Aplikasi Sistem Boiler Pada UKM Sinar 313 Untuk Meningkatkan Produksi Makanan Ringan Emping Jagung

Transkripsi

1 Aplikasi Sistem Boiler Pada UKM Sinar 313 Untuk Meningkatkan Produksi Makanan Ringan Emping Jagung Sudirman 1, Sri Kurniati 2 1 Mahasiswa Program Doktor Pascasarjana Teknik Mesin Universitas Brawijaya 2 Jurusan Teknik Elektro Universitas Nusa Cendana Kupang sridirman@yahoo.com dan sri_kurniatia@yahoo.com ABSTRAK Sinar 313 merupakan salah satu UKM yang memproduksi emping jagung dengan menggunakan tungku tradisionil untuk tahap perebusan dan pengukusan sehingga mengalami keterbatasan produksi setiap hari. Kendala yang dimaksud seperti proses perebusan jagung yang membutuhkan waktu 3-4 jam, dan proses pengukusan yang membutuhkan waktu 2-3 jam. Tujuan kegiatan ini adalah membantu industri emping jagung UKM Sinar 313 dalam mengatasi keterbatasan/kendala proses produksi sehingga mengalami kesulitan melayani permintaan konsumen di kota Kupang dan sekitarnya. Metode yang digunakan dalam kegiatan ini adalah melakukan rancang bangun dan aplikasi teknologi berupa penerapan tungku ketel uap, sebagai pengganti tungku manual dalam melakukan sistem perebusan dan pengukusan jagung sebelum dipipih menjadi emping jagung. Hasil kegiatan telah dilakukan perbaikan sistem perebusan dan pengukusan dengan mengganti model tungku tradisionil dengan ketel uap. Ketel uap (Boiler) yang dipasang mempunyai kapasitas kg/jam dengan tekanan operasional 10 bar, sehingga dapat memproduksi emping jagung 500kg 2 ton/hari. Dengan adanya penggunaan boiler pada UKM, maka diperoleh terjadi percepatan proses produksi sistem pemasakan jagung dari 3-4 jam menjadi 2 jam, dan sistem perebusan jagung dari 3 jam menjadi 1,5 jam. Adanya penggunaan ketel uap (boiler) yang menggantikan sistem tungku manual dapat menurunkan biaya produksi 3 4 kali lipat, yakni dari Rp /bulan menjadi Rp /bulan (Selisih Rp ). Kata Kunci: Emping Jagung, Ketel uap, Produksi ABSTRACT Sinar 313 is one of the small and medium enterprises that produce corn chips (Emping Jagung) using traditional stove for boiling and steaming stage so have limited production every day. Constraints are defined as corn boiling process takes 3-4 hours, and the steaming process that takes 2-3 hours. The purpose of this activity is to help industry in overcoming the limitations/constraints of the production process so that had difficulty serving the demand of consumers in the city of Kupang and surrounding areas. The method used in this activity is to design and application of technology in the form of the application of steam boiler furnace, the furnace manual lieu of doing boiling and steaming system before pressed into corn chips. The results of the activities have been carried out repairs boiling and steaming system by replacing the traditional model of the boiler furnace. Boiler has installed capacity of kg/h with operating pressure of 10 bar, so as to produce corn chips 500kg - 2 tons/day. With the use of the boiler in the industry, it is obtained that speeds the ripening corn production system from 3-4 hours to 2 hours, and the system boiling corn from 3 hours to 1.5 hours. The use of steam boilers ( boilers ) which replaces the manual furnace systems can reduce production costs 3-4 times, ie from Rp4,500,000/ month to Rp1,125,000. Keywords : Corn Chips, Boilers, Production SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

