Rekayasa Mesin Pengering Hybrid Tipe Rak untuk Pengeringan Biji Kakao

Rekayasa Mesin Pengering Hybrid Tipe Rak untuk Pengeringan Biji Kakao Ahmad Asari dan Daragantina Nursani Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian Situgadung, Tromol Pos 2, Serpong 15310, Tangerang, Banten Email: [email protected]; [email protected] Abstrak Pengeringan biji kakao ditujukan untuk menghentikan proses fermentasi. Keterlambatan proses pengeringan dapat menyebabkan kerusakan pada biji kakao, untuk itu diperlukan mesin pengering yang dapat mengeringkan dengan cepat, hasil yang merata serta berdaya saing dari segi biaya dan tenaga kerja. Pengeringan yang banyak dilakukan petani saat ini adalah dengan menggunakan tenaga matahari dengan kendala tergantung pada cuaca, dan mesin pengering dengan kendala tidak meratanya kadar air hasil pengeringan. Tujuan penelitian ini adalah mendesain pengering hybrid tipe rak untuk pengeringan biji kakao dengan kapasitas 750 - 1000 kg kakao basah hasil fermentasi. Pengering hybrid ini memiliki 5 komponen utama, antara lain: rumah pengering yang berbahan plastik transparan, rak pengering beralaskan kerai bambu dan jaring, tungku pembakaran, heat exchanger, blower axial, dan vorteks. Dari hasil pengujian, mesin pengering ini dapat mengeringkan 700 kg biji kakao dari kadar air 34,4% hingga 8,5% selama 24 jam dengan rata-rata suhu plenum 44,70C (kondisi hujan). Dari data tersebut diperoleh laju pengeringan sebesar 1,08 % per jam dengan konsumsi bahan bakar kayu sebanyak11,7 kg/jam. Biji kakao yang dihasilkan memiliki kadar air yang lebih merata dibandingkan sistem tumpukan karena tumpukan biji kakao pada saat pengeringan lebih tipis dan pengeringan dapat berlangsung lebih singkat karena sirkulasi udara pada rumah pengering lebih dapat terkontrol dan lebih cepat sehingga uap air dari biji kakao dapat lebih cepat terangkat dan terbuang keluar.Pengering hybrid tipe rak ini dapat menjadi alternatif pengeringan yang menarik, selain memiliki kapasitas pengeringan yang cukup tinggi, juga biaya yang dikeluarkan lebih murah karena memanfaatkan panas matahari dan limbah biomassa.

Kata kunci: kakao, mesin pengering, tipe rak.

Pendahuluan Pengeringan adalah merupakan proses penunjang agar hasil fermentasi yang baik tetap baik hingga sudah pengeringan berakhir (Anonim, 2007). Biji kakao yang dikeringkan merupakan hasil fermentasi dengan kadar air sekitar 55 -60%. Fermentasi yang dilakukan selama 6 hari dapat mempercepat proses pengeringan (Campos et al, 2012). Pengeringan dilakukan sampai kadar air menjadi 7 – 8 % (setimbang dengan udara berkelembaban 75 %). Kadar air kurang dari 6 %, biji akan rapuh sehingga penanganan serta pengolahan lanjutnya menjadi lebih sulit. Kadar air lebih dari 9 % memungkinkan pelapukan biji oleh jamur (Amin, 2005). Pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan sinar matahari (penjemuaran) dan menggunakan mesin pengering. Pengeringan dengan menggunakan metode penjemuran dilakukan diatas lantai, tikar, anyaman bambu atau lembaran plastik. Teknik penjemuran yang umum adalah tebal lapisan biji 3 cm (2-3 lapis) dan pembalikan dilakukan setiap 1-2 jam. Cuaca dan frekwensi pembalikan biji sangat mempengaruhi waktu dan kapasitas penjemuran. Saat cuaca cerah, waktu penjemuran 7-9 hari. Saat cuaca berawan, waktu penjemuran mencapai 12-14 hari sehingga menyebabkan tumbuhnya jamur di permukaan biji (Mulato dkk, 1995).

