KAJI EKSPERIMENTAL SISTEM PENGERING HIBRID ENERGI SURYA-BIOMASSA UNTUK PENGERING IKAN

ISSN 2302-0245 pp. 1- 7

Jurnal Teknik Mesin Pascasarjana Universitas Syiah Kuala

KAJI EKSPERIMENTAL SISTEM PENGERING HIBRID ENERGI SURYA-BIOMASSA UNTUK PENGERING IKAN Muhammad Zulfri1, Ahmad Syuhada2, Hamdani3 1)

Magister Teknik Mesin Pascasarjana Universyitas Syiah Kuala Banda Aceh 2,3) Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala

Abstrak: Salah satu metode memperpanjang umur simpan ikan adalah dengan cara menurunkan kadar air hingga di bawah 10% basis basah menggunakan sistem pengering. Proses pengeringan ikan secara alami mempunyai beberapa kekurangan seperti: waktu yang lama, perlu beberapa kali proses pembalikan dan kurang higienis. Sedangkan permasalahan pada alat pengering surya adalah kemampuan alat pengering untuk mengeringkan produk sangat dibatasi oleh fluktuasi radiasi surya. Berdasarkan alasan tersebut pada penelitian ini telah dibuat prototipe alat pengering tipe rak yang memadukan energi surya dan biomassa. Sistem pengering yang dirancang untuk kapasitas 15 kg mempunyai komponen: kolektor surya plat datar, ruang pengering dan ruang pembakaran biomassa. Dalam penelitian ini digunakan enam jenis ikan yaitu ikan bandeng, ikan gembung, ikan talang, ikan tenggiri dan ikan krapu. Dari pengujian yang dilakukan dengan berat ikan awal rata-rata 120 gram, didapatkan bahwa pengeringan menghasilkan penurunan berat menjadi 60 gram (50%) setelah dikeringkan selama 18 jam. Temperatur udara pengering dalam ruang pengering bevariasi antara 30 sampai 620C. Temuan lain adalah bahwa temperatur plat kolektor plat datar pada musim hujan hanya mencapai 54oC. Kata Kunci: Pengering ikan, hibrid, energi surya-biomassa, kandungan air

Fluktuasi hasil panen dan tangkapan ikan

energi panas yang digunakan murah dan

laut yang sulit diprediksi

berlimpah, namun demikian, kerugiannya

sebagian

dari

masalah

merupakan yang

sering

antara lain panas matahari tidak terus-

dihadapi para petani tambak dan nelayan

menerus ada sepanjang hari dan temperatur

tradisional di Aceh. Pada musim-musim

konstan tidak dapat diatur sehingga lama

tertentu, hasil panen sangat melimpah

penjemuran sukar ditentukan.

sehingga harga mengalami penurunan dan ikan

yang

tidak

dapat

dijual

pun

Walaupun

demikian,

pemanfaatan

energi panas matahari yang digunakan

membusuk. Kendala akibat proses alam ini

untuk

kemudian diatasi menggunakan metode

perikanan masih menghadapi berbagai

pengeringan ikan sehingga sumber daya

masalah, diantaranya adalah perubahan

protein ikan dapat disimpah dalam waktu

cuaca dan musim masalah lain yang

yang lebih lama. Secara umum, proses

dijumpai oleh petani tambak dan nelayan

pengawetan

metode

untuk kebutuhan pengering ikan yang

memanfaatkan

berkapasitas besar dengan energi matahari

pengeringan panas

menggunakan tradisional

matahari.