2 Pendahuluan UKM Sinar 313 adalah merupakan salah satu usaha home industri yang bergerak pada usaha pengolahan emping jagung di Kota Kupang yang berdiri sejak tahun Secara umum, emping adalah produk olahan pangan dari bahan berpati yang digencet atau dipipihkan menjadi lempengan dengan bentuk tertentu, dikeringkan, dan digoreng renyah. Emping ini dapat ditambahkan bumbu-bumbu sesuai selera, misalnya asin, pedas, gurih, manis, ditambahkan irisan daun bawang, atau ditambah bumbu lainnya. Emping jagung merupakan salah satu hasil olahan jagung yang cukup banyak digemari masyarakat khususnya di kota Kupang dan kotakota lain pada umumnya, karena cukup renyah seperti halnya emping lainnya. Pembuatan emping jagung ini lebih membutuhkan penanganan khusus dan hati-hati, terutama karena bentuk fisiknya yang tipis dan mudah hancur. Oleh karena itu dalam pengolahan emping jagung rendemennya hanya sekitar 80%, dengan kata lain ada sekitar 20% yang hancur tidak dapat dijual. Misalnya, produksi emping jagung dapat dihasilkan sekitar 80 kg 180 kg emping dari kg biji jagung bulat, karena susut 20% dan terbuang berupa kulit dan mata biji jagung. Dalam melakukan proses produksi pembuatan emping jagung UKM Sinar 313 masih menggunakan sistem manual, yakni menggunakan tungku biasa dengan bahan kayu bakar untuk merebus dan mengukus jagung sebelum dipipih menjadi emping jagung. Oleh karena itu, UKM Sinar 313 mengalami kendala produksi yang membutuhkan waktu yang cukup lama dalam melakukan proses pembuatan emping jagung, diantaranya: tahap perebusan jagung yang membutuhkan waktu 3 4 jam dengan menggunakan 4 tungku pemasak yang terbuat dari Stainlees Steel dengan menggunakan kayu bakar sebagai sumber api. Tiap tungku pemasak mempu nyai kapasitas 80 kg jagung. Kemudian tahap pengukusan, yang membutuhkan waktu 2 3 jam sebelum jagung dipipih. Dengan demikian proses perebusan dan pengukusan jagung bagi UKM Sinar 313 merupakan suatu masalah bagi peningkatan produksi, sehingga permintaan pasar tidak bisa dilayani secara maksimal, terlebih lagi ketika musim hujan tiba. Berdasarkan informasi yang diperoleh dari UKM Sinar 313, hanya mampu memproduksi bungkus/hari, sementara permintaan pasar untuk hari-hari biasa mencapai 1000 bungkus/pelanggan. Sedangkan pada bulan-bulan tertentu, seperti hari raya Natal, Tahun Baru dan Idul Fitri bisa mencapai 3-5 kali lipat atau bungkus/pelanggan toko. Berdasarkan kondisi ini, untuk sementara dengan keterbatasan poduksi, maka hanya mampu melayani permintaan di Kota/Kabupaten Kupang kg emping jagung per hari, Kabupaten Timor Tengah Selatan 200 kg per hari, dan dan Kabupaten Sikka 300 kg per hari. Pengiriman emping ke tempat-tempat ini pun sesuai dengan transportasi ke daerah itu, sedangkan untuk melayani permintaan di luar NTT seperti Surabaya, Makassar, dan kabupaten lain di NTT seperti Alor, Sumba dan Ende belum bisa dilayani. Disisi lain, perkembangan ilmu teknologi saat ini dapat mendukung perkembangan alat-alat produksi pada industri Emping Jagung. Salah satunya teknologi dalam bidang konversi energi yang memunculkan banyak ide-ide kreatif untuk memanfaatkannya pada dunia industri. Mesinmesin konversi energi menjadi sumber tenaga yang akan mengoperasikan berbagai mesin produksi dalam suatu industri. Salah satu mesin konversi energi adalah boiler atau ketel uap. Boiler mampu merubah air menjadi uap air yang dapat dimanfaatkan tekanan maupun panas dari uap air tersebut. Pada skala yang besar boiler digunakan untuk instalasi tenaga atau pembangkit tenaga melalui turbin uap. Industri kecil dan menengah banyak memanfaatkan boiler untuk proses pengolahan dan pemanasan dengan memanfaatkan panas dari uap air yang dihasilkan. Oleh karena itu aplikasi boiler yang sesuai untuk industri emping jagung sangat diperlukan untuk meningkatkan produksi UKM Sinar 313. Jenis boiler yang dirancang yaitu boiler pipa api (fire tube boiler). Boiler jenis ini banyak dipakai untuk industri pengolahan mulai skala kecil SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