1582

Prosiding Seminar Nasional Inovasi Teknologi Pertanian Banjarbaru, 20 Juli 2016

Kondisi biji hasil fermentasi memiliki pulp (lendir) yang masih terikut menempel pada permukaan biji. Pulp yang menempel tersebut menyebabkan rongga udara dalam tumpukan biji kakao semakin berkurang dan akibatnya udara pengering sulit melewati tumpukan dan tertahan di tumpukan paling bawah. Apabila pengeringan biji kakao ini dilakukan pada sistem tumpukan tebal dapat menyebabkan tumpukan biji kakao yang paling bawah mengelami kegosongan, sedangkan tumpukan yang paling atas sulit untuk kering karena udara pengering yang kurang menjangkau tumpukan. Untuk mengatasi hal tersebut sebaiknya pengeringan dilakukan dengan metode penjemuran terlebih dahulu hingga pulp pada biji kakao mengering atau dengan kadar air rata-rata sekitar 25%, dan setelah itu pengeringan dilanjutkan dengan menggunakan mesin pengering. Dengan kombinasi cara pengeringan tersebut, resiko kerusakan biji kakao karena serangan jamur dapat diminimalkan dan biaya pengeringan dapat ditekan (Mulato dkk, 2009). Pengembangan mesin pengering saat ini menuju kearah efisiensi dan low cost dalam pengoperasiaan, sehingga energi yang digunakan bersumber dari tenaga matahari dan limbah biomassa. Dengan mempertimbangkan hal tersebut, mesin pengering yang dikembangkan berupa mesin pengering hybrid dengan menggunakan bahan bakar kayu bakar dan sinar matahari. Untuk menghemat tempat pengeringan, mesin pengering didesain dengan menggunakan tipe rak, dengan penggunaan rak ini pengeringan dapat dilakukan dengan kapasitas yang lebih besar dan ketebalan pengeringan yang lebih tipis yaitu sekitar 3 cm. Pengeringan dengan ketebalan yang lebih tipis dapat mengantisipasi keragaman kadar air dan kegosongan. Tujuan dari kegiatan ini adalah mendesain dan menguji mesin pengering hybrid tipe rak untuk pengeringan biji kakao dengan kapasitas 750 - 1000 kg kakao basah hasil fermentasi Metodologi Bahan dan Alat Bahan yang dipergunakan dalam kegiatan ini meliputi bahan rekayasa dan bahan uji untuk uji coba alsin. Adapun barang rekayasa terdiri dari plastik polikarbonat, plastik UV, besi siku, besi plat, pipa besi, vortex, kerai bambu, jaring, blower aksial, engine penggerak dan lain sebagainya. Bahan uji yang digunakan adalah biji kakao basah hasil fermentasi. Alat yang digunakan adalah peralatan untuk pengujian. Tahapan Uji Tahapan kegiatan perekayasaan dimulai dari perancangan hinga uji verifikasi mengikuti standar baku perekayasaan prototipe seperti tersaji pada Gambar 1. Terdapat 5 macam perhitungan untuk menentukan rancangan dan gambar teknik mesin pengering pengering kakao, yaitu perhitungan dimensi rak dan rumah pengerering, perhitungan kebutuhan daya pengeringan biji kakao, penentuan ukuran fan, perhitungan kebutuhan penukar panas, dan perhitungan kebutuhan bahan bakar.


1583

Gambar 1. Metodologi Perekayasaan

Selanjutnya dari hasil perhitungan-perhitungan tersebut, dibuat gambar desain (Lampiran 1). 1.

Penentuan dimensi rak dan rumah pengering Dimensi rak dihitung berdasarkan kebutuhan kapasitas pengeringan yang diinginkan dan dimensi rumah pengering berdasarkan dimensi rak pengering ditambah panjang rugi di samping dan diatas rak pengering. ................................................................................................................................... (1) .................................................................................................................................... (2) ................................................................................................................................... (3)

1584


dimana: V = Volume biji kakao (m3) Kp = kapasitas pengeringan (kg/proses) ρ = Bulk density kakao (kg/m3) L = Luasan rak yang diperlukan (m2) Jr = jumlah rak (unit) dr = dimensi rak yang diinginkan (m2) 2.

Perhitungan kebutuhan daya pengeringan biji kakao a.

Perhitungan daya untuk memanaskan biji kakao (P1) ...................................................................................................... (4)

b.

Perhitungan daya untuk menguapkan air biji kakao (P2) ............................................................................................................... (5)

c.

Daya yang diperlukan untuk mengeringkan biji kakao (P3) P3 = P1 + P2 ................................................................................................................... (6)

dimana: Mp = massa biji kakao (kg) Cp = Panas jenis kakao ( kJ/kgC) Td = Suhu pengeringan (oC) Ta = Suhu Lingkungan (oC) Mw = masa air yang diuapkan (kg) Hfg = Panas laten (kJ/kg) 3.

Penentuan ukuran fan Penentuan ukuran fan ditentukan dengan kebutuhan debit udara (kapasitas fan) yang diperlukan untuk pengeringan. ........................................................................................................................ (7) dimana: Kb = kapasitas blower (fan) (m3/s) Lp = luas penampang pengarah udara (m2) vu = kecepatan aliran udara (m/s)

4.

Perhitungan Kebutuhan Penukar Panas (Heat Exchager) (Bockh & Wetzel, 2012) ............................................................................................................................ (8)

dimana: Q = Kebutuhan energi untuk pengeringan (W) h = koefisien pinah panas konveksi (W/m.K) A = Luas penampang (m2) ∆T = Selisih suhu ruang dan Heat Exchanger


1585

5.

Perhitungan Kebutuhan Bahan Bakar Kebutuhan bahan bakar diperlukan untuk desain ruang pembakaran. Laju pembakaran bahan bakar yang diperlukan dapat dihitung dengan persamaan berikut: L=

...................................................................................................................................... (9)

dimana:` L = Laju penggunaan bahan bakar Q = Kebutuhan panas (kW) N = Nilai kalor kayu (kJ/kg) Hasil dan Pembahasan Desain Pengering Hybrid Pengering yang didesain adalah pengering hybrid dengan sumber panas berasal dari panas matahari dan tungku biomassa dengan tipe penyimpanan bahan yang dikeringkan adalah tipe rak seperti yang terlihat pada Gambar 2. Dengan model tipe rak ini, pengeringan dapat dilakukan dengan tumpukan yang tipis sehingga kadar air biji kakao yang dihasilkan lebih merata. Pengering hybrid ini memiliki 5 komponen utama, antara lain: 1) Rumah pengering Rumah pengering berfungsi sebagai tempat pengeringan biji kakao serta sebagai penangkap panas matahari. Dinding dan atap rumah pengering dibuat dengan bahan plastik transparan agar panas matahari dapat masuk dan memanaskan rumah pengering. Rumah pengering didesain sesuai dengan ukuran rak yang digunakan ditambahkan space untuk mempermudah pemasukan bahan yang akan dikeringkan. Dimensi rumah pengering adalah 3 x 6 meter berbahan plastik transparan dengan rangka besi siku 40 mm. Plastik transparan dipilih karena untuk mempermudah tranmisi cahaya ke dalam ruang pengering.Atap rumah pengering terbuat dari plastik polikarbonat dengan pertimbangan karena memiliki struktur yang lebih kuat dan mudah untuk dibentuk. 2) Rak Pengering Rak didesain secara bertumpuk dengan jarak antarrak 30 cm untuk mempermudah pemasukan dan pengeluaran biji kakao. Rangka rak terbuat dari besi siku 40 mm dengan alas yang digunakan adalah kerai bambu dan jaring (paranet). Besarnya luasan rak pengering disesuaikan dengan kapasitas. Rak dibuat dengan ukuran 2 x 5 m dengan kapasitas rata-rata 250 kg/rak sehingga pengering didesain dengan rak sebanyak 4 tumpukan. 3) Tungku Pembakaran dan Heat Exchanger Tungku Pembakaran digunakan untuk membakar biomassa, panas yang dihasilkan dari pembakaran tersebut selanjutnya akan memanaskan heat exchanger. Dengan menggunakan Heat Exchanger, udara yang masuk ke ruang pengering tidak tercampur dengan asap pembakaran dan debu hasil pembakaran yang nantinya bisa mengubah cita rasa biji kakao yang dikeringkan. Heat Exchanger yang digunakan berupa pipa besi berdiameter 2 inchi dengan

