STUDI EFISIENSI TERMAL PROSES PENGERINGAN CENGKEH PADA ALAT PENGERING YANG MEMILIKI LIMA TINGKAT TRAY

STUDI EFISIENSI TERMAL PROSES PENGERINGAN CENGKEH PADA ALAT PENGERING YANG MEMILIKI LIMA TINGKAT TRAY Susanto Johanes1, F. Eko Wismo Winarto2

1, 2 Diploma Teknik Mesin Sekolah Vokasi UGM Email: [email protected] & [email protected]

ABSTRAK

Pada penelitian ini dilakukan pengujian efisiensi termal pengeringan cengkeh pada alat pengering yang memiliki lima tingkat tray terbuat dari plat lubang stainless steel, ukuran luas setiap tray 70 x 100 cm 2. Plat pengering dilengkapi dengan tiga macam sirip-sirip pemanas udara, terbuat dari plat aluminium. Kapasitas pengeringan cengkeh adalah sebesar 15 kg, menggunakan bahan bakar LPG. Sebelum proses pengeringan dilakukan, cengkeh ditebarkan di atas lima (5) tingkat tray, secara acak namun diusahakan ketebalannya merata. Selama proses pengeringan dilakukan pengaturan laju bahan bakar LPG agar temperatur ruang pengering berkisar antara 40 60 oC. Relokasi cengkeh ke tingkat tray berbeda dilaksanakan setiap satu jam, sekaligus dilakukan pembalikan, agar pemanasan cengkeh merata dan tidak terjadi gosong. Pelaksanaan relokasi cengkeh berturut-turut dimulai dari tingkat terbawah sampai teratas. Selama proses pengeringan, temperatur udara pengering dicatat setia interval waktu 10 menit menggunakan thermometer digital. Besaran-besaran yang perlu dicatat pada proses pengeringan ini adalah temperatur ruang pengering dan udara luar, lama waktu pengeringan, konsumsi bahan bakar LPG yang digunakan, serta kadar air terkandung dalam cengkeh, baik sebelum maupun setelah dikeringkan. Perhitungan kadar air cengkeh, menggunakan acuan sampel cengkeh yang dikeringkan kembali menggunakan oven, hingga kadar airnya meenjadi 0 %. Lama pengeringan cengkeh kapasitas 15 kg, selama 4 jam 20 menit, hingga terjadi penurunan kadar air dari 73, 18 % menjadi 26,78 %. Data yang diperoleh pada penelitian ini, selanjutnya digunakan sebagai dasar perhitungan efisiensi termal pengeringan cengkeh tersebut, yaitu sebesar 11,57 %. Kata kunci: cengkeh, alat pengering lima tingkat tray, kadar air, efisiensi termal

I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Penelitian Tanaman cengkeh (Zyzigium Aromaticum) adalah merupakan tanaman perkebunan/industri berupa pohon yang termasuk famili Myrtaceae. Tanaman ini berasal dari Indonesia, ada yang berpendapat berasal dari Maluku Utara, Kepulauan Maluku, atau Irian, namun ada juga yang mengatakan dari Philipina. Macam-macam cengkeh yaitu cengkeh Putih, cengkeh Katak dan cengkeh Zanzibar [1]. Cengkeh merupakan salah satu komoditi hasil pertanian dengan nilai jual cukup tinggi, bersifat musiman, namun mempunyai peranan penting dalam industri pangan dan non pangan. Produk cengkeh sebagian besar digunakan pada industri rokok kretek, bahan obat-obatan, kosmetik dan parfum.

Dalam bidang kesehatan dan kecantikan, manfaat cengkeh diantaranya untuk mengobati sakit gigi, mencegah peradangan, mengatasi mual dan muntah, meningkatkan sistem pencernakan, mengatasi pilek, mengatasi sinusitis, menyehatkan jantung, meredakan batuk, meringankan infeksi saluran pernafasan, mengatasi jerawat, menghilangkan noda dan guratan di kulit, sumber anti oksidan, kondisioner dan mencegah rambut rontok [2]. Penanganan paska panen cengkeh di tingkat petani pada umumnya dilakukan secara tradisional. Perontokan bunga dilakukan dengan tangan, sehingga butuh waktu lama. Maka pengeringan segera dilakukan setelah pemanenan, karena keterlambatan pengeringan akan berakibat buruk terhadap mutu cengkeh [3].

Oleh karena itu untuk mempertahankan mutu cengkeh dilakukan usaha pengeringan agar tahan lama disimpan dan memberikan nilai tambah.

Secara umum, apabila cuaca baik, sinar matahari memancar terang, pengeringan bunga cengkeh dengan cara alami (penjemuran), untuk mencapai tingkat kekeringan sesuai keinginan pasar, atau perbandingan berat cengkeh basah dan kering sebesar 3 : 1 [4], memakan waktu kurang lebih 3-4 hari, tetapi bila musim hujan, bisa lebih lama lagi. Ironinya masa panen cengkeh adalah sekitar bulan Juli-September, yaitu berada pada musim penghujan [5], hal ini menjadi kendala bagi para petani.

Apabila pengeringan cengkeh dilakukan menggunakan mesin pengering, udara digunakan sebagai media pemanas, caranya udara tersebut dialirkan di dalam pipa-pipa, yang dipanaskan oleh gas atau biomassa, selanjutnya udara panas yang dihasilkan dialirkan menggunakan blower, menuju ke dalam ruang oven cengkeh. Dengan cara demikian, untuk menurunkan kadar air cengkeh menjadi sebesar 8-14% membutuhkan waktu sekitar 2,5 jam [6]. Gambar 1. berikut ini adalah contoh mesin pengering bunga cengkeh yang ada di pasaran [5].

954 |Prosiding Seminar Nasional Teknologi Terapan SV UGM 2016

Alat pengering biji kakao yang diteliti, adalah seperti terlihat pada Gambar 2, dengan spesifikasi sebagai berikut:

(a)

(b)

Gambar 1. (a) Alat pengering bunga cengkeh, tersusun beberapa tingkat pan, (b). salah satu pan yang telah terisi bunga cengkeh.

Rotating Parts of Tray Model Bahan bakar ganda (LPG atau kayu bakar), Kapasitas kecil antara 50 100 kg, Jumlah tingkat : 5 tray, Pelat pemanas bersirip, Luas permukaan sirip 127.400 cm2 Luas setiap tingkat tray adalah 100 x 70 cm2, Blowe

B. Rumusan Masalah Penelitian ini merupakan pengujian unjuk kerja rancangan sendiri. Dengan rancangan ini harapannya adalah dapat memanfaatkan semaksimal mungkin kalor hasil pembakaran bahan bakar LPG (Liquified Petroleum Gas). Untuk memperoleh standar operasi alat pengering ini, maka diperlukan pengaturan kapasitas cengkeh, pengaturan konsumsi bahan bakar serta lama waktu operasi yang berbeda-beda guna memperoleh cengkeh dengan tingkat kekeringan tertentu.

C. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui efisiensi termal pengeringan cengkeh pada alat pengering jenis tak kontak langsung, hasil rancangan sendiri, kapasitas 15 kg, dengan lima tingkat tray, menggunakan bahan bakar LPG. D. Metodologi Bahan yang dikeringkan adalah bunga cengkeh yang masih basah. Bunga-bunga cengkeh yang akan dipanaskan ditebarkan merata di atas tray-tray, selanjutnya dilakukan proses pengeringan. Setelah proses pengeringan dilakukan beberapa saat, maka cengkeh terkering yang berada pada tray tingkat satu (terbawah) dapat diambil. Selanjutnya secara berurutan dari cengkeh yang berada di tray tingkat dua sampai tingkat lima, dipindah ke tray satu tingkat di bawahnya. Setelah itu, tray tingkat teratas (5) dapat diisi cengkeh yang berasal dari tray terbawah. Hal ini dimaksudkan agar tingkat kekeringan cengkeh-cengkeh merata dan tidak mengalami gosong. Perpindahan kalor terutama radiasi oleh gas hasil pembakaran bahan bakar LPG ke plat pemanas yang terbuat dari plat stainless steel, sebagian diteruskan secara konduksi ke sirip-sirip pemanas yang terbuat dari bahan plat aluminium. Udara yang dihembuskan oleh blower dipanaskan oleh plat dan sirip-sirip pemanas. Selanjutnya udara panas yang dihasilkan, digunakan untuk memanasi cengkeh, yang ditebarkan merata di atas lima tingkat tray.

(a) Tray Model

(b)

Rotating Parts of

Gambar 3, menunjukkan sketsa mekanisme gerak (putar) tray, berfungsi untuk menurunkan cengkeh ke tingkat tray di bawahnya.

