SIMULASI PROSES PENGERINGAN JAGUNG PIPILAN DENGAN MESIN PENGERING SURYA TIPE EFEK RUMAH KACA (ERK)-HYBRID DENGAN WADAH SILINDER
F.X. LILIK TRI MULYANTARA
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Simulasi Proses Pengeringan Jagung Pipilan dengan Mesin Pengering Surya Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dengan Wadah Silinder adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal dan dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Agustus 2008
FX. Lilik Tri Mulyantara NRP F151060111
ABSTRACT F.X. LILIK TRI MULYANTARA. Simulation for shelled corn drying process with hybrid-green house effect (GHE) solar dryer with cylinder type. Under direction of LEOPOLD OSCAR NELWAN, SRI ENDAH AGUSTINA and TEGUH WIKAN WIDODO. Generally uniformity of moisture content was difficult to be reached due to un-mixed product during drying process. A study on performance of hybridgreen house effect (GHE) solar dryer with rotary drum chamber for shelled corn drying has been conducted. The objectives of this research were: to evaluate performance of hybrid-GHE solar dryer with cylinder type, to develop model to predict temperature, relative of humidity, and decreasing of shelled corn moisture content and to validate the model which developed by the experimental data. The model was constructed based on heat and mass balance. The models were solved by Euler’s finite difference method. Three experiments have been conducted and the results showed that the range of room temperature and relative hummidity were 34.0-41.0 °C and 60.276%, respectively. Based on this condition, 1114.1-1304.3 kg mass of shelled corn with the initial moisture content 22.28-24.87% wb. could be dried until to 15.92-17.58% wb. in 8-11 hours. By rotating the cylinder 15 minutes per hour, difference of inside and outside temperature of shelled corn layer was 0-9.8°C and moisture content was 0-2.3% wb. The drying capacity was 118.57-161.76 kg/h. Spesific energy consumption and main cost were 6.03-10.13 MJ/kg and 75.89124.37 Rupiah/kg, respectively. Total efficiency with solar iradiation and without solar iradiation were 19.88-39.15% and 22.51-46.06%, respectively. The models that had developed has already explain the experiment data. Coefficient of determinant (COD) of model with experiment data for room temperature, relative of humidity, grain temperature, water tank temperature, and moisture content were 0.74, 0.09, 0.35, 0.91 and 0.98, respectively. The absolute percentage deviation (APD) were 1.29%, 5.89%, 1.79%, 3.5% and 0.86%. Simulation for rotating cylinder showed that by continuous rotating had the highest influence for uniformity of temperature and moisture content. The result showed that this treatment had smallest difference of inside and outside temperature and moisture content were 0.05-1.78°C and 0.14-0.56% wb. respectively. Simulation for input changing showed that by using higher mass flow rate was 0.8 kg/second had the best influence for uniformity of temperature. The result showed that this treatment had smallest difference of inside and outside temperature was 0.31-7.81°C and the APD was 3.82%. And by adding 10% iradiation input had the highest influence for uniformity of moisture content. The result showed that this treatment had smallest difference of inside and outside moisture content was 0.14-2.94% wb. and the APD was 1.09%. Keywords: Solar dryer, green house effect, cylinder type, shelled corn
RINGKASAN F.X. LILIK TRI MULYANTARA. Simulasi Proses Pengeringan Jagung Pipilan dengan Mesin Pengering Surya Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dengan Wadah Silinder. Dibimbing oleh LEOPOLD OSCAR NELWAN, SRI ENDAH AGUSTINA dan TEGUH WIKAN WIDODO. Pada proses pengeringan keseragaman kadar air biasanya sulit dicapai tanpa adanya pengadukan. Untuk itu kajian terhadap unjuk kerja pengering efek rumah kaca (ERK)-hybrid tipe silinder berputar, sebagai pengadukan, untuk mengeringkan jagung pipilan perlu dilakukan. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan uji kinerja mesin pengering ERK-hybrid tipe wadah silinder, merumuskan model matematik untuk menduga perubahan suhu, RH udara dan penurunan kadar air jagung pipilan selama pengeringan dan melakukan validasi terhadap model yang dikembangkan dengan menggunakan data aktual hasil pengujian. Model yang dikembangkan berdasarkan pada keseimbangan panas dan massa. Metode beda hingga Euler digunakan dalam penyelesaian model-model tersebut dengan bahasa pemrograman komputer Visual Basic. Bahan uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah jagung pipilan varietas hybrida yang diperoleh dari pemasok pakan ternak. Pengujian alat pengering ERK-hybrid tipe silinder berputar ini dilakukan tiga kali dengan massa awal dan kadar air awal yang berbeda. Hasil dari tiga pengujian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa ratarata suhu ruang berkisar antara 34,0-41,0 °C dengan RH berkisar antara 60,276%. Dengan kondisi demikian massa jagung sebanyak 1114,1-1304,3 kg dari kadar air awal 22,28-24,87% bb. dapat dikeringkan menjadi 15,92-17,58% bb. dengan waktu 8-11 jam. Dengan pemutaran silinder selama 15 menit setiap jamnya, perbedaaan suhu dan kadar air yang terjadi pada lapisan dalam dan lapisan luar berturut-turut adalah 0-9,8°C dan 0-2,3% bb. Konsumsi energi spesifik yang terjadi antara 6,03-10,13 MJ/kg. Sementara kapasitas pengeringan berkisar antara 118,57-161,76 kg/jam, dengan biaya pokok pengeringan antara Rp. 75,89-124,37/kg. Efisiensi pengeringan total dengan iradiasi dan tanpa iradiasi matahari berturut-turut adalah 19,88-39,15% dan 22,51-46,06%. Model matematik yang telah disusun pada umumnya sudah dapat menerangkan hasil pengukuran. Korelasi antara hasil simulasi dan hasil pengukuran suhu ruang, RH
ruang, suhu lapisan jagung dalam tumpukan, suhu air dalam tangki, dan kadar air secara berturut-turut mempunyai koefisien determinasi (COD) 0,74; 0,09; 0,35; 0,91 dan 0,98 dan persentase simpangan mutlak (APD) berturut-turut 1,29%; 5,89%; 1,79%; 3,5% dan 0,68%. Simulasi terhadap putaran silinder menghasilkan bahwa pemutaran silinder secara terus-menerus mempunyai selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar terkecil yaitu 0,05-1,78°C dengan nilai persentase simpangan 3,67% dan selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar terkecil 0,14-0,56% bb. dengan nilai persentase simpangan mutlak 0,43%. Simulasi terhadap perubahan input menghasilkan bahwa penambahan laju udara masuk ruang pengering menjadi 0,8kg/detik paling berpengaruh dan menghasilkan suhu yang lebih seragam. Selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar yang terjadi sebesar 0,31-7,81°C dengan nilai APD 3,82%. Sementara penambahan input iradiasi sebesar 10% paling berpengaruh dan menghasilkan kadar air yang lebih seragam. Selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar jagung yang terjadi sebesar 0,14-2,94% bb. dengan nilai APD 1,09%. Kata kunci: pengering surya, efek rumah kaca, tipe silinder, jagung pipilan
@ Hak Cipta milik IPB, tahun 2008 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah b. pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.
SIMULASI PROSES PENGERINGAN JAGUNG PIPILAN DENGAN MESIN PENGERING SURYA TIPE EFEK RUMAH KACA (ERK)-HYBRID DENGAN WADAH SILINDER
F.X. LILIK TRI MULYANTARA
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Ir. Suroso, M.Agr
Judul Thesis
Nama NRP
: Simulasi Proses Pengeringan Jagung Pipilan dengan Mesin Pengering Surya Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dengan Wadah Silinder : F.X. Lilik Tri Mulyantara : F151060111
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Leopold Oscar Nelwan, M.Si Ketua
Ir. Sri Endah Agustina, MS Anggota
Dr. Ir. Teguh Wikan Widodo, M.Sc Anggota
Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS
Tanggal Ujian :
Tanggal Lulus :
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia-Nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan dari bulan September 2007 ini adalah Simulasi Proses Pengeringan Jagung Pipilan dengan Mesin Pengering Surya Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dengan Wadah Silinder. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Leopold Oscar Nelwan, M.Si selaku ketua komisi pembimbing dan selaku ketua peneliti pada proyek penelitian KKP3T atas bimbingannya yang sangat berharga bagi penulis selama pendidikan, penelitian dan penyelesaian tesis, Ibu Ir. Sri Endah Agustina, MS sebagai anggota komisi pembimbing atas segala koreksi, bimbingan dan motivasinya, Bapak Dr. Ir. Teguh Wikan Widodo, M.Sc sebagai anggota komisi pembimbing, yang telah meluangkan waktu, pemikiran dan masukan-masukan dalam penyelesaian tesis, serta Bapak Dr. Ir. Suroso, M. Agr selaku dosen penguji luar komisi pembimbing pada ujian tesis, atas segala masukan dan saran bagi penulisan tesis ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian RI melalui Proyek Penelitian KKP3T Tahun 2007 yang telah membantu membiayai penelitian. Tak lupa ungkapan terimakasih disampaikan kepada teman-teman TEP angkatan tahun 2006 dan teknisi serta laboran Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Fateta IPB yang telah banyak membantu selama penelitian berlangsung. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada istri tercinta Anunsiata Roosita atas doa, dorongan dan kasih sayangnya selama menempuh pendidikan dan penyelesaian penulisan tesis ini. Semoga tesis dan hasil penelitian yang telah dilakukan ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2008
FX. Lilik Tri Mulyantara
RIWAYAT HIDUP F.X. Lilik Tri Mulyantara dilahirkan di Bantul pada tanggal 19 Desember 1968, adalah putra ketiga dari lima bersaudara dari Bapak Sukidjo dan Ibu Yustrini. Penulis lulus dari SMA Kolese De Britto Yogyakarta pada tahun 1987 dan melanjutkan pendidikan ke Jurusan Mekanisasi Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. Pada November 1995 penulis menyelesaikan pendidikan S1. Dari Maret 1996 sampai dengan April 1999 penulis bekerja di Bagian Riset dan Pengujian CV. Karya Hidup Sentosa, selanjutnya April 1999 sampai dengan sekarang mengabdi sebagai Staf Perekayasa di Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian Serpong, Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian. Pada pertengahan Agustus tahun 2006 penulis melanjutkan pendidikan pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, dengan sponsor Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian.
i DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ............................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR............................................................................................................iv DAFTAR LAMPIRAN .........................................................................................................v DAFTAR SIMBOL ..............................................................................................................vi PENDAHULUAN .................................................................................................................1 Latar Belakang..............................................................................................................1 Tujuan Penelitian..........................................................................................................3 TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................................................4 Jagung...........................................................................................................................4 Pasca Panen Jagung .............................................................................................4 Pengeringan ..................................................................................................................5 Pengeringan Lapisan Tipis ..................................................................................7 Pengeringan Lapisan Tebal .................................................................................8 Pengering Efek Rumah Kaca...............................................................................9 Pemodelan untuk Pengeringan ..........................................................................11 BAHAN DAN METODE....................................................................................................12 Waktu dan Tempat......................................................................................................12 Bahan dan Alat ...........................................................................................................12 Bahan .................................................................................................................12 Alat ....................................................................................................................12 Pengujian Alat Pengering ERK-Hybrid Tipe Silinder ...............................................13 Pengambilan Data..............................................................................................13 Penyusunan Model Matematik ...................................................................................18 Keseimbangan Panas pada Udara dalam Ruangan............................................19 Keseimbangan Panas pada Komponen dalam Ruangan....................................19 Keseimbangan Panas pada Udara dalam Silinder Bagian Dalam .....................20 Keseimbangan Panas Air di dalam Penukar Panas ...........................................20 Keseimbangan Panas Air di dalam Tangki........................................................20 Keseimbangan Uap Air pada Udara dalam Tumpukan Jagung.........................20 Keseimbangan Panas pada Udara dalam Tumpukan Jagung ............................21 Keseimbangan Panas pada Jagung yang Dikeringkan ......................................21 Keseimbangan Uap Air pada Udara dalam Ruangan ........................................22 Penurunan Kadar Air .........................................................................................22 Koefisien Pindah Panas Volumetrik..................................................................22 Efisiensi Penggunaan Energi .............................................................................23 Pengaruh Perubahan Input terhadap Output (Analisis Sensitivitas)..................23 Analisis Ekonomi ..............................................................................................24 Perhitungan dan Validasi Perubahan Suhu, RH dan Kadar Air .................................24
ii HASIL DAN PEMBAHASAN ...........................................................................................26 Hasil Pengujian dan Performansi Alat Pengering ERK-Hybrid.................................26 Iradiasi, Suhu dan RH Lingkungan ...................................................................26 Penggunaan Sumber Energi Tambahan.............................................................28 Suhu dan RH Ruang Pengering .........................................................................29 Suhu Tungku dan Inlet ......................................................................................30 Suhu Lapisan dalam Tumpukan Jagung............................................................31 Penurunan Kadar Air Jagung Pipilan ................................................................34 Masukan Energi Alat Pengering ERK-Hybrid ..................................................36 Efisiensi Alat Pengering ERK-Hybrid ..............................................................38 Keseimbangan Massa Tongkol Jagung sebagai Bahan Bakar Pengering ERK-Hybrid.......................................................................................................38 Energi untuk Pengadukan..................................................................................39 Biaya Pokok Pengeringan..................................................................................39 Validasi Model ...........................................................................................................42 Perubahan Suhu dan RH Ruang ........................................................................42 Suhu Lapisan Jagung dalam Silinder.................................................................43 Suhu Air dalam Tangki......................................................................................44 Penurunan Kadar Air .........................................................................................45 Simulasi Pengeringan dengan Pengeringan ERK-hybrid...........................................46 Simulasi Pemutaran Silinder .............................................................................46 Simulasi Pengaruh Perubahan Input terhadap Output (Analisis Sensitivitas) .......................................................................................................50 KESIMPULAN DAN SARAN ...........................................................................................54 Kesimpulan.................................................................................................................54 Saran ...........................................................................................................................55 UCAPAN TERIMAKASIH ................................................................................................56 DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................................57 L A M P I R A N .................................................................................................................61
iii
DAFTAR TABEL Halaman 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Lima besar provinsi penghasil jagung (pipilan kering) dalam ton, 2002-2006...............1 Standar mutu jagung pipil................................................................................................5 Jumlah dan laju penggunaan bahan bakar biomassa selama pengeringan ....................29 Komposisi penggunaan energi untuk pengeringan jagung pipilan................................37 Efisiensi alat pengering ERK-Hybrid............................................................................38 Komponen-komponen biaya tetap.................................................................................40 Komponen-komponen biaya tidak tetap........................................................................40 Perbandingan energi listrik (MJ) dan biaya pokok pengeringan (Rp/kg) .....................48
iv
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Pengering ERK-hybrid tipe silinder. .............................................................................12 2. Tahapan penelitian.........................................................................................................13 3. Skematis alat pengering ERK-hybrid tipe silinder ........................................................14 4. Diagram alir proses pengeringan jagung pipilan...........................................................15 5. Titik pengambilan suhu dan kecepatan udara................................................................16 6. Titik pengambilan sampel kadar air ..............................................................................17 7. Skematik tempat sub-sistem yang ditinjau dalam penyusunan model. .........................18 8. Alur proses simulasi ......................................................................................................25 9. Iradiasi matahari pengujian I, II, dan III........................................................................26 10. Lama penyinaran, total dan rata-rata iradiasi selama ....................................................27 11. Suhu dan RH lingkungan selama pengeringan berlangsung .........................................28 12. Rata-rata suhu dan RH lingkungan selama....................................................................28 13. Suhu dan RH ruang selama pengeringan berlangsung ..................................................29 14. Rata-rata suhu dan RH ruang pengering selama ...........................................................30 15. Suhu tungku dan inlet selama pengeringan ...................................................................31 16. Sebaran suhu pada tiga lapisan berbeda ........................................................................32 17. Rata-rata suhu pada tiga lapisan berbeda ......................................................................32 18. Kondisi suhu di tahap awal dan tahap akhir di tiga lapisan...........................................33 19. Penurunan kadar air di tiga lapisan berbeda..................................................................35 20. Laju penurunan kadar air setiap lapisan ........................................................................36 21. Komposisi jagung pipilan dan air yang diuapkan. ........................................................36 22. Konsumsi energi pengeringan pengujian I, II dan III....................................................37 23. Kontribusi biaya tetap dan tidak tetap pada biaya pokok..............................................41 24. Perubahan suhu ruang hasil perhitungan dan ................................................................43 25. Perubahan RH ruang hasil perhitungan dan ..................................................................43 26. Suhu rata-rata hasil perhitungan dan hasil pengukuran.................................................44 27. Suhu air dalam tangki hasil perhitungan dan hasil pengukuran ....................................45 28. Penurunan kadar air hasil perhitungan dan hasil pengukuran .......................................46 29. Hasil simulasi pengaruh pemutaran silinder terhadap perubahan .................................47 30. Persentase simpangan mutlak suhu lapisan dalam ........................................................48 31. Hasil simulasi pengaruh pemutaran silinder terhadap...................................................49 32. Persentase simpangan mutlak kadar air lapisan ............................................................50 33. Perbandingan perubahan suhu yang terjadi ...................................................................51 34. Persentase simpangan mutlak suhu lapisan ...................................................................52 35. Perbandingan perubahan kadar air yang terjadi ............................................................52 36. Persentase simpangan mutlak kadar air lapisan ............................................................53
v
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Gambar pengeringan hamparan, pengering bak datar model segiempat dan pengering kontinyu (recirculating batch dryer)..........................................................62 2. Nilai-nilai yang digunakan dalam simulasi .................................................................63 3. Contoh ekspresi persamaan dengan metode beda hingga (finite difference) Euler untuk keseimbangan panas pada komponen dalam ruangan .............................64 4. Tampilan program .......................................................................................................65 5. Data suhu hasil simulasi ..............................................................................................66 6. Data suhu pengering ERK-Hybrid pengujian I ...........................................................67 7. Data suhu tungku, cerobong, dan iradiasi matahari pengujian I .................................68 8. Data suhu pengering ERK-Hybrid pengujian II ..........................................................69 9. Data suhu tungku, cerobong, dan iradiasi matahari pengujian II ................................70 10. Data suhu pengering ERK-Hybrid pengujian III.........................................................71 11. Data suhu tungku, cerobong, dan iradiasi matahari pengujian III..............................72 12. Data digunakan untuk mendapatkan biaya tetap dan biaya tidak tetap.......................73 13. Bahan untuk pembuatan konstruksi pengering ERK...................................................75
vi
DAFTAR SIMBOL Simbol
Latin
Satuan
A APD bb bk Cp COD G Ga h h hcv hfg I Ih Δt Igl Igp Ii If k L m m& r m& v m& amb m& sil m& w M M0 Me Pat Q1 Q2
Luas (kontak) permukaan Persentase simpangan mutlak Basis basah Basis kering Panas jenis Koefisien determinasi Fluks aliran massa Fluks aliran massa Entalpi Koefisien konveksi Koefisien pindah panas volumetrik Panas laten penguapan Iradiasi Total iradiasi surya harian Selang pengukuran Iradiasi selang pengukuran ganjil Iradiasi selang pengukuran genap Iradiasi awal Iradiasi akhir Konduktivitas Panjang Massa Laju aliran udara ruang pengering Laju aliran massa air yang diuapkan Laju aliran udara luar Laju aliran udara di silinder Laju aliran air Kadar air Kadar air awal Kadar air keseimbangan Tekanan atmosfer Energi untuk pemanasan udara Energi yang masuk (dikonsumsi) oleh sistem, dengan iradiasi Energi yang masuk (dikonsumsi) oleh sistem, tanpa iradiasi Jari-jari lingkaran Rasio keliling silinder yang tertutup terhadap keliling silinder dalam Waktu dalam persamaan (1) dan (2) Suhu bahan Suhu udara
m2 % % % kJ/kg°K kg/m2det kg/m2det kJ/kg u.k. W/moK kJ/m2detoK kJ/kg kW/m2 Wh/m2 jam W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/moK m kg kg/det kg/det kg/det kg/det kg/det % bk. % bk. % bk. Pascal kJ
Q3 r s t tg ta
kJ kJ m detik C C
vii Simbol
Latin
Satuan
T Ta U W n y
Suhu mutlak Suhu udara Koefisien pindah panas total Massa Jumlah data Nilai hasil perhitungan/pengukuran Absorptivitas Transmisivitas Waktu Efisiensi kipas Efisiensi panas bangunan pengering Efisiensi pengeringan oleh udara pengering Efisiensi total sistem Kebutuhan energi spesifik Kerapatan
K C W/moK kg -
α τ θ ηk ηr ηUP ηP ηE ρc
Subskrip Simbol abs amb at b d HE hit inlet r sil T ukur v w wall
Absorber Udara lingkungan Atmosfer Bahan bakar Kering (dry) Heat exchanger Hasil perhitungan Suhu udara masuk ruang pengering Udara dalam ruang Silinder Tangki Hasil pengukuran Uap air Air Dinding
det % % % % kJ/kg kg/m3
PENDAHULUAN Latar Belakang Perkembangan produksi jagung yang cepat sebagai bahan baku industri dimotori oleh dinamika permintaan industri pakan ternak. Negara berkembang, dengan konsumsi produk peternakan yang cenderung meningkat akibat pertambahan penduduk, urbanisasi dan pertumbuhan ekonomi memberi pengaruh kepada permintaan jagung yang semakin tinggi. Rachman (2002) juga menyebutkan bahwa kebutuhan jagung cenderung meningkat dengan laju 0,34% per tahun seiring dengan pesatnya permintaan jagung sebagai bahan baku industri pakan ternak yang membutuhkan kontinuitas pasokan. Seiring dengan kondisi di atas perkembangan produksi jagung di Indonesia terus meningkat. Sentra produksi terbesar jagung di Indonesia didominasi oleh lima provinsi seperti tersaji dalam Tabel 1 (Anonim, 2007). Untuk itu kegiatan pasca panen terutama pengeringan dan penyimpanan harus ditingkatkan sesuai dengan peningkatan produksi jagung tersebut, karena tahapan pengeringan adalah paling krusial yang menyangkut kualitas dan mutu jagung. Kegiatan pasca panen yang dilakukan petani masih terbatas pada penjemuran untuk mencapai kadar air 20-25%. Pemipilan umumnya menggunakan jasa pemipil. Pengeringan jagung untuk mencapai kadar air 14% biasanya dilakukan oleh pedagang besar atau industri pengolahan dengan menerapkan teknologi maju (Pasandaran, 2003). Tabel 1 Lima besar provinsi penghasil jagung (pipilan kering) dalam ton, 2002-2006. Tahun
Jawa Timur
2002 2003 2004 2005
3 692 146 4 181 550 4 133 762 4 398 502
Jawa Tengah 1 505 706 1 926 243 1 836 233 2 191 258
Provinsi Lampung 989 323 1 087 751 1 216 974 1 439 000
Sumatera Utara 640 593 687 360 712 560 735 446
Sulawesi Selatan 661 005 650 832 674 716 705 995
Indonesia 9 654 105 10 886 442 11 225 243 12 523 894
Sumber : Anonim, 2007 Selain itu, harga energi fosil yang meningkat tajam akhir-akhir ini menjadi masalah tersendiri dalam proses pengeringan yang masih menggunakan energi fosil sebagai sumber pemanas. Pengembangan alat pengering untuk mengurangi ketidakseragaman kadar air akhir menggunakan energi alternatif selain energi fosil dan pemakaian sumber energi yang
2 masih melimpah dan terbarukan seperti energi surya sangat diharapkan untuk mengatasi masalah di atas. Energi surya dapat digunakan untuk mengeringkan produk pertanian dengan dua cara, yaitu dengan hamparan (lihat Lampiran 1) atau dengan pengering mekanis (artificial drying). Tetapi pengeringan dengan hamparan mempunyai beberapa kelemahan seperti: tergantung dengan cuaca, sukar dikontrol, memerlukan tempat penjemuran yang luas, mudah terkontaminasi dan memerlukan waktu yang lama. Pengering mekanis kemudian dibuat untuk mengatasi kelemahan-kelemahan pengeringan dengan hamparan tersebut. Salah satu pengering mekanis yang memanfaatkan energi surya untuk proses pengeringan adalah pengering surya tipe efek rumah kaca (ERK) atau green house effect (GHE) solar dryer (Kamaruddin, 1995 dalam Manalu, 1999). Meskipun energi surya di Indonesia relatif melimpah ternyata dalam Nelwan (1997) disebutkan bahwa input energi yang berasal dari iradiasi surya hanya berkisar antara 10,7-16,4% dari keseluruhan energi yang digunakan untuk pengeringan kakao dengan pengering ERK. Sehingga pengembangan selanjutnya pengering ERK selalu membutuhkan pemanas tambahan, sehingga kemudian disebut sebagai pengering ERKhybrid. Pengering ERK-hybrid lebih berkembang dibandingkan dengan pengering surya yang lain, misalnya dengan kolektor datar antara lain disebabkan karena berdasarkan teknik optimasi diketahui bahwa biaya yang digunakan untuk kolektor datar sebagai sistem pengering cukup tinggi (Kamaruddin, 1993; 1995 dalam Nelwan, 1997). Dalam proses pengeringan suatu bahan, kontinuitas, keseragaman suhu dan kadar air adalah masalah yang sangat penting. Keseragaman kadar air akhir bahan sangat sulit sekali dicapai bahkan dalam pengeringan mekanis, kecuali dilakukan pembalikan atau pengadukan dalam selang waktu tertentu. Widodo dan Hendriadi (2004) mengatakan pengeringan bahan pertanian dengan pengering tipe bak datar menghasilkan kadar air akhir yang kurang seragam pada lapisan bawah, tengah, dan atas. Perbedaan kadar air pengeringan antara lapisan bawah dan atas sebesar 4-6% untuk pengering bak datar juga disebutkan oleh Thahir et al. (1993) dalam Thahir (2000). Kelemahan pengering tipe bak datar yang menghasilkan kadar air akhir bahan yang tidak seragam dimungkinkan terutama karena tidak adanya pengadukan. Pengadukan bahan dalam proses pengeringan yang dilakukan selama ini adalah secara manual, biasanya dengan kaki atau dengan tangan (dan alat bantu). Kemudian dikembangkan pengering yang berputar sebagai pengadukan untuk mencampur bahan secara mekanis, seperti yang dilakukan oleh Nelwan (1997) dengan rak
3 yang digetarkan terhadap kakao dan menghasilkan konsumsi energi spesifik (KES) sebesar 17,8-41,3 MJ/kg dan Manalu (1999) juga untuk mengeringkan kakao dengan pengadukan horisontal menghasilkan KES 7,2 sampai 9,3 MJ/kg. Nelwan (2007) juga melakukan pengeringan dengan rak berputar dan menghasilkan KES 7,9 sampai dengan 9,9 MJ/kg. Sulikah (2007) menyimpulkan bahwa proses pemutaran dalam pencampuran (pengadukan) jagung pipilan pada pengeringan silinder putar selama 5 menit setiap 15 menit, telah diperoleh campuran yang merata sehingga suhu bahan yang dikeringkan juga merata. Widodo et al. (2005) melakukan penelitian pengeringan dengan rotary drier untuk melihat proses dehidrasi cabai yang dikeringkan dan diperoleh kualitas yang paling baik adalah dengan melakukan pemutaran bahan 4 rpm selama 5 menit per 30 menit dengan suhu 70oC. Dengan memperhatikan kelebihan pengering ERK-hybrid dan proses pengadukan selama pengeringan yang telah dilakukan sebelumnya, untuk maksud pengembangan selanjutnya akan dilakukan simulasi yang diharapkan mampu menghitung konsumsi energi spesifik optimum untuk pengeringan jagung pipilan. Simulasi yang dilakukan berdasarkan pemodelan matematik keseimbangan panas dan massa. Penggunaan simulasi sistem akan sangat menguntungkan karena dapat menghindari kesulitan atau secara biaya terlalu besar untuk membuat sistem nyata (Stoecker, 1971). Tujuan Penelitian 1. Melakukan uji kinerja pengering ERK-hybrid tipe wadah silinder dan menghitung energi dan biaya operasi. 2. Merumuskan model matematik untuk menghitung perubahan suhu, RH udara dan penurunan kadar air jagung pipilan selama pengeringan dengan pengering ERK-hybrid tipe wadah silinder 3. Melakukan validasi terhadap model yang dikembangkan dengan menggunakan data aktual hasil pengujian.
TINJAUAN PUSTAKA Jagung Jagung (Zea mays L.) termasuk famili Gramineae, sub famili Maydeae, genus Zea dan spesies mais. Jagung tumbuh baik di daerah beriklim sedang yang panas, daerah beriklim subtropis yang basah dan dapat tumbuh baik di daerah tropis. Jagung merupakan tanaman berumah satu yaitu bunga jantan dan betina letaknya dalam satu tanaman (Sandewi, 2005). Pasca Panen Jagung Panen terbaik perlu memperhatikan dua hal, yaitu ketepatan umur panen dan cara panen. Panen pada umur optimum akan memperoleh jagung dengan mutu terbaik, sedangkan panen lebih awal akan menghasilkan jagung dengan kadar butir keriput tinggi dan panen pada fase kelewat matang menyebabkan jagung banyak rusak. Biasanya jagung siap dipanen apabila kadar air bji mencapai 30-40% (Mudjisihono et al., 1993). Namun petani biasanya menentukan waktu panen berdasarkan kenampakan kelobot atau menduga umur panenya saja. Panen dalam bentuk tongkol berkelobot merupakan cara yang banyak dilakukan petani. Tergantung kondisi wilayah, panen jagung dapat dibedakan menjadi dua cara. Pada daerah dengan curah hujan rendah, tongkol dibiarkan tetap pada tanaman hingga kering (kadar air 17-20%), kemudian jagung dipetik dengan meninggalkan kelobot pada tanaman. Sedangkan daerah dengan daerah curah hujan cukup tinggi, petani biasanya memanen jagung ketika masih segar (kadar air 30-40%). Batang jagung dipotong dengan sabit pada ketinggian sejajar pinggang, kemudian jagung diambil dan kelobotnya dikupas (Purwadaria, 1988 dalam Munarso dan Thahir, 2002). Pengeringan jagung dilakukan dua tahap. Pengeringan pertama bertujuan agar jagung mudah dipipil dan terhindar dari kerusakan akibat kadar air yang tinggi. Pengeringan kedua dimaksudkan untuk menurunkan kadar air air jagung sehingga siap disimpan untuk jangka waktu tertentu (Munarso dan Thahir, 2002). Pengendalian mutu jagung sebaiknya dilakukan selama proses produksi sampai dengan produk berada di tangan konsumen. Menurut Kristanto (2004) dalam Sandewi (2005), pengendalian mutu jagung pada saat panen dilakukan mulai pemanenan, pengeringan awal, pemipilan, pengeringan akhir, pengemasan dan penyimpanan. Pemanenan dilakukan pada saat jagung telah mencapai masak fisiologis yaitu berkisar 100
5 hari setelah tanam dan tergantung dari varietas yang digunakan. Pada umur tersebut biasanya daun jagung/klobot telah kering dan berwarna kekuning-kuningan, selanjutnya jagung dipisahkan antara jagung yang layak jual dengan jagung busuk, muda dan berjamur. Jagung yang layak jual kemudian diproses selanjutnya atau dilakukan proses pengeringan. Setelah dilakukan pemipilan, butiran jagung hasil pipilan masih terlalu basah untuk dijual ataupun disimpan. Pada pengeringan butiran (pipilan), kadar air jagung diturunkan sampai kadar air sesuai mutu jagung yang dikehendaki. Standar mutu jagung pipilan yang dikeluarkan oleh Badan Standardisasi Nasional (BSN) dapat dilihat seperti Tabel 2 (Anonim, 1995). Tabel 2 Standar mutu jagung pipil Komponen Utama Kadar air Butir rusak Butir warna lain Butir pecah Kotoran
I 14 2 1 1 1
Persyaratan Mutu (% maks) II III 15 14 6 4 7 3 3 4 2 1
IV 17 8 10 5 2
Pengeringan Pengeringan adalah suatu proses yang menyangkut perpindahan panas dan massa, oleh karena itu diperlukan energi. Energi yang diserap proses ini mencapai kurang lebih 12% dari total energi yang digunakan pada industri pangan dan pertanian dunia (Strumillo et al., 1995 dalam Manalu, 1999). Henderson dan Perry (1989) menyebutkan bahwa pengeringan adalah proses mengeluarkan air dari suatu produk sampai pada kadar air yang setimbang dengan keadaan udara atmosfer normal, atau pada kadar air dimana penurunan kualitas jamur, aktifitas enzim dan serangga dapat diabaikan. Menghilangkan kadar air adalah mengeluarkan air sehingga kadar air menjadi sangat rendah, mendekati keadaan kering mutlak (bone-dry). Hall (1957) menyatakan bahwa pengeringan merupakan proses pengurangan kadar air bahan sampai mencapai kadar air tertentu sehingga dapat menghambat laju kerusakan bahan akibat aktivitas biologis dan kimia. Sedangkan menurut Mujumdar dan Devahastin (2001), pengeringan adalah operasi rumit yang meliputi perpindahan panas dan massa transien serta beberapa laju proses, seperti transformasi fisik atau kimia yang pada akhirnya dapat menyebabkan perubahan mutu. Lebih dari 400 jenis pengering telah dilaporkan pada literatur dan lebih dari seratus jenis telah tersedia di pasar umum. Berbagai kajian melaporkan bahwa konsumsi energi
6 nasional untuk operasi pengeringan di industri berkisar dari 10-15% untuk Amerika Serikat, kanada, Perancis, dan Inggris dan bahkan di Denmark dan Jerman mencapai hingga 20-25% (Mujumdar dan Devahastin, 2000). Besarnya energi yang digunakan dalam pengeringan ini membutuhkan perhatian untuk dilakukan kajian atau penelitian lebih lanjut sehingga kebutuhan energi dapat dikurangi. Selain pengering untuk produk makanan dan industri lainnya, pengering untuk jagung-jagungan telah berkembang di Indonesia meskipun masih banyak terjadi kelemahan-kelemahan yang ditemui di lapangan. Thahir et al. (1993) dalam Thahir (2000), menyebutkan bahwa alat pengering yang banyak beredar pada saat ini adalah sistem pemanasan langsung tipe bak datar model segiempat (lihat Lampiran 1) yang mempunyai kelemahan terjadi perbedaan kadar air pengeringan antara lapisan bawah dan atas sebesar 4-6%, serta laju pengeringan yang relatif lambat. Pengeringan bahan pertanian dengan pengering tipe bak datar menghasilkan kadar air akhir yang kurang seragam dikatakan pula oleh Widodo dan Hendriadi (2004), bahwa selain lama pengeringan jagung pipilan yang dilakukan dengan bak datar segiempat pada suhu 45-70ºC membutuhkan waktu sekitar 13 jam, laju pengeringan rata-rata yang terjadi adalah 0,77 %/jam, selama 4 jam pertama penurunan kadar air yang terjadi adalah sebesar 3,67% dan kadar air pada lapisan bawah, tengah, dan atas tidak seragam. Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian Serpong telah mengembangkan alat pengering jagung recirculating batch dryer dengan kapasitas 2 ton dengan sumber panas kompor minyak tanah dengan rancangan laju pengeringan 1% per jam. Pada alat ini jagung pipilan disirkulasikan secara bertahap untuk dikeringkan pada ruang pengering sehingga kadar air jagung lebih seragam dan pengaturan kadar air lebih mudah dilakukan (Thahir et al., 2000). Balai Penelitian Tanaman Serealia Maros Sulawesi Selatan bekerjasama dengan Pusat Penelitian Kopi dan Kakao di Jember Jawa Timur telah mengembangkan alat pengering jagung tipe bak datar dengan sumber energi matahari dan tungku pembakaran dengan bahan bakar kayu atau tongkol jagung. Hasil pengujian menunjukkan bahwa efisiensi pengeringan adalah 70%. Waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk mengeringkan jagung dari kadar air awal 41% menjadi 16% adalah 30 jam, dengan laju pengeringan 0,8-0,9% per jam dan biaya pengeringan Rp. 53 per kg. Nilai ini lebih baik serta lebih murah dibandingkan dengan alat yang digunakan petani dengan kapasitas 10 ton. Waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan jagung dengan kadar air awal 32%
7 menjadi 15% adalah 29 jam, dengan laju pengeringan 0,58% per jam dan biaya pengeringan Rp. 250 per kg. (Sinuseng et al., 2001 dalam Munarso dan Thahir, 2002). Pengeringan Lapisan Tipis Lapisan tipis adalah lapisan bahan yang tebalnya adalah setebal satu lapisan bahan yang suhu dan kadar air bahan di setiap lapisan adalah seragam (Anwar, 1992). Henderson dan Perry (1976) mendefinisikan pengeringan lapisan tipis adalah pengeringan dimana semua bahan yang terdapat dalam lapisan menerima secara langsung aliran udara dengan suhu dan kelembaban yang konstan, dimana kadar air dan suhu bahan seragam. Thahir (1986) mengemukakan, pengeringan lapisan tipis dikembangkan berdasar asumsi bahwa lapisan tipis tersebut sebagai satu-kesatuan, tidak sebagai individu bahan dimana pengeringannya terjadi secara difusi mengikuti bentuk fisik tertentu. Sesuai dengan kondisi bahan yang seragam dalam lapisan bahan, maka penampilan pengeringan lapisan tipis merupakan gambaran dari penampilan pengeringan individual bahan. Oleh sebab itu, untuk memprediksi penampilan pengeringan lapisan tipis dapat didekati dengan tampilan pengeringan individu bahan dalam lapisan tipis (Anwar, 1992). Pengembangan model pengeringan memberikan perhatian yang lebih besar kepada laju pengeringan menurun. Brooker et al. (1992), mengemukakan untuk memprediksi pengeringan lapisan tipis telah dikembangkan berbagai model pendekatan: model teoritis, model semi-teoritis dan model empiris. Luikov, dalam Brooker et al. (1992), dengan pendekatan teoritis mengembangkan persamaan penduga pengeringan lapisan tipis dalam bentuk persamaan diferensial berdasarkan karakteristik fisik air atau uap air pada bahan berpori, dimana migrasi uap terjadi karena: perbedaan konsentrasi air, gaya kapiler, perbedaan tekanan, perbedaan suhu, perbedaan konsentrasi uap dan difusi. Koefisien yang ada dalam persamaan diferensial merupakan perpaduan dari keadaan suhu, uap air, gradien tekanan uap air, energi dan total perpindahan massa. Menurut Husain et al. (1972) dalam Brooker et al. (1992) pada banyak bahan hasil pertanian, pengaruh gradien suhu dapat diabaikan. Pada prakteknya pengaruh tekanan yang terdapat dalam model Luikov dapat diabaikan, dan untuk menduga laju perubahan kadar air bahan pada pengeringan lapisan tipis, parameter bahan yang dianggap paling berpengaruh adalah parameter geometri dan parameter difusi air bahan. Atas dasar itu, model Luikov disederhanakan menjadi persamaan (1).
8
⎡ ∂ 2 M c∂M ⎤ ∂M = D⎢ 2 + ⎥ ....................................................................................... (1) ∂t r∂r ⎦ ⎣ ∂r dimana c adalah konstanta sesuai geometri bahan, untuk lempeng nilai c adalah 0, untuk silinder 1 dan 2 untuk bentuk bola sementara D adalah koefisien difusivitas bahan. Henderson dan Perry (1976), memberikan model semi-teoritis untuk memprediksi pengeringan lapisan tipis yang juga berdasarkan parameter difusi dan geometri bahan seperti persamaan (2) berikut. MR = Ae − Kt .......................................................................................................... (2)
dimana A adalah konstanta yang tergantung pada geometri bahan, dengan nilai 0,608 untuk bola, 0,811 untuk lempeng dan 0,533 untuk tumpukan balokan. K adalah koefisien pengeringan yang berhubungan dengan faktor difusivitas dan ukuran bahan, dengan nilai D2/r2, untuk bola dan D2/2xtebal untuk lempengan, dimana D adalah difusivitas bahan (m2/menit). Pengeringan Lapisan Tebal Secara teoritis perhitungan-perhitungan pengeringan jagung pipilan bisa didekati sebagai lapisan tipis. Pengeringan jagung pipilan biasanya dikeringkan dengan tumpukan tebal sampai 60 cm. Untuk itu perhitungan pengeringan tumpukan tebal bisa didekati sebagai sejumlah dari lapisan tipis. Elfian (1985) menggunakan persamaan yang digunakan Thahir (1984) yang merupakan persamaan lapisan tipis untuk jagung-jagungan dengan model lempeng:
M − Me = 0,177293 exp(−36,5655 X ) + 0,81585 exp(−2,47511X ) ............................... (3) M0 − Me dimana X = kθ . Sedangkan Bala (1997), secara semi teoritis menggunakan model pengeringan lapisan tipis untuk menduga penurunan kadar air pada setiap lapisan, dengan suhu dan kelembaban udara di sekitar jagung, maka penurunan kadar air dinyatakan sebagai: dM = − k (M − Me ) .......................................................................................................... (4) dθ
9 dimana k adalah konstanta pengeringan dan Me adalah kadar air keseimbangan (%,db.), kedua-duanya merupakan fungsi suhu dan kelembaban. Sementara M adalah kadar air bahan (%,db.). Prosedur untuk menghitung pengeringan lapisan tebal dikembangkan dengan menganggap lapisan tebal merupakan susunan dari sejumlah lapisan tipis. Sesuai dengan anggapan itu, maka pengeringan lapisan tebal dinyatakan sebagai pengeringan sejumlah lapisan tipis. Model simulasi pengeringan lapisan tebal yang dikembangkan menurut prosedur pengeringan sejumlah lapisan tipis untuk beberapa komoditi hasil pertanian telah dilakukan pada penelitian-penelitian terdahulu, dengan hasil yang memuaskan. Anwar (1992), menyebutkan pengembangan model matematik untuk pengeringan cabe merah menggunakan anggapan bahwa pengeringan lapisan tebal cabe merah merupakan pengeringan sejumlah lapisan tipis cabe merah. Jumlah lapisan tipis pada lapisan tebal didekati dengan persamaan (5) berikut. R=
A ................................................................................................................. (5) B
dimana R adalah jumlah lapisan tipis pada lapisan tebal, A adalah tebal lapisan tebal dan B sebagai tebal lapisan tipis. Berdasarkan pendekatan lapisan tebal sebagai susunan dari R lapisan tipis, maka udara pengering keluaran dari lapisan tipis pertama merupakan masukan udara pengering untuk lapisan kedua. Analogi dengan kondisi udara yang keluar dari lapisan tipis pertama dan udara pengering sebagai masukan lapisan tipis kedua, berlaku untuk hubungan pada lapisan-lapisan tipis yang lain. Hubungan itu dapat dinyatakan : keluaran udara pengering lapisan tipis ke (R-1) = masukan udara pengering lapisan tipis ke (R). Pengering Efek Rumah Kaca Surya atau matahari memancarkan radiasi energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Pada kondisi optimum energi surya yang mencapai permukaan bumi besarnya 6-8 kW-jam/m2/hari untuk daerah di sekitar katulistiwa. Sedangkan pada kondisi berawan diperkirakan hanya 10 – 20% dari kondisi sebelumnya. Sekitar 30% radiasi yang mencapai atmosfer dipantulkan kembali ke angkasa, 47% diserap menjadi panas oleh atmosfer, tanah dan air. Tetapi sebagian besar energi yang diserap ini dipantulkan lagi ke atmosfer (Stout, 1979 dalam Manalu, 1999).
10 Dari jumlah energi yang tersedia diperkirakan bahwa potensi yang jatuh di wilayah Indonesia besarnya 0,48 x 106 kJ/m2 x 1,9 x 1012 m2 = 0,9 x 1018 kJ/tahun, yang kalau diubah menjadi listrik mempunyai potensi sebesar 28,35 x 1018 MWe. Penerimaan iradiasi rata-rata di Indonesia sebesar 4,5 kWh/m2/8 jam atau 562,5 W/m2 (Kamaruddin, 1991 dalam Nelwan, 1997). Energi yang berlimpah ini dapat dimanfaatkan salah satunya untuk proses pengeringan komoditi pertanian. Untuk menangkap energi surya dalam bentuk panas bisa digunakan kolektor sedangkan dalam bentuk listrik digunakan sel fotovoltaik. Pada umumnya pengering energi surya memakai kolektor. Dari hasil perhitungan (Kamaruddin, 1997 dalam Manalu, 1999) diketahui bahwa biaya pembuatan kolektor datar merupakan biaya tertinggi yang diikuti oleh biaya pengadaan kipas angin. Untuk menekan biaya pengeringan terutama pembuatan kolektor adalah dengan mengganti sistem kolektor datar ini dengan pengumpul panas yang mengikuti konsep rumah kaca. Kamaruddin (1995) dalam Manalu (1999) menyebutkan bahwa pengering surya tipe efek rumah kaca (ERK) atau green house effect (GHE) solar dryer adalah salah satu cara pemanfaatan energi surya untuk proses pengeringan. Prinsip ERK adalah dengan membuat suatu bangunan yang dinding dan atapnya terbuat dari bahan transparan berfungsi sebagai penyekat sehingga energi panas yang masuk dapat meningkatkan suhu di dalam bangunan ruang pengeringan. Panas yang terakumulasi dipakai untuk mengeringkan komoditas yang berada dalam bak pengering. Untuk menaikkan suhu udara pengering yang dihasilkan oleh pemanasan energi surya maka digunakan pemanas tambahan. Pengeringan dengan energi surya mempunyai kelemahan yaitu tidak kontinyu dan sewaktu-waktu dapat terhalang oleh hujan atau awan. Beberapa tempat di Indonesia mempunyai hari hujan yang panjang atau tingkat keawanan yang tinggi. Salah satu upaya melakukan pengeringan lanjutan pada saat cuaca tidak mendukung atau pada malam hari adalah dengan memberikan pemanasan tambahan. Selain itu pengering efek rumah kaca harus dimodifikasi dengan tempat pengering yang memungkinkan produk mencapai suhu dan kadar air akhir yang seragam, yaitu dengan cara memutar produk dengan sistem pemutaran produk atau tempat/wadah dari produk tersebut, seperti yang pernah dilakukan oleh Nelwan (1997) dan Manalu (1999), yaitu dengan rak berputar secara horisontal.
11 Pemodelan untuk Pengeringan Banyak model pengeringan yang telah dikembangkan untuk menduga kinerja dari pengering yang telah dibuat dan dikembangkan. Pelegrina et al. (1998) mengembangkan model matematik rotary dryer semi-kontinyu untuk mengeringkan sayuran dengan merubah-rubah suhu inlet dan RH pengeringan. Iguaz et al. (2003) mengembangkan model matematik untuk pengeringan produk sampingan dari sayuran dengan rotary dryer, pada skala pengering semi-industri. Hasil simulasi dapat digunakan untuk menduga bahwa suhu udara inlet paling berpengaruh pada peningkatan laju penurunan kadar air dan laju perubahan suhu pada kondisi steady state. Franca et al.(1994) melakukan simulasi numerik untuk membandingkan pengeringan lapisan tebal secara berkala (intermittent) dan kontinyu (continuous). Diperoleh hasil bahwa pengeringan kontinyu lebih efisien dibandingkan dengan pengeringan intermitent dari segi waktu. Tetapi pengeringan intermitent lebih menghasilkan distribusi kadar air dan suhu yang lebih seragam. Manalu (1999) dan Nelwan et al. (2007) mengembangkan model keseimbangan panas pengering ERK untuk mengeringkan jagung kakao sebagai berikut: Suhu atap:
dTr1 = εσ ( F1(T f4 − Tr41 ) + F1(Ts4 − Tr41 ) + F1(T p4 − Tr41 )) ......................... (6) dθ − hr1 Ar1 (Tr1 − Tr ) − hr1 Ar1 (Tr1 − Ta ) + αIAr1
(mCp) r1
Suhu udara di dalam bangunan: dT (mCp) r r = mCp(Ta − Tr ) + hr1 Ar1 (Tr1 − Tr ) + h f Ar1 (T f − Tr ) ........................ (7) dθ − hwi1 Awi1 (Twi − Ta ) + hs As (Ts − Tr ) Suhu dinding bak pengering: dT (mCp) s s = εσ (( F 4(T f4 − Ts4 ) + F 5(Twi4 − Ts4 )) − hs As1 (Ts − Tr ) dθ ..................... (8) ΔTs + Wb H f − λ p As Δy Suhu lantai: dT f (mCp ) f = ταIA f − εσ ( F 4(T f4 − Ts4 ) + F 6(T f4 − Twi4 ) − F1(T f4 − Tr41 )) dθ .......... (9) ΔT f − h f A f (T f − Tr ) − λ f A f Δy Suhu dinding bangunan: dT (mCp) w w = Aw0 (αI − hw0 (Tw0 − Ta )) − hwi Awi (Twi − Tr ) ................................ (10) dθ
BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat
Waktu penelitian ini adalah dari bulan September 2007 sampai dengan bulan Juli 2008. Pengujian dilaksanakan di Laboratorium Energi Surya Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Jurusan Keteknikan Pertanian, Fakultas Tekonolgi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bahan dan Alat Bahan
Bahan yang dikeringkan dalam penelitian ini adalah jagung pipilan dari jenis hybrida yang diperoleh dari pemasok industri pakan ternak. Bahan lain yang digunakan adalah tongkol jagung dan minyak tanah sebagai penyalaan bahan bakar awal. Alat
Peralatan yang digunakan meliputi: alat pengering tipe ERK-hybrid tipe silinder (Gambar 1) yang mempunyai lima komponen utama, yaitu ruang pengering yang berupa atap dan dinding transparan; silinder pengering dengan motor penggerak; tungku bahan bakar biomassa; penukar panas dan kipas; serta kipas pelepas udara. Alat-alat ukur yang digunakan meliputi: timbangan digital AND Model EK-1200A, termokopel tipe T (C-C), pyranometer, oven pengering SS-204D, hybrid recorder HR-2500E, anemomaster Kanomax Model 6011, digital balance EK-1200A (AND). Bahasa pemrograman Visual Basic digunakan untuk menyelesaikan persamaan-persamaan simulasi.
Gambar 1 Pengering ERK-hybrid tipe silinder.
13 Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini ditunjukkan seperti diagram alir pada Gambar 2 berikut. Uji kinerja pengering ERK-hybrid tipe silinder (3 kali ulangan)
Merumuskan model matematik perubahan suhu, RH dan kadar air
Melakukan validasi hasil simulasi dengan salah satu ulangan hasil uji kinerja pengering ERK-hybrid tipe silinder
Melakukan simulasi terhadap putaran silinder dan pengaruh perubahan input
Gambar 2 Tahapan penelitian
Pengujian Alat Pengering ERK-Hybrid Tipe Silinder
Secara skematis, bagian-bagian alat pengering ERK-hybrid tipe silinder dapat dilihat pada Gambar 3. Pengujian pengering ini dilakukan secara terus-menerus, operasi dilakukan pada siang hari saja untuk memaksimalkan energi dari matahari. Dari beberapa rujukan dan penelitian sebelumnya diketahui pengeringan jagung berlangsung pada kisaran suhu 40 – 70oC. Widodo dan Hendriadi mengeringkan jagung pipilan dengan suhu ratarata 45 - 70oC dan dapat mengeringkan jagung pipilan selama 13 jam. Kapasitas pengeringan pada penelitian ini adalah 1500 kg (skala kelompok tani/koperasi) dan suhu pengeringan diambil 60oC. Pengeringan dihentikan jika kadar air bahan mencapai 16% bb. dengan alasan pengeringan akan diteruskan ke pengeringan selanjutnya. Pengambilan Data
Pada pengujian alat pengering ERK-hybrid ini parameter yang diukur meliputi: (1) Massa, kadar air, densitas bahan; (2) Suhu meliputi: suhu udara lingkungan, plat, lantai, tungku, inlet, outlet, ruang pengering, dan suhu bahan; (3) Kelembaban relatif (RH) : RH lingkungan dan RH ruang pengering (4) Waktu pengoperasian alat; (5) Konsumsi bahan bakar; (6) Iradiasi surya, kecepatan angin.
14 Ulangan pengujian yang dilakukan untuk validasi adalah sebanyak 3 kali. Metode pengeringan jagung pipilan dengan pengering ERK-hybrid tipe silinder seperti tersaji dalam Gambar 4.
Aliran udara
Aliran air
Aliran b. bakar
Gel. pendek
Gel. panjang
Keterangan : 1. Tongkol jagung, 2. Cerobong, 3. Tungku, 4. Tangki air, 5. Pompa air, 6. Pipa outlet-1, 7. Pipa outlet-2, 8. Penukar panas, 8. Penukar panas, 9. Kipas inlet, 10. Motor penggerak, 11. Silinder pengering, 12. Kipas outlet, 13. Inlet udara, 14. Sistem pengering ERK
Gambar 3 Skematis alat pengering ERK-hybrid tipe silinder Iradiasi Surya
Data iradiasi surya diukur dengan piranometer yang ditempatkan di sebelah alat pengering ERK-hybrid sedemikian rupa sehingga sinar matahari tidak terhalang. Pengukuran dilakukan pada saat alat pengering dioperasikan sampai matahari terbenam, dengan interval pengukuran 30 menit. Keluaran dari piranometer berupa tegangan (mV). Tegangan keluaran dari piranometer sebesar 1 mV setara dengan 1000/7 watt/m2, maka akan diperoleh iradiasi sesaat. Total iradiasi surya harian (Ih) dihitung secara matematis dengan menggunakan metode Simpson (Purcell dan Varberg, 1990) . Ih =
[
]
Δt I i + 4∑ It gl + 2∑ It gp + I f ................................................................ (11) 3
15
Jagung kadar air kering panen ±1500 kg, KA 23-25% bb.
Penimbangan dan pemasukkan jagung ke dalam silinder pengering
Pengambilan sampel awal dan pengukuran kondisi awal
o
Proses pengeringan suhu 60 C kec. aliran udara inlet ±6 m/s Pengadukan Pengukuran suhu setiap setengah jam dan kadar air per jam Pengadukan Pengeringan berakhir (sampai kadar air rata-rata ±16% bb.)
Pemindahan ke pengeringan selanjutnya (in store dryer, ISD)
Gambar 4 Diagram alir proses pengeringan jagung pipilan. Suhu, RH Udara dan Suhu Bagian-bagian Alat Pengering dan pada Jagung Pipilan
Suhu dan udara diukur menggunakan termokopel tetapi untuk pengukuran RH digunakan termokopel bola basah dan bola kering, dengan interval pengukuran 30 menit. Bagian-bagian alat pengering yang diukur perubahan suhunya meliputi: plat silinder pengering, lantai, sebelum HE dan sesudah HE, udara masuk silinder pengering, udara keluar pengering, Untuk memperjelas letak termokopel dapat dilihat pada Gambar 5. Kecepatan Udara
Kecepatan udara diukur dengan menggunakan anemomaster. Bagian-bagian yang diukur meliputi: kecepatan udara masuk ruang plenum, kecepatan udara dalam ruang plenum, kecepatan udara keluar, kecepatan udara yang keluar dari jagung pipilan dalam silinder pengering, dan kecepatan udara luar, dengan interval pengukuran 30 menit. Letak dan jumlah titik pengukuran untuk masing-masing komponen dapat dilihat pada Gambar 5. Pengukuran Kadar Air Sampel Jagung Pipilan
Pengukuran kadar air jagung pipilan dilakukan di bagian dalam, tengah dan luar tumpukan jagung pipilan dalam silinder pengering dengan masing-masing 3 ulangan.
16 Pengukuran kadar air dilakukan dengan menggunakan oven pengering dengan interval pengukuran 60 menit. Titik-titik pengukuran sampel kadar air dapat dilihat pada Gambar 6. Perhitungan kadar air bahan (Brooker et al., 1992) dengan persamaan (12) dan (13) sedangkan laju penurunan kadar air bahan menggunakan rumus (14).
Ww x100% ....................................................................................... (12) W0 W KadarAir (%bk.) = w x100% ...................................................................................... (13) Wd ∂M M 1 − M 2 = Laju penurunan kadar air bahan : ....................................................... (14) ∂t θ KadarAir (%bb.) =
Keterangan : T1 : Suhu tungku, T2 : Suhu cerobong, T3 : Suhu air masuk ke HE, T4 : Suhu air keluar dari HE 1, T5 : Suhu air keluar dari HE 2, T6 : Suhu bola basah sebelum HE, T7 : Suhu bola kering sebelum HE, T8 : Suhu udara masuk pengering, T9 : Suhu bola basah pengering 1, T10 : Suhu bola kering pengering 1, T11 : Suhu lapisan dalam 1, T12 : Suhu lapisan tengah 1, T13 : Suhu lapisan luar 1, T14 : Suhu lapisan dalam 2, T15 : Suhu lapisan tengah 2, T16 : Suhu lapisan luar 2, T17 : Suhu bola basah pengering 2, T18 : Suhu bola kering pengering 2, T19 : Suhu udara dalam pengering, T20 : Suhu bola basah di outlet, T21 : Suhu bola kering di outlet, T22 : Suhu bola basah lingkungan, T23 : Suhu bola kering lingkungan, T24 : Suhu logam pengering, T25 : Suhu lantai ruang pengering, V1 : Kecepatan udara masuk ruang pengering, V2 : Kecepatan udara di dalam ruang plenum, V3 : Kecepatan udara keluar dari ruang pengering, V4 : Kecepatan udara yang keluar dari jagung dalam ruang pengering, V5 : Kecepatan udara luar
Gambar 5 Titik pengambilan suhu dan kecepatan udara
17
Gambar melintang
Gambar samping
Keterangan : Nomer 1, 4, 7 : sampel kadar air lapisan dalam tumpukan; nomer 2, 5, 8 : sampel kadar air lapisan tengah tumpukan; dan nomer 3, 6, 9 : sampel kadar air lapisan luar tumpukan.
Gambar 6 Titik pengambilan sampel kadar air Pemanas Tambahan
Pemanas tambahan diperlukan untuk menaikkan suhu udara pengering yang sudah diperoleh dari energi surya karena belum mencukupi untuk pengeringan atau hanya 10,716,4% dari panas yang dibutuhkan pengering (Nelwan, 1997). Pemanas tambahan yang digunakan adalah berupa tungku berbahan bakar tongkol jagung untuk memanaskan tangki berisi air. Data yang diambil adalah berupa laju pembakaran tongkol jagung, dan suhu tungku, cerobong serta suhu air yang ada dalam tangki yang dipanaskan. Interval pengukuran suhu adalah 30 menit. Pemutaran Silinder Pengering untuk Pengadukan
Pemutaran silinder pengering dilakukan bertujuan untuk membalik atau mencampur jagung pipilan agar pengeringan merata pada semua lapisan yang dikeringkan. Sulikah (2007) melakukan pemutaran silinder pengering 5 menit per 15 menit dengan putaran silinder 4 rpm sehingga terjadi putaran silinder sebanyak 20 putaran per 15 menit dan menghasilkan pencampuran bahan yang merata. Pengeringan dilakukan untuk jagung pipilan skala 95 kg dengan suhu pengeringan antara 61 – 74,9oC dan RH antara 23,8 – 49,6%. Untuk memperoleh pengadukan bahan yang merata, dalam pengeringan skala 1500 kg ini, akan dilakukan perputaran silinder selama 15 menit setiap 1 jam, sehingga diperoleh perputaran sebanyak 19 putaran per 1 jam, dan diharapkan diperoleh pengadukan yang merata.
18 Untuk mengetahui efek pemutaran terhadap keseragaman suhu dan kadar air lapisan jagung, maka akan dihitung nilai persentase simpangan mutlak (absolute pecentage deviation, APD) antara lapisan dalam dan lapisan luar jagung pipilan dalam silinder menggunakan persamaan (15).
100 APD = ∑ n
⎛ ylap.dalam − ylap.luar ⎜ ⎜ ylap.dalam ⎝
2
⎞ ⎟ ............................................................................ (15) ⎟ ⎠
Penyusunan Model Matematik
Penyusunan model matematik didasarkan dengan memperhatikan sub-sistem yang ada dalam keseluruhan sistem pengering ERK-hybrid. Sub-sistem yang diperhatikan dalam membuat persamaan-persamaan keseimbangan panas dan massa ini adalah : sub-sistem tangki air, sub-sistem penukar panas, sub-sistem silinder pengering, dan sub-sistem ruang pengering (Nelwan et al., 2007). Gambar 7 di bawah menunjukkan tempat-masing-masing sub-sistem yang ditinjau dalam penyusunan model tersebut.
Aliran udara Gel. pendek
Aliran air
Aliran b. bakar
Gel. panjang
Keterangan : (A) Sub-sistem Tangki air; (B) Sub-sistem Penukar panas; (C) Sub-sistem Silinder pengering; (D) Sub-sistem Ruang pengering ERK.
Gambar 7 Skematik tempat sub-sistem yang ditinjau dalam penyusunan model.
19 Keseimbangan Panas pada Udara dalam Ruangan
Perpindahan panas yang berhubungan dengan udara pada bagian ini adalah interaksi panas dengan komponen-komponen di dalam ruang pengering secara konveksi. Dari dinding pengering, udara keluar ke lingkungan dan udara dari dalam silinder tempat produk dikeringkan menuju ruangan, sementara itu udara dari ruangan pengering akan menuju ke absorber dan ke dinding. Udara pengering di dalam ruang pengering diasumsikan memiliki suhu yang seragam. Untuk itu keseimbangan termal pada udara dalam ruangan ini dapat dinyatakan sebagai berikut: dhr = −m& amb (hr − hamb ) + m& sil (hsil − hr ) − hc ,abs Aabs (t r − t abs ) ................................. (16a) dθ − hc , wall Awall (t r − t amb ) mr
dimana entalpi udara didefinisikan sebagai: h = C p ,a t + C p , w Ht dp + h fg H + C p , s H (t − t dp ) ............................................................... (16b)
Karena perubahan (C p , w − C p , s ) Ht dp dan perubahan panas laten saling meniadakan maka panas laten dapat dianggap sebagai konstanta dan (C p , w − C p , s ) Ht dp diabaikan sehingga persamaan (16b) menjadi: h = (C p , a + C p , s H )t + h fg H .......................................................................................... (16c)
persamaan (16a) dengan menggunakan persamaan (16c) dapat ditulis kembali menjadi: dt r dH r + (mr C p , s t + h fg ) = (− m& amb − m& sil )(C p , a + C p , s H r )t r dθ dθ ....... (16d) + C p ,s H amb )t amb + m& sil (C p ,a + C p , s H r )t sil − hc ,abs Aabs (t r − t abs )
m r (C p , a + C p , s H r ) + m& amb (C p ,a
− hc , wall Awall (t r − t amb )
Keseimbangan Panas pada Komponen dalam Ruangan
Untuk mempermudah perhitungan, diasumsikan bahwa seluruh komponen di dalam ruang pengering dianggap satu-kesatuan yang memiliki keseragaman properti, sehingga keseimbangan termalnya dapat dinyatakan sebagai selisih radiasi yang diserap oleh komponen-komponen tersebut dengan panas yang dipindahkan secara konveksi udara ke absorber atau secara matematis dapat dinyatakan sebagai:
mabs C p,abs
dt abs = Iα absτ wall Aproy − hc ,abs Aabs (t abs − t r ) .................................................... (17) dθ
20 Keseimbangan Panas pada Udara dalam Silinder Bagian Dalam
Pada silinder bagian dalam, udara berasal dari dalam ruangan yang telah dipanaskan ketika melalui penukar panas. Jika diasumsikan tidak ada kehilangan panas pada saluran yang menghubungkan bagian ini dengan penukar panas, maka keseimbangan termalnya dapat dinyatakan sebagai berikut:
ma
dhinlet = −m& (hinlet − hr ) + U HE AHE (t HE − t inlet ) m ......................................................... (18) dθ
Keseimbangan Panas Air di dalam Penukar Panas
Pada penukar panas, panas akan berpindah dari air dalam penukar panas ke udara yang mengalir melalui sirip-sirip penukar panas. Penukar panas yang digunakan adalah penukar panas dengan tipe aliran silang (cross-flow). Asumsi bahwa perubahan entalpi air cepat menuju ke equilibrium (steady state) maka keseimbangan termalnya dapat dinyatakan sebagai: 0 = − m& w C p , w (t w 0 − t wi ) + U HE AHE Δt HE ,lm ........................................................................ (19)
Keseimbangan Panas Air di dalam Tangki
Air dalam tangki mendapatkan panas dari gas hasil pembakaran melalui penukar panas yang dipasang di dalam tangki serta lantai tangki. Aliran air yang digerakkan oleh pompa dari tangki menuju penukar panas dan kembali lagi ke tangki juga berkontribusi dalam keseimbangan termal. Dengan demikian persamaan keseimbangan termalnya dapat dituliskan sebagai berikut: mwC pw
dt w0 = − m& wC pw (t w 0 − t wi ) + U T AT ΔtT ,lm ................................................................ (20) dθ
Keseimbangan Uap Air pada Udara dalam Tumpukan Jagung
Di dalam silinder, penambahan uap air ke udara pada pori-pori tumpukan yang berasal dari produk berlangsung ketika udara pengeringan melalui tumpukan jagung tersebut. Oleh karena itu, laju perubahan uap air pada udara dalam tumpukan merupakan penjumlahan dari laju penambahan uap air serta laju uap air masuk dan keluar dari tumpukan yang terbawa oleh udara pengeringan. Secara matematis keseimbangan ini, dikembangkan dari Bala (1997) dapat dinyatakan sebagai berikut: 0=
∂ ∂M .............................................................................. (21a) (2 sπrLGH ) + ρ d 2 sπrL ∂r ∂θ
21 Atau dapat dituliskan sebagai:
0 = rGa
∂Ga ∂H ∂M + rH + Ga H + ρ d r .................................................................... (21b) ∂r ∂r ∂θ
Karena Ga = −r 0 = Ga
∂Ga , maka ∂r
∂M ∂H ..................................................................................................... (21c) + ρd ∂θ ∂r
Keseimbangan Panas pada Udara dalam Tumpukan Jagung
Interaksi termal yang berhubungan dengan udara dalam tumpukan jagung dalam silinder pengering mencakup: panas yang terbawa aliran udara, perpindahan panas secara konvektif dengan jagung serta perpindahan panas sehubungan dengan perpindahan uap. Asumsi bahwa gerakan aliran udara hanya terjadi pada arah jari-jari silinder dan udara dengan cepat mencapai equilibrium, maka mengadopsi rumus dalam Bala (1997) persamaan keseimbangan termal pada udara dalam tumpukan dapat dinyatakan sebagai berikut: 0=
∂ ∂M ∂M ⎛ ⎞ (2 sπrLG a H ) + hcv 2 sπrL (t a − t g ) − ⎜ ρ d C pw 2 sπrL t g + ρ d 2 sπrL h fg ⎟ . (22a) ∂r ∂θ ∂θ ⎝ ⎠
dimana s adalah rasio antara keliling silinder dalam yang tertutup terhadap keliling lingkaran silinder dalam. Dari definisi persamaan (16c) dan menggunakan persamaan (21c) maka melalui manipulasi matematis persamaan (22a) dapat ditulis menjadi: 0 = G a (C p ,a + C p , s H )
∂t a ⎛ ∂M ⎞ + ⎜ − ρ d C p,s + hcv ⎟(t a − t g ) .......................................... (22b) ∂r ⎝ ∂θ ⎠
Jagung pipilan diasumsikan tercampur secara merata setelah proses pengadukan dilakukan. Dengan demikian kadar air setelah pencampuran dihitung dengan merata-ratakan kadar air di masing-masing lapisan. Keseimbangan Panas pada Jagung yang Dikeringkan
Perubahan entalpi pada jagung berbanding lurus dengan laju pindah panas konvektif ke jagung dan panas yang disuplai untuk menguapkan air dari jagung. Untuk
22 masing-masing elemen volume dari tumpukan jagung, maka persamaan keseimbangannya dapat dinyatakan sebagai (Bala, 1997):
ρ d (C pg + C pw M )
∂t g ∂θ
+ ρ d t g C pw
∂M ∂M = hcv (t a − t g ) + ρ d (h fg + C ps t g ) ................ (23a) ∂θ ∂θ
atau ditulis sebagai:
ρ d (C pg + C pw M )
∂t g ∂θ
= hcv (t a − t g ) + ρ d (h fg + (C ps − C pw )t g )
∂M ............................ (23b) ∂θ
Keseimbangan Uap Air pada Udara dalam Ruangan
Udara dengan kandungan uap air yang lebih besar meninggalkan silinder melalui lubang pada dinding silinder menuju ruangan. Untuk menjaga kandungan uap air dalam udara, maka pembuangan udara (yang membawa uap air) dilakukan dengan menggunakan kipas yang ada pada dinding pengering, dan bersamaan dengan itu udara dari lingkungan masuk untuk menggantikannya. Keseimbangan uap air di dalam udara ini dapat dinyatakan sebagai berikut:
ma
dH r = −m& a (hr − ha ) − m& sil (hr − hsil ) ........................................................................ (24) dθ
Penurunan Kadar Air
Model pengeringan lapisan tipis diterapkan untuk menduga penurunan kadar air pada setiap lapisan. Dengan suhu dan kelembaban udara di sekitar jagung. Penurunan kadar air (Bala, 1997) dapat dinyatakan sebagai: dM = − k (M − Me ) ........................................................................................................ (25) dθ
dimana k an Me merupakan fungsi suhu dan kelembaban. Koefisien Pindah Panas Volumetrik
Koefisien pindah panas volumetrik untuk jagung oleh Matouk (1976) dalam Bala (1997) dinyatakan dalam persamaan berikut: ⎛ GT hcv = 372,6⎜⎜ a ⎝ Pat
⎞ ⎟⎟ ⎠
0 , 5217
................................................................................................... (26)
23 Efisiensi Penggunaan Energi
Efisiensi termal bangunan merupakan perbandingan antara energi panas yang masuk dalam sistem yang digunakan untuk memanaskan udara pengering (Nelwan, 1999).
ηT =
Q1 x100% ................................................................................ (27) IAατ + mb C b
Nelwan (1999) menulis bahwa parameter penting lainnya adalah kebutuhan energi spesifik yang merupakan jumlah energi yang diterima (masuk) dibandingkan dengan satu satuan massa air yang diuapkan oleh jagung. Untuk konsumsi energi yang memasukkan energi iradiasi dinyatakan sebagai:
ηE =
Q2 ............................................................................................................. (28) mv
sedangkan tanpa energi iradiasi dinyatakan sebagai:
ηE =
Q3 ............................................................................................................. (29) mv
Pengaruh Perubahan Input terhadap Output (Analisis Sensitivitas)
Menurut Mulyono (1991), Jansen (1995), dan Bronson (1997), analisis sensitivitas adalah analisa perubahan parameter dan pengaruhnya terhadap solusi optimum yang telah dicapai dari suatu pengujian (model). Analisis sensitivitas ini sering juga disebut dengan analisis postoptimal. Analisis sentivitas dapat dilakukan dengan cara menambah persentase setiap variabel input yang mungkin untuk dirubah secara bertahap dan bergantian sehingga dapat diketahui seberapa besar pengaruhnya terhadap output yang terjadi. Analisis sensitivitas pada penelitian ini dilakukan pada model pemrograman yang telah dibuat dengan cara merubah-rubah input yang ada dan kemudian diamati terhadap keseragaman suhu dan kadar air yang terjadi pada tumpukan jagung pada lapisan paling dalam dan terluar. Input yang dirubah adalah input yang memungkinkan untuk dirubah meliputi: laju udara pada inlet menjadi maksimu 0,8 kg/detik, masukan energi iradiasi sebesar 10% dan masukan bahan bakar biomassa sebesar 10%. Perubahan output setelah dilakukan perubahan masing-masing input tersebut akan dibandingkan. Keseragaman output yang berupa perubahan suhu dan kadar air pada dua lapisan berbeda (dalam dan
24 luar) dapat diketahui dengan mengetahui besarnya simpangan mutlak (APD) yang terjadi, dimana semakin kecil APD maka output dapat dikatakan semakin seragam. Analisis Ekonomi
Analisis ekonomi dilakukan untuk mencari biaya pokok per satuan kg jagung pipilan. Analisis ekonomi didasarkan pada perhitungan biaya tetap dan biaya tidak tetap. Biaya tetap meliputi: biaya penyusutan, biaya bunga modal dan biaya pajak. Biaya tidak tetap meliputi: biaya bahan bakar, biaya listrik, biaya tenaga kerja dan biaya perbaikan komponen (Irwanto, 1982). Perhitungan dan Validasi Perubahan Suhu, RH dan Kadar Air
Perubahan suhu dan RH dalam pengering ERK-hybrid dan perubahan kadar air jagung pipilan selama pengeringan dihitung berdasarkan model-model perpindahan panas dan massa (persamaan 16-24) dan persamaan pengeringan lapisan tipis (25). Persamaanpersamaan tersebut diselesaikan dengan metoda beda hingga (finite difference) Euler (Bird, et al., 1960, Farlow, 1982, Tuma et al. 1997). Karena persamaan-persamaan di atas saling terkait, maka diselesaikan secara simultan untuk setiap perubahan waktu. Pemodelan diselesaikan menggunakan komputer dengan bantuan bahasa pemrograman Visual Basic. Algoritma perhitungan simulasi dilukiskan pada Gambar 8. Untuk mempermudah simulasi, maka simulasi dibuat berdasarkan pada asumsiasumsi seperti yang digunakan oleh Nelwan (1997) : udara yang masuk dalam alat pengering tidak terkompresi, sehingga tekanan udara dalam ruang tetap; penyebaran suhu dan RH di dalam ruang merata ke seluruh tempat; kehilangan panas secara radiasi ke lingkungan diabaikan; kecepatan angin di luar bangunan dianggap sama untuk setiap waktu; kehilangan panas pada saat pintu dibuka untuk pengambilan sampel diabaikan; suhu masing-masing komponen dianggap merata; jagung pipilan dalam silinder pengering terbentuk dari 40 lapisan tipis; emisivitas/absorptivitas gas di dalam ruang diabaikan. Dengan asumsi-asumsi tersebut di atas Nelwan (1997) memperoleh hasil COD dan APD yang baik untuk menduga suhu, RH dan kadar air. Untuk maksud validasi dari hasil perhitungan digunakan data salah satu hasil pengujian yang menyangkut suhu dan RH ruang, suhu air dalam tangki, suhu jagung dalam tumpukan dan perubahan kadar air jagung pipilan. Dua buah acuan yang digunakan untuk
25 validasi meliputi koefisien determinasi (COD) dan persentase simpangan mutlak (APD) (Dowdy dan Wearden, 1991; Stoecker, 1989 dalam Nelwan, 1997). COD =
∑ (y
∑ (y
hit
100 APD = ∑ n
hit
− y hit )( y ukur − y ukur )
− y hit )
2
∑ (y
⎛ y hit − y ukur ⎜⎜ y hit ⎝
ukur
− y ukur )
2
...................................................................... (30)
2
⎞ ⎟⎟ ..................................................................................... (31) ⎠ Mulai
- Suhu & RH udara - Suhu awal plat, lantai, jagung, inlet, plenum - Massa, kadar air awal jagung, - Debit udara - delta t - Jam mulai, jumlah data, - Properties jagung pipilan, udara, - Energi tambahan - Iradiasi
loop waktu
hitung koefisien pindah panas, perubahan suhu & RH memakai persamaan keseimbangan panas & massa
suhu & RH ruang, suhu plat, inlet, lantai, plenum
Me = f (T, RH) K = f (T)
Diaduk KA rata-rata Hitung perubahan suhu & RH dalam tumpukan jagung pipilan Hitung perubahan KA
Cetak suhu, RH, KA
Selesai
Gambar 8 Alur proses simulasi
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian dan Performansi Alat Pengering ERK-Hybrid Iradiasi, Suhu dan RH Lingkungan
Ketiga pengujian pengeringan dengan pengering ERK-hybrid dalam penelitian ini dilakukan pada siang hari. Hal itu dilakukan dengan alasan untuk lebih mengoptimalkan energi radiasi dari matahari. Iradiasi matahari sesaat yang tercatat selama pengujian I, II dan III berlangsung (diukur pada saat alat pengering dioperasikan) seperti tersaji dalam Gambar 9. Iradiasi rata-rata yang diterima pada pengujian I adalah 439,293 W/m2, pengujian II sebesar 492,857 W/m2, sedangkan pada pengujian III adalah 421,935 W/m2. Penerimaan iradiasi rata-rata dapat dikatakan lebih rendah bila dibandingkan dengan ratarata penerimaan iradiasi matahari di Indonesia 562,5 W/m2 (Nelwan, 1997) dikarenakan sebagian sinar matahari terhalang oleh awan selama pengeringan berlangsung.
2
Iradiasi matahari (W/m )
1000 800 600 400 200 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Waktu (jam) Percobaan I
Percobaan II
Percobaan III
Gambar 9 Iradiasi matahari pengujian I, II, dan III Penerimaan iradiasi yang sangat berfluktuasi dapat ditunjukkan dengan dicapainya iradiasi maksimum pengujian I, II dan III masing-masing 957,143 W/m2, 800,0 W/m2dan 760,0 W/m2, dan iradiasi minimumnya 0 W/m2, 100 W/m2 dan 54,3 W/m2. Lama penyinaran yang diterima saat berlangsungnya pengeringan jelas sekali berpengaruh pada total iradiasi surya yang diterima. Pada pengujian I dengan lama penyinaran 10,5 jam, total iradiasi surya mencapai 4,17 kWh/m2, pengujian II lama penyinaran selama 8 jam, total iradiasi surya mencapai 3,94 kWh/m2, sedangkan pengujian III lama penyinaran adalah 8
27 jam dan total iradiasi surya mencapai 3,54 kWh/m2. Gambar 10 menyajikan gambaran iradiasi dan lama penyinaran selama proses pengeringan berlangsung.
Lama penyinaran (jam)
10.5 8.0 8.0 41.7 39.4 35.4
Total iradiasi (w/m2*100)
43.9 49.3 44.3
Rata-rata iradiasi (W/m2*10) 0
10
Percobaan III
20
30
Percobaan II
40
50
60
Percobaan I
Gambar 10 Lama penyinaran, total dan rata-rata iradiasi selama pengeringan untuk ketiga pengujian Suhu lingkungan berfluktuasi mengikuti iradiasi matahari seperti ditunjukkan pada Gambar 11. Kisaran suhu lingkungan pada pengujian I berlangsung antara 28,7 – 38,7°C dengan rata-rata suhu sebesar 33,5°C, pengujian II mempunyai suhu antara 31,3 – 37,9°C dengan rata-rata suhu 34,7°C, dan pada pengujian III suhu berlangsung antara 30,7 – 37,4°C, dengan rata-rata suhu adalah 34,9°C. Kelembaban relatif (RH) lingkungan pengujian I berkisar antara 62,1 – 98,1%, pengujian II mempunyai kisaran 65,9 – 82,5% dan pengujian III antara 58,7 – 80,3% dengan rata-rata RH masing-masing berturut-turut adalah 79,4%, 76,1%, dan 69,7%. Gambar 12 memperlihatkan rata-rata suhu dan RH
120
45
100
40
80
40
80
35
60
35
60
30
40
30
40
25
20
25
20
20
0
20
0
2.33
4.27
6.22
8.2
10.22
Waktu (jam) Suhu lingkungan
RH lingkungan
(a) Pengujian I
o
0 0
2.5 5 Waktu (jam) Suhu lingkungan
7.5
RH lingkungan
(b) Pengujian II
RH (%)
50
100
Suhu ( C)
120
45
RH (%)
50
o
Suhu ( C)
lingkungan selama proses pengeringan berlangsung untuk ketiga pengujian.
120
45
100
40
80
35
60
30
40
25
20
20
RH (%)
50
o
Suhu ( C)
28
0 0
2.5
5 Waktu (jam)
Suhu lingkungan
7.5
RH lingkungan
(c) Pengujian III Gambar 11 Suhu dan RH lingkungan selama pengeringan berlangsung
100 79.4 80
76.1 69.7
60 40
33.5 34.7 34.9
20 0 Rata-rata suhu (oC)
Percobaan I
Rata-rata RH (%)
Percobaan II
Percobaan III
Gambar 12 Rata-rata suhu dan RH lingkungan selama pengeringan berlangsung Penggunaan Sumber Energi Tambahan
Untuk ketiga pengujian dalam penelitian ini digunakan bahan bakar biomassa yang berfungsi untuk menaikkan suhu ruang pengering ERK. Pada pengujian I digunakan bahan bakar biomassa dari arang kayu sedangkan pengujian II dan III sebagai perbandingan digunakan bahan bakar biomassa dari tongkol jagung. Jumlah dan laju bahan bakar arang kayu selama proses pengeringan pada pengujian I dan bahan bakar tongkol jagung untuk pengujian II dan III seperti tersaji dalam Tabel 3.
29 Tabel 3 Jumlah dan laju penggunaan bahan bakar biomassa selama pengeringan Lama Pengeringan (jam) 11 8 8
Pengujian I II III
Jumlah (kg) 53,0 50,5 55,0
Jenis biomassa Arang kayu Tongkol jagung Tongkol jagung
Laju (kg/jam) 4,82 6,31 6,88
Suhu dan RH Ruang Pengering
Gambar 13 menunjukkan suhu dan RH ruang pengering pada ketiga pengujian yang telah dilakukan. Kisaran suhu ruang pengering yang terjadi pada ketiga pengujian berturut-turut adalah 28,6 – 37,9°C; 32,5 - 44,4°C dan 34,7 – 42,8°C, sedangkan RH ruang pengering berselang antara 51,0% - 83,3%; 53,2% - 76,4% dan 54,8 – 74,6%. Adapun
80 70
40
o
RH (%)
50
Suhu ( C)
60
30 20 10 0 4.27 6.22 8.2 W aktu (jam)
Suhu ruang
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
10.22
1
2
3
4
5
6
Waktu (jam) Suhu ruang
RH ruang
(a) Pengujian I
RH ruang
(b) Pengujian II 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0
1
2
3
4
5
6
7
RH (%)
2.33
o
0
90
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
8
Waktu (jam) Suhu ruang
RH ruang
(c) Pengujian III Gambar 13 Suhu dan RH ruang selama pengeringan berlangsung
7
8
RH (%)
90
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
Suhu ( C)
o
Suhu ( C)
rata-rata untuk suhu dan RH ruang dapat dilihat pada Gambar 14.
30
80
70.4
70
61.3
60.2
60 50 40
41.0
40.1
33.2
30 20 10 0 Suhu ruang (oC) Percobaan I
Percobaan II
RH ruang (%) Percobaan III
Gambar 14 Rata-rata suhu dan RH ruang pengering Selama pengeringan berlangsung Suhu Tungku dan Inlet
Tungku digunakan sebagai pemanas air yang kemudian disalurkan melewati penukar panas (radiator) dan panas yang dihasilkan dihisap oleh kipas inlet. Suhu tungku kedua pengujian relatif berfluktuasi. Hal ini disebabkan pengumpanan bahan bakar disesuaikan dengan kondisi suhu inlet. Apabila suhu inlet melebihi 60°C pengumpanan bahan bakar ke dalam tungku harus dikurangi, demikian sebaliknya. Pengumpanan bahan bakar di tungku juga menyebabkan panas pembakaran berkurang sesaat dan membutuhkan waktu kira-kira 3 - 5 menit untuk kembali ke pembakaran sempurna lagi. Pengumpanan bahan bakar dilakukan secara manual karena auger (screw conveyor) yang dibuat belum sempurna sehingga menyulitkan pengumpanan bahan bakar secara kontinyu. Bahan bakar pengujian I menggunakan arang kayu, sementara pada pengujian II dan III menggunakan tongkol jagung dengan kadar air 11,6 – 12,4%. Rata-rata suhu tungku yang terjadi pada pengujian I adalah 204,39°C, pengujian II 272°C dan pengujian III adalah 420,8°C. Sementara suhu tungku tertinggi adalah 516,19°C terjadi pada pengujian III. Suhu inlet rata-rata pada pengujian I adalah 52,9°C, pengujian II sebesar 59,4°C dan pengujian III adalah 60°C. Pengaruh kontinuitas pengumpanan bahan bakar ke dalam tungku pembakaran mempengaruhi suhu yang terjadi di inlet. Sebaran suhu tungku dan inlet selengkapnya tersaji pada Gambar 15.
31
500
300
40 30
200
20 100
10
0
70 60
400
50 40
300
30
200
20 100
10
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
10
0 0
Waktu (jam) Suhu Tungku
o
50
80
Suhu inlet ( C)
400
o
60
Suhu tungku ( C)
600
70 o
o
Suhu tungku ( C)
500
80
Suhu inlet ( C)
600
1
2
3
4
5
6
7
8
W aktu (jam)
Suhu inlet
Suhu Tungku
(a) Pengujian I
(b) Pengujian II
600
80
50
300
40 30
200
o
o
60 400
Suhu inlet ( C)
70
500 Suhu tungku ( C)
Suhu Inlet
20 100
10
0
0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
Waktu (jam) Suhu Tungku
Suhu Inlet
(c) Pengujian III Gambar 15 Suhu tungku dan inlet selama pengeringan Suhu Lapisan dalam Tumpukan Jagung
Suhu lapisan dalam tumpukan jagung diukur dengan termokopel (C-C) pada tiga lapisan yaitu 11 cm (lapisan dalam), 21 cm (lapisan tengah), dan 32 cm (lapisan luar) dari ruang plenum. Sebaran suhu rata-rata yang terjadi di lapisan dalam, lapisan tengah, dan lapisan luar masing-masing pada pengujian I, pengujian II dan pengujian III mengikuti iradiasi yang terjadi selama proses pengeringan dan dapat dilihat pada Gambar 16. Pengukuran suhu lapisan dilakukan setiap setengah jam sekali yaitu sebelum dan sesudah silinder diputar. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa untuk keseluruhan suhu jagung sebelum dan sesudah diputar berfluktuasi. Pada pengujian II terlihat jelas perbedaan suhu lapisan sebelum diputar lebih tinggi dibandingkan sesudah diputar karena terjadi efek pencampuran jagung di silinder sehingga mengakibatkan suhu turun.
50
50
45
45 Suhu ( C)
40
40
o
o
Suhu ( C)
32
35
35
30
30
25 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
25
12
0
Waktu (jam)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Waktu (jam) Suhu lapisan dalam
Suhu lapisan tengah
Suhu lapisan luar
Suhu lapisan dalam
(a) Pengujian I
Suhu lapisan tengah
Suhu lapisan luar
(b) Pengujian II 50
Suhu ( C)
45 o
40 35 30 25 0
1
2
3
Suhu lapisan dalam
4 5 Waktu (jam)
6
Suhu lapisan tengah
7
8
9
Suhu lapisan luar
(c) Pengujian III Gambar 16 Sebaran suhu pada tiga lapisan berbeda Rata-rata suhu setiap lapisan pengujian I, II dan III dapat dilihat pada Gambar 17. Selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar pada pengujian I adalah 0-4,7°C, pengujian II sebesar 0,8-9,8°C, dan pada pengujian III sebesar 0,2-4,7°C. 38.47 38.29
Percobaan I
40.54 39.86 40.26
Percobaan II
44.92 39.07 37.96
Percobaan III
40.42 34
36
Suhu lapisan dalam
38
40 Suhu (oC)
Suhu lapisan tengah
42
44
46
Suhu lapisan luar
Gambar 17 Rata-rata suhu pada tiga lapisan berbeda
33 Rata-rata suhu lapisan dalam mempunyai nilai terbesar karena berada paling dekat dengan ruang plenum. Gambar 18 menunjukkan bahwa pengujian I mempunyai karakteristik suhu di awal pengujian lebih rendah dibandingkan dengan akhir pengujian, hal ini dipengaruhi oleh lamanya waktu pengeringan sehingga pengaruh udara panas dari ruang plenum terhadap pencampuran jagung sudah relatif merata ke semua lapisan. Pengujian II suhu lapisan pada kondisi awal lebih tinggi daripada suhu dalam kondisi akhir, tetapi untuk lapisan tengah dan lapisan luar, suhu pada kondisi awal lebih rendah daripada kondisi akhir. Hal ini berarti menunjukkan bahwa efek campuran terjadi pada pengujian II ini meskipun simpangan mutlaknya lebih tinggi daripada pengujian I. Pada pengujian III karakteristik suhu hampir sama dengan pengujian I yaitu suhu lapisan pada kondisi awal lebih rendah dengan suhu lapisan kondisi akhir, hal itu terjadi karena adanya efek pencampuran selama proses pengeringan meskipun lapisan luar juga terkena efek radiasi matahari sehingga lebih tinggi dibandingkan suhu lapisan tengah. 45 44
44.19
43.81
43.46
43
42.58
Suhu ( C)
41.56 o
41 40 39 38 37 36 35 Kondisi awal Lapisan dalam
43.63
40.08
Kondisi awal
Lapisan luar
Lapisan dalam
(a) Pengujian I
o
40.13
Kondisi akhir
Lapisan tengah
Lapisan luar
(b) Pengujian II 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35
43.03 40.48 39.25 37.52 36.15 35.58 Kondisi awal
Lapisan dalam
Kondisi akhir
Lapisan tengah
40.03
38.35
Kondisi akhir
Lapisan tengah
Suhu ( C)
o
Suhu ( C)
42
42.25
44.75
45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35
Lapisan luar
(c) Pengujian III Gambar 18 Kondisi suhu di tahap awal dan tahap akhir di tiga lapisan.
34 Penurunan Kadar Air Jagung Pipilan
Jumlah jagung pipilan yang digunakan pada pengujian pengeringan I adalah 1304,3 kg, pengujian II sebanyak 1294,1 kg, dan pengujian III sebanyak 1114,1 kg. Jagung pipilan ditempatkan dan dikeringkan dalam silinder pengering yang berdiameter 1,25 m dengan tumpukan tebal rata-rata 40 cm. Sampel kadar air diambil pada tiga titik pengambilan dengan kedalaman masing-masing 11 cm, 21 cm, dan 32 cm dan sampel diambil setiap satu jam sekali. Jumlah air yang diuapkan dari jagung pada pengujian I sebesar 138,8 kg, pengujian II adalah 92,9 kg sedangkan pengujian III sebesar 77,6 kg. Pada pengujian I kadar air awal jagung pipilan adalah 24,87 % bb. dikeringkan sampai kadar air 15,92 % bb. membutuhkan waktu pengeringan 11 jam dan selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar selama proses pengeringan adalah 0-2,3%. Kadar air awal jagung pipilan pengujian II adalah 22,28 % bb. dikeringkan sampai kadar air 16,27 % bb. dengan waktu pengeringan 8 jam dan selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar selama proses pengeringan adalah 0,1-1,4%, sedangkan kadar air awal jagung pipilan pengujian III adalah 23,57% bb. dikeringkan sampai kadar air 17,85 % bb. dengan waktu pengeringan 8 jam dan selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar selama proses pengeringan adalah 0,4-1,8%. Hal ini lebih baik daripada hasil pengujian pengeringan jagung dengan bak datar yang dilakukan oleh Thahir et al. (1993) dalam Thahir (2000) dimana perbedaan kadar air pengeringan antara lapisan dalam dan luar sebesar 4-6%. Penurunan kadar air rata-rata dari tiga lapisan berbeda pada ketiga pengujian digambarkan pada Gambar 19. Laju penurunan kadar air rata-rata untuk pengujian I adalah 0,96% bk./jam, pengujian II sebesar 1,18% bk./jam dan pengujian III adalah 1,11% bk/jam (Gambar 20). Hasil penelitian Jubaedah (2000), pada skala laboratorium, pengeringan jagung pipilan hibrida dengan ketebalan 60 cm dan kadar air awal 26,8% bb. hingga 14% bb. memerlukan waktu 6 jam dengan laju pengeringan 2,8% bk./jam. Sementara dengan ketebalan 75 cm dengan kadar air awal 27,3% bb sampai 14,6% bb. membutuhkan waktu 7 jam dengan laju pengeringan 2,2% bk./jam. Widodo dan Hendriadi (2004) mengeringkan jagung pipilan menggunakan pengering tipe bak datar model segiempat dari kadar air awal 24,5% -14,7% bb. pada suhu 45-70ºC membutuhkan waktu sekitar 13 jam, laju pengeringan rata-rata yang terjadi adalah 0,77 % bb./jam, sementara menggunakan bak datar model silinder menghasilkan laju penurunan 1,10% bb./jam. Dilaporkan pula bahwa selama 4 jam pertama penurunan kadar air yang terjadi adalah sebesar 3,67% dan kadar air pada lapisan
35 bawah, tengah, dan atas tidak seragam. Pengering jagung resirculating batch dryer dengan kapasitas 2 ton dengan sumber panas kompor minyak tanah dengan rancangan laju pengeringan 1% per jam. Pada alat ini bahan disirkulasikan secara bertahap untuk dikeringkan pada ruang pengering sehingga kadar air jagung lebih seragam dan pengaturan kadar air lebih mudah dilakukan (Thahir et al., 2000). Hasil pengujian Sinuseng et al. (2001) dalam Munarso dan Thahir (2002) terhadap alat pengering jagung dengan sumber energi matahari dan tungku pembakaran dengan bahan bakar kayu atau tongkol jagung menunjukkan bahwa waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk mengeringkan jagung dari kadar air awal 41% menjadi 16% adalah 30 jam, dengan laju pengeringan 0,8-0,9% per jam. Penelitian yang lain terhadap pengering dengan kapasitas 10 ton membutuhkan waktu 29 jam untuk mengeringkan jagung dengan kadar air awal 32% menjadi 15%. Laju
27
25
25 Kadar air (% bb.)
27
23 21 19 17
23 21 19 17
15
15
0
2
KA lapisan dalam
4
6 Waktu (jam)
8
10
12
0
2
4
6
8
10
W aktu (jam )
KA lapisan tengah
KA lapisan luar
K A lapis an dalam
(a) Pengujian I
KA lapis an tengah
(b) Pengujian II
27 25 Kadar air (% bb.)
Kadar air (% bb.)
pengeringan yang terjadi adalah 0,58% per jam.
23 21 19 17 15 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
W aktu (jam ) KA lapis an dalam
KA lapis an tengah
KA lapis an luar
(c) Pengujian III Gambar 19 Penurunan kadar air di tiga lapisan berbeda.
K A lapis an luar
36 1.24
L a ju p e n u ru n a n K A (% b k/ja m )
1.4 1.2 1.0
1.16 1.06 0.96 0.87
1.14
1.18
1.22
1.11 1.08 1.14
0.96
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Percobaan I
Percobaan II
Lapisan dalam
Lapisan tengah
Percobaan III Lapisan luar
Rata-rata
Gambar 20 Laju penurunan kadar air setiap lapisan
1304.3 1294.1 1114.1
Massa jagung aw al
1165.5 1201.3 1036.5
Massa jagung akhir 138.8 Massa air diuapkan
92.9 77.6 0
Percobaan III
500 1000 Massa (kg) Percobaan II
1500
Percobaan I
Gambar 21 Komposisi jagung pipilan dan air yang diuapkan. Masukan Energi Alat Pengering ERK-Hybrid
Energi yang digunakan untuk pengeringan bahan merupakan 60% dari keseluruhan energi yang digunakan untuk proses produksi suatu bahan pertanian. (Brooker et al., 1992) Besarnya konsumsi energi selama proses pengeringan yang berasal dari energi iradiasi matahari, biomassa dan listrik pengujian I, II dan III tersaji pada Tabel 4 dan Gambar 22. Persentase energi surya pengujian I, pengujian II dan pengujian III berturut-turut adalah 15,01%, 13,78% dan 11,71% persentase ini hampir sama bila dibandingkan dengan pengeringan kakao skala 133-228 kg dengan pengering ERK oleh Nelwan (1997), yaitu berkisar antara 10,7-16,4%. Persentase energi biomassa berturut-turut untuk pengujian I, pengujian II dan pengujian III adalah 76,59%, 79,36%, dan 81,79%. Sedangkan energi listrik berturut-turut untuk pengujian I, pengujian II dan pengujian III adalah 8,39%,
37 6,87%, dan 6,50%. Laju penggunaan biomassa (arang kayu) pada pengujian I adalah 4,82 kg/jam sedangkan laju penggunaan tongkol jagung pada pengujian II dan pengujian III berturut-turut adalah 6,31 kg/jam dan 6,88 kg/jam. Jumlah biomassa ditentukan oleh waktu pengeringan sampai kadar air 16% bb. Dari perhitungan diperoleh konsumsi energi spesifik (KES) untuk setiap satu kilogram air yang diuapkan dari kadar air awal sampai kadar air sekitar 16% bb. pada pengujian I adalah 6,03 MJ/kg, pengujian sebesar II 8,01 MJ/kg dan pengujian III adalah 10,13 MJ/kg. Nelwan (2007) melaporkan pengeringan kakao dengan rak berputar membutuhkan konsumsi energi spesifik 7,9-9,9 MJ/kg. Konsumsi energi spesifik masih bisa diperkecil apabila pengering ERK-hybrid diisi sesuai kapasitas maksimalnya yaitu 1500 kg, sehingga air yang diuapkan dari jagung pipilan lebih banyak. Selain hal tersebut pemasukan energi tambahan (biomassa) dilakukan dengan sistem kendali sesuai kebutuhan juga dapat berkontribusi terhadap konsumsi energi spesifik. Tabel 4 Komposisi penggunaan energi untuk pengeringan jagung pipilan. Sumber energi Surya Biomassa* Listrik ** Total
Pengujian I MJ %
Pengujian II MJ %
Pengujian III MJ %
125,59 640,70 70,20 836,52
102,47 590,30 51,10 743,88
92,00 643,00 51,10 786,1
15,01 76,59 8,39 100,00
13,78 79,36 6,87 100,00
Keterangan : * Pengujian I menggunakan arang kayu, pengujian II dan III menggunakan tongkol jagung ** Untuk menggerakkan kipas inlet, kipas outlet dan pemutar silinder pengering 640.7 590.3 643.0
700 600
Energi (MJ)
500 400 300 200
125.6 102.5 92.0
70.2
100
51.1 51.1
0 Iradiasi
Biomassa
Listrik
Jenis energi Percobaan I
Percobaan II
Percobaan III
Gambar 22 Konsumsi energi pengeringan pengujian I, II dan III
11,71 81,79 6,50 100,00
38 Efisiensi Alat Pengering ERK-Hybrid
Perhitungan efisiensi hanya dilakukan pada efisiensi pengeringan total dengan iradiasi dan tanpa iradiasi. Efisiensi pengeringan total adalah perbandingan energi yang dipakai untuk menguapkan air bahan dengan energi yang diterima. Dari hasil perhitungan pengujian I menggunakan bahan bakar arang kayu mempunyai efisiensi pengeringan total dengan iradiasi adalah 39,15% dan tanpa iradiasi sebesar 46,06%, dimana efisiensi tersebut lebih tinggi dibandingkan dengan pengeringan menggunakan bahan bakar tongkol jagung pada pengujian I dan II (lihat Tabel 5). Hall (1957) menyebutkan bahwa efisiensi alat pengering yang menggunakan oil-fired direct heater untuk pengeringan jagung mencapai 34,6%. Sedangkan pengering bak datar model segiempat dan model silinder yang diuji oleh Widodo dan Hendriadi (2004), untuk mengeringkan jagung pipilan, berturut-turut memiliki efisiensi panas pengeringan 59,00% dan 69,64%. Hasil pengujian Sinuseng et al. (2001) dalam Munarso dan Thahir (2002) terhadap alat pengering jagung dengan sumber energi matahari dan tungku pembakaran dengan bahan bakar kayu atau tongkol jagung menunjukkan bahwa efisiensi pengeringan adalah 70%. Nelwan (1997), mendapatkan efisiensi total pengeringan dengan iradiasi pengering ERK untuk megeringkan jagung kakao sebesar 10,27 – 21,41%. Jubaedah (2000) melakukan pengujian pengeringan jagung skala laboratorium dengan tebal tumpukan jagung 60 cm dan 70 cm mempunyai efisiensi pemanasan udara berturut-turut 70,01% dan 55,01%, dan efisiensi total pengeringan berturut-turut sebesar 41,72% dan 40,91%. Tabel 5 Efisiensi alat pengering ERK-Hybrid
Pengujian I Pengujian II Pengujian III
Efisiensi pengeringan total dengan iradiasi (%) 39,15 29,45 19,88
Efisiensi pengeringan total tanpa iradiasi (%) 46,06 34,16 22,51
Keseimbangan Massa Tongkol Jagung sebagai Bahan Bakar Pengering ERK-Hybrid
Massa tongkol yang dihasilkan dari pemipilan jagung ternyata mencukupi apabila digunakan sebagai bahan bakar pengering. Dari hasil pengukuran nisbah jagung terhadap tongkol jagung pada kondisi kadar air jagung 25% bb. untuk varietas jagung hybrida : signeta, bisi2, jaya, dan nusantara diperoleh massa tongkol rata-rata adalah 32% dengan
39 kadar air tongkol rata-rata 33%. Apabila nisbah jagung jagung pipilan rata-rata adalah 68% maka dari 1500 kg mempunyai tongkol dari pemipilan sebanyak 706 kg (kadar air 33%). Tongkol bisa digunakan sebagai bahan bakar pada kondisi kadar air sekitar 14% maka nisbah massa tongkol menjadi 550 kg. Untuk mengeringkan jagung pipilan pada siang hari dengan pengering ERK-hybrid dari kadar air sekitar 23% sampai 16% maksimum dibutuhkan tongkol 60 kg, sehingga masih terdapat sisa tongkol jagung dari hasil pemipilan jagung yang dikeringkan. Penggunaan tongkol jagung sebagai bahan bakar dalam pengeringan jagung sangat menjanjikan karena akan mengurangi limbah hasil pemipilan jagung dan dalam industri jagung terintegrasi akan terjamin ketersediaannya sehingga akan meminimalkan harga tongkol jagung. Energi untuk Pengadukan
Pengadukan silinder selama 15 menit setiap jam menggunakan motor listrik 2 HP dengan kecepatan rata-rata 1,25 rpm secara mekanis ditinjau dari penggunaan energi dapat dianjurkan karena konsumsi energi untuk pengadukan rata-rata hanya 2,36% dari total energi untuk pengeringan. Sulikah (2007), pada skala laboratorium, juga melakukan pemutaran silinder pengering sebanyak 20 putaran per 15 menit dan menghasilkan pencampuran jagung pipilan yang merata tetapi besarnya energi listrik tidak dilaporkan. Dengan demikian pemakaian pengaduk untuk pengeringan jagung pipilan dapat direkomendasikan karena persentase penggunaan energinya relatif kecil sehingga tidak terlalu menambah biaya operasi Selain kelebihan dari segi kepraktisan penggunaanya, yang mungkin menjadi pertimbangan adalah biaya investasi pembuatan sistem pengadukannya. Biaya Pokok Pengeringan
Data-data yang digunakan untuk menghitung besarnya biaya pokok pengeringan dan perhitungan secara lengkap biaya tetap dan biaya tidak tetap tersaji dalam Lampiran 12. Biaya pokok pengeringan yang dihitung hanya biaya pokok pada proses pengeringan di pengering ERK-hybrid, dimana pengeringan yang dilakukan hanya sampai dengan kadar air 16% saja. Selain karena waktu pengeringan, perbedaan jenis bahan bakar yang dipakai pada dua pengujian, dimana pengujian I memakai bahan bakar arang kayu sedangkan pengujian II dan III memakai tongkol jagung, akan diperoleh biaya tidak tetap yang berbeda.
40 Komponen-komponen biaya tetap meliputi : biaya penyusutan, biaya bunga modal dan pajak. Untuk setiap tahunnya diperoleh masing-masing komponen mempunyai nilai seperti tersaji dalam Tabel 6. Tabel 6 Komponen-komponen biaya tetap Komponen biaya tetap Biaya penyusutan (Rp/tahun) Biaya bunga modal (Rp/tahun) Pajak (Rp/tahun) Total biaya tetap (Rp/tahun) Total biaya tetap (Rp/jam) Total biaya tetap (Rp/kg)
Pengujian I Pengujian II Pengujian III 10800000 10800000 10800000 4320000 4320000 4320000 900000 900000 900000 16020000 16020000 16020000 6675,00 6675,00 6675,00 56,29 41,26 47,93
Komponen-komponen biaya tidak tetap meliputi : bahan bakar, listrik, tenaga kerja dan pergantian komponen. Apabila asumsi setiap tahunnya pengering dioperasikan selama 200 hari (8 bulan dengan 25 hari kerja/bulan) dan setiap harinya hanya beroperasi selama 12 jam. Maka dengan asumsi di atas kapasitas pengeringan pada pengujian I menggunakan bahan bakar arang kayu adalah 118,57 kg/jam. Pengujian II dan III menggunakan bahan bakar tongkol jagung mempunyai kapasitas pengeringan berturut-turut adalah 161,76 kg/jam dan 139,26 kg/jam.Total setiap tahunnya diperoleh nilai biaya tidak tetap seperti tersaji dalam Tabel 7. Tabel 7 Komponen-komponen biaya tidak tetap Komponen biaya tidak tetap Biaya bahan bakar (Rp/jam) Biaya listrik (Rp/jam) Tenaga kerja (Rp/jam) Biaya penggantian komponen (Rp/jam) Total biaya tidak tetap (Rp/jam) Total biaya tidak tetap (Rp/tahun) Total biaya tidak tetap (Rp/kg)
Pengujian I Pengujian II Pengujian III 1317,76 1219,44 3694,08 801,56 801,56 797,73 2500 2500 2500 1080 1080 1080 8072 5601 5699 19372330,42 13442397,03 13678367,87 68,07 34,62 40,93
Dari hasil perhitungan biaya tetap dan biaya tidak tetap dan kapasitas pengeringan di atas kemudian dihitung biaya pokok pengeringan. Biaya pokok pengeringan pengujian I, II dan III berturut-turut sebesar Rp. 124,37/kg, 75,89/kg dan Rp. 88,86/kg. Apabila dibandingkan dengan harga jagung pipilan tahun 2008 sekitar Rp. 2500/kg, maka biaya pokok pengeringan berkisar antara 3-5%. Dari Tabel 6 dan Tabel 7 terlihat bahwa besarnya biaya pokok sangat tergantung terhadap kadar air awal jagung yang dikeringkan. Pada pengujian I untuk mencapai kadar air 16%, terjadi pengurangan kadar air 9% (dari
41 24,87%-15,92% bb.) dan waktu pengeringan yang dibutuhkan adalah 11 jam menjadikan biaya pokok lebih tinggi (55%) karena terjadi perubahan yang signifikan pada komponen biaya bahan bakar pada biaya tidak tetap, sedangkan kontribusi biaya pokok dari biaya tetap hanya 45%. Pada biaya tidak tetap pengujian I kontribusi biaya bahan bakar menjadi paling besar daripada komponen biaya tidak tetap yang lain, sehingga optimalisasi kadar air jagung pipilan awal dalam pengeringan harus diperhatikan sehingga terjadi pengurangan biaya pokok pengeringan. Pada pengujian II dan III untuk mencapai kadar air 16%, masing-masing terjadi pengurangan kadar air sebesar 6%, kontribusi biaya tidak tetap lebih kecil (46%) daripada biaya tetap (54%). Perbandingan kontribusi biaya tetap dan biaya tidak tetap pada biaya pokok pengeringan pengujian I, II dan III tersaji pada Gambar 23. 124.36 Percobaan I
68.07 56.29 75.88
Percobaan II
34.62 41.26 88.86
Percobaan III
40.93 47.93 0
50
100
150
Biaya (Rp/kg)
Biaya tetap
Biaya tidak tetap
Biaya pokok
Gambar 23 Kontribusi biaya tetap dan tidak tetap pada biaya pokok pengeringan Sinuseng et al. (2001) dalam Munarso dan Thahir (2002) menyebutkan pengeringan jagung dengan sumber energi matahari dan tungku pembakaran dengan bahan bakar kayu atau tongkol jagung membutuhkan biaya pengeringan sebesar Rp. 53 per kg (6,6% dari harga jagung pipilan kering tahun 2001 yaitu Rp. 800/kg-Rp.1000/kg). Penelitian yang lain terhadap pengering jagung kapasitas 10 ton membutuhkan biaya pengeringan Rp. 250 per kg (31% dari harga jagung pipilan kering tahun 2001 yaitu Rp. 800/kg-Rp.1000/kg). Selain dengan optimalisasi pemasukan kadar air jagung awal, komponen biaya tidak tetap berupa bahan bakar (khusus untuk tongkol) juga bisa dikurangi apabila penempatan alat pengering sudah terintegrasi dengan industri pasca panen jagung sehingga
42 harga tongkol jagung akan lebih murah karena tidak membutuhkan transportasi untuk pemindahan. Komponen biaya tidak tetap berupa listrik bisa dikurangi dengan cara pengendalian pemakaian kipas untuk inlet udara panas, karena pada saat tertentu pengeringan tidak membutuhkan kecepatan udara penuh dari kipas. Komponen biaya tidak tetap yang lain berupa tenaga kerja dan komponen biaya tidak tetap yang lain sangat tergantung pada waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk mengeringkan jagung pipilan, oleh karena itu perbaikan dari segi teknis dalam mempercepat waktu pengeringan merupaka hal yang harus diperhatikan. Sebagai contoh apabila pengeringan dapat dipersingkat selama 5 jam maka biaya operasional yang bisa dihemat sebesar Rp 43065/ton. Validasi Model
Model matematik yang digunakan untuk menduga perubahan suhu dan RH ruang, suhu jagung, suhu air dalam tangki dan kadar air jagung jagung divalidasi dengan menggunakan data-data hasil pengujian II. Input data untuk validasi model meliputi iradiasi surya, suhu dan RH lingkungan dan jumlah konsumsi bahan bakar biomassa (tongkol jagung). Nilai-nilai sifat termofisik komponen-komponen yang digunakan dalam perhitungan berturut-turut disajikan pada Lampiran 1. Perubahan Suhu dan RH Ruang
Gambar 24 memperlihatkan perubahan suhu ruang hasil perhitungan dan pengukuran. Nilai koefisien determinasi (COD) perubahan suhu ruang hasil perhitungan dan hasil pengukuran adalah 0,74 yang berarti 74% dari data dapat diterangkan oleh model, sedangkan simpangan mutlaknya (APD) adalah 1,29%. Sementara Gambar 25 memperlihatkan perubahan kelembaban relatif (RH) ruang hasil perhitungan dan hasil pengukuran. Nilai koefisien determinasi perubahan RH ruang hasil perhitungan dan hasil pengukuran adalah 0,09 yang berarti hampir keseluruhan data tidak bisa diterangkan oleh model. Sedangkan simpangan mutlak perubahan RH hasil perhitungan dan hasil pengukuran adalah 5,89%. Error dari perhitungan dapat disebabkan oleh asumsi-asumsi sebagai berikut: (1) Udara dalam ruangan tidak terkompresi; (2) Udara dalam bangunan teraduk secara merata ke seluruh bagian; (3) Kehilangan panas pada saat pintu dibuka untuk pengambilan sampel dan operasi diabaikan, karena pada kenyataannya ketigatiganya tidak terjadi dan sangat mempengaruhi hasil perhitungan. Brooker et al. (1992)
43 menyatakan bahwa penyebab perbedaan antara simulasi dan pengujian adalah kurang akuratnya model pengeringan lapisan tipis, kurang tepatnya persamaan kadar air isotermis jagung pada RH tinggi dan tidak tepatnya nilai parameter masukan (input) model. Perbedaan lain yang cukup berarti adalah bahwa penyusunan model lapisan tipis didasarkan pada kondisi suhu dan RH tetap, sedangkan pada pengujian sangat berfluktuasi. Dari Tabel 4 (komposisi penggunaan energi) dapat dilihat bahwa energi dari biomassa mempunyai kontribusi yang paling besar. Oleh karena itu fluks panas yang dihasilkan juga paling besar, sehingga faktor ini dominan terhadap pemanasan udara.
