KAJIAN DISTRIBUSI SUHU, RH DAN ALIRAN UDARA PENGERING UNTUK OPTIMISASI DISAIN PENGERING EFEK RUMAH KACA DYAH WULANDANI

KAJIAN DISTRIBUSI SUHU, RH DAN ALIRAN UDARA PENGERING UNTUK OPTIMISASI DISAIN PENGERING EFEK RUMAH KACA

DYAH WULANDANI

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2005

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi “Kajian Distribusi Suhu, RH Dan Aliran Udara Pengering Untuk Optimisasi Disain Pengering Efek Rumah Kaca” adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian disertasi ini. Bogor, Nopember 2005 Dyah Wulandani NRP 98 5084

ABSTRAK DYAH WULANDANI. Kajian Distribusi Suhu, RH Dan Aliran Udara Pengering Untuk Optimisasi Disain Pengering Efek Rumah Kaca. Dibimbing oleh KAMARUDDIN ABDULLAH, EDY HARTULISTIYOSO dan ACHMAD INDRA SISWANTARA. Pengering Efek Rumah Kaca (ERK) adalah bangunan pengering berdinding transparan, di dalamnya terdapat plat absorber sebagai pengumpul panas dan wadah produk (rak atau bak) serta kipas untuk mengeluarkan uap air hasil pengeringan. Sumber energi pada pengering ERK diperoleh dari surya dan pembakaran biomassa (arang kayu). Pengering ERK ini menjadi salah satu pilihan bagi petani maupun pedagang pengumpul cengkeh untuk mengatasi masalah pengeringan dengan cara penjemuran langsung menggunakan lamporan, karena pengering ERK menggunakan sumber energi termal dari surya dan biomassa. Metoda penjemuran selama ini digunakan karena murah dan mudah dilakukan, tetapi sangat tergantung adanya sinar surya dan produk mudah terkontaminasi kotoran. Penelitian sebelumnya menyatakan bahwa pengering ERK dipilih karena lebih murah dibandingkan dengan pengering surya yang menggunakan kolektor datar terpisah. Agar petani dapat membeli pengering ERK dengan harga yang terjangkau, maka untuk mengurangi biaya konstruksi seminimal mungkin tanpa mengurangi kehandalan performansi alat, dalam penelitian ini dilakukan perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK. Berdasarkan hasil ini diperoleh ukuran komponen-komponen utama dalam pengering ERK. Selain itu dengan menggunakan teknik CFD (analisis dinamika fluida), dapat diketahui lokasi komponen-komponen utama dalam pengering ERK (seperti inlet, outlet, kipas dan penukar panas), sehingga dapat diperoleh keseragaman suhu, RH dan kecepatan aliran udara di dalam ruang pengering. Secara umum tujuan penelitian adalah untuk mendapatkan disain pengering ERK optimum baik dari segi teknis maupun secara ekonomis, melalui proses optimisasi dan simulasi aliran udara panas serta pengujian performasi pengeringan cengkeh menggunakan pengering ERK. Output penelitian ini berupa disain pengering optimum yang dapat dimanfaatkan oleh petani atau pengusaha cengkeh, dan pedagang pengumpul atau eksportir cengkeh serta bagi peneliti yang tertarik di bidang pengeringan. Hasil penelitian ada beberapa tahap; pertama, optimisasi biaya konstruksi pengering ERK (biaya investasi awal) dipecahkan dengan metoda Pengganda Lagrange menggunakan persamaan keseimbangan energi di dalam ruang pengering dan persamaan karakteristik pengeringan cengkeh. Salah satu hasil optimisasi adalah disain pengering ERK untuk kapasitas maksimum 386 kg cengkeh dengan dimensi 3.6 m x 3.6 m x 2.4 m dengan biaya konstruksi optimum Rp 10.123.000,-. Pengering ERK ini terdiri dari 8 rak berukuran 7.84 m2, plat absorber berukuran 5.12 m2, kipas dengan daya 247 W, penukar panas seluas 1.2 m2, dan tungku dengan laju pembakaran 1.1 kg arang per jam. Pengeringan dilakukan pada suhu 45oC, RH 52 % dan laju aliran udara di atas rak 0.04 m/dt. Dengan alat tersebut pengeringan cengkeh dari kadar air awal 72.8 % hingga 12 % bb berlangsung selama 50 jam. Kedua, berdasarkan disain hasil optimisasi dilakukan uji performansi pada pengering ERK untuk pengeringan cengkeh. Dari uji performansi diperoleh hasil

