Skripsi Fadli Ryan Arikundo [PDF]

Citation preview

RANCANG BANGUN PROTOTYPE KOLEKTOR SURYA TIPE PLAT DATAR UNTUK PENGHASIL PANAS PADA PENGERING PRODUK PERTANIAN DAN PERKEBUNAN SKRIPSI



Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi



Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik



FADLY RIAN ARIKUNDO NIM. 080401091



DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013



i



ii



iii



iv



v



vi



vii



viii



ix



KATA PENGANTAR



Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan



Tugas



Akhir



ini



yang



berjudul



“RANCANG



BANGUN



PROTOTYPE KOLEKTOR SURYA TIPE PLAT DATAR UNTUK PENGHASIL PANAS PADA PENGERING PRODUK PERTANIAN DAN PERKEBUNAN”. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa, nasihat dan bantuan baik materil, maupun moril dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada : 1.



Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.sc selaku dosen pembimbing yang telah membantu dalam bimbingan serta dukungan dalam penulisan skripsi ini.



2.



Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera dan sebagai dosen pembanding I yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.



3.



Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan sebagai dosen pembanding II yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.



4.



Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita ST, MT. sebagai dosen yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.



5.



Bapak Ir. Zaman Huri, M.T selaku dosen wali yang telah membimbing dan memberikan nasihat selama penulis kuliah.



6.



Kedua orang tua penulis, Alm. Suryana Hardjadinata dan Zuliani Yendani yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, do’a, nasihat serta kasih sayangnya yang tidak terhingga kepada penulis.



7.



Abang penulis, Hendra Indrawan, Riza Suryan Putra, SP., kakak penulis Erica Dina M.Eng, adik penulis Indah Rizki Mahfira dan keluarga lainnya



i



yang telah memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian skripsi ini. 8.



Ibu S. Farah Dina dan Bapak Haznam yang juga telah membantu penulis selama proses penyusunan skripsi ini mulai dari awal sampai akhir.



9.



Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.



10. Rekan-rekan satu tim skripsi yaitu Indra Gunawan dan Nehemia Sembiring yang telah bersama-sama berjuang untuk menyelesaikan skripsi dan saling bertukar pikiran selama proses penyusunan skripsi 11. Eka Harditya Yonanda Srg ST., yang selalu senantiasa mengingatkan, mendukung, dan memberi semangat kepada penulis. 12. Teman-teman penulis khususnya Fitra Ali, Zaki Miswari, Willy Erlangga, Paramitha Rara, Nurul Aini, Qarina yang telah memberikan dukungan dan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 13. Rekan-rekan khususnya Felix Asade, Ramadhan, Harry Pramana, Ari Fadillah, yang bersama-sama dengan penulis menuntaskan kerja praktek. 14. Seluruh rekan mahasiswa angkatan 2008 khususnya, Ferdinand, Michael, Joshua, Fauzi, Alexander, Howard Lee, Otto, Munawir, Sahir Bani, Frans, Agorlif, Herto dan rekan-rekan lainnya, para abang senior dan adik-adik junior semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis. Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih sempurna. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.



Medan, April 2013



FADLY RIAN ARIKUNDO



ii



ABSTRAK



Proses pengeringan merupakan salah satu kegiatan penting yang dilakukan pada produk pertanian dan perkebunan untuk meningkatkan kualitas dengan cara menghilangkan sebagian kadar air sampai batas dimana mikroba tidak dapat tumbuh. Untuk itu, pada tugas akhir ini dirancang sebuah ruang pengering berukuran 0,5m x 0,5m x 0,7m yang menggunakan kolektor surya pelat datar dengan ukuran 2m x 0,5m serta menggunakan ubi kayu sebagai sampel. Perancangan alat pengeringan ini bertujuan untuk mengeringkan ubi kayu dari kadar air awal ±60% menjadi >10%. Kolektor surya diisolasi dengan rockwoll, sterofoam dan kayu sehingga kehilangan panas dapat diminimalisasi. Medium pengering adalah udara panas yang dihasilkan melalui kolektor yang menangkap radiasi sinar matahari dan dialirkan secara alamiah keruang ruang pengering selanjutnya akan digunakan untuk mengeringkan ubi kayu. Setelah dilakukan penelitian dengan metode eksperimen yakni dengan cara mengamati dan mengukur langsung hal-hal yang dilakukan pada alat pengering tersebut kemudian dilakukan pengolahan serta evaluasi data penelitian. Dari hasil penelitian dan analisis yang dilakukan pada pukul 08:00–17:00 WIB pada saat kondisi cuaca cerah, diperoleh panas radiasi rata-rata yang dapat diserap kolektor adalah 372,21 watt, kehilangan panas rata-rata pada kolektor adalah 161,32 watt dan efisiensi rata-rata dari kolektor surya yang didapat selama proses pengujian adalah 40,13%. Kata kunci : pengering, kolektor surya, perpindahan panas



