RANCANGAN DAN KINERJA SISTEM PENGERINGAN BERENERGI SURYA, BIOMASSA DAN ANGIN
OLE" MAULANA YUSUF FOl498053
2003 JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAk1JLTASTEKNOLOGIPERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
RANCANGAN DAN KlNERJA SISTEM PENGERINGAN BERENERGI SURYA, BIOMASSA DAN ANGIN
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGJ PERTANJAN Pada Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertaniso Institut Pertanian Bogor
Oleb MAULANA YUSUF FOl498053
Tanggallulus
:
11 Februari 2003
lisetujui oleh ....= �[UMi2003
Jr.
Dr. H. Kamaruddin A. MSA JPU Pembimbing U
Pembimbing I
READ IN � NAME OF YOUR LORD WHO CREATED
Keberadaan dan lujuan hidup manusia di bumi ini lidak lebih dari unluk beribadah kepada Allah SWT. Semeslinya inleraksi manusia dengan sesamany serta dengan alam sekilar horus mampu meningkalkan pemahaman, keimanan don kelakwoan kepada Allah dalam setiap delok janlung kehiduponnya. Korena hidup hanya sekali maka jongon sampai gogal apa yang menjadi lujuan hidup ini. (Yut)
Hidup/ah sesuka haliml', sesungguhnyo kamu pasli mali. Cinlai siapa soja yang kamu senangi, sesungguhnya komu pasli akan berpisah dengannya. Lokukan apa soja yang kamu kehendaki, sesungguhnya kamu akan mempero/eh balasannya. (AI-Hlkmah)
Sesungguhnya dalam penciplaan Iangil dan bum;' si/ih berganlinya malam dan siang, bahlera yang ber/oyar di lout membawa apa yang berguna bag; manusia don apa yang Allah lurunkan dari langil berupa air lalu dengan air ilu dia hidupkan bumi sesudah mali Ikenngj-nya dan Dio sebOl kan di bIJmi ilu sego/o jenis hewan dan pengisoran angin don awon yang dikendalikon onlara langil dan bumi; Sungguh (Ierdapal) landa-lando (keesaon dan kebesaran Allah) bagi kaum yang memikirkon (QS Al-Baqoroh:l64).
Maulana Yusuf. F014980S3. Rancangan dan Kinerja Sistem Pengeringan Berenergi Surya, Biomassa dan Angin. Dibawah bimbingan Kamaruddin Abdullah dan Leopold O. Nelwan. 2003.
Ringkasan Salah satu pemanfaatan energi terbarukan di bidang pertanian yaitu untuk proses pengeringan produk pertanian. Secara tradisional, para petani memanfaatkan energi surya untuk pengeringan produk pertanian. Seiring dengan perkembangan teknologi, beberapa inovasi teknologi pengeringan produk pertanian telah dikembangkan terutama dt negara-negara berkembang bahkan negara maju. Di Indonesia, beberapa inovasi telah dilakukan oleh BPPT dan beberapa perguruan tinggi salah satunya IPS. PeneIitian yang dilakukan Kamaruddin
I!f af (1995) diantaranya pengering tipe efek rumah kaca untuk
pengeringan biji-bijian dan buah-buahan. Selain itu telah dilakukan pula penggabungan sumber energi terbarukan untuk pengeringan salah satunya dengan energi biomassa. Pada penelitian ini energi terbarukan dimanfaatkan untuk pengeringan produk pertanian yang berasal dari energi surya, biomassa dan angin. Energi surya dan biomassa sebagai penghasi I energi termal sedangkan energi angin sebagai penghasil energi mekanis untuk menggetarkan bak atau drum pengering sehingga diharapkan pemerataan kadar air tercapai serta waktu pengeringan dapat diperpendek. Secara umum, permasalahan dalam proses pengeringan produk pertanian ad . alah alat atau mesin pengenng gabah dilakukan proses pembalikan produk secara manual. Alat pengering kakao dengan pengaduk mekanis (stirrer) daTi besi siku yang digerakkan oleh motor listrik telah diuji oleh Manalu (1999). Metode ini dapat mengatasi kelengketan yang terjadi pada kakao dao dapat memperbaiki energi spesifik total yaitu 6,2 MJ/kg. Tujuan penelitian ini yaitu merancang dan menguji alat pengering menggunakan sumber energi swya, biomassa dan angin dengan produk berupa gabah. Penelitian ini dilaksanakml selama 9 bulan, mulai April 2002 sampai Januari 2003. Pengojian dilakukan di Lab Surya salab satu di Lab Energi dan Listrik Pertanian Jum3.::.n Tebrik Perta.iuan IPS. Secara umum, tahapa!