3 sampai skala menengah [6]. Boiler pipa api ini memiliki konstruksi yang sederhana, mudah perawatannya, murah dan pembuatan yang mudah. Boiler direncanakan dalam bentuk tegak (vertical) karena tidak memakan tempat, sehingga dapat ditempatkan pada ruangan yang relatif kecil. Kapasitas uap yang dihasilkan 300 kg/jam dalam bentuk uap basah. Skala kapasitas boiler ini telah banyak digunakan untuk industry kecil seperti industri tahu, industri pengolahan pangan produk buah manisan/asinan, dan sebagainya [5]. Metode Pengabdian Kepada Masyarakat Rancang Bangun dan Penggunaan Boiler Metode yang ditawarkan dalam kegiatan ini adalah penggunaan ketel uap sebagai pengganti tungku tradisionil pada sistem pemasakan dan perebusan jagung. Dengan adanya penggunaan ketel uap ini selain menghemat biaya penggunaan kayu bakar juga dapat mempercepat proses pemasakan dan perebusan. Menurut [4], dengan membuat ketel kapasitas 300 kg uap/jam, dengan tekanan operasional 10 bar, maka dapat meningkatkan produksi 2 5 ton/hari. Dengan tekanan uap 1 bar di dalam ruang pengukusan kapasitas 600 kg bahan, maka proses pengukusan berlangsung selama 1 2 jam, sedangkan pada penggunaan tungku tradisionil (dandang) akan menggunakan waktu 3-4 jam. Adapun desain ketel uap yang akan diterapkan sebagai berikut: Tungku masak Ruang Pembakaran Ketel Uap Gambar 1. Desain ketel uap yang akan diterapkan Spesifikasi Desain Model Boiler Pemodelan didasarkan pada pengamatan dan perhitungan yang telah di lakukan untuk struktur boiler. Spesifikasi awal perancangan boiler sebagai berikut: - Tipe boiler : Vertical fire tube boiler - Tinggi boiler : 2300 mm - Diameter dalam badan boiler : 700 mm - Diameter pipa api : 30 mm - Tekanan Internal perancangan : 10 bar - Jenis hasil uap : Uap jenuh - Temperatur operasi : 100 0C 150 0C - Tekanan uap operasi : 2-4 bar - Bahan bakar : kayu Desain struktur boiler dibuat sesuai dengan material-material yang akan digunakan. Desain boiler menggunakan standard ASME (American Society of Mechanical Engineers) [1,2,3] SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

4 Gambar 2. Boiler pipa api vertikal (Vertical fire tube boiler) Gambar 3. Bagian-bagian boiler pipa api Instrumen Boiler Penunjang Rancangan - Manometer/Pressure gauge Manometer yang digunakan adalah jenis bourdon. Manometer berfungsi sebagai alat untuk menunjukkan besarnya tekanan uap didalam boiler. Pada pemasangan manometer ini digunakan pipa angsa (symphon pipe) untuk 68 menghindari kesalahan pengukuran karena tekanan dan temperatur tinggi yang langsung dihubungkan dengan manometer. - Thermometer Thermometer berfungsi untuk mengukur temperatur yang beroperasi didalam Boiler. Thermometer yang digunakan harus melebihi temperatur maksimal yang digunakan, yaitu harus lebih dari C. - Water Level Gauge Pada pengoperasian boiler sebagai peralatan utamanya harus ada alat pengukur ketinggian air (water level gauge). Level air harus dijaga agar tetap berada pada standar level air, untuk itu harus dapat mengetahui tentang level air secara benar. Jenis water level gauge yang dapat digunakan yaitu reflex glass dengan mengetahui level air dari tabung kaca. - Safety valve Safety valve berfungsi sebagai pengaman yang akan bekerja bila terdapat tekanan lebih pada ketel uap atau tekanan pada ketel uap melebihi batas tekanan yang diijinkan. Jenis safety valve yang dapat digunakan yaitu, tipe pegas diaman nut yang berada pada bagian atas dari katub pengaman disekrup kencang atau longgar agar dapat dilalui oleh uap pada tekanan kerja boiler tertinggi yang telah ditentukan. - Main steam valve Katub ini berfungsi sebagai pembuka dan penutup jalur utama steam yang akan digunakan untuk proses produksi emping jagung. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