iii



ABSTRACT



The drying process is one of important activities on agricultural and plantation products to increase quality by deaden water content partly till limit of microbes can't grow. Therefore, in this final project designed a drying chamber measuring 0.5 m x 0.5 m x 0.7 m using flat plate solar collector sized 2m x 0.5m and used cassava as sample. Design of this drying tool aim to dry cassava from the initial moisture content of ± 60% to >10%. Isolated solar collector with rockwool, sterofoam and wood are used to isolate the solar collector to minimize the heat loss. Medium dryer is hot air which produced through collector which caught the solar radiation and flowed naturally to drying chamber. Furthermore it will be used to dry the cassava. The research used experimental method, that is, observe and quantify directly the drying tool. Then it will be processing and evaluate the data. From research was conducted at 8 am until 5 pm in sunny weather, the result show that the average radiation heat which can be absorbed by the collector is 372.21 watt, the average heat loss is 161.32 watt and the average efficiency from the solar collector during test is 40.13%. Keywords: dryer, solar collectors, heat transfer



iv



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR ......................................................................................... i ABSTRAK ........................................................................................................... iii ABSTRACT ......................................................................................................... iv DAFTAR ISI ........................................................................................................ v DAFTAR TABEL ............................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii DAFTAR GRAFIK ............................................................................................. ix DAFTAR SIMBOL ............................................................................................. xi BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang



1



1.2 Tujuan ....................................................................................................... 3 1.3 Manfaat



3



1.4 Batasan Masalah



3



1.5 Sistematika Penulisan



4



BAB II TINJAUAN PUSTAKA......................................................................... 5 2.1 Pengeringan



5



2.2 Ubi (Cassava)



8



2.3 Kolektor dan Jenis Jenisnya



10



2.4 Pemanfaatan Energi Matahari



13



2.5 Tinjauan Perpindahan Panas



16



2.5.1 Perpindahan Panas Konduksi



17



2.5.2 Perpindahan Panas Konveksi Natural



18



2.5.3 Perpindahan Panas Radiasi



23



BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 25 3.1 Waktu Dan Tempat Penelitian



25



3.2 Metode Desain



25



3.2.1 Perancangan Pelat Absorber



26



3.2.2 Perancangan Kaca Penutup



27



v



3.2.3 Perancangan Isolasi



27



3.2.4 Perancangan Rangka Mesin Pengering



27



3.2.5 Perancangan Boks Pengering ........................................................... 28 3.3 Alat dan Bahan yang Digunakan



29



3.3.1 Peralatan Pengujian



29



3.3.2 Bahan Pengujian



36



3.4 Persiapan Pengujian



39



3.5 Prosedur Pengujian



41



BAB IV HASIL DAN ANALISA DATA........................................................... 42 4.1 Analisa Intensitas Radiasi Matahari (Solar Radiation)