Penggunaan

proses

pengeringan

hasil-hasil

energi

membutuhkan lahan penjemuran yang

matahari memberikan keuntungan karena

besar. Sehingga untuk mengatasi hal ini Volume 1, Tahun I, No. 1, Agustus 2012

- 1


digunakanlah

energi

hasil

yang dikeringkan kehilangan sebahagian

pembakaran menggunakan bahan bakar

atau keseluruhan air yang dikandungnya.

lainnya. Sistem yang umum digunakan

Proses utama yang terjadi pasca proses

dalam

hasil

pengeringan adalah penguapan. Penguapan

perpindahan

terjadi apabila air yang dikandung oleh

panas secara konveksi melalui sirkulasi

suatu bahan teruap, yaitu apabila panas

udara panas dari ruang bakar ke ruang

diberikan kepada bahan tersebut. Panas ini

pengering.

dapat diberikan melalui berbagai sumber,

teknologi

perikanan

panas

pengeringan

memanfaatkan

Hal ini mendasari dibuatnya satu unit

seperti kayu api, minyak dan gas, arang

sistem pengering tipe rak untuk pengering

baru ataupun tenaga surya. Pengeringan

ikan menggunakan sumber energi surya

juga dapat berlangsung dengan cara lain

dan

yaitu dengan memecahkan (Hasibuan,

biomassa.

Penggunaan

ruang

pengering

bertujuan

menjaga

pengering

terhindar

dari

kontaminasi

Pengeringan atau dehidrasi bahan,

sedangkan

penggunaan

berarti menghilangkan kandungan air dari

dengan

debu,

biomassa

bagian dalam bahan ke permukaan dan

kelangsungan proses pengeringan berjalan

kemudian untuk menguapkan air ini dari

kontinu pada saat energi surya tidak

permukaan

tersedia. Adapun inti dari penelitian ini

Pengeringan

adalah untuk melakukan kaji eksperimental

perpindahan

terhadap sistem pengering hibrid yang

kompleks serta sangat tergantung pada

memanfaatkan energi surya dan biomassa

parameter

untuk proses pengeringan ikan.

Adapun

kelembaban dan kecepatan aliran udara;

untuk

sifat-sifat bahan yang dikeringkan seperti

mengkaji proses pengeringan ikan dengan

karakteristik permukaan (permukaan kasar

memanfaatkan

dan

atau halus), komposisi kimia (gula, pati,

ikan

dll) struktur fisik (porosity, kerapatan dll);

menguji

khusus

untuk

2005).

menjaga

tujuan

bertujuan

produk

penelitian

energi

sistem

ini

terbarukan pengering

menggunakan proses pengeringan hibrid energi surya-biomassa.

bahan

yang

dikeringkan.

merupakan panas

dan

eksternal

massa

seperti

proses yang

suhu,

ukuran dan bentuk produk (Vijay, 2011). Laju pergerakan air dari dalam produk ke udara luar berbeda-beda menurut jenis

TEORI PENGERING DAN TEKNOLOGI PENGERINGAN IKAN

Pengeringan

adalah

proses

penghidratan, yang berarti menghilangkan air dari suatu bahan. Proses pengeringan atau penghidratan berlaku apabila bahan

produk dan sangat tergantung pada apakah bahannya bersifat higroskopis atau nonhigroskopis.

Material

non-higroskopis

dapat dikeringkan hingga pada tingkatan kelembaban

nol

sementara

bahan

higroskopis, seperti kebanyakan produk 2-

Volume 1, Tahun I, No. 1, Agustus 2012


makanan, akan selalu memiliki kadar air sisa.

Kandungan

bahan

menurunkan kadar air dalam tubuh ikan.