bahwa percobaan menggunakan suhu 48oC, RH 46.5 % dan kecepatan 0.04 m/dt, pada tingkat radiasi surya 310 W/m2, memberikan performansi pengeringan yang lebih baik dibandingkan kedua percobaan lainnya yang diuji dalam penelitian ini. Bahan bakar biomassa (arang kayu) digunakan pada pagi dan sore untuk mempertahankan suhu 48oC. Untuk mengeringkan cengkeh dengan kapasitas 80 kg diperlukan bahan bakar arang sebanyak 29 kg. Pengeringan bunga cengkeh dari kadar air 72.8 % bb menjadi 12 % membutuhkan waktu dengan kisaran 38 hingga 50 jam. Hasil pengujian mutu cengkeh menunjukkan mutu-1 dengan kandungan minyak atsiri cukup tinggi yaitu 23 % dan cengkeh kering berwarna coklat kehitaman. Percobaan pengeringan cengkeh di lapang masih menghasilkan perbedaan kadar air antara rak atas dan bawah, hal ini disebabkan oleh ketidakseragaman suhu yang terjadi di dalam ruang pengering, dengan nilai ragam suhu 2.4oC. Tahap ketiga, melalui analisis aliran fluida menggunakan bantuan software Geomesh/Gambit dan Fluent dan berdasarkan dimensi pengering hasil optimisasi di atas telah diketahui posisi inlet, outlet, kipas dan penukar panas yang tepat, sehingga tingkat keseragaman suhu, RH dan kecepatan di dalam ruang lebih baik. Di antara 3 skenario disain pengering ERK, disain terbaik dari hasil simulasi tersebut adalah disain skenario-3 yang dicirikan dengan rendahnya nilai standar deviasi dari suhu, RH dan kecepatan aliran udara, masing-masing sebesar 1.6oC, 3.7 % dan 0.03 m/dt. Disain skenario-3 tersebut terdiri dari dua buah inlet masing-masing berukuran 0.1 m x 1 m pada ketinggian 1.4 m. Dua buah outlet masing-masing berukuran 0.2 m x 0.8 m pada ketinggian 0.8 m pada dinding yang berseberangan dengan inlet. Tiga buah kipas dengan diameter masing-masing 0.2 m digunakan sebagai perata udara pengering. Kipas 1 (kipas bawah) terletak 0.2 m di depan penukar panas pada ketinggian 0.4 m dari lantai bangunan dengan daya 100 W. Kipas 2 (kipas tengah) terletak di tengah bangunan di atas rak paling atas dengan daya 40 W. Kipas 3 (kipas atas) terletak di atas penukar panas pada ketinggian 1.8 m sejajar dengan posisi rak paling atas (rak 8) dengan daya 100 W. Penukar panas seluas 1.2 m2 terletak 0.2 m dari dinding pada ketinggian 0.4 m dari lantai pengering. Pada malam hari disarankan hanya menggunakan kipas bawah untuk meratakan suhu dan kecepatan udara. Validasi model simulasi aliran udara yang dilakukan pada pengering ERK skala laboratorium menggunakan curve fitting, menunjukkan hasil kecenderungan yang sama antara suhu, RH dan kecepatan udara hasil simulasi dengan suhu, RH dan kecepatan udara hasil pengukuran. Tahap akhir, analisis biaya pengeringan dilakukan dengan membandingkan antara penjemuran (lamporan) dan pengering ERK. Pada kasus pengeringan di atas, hasil analisis biaya menunjukkan bahwa usaha pengeringan cengkeh menggunakan pengering ERK, baik untuk petani maupun pedagang pengumpul layak diusahakan. Pedagang pengumpul disarankan menggunakan pengering ERK, karena memberikan keuntungan yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan lamporan. Berdasarkan analisis biaya dapat dikatakan bahwa pengeringan menggunakan pengering ERK baik pada tingkat petani maupun pedagang pengumpul mempunyai prospek yang baik untuk dilaksanakan.

ABSTRACT DYAH WULANDANI. Study on Temperature, RH and Air Flow Velocity Distribution of Dryer for the Design Optimization of Greenhouse Effect Solar Dryer. The advisors of the dissertation are KAMARUDDIN ABDULLAH, EDY HARTULISTIYOSO and ACHMAD INDRA SISWANTARA. Greenhouse Effect (GHE) Solar Dryer is a transparent wall structure, consists of an absorber plate as solar collector, product holders (rack, tray or batch) and fans to discharge vapor evaporated from the product. The GHE solar dryer uses thermal energy source from the sun and biomass stove as an auxiliary heating and other devices to control continuous drying processes. Previous study had recommended the design configuration as an alternative artificial drying facility for the farmer and merchant of cloves to overcome several demerits of using direct sun drying, including the construction cost. Farmer often uses direct sun drying method because it is cheap and simple. However, the method greatly dependent on the existence of solar irradiation, and foreign materials or dirt easily contaminates the product. Considering the poor condition of local farmer, previous GHE design required further construction cost reduction so that it can be affordable by the farmer. For this purposes, in this study an optimization process for a prototype of GHE solar dryer was conducted in order to reduce further construction cost by determining the proper sizing of each principle component of the dryer. In addition, a CFD technique was applied to determined proper locations of key component of the dryer to create uniform airflow rate, RH and drying temperature. Therefore, the objective of this study was to get the optimum design of GHE solar dryer, through optimization, testing the performance of GHE solar dryer and airflow simulation process. First, the construction cost optimization was based on the drying equations for clove and energy balance equations of drying air, absorber plate, heatexchanger and product. Lagrange Multiplier was used in the optimization process, aided by Microsoft Excel. The result showed that the optimum design of a GHE solar dryer with 3.6 m x 3.6 m x 2.4 m dimension, gave an optimum construction cost of Rp 10.123.000,- for drying of 386 kg of cloves. The Prototype of dryer consisted of 8 trays with area of each tray was 7.84 m2. Surface area of the absorber plate was 5.12 m2, the power of fan was 247 W (A.C.) , the heat transfer area of the heat exchanger was 1.2 m2, and the charcoal combustion rate was 1.1 kg/h. The average drying temperature was 45oC, while the RH required was 42 % and the local airflow velocity on the product was 0.04 m/s. The drying time (initial moisture content of 72.8 % wb and final moisture content of 12 % wb) used this experiment was 50 hours. Second, according to the above optimization result, a series of performance test of an actual GHE solar dryer was conducted. The results showed that the best operating condition of the dryer was using the drying temperature of 48oC, RH of 46.5 % and velocity of 0.04 m/s, while the average of solar irradiation was at 310 W/m2. The supply of thermal energy was obtained from the sun and from the charcoal stove. The experiment indicated that to dry 80 kg cloves, the required amount of the charcoal combustion was 29 kg. The average drying time for 80 kg

of cloves with initial moisture content of 72.8 % wb and final moisture content of 12 % wb was 50 hours. The quality of clove was categorized as grade-1, with essential oil content of 23 %. The final color of dried cloves was brown-black. The test result, however indicated that the final moisture content of the products was still non-uniform (standard deviation was 3.8 %) due to the nonuniformity in the drying air temperature. The observed average standard deviation of the drying temperature was at 2.4oC. In order to solve this remaining problem, in the third step of this study, airflow simulation aided by Fluent and Gambit/Geomesh software was used to determine the optimum location of air inlet and outlet, fans and the heat exchanger. The analysis was aimed to obtain uniform distribution of drying air temperature, RH and velocity within the chamber. Simulation study had selected three different modes of design configuration namely: Mode 1. Inlets at the position 1 m from the floor were placed on one side of the wall. The outlets at the position 1.6 m from the floor were placed on the opposite side of the wall. Mode 2. Inlets at the position 1.4 m above the floor were placed on one side of the wall. The outlets were located at the position 0.8 m above the floor placed on the opposite side wall. Mode 3. Inlets and outlets were the same as in the Mode 2. Fan-3 was added above of the heat exchanger to mix the drying air. The simulation results had confirmed that by rearranging the location of inlet and outlet and the quantity and the capacity of the fans, uniform air temperature, RH and velocity distribution within the chamber was obtained. The best mode obtained in this study was mode 3. The results indicated that Mode 3 showed the smallest standard deviation in terms of air temperature, which was 1.6 degree C, the air velocity, 0.03 m/s and RH 3.7%, respectively. Therefore, it was concluded that the operating condition indicated by Mode 3 was the optimum operating condition and should become the standard for the house type GHE solar dryer with trolleys of trays. Adding three mixing fans on the top of the rack, one above the heat exchanger, one in front of the heat exchanger, and one at the outlet position on the opposite wall had resulted in a uniform air flow, temperature and RH distributions. For night operation of the dryer it was suggested to use one fan only (in front of the heat exchanger) in order to obtain better drying performance. Finally, cost analysis of GHE solar drying for the above case study, showed that the drying project was feasible for the farmer as well as for the merchant. It was concluded that a 0.386 ton capacity GHE solar dryer could provide more benefit than sun drying for the merchant.

 Hak cipta milik Dyah Wulandani, tahun 2005 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam Bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, microfilm, dan sebagainya

KAJIAN DISTRIBUSI SUHU, RH DAN ALIRAN UDARA PENGERING UNTUK OPTIMISASI DISAIN PENGERING EFEK RUMAH KACA

DYAH WULANDANI

Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2005

Judul Disertas Nama NIM

: Kajian Distribusi Suhu, RH dan Aliran Udara Pengering untuk Optimisasi Disain Pengering Efek Rumah Kaca. : Dyah Wulandani : TEP-985084

Disetujui Komisi Pembimbing

Prof.Dr. Kamaruddin Abdullah Ketua

Dr.Ir. Edy Hartulistiyoso Anggota

Ir. Achmad Indra Siswantara, PhD Anggota

Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian

Prof. Dr.Ir. Budi Indra Setiawan Tanggal Lulus: 18 Agustus 2004

Dekan Sekolah Pascasarjana IPB

Prof.Dr. Ir. Syafrida Manuwoto, MSc.

PRAKATA Segala puji bagi Allah Subhannahuwata’alla, karena atas karunia dan rahmatNya, penulis dapat menyelesaikan disertasi ini. Tema yang dipilih dalam disertasi ini adalah disain pengering Efek Rumah Kaca dengan judul Kajian Distribusi Suhu, RH dan Aliran Udara Pengering untuk Optimisasi Disain Pengering Efek Rumah Kaca. Disertasi ini terdiri dari tiga bagian utama, masing-masing dinyatakan dalam bab terpisah. Kaitan dari ketiganya dinyatakan dalam pembahasan umum. Bagian pertama terdapat dalam Bab III disertasi ini berjudul Optimisasi Biaya Konstruksi Pengering Efek Rumah Kaca. Bab ini telah diseminarkan dalam Seminar Nasional PERTETA, Malang, Juli 2002 dan Asia-Australia Drying Conference (ADC’01), Malaysia, 2001. Bagian kedua terdapat dalam Bab IV berjudul Analisis Aliran Udara dalam Alat Pengering Efek Rumah Kaca. Bab ini merupakan pengembangan dari naskah artikel yang diajukan ke jurnal ilmiah (Buletin Keteknikan Pertanian, vol. 16, no. 3, th. 2003 dan Prosiding “The 14th International Symposium of Transport Phenomena” 6-9 Juli 2003, Bali. Hal: 539-542). Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah sebagai Ketua Komisi Pembimbing, atas bimbingan, saran, nasehat tentang filosofi keilmuan dan ide-ide yang begitu besar manfaatnya bagi penulis, selama kuliah dan dalam penyelesaian disertasi ini, serta kegiatankegiatan ilmiah lainnya. Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Edy Hartulistiyoso sebagai Anggota Komisi Pembimbing atas bimbingan, saran serta nasehat yang dapat mendorong penulis untuk selalu maju, baik selama penulis kuliah maupun selama penyelesaian disertasi ini. Penulis menyampaikan terima kasih kepada Ir. Achmad Indra Siswantara, Ph.D. sebagai Anggota Komisi Pembimbing atas bimbingan, saran ilmu-ilmu baru yang diberikan selama penulis kuliah dan penelitian, serta atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menggunakan fasilitas yang sangat bermanfaat bagi penyelesaian disertasi ini. Kepada Dosen Penguji Luar Komisi Pembimbing, Dr. Meika Syahbana Rusli dan Dr. Ridwan Thahir, atas kesediaan untuk menguji penulis dalam Ujian Tertutup dan Ujian Terbuka dan memberikan saran serta kritikan yang membangun demi kesempurnaan disertasi ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada para Pimpinan IPB yang telah memberikan ijin kepada penulis untuk menempuh pendidikan ini. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Prof. Dr. Budi Indra Setiawan, M.Agr. sebagai Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Sekolah Pascasarjana dan Pimpinan di Sekolah Pascasarjana IPB atas saran yang diberikan demi kelancaran penulis dalam menyelesaikan studi di IPB ini, serta kepada Staf administrasi yang juga membantu kelancaran dalam penyelesaian studi. Kepada Dirjen Pendidikan Tinggi atas dana bantuan melalui Program BPPS, dan proyek penelitian Tim Hibah Penelitian Pascasarjana, Penelitian Dasar, Hibah Bersaing, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya. Kepada Prof.Dr. Kamaruddin sebagai Kepala Bagian Energi dan Elektrifikasi Pertanian

dan CREATA beserta para Stafnya, penulis mengucapkan terima kasih atas dana penelitian serta fasilitas yang telah diberikan. Dengan tulus, penulis mengucapkan terima kasih kepada: - Bapak-bapak dan Ibu-ibu Staf Pengajar di Departemen Teknik Pertanian, dan khususnya kepada Staf Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, FATETA IPB, atas diskusi yang bermanfaat dan ilmu yang diajarkan. - Dr. Leopold O. Nelwan, Ir. I.B. Gunadnya, M.S. dan teman-teman mahasiswa Pascasarjana, atas diskusi yang bermanfaat dan dorongan moril yang memberikan semangat bagi penulis untuk selalu maju. - Pak Harto dan Pak Ahmad, teknisi Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, atas bantuannya yang sangat besar selama studi dan penelitian terutama saat pengambilan data lapang. - Eko Arif, Slamet Yulianto atas bantuannya yang besar dalam pengambilan data pengukuran di lapang, serta Joni Lukman, Purnomo dan Indra Budi N. atas bantuannya selama ini. - Semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu, atas segala bantuan, kerjasama dan dukungan moril dan materiil hingga selesainya desertasi ini. Akhirnya kepada suami tercinta, Ir. Djoko Sutrisno, dan putra-putriku tersayang Agung Satrio Wibowo dan Dewi Fitria Ramadhani, atas pengertiannya yang luar biasa besar dan selalu memberikan dukungan moril dan materiil kepada penulis untuk tidak patah semangat. Kepada Ibu dan Papi tercinta, karena dari doanya, maka penulis dapat menyelesaikan studi ini, serta kepada seluruh keluarga, penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga besarnya. Harapan penulis, semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan segala budi baik Bapak-bapak dan Ibu-ibu sekalian yang telah diberikan kepada penulis, menjadi amal yang tak pernah putus-putusnya, dan Allah Subhannahu Wata’alla yang akan memberikan pahala terbaik serta selalu melimpahkan Rahmat dan Karunia-Nya kepada kita semua. Amin.

Bogor, Nopember 2005 Dyah Wulandani

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Surakarta pada tanggal 19 April 1968, anak dari Drs. Rakib Mappeang dan Sugeng Darmini(Almarhumah). Anak pertama dari lima bersaudara. Penulis menyelesaikan Sekolah Dasar di SD Pamardi Putri Surakarta (tahun lulus 1980), Sekolah Menengah Pertama di SMP N 5 Surakarta (tahun lulus 1983) dan Sekolah Menengah Atas di SMA N 1 Surakarta (tahun lulus 1986). Pada tahun 1986, penulis melanjutkan pendidikan di IPB Bogor, melalui jalur Penelusuran Bakat dan Minat (PMDK) dan pada tahun 1987 masuk ke Jurusan Mekanisasi Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian IPB dan lulus pada tahun 1991. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir (penelitian) di jenjang S-1, penulis di bawah bimbingan Dr. Abdul Kohar Irwanto dan Ir. Sri Endah Agustina, MSc. Pada tahun 1994 penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan pendidikan program Magister Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Program Pascasarjana IPB dan lulus pada tahun 1997, dengan dana pendidikan dari TMPD. Pada Program Magister, penulis di bawah bimbingan Dr. Kamaruddin Abdullah (Ketua), Dr. Budi Indra Setiawan (Anggota) dan Dr. Oskari Atmawinata (Anggota). Pada tahun 1994, penulis bekerja di IPB sebagai Staf Pengajar di Jurusan Keteknikan Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian hingga saat ini. Penulis mengikuti program studi S3 dengan dana pendidikan dari BPPS pada tahun 1998. Selama mengikuti program studi S3 ini penulis telah mengikuti beberapa seminar baik tingkat nasional maupun internasional. Sebagian dari karya ilmiah ini telah dipublikasikan dan disajikan dalam: - Seminar Nasional PERTETA, Malang, Juli 2002 - Asia-Australia Drying Conference (ADC’01 ), Malaysia, 2001. - Buletin Keteknikan Pertanian, vol. 16, no. 3, tahun. 2003 - Prosiding “The 14th International Symposium of Transport Phenomena” 69 Juli 2003, Bali. Hal: 539-542 - 1st International Workshop on Solar Energy Utilization, Jakarta, 6-7 Oktober 2004. - Word Renewable Energy Regional Conggress and Exhibition 2005, Jakarta, 17 – 21 April 2005. Karya-karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari program S3.

DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ………………………………………………………. xiv DAFTAR GAMBAR …………………………………………………… xvi DAFTAR LAMPIRAN …………………………………………………

xx

DAFTAR SIMBOL …………………………………………………….. xxii I.

PENDAHULUAN ……………………………………………….. 1.1. LATAR BELAKANG …………………………………….. 1.2. PERUMUSAN MASALAH ………………………………. 1.3. TUJUAN DAN MANFAAT ……………………………… 1.4. KEASLIAN PENELITIAN ………………………………. 1.5. PENDEKATAN MASALAH …….………………………. 1.6. DAFTAR PUSTAKA ……………………………………..

2 2 5 6 7 7 9

II.

TINJAUAN PUSTAKA ………………………………………… 2.1. TEORI PENGERINGAN .……………………………….... 2.2. PERKEMBANGAN PENELITIAN PENGERINGAN BERENERGI SURYA .……………..……………………. 2.3. DAFTAR PUSTAKA ………………………..……………

12 12 13 15

III.

OPTIMISASI BIAYA KONSTRUKSI DAN OPERASI PENGERING EFEK RUMAH KACA …………………….…… 3.1. PENDAHULUAN ………………………………………… 3.2. TINJAUAN PUSTAKA ...………………………………… 3.3. PENDEKATAN TEORI ………………..………………… 3.4. PERCOBAAN ……………………………………….…… 3.5. HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………… 3.6. KESIMPULAN …………………………………………… 3.7. DAFTAR PUSTAKA ……………………………..………

17 17 18 22 23 28 35 36

IV.

PERFORMANSI PENGERING ERK …………………………. 4.1. PENDAHULUAN ………………………………………… 4.2. TINJAUAN PUSTAKA ………………………….………. 4.3. PERCOBAAN ………………………………….………... 4.4 HASIL DAN PEMBAHASAN …….…………….………. 4.5 KESIMPULAN ………………………….…………..……. 4.6. DAFTAR PUSTAKA ………………………….………….

39 39 40 47 52 65 66

V.

ALIRAN UDARA DALAM PENGERING ERK ……………… 5.1. PENDAHULUAN ………………………………………… 5.2. TINJAUAN PUSTAKA …….…………………………….. 5.3. PENDEKATAN TEORI …..…….………………………… 5.4. PERCOBAAN …..…….…………………………………… 5.5. HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………… 5.6. KESIMPULAN DAN SARAN ……………………………

68 68 69 71 77 92 121

5.7. DAFTAR PUSTAKA ……………………………………..

DAFTAR ISI (Lanjutan)

122 Halaman

IV.

PEMBAHASAN UMUM ……… …………………..…………… 6.1. PERFORMANSI TEKNIS ………………………………….. 6.2. ANALISIS BIAYA PENGERING ERK …………………. 6.3. DAFTAR PUSTAKA ………………………..……………

125 125 128 139

V.

SIMPULAN UMUM ……………….……………………………

141

7.1. OPTIMISASI BIAYA KONSTRUKSI PENGERING ERK.. 7.2. PERFORMANSI PENGERING ERK UNTUK PENGERINGAN CENGKEH … ………………………….. . 7.3. SIMULASI ALIRAN UDARA DI DALAM RUANG PENGERING ERK ……………………………………….. 7.4. ANALISIS BIAYA ………………………………………..

141

LAMPIRAN …………………………………………………………….

145 145 145 148

DAFTAR TABEL III-1. Performansi pengering ERK berdasar hasil perhitungan optimisasi dan pengujian lapang …………………………..…......

Halaman 29

III-2. Hasil perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK pada kondisi suhu 50oC, kecepatan udara di atas produk 0.04 m/dt dan waktu pengeringan 35.7 jam …….……...................

31

III-3. Hasil perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK pada berbagai suhu udara pengering (kecepatan udara di atas produk 0.04 m/dt dan massa cengkeh 386 kg) ……………………

33

III-4. Hasil perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK pada berbagai kondisi kecepatan udara pengering (suhu udara pengering 50oC dan massa cengkeh 386 kg) ……………………

34

IV-1. Performansi pengering ERK untuk produk perkebunan (Kamaruddin, 1999) ……………………………………...............

41

IV-2. Tipe-tipe bunga cengkeh (Bermawie, 1992) ……………….…….

42

IV-3. Standar mutu cengkeh (SNI No. 01-3392-1994) …………………

45

IV-4. Standar mutu minyak daun, gagang dan bunga cengkeh………….

46

IV-5. Peralatan untuk uji performansi pengeringan cengkeh................... 48 IV-6. Nilai ragam kadar air pada percobaan 1, 2 dan 3 ………………... IV-7. Data dan performansi pengeringan ERK hasil pengukuran ……………………………………………....

60

............ 61

IV-8. Mutu bunga cengkeh kering percobaan 1 …………………..........

63

IV-9. Mutu bunga cengkeh kering percobaan 2 ………………………..

63

IV-10. Mutu bunga cengkeh kering percobaan 3 ………………………..

64

IV-11. Uji mutu minyak bunga cengkeh ……………

65

…………...............

V-1.

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ..………….………...

77

V-2.

Nilai ragam suhu udara pengering disain skenario 1 ……………..

98

V-3.

Nilai ragam suhu udara pengering disain skenario 2 ……………

101

V-4.

Nilai ragam kecepatan udara pengering disain skenario 1 ……….

107

DAFTAR TABEL (Lanjutan) Halaman V-5.


107

V-6.

Nilai ragam RH udara pengering disain skenario 1 dan 2 ………..

111

V-7.

Nilai ragam suhu udara pengering disain skenario 3 ……………..

116

V-8.


116

V-9.

Nilai ragam RH udara pengering disain skenario 3 ………………

116

V-10. Nilai ragam suhu udara pengering pada simulasi malam hari ……. 117 V-11. Nilai ragam kecepatan udara pengering pada simulasi malam hari .. 117 V-12. Nilai ragam RH udara pengering pada simulasi malam hari …….. 119 VI-1. Analisis biaya pengeringan cengkeh untuk petani dan pedagang pengumpul baik yang menggunakan pengering maupun yang menggunakan lamporan ………………………………..........

133

VI-2. Hasil analisis titik impas harga cengkeh dan kapasitas lapang/produksi cengkeh ………………………………................

135

VI-3. Pengaruh kecepatan terhadap keuntungan (pada suhu pengeringan 48oC) ……… ………………………………………..

137

VI-4. Pengaruh suhu operasi pengeringan terhadap keuntungan………..

138

VI-5. Pengaruh kapasitas pengering terhadap keuntungan (pada kondisi suhu pengeringan 48oC, kecepatan udara pengering 0.04 m/dt) ……………………………………………..

139

DAFTAR GAMBAR Halaman III-1. Hubungan antara kapasitas cengkeh dan biaya konstruksi pengering ERK serta ukuran komponen-komponen penyusun pengering ERK pada suhu udara pengering 50oC, kecepatan udara di atas rak 0.04 m/dt ………………………….

... 32

III-2. Hubungan antara suhu pengeringan dan biaya konstruksi pengering ERK serta ukuran komponen-komponen penyusun pengering ERK pada kecepatan udara di atas rak 0.04 m/dt, dan kapasitas alat 386 kg cengkeh …………… ……….

33

III-3. Hubungan antara kecepatan udara pengering dan biaya konstruksi pengering ERK serta ukuran komponenkomponen penyusun pengering ERK pada suhu udara pengering 50oC …………………………………………………..

35

IV-1. Cengkeh …………………………………….…………………….

41

IV-2. Perubahan suhu udara di atas rak pengering dan suhu udara penjemuran selama proses pengeringan percobaan 1 (hari ke-1) …………………………………………………..

53

IV-3. Perubahan suhu udara di rak tengah di bagian dekat inlet dan rak dekat outlet selama proses pengeringan percobaan 1 (hari ke-1) ………………………………………………….

53

IV-4. Perubahan suhu udara di atas rak pengering dan suhu udara penjemuran selama proses pengeringan percobaan 2 (hari ke-2) …………………………………………………………

54

IV-5. Perubahan suhu udara di atas rak pengering di bagian dekat inlet dan rak dekat outlet selama proses pengeringan percobaan 2 (hari ke-2) ………………………………………………….

55

IV-6. Perubahan suhu udara di atas rak pengering dan suhu udara penjemuran selama proses pengeringan percobaan 3 …………… ……..… ………………………………..

56

IV-7. Perubahan suhu udara di atas rak pengering di bagian dekat inlet dan rak dekat outlet selama proses pengeringan percobaan 3 ………………………………………...