42



4.1.1 Analisa Intensitas Radiasi Matahari Pengukuran



43



4.1.2 Perbandingan Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran



43



4.2 Desain Kolektor Surya



46



4.3 Perhitungan Kehilangan Panas Kolektor Surya



47



4.3.1 Menghitung Kecepatan Profil Dalam Kolektor (



48



4.3.2 Menghitung Kehilangan Panas Pada Dinding



51



4.3.3 Perhitungan Kehilangan Panas Pada Sisi Alas



58



4.3.4 Perhitungan Kehilangan Panas Pada Sisi Atas



60



4.3.5 Menghitung Kehilangan Panas Radiasi



62



4.3.6 Menghitung Kehilangan Panas Total Kolektor (Qtotal)



63



4.4 Efisiensi Kolektor Surya



63



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 76 5.1 Kesimpulan



76



5.2 Saran



76



DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN



vi



DAFTAR TABEL



Tabel 2.1 Daftar Komposisi Kimia Ubi (Cassava) 100 gr bahan ...........................9 Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer .........................................................................32 Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor ............................................................33 Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus .......................................................33 Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor.........................................................34 Tabel 4.1 Data Intensitas Radiasi Matahari Pengukuran 1 Maret 2013 ..................42 Tabel 4.2 Perbandingan Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran.................43 Tabel 4.3 Data Perhitungan Efisiensi Kolektor Tiap 15 Menit Pada Tanggal 01 Maret 2013 ...........................................................................67 Tabel 4.4 Data Perhitungan Efisiensi Kolektor Tiap 15 Menit Pada Tanggal 02 Maret 2013 ...........................................................................69 Tabel 4.5 Data Perhitungan Efisiensi Kolektor Tiap 15 Menit Pada Tanggal 05 Maret 2013 ..........................................................................72 Tabel 4.6 Data Perhitungan Efisiensi Kolektor Tiap 15 Menit Pada Tanggal 06 Maret 2013 ...........................................................................74



vii



DAFTAR GAMBAR



Gambar 2.1



Mesin Pengering



10



Gambar 2.2



Kolektor Surya Konsentrator, (a) Line Focus, (b) Point Focus



12



Gambar 2.3



Evacuated Tube Collector



12



Gambar 2.4



Hubungan Matahari Dan Bumi



13



Gambar 2.5



Energi Yang Masuk Bumi



14



Gambar 2.6



Perpindahan Panas Pada Kolektor Surya Pelat Datar



16



Gambar 2.7



Perpindahan Panas Konduksi



17



Gambar 2.8



Perpindahan Panas Konduksi Pada Kolektor



18



Gambar 2.9



Perpindahan Panas Konveksi Paksa dan Konveksi Natural.



19



Gambar 2.10 Konveksi Natural Dan Tebal lapisan Batas Pada Bidang Miring



21



Gambar 3.1



Kolektor



26



Gambar 3.2



Boks Pengering



28



Gambar 3.3



Alat Pengering



29



Gambar 3.4



Laptop



30



Gambar 3.5



Agilient



31



Gambar 3.6



Hobo Microstation data logger



32



Gambar 3.7



USB load cell



35



Gambar 3.8



Sampel Ubi Kayu



36



Gambar 3.9



Triplek



36



Gambar 3.10 Rockwool



37



Gambar 3.11 Kaca



37



Gambar 3.12 Sterofoam



38



Gambar 3.13 Pelat Seng



38



Gambar 3.14 Experimental Setup



39



Gambar 4.1



Rancangan Kolektor Surya



46



Gambar 4.2



Penampang Kolektor Surya



47



Gambar 4.3



Gradient Perpindahan Panas Pada Isolator



47



viii



DAFTAR GRAFIK



Grafik 4.1



Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran Hobo dan Pengukuran BMKG Pada Tanggal 01 Maret 2013................................. 43



Grafik 4.2



Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran Hobo dan Pengukuran BMKG Pada Tanggal 02 Maret 2013................................. 44



Grafik 4.3



Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran Hobo dan Pengukuran BMKG Pada Tanggal 05 Maret 2013................................. 44



Grafik 4.4



Intensitas Radiasi Matahari Hasil Pengukuran Hobo dan Pengukuran BMKG Pada Tanggal 06 Maret 2013................................. 45



Grafik 4.5



Waktu vs Temperatur 1 Maret 2013 pukul 12.00-12.15 ........................ 48



Grafik 4.6



Grafik Waktu vs Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 01 Maret 2013.............................................................................................. 68



Grafik 4.7



Grafik Waktu vs Temperatur Pada Tanggal 01 Maret 2013 .................. 68



Grafik 4.8



Grafik Waktu vs Efisiensi dan Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 01 Maret 2013 .................................................................. 68



Grafik 4.9



Grafik Waktu vs Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 02 Maret 2013.............................................................................................. 68



Grafik 4.10



Grafik Waktu vs Temperatur Pada Tanggal 02 Maret 2013 .................. 69



Grafik 4.11



Grafik Waktu vs Efisiensi dan Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 02 Maret 2013 .................................................................. 70



Grafik 4.12



Grafik Waktu vs Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 05 Maret 2013.............................................................................................. 71



Grafik 4.13



Grafik Waktu vs Temperatur PadaTanggal 05 Maret 2013 ................... 71



Grafik 4.14



Grafik Waktu vs Efisiensi dan Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 05Maret 2013 ................................................................... 73



Grafik 4.15



Grafik Waktu vs Itensitas Radiasi Matahari Pada Tanggal 06 Maret 2013.............................................................................................. 73



Grafik 4.16



Grafik Waktu vs Temperatur PadaTanggal 06 Maret 2013 ................... 74



Grafik 4.17



Grafik Waktu vs Efisiensi dan Itensitas RadiasiMatahari Pada Tanggal 06 Maret 2013 .................................................................. 75



ix



DAFTAR SIMBOL



SIMBOL



KETERANGAN



SATUAN



A



Luas Penampang



m2



A



Ketinggian Dari Permukaan Laut



km



B



Konstanta Hari Panas Jenis



kJ/kg K



E



Faktor Persamaan Waktu



menit



Eb



Energi Matahari Yang Diterima Bumi



kal/hari



F’



Faktor Efisiensi Kolektor



g



Gravitasi



m/s2



Radiasi Matahari Yang Jatuh Langsung Ke Permukaan Bumi



W/m2



Radiasi Difusi



W/m2



Gon



Radiasi Di Atmosfer



W/m2



GrL



Bilangan Grashof



Gsc



Radiasi Rata-Rata Yang Diterima Bumi



W/m2



Radiasi Total



W/m2



h



Koefisien Perpindahan Panas Konveksi



W/m2 K



hw



Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi



W/m2C



I



Itensitas Radiasi Matahari



W/m2



k



Konduktivitas Bahan Termal



W/m K



Lloc



Posisi Bujur



o



Lst



Standart Meridian



o



Nu



Bilangan Nusselt



.