Gambar 3. Sketsa mekanisme gerak tray pada alat pengering Rotating Parts of Tray Model

E. Percobaan of tray menggunakan bahan bakar LPG.

rotating parts

Proses pengeringan tanpa beban dimulai dengan pembukaan katup gas LPG dan menghidupkan empat buah kompor (burner), agar menghasilkan temperatur pengeringan antara 40 oC - 60 oC. Setelah itu dilakukan pengeringan cengkeh dengan berat 15 kg. Temperatur udara di setiap bagian tray dan beberapa komponen alat pengering dicatat selama proses pengeringan berlangsung, Penentuan kadar air yang terkandung pada cengkeh, didasarkan dari hasil pengeringan sampel cengkeh menggunakan oven, hingga tingkat kekeringan (kadar air) menjadi 0 %. Cengkeh tersebut

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Terapan SV UGM 2016 | 955

baik yang masih basah maupun cengkeh hasil pengeringan menggunakan alat pengering.

F. Tinjauan Pustaka Alat-alat pengering produk pertanian adalah bertujuan mengurangi kadar air yang terkandung di dalam produk tersebut. Metode pengeringan yang dilakukan ada kalanya berbeda, namun ada yang sama atau hampir sama satu dengan lainnya. Perlakuanperlakuaan khusus seperti misalnya produk-produk yang sensitif terhadap tingginya temperatur pengeringan, dilakukan untuk melindungi produk tersebut agar tak terjadi perubahan sifat produk. Adapun beberapa penelitian tentang alat-alat pengering tersebut, diuraikan di bawah ini. Dicky Seprianto dkk., [7], melakukan penelitian pengeringan bunga Rosella, menggunakan rancang bangun mesin pengering ciptaannya, yang kemudian disumbangkan kepada mitranya. Mesin tersebut bekerja menggunakan pemanas listrik dengan daya 440 watt, arus 2 Ampere, tegangan 220 volt. Hasil pengujian pengeringan bunga Rosella yang dilakukan adalah dengan kecepatan aliran udara 1,2 m/det, temperatur pengeringan 55 oC, serta lama pengeringan selama 14 jam, menghasilkan kekeringan bunga tersebut secara sempurna. Fudholi, A. dkk [8], di dalam reviewnya dikatakan bahwa pengeringan untuk produk pertanian dan kelautan adalah salah satu aplikasi yang paling menarik dan hemat energi dengan menggunakan energi surya. Berbagai jenis pengering surya telah dirancang dan dikembangkan di berbagai belahan dunia. Pada dasarnya ada empat macam alat-alat pengering surya tersebut, yaitu pengering sinar matahari langsung, tak langsung, model gabungan dan tipe hibrid.

Susanto J., dkk., [9], telah membuat alat pengering jenis rotating parts of tray, lima tingkat, menggunakan bahan bakar ganda (LPG atau kayu bakar), yang masih perlu variasi perubahan untuk disempurnakan pemanfaatan kalornya.

G. Landasan Teori Pada alat pengering ini, perpindahan kalor berlangsung secara radiasi dari gas hasil pembakaran gas LPG, diterima oleh plat stainless steel. Selanjutnya sebagian kalor diteruskan secara konduksi ke sirip-sirip pemanas yang terbuat dari bahan plat aluminium. Udara yang dihembuskan oleh blower dipanaskan oleh plat dan sirip-sirip pemanas. Selanjutnya udara panas yang dihasilkan, serta kalor konduksi melalui konstruksi, digunakan untuk memanasi cengkeh yang ditebarkan merata di atas tray. Kalor total yang dipergunakan pada proses pengeringan cengkeh ini, mirip dengan pengeringan biji kakao, seperti halnya pada Susanto J., dkk. [10], terdiri dari:

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Kalor yang digunakan untuk memanaskan cengkeh dari temperatur atmosfer ke temperatur yang diinginkan, Kalor yang digunakan untuk memanaskan kandungan air yang ada dalam cengkeh, Kalor yang digunakan untuk menguapkan (kalor laten) kandungan air yang ada dalam cengkeh, Kebocoran kalor melalui dinding alat pengering, Kalor yang keluar melalui ventilasi/cerobong gas buang, dan Rugi kalor yang hilang pada kompor dan sekitarnya yang tak terserap oleh alat pengering.

Adapun untuk menentukan efisiensi termal pengeringan cengkeh pada alat pengering tersebut di atas, melalui perhitungan secara bertahap sebagai berikut.

Besarnya kalor total yang digunakan pada proses pengeringan cengkeh, , adalah sebagai berikut : (1)

Dengan

QD = kalor untuk pemanasan cengkeh basah, (k Joule) QL = kalor yang hilang, (k Joule)

Kalor untuk pemanasan cengkeh basah (QD), terdiri dari beberapa komponen energi dan dinyatakan sebagai berikut :

(2)

Dengan,

QC = kalor pemanasan cengkeh, (k Joule)

QW = kalor pemanasan air yang terkandung pada cengkeh, (k Joule) QEW = kalor penguapan air cengkeh, (k Joule) Kalor pemanasan cengkeh, dengan persamaan berikut :

, dinyatakan (3)

Dengan,

WCf = berat cengkeh basah setelah produksi, (kg) cpC = panas jenis cengkeh, (k Joule/kg.oC) Td Tf

= temperatur cengkeh kering, (oC)

= temperatur cengkeh awal (basah), (oC)

Kalor pemanasan air cengkeh, dengan persamaan berikut :

956 |Prosiding Seminar Nasional Teknologi Terapan SV UGM 2016

, dinyatakan (4)

Dengan

Wwf = berat kandungan air pada cengkeh, (kg) cpw = panas jenis air, (k Joule/kg.oC) Kalor penguapan air cengkeh, dengan persamaan berikut :

Dengan,

, dinyatakan

(5)

Ww = berat air yang terbuang selama pengeringan, (kg)

Wwe hfg

= Wwf - Wwe

= berat air dalam cengkeh saat akhir (setelah pengeringan), (kg)

= kalor laten penguapan (k Joule/kg)

Kalor yang hilang, berikut :

, dinyatakan sebagai (6)

Dengan,

= laju aliran kalor melalui dinding (k Joule/sec)

= laju aliran kalor melalui ventilasi, (k Joule/sec) t

= laju rugi kalor radiasi dan lainnya (k Joule/sec) = lama (waktu) pengeringan (sec)

Efisiensi termal alat pengering cengkeh ini, ditentukan dengan persamaan (7), berikut : x 100 %

(7)

Dengan, QB = kalor hasil pembakaran bahan bakar, LPG (kJoule)

VI. PEMBAHASAN Sebelum dilakukan proses pengeringan cengkeh, alat pengering diujicoba tanpa beban. Pada ujicoba alat tanpa beban, ruang pengering cengkeh diusahakan bertemperatur antara 40 oC sampai 60 oC. Hasil percobaan menunjukkan temperature reratanya adalah 52,02 oC, dan memerlukan konsumsi LPG seberat 0,16 kg. Untuk mencapai temperatur tersebut diperlukan waktu kurang lebih 21 menit. Setelah dicapai temperatur tersebut, dilanjutkan proses pengeringan cengkeh.

Pada percobaan ini, sirkulasi udara dihasilkan oleh blowe troattle penuh), sehingga udara tersebut menyerap kalor dari plat dan sirip-sirip pemanas pada alat pengering tersebut. Pada pengujian alat dengan beban, dilakukan variasi kapasitas pengeringan cengkeh basah seberat 15 kg, atau rata-rata 3 kg, setiap tingkat tray.

Untuk kapasitas pengeringan cengkeh seberat 15 kg ini, kondisi udara lingkungan saat dilakukan pengambilan data, menunjukkan bahwa temperatur bola kering rerata sebesar 31 oC dan temperatur bola basah adalah sebesar 27 oC. Untuk pengeringan biji kakao kapasitas 15 kg (basah), dikeringkan menjadi 8,04 kg, diperlukan bahan bakar LPG sebanyak 3,79 kg, dari tingkat kekeringan kurang lebih 73,18 % menjadi 26,78 %, waktu yang diperlukan 4 jam 20 menit, temperatur rata-rata ruang pengering sebesar 49,71 oC. Dari hasil perhitungan menunjukkan bahwa, untuk pengeringan cengkeh kapasitas 15 kg, laju penurunan tingkat kekeringan setiap jam sebesar 5,9 %. Untuk pengeringan cengkeh kapasitas tersebut, kalor yang diperlukan untuk pemanasan cengkeh sebesar 396,171 kilo Joule, kalor (6) yang diperlukan untuk pemanasan kandungan air dari temperatur 30 oC sampai temperatur pengeringan adalah sebesar 903,34 kilo Joule dan kalor untuk penguapan air yang terkandung di dalamnya sebesar 16588,88 kilo Joule. Jadi dapat diketahui hasil kebutuhan energi selama proses pengeringan cengkeh basah adalah 17888,391 kilo Joule. Waktu yang digunakan pada proses pengeringan cengkeh tersebut adalah 4 jam 20 menit atau 15600 detik, maka kebutuhan energi yang digunakan pada proses pengeringan tiap detiknya atau dayanya adalah sebesar 1,147 kW. Sedangkan kalor hasil pembakaran bahan bakar LPG adalah sebesar 178474,587 kilo Joule, maka efisiensi termal alat pengering sebesar 11,57 %.

VII. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut. a. Pada kondisi tanpa beban, ruang pengering mencapai temperatur kerja 52,02 oC diperlukan waktu lebih kurang 21 menit, dengan koondisi udara atmosfer +- 30 oC, b. Lama waktu pengeringan cengkeh dengan kapasitas 15 kg, adalah 4 jam 20 menit, diperlukan bahan bakar sebesar 3,79 kg, dan penurunan tingkat kekeringan dari 73,18 % menjadi 26,78 %, c. Laju penurunan kadar air cengkeh rata-rata sebesar 5,9 % setiap jam, d. Efisiensi termal alat penge untuk T) kapasitas pengeringan 15 kg seberat 11,57 %, Hal-hal yang perlu diperbaiki untuk meningkatkan unjuk kerja alat pengering ini, yang perlu diujicoba atau diperhatikan adalah:

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Terapan SV UGM 2016 | 957

a. Variasi kapasitas blower , b. Ukuran pipa buang gas hasil pembakaran sudah diperkecil dari 3 inci menjadi 2 inci, dan nampaknya dari hasil pengamatan selintas kalor yang terbuang lebih kecil, namun perlu dicari yang paling optimal

IV. DAFTAR PUSTAKA [1]. Gita Adi Saputra, Ciri-ciri, Jenis dan Manfaat Cengkeh, http://www.satwa.net/870/ciri-ciri-jenisdan-manfaat-cengkeh.html, 4 Januari 2014.

[2]. Anonim, 15 Manfaat Cengkeh Untuk Kesehatan dan Kecantikan, http://manfaat.co.id/15-manfaatcengkeh-untuk-kesehatan-dan-kecantikan, 4 Agustus, 2014. [3]. Ishak, 2013, Model Pengeringan Lapisan Tipis Cengkeh (Syzigium Aromaticum), Sekripsi, Program Studi Keteknikan Pertanian, Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Hasanuddin, Makassar.

[4]. Aksi Agraris Kanisius, 1973, Bagaimana Menanam Cengkeh, Seri Budi Daya, Penerbit Kanisius, Yogyakarta.

[5]. Administrator BPTP, Inovasi Mengatasi Panen Cengkeh saat Musim hujan, http://malut.litbang.pertanian.go.id/ind/index., 30 September 2013.

[6]. Rumah Mesin Pusat Mesin Usaha Anda, Mesin Pengering Cengkeh, http://rumahmesin.com/mesin-pengeringcengkeh/, 16 April 2015. [7]. Fudholi, A., Sopian, K., Ruslan,M.H., Alghoul, M.A., Sulaiman, M..Y., 2009, Review of solar dryer for agricultural and marine products, Solar Energy Research Institute, Universiti Kebangsaan Malaysia, 43600 Bangi Selangor Malaysia. [8]. Seprianto, D. & Widagdo, T., 2010, Rancang Bangun Mesin Pengering Untuk Usaha Pembudidayaan Bunga Rosella, Laporan Kegiatan Vucer, Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya, Palembang. [9]. Susanto J., Soeadgihardo S., Greg Sukartono, 2014, Rancang Ulang Alat Pengering Biji Kakao yang Praktis dan Ekonomis, untuk Kelompok Tani Ngudi Mulyo" di Dusun Banjaran Kalibawang, Laporan Akhir Pemanfaatan Hasil Penelitian Dan Penerapan Teknologi Tepat Guna. [10]. Susanto J. & Winarto, 2015, Unjuk Kerja Alat Pengering Biji Kakao Jenis Rotating Parts Of Tray Berbahan Bakar LPG, Laporan Akhir Penelitian, Sekolah Vokasi UGM.

958 |Prosiding Seminar Nasional Teknologi Terapan SV UGM 2016