57

IV-8. Perubahan kadar air produk pada percobaan 1 (Keterangan gambar: indeks i = rak dekat inlet, o = rak dekat outlet) ………………….. 58

DAFTAR GAMBAR (Lanjutan) Halaman IV-9. Perubahan kadar air produk pada percobaan 2 (Keterangan gambar: indeks i = rak dekat inlet, o = rak dekat outlet) ………………….. 59 IV-10. Perubahan kadar air produk pada percobaan 3 (Keterangan gambar: indeks i = rak dekat inlet, o = rak dekat outlet) ………………….. 60 V-1.

Proses pemanasan pada kurva psychrometric …………………….

76

V-2.

Pengering ERK skala laboratorium dengan komponen penyusun di dalamnya ………………………………………………… ……

79

V-3.

Skema Pengering ERK skenario 1 (a) 3 dimensi (b) 2 dimensi tampak depan ………………………………..

81

V-4.


82

V-5.


83

V-6.

Grid yang dibentuk oleh benang pada pengering ERK skala laboratorium ……………………………………………………...

92

V-7.

Grid hasil simulasi pengering ERK skala laboratorium dengan CFD ……………………………………………………...

93

V-8.

Distribusi suhu udara pengering (oC) di dalam pengering ERK skala laboratorium …………………………..…………………...

94

V-9.

Distribusi kecepatan udara pengering (m/dt) di dalam pengering ERK skala laboratorium ……………………………………...…

94

IV-10. Validasi suhu udara hasil simulasi (TCFD) terhadap suhu pengukuran (Tukur) di dalam pengering ERK skala laboratorium .. 96 V-11. Validasi kecepatan aliran udara hasil simulasi (v-CFD) terhadap kecepatan pengukuran (vukur) di dalam pengering ERK skala laboratorium ……………………… V-12. Validasi RH udara hasil perhitungan (RHhitung) terhadap

…. …..

96

RH pengukuran (RHukur) di dalam pengering ERK Skala laboratorium ……………………………………..

.............. 97

V-13. Disribusi suhu udara simulasi disain skenario 1, pada bidang XY pada Z = 1.8 m …………. …………………………….................

DAFTAR GAMBAR (Lanjutan)

99

Halaman V-14. Disribusi suhu udara simulasi disain skenario 1, pada rak 1 …….

99

V-15. Disribusi suhu udara simulasi disain skenario 1, pada rak 4 …….

100


100

V-17. Disribusi suhu udara simulasi disain skenario 2, pada bidang XY pada Z = 1.8 m ………….…………………………….................

101


102


103

V-20. Disribusi kecepatan udara simulasi disain skenario 1, pada bidang XY pada Z = 1.8 m ………….………………...................

104

V-21. Vektor arah aliran udara simulasi disain skenario 1, pada bidang XY pada Z = 1.8 m ………….………………...................

105

V-22. Disribusi kecepatan udara simulasi disain skenario 1, pada rak 2 ………………………………………………………...

105


106


106

V-25. Disribusi kecepatan udara simulasi disain skenario 2, pada bidang XY pada Z = 1.8 m ………….……………….......... ......... 108 V-26. Vektor arah aliran udara simulasi disain skenario 2, pada bidang XY pada Z = 1.8 m ………….………………...................

109


109

V-28. Disribusi kecepatan udara simulasi disain skenario 2, pada rak 4 ……………………………… ………………………...

110

V-29. Disribusi suhu udara simulasi disain skenario 3, pada bidang XY pada Z = 1.8 m ………….………………..................

. 112

V-30. Disribusi kecepatan udara simulasi disain skenario 3, pada bidang XY pada Z = 1.8 m ………….………………...................

112

DAFTAR GAMBAR (Lanjutan)

Halaman V-31. Vektor arah aliran udara simulasi disain skenario 3, pada bidang XY pada Z = 1.8 m ………….………………..................

. 113


114


114

V-34. Disribusi kecepatan udara simulasi disain skenario 3, pada rak 4 ……………………………………………………

…... 115


115

V-36. Disribusi suhu udara simulasi pengeringan pada malam hari, pada bidang XY pada Z = 1.8 m ………….………………..........

118

V-37. Vektor arah aliran udara simulasi pengeringan pada malam hari, pada bidang XY pada Z = 1.8 m ………….………………..........

118

V-38. Disribusi suhu udara simulasi pengeringan pada malam hari, pada rak 4 ………….………………............................................

. 119

V-39. Disribusi kecepatan udara simulasi pengeringan pada malam hari, pada rak 4 ……………………………………………………… .. 119 V-40. Perbandingan nilai ragam suhu antara disain skenario 1, 2, 3, skenario malam hari dan percobaan lapang (Bab 4) …..………...

120

V-41. Perbandingan nilai ragam kecepatan antara disain skenario 1, 2, 3, dan skenario malam hari …………………………..…..………... 120 V-42. Perbandingan nilai ragam RH antara disain skenario 1, 2, 3, dan skenario malam hari …………………………..…..………...

121

VI-1. Rantai tata niaga cengkeh menurut kebijakan awal pemerintah (Keppres 1990) …………………………………………………..

130

VI-2. Rantai tata niaga cengkeh pasar bebas ………………………….

130

DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN III ………………………………………………………….

149

III-1. Jenis data dan sumber ……………………………………………

150

III-2. Data dan hasil perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK untuk pengeringan cengkeh (scale up) …………..

151

III-3. Data dan hasil perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK untuk pengeringan cengkeh menggunakan data percobaan 1 …………………………………………..……..

152


153


154

III-6. Data dan hasil perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK untuk pengeringan cengkeh (skenario 1) ………..

155


156


157


158


159


160


161

LAMPIRAN IV …………………………………………………………..

162

IV-1. Gambar 3 dimensi prototipe pengering ERK yang diujicoba dalam penelitian ………………………………………………….

163

DAFTAR LAMPIRAN (Lanjutan) Halaman IV-2. Alat-alat ukur yang digunakan dalam penelitian ……………….

.. 165

IV-3. Data suhu pada percobaan 1 ……………………………………...

167

IV-4. Data suhu pada percobaan 2 ……………………………………..

171

IV-5. Data suhu pada percobaan 3 ……………………………………..

179

IV-6. Data kecepatan udara pada percobaan 1, 2 dan 3 ………………..

181

IV-7. Data penurunan kadar air pada percobaan 1 …………………….

182


184


186

LAMPIRAN V …………………………………………………………..

188

V-1.

Algoritma munerik metoda finite volume ………………………..

189

V-2.

Perhitungan aliran laminar pada pengering ERK Skala Laboratorium ……………………............................ ...................... 190

V-3.

Perhitungan aliran laminar pada pengering ERK Skala Lapang ………… …………............................................................

191

V-4.

Nilai suhu hasil simulasi dan hasil pengukuran pada pengering skala laboratorium pada bidang YZ pada X = 400 mm ………….

192

LAMPIRAN VI ………………………………………………………….

193

VI-1. Analisis ekonomi usaha pengeringan cengkeh untuk pedagang pengumpul atau eksportir cengkeh menggunakan pengering ERK (Massa produk 386 kg, suhu udara pengering 48.4oC, kecepatan udara pengering 0.04 m/dt) ………………………………………. 194 VI-2. Analisis ekonomi usaha pengeringan cengkeh untuk pedagang

pengumpul atau eksportir cengkeh menggunakan lamporan …….

196

VI-3. Analisis ekonomi usaha pengeringan cengkeh untuk petani cengkeh menggunakan pengering ERK (Massa produk 386 kg, suhu udara pengering 48.4oC, kecepatan udara pengering 0.04 m/dt) ……………………………………….

198

VI-4. Analisis ekonomi usaha perkebunan dan pengeringan cengkeh untuk petani cengkeh dengan metode lamporan …………………

200

DAFTAR SIMBOL A Ak Cp dt Dv g Ga Gr h H Hfg Hfga i I k k m .

m mw Me MR n Nu P Pr ∆p Q S R Ra Re t T u u

Luas (m2) Koefisien bentuk Panas jenis (kJ/kgoC) Selisih suhu bola kering dan suhu bola basah (oC) Difusivitas massa (m2/jam) Gaya grafitasi Laju aliran massa udara (kg/dt.m2) Bilangan Grashoff Koefisien pindah panas konveksi (W/m2 K) Nilai kalor (kJ/kg) Panas laten penguapan air pada produk (kJ/kg) Panas laten penguapan air bebas (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg) Iradiasi surya (W/m2) Konduktivitas panas (W/mK) Konstanta pengeringan (1/jam) Massa (kg) Laju aliram massa (kg/dt) Laju evaporasi (kg/dt) Kadar air keseimbangan (% bk) Rasio kadar air Jumlah rak Bilangan Nusselt Daya (W) Bilangan Prandtl Penurunan tekanan (Pa) Debit (m3/dt) Sumber gerakan Konstanta gas ideal Bilangan Raleigh Bilangan Reynold Suhu (oC) Suhu (K) Kecepatan arah x (m/dt) Matrik kecepatan

V v v W w X x x1..5 y y z

Volume (m3) Kecepatan (m/dt) Kecepatan arah y (m/dt) Kelembaban mutlak (kg/kg udara kering) Kecepatan arah z (m/dt) Kadar air (% bk) Koordinat arah x Variabel dalam fungsi kendala Fungsi tujuan Koordinat arah y Koordinat arah z

DAFTAR SIMBOL (Lanjutan)

Subskrit a B b bb c d f fi HE i c k m p r r1 s sa sr T t v w

Udara Ruang B Konstanta biomassa Cengkeh Dinding Lantai akhir awal enthalpi Produk kipas Rata-rata Plat absorber Ruang pengering Atap bangunan Jenuh Jenuh pada suhu udara lingkungan Jenuh pada suhu udara pengering Tungku Tangki air Uap air Air

Huruf Yunani α β ε φ η

Absorbsivitas Koefisien (1/oC) Porositas Fungsi kendala Efisiensi

λ µ ρt ρac τ ∇

Pengganda Lagrange Viskositas (Pa dt) Massa jenis tumpukan (kg/m3) Massa jenis (kg/m3) Transmisivitas Operator del (gradian)

KAJIAN DISTRIBUSI SUHU, RH DAN ALIRAN UDARA PENGERING UNTUK OPTIMISASI DISAIN PENGERING EFEK RUMAH KACA DYAH WULANDANI

Recommend Documents