Q



Laju Energi Panas



Ral



Bilangan Rayleigh



Re



Bilangan Reynold



S



Konstanta Matahari



ST



Waktu Matahari



STD



Waktu Lokal



Watt



Ly.menit-1



x



Tr



Temperatur Udara Sekitar



o



Ts



Temperatur Dinding



o



T∞



Temperatur Udara Lingkungan



o



Kecepatan Karakteristik



m/s



Kecepatan Profil Kolektor



m/s



wQ



C C C



Nilai Ketidakpastian Nilai Absorbsifitas Koefisien Udara



1/K



δ



Sudut Deklinasi



o



δ



Tebal Lapisan Batas



m



ε



Emisivitas Bahan



ζ ̇



Efisiensi



%



Massa Jenis



kg/m3



Kontanta Stefan Boltzomann



W/m2 K4



Laju Aliran Massa Udara



kg/s



Nilai Transmisifitas ̅



Temperatur Rata-Rata Keluar Dari Kolektor



o



Δt



Selang Waktu Perhitungan



s



Perbedaan Temperatur



o



φ



Posisi Lintang



o



Ө



Kemiringan Kolektor



o



C



C



xi



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Energi surya merupakan sumber energi yang ramah lingkungan karena tidak memancarkan emisi karbon berbahaya yang berkontribusi terhadap perubahan iklim seperti pada bahan bakar fosil. Setiap watt energi yang dihasilkan dari matahari berarti kita telah mengurangi pemakaian bahan bakar fosil, dan dengan demikian kita benar-benar telah mengurangi dampak perubahan iklim. Penelitian terbaru melaporkan bahwa rata-rata sistem rumah surya mampu mengurangi 18 ton emisi gas di lingkungan setiap tahunnya. Energi surya juga tidak memancarkan oksida nitrogen atau sulfur dioksida yang berarti tidak menyebabkan hujan asam atau kabut asap. Kebutuhan energi semakin meningkat dengan adanya kemajuan teknologi. Sumber energi yang banyak dipakai sampai saat ini adalah sumber yang dapat habis yang tidak dapat diperbaharui seperti minyak bumi, batubara dan gas bumi (energi berbasis fosil). Karena kebutuhan energi meningkat maka usaha manusia untuk mengeksploitasi sumber energi di atas turut meningkat. Mengingat terbatasnya persediaan sumber energi tersebut, maka mulai dicari sumber energi lain seperti energi matahari, energi gelombang, energi angin, energi pasang surut, dll. Energi surya sebagai sumber energi utama di masa depan dan merupakan sumber energi terbarukan. Matahari hampir tak terbatas sebagai sumber energi, dan energi surya tidak dapat habis, tidak seperti bahan bakar fosil yang akhirnya akan habis. Setelah bahan bakar fosil habis, dunia akan memerlukan alternatif sumber energi yang baik, dan energi surya jelas terlihat sebagai salah satu alternatif terbaik. Indonesia dikenal sebagai negara agraris karena sebagian besar penduduk Indonesia mempunyai pencaharian di bidang pertanian, perkebunan ataupun bercocok tanam. Namun kualitas produk pasca panen masih sangat rendah. Sangat disayangkan para petani masih menjemur hasil panen secara langsung dibawah sinar matahari dan udara terbuka.



1



Proses pengeringan produk-produk hasil pertanian dan perkebunan, seperti jagung, padi, singkong, kopi, karet, kakao, cengkeh, dan kemiri, ubi, kentang, seringkali terkendala faktor cuaca. Kondisi cuaca yang tidak menentu, terutama saat musim hujan, akan mengakibatkan proses pengeringan alami berlangsung tidak optimal. Ditambah lagi ketiadaan alat pengering menjadikan hasil pertanian berjamur dan rusak karena lembapnya udara. Akibatnya, harga jual produkproduk itu rendah. Petani pun mengalami kerugian yang tidak sedikit. Untuk mencegah kerugian yang dialami para petani, diperlukan suatu alat pengering. Dengan alat itu, jamur dan mikroba yang bisa merusak produk-produk pertanian dan perkebunan bisa dihilangkan. Umumnya kadar air yang tinggi memicu berkembangnya jamur dan mikroba. Tingkat kekeringan yang rendah berdampak pada kualitas dan harga produk. Agar petani tidak dibebani ongkos pengeringan yang tinggi, bahan bakar pengering harus berasal dari sumber yang ekonomis, ramah lingkungan, dan dapat diperbarui. Sebagai jawaban atas melambungnya harga bahan bakar minyak, alat tersebut harus hemat energi. Mengingat wilayah Indonesia memiliki sinar matahari cukup melimpah, terletak pada daerah khatulistiwa yang mempunyai iklim tropis dan radiasi surya hampir sepanjang tahun, sehingga pengembangan teknologi tepat guna yang memanfaatkan sinar matahari sebagai energi alternatif sangat sesuai aplikasinya dalam bidang pengering berupa Pengering Tenaga Surya yang memanfaatkan sinar matahari untuk memanaskan udara pengering. Pemanfaatan energi sinar matahari dapat digunakan pada pengering untuk mengurangi pemakaian energi berbasis fosil yang akan menyebabkan pemanasan global. Pengolahan pasca panen hasil pertanian atau perkebunan mempunyai peranan penting dalam kehidupan masyarakat Indonesia, yang sekaligus juga merupakan sumber pemasukan devisa negara yang cukup besar. Dengan penerapan sistem energi sinar matahari pada teknologi ini, diharapkan akan mempercepat proses pengeringan. Selain untuk mempercepat pengeringan, juga dapat menjaga mutu dan kualitas produk pasca panen tersebut. Hal-hal inilah yang melatarbelakangi penelitian ini.



2



1.2 Tujuan Adapun tujuan dari pengujian ini adalah: 1. Merancang bangun satu unit alat pengering tenaga surya. 2. Mengetahui jumlah energi panas dan radiasi pada alat pengering tenaga surya. 3. Mendapatkan efisiensi kolektor alat pengering tenaga surya.



1.3 Manfaat Manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Membantu proses pengeringan hasil produk pertanian agar lebih cepat. 2. Menjaga kualitas mutu dan meningkatkan harga jual produk pasca panen. 3. Mengurangi penggunaan energi listrik dan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui. 4. Memberikan pemodelan alat pengering tenaga surya untuk pengembangan dan pengaplikasian teknologi surya di Indonesia. 5. Agar dapat digunakan oleh masyarakat yang belum mendapatkan fasilitas dan jaringan listrik yang memadai.



1.4 Batasan Masalah Batasan masalah dari penelitian ini adalah: 1. Lokasi penelitian di kota Medan yang terletak pada posisi 3,43 oLU–98,44 o



BT dan ketinggian 37,5 meter dari permukaan laut.



2. Produk hasil pertanian yang dipakai sebagai sampel pengujian adalah ubi kayu (cassava). 3. Pengujian dilakukan pada pukul 08.00–05.00 WIB. 4. Pengujian dilakukan pada kondisi cuaca cerah. 5. Sudut kemiringan kolektor yang dipakai dalam penelitian adalah 60o.



3



1.5 Sistematika Penulisan Agar penulisan skripsi ini tersusun secara sistematis dan mudah untuk dipahami, maka skripsi ini disusun kedalam beberapa bagian. BAB I pendahuluan yang membahas mengenai latar belakang dari judul skripsi, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan. BAB II tinjauan pustaka yang membahas mengenai dasar teori-teori yang berhubungan dengan penulisan skripsi dan digunakan sebagai landasan dalam memecahkan masalah. Dasar teori diperoleh dari berbagai sumber dan literatur, diantaranya: buku-buku literatur, jurnal, e-book, dan website. BAB III metodologi yang membahas mengenai metode yang akan digunakan untuk menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini dibahas mengenai langkah-langkah penelitian data dan analisa data yang akan digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dari topik yang diangkat, dan beberapa aspek yang menunjang metode penelitian. BAB IV analisa data dan pembahasan, pada bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai data-data yang telah diperoleh dari hasil penelitian yang telah dilakukan. BAB V kesimpulan dan saran, di dalam bab ini berisi kesimpulan dari penulisan tugas akhir dan saran-saran yang dapat digunakan sebagai tindaklanjut dari penelitian yang telah dilakukan.



4



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



2.1 Pengeringan Teknologi pemrosesan bahan pangan terus berkembang dari waktu ke waktu. Perkembangan teknologi ini didorong oleh kebutuhan pangan manusia yang terus meningkat yang diakibatkan oleh semakin meningkatnya jumlah penduduk dunia. Pada saat yang sama, luas lahan pertanian dan perkebunan makin menyempit. Hal tersebut menyebabkan dibutuhkannya teknologi-teknologi pemrosesan produk pertanian dan perkebunan yang mampu meningkatkan kualitas dan kuantitas produk tersebut, salah satunya adalah teknologi pengeringan bahan pangan. Pengeringan adalah suatu peristiwa perpindahan massa dan energi yang terjadi dalam pemisahan cairan atau kelembaban dari suatu bahan sampai batas kandungan air yang ditentukan dengan menggunakan gas sebagai fluida sumber panas dan penerima uap cairan (Sumber: Treybal, 1980). Pengeringan merupakan proses pemindahan panas dan uap air secara simultan, yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan, yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas. Tujuan pengeringan itu sendiri adalah untuk mengurangi kadar air bahan sampai batas dimana perkembangan mikroorganisme dan kegiatan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan terhambat atau terhenti. Dengan demikian bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu simpan yang lebih lama (Sumber: Thaib, 1999). Metode pengeringan secara umum terbagi menjadi dua, pengeringan alami dan pengeringan buatan. Pengeringan alami membutuhkan lahan yang luas, sangat tergantung pada cuaca, dan sanitasi hygiene sulit dikendalikan sedangkan pada pengeringan buatan kendala tersebut dapat diatasi. Kelemahan Pengeringan buatan adalah memerlukan keterampilan dan peralatan khusus, serta biaya lebih tinggi dibanding pengeringan alami. Mekanisme pengeringan ketika benda basah dikeringkan secara termal dan berlangsung secara simultan ada dua. Mekanisme pertama perpindahan energi dari