} penelitian ini terdiri dari perancangan, pembuatan dan pemasangan alai serta pengujian sistem pengeringan. Bahan konstruksi yang digunakan berupa drum minyak tanah, pipa besi Besi sikn 6x6 cm tebal 0,5 cm, bantalan (pillow block) diameter I inci, baut ukuran M8x25. karet ban tebal 0,01 m, pegas besi D 0,08 m, papan kayu tebal 0,02 m besi pegas 0,0254 m, pipa besi diameter 0,044 m dao 0,0254 m. Instrumentas; ukur meliputi : anemometer kanomax model 60II, stop watch 100 M. digital hand tachometer DT-205B, pyranometer model MS-401, tape measure, timbengan digital EK-I:!OO, multi'Deter PT-830 B, hybrid recorder Yokogawa HR-2500 E, termokopel tipe CC, diamometer 12 V, 5,5 W Elephant, Kertas milimeter block dao pensil, universal testing machine Autograph S-500,
kipas aksial 1500 rpm dan 1200 rpm, drying oven SS-204 D serta variable speed motor VB 83 kWatt. Komponen
sistem pengeringan ini terdiri
dari kineir Savonius, alat
pengering dan pemanas tambahan berupa tungku biomassa. Komponen utama
(blade) yang terbuat dari drum minyak taoah (rolor) terbuat dari pipa besi diameter 0,Q38 m (1,5"), penyangga tersusun dari rangka besi siku 6x6 em, cam sha/i daTi pipa. besi diameter 0,038 m, bantalan kolak. serta pondasi semen adukan. Komponen pengering terdiri dari drum pengering berdiameter 0,59 m dan kineir Savonius terdiri dari sudu
berdiameter 0,59 m dan tinggi 0,87 rn, poros
panjang 0,87 m, drum pengaduk berdiameter 0,36 rn dan panjang 0,6 m, pegas
dari pegas dan beban 7 kg dan dari besi siku 3x3 em. Komponen pemanas tambahan terdiri dari tungku
diameter 0,008 m dan panjang 0,4 m, pemberat pondasi
biomassa terbuat dan drum bekas cat berdiameter 0,2 m dan tinggi 0,4 em sedangkan penukar panas terbuat
dari plat 1 mm dengan panjang 40 em dan lebar
20 em. Berdasarkan hasil pengujian sistem pengeringan yang dilakukan dengan 2 leah percobaan diperoleh
efisiensi kincir Savonius sebesar 7,7 % dan 7,8 %,
efisiensi konversi daya sebesar 48 % dan 49 % yang dihasilkan
dari kecepatan
angin rata-rata sebesar 1,72 mls dan 2,33 mis, laju putaran poros rata-rata sebesar 15 rpm dan 25 rpm. Daya keluaran yang dihasilkan sebesar 0,60 Watt dan 1,28 Watt sedangkan torsi rata-rata yang dihasilkan 0,38 N.m dan 0,57 N.m. Parameter pengeringan meliputi suhu rata-rata ruang pengering sebesar 36,4 I'C dan 40,0 "C dan suhu rata-rata produk sebesar 40,2 °e dan 47,1 "e Kelembaban relatif (RH) ruang pengering sebesar 56 % dan 51 %, RH lingkungan sebesar 91% dan 86%. Kadar air awaJ gabah 28,87 %bk dan 38,64 %bk dikeringkan selama 5 jam sampai kadar air akhir 18,04 %bk dan 14,10 %bk dengan Laju pengeringan rata-rata yang dicapai sebesar 2,17 %bk/jam dan 4,87 %bk/jam.
Sedangkan laju pengeringan dengan metode penjemuran masing
rnasing diperoleh 0,71 %bkJjam dan 0,90 %bkJjam. lumlah energi total yang diterima oleh sistem pengering pada percobaan
kJ berasal dari energi surya sebesar 16425,42 kJ (23,1%), energi biornassa sebesar 54469,80 kJ (76,8%) dan energi angin sebesar 10,77 kJ
1 sebesar 70905,99
(0,01:"%). Seda'lgkan total energi yang diterima pada percobaan 2 yaitu sebesar 93986,81
kJ yang terdiri dari energi surya sebesar 22634,29 kJ (24,1%), energi kJ (75,9%) dan energi angin sebesar 23,02 kJ
biomassa sebesar 71329,50
(0,025%). Energi spesifik yang diperoleh masing-masing sebesar 31,6 MJ/kg dan 32,2 MJ/kg.
drum pengaduk yaitu 22 mm dan 42 mm sedangkan drum pengaduk eukup efektif rnernperluas kontak udara pengering dengan gabab Amplitudo rata-rata
frekuensl rata-rata drum ""ngaduk 0,69 Hz dan O,9U Hz. Penggunaan sehingga siguifikan meningka(kan laju pengeringan. Agar terjadi resolUlflsi getaran antara
voros
denga drum pengering maka
besamya beban (produk dan atau pemberat) dapat diperbesar. Pintu keluar dan masuk produk perlu diraneang kembali pengambilan produk.
guna memudabkan proses pemasukan dan
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur dan doa penulis pajalkan kehadiral Alloh Subhanahu Wa Ta'ala alas rahmal dan karunia-Nya, sehingga penulisan skripsi ini akhirnya dapal lerselesaikan Shalawat dan salam semoga senanliasa lertuju bagi Rasulullah SAW, model teladan umat manusia hingga akhir jaman. Skripsi ini disusun sebagai tugas akhir studi di Jurusan Teknik Pertanian Institut
Pertanian
Bogor.
pengeringan, yang brejudul
Tema
penelitian
ini
berkenaan
dengan
proses
.. Rancangan dan Kinerja Sistem Pengeringan
Berenergi Surya, Biornassa dan Angio
n.
Tujuan penelitian ini adalah mengetahui
pengaruh vibrasi yang dihasilkan oleh kincir Savonius terhadap pammeter pengeringan serta kinerja sistem pengeringan keseluruhan. Begilu banYak dan beragam kendala maupun rinlangan yang dihadapi penulis dari awal hingga selesainya penulisan skripsi ini. Semua itu, pasti ada hikmah yang berharga bagi penulis meski pada kenyatannya, penelitian ini terasa cukup berat. Selama melakukan penelitian sampai dengan selesainya penulisan skripsi ini banyak pihak. yang telah membantu, sehingga penulis tidak lupa mengucapkan lerima kasih kepada: I.
Prof.
Dr.
H. Kamaruddin Abdullah MSA.
IPU,
sehagai
dosen
pembimbing pertama alas segala bimbingan, araban dan nasihal yang berharga bagi penulis. 2.
Ir. Leoplold O. Nelwan MSi sebagai dosen pembirnbing kedua sekaligus sebagai penguji yang telah banyak memberikan ide, kesempatan diskusi di tengait kesibuk.an sttJdi JdIl mengajar.
3.
Dr. Ir. Suroso MAgr alas kesediaannya menjadi dosen penguji serta
koreksi terhadap kesempurnaan skripsi ini. 4.
Bpk
Made,
Bpk
Radite
dan Bpk Solahuddin alas diskusi dan
kesempatan berkonsuhasi. 5.
Pak Harto alas bantuan, ide dan kerjasama leknis
di lapangan yang
sangal berharga. 6.
Zulfl,
Hadi
"Daan",
Wahyudin,
Wawan TIN
alas
ketulusannya
membantu penulis dalam pengujian alaI yang begilu melelahkan.
7.
Mba Via, Mba Cathy dan staf CREATA alaS bantuan informasi dan
adrninistrasi. 8.
Agus Arif, Kurniawan, Yusuf Malang, Ronald, Fasirun, Anton, Edy, Faisa� Syahid, Tr� Endah, Santi, Agung R., Aji, Pingkan, Zeni atas dukungan, bantuan dan diskusi serla seluruh warga TEP 35 alas perbatian dan kebersarnaan.
9.
Wawan, Rudi dan selurub kru Primadata
dulu alaS bantuan saat
procurement. Pak Maman beserta staf Smile Net atas pengertian dan fasilitas internet yang oke. to. Ternan saiber : Windy atas diskusi yang begitu berkesan,
Khuram dan
George atas bantuan, diskusi dan konsultasi komputer. II. Terakhir
dan khusus buat Ibu, Bapak, Ayi, Eceu, Aa dan Mbab atas
motivasi dan semangat serta bantuan moril dan material yang tidak bisa dikonversikan. Juga Mia dan Agum, terima kasih atas perhatian dan leluconnya.
Semoga tulisan ini bermanfaat dan menjadi dasar pemikiran bam dibidang tekoologi pengeringan selanjutnya. Penulis menyadari penulisan skripsi ini masih memiliki banyak ketidaksempurnaan. karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca demi kesempurnaan penulisan skripsi ini.
Bogor. Februari 2003
Pellulis
ii
DAFTARISI Halaman KATA PENGANTAR.................................................................................... DAFfAR I S I...................................................................................................
111
DAFTAR TABEL...........................................................................................
v
D."'...AR GAMBAR......................................................................................