Suhu ruang (oC)
50 40 30 20 10 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Waktu (jam) Suhu ruang ukur
Suhu ruang hitung
Gambar 24 Perubahan suhu ruang hasil perhitungan dan hasil pengukuran pada pengujian II. 90 Kelembaban relatif (%)
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Waktu (jam)
RH ukur
RH hitung
Gambar 25 Perubahan RH ruang hasil perhitungan dan hasil pengukuran pada pengujian II Suhu Lapisan Jagung dalam Silinder
Sebaran suhu lapisan jagung hasil simulasi belum sepenuhnya mengikuti suhu hasil pengukuran seperti tersaji pada Gambar 26. Perubahan suhu ruang dipengaruhi oleh
44 jumlah panas tambahan yang diberikan, pemanasan secara konveksi oleh plat dan laju aliran massa udara serta kehilangan panas lewat dinding dan lantai. Pemodelan untuk pendugaan suhu lapisan jagung ini menggunakan rumus yang ada pada Bala (1997). Sebaran suhu lapisan jagung hasil simulasi sampai jam ke-6 sebenarnya sudah cukup mengikuti hasil pengukuran, hal itu ditunjukkan apabila dibuat korelasi antara suhu hasil simulasi dan suhu hasil pengukuran sampai jam ke-6 saja maka nilai koefisien determinasi yang terjadi adalah 0,76. Suhu hasil simulasi setelah jam ke-6 cenderung naik, tetapi pada kenyataannya pada suhu hasil pengukuran senderung turun, hal ini dimungkinkan pengumpanan bahan bakar tongkol jagung yang dilakukan secara manual kurang kontinyu dalam hal waktu maupun jumlah, sehingga menghasilkan suhu hasil pengukuran yang cenderung turun. Nilai determinasi antara suhu lapisan jagung hasil perhitungan dan hasil pengukuran adalah sebesar 0,35. Dengan nilai COD tersebut terlihat model belum dapat sepenuhnya mengikuti kecenderungan data, sedangkan nilai APD sebesar 1,79%. 50
Suhu ( oC)
40 30 20 10 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Waktu (jam)
Suhu jagung ukur
Suhu jagung hitung
Gambar 26 Suhu rata-rata hasil perhitungan dan hasil pengukuran Suhu Air dalam Tangki
Sebaran suhu air dalam tangki simulasi belum sepenuhnya mengikuti suhu hasil pengukuran seperti tersaji pada Gambar 27. Perubahan suhu air dalam tangki dipengaruhi oleh luasan penukar panas yang ada dalam tangki dan jumlah panas tambahan yang diberikan. Pemanasan penukar panas dalam tangki ke air terjadi secara konduksi. Pemodelan untuk pendugaan suhu air dalam tangki ini menggunakan rumus yang ada pada persamaan (20). Hubungan secara keseluruhan antara suhu air dalam tangki hasil
45 perhitungan dan hasil pengukuran ditunjukkan dengan nilai determinasi sebesar 0,91 dimana 91% model sudah dapat menerangkan data, sedangkan nilai APD sebesar 3,5%. 80
Suhu air tangki (oC)
70 60 50 40 30 20 10 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Waktu (jam)
Suhu air tangki ukur
Suhu air tangki hitung
Gambar 27 Suhu air dalam tangki hasil perhitungan dan hasil pengukuran Penurunan Kadar Air
Pendugaan penurunan kadar air rata-rata memakai model pengeringan tumpukan tebal dengan membagi menjadi lapisan tipis. Tumpukan dibagi menjadi 40 lapisan tipis. Pada setiap lapisan dipakai model pengeringan lapisan tipis yaitu persamaan kadar air keseimbangan model dari Bala (1997). Gambar 28 menunjukkan perbandingan penurunan kadar air hasil perhitungan dan kadar air hasil pengukuran pada pengujian II. Hubungan secara keseluruhan antara kadar air hasil perhitungan dan hasil pengukuran pada pengujian II diperoleh nilai COD 0,98 yang berarti 98% dari data bisa diterangkan oleh model dan nilai APD sebesar 0,68%. Perbedaan yang terjadi pada Gambar 28 dapat dijelaskan karena model lapisan tipis yang digunakan berlangsung pada laju pengeringan menurun sedangkan pada keadaan sebenarnya cenderung konstan baru selanjutnya pada kondisi menurun.. Perbedaan tersebut diduga disebabkan oleh tidak tepatnya penerapan nilai kelembaban udara pengering kepada tumpukan. Bila pada pengeringan lapisan tipis pengeringan terjadi pada kelembaban yang relatif sama dengan udara pengering tetapi pada lapisan tebal asumsi tersebut akan membuat penyimpangan karena uap air yang keluar tidak semuanya langsung terbawa oleh udara pengeringan sehingga lapis batas (boundary layer) produk lebih tebal. Keadaan ini akan menambah kesalahan yang cukup berarti terutama pada saat kadar air produk masih tinggi.
46
Kadar air (% bb.)
25 20 15 10 5 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Waktu (jam) Kadar air ukur
Kadar air hitung
Gambar 28 Penurunan kadar air hasil perhitungan dan hasil pengukuran Simulasi Pengeringan dengan Pengeringan ERK-hybrid
Hasil validasi di atas menunjukkan bahwa secara umum model telah dapat menerangkan perubahan suhu ruang, suhu lapisan tumpukan jagung, suhu air dalam tangki dan kadar air jagung pipilan, kecuali RH ruang. Selanjutnya model akan digunakan untuk mensimulasi performansi pengering ERK-hybrid lebih lanjut antara lain untuk menduga perubahan suhu dan kadar air apabila silinder diputar beberapa menit setiap jamnya. Selain itu akan digunakan untuk menduga perubahan suhu dan kadar air yang terjadi apabila input dari model dirubah-rubah, sehingga bisa diketahui perubahan input mana yang paling mempengaruhi output. Simulasi Pemutaran Silinder
Pemutaran silinder disimulasi dengan pemutaran silinder selama 15 menit setiap 30 menit, dan pemutaran silinder secara terus-menerus (kontinyu) dan dibandingkan dengan pemutaran aktual yaitu 15 menit per jamnya. Selanjutnya juga dilihat pengaruh putaran tersebut terhadap keseragaman suhu lapisan jagung dan keseragaman kadar air yang terjadi selama proses pengeringan. Gambar 29 secara keseluruhan menunjukkan bahwa selama pengeringan apabila silinder tidak diputar (diam) akan mempunyai suhu rata-rata tertinggi bila dibandingkan dengan suhu jagung dengan pemutaran silinder selama 15 menit setiap jam dan pemutaran silinder 15 menit setiap 30 menit serta pemutaran silinder secara terus menerus.
47 60.00 50.00
Suhu (oC)
40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Waktu (jam) Diam
Putar-15mnt/jam
Putar-15mnt/30mnt
Putar-kontinyu
Gambar 29 Hasil simulasi pengaruh pemutaran silinder terhadap perubahan suhu lapisan jagung Untuk mengetahui sebaran suhu per lapisan untuk ke-empat perlakuan tersebut maka dibandingkan persentase simpangan mutlak (APD) suhu lapisan jagung yang terjadi pada lapisan dalam dan lapisan luar. APD suhu jagung dalam silinder yang tidak diputar (diam) antara lapisan dalam dan luar adalah 5,54% atau mempunyai selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar selama pengeringan sebesar 0,26-20,93°C. Pemutaran silinder selama 15 menit setiap jamnya mempunyai APD 4,11% (selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar 0,26-8,00°C). APD suhu jagung dalam silinder yang diputar 15 menit setiap 30 menit adalah 3,89% (selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar 0,1-5,81°C), sedangkan untuk pemutaran silinder secara terus-menerus mempunyai APD 3,67% (selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar 0,05-1,78°C). Dapat dilihat pengaruh lama pemutaran silinder terhadap selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar semakin kecil. Nilai terkecil selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar adalah pemutaran silinder secara terusmenerus. Ilustrasi persentase simpangan mutlak suhu lapisan dalam dan luar yang terjadi dengan empat perlakuan tersaji pada Gambar 30.
48
3.67
Putar-kontinyu Putar15mnt/30mnt
3.89
Putar15mnt/jam
4.11
5.54
Diam 0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
APD suhu biji (%)
Gambar 30 Persentase simpangan mutlak suhu lapisan dalam dan luar pada empat perlakuan Dari hasil simulasi dapat dilihat bahwa perlakuan tanpa pemutaran silinder (diam) mempunyai suhu jagung rata-rata tertinggi tetapi ternyata mempunyai simpangan mutlak suhu jagung terbesar (lebih tidak seragam) dibandingkan dengan suhu jagung yang terjadi dengan pemutaran silinder selama pengeringan. Pemutaran secara terus-menerus (kontinyu) ternyata mempunyai persentase simpangan mutlak terkecil (3,67%) dibandingkan dengan perlakuan pemutaran yang lain. Perhitungan pengaruh lama pemutaran silinder terhadap energi dan biaya pokok dapat dilihat pada Tabel 8. Tabel 8 Perbandingan energi listrik (MJ) dan biaya pokok pengeringan (Rp/kg) Perlakuan silinder Diputar 15 menit/jam Diputar 15 menit/30 menit Diputar terus-menerus
Energi listrik (MJ) Untuk pengadukan Total 16,60 51,07 33,20 67,67 66,40 100,87
Biaya operasional (Rp/kg) 75,89 81,35 85,55
Pengaruh pemutaran silinder terhadap perubahan kadar air selama proses pengeringan dapat dilihat pada Gambar 31. Dari gambar ditunjukkan hasil simulasi dengan pemutaran silinder selama 15 menit setiap jam, pemutaran silinder selama 15 menit setiap 30 menit, dan pemutaran pemutaran silinder secara terus-menerus (kontinyu).
49
25
Kadar air (% bb.)
20 15 10 5 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Waktu (jam) Diam Putar-15mnt/30mnt
Putar-15mnt/jam Putar-kontinyu
Gambar 31 Hasil simulasi pengaruh pemutaran silinder terhadap perubahan kadar air Terlihat bahwa secara keseluruhan apabila silinder tidak diputar (diam) akan mempunyai kadar air rata-rata terendah bila dibandingkan dengan suhu jagung dengan pemutaran silinder selama 15 menit setiap jam dan pemutaran silinder 15 menit setiap 30 menit serta pemutaran silinder secara terus menerus. Untuk mengetahui sebaran kadar air per lapisan untuk ke-empat perlakuan tersebut maka dibandingkan persentase simpangan mutlak (APD) kadar air jagung yang terjadi pada lapisan dalam dan lapisan luar. APD kadar air jagung dalam silinder yang tidak diputar (diam) antara lapisan dalam dan luar adalah 21,49% atau mempunyai selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar 0,1415,36% bb. Pemutaran silinder 15 menit setiap jamnya mempunyai APD kadar air lapisan dalam dan lapisan luar 3,65% (selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar 0,14-2,94% bb.). APD kadar air jagung dalam silinder yang diputar 15 menit setiap 30 menit adalah 0,87% (selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar 0,14-1,36% bb.), sedangkan untuk pemutaran silinder secara terus-menerus mempunyai APD 0,43% dan selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar 0,14-0,56% bb. Ilustrasi persentase simpangan mutlak kadar air jagung lapisan dalam dan luar yang terjadi dengan empat perlakuan tersaji pada Gambar 32. Simulasi pengaruh pemutaran silinder terhadap penurunan kadar air yang terjadi terlihat bahwa tanpa pemutaran silinder akan terjadi penurunan kadar air paling cepat. Tetapi apabila dilihat dari keseragaman kadar air yang terjadi maka apabila silinder tidak
50 diputar (tidak dilakukan pengadukan) maka persentase simpangan mutlak (APD) antara lapisan dalam dan luar yang terjadi adalah sangat besar yaitu 21,49%. Sebaliknya dengan semakin lama pemutaran silinder maka akan semakin seragam penurunan kadar air yang terjadi, seperti terlihat bahwa pemutaran silinder secara terus-menerus mempunyai persentase simpangan mutlak (APD) terkecil yaitu 0,43%. Putarkontinyu
0.43
Putar15mnt/30mnt
0.87
Putar15mnt/jam
3.65
Diam
21.49
0
5
10
15
20
25
APD kadar air (%)
Gambar 32 Persentase simpangan mutlak kadar air lapisan dalam dan luar pada empat perlakuan Dapat dilihat pengaruh lama pemutaran silinder terhadap selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar semakin kecil. Nilai terkecil selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar adalah pemutaran silinder secara terus-menerus. Simulasi Pengaruh Perubahan Input terhadap Output (Analisis Sensitivitas)
Simulasi pengaruh perubahan input terhadap output yang dilakukan adalah dengan menambah input yang mungkin, yaitu input bahan bakar sebesar 10%, input iradiasi sebesar 10% dan merubah input laju aliran kipas semaksimal mungkin yaitu menjadi 0,8 kg/detik. Untuk mempermudah simulasi maka simulasi dengan penambahan masingmasing input semua dilakukan dengan tetap melakukan pemutaran silinder selama 15 menit setiap 1 jamnya. Pengaruh dapat dilihat dengan melihat persentase simpangan mutlak (APD) yang terjadi antara suhu jagung dan kadar air jagung lapisan dalam dan lapisan luar. Gambar 33 menunjukkan perbandingan perubahan suhu jagung yang terjadi pada ke-empat perlakuan, yaitu: kondisi input aktual, kondisi dengan penambahan bahan bakar sebesar 10%, kondisi penambahan iradiasi 10% dan penambahan laju input menjadi
51 0,8 kg/detik. Persentase simpangan mutlak suhu untuk kondisi aktual dan untuk perubahan input bahan bakar sebesar 10% adalah sama yaitu sebesar 4,11% dan mempunyai selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar 0,26-8°C. Persentase simpangan mutlak yang terjadi karena perubahan input iradiasi sebesar 10% adalah 4,11% dan mempunyai selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar sebesar 0,26-8,01°C. Sedangkan perubahan laju udara inlet menjadi sebesar 0,8 kg/detik berpengaruh pada selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar jagung yang terjadi adalah 0,31-7,81°C dan mempunyai persentase simpangan mutlak 3,82%. Dapat dikatakan bahwa perubahan input laju udara pada inlet menjadi 0,8 kg/detik lebih berpengaruh terhadap perubahan lapisan dalam dan lapisan luar jagung sehingga mempunyai selisih suhu terkecil. Sedangkan penambahan input bahan bakar dan input iradiasi matahari sebesar 10% tidak berpengaruh terhadap perubahan suhu lapisan dalam dan lapisan luar jagung karena mempunyai nilai selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar yang hampir sama dengan suhu aktual. APD secara keseluruhan ke-empat perubahan input terhadap perubahan suhu jagung yang terjadi tersaji dalam Gambar 34. 60
S uhu (o C)
50 40 30 20 10 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Waktu (jam) Putar-15mnt/jam
Putar-BB10%
Putar-Irad10%
Putar-Inlet08
Gambar 33 Perbandingan perubahan suhu yang terjadi dengan empat perlakuan berbeda Gambar 35 menunjukkan perbandingan perubahan kadar air jagung yang terjadi dengan empat perlakuan, yaitu: kondisi input aktual, kondisi dengan penambahan bahan bakar sebesar 10%, kondisi penambahan iradiasi 10% dan penambahan laju input menjadi 0,8 kg/det.
52
3.82
Putar+inlet08
Putar+irad10%
4.11
Putar+bb10%
4.11
Putar-15mnt/jam
4.11
3.60
3.70
3.80
3.90
4.00
4.10
4.20
APD suhu jagung (%)
Gambar 34 Persentase simpangan mutlak suhu lapisan dalam dan luar pada empat perlakuan Persentase simpangan mutlak untuk perubahan input iradiasi sebesar 10% terhadap perubahan kadar air jagung yang terjadi mempunyai APD terkecil yaitu 1,09%. Dapat dikatakan bahwa untuk perubahan input iradiasi matahari sebesar 10% lebih berpengaruh terhadap perubahan kadar air yang terjadi dibandingkan dengan penambahan 10% bahan bakar dan penambahan laju udara inlet 0,8 kg/detik. Sementara untuk dua perlakuan, yaitu kondisi dengan penambahan 10% terhadap bahan bakar dan penambahan laju udara inlet menjadi 0,8 kg/det berturut-turut mempunyai nilai APD 1,80% dan 1,62%. Selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar yang terjadi pada kondisi aktual adalah sebesar 0,142,94% bb. Sedangkan selisih kadar air dengan kondisi penambahan input bahan bakar 10%, dengan kondisi dengan penambahan input iradiasi 10% dan penambahan laju udara inlet menjadi 0,8 kg/detik masing-masing berturut-turut adalah 0,14-2,94% bb.; 0,142,95% bb. dan 0,18-2,74% bb.
Kadar air (% bb.)
25 20 15 10 5 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Waktu (jam) Putar-15m nt/jam
Putar-BB10%
Putar-Irad10%
Putar-Inlet08
Gambar 35 Perbandingan perubahan kadar air yang terjadi dengan empat perlakuan berbeda
53 APD secara keseluruhan ke-empat perubahan input terhadap perubahan suhu lapisan jagung yang terjadi tersaji dalam Gambar 36.
Putar+inlet08
1.62
Putar+irad10%
1.09
Putar+bb10%
1.80
Putar15mnt/jam
3.65
0
1
2
3
4
APD kadar air (%)
Gambar 36 Persentase simpangan mutlak kadar air lapisan dalam dan luar dengan empat perlakuan berbeda
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
1. Dari hasil uji kinerja pengering ERK-hybrid diperoleh penerimaan iradiasi matahari selama pengujian pengeringan dilakukan relatif lebih rendah dibandingkan dengan penerimaan iradiasi rata-rata di Indonesia (562,5 W/m2). Pada pengujian I rata-rata iradiasi mencapai 439,293 W/m2, pengujian II dan III rata-rata iradiasi berturut-turut adalah 492,857 W/m2 dan 442,71 W/m2. 2. Rata-rata suhu dan RH ruang yang dicapai selama pengeringan pada pengujian I adalah suhu 34,0°C dan 76%, pengujian II suhu 41,0°C dan RH 63,2%, dan pengujian III suhu 40,1°C dan RH 60,2%. 3. Waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk menurunkan kadar air dari 24.87 % bb sampai 15.92% bb. dengan massa awal 1304,3 kg adalah 11 jam. Pengujian II kadar air awal 22.28% bb. sampai 16.27% bb. dengan massa awal 1294,1 kg adalah 8 jam. Pada pengujian III waktu pengeringan jagung 1114,1 kg dari kadar air awal 23,57% bb menjadi 17,85% bb. adalah 8 jam. 4. Dengan pemutaran silinder selama 15 menit setiap jamnya perbedaan suhu antara lapisan dalam dan lapisan luar untuk pengujian I, II dan III berturut-turut adalah 04,7°C, 0,8-9,8°C dan 0,2-4,7°C, sementara perbedaan kadar air lapisan dalam dan lapisan luar pengujian I, II, dan III berturut-turut adalah 0-2,3%, 0,1-1,4%, dan 0,41,8% sehingga dengan pemutaran ini dapat mengatasi perbedaan kadar air selama pengeringan. 5. Konsumsi energi spesifik (KES) pengujian I menggunakan bahan bakar arang dadalah sebesar 6,03 MJ/kg dan KES pengujian II dan III yang masing-masing menggunakan bahan bakar tongkol jagung berturut-turut sebesar 8,01 MJ/kg dan 10,13 MJ/kg. 6. Efisiensi pengeringan total dengan iradiasi matahari pada pengujian I, pengujian II dan pengujian III berturut-turut adalah 39,15%, 29,45% dan 19,88% dan efisiensi pengeringan total tanpa iradiasi matahari pengujian I adalah 46,06%, pengujian II adalah 34,16% dan pengujian III adalah 22,51. 7. Kapasitas pengeringan ERK-hybrid pada pengujian I menggunakan bahan bakar arang kayu adalah 118,57 kg/jam, sedangkan pengujian II dan III menggunakan bahan bakar tongkol jagung mempunyai kapasitas pengeringan berturut-turut adalah 161,76 kg/jam dan 139,26 kg/jam.
55 8. Biaya pokok untuk mengeringkan jagung dengan bahan bakar arang adalah Rp. 124,37/kg dan dengan bahan bakar tongkol jagung adalah Rp. 75,89/kg dan Rp. 88,86/kg. 9. Model matematik yang telah disusun pada umumnya sudah dapat menerangkan hasil pengukuran, kecuali untuk RH ruang. Validasi model matematik yang digunakan untuk menduga performansi pengeringan jagung terhadap pengujian II adalah sebagai berikut: suhu ruang mempunyai niali koefisien determinasi (COD) sebesar 0,74 dan persentase simpangan mutlak (APD) adalah 1,29%; RH ruang mempunyai COD 0,09 dan APD 5,89%; suhu lapisan jagung dalam silinder mempunyai COD 0,35 dan APD 1,79%; suhu air dalam tangki mempunyai COD 0,91 dan APD dengan nilai 3,5%; sedangkan untuk penurunan kadar air mempunyai COD 0,98 dan APD adalah 0,68%. 10. Simulasi pemutaran silinder untuk mencari keseragaman suhu lapisan jagung paling baik menghasilkan bahwa pemutaran silinder secara terus-menerus mempunyai selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar yang terkecil yaitu 0,05-1,78°C dengan nilai persentase simpangan mutlak 3,67%. Sedangkan keseragaman kadar air lapisan jagung paling baik tercapai dengan memutar silinder secara terus-menerus yang menghasilkan selisih kadar air lapisan dalam dan lapisan luar terkecil 0,14-0,56% bb. dengan nilai persentase simpangan mutlak 0,43% . 11. Hasil simulasi pengaruh perubahan input terhadap perubahan suhu lapisan jagung menghasilkan bahwa penambahan laju inlet menjadi sebesar 0,8 kg/detik paling berpengaruh, karena menghasilkan suhu yang lebih seragam dengan selisih suhu lapisan dalam dan lapisan luar sebesar 0,31-7,81°C dan mempunyai nilai APD terkecil 3,82%. Penambahan input iradiasi sebesar 10% paling berpengaruh terhadap perubahan kadar air lapisan jagung sehingga lapisan dalam dan lapisan luar lebih seragam yang menghasilkan selisih kadar air hanya sebesar 0,14-2,94% bb. dan mempunyai nilai APD 1,09%. Saran
1. Untuk memperkecil konsumsi energi spesifik perlu dilakukan perbaikan disain yaitu berupa pengaturan pemasukan bahan bakar sistem terkendali 2. Sebaiknya pengering ERK-hybrid digunakan dengan kapasitas penuh 1500 kg. 3. Masih diperlukan perbaikan model untuk memperoleh nilai determinasi dan simpangan mutlak yang lebih baik.
56
UCAPAN TERIMAKASIH Ucapan terimakasih disampaikan kepada Proyek KKP3T dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Kegiatan No. 1632/LB.620/J.1/5/2007, Tanggal 8 Mei 2007, kerjasama Institut Pertanian Bogor dan Sekretariat Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian, atas bantuan biaya yang diberikan dalam penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA Anonim. 1995. Standar Mutu Jagung Pipil, Badan Standardisasi Nasional Anonim. 2007. Statistik Indonesia 2005/2006, Biro Statistik, Jakarta-Indonesia Pusat. Abdullah, K., Irwanto, A.K., Siregar, N., Agustina, E., Tambunan, A.H., Yamin, M., Hartulistiyoso, E., Purwanto, Y.A., Wulandani, D., Nelwan, L.O. 1998. Energi dan Listrik Pertanian, JICA-DGHE/IPB PROJECT/ADAET:JTA-9a(132). Anwar, A.S. 1992. Penerapan Model Matematik Pengering Rak pada Pengeringan Cabe Merah (Capsicum Annuum L.), Thesis, Program Pascasarjana IPB Bogor. Bala, B.K. 1997. Drying and Storage of Cereal Grains, Oxford & IBH Publishing Co. PVT. LTD, New Delhi Calcutta. Bird, R.B., Srewart W.E., Lighfoot E.N., 1960. Transport Phenomena, Dept. of Chemical Engineering, University of Wincosin, John Wiley & Sons Bronson, R., Naadimuthu, G. 1997. Operations Research, Schaum’s Outline Series, McGraw-Hill, New York. Brooker, D.B., Arkema, F.W.B., Hall, C.W. 1992. Drying and Storage of Grains and Oilseeds, An AVI Book. Dent, J.B., Blackie, M.J., Harrison, S.R. 1979. System Simulation in Agriculture, Applied Science Publishers LTD. London Elfian. 1985. Menentukan Koefisien Pengeringan dan Kadar Air Keseimbangan Dinamis Kedelai (Glycine max L. Merrill) dan Jagung (Zea mays L.), Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Bogor. Farlow. S.J. 1982. Partial Differential Equations for Scientist and Engineers, John Wiley & Sons, Inc. Franca, A.S., Fortes, M., Haghighi, K. 1994. Numerical Simulation of Intermittent and Continuous Deep-Bed Drying of Biological Materials, Drying Technology, An International Journal, Volume 12, Number 7. Hall, C.W. 1957. Drying Farm Crops, Agricultural Consulting Associates, Inc. East Lansing, Michigan. Heldman, D.R., Singh, R.P. 1981. Food Process Engineering, The AVI Publishing Company, Inc., Wesport, Connecticut. Henderson, S.M. and R.L. Perry. 1989. Teknik Pengolahan Hasil Pertanian (Agricultural Process Engineering), A VI Publising Co. Connecticut
58 Henderson, S.M., Perry., R.L., Young, J.H. 1976. Principles of Process Engineering, Fourth Edition, , ASAE Handbook. Henry, Z.A., Zoerb G.C., Birth G.S., 1991. Instrumentation and Measurement for Environmental Sciences, ASAE, Third Edition. Holman, J.P. 1984. Perpindahan Kalor, Penerbit Erlangga, Jl. Kramat IV No. 11 Jakarta Pusat. Iguaz, A., Esnoz, A., Martinez G., Lopez, A., Virseda, P. 2003. Mathematical Modelling and Simulation for the Drying Process of Vegetable Wholesale By-product in a Rotary Dryer, Journal of Food Engineering 59 (2003) 151-160. Irwanto, A.K. 1982. Ekonomi Enjiniring di Bidang Mekanisasi Pertanian, Jurusan Keteknikan Perttanian, Fateta, IPB, Bogor. Jansen T.J. 1995. Solar Engineering Technology, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Yersey. Jubaedah, N.S. 2000. Mempelajari Karakteristik Pengeringan dan Tempering Jagung Varietas Hibrida (Zea mays), Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Bogor. Manalu, L.P. 1999. Pengering Energi Surya dengan Pengaduk Mekanis untuk Pengeringan Kakao, Thesis, Program Pascasarjana IPB Bogor. Manalu, L.P., Abdullah K. 2001. Model Simulasi Proses Pengeringan Kakao Memakai Pengering Surya Tipe Efek Rumah Kaca, Buletin Keteknikan Pertanian, Vol 15 No 3 Desember 2001 Mohsenin, N.N. 1980. Thermal Properties of Foods and Agricultural Materials, Gordon and Breach Science Publishers, Inc, New York Mudjisihono, R., S.J. Munarso, Sutrisno. 1993. Teknologi Pasca Panen dan Pengolahan Jagung, Buletin Teknik Sukamandi, No. 1. Mujumdar A.S., Devahastin, S. 2001. Prinsip Dasar Pengeringan, Panduan Praktis Mujumdar untuk Pengeringan Industrial, IPB Press, Bogor Indonesia. Mulyono, S. 1991. Operations Research, Lembaga Penerbit Fakultas Ekonomi, Universitas Indonesia, Jakarta Munarso, S.J., Thahir R. 2002. Teknologi Pasca Panen Jagung Tingkat Petani dan Kelayakan Industri Pati Jagung, Ekonomi Jagung Nasional, Balitbang Pertanian. Nelwan, L.O. 1997. Pengeringan Kakao dengan Energi Surya Menggunakan Rak Pengering dengan Kolektor Tipe Efek Rumah Kaca, Thesis, Program PS. IPB Bogor.
59 Nelwan, L.O., Kamaruddin A., A.H. Tambunan, A. Suwono. 2007. Simulation of SolarAssisted Drying System for Cocoa Beans, Teknologi Berbasis Sumber Energi Terbarukan untuk Pertanian, CREATA-LPPM IPB. Nelwan, L.O., Kamaruddin A., A.H. Tambunan, A. Suwono. 2007. Energy Consumption of Solar- Assisted Dryer with Rotating Rack for Cocoa Beans, Teknologi Berbasis Sumber Energi Terbarukan untuk Pertanian, CREATA-LPPM IPB. Nelwan, L.O., Wulandani, D., Paramawati, R., Widodo, T.W. 2007. Rancang Bangun Alat Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store-Dryer Terintegrasi untuk Jagung-jagungan, Laporan Hasil Penelitian, Kerjasama IPB dan Departemen Pertanian. Pasandaran, E. Kasrino, F. 2003. Sekilas Ekonomi Jagung Indonesia : Suatu Studi di Sentra Utama Produksi Jagung, Ekonomi Jagung Nasional, Balitbang Pertanian. Pelegrina, A.H., Elustondo, M.P., Urbicain, M.J. 1998. Design of a Semi-continuous Rotary Dryer for Vegetables, Journal of Food Engineering 37 (1998) 293-304 Purcell, E. J. dan Varberg, D. 1990. Kalkulus dan Geometri Analitis. Jilid I Edisi Keempat, Penerbit Erlangga, Jl. Kramat IV No. 11 Jakarta. Rachman, B. 2002. Perdagangan Internasional Komoditas Jagung, Ekonomi Jagung Nasional, Balitbang Pertanian Sandewi, F.A. 2005. Pengaruh Pemanasan dengan Gelombang Mikro (Microwave) terhadap Mortalitas Serangga Imago Sitophilus zaemais (Coleopterata : Curculionidae) dan Keturunannya, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Bogor. Sitompul, T.M. PT. 1993. Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger), Raja Grafindo Persada, Jl. Pelepah Hijau IV TN I No 14-15, Kelapa Gading Jakarta Utara. Stoecker, W.F. 1971. Design of Thermal Systems, McGraw-Hill Kogakusha, Ltd, Tokyo. International Student Edition. Sulikah, 2007. Rancangan dan Uji Performansi Prototipe Mesin Pengering Tipe Silinder Berputar untuk Pengeringan Jagung (Zea mays L.), Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Bogor. Thahir, R. 1986. Analisis Pengeringan Gabah Berdasarkan Model Silindris, Desertasi, Program Pascasarjana, IPB Bogor. Thahir, R. 2000. Pengaruh Aliran Udara dan Ketebalan Pengeringan terhadap Mutu Gabah Keringnya. Buletin Enjineeing Pertanian, Volume VII No.1. BBPAP, Balitbangtan.
60 Thahir, R., D.A. Nasution, Joko P., Nurhasanah, A. 2000. Mesin Pengering Sirkulasi untuk jagung Kedelai. Balai Besar Pengembangan Alat dan Mesin Pertanian, Serpong. Tuma, J.J., Wals, R.A. 1997. Engineering Mathematics Handbook, McGraw-Hill Companies, Fourth Edition Widodo, P., Hendriadi, A. 2004. Perbandingan Kinerja Mesin Pengering Jagung Tipe Bak Datar Model Segiempat dan Silinder, Jurnal Enjiniring Pertanian, Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Vol. II No. 1. Widodo, T.W., J. Tatsuno, E. Sakaguchi, H. Ishida, K. Tajima, K. Tamaki. 2005. Simple Quality Evaluation of Chili Pepper Based on Continuous Weight Measurement During Dehydration Process, AMA, Vol. 36 No. 2.
61
LAMPIRAN
62 Lampiran 1 Gambar pengeringan hamparan, pengering bak datar model segiempat dan pengering kontinyu (recirculating batch dryer) Pengering hamparan Jagung pipilan dengan lapisan tipis hanya dihamparkan pada lantai jemur yang biasanya dibuat dari bata yang diplester semen
Lantai jemur
Bahan bakar Bak tempat jagung
Motor penggerak
Pemanas dan kipas penghembus
Pengering bak datar segiempat Tumpukan jagung pipilan diletakkan pada bak tempat jagung. Bahan bakar untuk pemanas (burner) biasanya dari minyak tanah. Panas dari burner dihembuskan oleh kipas penghembus yang digerakkan oleh motor penggerak ke ruang plenum di bawah tumpukan jagung
Pengering kontinyu (recirculating batch dryer) Motor penggerak
Boks untuk tempering
Bucket elevator 2 Bucket elevator 1 Boks penampunge
Hopper Boks untuk pengeringan
Pemanas dan kipas penghembus
Jagung pipilan dimasukkan lewat hopper kemudian diangkat oleh bucket elevator 1 ke boks penampung (optional). Dari boks penampung jagung diangkat lagi oleh bucket elevator 2 dengan laju tertentu dan disirkulasikan melewati boks tempering dan turun melewati boks pengeringan dan disirkulasikan oleh bucket elevator 2 ke ruang tempering lagi dan seterusnya sampai diperoleh kadar air yang diinginkan. Pemanas biasanya juga dari bruner dengan bahan bakar minyak atau yang lain. Panas dari burner juga dihembus menggunakan kipas (blower)
63 Lampiran 2 Nilai-nilai yang digunakan dalam simulasi Luas absorber / lantai (m2) Absorptivitas lantai (-) Emisivitas atap (-) Kalor pembakaran tongkol jagung (kJ/kg) Panas jenis (kJ/kgoC) : Udara Jagung pipilan Lantai Atap Panas laten uap air (kJ/kg) Panas laten tongkol jagung (kJ/kg) Tekanan atmofer (Pa)
9,6 0,85 0,85 17500
Kerapatan udara (kg/m3) Efisiensi pembakaran (%) Laju aliran air (kg/detik) Laju udara (kg/detik) : Masuk silinder Keluar pengering Laju aliran bahan bakar tongkol (kg/jam) Koefisien pindah panas tungk u (W/m°C) Koefisien pindah panas HE (W/m°C)
1,15 65% 0,6
1,008 2010 1 1 3250 2450 101325
0,6 0,8 6,3 0,02 0,0175
64 Lampiran 3 Contoh ekspresi persamaan dengan metode beda hingga (finite difference) Euler untuk keseimbangan panas pada komponen dalam ruangan
mabs C p,abs
dt abs = Iα absτ wall A proy − hc ,abs Aabs (t abs − t r ) dθ
mabs C p,abs
j +1 j t abs − t abs j = Iα absτ wall Aproy − hc ,abs Aabs (t abs − t rj ) Δθ
j +1 j t abs − t abs =
Δθ j Iα absτ wall Aproy − hc ,abs Aabs (t abs − t rj ) mabs C p,abs
]
j +1 j t abs = t abs +
Δθ j Iα absτ wall Aproy − hc ,abs Aabs (t abs − t rj ) mabs C p,abs
]
[
[
65 Lampiran 4 Tampilan program
66 Lampiran 5 Data suhu hasil simulasi Waktu
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5 5.25 5.5 5.75 6 6.25 6.5 6.75 7 7.25 7.5 7.75 8
Suhu
H
lingk.
lingk.
31.30 33.20 35.10 33.45 31.80 33.20 34.60 34.70 34.80 34.30 33.80 33.80 33.80 34.55 35.30 36.15 37.00 37.45 37.90 36.90 35.90 35.25 34.60 35.65 36.70 35.50 34.30 33.90 33.50 34.55 35.60 34.60 33.60
0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
Iradiasi
Laju bhn. bakar
0.30 0.38 0.46 0.50 0.54 0.61 0.69 0.71 0.74 0.74 0.73 0.51 0.29 0.24 0.49 0.53 0.57 0.49 0.41 0.61 0.80 0.56 0.31 0.46 0.60 0.54 0.49 0.44 0.40 0.34 0.27 0.19 0.10
6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3
Suhu Ruang
33.25 35.40 35.47 35.74 37.58 39.19 39.76 40.24 39.85 39.47 38.80 37.53 37.95 39.11 40.06 40.85 41.04 41.15 41.25 41.30 40.49 38.62 39.63 41.17 40.73 39.26 38.63 38.11 39.28 39.23 38.23 37.25 37.24
Absorber Air Tangki
60.24 68.06 71.44 74.81 81.65 88.42 91.25 93.79 93.08 92.13 76.22 58.97 55.66 73.28 78.07 81.95 76.95 71.33 84.47 98.45 81.65 62.21 72.12 83.98 80.23 74.60 70.79 67.18 63.77 59.05 51.98 44.81 44.77
51.72 61.69 66.70 68.94 70.62 72.13 73.37 74.15 74.67 74.46 74.16 73.52 73.33 73.39 74.07 74.82 75.65 75.83 76.01 76.04 76.14 75.13 74.54 75.02 75.72 75.17 74.41 73.77 74.07 74.12 73.87 73.22 73.22
o
Kelemb. RH udara Air HE
47.90 56.37 60.41 62.25 63.95 65.47 66.58 67.29 67.65 67.40 67.03 66.26 66.20 66.47 67.20 67.95 68.66 68.82 68.98 69.02 68.95 67.77 67.49 68.17 68.66 67.94 67.20 66.59 67.06 67.08 66.69 65.98 65.97
Inlet
47.75 56.26 60.22 61.96 63.61 65.09 66.16 66.83 67.21 66.96 66.57 65.83 65.79 66.06 66.78 67.53 68.22 68.32 68.51 68.55 68.49 67.33 67.05 67.70 68.22 67.53 66.81 66.21 66.66 66.66 66.27 65.57 65.57
mutlak
0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.03 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.03 0.03
(%)
69.73 58.29 69.20 79.85 76.87 74.11 74.36 76.56 75.25 76.83 81.49 84.00 80.73 75.81 73.16 71.19 71.18 75.17 73.00 71.95 74.08 79.79 75.99 73.14 72.15 74.82 76.05 77.54 74.12 76.50 79.87 83.34 83.36
Suhu lapisan jagung ( C)
0 30 47.75 56.26 60.22 61.96 63.61 65.09 66.16 66.83 67.21 66.96 66.57 65.83 65.79 66.06 66.78 67.53 68.22 68.32 68.51 68.55 68.49 67.33 67.05 67.7 68.22 67.53 66.81 66.21 66.66 66.66 66.27 65.57
1 28.69 33.44 40.75 45.75 48.77 47.47 50.81 52.64 54.17 51.34 53.53 54.34 54.73 51.22 53.4 54.65 55.94 53.29 56.01 57.05 57.85 54.63 56.51 56.79 57.72 55.05 57.19 57.44 57.64 54.62 57.07 57.73 57.95
2 28.37 30.3 31.69 34.8 37.92 37.6 39.98 41.8 43.28 40.81 42.64 43.97 44.65 41.05 43.01 44.48 45.66 42.34 45.31 47.02 47.94 43.84 46.45 47.65 48.56 44.55 47.39 48.66 49.23 44.67 47.87 49.52 50.26
3 28.21 30.03 31.49 34.17 36.73 37.66 38.92 39.65 40.37 39.96 40.16 40.43 40.02 39.83 39.72 40.04 40.43 40.7 41.44 41.81 42.04 41.91 41.56 42.06 42.75 42.49 42.16 42.75 43.25 42.57 42.65 43.75 44.51
4 28.14 29.68 31.3 33.76 36.5 37.78 39.04 39.88 40.62 40.25 40.38 40.75 40.03 40.17 39.91 40.28 40.5 40.96 41.63 41.52 41.28 42.15 41.18 41.07 41.62 42.67 41.55 41.24 41.15 42.7 41.85 41.97 42.13
Kadar air lapisan jagung (% bb.)
5 28.11 29.3 30.99 33.26 36.13 37.94 39.13 40.07 40.85 40.64 40.55 41.05 40.14 40.59 40.06 40.56 40.81 41.33 41.81 41.69 41.32 42.53 41.35 41.07 41.89 43.01 41.73 41.22 40.99 43.03 41.99 41.84 41.8
1 22.30 22.14 21.62 20.91 20.13 21.16 20.33 19.47 18.61 20.21 19.32 18.45 17.60 19.19 18.36 17.54 16.72 18.16 17.33 16.50 15.69 17.12 16.32 15.53 14.79 16.10 15.34 14.59 13.89 15.08 14.40 13.73 13.09
2 3 22.30 22.30 22.30 22.30 22.28 22.30 22.12 22.30 21.86 22.29 21.62 21.69 21.40 21.69 21.05 21.69 20.63 21.68 20.62 20.73 20.28 20.72 19.87 20.72 19.41 20.67 19.55 19.65 19.21 19.62 18.81 19.61 18.36 19.55 18.52 18.62 18.19 18.60 17.76 18.56 17.29 18.44 17.46 17.54 17.10 17.47 16.66 17.36 16.22 17.22 16.40 16.48 16.05 16.38 15.63 16.25 15.18 16.07 15.35 15.42 15.04 15.33 14.65 15.21 14.25 15.04
4 22.30 22.30 22.30 22.30 22.29 21.70 21.70 21.70 21.70 20.74 20.72 20.72 20.70 19.67 19.64 19.64 19.64 18.64 18.62 18.62 18.60 17.57 17.52 17.51 17.51 16.50 16.45 16.42 16.39 15.44 15.39 15.38 15.35
5 22.30 22.30 22.30 22.30 22.29 21.72 21.71 21.71 21.71 20.76 20.73 20.73 20.70 19.69 19.65 19.65 19.65 18.66 18.64 18.62 18.61 17.59 17.53 17.52 17.52 16.52 16.46 16.44 16.43 15.45 15.40 15.40 15.40
67 Lampiran 6 Data suhu pengering ERK-Hybrid pengujian I Air Waktu
Waktu
(jam)
HE Keluar
Masuk
Sebelum
Suhu dalam Silinder Pengering
Suhu
Sesudah
Kering-1
Basah-1
Dalam-1
Tengah-1
Luar-1
Dalam-2
Tengah-2
Luar-2
Kering-2
Basah-2
Saluran
Suhu Outlet
Suhu Lingkungan
Suhu
Suhu
Logam Lantai
TAi
TAo1
TAo2
THEbk
THEbb
THEo
TK1
TB1
TDlm1
TTgh1
TLuar1
TDlm2
TTgh2
TLuar2
TK2
TB2
Udara
ToK
ToB
TLB
TLK
TLgm
TLt
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
07
08
09
0
12.06
43.3
51.8
51.5
31.6
35.6
39.2
39.1
36.8
41.2
40.2
40.2
39.6
38.1
38.1
40.0
32.8
40.2 41.0 37.1
27.5
28.7 38.4
40.0
0.82
12.55
45.9
49.8
49.5
33.7
37.5
40.6
40.0
37.4
43.5
40.9
40.9
40.0
39.1
39.6
4.7
33.9
40.3 42.0 38.0
33.3
32.9 40.4
39.9
1.38
13.29
67.1
61.9
64.3
37.4
40.9
49.5
43.3
40.5
45.9
44.1
44.2
43.2
42.1
43.2
44.1
35.4
57.8 45.0 44.0
37.0
36.3 43.8
43.0
1.83
13.56
80.0
72.7
76.9
36.4
39.0
63.1
41.4
39.1
46.0
42.6
44.7
41.7
41.4
43.1
41.9
33.9
46.1 42.7 42.1
38.8
38.7 42.4
41.9
2.33
14.26
85.4
77.3
81.9
35.5
37.8
64.1
41.3
38.8
42.4
42.6
40.3
43.9
40.5
42.1
41.4
34.5
5.7 43.6 43.3
35.7
38.2 42.6
42.3
2.83 3.43 3.82 4.27 4.87 5.29 5.82 6.22 6.95 7.2 7.79 8.2 8.69 9.22 9.69 10.22 10.84 11.25
14.56 15.32 15.55 16.22 7.34 7.59 8.31 8.55 9.39 9.54 10.29 10.54 11.23 11.55 12.23 12.55 13.32 13.57
79.2 69.5 71.8 71.8 42.4 40.0 43.2 48.0 58.7 60.0 65.3 67.7 76.9 84.4 80.6 77.7 69.1 69.9
73.4 64.2 66.3 66.2 40.2 37.7 40.8 44.6 58.0 59.2 63.5 65.4 71.2 79.1 76.7 72.1 63.9 64.3
76.9 67.4 69.7 69.6 40.7 38.0 41.3 45.6 60.6 59.4 63.1 64.2 72.3 79.9 77.3 72.9 65.4 66.1
37.9 33.4 32.0 31.8 25.7 27.0 27.4 26.6 28.6 28.6 31.5 30.6 30.0 31.5 32.4 34.9 36.1 36.8
39.7 34.9 33.2 33.4 30.0 30.4 31.0 29.7 31.7 25.9 23.8 29.9 28.9 31.5 32.4 34.5 36.4 36.7
61.2 54.3 55.2 55.4 34.7 33.6 32.8 40.2 48.2 49.0 52.1 51.4 54.8 56.3 55.0 53.7 50.7 50.6
41.9 39.3 37.7 36.5 31.8 31.9 31.8 32.9 34.5 34.8 36.6 36.9 38.7 38.3 40.3 42.2 7.2 7.2
41.1 36.2 34.8 33.8 29.8 30.2 32.4 30.7 31.7 31.9 33.2 33.4 35.2 34.8 36.0 37.7 37.9 37.5
44.0 43.4 44.0 39.7 30.1 32.9 34.5 36.5 38.0 38.8 39.9 41.2 40.0 42.1 43.8 44.9 43.1 43.5
44.0 38.8 37.6 36.8 30.8 31.9 33.5 34.5 36.2 36.7 38.4 39.5 39.8 40.8 42.2 43.9 43.5 43.1
38.2 38.6 37.6 37.4 30.9 30.8 33.9 34.3 36.4 37.3 38.5 39.7 39.5 40.0 42.1 43.0 43.5 42.7
47.6 40.6 40.3 38.3 31.1 32.3 34.0 35.9 38.8 41.1 42.0 47.1 39.1 40.0 40.6 43.2 42.7 42.3
42.6 36.8 36.7 34.7 28.9 30.6 31.9 33.0 35.1 36.0 36.4 37.9 37.8 38.6 39.4 41.2 40.5 39.8
44.0 37.5 33.8 34.7 30.1 30.7 32.5 33.8 36.2 36.9 37.0 37.9 38.9 39.0 41.7 41.5 42.2 40.2
43.8 41.1 42.0 39.2 29.1 31.1 34.1 36.5 38.8 39.5 42.1 44.1 44.4 45.3 48.0 48.6 50.4 48.5
35.9 31.0 33.7 27.9 8.8 8.8 28.8 29.0 29.8 30.3 32.6 33.0 35.8 34.6 36.5 37.3 37.0 36.9
35.6 35.8 34.6 34.3 29.8 30.0 30.0 28.3 31.7 30.5 29.2 27.7 28.9 31.7 32.4 34.0 35.9 35.1
36.9 35.9 34.7 36.3 29.8 30.0 30.3 29.6 34.4 32.3 30.8 28.9 29.8 33.6 35.2 37.9 37.7 37.8
42.8 38.3 37.1 36.2
Keterangan : Data kosong berarti tidak terbaca
5.7 55.8 34.7 55.2 37.3 36.3 39.1 43.1 50.2 47.2 50.5 52.6 59.2 64.5 63.9 60.1 56.9 56.1
44.2 38.5 37.2 36.0 31.9 32.7 34.5 35.0 36.0 35.8 34.0 34.3 32.0 32.6 36.9 35.4 35.7 34.6
43.8 37.5 35.6 30.7 28.8 28.6 29.8 27.2 25.6 25.2 29.2 29.4 30.8 29.1 31.7 32.2 34.1 32.8
49.1 39.3 38.1 38.8 30.7 31.8 33.5 34.3 37.9 39.2 41.2 42.5 42.7 44.0 44.8 45.5 43.4 43.5
35.3 35.3 36.1 36.5 32.6 34.3 38.7 39.9 40.1
68 Lampiran 7 Data suhu tungku, cerobong, dan iradiasi matahari pengujian I Waktu (jam)
Suhu Tungku o
C
mV 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5
0
0.0
0 11.9 14.8 11.7 7.5 11.9 10.9 10.7 12.7 0 2.1 1.7 3.1 8.7 7.4 7.6 8.7 10.9 10.8 13.4
0.0 292.1 361.9 287.2 184.2 292.1 268.0 263.1 311.3 0.00 51.8 42.1 75.9 214.0 181.7 186.7 214.0 268.0 265.50 328.20
Cerobong o C mV 0 0.0 0 6.7 7.9 5.3 5.4 8 5.7 6.1 5.1 0 0.9 4 5.9 4.7 4.8 5 4.6 6.6 5.8 6.8
0.0 164.2 194.2 129.6 132.0 196.7 139.4 149.2 124.7 0.0 22.10 97.7 144.3 114.9 117.3 122.2 112.4 161.7 141.8 166.7
Iradiasi Matahari W/m2 mV 4.4 628.6 3.4 4.5 0.8 4.5 0.8 0.3 0.3 0 0 0.9 1 1.6 2.5 3.9 5.6 5.9 6.3 5.9 6.7 6.1
485.7 642.9 114.3 642.9 114.3 42.9 42.9 0 0 128.6 142.9 228.6 357.1 557.1 800.0 842.9 900.0 842.9 957.1 871.4
69 Lampiran 8 Data suhu pengering ERK-Hybrid pengujian II Air Waktu Waktu Masuk (jam) TAi
Keluar TAo1 TAo2
07
08
09
HE Sebelum THEbk THEbb 10
11
0
08.03
38.4
31.3
31
32.5
28.9
0.5
08.33
48.3
45
46.3
36
32.3
1
09.03
60.8
55.3
57.5
36.5
1.5
09.33
64.7
59
61.4
2
10.03
62.5
57.5
2.5
10.33
64.2
3
11.03
3.5
Sesudah THEo
Kering-1 TK1
Basah-1 TB1
Dalam-1 TDlm1
Tengah-1 TTgh1
12
13
14
15
16
Suhu dalam Silinder Pengering Luar-1 Dalam-2 Tengah-2 TLuar1 TDlm2 TTgh2 17
18
19
Luar-2 TLuar2
Kering-2 TK2
Basah-2 TB2
Suhu Saluran Udara
Suhu Outlet ToK
Suhu Lingkungan Suhu Suhu Logam Lantai ToB TLK TLB TLgm TLt
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
37.6
30.6
34.9
42.8
44.1
39
45.7
47.3
36.1
30.4
30.4 31.7 29.2
31.3
29.3
46.9
40.3
38.9
40.2
37.1
36.2
41.2
35.8
36
40.4
39
47.3 34.8 32.1
35.1
32.4 39.9
32.6
57.7
40.3
37.4
39.7
42.8
39.3
50.6
38.7
36.4
39.9
38.2
59.1
36 31.4
31.8
29.1 38.1 32.5
40.7
34.2
61.3
45.2
40.9
42.7
40
39.2
46
38.8
38.5
43.4
39.4
63.1 37.4 32.4
34.6
30.3
59.6
40.8
34
59.8
45.7
41.2
43.5
44
39.4
52.9
39.5
38.6
45.2
40.1
61.9 39.5 34.2
34.8
31.4 43.7 34.9
58.9
61
41.8
34.5
61
47.2
41.9
44.7
40.5
40.1
44.6
39.4
40
46.5
47.6
61.9 39.7 33.7
33.8
30.5 45.2 35.4
63.9
58.4
60.4
41.6
34
60.6
44.3
39.5
42.8
42
39.9
51.9
39.1
38.7
44.8
40.4
61.8 39.8 33.7
33.8
30.5 45.2 35.4
11.33
65.7
60.7
62.9
42.4
35
62.5
46.8
40.9
46.6
40.8
40.5
46.7
39.6
40.2
48.7
43.6
61.7 41.7 34.3
35.3
30.6
4
12.03
63.4
58.5
60.5
42.6
34.2
60.5
45.7
40.7
44.7
42
39.9
53.1
39.7
38.8
45.9
41.5
61.6 41.7 33.7
37
31.1 44.5 38.4
4.5
12.33
62.4
58.1
59.8
43
35.2
59.9
49.2
42
46.8
40.9
40.6
43.2
39.5
40.6
48.3
45
61.6 41.8 33.8
37.9
32.9 46.8 38.1
5
13.03
64.2
59.7
61.6
43.7
35.4
61.7
52.2
43.5
47.9
42.4
40.9
52.5
40.8
39.9
46.2
39.8
64.6 42.9 33.4
35.9
31.9 46.5
5.5
13.33
60.8
57.1
58.7
43.2
34.9
58.8
46.8
39.9
44.5
40.6
40.5
43
39
40
46.2
39.8
59.5
42 33.3
34.6
31.1
6
14.03
65.5
60.6
62.5
44.4
34.8
61.9
47.3
41
45.8
41.6
40.5
51
38.5
39.4
47.9
39.1
62.9 43.2 33.1
36.7
32.3 45.2 39.8
6.5
14.33
62.5
58.5
59.7
42.6
35.4
59.9
45.3
39.1
46
40.3
41.3
43
40
40.4
45.9
39.2
60 41.9 33.4
34.3
30.6 46.4 39.8
7
15.03
63.9
59.1
61.1
42.6
34.9
60.8
44.7
37.3
44.3
40.2
39.8
48.8
39
38.2
45.6
39.5
60.6 40.7 32.8
33.5
30.1 44.1
7.5
15.33
65
59.9
61.9
42.3
34.3
61.2
42.6
37.4
42.1
40.8
42
39.3
40.5
40.9
43.6
37.4
59.2 41.3 33.4
35.6
31.9 44.4 39.5
8
16.03
58.8
54.9
56.6
39.8
33.4
56
40.3
34.6
40.3
38.7
39.4
42.9
37.7
37.8
42.1
38
54.8 40.7 32.8
33.6
30.9 41.7
Keterangan : Data kosong berarti tidak terbaca
43
43 33.8
48 37.8
39
44 38.2
39 39
70 Lampiran 9 Data suhu tungku, cerobong, dan iradiasi matahari pengujian II Waktu Waktu (jam) Pengamatan 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8
08.03 08.33 09.03 09.33 10.03 10.33 11.03 11.33 12.03 12.33 13.03 13.33 14.03 14.33 15.03 15.33 16.03
Suhu Tungku o C mV 5.4 12.6 16.9 12 10.5 10.2 12.4 11.4 13.8 9.3 12.7 7.2 14.4 15.1 10.8 9 4.9
132.01 308.92 411.60 294.46 258.28 250.90 304.10 280.00 337.84 228.76 311.33 176.65 352.30 369.70 265.54 221.38 119.77
Cerobong o C mV 2.4 4.9 6.2 4.8 4.6 4.9 5.7 4.6 5 3.9 4.8 2.1 4.8 4.8 4.3 3.7 2
59.03 119.77 151.65 117.32 112.43 119.77 139.35 112.43 122.22 95.29 117.32 51.79 117.32 117.32 105.08 90.43 49.37
Iradiasi Matahari 2 W/m mV 2.1 3.2 3.8 4.8 5.2 5.1 2 3.4 4 2.9 5.6 2.2 4.2 3.4 2.8 1.9 0.7
300.0 457.1 542.9 685.7 742.9 728.6 285.7 485.7 571.4 414.3 800.0 314.3 600.0 485.7 400.0 271.4 100
71 Lampiran 10 Data suhu pengering ERK-Hybrid pengujian III Air Waktu
Waktu Masuk
(jam)
HE Keluar
Sebelum
Suhu dalam Silinder Pengering
Suhu
Sesudah
Kering-1
Dalam-1
Tengah-1
Luar-1
Dalam-2
Tengah-2
Luar-2
Kering-2
Basah-2
Saluran
Suhu Outlet
Suhu Lingkungan
Suhu
Suhu
Logam
Lantai
TAi
TAo1
TAo2
THEbk
THEbb
THEo
TDlm3
TDlm1
TTgh1
TLuar1
TDlm2
TTgh2
TLuar2
Ttgh3
TLuar3
Udara
ToK
ToB
TLK
TLB
TLgm
TLt
07
08
09
10
11
12
13
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30.7
27.8
36.7
30.8
31
32
28.2
47.4
31.9
64 39.5 31.9
34.7
29.8
54
33.1
61.4 36.7 30.9
34.1
29.4
44.3
34.1
63.8 42.4 32.4
33.4
28.8
48.7
34.9
61.8 41.9 32.6
33.6
28.9
50
35.6
0
08.44
58.2
52.5
54.4
34.7
30.6
55
36.8
36.5
35.1
0.5
09.14
65.8
59.2
61.6
36.9
31.3
61.4
38.1
37.2
1
09.44
66.6
60.6
62.9
39.9
33.2
62.7
46.9
1.5
10.14
63.3
58.2
60.2
38.8
33.1
60.1
2
10.44
65.2
59.7
61.8
40.8
33.5
2.5
11.14
62.4
57.8
59.6
41.4
3
11.44
63.1
58.3
60.1
3.5
12.14
62.4
57.7
4
12.44
62.7
4.5
13.14
5
37.4
34.3
33.6
33.8
55.8 33.7 29.5
37.6
39.1
37.6
37.8
37.1
62.3 35.8
37.7
38.8
39.4
37.9
36.8
38.5
36.4
38
38.5
61.9
39.7
39.1
39.6
33.6
59.6
40.8
37.6
38.5
42.5
33.9
60.2
44.5
38.3
39
38.2
59.5
40.8
32.9
59.3
36.9
38.2
58.5
60
42.8
33.9
59.9
42.8
39
59.6
55.7
57.1
42.1
33.4
57
39.1
38.2
39.2
13.44
59.5
55.1
56.6
40.9
32.9
56.7
42.3
37.1
37.3
5.5
14.14
65.4
60.2
62
42.2
33.7
61.5
39.8
40.6
6
14.44
68.9
62.9
65.1
40.8
33.1
64.5
43.3
6.5
15.14
69.9
63.8
66.2
42.2
33.3
65.4
7
15.44
64
58.7
60.7
39.4
32.3
60.4
7.5
16.14
62.4
57.3
59.2
38.5
31.8
58.9
8
16.44
58.2
53.8
55.5
37.4
30.8
55.2
Keterangan : Data kosong berarti tidak terbaca
35.2
38.5
36.7
38.7
39.4
44.4
40.7
38.9
46.8
39.5
38.8
39.8
62.4 42.8 32.3
35.2
28.7
51.7
36.5
35.6
36.5
39
58.7 42.7 31.3
34.2
29.1
43.7
37.4
37.6
38
38.9
61.7
48 32.9
37.4
30
51
38.1
38.9
38.9
41
38.2
58.7 44.4 32.2
35.2
29.1
50
38.4
38.8
36.4
57.3 43.3 31.2
34.8
29
49.5
38.1
39.6
40.9
39.1
41.1
61.6 46.3 33.4
36.3
30.5
47.9
39.9
40.6
38.6
39.7
38.1
39.2
64.8 48.6 33.6
36.8
30.9
51.4
39.1
45.5
42
41.1
39.2
41.5
64.8 46.8 33.6
36.1
30.3
54.9
40.5
39.9
38.4
40.3
37
38
59.8
42 32.5
33.1
28.8
53.1
38
40.2
37.1
39.6
57.7 39.9 31.8
32.5
29.1
50.2
37.2
39.6
36.3
37.8
54.2 38.2
32.5
28.7
49.2
36.5
39.3
44.1
44.8 41.4
40.9 47.5
42.6
36.8
31
72 Lampiran 11 Data suhu tungku, cerobong, dan iradiasi matahari pengujian III Waktu Waktu (jam) Pengamatan 0 0.5
08.44 09.14
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8
09.44 10.14 10.44 11.14 11.44 12.14 12.44 13.14 13.44 14.14 14.44 15.14 15.44 16.14 16.44
Suhu Tungku o C mV 18.3 445.07 15.8 385.80 18.7 16.6 20.3 15.7 18.4 15.7 16.5 15.4 16.6 18.7 21.3 19.3 19.4 18.1 9
454.55 404.76 492.48 383.43 447.44 383.43 402.39 376.32 404.76 454.55 516.19 468.77 471.14 440.32 221.38
Cerobong o C mV 5.7 139.35 5.1 124.67 4.6 4.7 4.9 5.6 4.4 4.2 4.6 4.2 4.3 4.5 4 4.3 3.3 3.9 2.1
112.43 114.87 119.77 136.91 107.53 102.63 112.43 102.63 105.08 109.98 97.74 105.08 80.77 95.29 51.79
Iradiasi Matahari 2 W/m mV 2.61 372.9 3.06 437.1 4.33 4.83 5.05 5.32 4.07 1.81 5.05 4.68 4.11 2.2 1.92 1.17 0.93 0.64 0.38
618.6 690.0 721.4 760.0 581.4 258.6 721.4 668.6 587.1 314.3 274.3 167.1 132.9 91.4 54.3
73 Lampiran 12 Data digunakan untuk mendapatkan biaya tetap dan biaya tidak tetap Data Harga alat (P) (Rp) Harga akhir (S) (Rp) Jumlah hari kerja per tahun (hari) Jam kerja per orang (jam) Kapasitas alat (kg) Waktu pengeringan (t) (jam) Umur ekonomi (N) (tahun) Bunga modal (i) (%/tahun) Nilai akhir alat (%) Konsumsi bhn. bakar (Kbb) (kg/ton) Konsumsi listrik (Kl) (kWh/ton) Harga tongkol jagung (Hbbt) (Rp/kg) Harga arang kayu (Hbbak) (Rp/kg) Harga listrik (Hl) (Rp/kWH) Upah tenaga kerja (Up) (Rp/jam) Jumlah tenaga kerja (Jt) (orang) Jam kerja/tahun (Jtt) (jam/tahun) Pemeliharaan (Rp/jam) Pajak (p) (%/tahun)
Percobaan I Nilai 60000000 6000000 200 12 1304.3 11 5 12 10 40.6 13.0 250 1000 675 1250 2 2400 1000 1.5
Percobaan II Percobaan III Nilai Nilai 60000000 60000000 6000000 6000000 200 200 12 12 1294.1 1114.1 8 8 5 5 12 12 10 10 39.0 42.2 9.5 9.5 250 250 1000 1000 675 675 1250 1250 2 2 2400 2400 1000 1000 1.5 1.5
Perhitungan Biaya Tetap (Pengujian II)
Biaya Penyusutan (Rp/tahun) (A) P − S 60000000 − 6000000 = = 10800000 5 N
Biaya Bunga Modal (Rp/tahun) (B) 12 i ) * ( N + 1) 60000000 * ( ) * (5 + 1) P*( 100 100 = = 4320000 2* N 2*5
Biaya Pajak (Rp/tahun) (C) (
1,5 p )*P = * 60000000 = 900000 100 100
Total biaya tetap = A + B + C = Rp. 16020000/tahun
74 Lampiran 12. (lanjutan) Perhitungan Biaya Tidak Tetap (Pengujian II)
Biaya Bahan Bakar (Rp/tahun) (D) 39,0 * 250 Kbb * Hbbt * Jtt = * 2400 = 2926647 ,03 8 t
Biaya Listrik (Rp/tahun) (E) 9,5 * 675 Kl * Hl * Jtt = * 2400 = 1923750 8 t
Tenaga Kerja (Rp/tahun) (F) Up * Jt * Jtt = 1250 * 2 * 2400 = 6000000
Biaya Pergantian Komponen (Rp/tahun) (G) (
0,2 ( P − S ) 0,2 (60000000 − 6000000 ) )* =( )* = 2592000 100 100 100 100
Total biaya tidak tetap = D + E + F + G = Rp. 13442397,03/tahun
75 Lampiran 13 Bahan untuk pembuatan konstruksi pengering ERK
Nama bagian Rumah kaca Rangka Dinding Atap Lantai Kipas outlet Pengering Silinder Kipas inlet Ruang plenum Penukar panas Radiator Tangki air Pemanas Tungku Auger
Jenis bahan yang dipakai
Spesifikasi
Besi hollow Seng, glasswool, polikarbonat Polikarbonat Semen cor Aksial
40 x 40 mm 0.5 mm, - , 1 mm 1 mm Tebal 100 mm Diameter 400 mm
Besi perforated Sentrifugal Besi perforated dan besi plat
Lubang 3 mm, tebal 2 mm Diameter 400 mm x 2400 mm
Cross-flow Plat besi
Luas 4 m2/radiator Diameter 700 mm
Besi plat, cor semen Besi plat
2 mm, 150 mm 2 mm