merupakan

Tubuh ikan yang mengandung banyak air,

kelembaban terikat (tetap) di dalam bahan,

menjadi media yang sangat cocok bagi

karena ditutup kapiler atau karena uap air

pertumbuhan bakteri pembusuk maupun

terikat di dalam bahan karena adanya

mikroorganisme lain. Sehingga melalui

tegangan permukaan air. Ketika bahan

penurunan kadar air, aktivitas bakteri akan

higroskopis terkena udara, ia akan dapat

terhambat dan proses pembusukan dapat

menyerap kandungan air atau uap air

dicegah. Menurut Afifah (2009), dua jenis

malah melepaskan air tergantung pada

sistem pengering yang sering digunakan

kelembaban relatif udara. Keseimbangan

yaitu pengering temperature rendah dan

Kandungan Air (Equilibrium Moistures

pengering temperature tinggi. Pengeringan

Content = EMC) akan segera dicapai bila

temperatur rendah umum digunakan oleh

tekanan uap air dalam bahan menjadi sama

masyarakat Eropa Utara dan sekitarnya,

dengan tekanan parsial air di udara

dimana suhu udara relatif rendah. Pada

sekitarnya. Oleh karena itu, EMC, menjadi

suhu

faktor penting dalam pengeringan karena

pembusuk mengalami hambatan, bahkan

ia adalah kandungan air minimum dimana

terhenti sama sekali. Pada temperatur yang

material dapat dikeringkan.

lebih tinggi, yaitu antara 80 hingga 90ºC,

higroskopis

bisa

air jadi

dalam

Proses pengeringan ikan bertujuan

Tingkat pengeringan konstan untuk

0oC

dibawah

aktivitas

bakteri

aktivitas bakteri pembusuk, jamur, maupun

bahan non-higroskopis dan higroskopis

enzim

juga

mengalami

adalah sama sementara periode tingkat

Beberapa variasi kedua cara diatas lazim

penurunan sedikit berbeda. Untuk bahan

dilakukan dalam bentuk penggunaan udara

non-higroskopik, dalam periode tingkat

panas

turun, tingkat pengeringan berjalan terus

menggunakan

menurun kadar air sampai menjadi nol.

menggunakan

Dalam bahan higroskopis, periode tingkat

menggunakan panas seperti pada proses

jatuh mirip sampai air terikat benar-benar

pengasapan dan perebusan.

melalui

penghentian.

mechanical proses

tekanan

dryer, osmosa,

mekanis

dan

habis. maka lebih lanjut menurun dan

Pada penerapan teknologi pengeringan

beberapa air yang terikat dihilangkan, ini

ikan oleh masyarakat pesisir Aceh, masih

berlanjut sampai tekanan uap material

sering dijumpai lalat dan debu selama

menjadi

uap

prosesnya. Hal ini dapat diatasi dengan

pengeringan udara. Ketika keseimbangan

penggunaan alat pengering mekanis, namun

ini mencapai maka tingkat pengeringan

penggunaan alat tersebut masih kurang

menjadi nol.

menarik bagi pengolahan ikan asin, karena

sama

dengan

tekanan

harus mengeluarkan biaya ekstra untuk listrik Volume 1, Tahun I, No. 1, Agustus 2012

- 3


dan kapasitasnya terbatas

(Irianto, Soesilo,

di dalam. Bersamaan dengan keringnya

2007). Pada dasaranya pengeringan ikan

ikan akibat gerakan air ke permukaan

secara tradisional lazimnya masih belum

interior, gradien konsentrasi air secara

memenuhi

bertahap

kaidah-kaidah

persyaratan

menurun.

Dengan

demikian

keamanan dan kesehatan makanan yang baik

kekuatan pendorong untuk memindahkan

menurut good manufacturing produk (GMP),

air menurun, dan tingkat pengeringan

terutama pada saat pengeringan di tempat

melambat. Bagian dari proses pengeringan

terbuka yang rawan terhadap penyakit dan

ini disebut sebagai 'difusi yang diatur' atau

gangguan lalat maupun hama binatang seperti

'penurunan

tikus pada saat penyimpanan (Heruwati, 2002;

Pengeringan

Afifah, 2009).

kecepatan

tingkat akan

pengeringan'. berlanjut

dengan

menurun

sampai

semakin

kesetimbangan

tercapai,

dimana

pada

tahap ini ikan dikatakan telah mencapai 'kandungan air ekuilibrium' (Doe, 2002). Pengeringan oleh radiasi matahari dapat dibagi menjadi dua kategori utama (Belessiotis,

Delyannis,

2010)

yaitu

pengeringan

secara

langsung,

atau

pengeringan pada udara terbuka dan Gambar 1: Pengeringan Ikan Tradisional

Pengeringan tak langsung atau convective solar drying.

