliran udara di dalam system pengering untuk variasi 6 adalah 3.5 m/s.  Total biaya pembuatan alat pengering efek rumah kaca (ERK) adalah Rp. 1.200.000,00- dengan kapasitas 15 kg jagung pipilan, sedangkan untuk kapasitas 2 ton jagung pipilan yaitu seharga Rp. 100.000.000,00-.

5.2

Saran Saran untuk perbaikan pada penelitian ini adalah jika akan memulai

penelitian, alat ukur yang di gunakan haruslah lengkap sesuai dengan fungsinya masing – masing dan sebaiknya di buat desain yang lebih besar untuk kapasitas yang lebih banyak.

72

DAFTAR PUSTAKA Badan Meteorologi klimatologi dan geofisika (BMKG), 2010, Data radiasi matahari, suhu lingkungan wilayah bone bolango dan kelembaban lingkungan wilayah bone bolango, tanggal 10 Februari – 20 Februari 2014. Badan Pusat Informasi Jagung, 2010, Produksi Jagung di Gorontalo, Artikel diakses tanggal 12 Januari 2014 pukul 11.10 WITA http://bpij.gorontalo.go.id. Badan Meteorologi klimatologi dan geofisika (BMKG). 2010, Iklim di wilayah Gorontal, Artikel diakses tanggal 12 Januari 2014 pukul 11.00 WITA. http://bmkg.gorontalo.go.id. Badan Pusat Statistik Gorontalo (BPS), 2011, Rata-rata harga jagung hibrida di Gorontalo tahun 2010 http://bps.gorontalo.go.id. Condori M. R., Echazu L., Saravia, 2001. Solar drying of sweet pepper and garlic using the tunnel greenhouse drier. Renewable Energy Vol. 22 447–460. Ekechukwe, O.V, 1997, Review of solar-energy drying systems I: an overview of drying principles and theory. Energy Conversion and ManagementVol. 40 page593–613. Ekechukwe, O. V. dan Norton, B, 1999, Review of solar energy drying systems II: An overview of solar drying technology. Energy Conversion and Management.Energy Conversion & Management Vol.40page615-655. Elicin, A. K. danSacilik, K, 2005, An experimental study for solar tunnel drying of apple.TarimBilimleridergisi Vol. 11 page207-211. Fudholi, A., Sopian, K., Ruslan, M. H., Alghoul, M. A., Sulaiman, M. Y, 2009, Review of solar dryers for agricultural and marine products. Renewable and Sustainable Energy Reviews Vol. 14 page1-30. Gbaha P., Andoh H. Y., Saraka J. K., Koua B. K., Toure S. 2007, Experimental investigation of a solar dryer with natural convective heat flow, Renewable Energy Vol. 32 page1817–1829. Hasibuan, R., 2005, Proses Pengeringan. FakultasTeknik Kimia. Universitas Sumatera Utara, Medan. Hartuti, Nurdan Sinaga, R. M., 1997, Pengeringan cabai. Balai Penelitian Tanaman Sayuran Pusat Penelitian Dan Pengembangan Hortikultura Badan Penelitian Dan Pengembangan Pertanian. Bandung. Incropera, Frank P. dan Dewitt, David P., 1996, Fundamentals of Heat and Mass Transfer. United States: John Willey & Sons.

73

Janjai, S. 2010, Experimental and simulated performance of a PV- ventilated

solar greenhouse dryer for drying of peeled longan and banana, Solar Energy Madhlopa, A., Ngwalo G. 2007, Solar dryer with thermal storage and biomass-backup heater. Solar Energy Vol. 81page 449–462. Mumba, J., 1996, Design and development of solar grain dryer incorporating photovoltaic powered air circulation. Energy Conversion & Management Vol. 6 page 855-862. Murthy, M.V. Ramana, 2008, A review of new technologies, models and experimental investigations of solar driers. Renewable and Sustainable Energy Reviews Vol. 13 page835–844.

Nelwan, 1997, Kinerja Fungsional Pengering Cengkeh tipe rak berputar Menggunakan Efek Rumah Kaca. Yayienda, Nibras, 2013, Studi Eksperimental Sistem Pengering Tenaga Matahari Tipe Rumah Kaca Dengan Variasi Jarak Cermin Dalam Pengering, Surabaya. Ong, K. S., 1999, Solar dryers in Asia-Pacific region. Renewable Energy Vol. 16 page779-784. Putra, C. S., 2008, Perancangan dan pengujian distilasi air laut tipe atap menggunakan energy surya. FakultasTeknik. Universitas Sumatera Utara, Medan.

Putri, Indriyati, 2013, Studi eksperimental system pengering tenaga surya menggunakan tipe green house dengan kotak kaca. Surabaya. Rosa, Yazmaendra, 2007, Pengering gambir dengan memanfaatkan energy surya, Jurnal Teknik Mesin Vol 3 No. 1 Sadodin, S, 2009, Numerical Investigation Of A Solar Greenhouse Tunnel Drier For Drying Of Copra Setiawan, Budi, 2008, Analisis Performansi Prototipe Pengering Jamur Kuping Dengan Memanfaatkan Efek Rumah Kaca Dan Energi Suplemen Dari Biobriket Limbah Log Bag. Sharma, S. J., Sharma V. K., Ranjana J. H. A., Ray R. A., 1990, Evaluation of the performance of a cabinet type solar dryer. Energy Conversion & Management Vol. 1 page 111-119.

Taufik, Muhamad, 2004, Pengaruh Temperatur Terhadap Laju Pengeringan Jagung Pada Pengering Konvensional Dan Fluidized Bed. Skripsi, Fakultas Reknik Universitas Sebelas Maret.

74

Titahelu, Nicolas, 2010, Eksperimen Pengaruh Beban PanasTerhadap Karakteristik Perpindahan PanasOven Pengering Cengkih. Jurnal Teknologi, Volume 7 Nomor 1, 2010; 744 -750. Triwahyudi, Sigit, Functional Performance of Hybrid-Green House Effect (GHE) Solar Dryer with Rotating Rack for Clove Drying). Tiwari, Anwar, 1997, Evaluation Of Convective Heat Transfer Coe•Cient In Crop Drying Under Open Sun Drying Conditions. Tiwari, G. N., Bhatia P. S., Singih A. K., Goyal R.K., 1997, Analytical studies of crop drying cum water heating system. Energy Conversion & Management Vol. 38 page751-759. Tiwari, G. N., Bhatia P. S., Singh A. K., Sutar R. F., 1994, Design parameters of a shallow bed solar crop dryer with reflector, Energy Conversion & Management Vol. 35 page 535-542. Umar, Sudirman, 2010, Teknologi alat dan mesin pasca panen sebagai komponen pendukung usaha tani jagung di lahan kering Kalimantan Selatan, Embryo Vol 7 No. 2 Zulidar, Juliana, 2011, Penentuan Kadar Air Pada Mie Instan Di Pt Indofood CbpSuksesMamurTbk Medan.

75

TESIS TF STUDI EKSPERIMEN PERPINDAHAN PANAS PADA PENGERING JAGUNG TIPE RUMAH KACA DENGAN DUA CEROBONG PENGHAWAAN

Recommend Documents