5



lingkungan untuk menguapkan air yang terdapat di permukaan benda padat. Perpindahan energi dari lingkungan ini dapat berlangsung secara konduksi, konveksi, radiasi, atau kombinasi dari ketiganya. Proses ini dipengaruhi oleh temperatur, kelembapan, laju dan arah aliran udara, bentuk fisik padatan, luas permukaan kontak dengan udara dan tekanan. Proses ini merupakan proses penting selama tahap awal pengeringan ketika air tidak terikat dihilangkan. Penguapan yang terjadi pada permukaan padatan dikendalikan oleh peristiwa difusi uap dari permukaan padatan ke lingkungan melalui lapisan film tipis udara. Mekanisme yang kedua perpindahan massa air yang terdapat di dalam benda ke permukaan. Ketika terjadi penguapan pada permukaan padatan, terjadi perbedaan temperatur sehingga air mengalir dari bagian dalam benda padat menuju ke permukaan benda padat. Struktur benda padat tersebut akan menentukan mekanisme aliran internal air. Jenis-jenis pengeringan berdasarkan karakteristik umum dari beberapa pengering konvensional dibagi atas 8 bagian, yaitu : (Arun S. Mujumdar, Chung Lim Law. 2009) 1. Baki atau wadah Pengeringan jenis baki atau wadah adalah dengan meletakkan material yang akan dikeringkan pada baki yang lansung berhubungan dengan media pengering. Cara perpindahan panas yang umum digunakan adalah konveksi dan perpindahan panas secara konduksi juga dimungkinkan dengan memanaskan baki tersebut. 2. Rotary Pada jenis ini ruang pengering berbentuk silinder berputar sementara material yang dikeringkan jaruh di dalam ruang pengering. Medium pengering, umumnya udara panas, dimasukkan ke ruang pengering dan bersentuhan dengan material yang dikeringkan dengan arah menyilang. Alat penukar kalor yang dipasang di dalam ruang pengering untuk memungkinkan terjadinya konduksi. 3. Flash Pengering dengan flash (flash dryer) digunakan untuk mengeringkan kandungan air yang ada di permukaan produk yang akan dikeringkan.



6



Materi yang dikeringkan dimasukkan dan mengalir bersama medium pengering dan proses pengeringan terjadi saat aliran medium pengering ikut membawa produk yang dikeringkan. Setelah proses pengeringan selesai, produk yang dikeringkan akan dipisahkan dengan menggunakan hydrocyclone. 4. Spray Teknik pengeringan spray umumnya digunakan untuk mengeringkan produk yang berbentuk cair atau larutan suspensi menjadi produk padat. Contohnya, proses pengeringan susu cair menjadi susu bubuk dan pengeringan produk-produk farmasi. Cara kerjanya adalah cairan yang akan dikeringkan dibuat dalam bentuk tetesan oleh atomizer dan dijatuhkan dari bagian atas. Medium pengering (umumnya udara panas) dialirkan dengan arah berlawanan atau searah dengan jatuhnya tetesan. Produk yang dikeringkan akan berbentuk padatan dan terbawa bersama medium pengering dan selanjutnya dipisahkan dengan hydrocyclone. 5. Fluidized bed Pengeringan dengan menggunakan kecepatan aliran udara yang relatif tinggi menjamin medium yang dikeringkan terjangkau oleh udara. Jika dibandingkan dengan jenis wadah, jenis ini mempunyai luas kontak yang lebih besar. 6. Vacum Pengeringan dengan memanfaatkan ruangan bertekanan udara rendah. Dimana pada ruangan tersebut tidak terjadi perpindahan panas, tetapi yang terjadi adalah perpindahan massa pada suhu rendah. 7. Membekukan Pengeringan dengan menggunakan suhu yang sangat rendah. Biasanya digunakan pada produk-produk yang bernilai sangat tinggi, seperti produk farmasi dan zat-zat kimia lainnya. 8. Batch dryer Pengeringan jenis ini hanya baik digunakan pada jumlah material yang sangat sedikit, seperti penggunaan pompa panas termasuk pompa panas kimia.