VI
DAFTAR LAMPlRAN ..................................................................................
viii
I. PENDAHULUAN .....................................................................................
A. LA TAR BELAKANG ..................................................................
I
B. TUJUAN PENELlTIAN ..............................................................
3
II. TINJAUAN PUSTAKA...........................................................................
4
A. ENERGI SURYA..........................................................................
4
B. MODIFlKASI PENGERING SURYA .......... .......................... ...
5
C. ENERGI BIOMASSA ..................................................................
6
D. PEMANAS TAMBAHAN............................................................
7
E. ENERGI ANGIN ..........................................................................
8
F. KINCIR SAVONIUS . ..................................................................
9
G. PROSES PENGERINGAN GABAH ... .......................................
II
III. PENDEKATAN RANCANGAN.......... .............................................. ...
13
A. PERTIMBANGAN RANCANGAN ALA T PEN GERING .........
13
B. RANCANGAN FUNGSIONAL...................................................
14
B.l. Kinci r Savoni us.....................................................................
14
B.2. Ala! Pengering............................ .................. ............ ...... .......
IS
B.2. Pemanas Tambahan...............................................................
16
C. RANCANGAN STRUKTURAL..................................................
16
C.l. Kincir S a voni us.....................................................................
16
C.2. Ala! Pengering......................................................... .............
17
C.2. Pemana. Tambahan ...............................................................
18
.
.
.
.
.
iii
IV.PERCOBAAN
. .
......
..
..
.........
.. ... .
......
.
....
.. .......
. .
......
..
..
.
...... ......
. ..
......
.
.
......
..
21
A. WAKTU DAN TEMPAT ....................... .................. ......... .......
21
B. BAHAN DAN ALAT ...................................................... .............
21
B.l. Bahan.....................................................................................
21
dan Intrumentasi Ukur ........................
22
C. PROSEDUR PENELITIAN............................ . ...........................
23
C.l. Tahapan Penelitia n................................................................
23
C.2. Metode Pengukuran ................... .......................... ........... ......
24
D. ANALISIS TEKNIK .. ................................ ............... ..................
27
..
B.2. Per a l a t a n Konstruksi
.
V. HASIL DAN PEMBAHASAN .
. .. .
......
.
.. .
. .........
....
. ............
..
..........
. ..........
32
A. KALIBRASI INSTRUMENTASI UKUR....................................
32
Al. Kalibrasi Termokopel ............................................................
32
A.2. Kalibrasi Dinamometer ..................................................... ...
32
B. PENGUKURAN KONSTANTA PEGAS ...................................
33
.
C. PERFOMANSI SISTEM PENGERING BERENERGI SURYA,
BIOMASSA DAN ANGIN...........................................................
35
C.I. K inerja Kincir Savonius........................................................
35
C.2. Ir adi asi surya, k a r a kteristik su hu dan kelembaban relatif
lingkungan ...........................................................................
41
C.3. K a r a kteristik suhu dan kelembaban relatifsistem
pengering ........ .. ............................................................. .....
42
C.4. Pemanas Tambahan..................................................... .........
44
D. PROSES PENGERlNGAN ................. ..........................................
44
D.l. Perubahankadar a i r .............................................. ................
44
D.2. L aju pengeringan .. ................................. ............ .................
46
.
.
.
VI. KESIMPULAN DAN SARAN
.
..... ..
.. .. .
49
A. KESIMPULAN ..... .................. ................ ............ ... .................... .
49
B. SARAN .......... ................. ..................................................... .........
50
DAFIAR PUSTAKA.....................................................................................
51
LAMPIRAN
53
...
.
.
.. . ...
..........
. .
.. ... .
........
.
..
..........
.
..
.
....................................................................................................
iv
DAFfAR TABEL Halaman Tabel 1. Potensi dan proyeksi pemanfaatan energi terbarukan eli Indonesia ...
1
Tabel 2. Nilai kalor beberapa bahan bakar . ..... ................. .. ..... ... .. .. ..
7
Tabel 3. Perbandingan beberapajenis tungku .................................................
8
Tabel4 . Efisier.si rotor beberapajeois tipe kincir angio .... .. .... . .. .. . . .
10
Tabel S. Kalibrasi tennokopel te'rhadap termometer standar ...........................
32
. .
..
...
.
..
..
.
..
.
..
..
.
.
..
.
...
Tabel 6. Kalibrasi daya keluaran dinamometer terhadap putaran variable speed molor .. .... .. . .... .
.
.
..
.
. .. ... .. ......... . .. .................................
... .
.
...
.
...
..
.
33
Tabel 7. Data rata-rata penguku ran parameter kincir Savonius pada percobaan 1 dan 2...............................................................................
35
Tabel 8. Perbandingan kadar air dan laju pengerlngan metode alat pengering dengan penjemuran pada percobaan 1 dan percobaan 2 ....................
45
Tabel 9. Perbandingan kinerja sistem pengering percobaan 1 dengan percobaan 2
.............................. ..........................................................
48
v