1586


panjang 1 meter sebanyak 11 buah. Gambar tungku pembakaran dan Heat Exchanger ini dapat dilihat pada Gambar 3. 4) Blower Blower digunakan untuk mensirkulasi udara pengering. Udara panas yang telah melewati heat exchanger dihembuskan ke rumah pengering melewati bahan dan langsung keluar melalui vortex yang di tempatkan dibagian atas rumah pengering. Blower yang digunakan adalah tipe aksial berdiameter 24 inchi dengan pertimbangan blower tipe ini dapat menghembuskan udara dengan aliran turbulen sehingga seluruh ruang pengering dapat terkena udara pengeringan yang relatif lebih merata. 5).Turbin / Vorteks Turbin yang digunakan pada rumah pengering ini berjumlah 4 buah dengan diameter lubang pemasukan 400 mm dan dipasang pada atap rumah pengering. Turbin ini berfungsi untuk membantu sirkulasi udara panas yang membawa uap air keluar dari rumah pengering. Udara panas yang keluar dari blower akan melewati tumpukan kakao basah dan membawa uap air keluar melalui turbin-turbin tersebut.

Gambar 2. Mesin Pengering Kakao

Gambar 3. Heat Exchanger Mesin Pengering Kakao


1587

Kapasitas

Spesifikasi: : 750 - 1000 kg (kadar air 25 - 50 %)

Dimensi rumah pengering Dimensi keseluruhan

: 6000 x 3000 x 2200 mm (P x L x T) : 7500 x 3000 x 3400 mm (P x L x T)

Dimensi rak pengering

: 5000 x 2000 mm (4 susun)

Sumber panas

: Tenaga Matahari dan Biomassa menggunakan heat exchanger

Blower Tenaga penggerak blower

: Axial 24 inchi : Motor bensin 7 HP

Bahan konstruksi

: Besi staal 4x4, plastik plocarbonat, plastik PE dan siklon (vorteks diameter 400 mm) Hasil Pengujian

Pengujian yang dilakukan menggunakan biji kakao sebanyak 700 kg yang merupakan biji kakao basah hasil fermentasi dengan kadar air 55% dan dikeringkan hingga kadar air 34,4% selama satu haridengan sinar matahari untuk menghilangkan air dan lendir yang masih menempel pada biji kakao. Setelah air dan lendir pada permukaan biji kakao tersebut hilang, pengeringan dilakukan dengan pengering hybrid tipe rak. Kondisi cuaca pada saat pengeringan hujan sehingga panas yang digunakan untuk pengeringan hanya berasal dari pembakaran biomassa. Udara panas untuk pengeringan dihasilkan dari tungku dengan bahan bakar kayu. Panas dari kompor disalurkan melalui tabung penyalur panas untuk dihisap dan dihembuskan oleh blower ke ruang pengeringan. Pengujian dilakukan pada suhu plenum 34-55oC dengan sistem pemanasan yang digunakan adalah sistem pemanasan tidak langsung. Blower yang digunakan adala tipe axial dengan posisi horisontal, berjumlah satu buah, diameter 600 mm, jumlah sudu 7 buah dan putaran 2080 RPM. Penggerak blower tersebut adalah motor bensin 5,5 HP. Suhu udara lingkungan rata-rata saat pengujian adalah 30,4 °C dengan kelembaban udara rata-rata adalah 74,0 %. Waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan biji dari kadar air 34,4 % menjadi 8,5 % dibutuhkan waktu 24 jam dengan demikian laju pengeringan rata-rata 1,08 %/jam.Pengamatan terhadap biji kakao sebelum dan sesudah pengeringan dapat dilihat pada tabel1. Tabel 1. Hasil unjuk kerja mesin pengering kakao Parameter Kadar air bahan awal rata-rata Kadar air bahan akhir rata-rata Waktu pengeringan efektif Kecepatan aliran udara rata-rata Suhu udara di ruang plenum rata-rata

Hasil 34.4 8.5

% (db) % (db)

24

jam

3 44.67

m/s o C

Suhu bahan rata-rata Laju penurunan kadar air rata-rata

35.2 1.08

o

Pemakaian bahan bakar kayu Efisiensi panas pengeringan

11.7 12,8

kg/jam %

1588

C %/jam


Pada awal proses pengeringan terdapat heat losses yang cukup tinggi sehingga suhu plenum hanya mencapai 34.9oC sehingga pengeringan kurang efisien. Kondisi tersebut terjadi di 9 jam awal pengeringan, selanjutnya dilakukan modifikasi dengan memperkecil lubang pemasukan udara pengering yang kemudian suhu plenum dapat mencapai 51.4oC. Dengan suhu yang tidak efisien selama pengeringan menyebabkan efisiensi pengeringan menjadi lebih kecil yaitu 12,8%.

Gambar 6. Grafik Penurunan Kadar Air Terhadap Waktu Kesimpulan Mesin pengering kakao tipe hybrid sudah dapat berfungsi cukup baik dengan laju pengeringan sekitar 1,08 % dengan efisiensi panas pengeringan sekitar 12,8 %.Efissiensi panas pengeringan masih terlalu rendah karena kondisi pengujian yang terlalu lembab dan tidak ada panas matahari sehingga hanya menggunakan energi biomass. Disamping itu juga karena penyetelan udara masuk yang ridak tepat pada awal-awal proses pengeringan.

Daftar Pustaka

Amin, Sarmidi. 2005. Pengujian Alat Teknologi Pascapanen Kakao untuk Masyarakat Perkakaoan Indonesia. BPPT Press. Jakarta Bockh, Peter Von, Thomas Wetzel. 2012. Heat Transfer. Basic and Practice. Springer Heidelberg Dordrecht London New York. Campos, Rodriguez J, H.B. Escalona-Buendia, S.M. Contreas-Ramos, Orozco-Avila, E. JaramilliFlores, E. Lugo-Cervantes. Effect of Fermentation Time and Drying Temperature on Volatile Compounds in Cocoa. Journal of Food Chemistry. www.sciencedirect.com


1589

Manalu, Lamhot P., B. Haryanto, A. Rejo, M. Rusmono, E. Darmawati, K. Abdullah. 1997. Penentuan Panas Laten Kakao. Buletin Keteknikan Pertanian Vol. 11 No. 1 Desember 1997. Manalu, Lamhot P. 1999. Pengering Energi Surya dengan Pengaduk Mekanis Untuk Pengeringan Kakao. Thesis. Program Pascasarjana. IPB. Bogor Mulato, Sri, T. Wahyudi, Oksari A, S. Amin. 1995. Beberapa Alternatif Sarana Pengolahan Kakao Rakyat. Dalam Prosiding Seminar Pengeringan Biji Kakao dengan Energi Surya. Puslitkoka, Askindo, BPPT Mulato, Sri, S. Widyotomo, Misnawi, E. Suharyanto. 2009. Pengolahan Produk Primer dan Sekunder Kakao. Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia. Jember Nelwan, Loepold Oscar. 1997. Pengeringan Kakao dengan Energi Surya Menggunakan Rak Pengering dengan Kolektor Tipe Efek Rumah Kaca. Thesis. Program Pascasarjana. IPB. Bogor Priyanto, Agus, Harjono, Sardjono, T. W. Widodo. 1995. Laporan Hasil Rekayasa dan Rancang Bangun Unit Pengolah Kakao Rakyat. Balai Besar Pengembangan Alat dan Mesin Pertanian. Balitbangtan. Tanggerang. Sembiring, Darta, M. Sembiring, F. H. Napitupulu, Zamanhuri. 2005. Kontribusi Penggunaan Energi Surya Pada Sistem Pengeringan Biji Kakao Basah (BKB) di Pabrik Pengeringan Biji Kakao (PPBK) Kebun Adolina PTP-IV Medan. Buletin Utama Tahun 2005, Volume 9 No. 2 : 121-132. Widyotomo S, S. Mulato. 2002. Kinerja Alat Pengering Tipe Bak Berbahan Bakar Minyak untuk Pengeringan Biji Kakao. Dalam Prosiding Seminar Nasional PERTETA. Sistem Produksi Pertanian yang Efisien dalam Perspektif Keteknikan Pertanian Memasuki AFTA 2003

1590


Lampiran 1. Gambar teknis mesin pengering kakao


1591

Rekayasa Mesin Pengering Hybrid Tipe Rak untuk Pengeringan Biji Kakao

Recommend Documents