7



Pada bagian tugas akhir ini akan dilakukan simulasi pada pengeringan tipe wadah dengan menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi pemanas udara pengering.



2.2 Ubi (Cassava) Indonesia dikenal sebagai negara agraris karena sebagian besar penduduk Indonesia mempunyai pencaharian di bidang pertanian atau bercocok tanam. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa negara ini memiliki lahan seluas lebih dari 31 juta ha yang telah siap tanam. Pertanian di Indonesia menghasilkan berbagai macam tumbuhan komoditi ekspor, antara lain padi, jagung, kedelai, sayursayuran, cabai, ubi, dan singkong. Sampel yang dipakai dalam penelitian adalah ubi kayu atau singkong (cassava) yang berkadar air 60% yang akan dikeringkan untuk mencapai kadar air >10%, merupakan standar kering ubi kayu. Kemudian sampel di potong dadu 1cm x 1cm x 1cm agar mudah dalam menghitung luasan sampel. Aplikasi dari pengeringan ubi kayu dapat berupa tepung tapioka dan juga tepung mocaf sehingga dapat menjadi nilai tambah dalam penjualan. Ubi kayu (cassava) yang juga dikenal sebagai ketela pohon atau ubi kayu adalah pohonan tahunan tropika dan subtropika dari keluarga Euphorbiaceae. Umbinya dikenal luas sebagai makanan pokok penghasil karbohidrat dan daunnya sebagai sayuran. Umbi akar singkong banyak mengandung glukosa dan dapat dimakan mentah. Umbi yang rasanya manis menghasilkan paling sedikit 20 mg HCN per kilogram umbi akar yang masih segar (PTP, 2008). Ubi kayu (cassava) (Manihot utilissima) menghasilkan umbi setelah tanaman berumur 6 bulan. Setelah tanaman berumur 12 bulan dapat menghasilkan umbi basah sampai 30 ton/ha. Kerusakan yang biasa timbul pada ubi kayu adalah warna hitam yang disebabkan oleh aktivitas enzim polyphenolase atau biasa disebut dengan kepoyoan. Akar-akaran



dan



umbi-umbian



kandungan



patinya



tinggi



dan



kenyataannya bahwa ditanam secara melimpah, akar-akaran dan umbi-umbian merupakan salah satu pangan pokok atau yang utama yang dimakan diberbagai bagian Asia Tenggara. Di samping sayuran akar-akaran semacam itu seperti ubi



8



kayu (cassava), talas, kentang, ubi jalar, buah-buahan yang berpati seperti pisang untuk dimasak, sukun dan nangka dimasukkan dalam golongan pangan di atas. Pangan tersebut merupakan sumber energi yang baik. Adapun komposisi kimia ubi cassava dapat dilihat dari tabel berikut ini:



Tabel 2.1 Daftar Komposisi Kimia Ubi (Cassava) 100 gr bahan Komponen Kalori (kal) Protein (gr) Lemak (gr) Karbohidrat (gr) Kalsium (mg) Fosfor (mg) Besi (mg) Vitamin A (S.I) Vitamin B1 (mg) Vitamin C (mg) Air (gr) BDD (%) Sumber : Departemen Kesehatan R.I, (1992).



Kadar 146 1.2 0.3 34.7 33 40 0.7 0 0.06 30 62.5 75



Secara alami ada tiga jenis karbohidrat, yaitu monosakarida, oligosakarida dan polisakarida. Bentuk yang paling umum dari oligosakarida yaitu disakarida yang terdiri dari dua monosakarida. Contoh yang paling umum dari disakarida yaitu sukrosa. Bahan monosakarida yang terdapat diperdagangan umumnya dibuat melalui proses hidrolisa bahan polisakarida. Bahan monosakarida untuk makanan dan obat-obatan seperti glukosa dan fruktosa sering dibuat dari jagung, ketela pohon, ubi jalar dan lainnya. Pengeringan cassava membutuhkan waktu pengeringan lebih kurang 46 jam atau dua hari hingga mendapatkan kadar air sebesar