5 - Blowdown Valve Berfungsi untuk membuang air maupun kotoran yang ada di dalam boiler. Air dalam boiler akan menjadi kondesat dan di dalamnya juga terdapat padatan-padatan dan dapat menjadi kerak. Blowdown valve ini juga digunakan untuk memasukkan air pengisian. Hasil dan Pembahasan Hasil Kegiatan Proses Persiapan Pembuatan Boiler Sesuai dengan tujuan dari kegiatan ini adalah menggantikan tungku pemasakan dan perebusan dari sistem tradisionil dengan sistem ketel uap. Berdasarkan kapasitas boiler terdapat 3 model ketel uap, yaitu ketel uap skala besar, sedang, dan kecil sesuai dengan produksi yang diinginkan. Ketiga model ini memiliki target pengguna yang berbeda, dan disesuaikan dengan kemampuan finansial calon pengguna, maka hanya ketel uap skala besar saja yang dilengkapi dengan kontrol pengendali masukan air secara otomatis. Ketel uap industri skala besar terdiri atas 4 bagian utama yaitu tabung ketel, kontrol air, sistem pengaman, dan cerobong asap. Tabung ketel dirancang dengan diameter 80 cm dan tinggi 250 cm. Bagian tengah tabung diberi pipa api vertikal yang diletakan menyebar berjumlah 9 buah. Pipa api dibuat dari besi pipa berdiameter 4 inchi sesuai dengan bahan bakar yang digunakan (limbah atau kayu bakar). Adapun proses perancangan dan pembuatan boiler sebagai berikut: - Pembuatan Tabung Boiler Gambar 6. Tabung boiler UKM - Pembuatan Lubang Pipa Api Boiler Gambar 7. Pembuatan lubang pipa api SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

6 - Pemasangan Pipa Api Gambar 8. Pemasangan pipa api pada tabung boiler - Pemasangan Boiler pada ruang Tungku Gambar 9. Pemasangan tungku pada ruang pembakaran - Pemasangan cerobong ketel uap Salah satu aspek penting yang perlu diperhatikan dalam perencanaan pembuatan boiler adalah mengenai keluaran tungku melalui cerobong asap. Dalam hal ini polusi dari pembakaran bahan bakar kayu adalah merupakan hal yang perlu diperhatikan. Oleh karena itu, dalam pembuatan boiler ini dirancang cerobong asap dengan ketinggian 8 meter untuk menghindari pencemaran udara dan gangguan polusi disekitar tempat tinggal. Adapun desain yang dimaksud dapat dilihat pada Gambar 10. Gambar 10. Pemasangan cerobong asap SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

7 - Pemasangan Instalasi perpipaan uap dan tungku pemasak Untuk instalasi saluran uap dari boiler ke ruang tungku pemasak pada UKM Sinar 313 direncanakan delapan titik percabangan dengan rincian 4 ruang tungku yang digunakan untuk memasak dan 4 ruang tungku untuk ruang perebusan dengan masing-masing kapasitas 100 kg jagung. Dalam hal ini setiap keluaran tungku dilengkapi dengan kran uap (steam valve). Adapun desain ruang tungku yang telah di instalasi dapat dilihat pada Gambar 11. Gambar 11. Tungku ruang pemasakan dan perebusan yang sudah diinstalasi Pembahasan Hasil Kegiatan Pengujian Sistem Tungku Pemasakan Sebagaimana telah diketahui bahwa salah satu kendala produksi dari kedua UKM ini adalah dalam hal pemasakan dan perebusan jagung yang membutuhkan waktu kira- kira 3-4 jam untuk memasak jagung dan 2-3 jam untuk mengukus jagung. Oleh karena itu sebelum diujicoba pada sistem pemasakan jagung, maka langkah pertama adalah melakukan uji coba boiler yang telah dipasang. Pengujian dilakukan dengan memasukkan kayu bakar pada ruang pembakaran, kemudian menyalakan api dengan bantuan blower untuk membesarkan nyala api. Namun sebelumnya, dilakukan pengisian air pada tangki boiler sampai penuh. Indikasi pengisian air dapat dilihat pada level water indicator. Fungsi level indikator ini untuk mengetahui kondisi air di dalam tabung boiler penuh atau kurang yang memungkinkan untuk melakukan pengisian air atau menghentikan pengisian air. Gambar 12. Uji coba boiler SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