Proses

pengeringan

disebut

juga

Metode

pengeringan

yang dipilih juga ikut menentukan mutu

sebagai 'konveksi yang diatur" (convection

hasil produksi,

karena

governed) atau pengeringan pada tingkat

metode dapat memberikan dampak yang

yang konstan. Namun, pada tahap tertentu,

berbeda terhadap produk akhir (antara lain

permukaan akan mulai mengering dan ini

terhadap warna, aroma, rasa dan kualitas).

membentuk gradien kelembaban di dekat

Untuk produk konsumsi langsung (ikan,

permukaan yang akan menyebabkan lebih

daging,

banyak air untuk bergerak dari bagian

pengeringan

dalam ikan ke permukaan. Air bergerak

dianjurkan kecuali pada kelompok buah-

dalam ikan melalui kombinasi difusi cair,

buahan yang memiliki kandungan gula

uap difusi, gerak molekular, dan osmosis.

yang tinggi (Belessiotis, Delyannis, 2010).

sayur-mayur secara

masing-masing

dan

buah),

langsung

tidak

Pada saat yang sama, garam dapat pindah

Proses pengeringan dapat dijelaskan

ke ikan jika konsentrasi garam pada

dengan bantuan dari bagan psikometrik

permukaan ikan lebih besar daripada yang

diatas. Jika udara tidak jenuh (misalnya

4-



suhu bola kering 30 °C dan suhu bola

𝑀𝐶𝑤𝑏 =

𝑀𝑜 −𝑀𝑑 𝑀𝑑

..................................... (2.1)

basah adalah 20 °C) dan diizinkan untuk Sedangkan kadar air basis kering

melewati materi dan jika tidak ada penggunaan

panas

eksternal,

maka

perbedaan antara panas udara dan bahan

adalah massa air pada produk persatuan massa kering produk, dinyatakan dengan

dapat dipertukarkan dengan panas laten penguapan air. Jalur yang ditempuh pada grafik psikometri akan menjadi 20 °C garis bola basah yang ditunjukkan oleh garis AB. Selama

proses

ini,

perubahan

rasio

kelembaban 0,0140 – 0,0104 yaitu sekitar 0,0036 kg uap per kg udara kering yang diserap. Jika menggunakan energi matahari, udara dipanaskan sampai 45 °C dengan kelembaban relatif 17 persen dan melewati materi yang dikeringkan Selama proses pengeringan, udara ini didinginkan secara adiabatik sepanjang 24 °C garis bola basah, sehingga rasio kelembaban akhir akan berada

pada

0,0189.

Karena

itu,

𝑀𝐶𝑑𝑏 =

𝑀𝑜 −𝑀𝑑 𝑀𝑑

..................................... (2.2)

dimana: MCwb adalah kadar air basis basah [%], MCdb adalah kadar air basis kering [%], Mo adalah massa total produk [%] dan Md adalah massa produk tanpa air [%] Hubungan kadar air basis basah dan basis kering di atas, secara matematika dapat dituliskan sebagai berikut:

  1 MC wb  1    ...................... (2.3)  MC db  1   1 MC db     1 ..................... (2.4)  1  MC wb  

Kandungan air yang diuapkan dengan udara panas adalah 0,0075 kg uap per kg

Untuk

keperluan

pengujian

atau

udara kering yang menguap hampir dua

eksperimen pengeringan, dimana massa

kali lipat air dibandingkan dengan ketika

produk diukur setiap saat, kadar air setiap

udara tidak panas.

saat dapat dihitung dengan menggunakan

Menurut Kamaruddin, A. (2003), Kadar air yang terkandung dalam produk dinyatakan dalam dua cara, yaitu basis basah dan basis kering. Kadar air basis basah

dapat

didefinisikan

sebagai

perbandingan massa air pada produk dengan

massa

total

produk.

 MC odb  1 M o  MC tdb    1 Mt   ............ (2.5)  1  MC owb  M o  MCtwb  1    Mt   ........ (2.6)

Secara

matematika kadar air basis basah ditulis sebagai berikut:

persamaan berikut.

Dimana MCtdb adalah kadar air basis kering pada waktu ke t [%], MCtwb adalah kadar air basis basah pada waktu ke t [%], MCodb adalah kadar air awal basis kering Volume 1, Tahun I, No. 1, Agustus 2012

- 5


[%], MCowb adalah kadar air awal basis

dalam ke luar ruang pengering, sehingga

basah [%], dan Mt adalah massa produk

semua uap air yang diperoleh setelah

pada waktu ke t [%]

kontak dengan produk langsung dibuang

Untuk

memperoleh

kualitas

ke

udara

lingkungan.

Lama

waktu

pengeringan yang bagus, ada beberapa

pengeringan tergantung pada banyak faktor,

parameter yang harus dikontrol selama

antara lain ukuran dan ketebalan ikan,

proses pengeringan, yaitu kecepatan aliran

temperatur pengering, kelembaban relatif

udara, temperatur udara pengering dan

udara, kecepatan udara pengering dan total

kelembaban relatif udara. Kecepatan aliran

beban pengeringan.

udara yang tinggi dapat mempersingkat waktu pengeringan. Kecepatan aliran udara yang disarankan untuk melakukan proses pengeringan

antara

Pada proses pengeringan ditandai

m/s

adanya proses penguapan kadar air dari

(Kamaruddin, A. (2003) ). Disamping

bahan yang dikeringkan. Untuk penguapan

kecepatan,

pada pengeringan ini diperlukan energi

arah

aliran

1,5–2,0

Energi Pengeringan

udara

juga

memegang peranan penting dalam proses

panas

pengeringan. Arah aliran udara pengering

banyaknya

yang sejajar dengan produk lebih efektif

tergantung pada banyak air yang akan

dibandingkan dengan aliran udara yang

diuapkan. Massa air yang hilang atau

datang dalam arah tegak lurus produk.

diuapkan dari produk mw [kg] dapat

Secara umum, temperatur udara yang

ditentukan dari persamaan :

tinggi

akan

menghasilkan

untuk

penguapan

energi

yang

kadar

air,

dibutuhkan

proses

pengeringan yang lebih cepat. Namun

mw = mp (Mi – Mf) /(100-Mf).................. (2.7)

temperatur pengeringan yang lebih tinggi dari 50oC harus dihindari karena dapat

Dimana mp[kg] adalah berat awal

menyebabkan bagian luar produk sudah

produk sebelum dikeringkan; Mi [%]

kering, tapi bagian dalam masih basah.

danMf [%] kandungan air awal, dan

Khusus

kandungan

untuk

ikan,

temperatur

air

akhir

dalam

produk.

pengeringan yang dianjurkan antara 40–50

Kelembaban relatif akhir ERH [%], dapat

o

ditentukan menggunakan persamaan yang

umumnya dilakukan pada kelembaban

diusulkan oleh Kamaruddin yaitu :

C (Kamaruddin, A. (2003)). Pengeringan

relatif yang rendah. Tujuannya adalah untuk meningkatkan kecepatan difusi air.

aw = 1 - exp[-exp(0.914+0.5639lnM)]...... (2.8)

Kelembaban relatif yang rendah di dalam

M = Mf/(100 - Mf).................................... (2.9)

ruang pengering dapat terjadi jika udara pengering bersirkulasi dengan baik dari 6-


ERH=100aw ......................................... (2.10)


Dimana aw adalah aktivitas air dalam produk, dan M [kgw/kgs] berat produk

produk dapat ditentukan dari : Q = mwhfg ............................................. (2.11)

basis kering. Besarnya energi panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air dalam


- 7

KAJI EKSPERIMENTAL SISTEM PENGERING HIBRID ENERGI SURYA-BIOMASSA UNTUK PENGERING IKAN

Recommend Documents