8 Setelah kegiatan proses pemanasan tungku boiler dilakukan, maka dalam waktu sekitar 30 menit level indikator manometer telah menunjukkan tekanan 2 bar. Kemudian untuk mengetahui ada tidaknya uap yang keluar, maka kran-kran uap pada tungku pemasak dibuka, sambil memeriksa sambungan-sambungan pipa yang mengalami kebocoran. Dalam hal ini beberapa pipa yang masih mengalami kebocoran diperbaiki ulang untuk memaksimalkan pengaliran uap panas menuju ke panci pemasak dan pengukusan. Gambar 13 memperlihatkan uji coba keluaran uap panas pada ruang pemasak dan pengukusan. Gambar 13. Uji coba ruang tungku pemasakan Perbandingan Produksi Kondisi Awal sebelum dan sesudah kegiatan Hasil aplikasi pengujian penggunaan boiler pada UKM telah membantu mempercepat sistem pemasakan jagung dari 3-4 jam menjadi 2 jam dan sistem perebusan dari 2-3 jam menjadi 1,5 jam. Selain itu ada penambahan panci pemasak dari 4 panci menjadi 8 panci 100 kg dengan waktu memasak jagung secara bersamaan Dengan adanya percepatan sistem perebusan dan pengukusan dapat meningkatkan produksi emping jagung 2 kali lipat dari kondisi sebelumnya, yakni 400 kg menjadi 800 kg dari kondisi sebelumnya. Produksi ini juga masih bisa ditingkatkan karena adanya percepatan sistem pemasakan tergantung manajemen pembagian waktu dan kondisi ruang penjemuran dari kedua UKM. Selanjutnya, dengan adanya penggunaan boiler ini selain menghemat waktu dan meningkatkan produksi juga dapat menghemat pemakaian kayu bakar.ukm Sinar 313 umumnya melakukan roduksi 400 kg/hari biasanya menggunakan bahan kayu bakar 1 mobil pick up / hari dengan harga Rp /hari atau Rp /bulan. Dengan penggunaan boiler yang telah digunakan pada UKM Sinar 313 dapat mengurangi penggunaan bahan bakar, dan hasil uji coba selama 2 minggu maka penggunaan bahan kayu bakar untuk 400 kg hanya ¼ mobil pick up atau menghemat 4 kali lipat atau Rp /hari atau Rp /bulan. Dengan demikian, terjadi penurunan biaya produksi Rp Rp = Rp selama satu bulan produksi. Dengan demikian, terjadi penurunan biaya produksi Rp Rp = Rp Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 5.1 dan 5.2 Tabel 1. Kondisi Perubahan yang Terjadi pada UKM Sinar 313 No Uraian Kondisi Sebelum Kegiatan (Lama) Kondisi Setelah Kegiatan (Baru) 1. Waktu Pemasakan Jagung 5-6 Jam 2 jam 2. Waktu Perebusan Jagung 4 Jam 1-2 jam SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

9 No Uraian Kondisi Sebelum Kegiatan (Lama) Kondisi Setelah Kegiatan (Baru) 3. Volume jagung/produksi 1 kali 400 kg 800 kg pemasakan (4 tungku) 4. Kebutuhan Kayu Bakar untuk 400 kg 1 mobil pick up ¼ mobil pick up jagung/hari 5. Harga Kayu Bakar/ 1 mobil pick up Rp Rp Biaya Penggunaan Kayu Bakar/bulan Rp Rp Kesimpulan Berdasarkan hasil laporan pelaksanaan kegiatan, maka yang menjadi kesimpulan sebagai berikut: 1. Terjadi percepatan proses produksi sistem pemasakan jagung dari 4-6 jam menjadi 2 jam, dan sistem perebusan jagung dari 4 jam menjadi 1,5 2 jam. 2. Adanya penggunaan ketel uap (boiler) yang menggantikan sistem tungku manual dapat menurunkan biaya produksi 3 4 kali lipat, yakni dari Rp /bulan menjadi Rp /bulan (Selisih Rp ). Ucapan Terima Kasih Ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada DP2M yang telah membiayai kegiatan Ipteks Bagi Produk Ekspor (IbPe) dengan nomor kontrak: 902/UN15.20/PM 2014, Tanggal 1 Juli Daftar Pustaka [1] ASME Boiler & Pressure Vessel Code IV, Rules For Contruction fo Heating Boiler. New York : Three Park Avenue. [2] ASME ASME Section IV: Rules For The Contruction Of Heating Boilers, Chapter 18. [3] ASME Boiler & Pressure Vessel Code II, Properties (Metric) Materials. New York: Three Park Avenue. [4] Halomon P. Siregar Rekayasa dan Rancang Bangun Ketel Uap Dalam Rangka Pengembangan Industri Kecil PanganTradisional. Laporan Akhir Proyek Penelitian Pengembangan Swa Sembada Pangan. LIPI Subang. [5] Rusnoto Perencanaan Ketel Uap Tekanan 6 Atm dengan Bahan Bakar Kayu untuk Industri Sederhana. Oseatek, Edisi 4. Hal [6] Raharjo W. D dan Karnowo Mesin Konversi Energi. Semarang: Universitas Negeri Semarang Press. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari