PERANCANGAN DAN PENGUJIAN ALAT PENGERING PISANG DENGAN TIPE CABINET DRYER UNTUK KAPASITAS 4,5 kg PER-SIKLUS

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN PENGUJIAN ALAT PENGERING PISANG DENGAN TIPE CABINET DRYER UNTUK KAPASITAS 4,5 kg PER-SIKLUS Tugas Akhir Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ELWINSYAH SITOMPUL NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2

3

4

5

6

7

8 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia yang telah diberikan-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul Skripsi ini yaitu Perancangan Dan pengujian Alat Pengering Pisang Dengan Tipe Cabinet Dryer Untuk Kapasitas 4,5 kg Per- Siklus". Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu DEA, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 2. Bapak DR. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 3. Bapak Tulus Burhanuddin ST. MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 5. Orang tua penulis, Kasmir Sitompul dan Rosmawati, yang selalu memberikan penulis nasehat-nasehat serta do a selama studi di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan dalam Skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan Skripsi ini. Sebelum dan sesudahnya penulis ucapkan banyak terima kasih. Medan, Januari 2010 Penulis, Elwinsyah Sitompul

9 ABSTRAK Para petani di Indonesia yang dikenal sebagai Negara agraria, umumnya masih menangani pra dan pasca panen hasil pertaniannya dengan cara yang sangat tradisional. Ciri utama dari cara tradisional adalah perlakuannya yang masih sangat tergantung kepada alam. Pengeringan suatu prosuk pertanian adalah suatu bentuk penanganan pasca panen yang cukup banyak mendapat perhatian para peneliti. Hal ini dikarenakan dua hal, pertama dengan proses pengeringan yang baik, akan diperoleh hasil pertanian yang dapat disimpan relatif lebih lama, sehingga meningkatkan nilai ekonominya. Dan kedua, proses pengeringan termasuk salah satu proses yang cukup banyak menggunakan energy. Proses pengeringan yang masih umum dilakukan petani di Indonesia adalah pengeringan dengan mengandalkan matahari sebagai sumber energi utamanya. Sementara, perubahan cuaca yang bisa terjadi sangat tiba-tiba akan mengganggu proses yang diinginkan. Tentu saja hal ini tidak mendukung tuntutan kualitas hasil pertanian yang sudah semakin tinggi atau sudah menetapkan standar yang harus dipenuhi secara nasional. Berdasarkan fakta inilah, maka sangat diperlukan suatu alat untuk proses pengeringan yang menggunakan tenaga alternative selain matahari. Pada tugas akhir ini saya mengusulkan suatu rancangan alat pengering pertanian dengan menggunakan minyak dan kayu bakar sebagai pengganti energi matahari.alat yang dirancang adalah Tipe Cabinet Dryer yang dapat digunakan secara siklus dan tidak tergantung kepada kondisi cuaca sebagai syarat utama.sebagai produk yang dikeringkan saya memilih pisang, salah satu produk yang banyak dijumpai di masyarakat dan juga merupakan salah satu sumber kalori yang tinggi sehingga banyak dikonsumsi. Setelah dipanen, umumnya kadar air yang dikandung pisang adalah adalah sekitar % berat. Jika kondisi dibiarkan beberapa lama setelah dipanen, akan menyebabkan pisang tersebut cepat membusuk akibat pertumbuhan mikroorganisme. Menurut standar yang diakui scara nasional, jika kadar air dari pisang tersebut diturunkan menjadi 4,55 % berat, maka proses perkembangan mikroorganisme akan melambat dan pembusukan akan tertunda atau bahkan terhenti untuk beberapa lama.

10 Alat pengering ini dirancang dengan menggunakan pisang sebagai produk yang dikeringkan dengan kapasitas yang direncanakan sebesar 4,5 kg per siklus. Setelah dirancang alat ini diuji dengan menggunakan produk dan kapasitas yang sama dengan rancangan. Pisang mentah yang baru dipanen dimasukkan kedalam mesin pengering, kemudian sumber energi untuk pengeringan yang diuji adalah kayu bakar dan minyak tanah.alasan utama pemilihan sumber energi ini adalah ketersediannya yang cukup di daerah pedesaan dimana para petani tinggal.medium pengering yang digunakan pada pengujian ini adalah uap air sebagai pengganti udara.hal ini bertujuan untuk meningkatkan kapasitas pengangkutan energi dari sumber pemanas dibanding jika harus menggunakan udara biasa. Parameter yang diuji adalah distribusi suhu pada produk yang dikeringkan, waktu pengeringan, kebutuhan air sebagai medium pengering, kadar air produk, kebutuhan energi, dan analisa biaya. Dari uji performance yang dilakukan kesimpulan utama penelitian ini adalah, pertama pengeringan pisang dapat dilakukan pada Cabinet Dryer yang tidak tergantung pada tenaga matahari dengan hasil yang memenuhi standar yang diinginkan, dan kedua pengeringan dengan menggunakan kayu bakar lebih baik dari pada dengan menggunakan minyak tanah.

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING....ii LEMBARAN PERSETUJUAN DARI PEMBANDINGAN iii SPESIFIKASI TUGAS iv LEMBARAN EVALUASI SEMINAR TUGAS AKHIR v KATA PENGANTAR vi ABSTRAK vii DAFTAR ISI ix DAFTAR TABEL xi DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR NOTASI xiii BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Tujuan Manfaat Perancangan Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 3 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pisang Proses Pengeringan Pengeringan dengan cara alami Pengeringan dengan udara panas Pengeringan dengan uap air Cabinet Dryer Standar mutu pisang Perhitungan Kadar air Perhitungan Kebutuhan Energi selama proses pengeringan Perhitungan Kebutuhan Bahan bakar yang digunakan Lama Waktu Pengeringan Perhitungan Analisis Titik Impas (Break Even Point) BAB 3. PERANCANGAN ALAT PENGERING 3.1. Metode Perancangan Data Pisang Penentuan Dimensi Alat Pengering Prinsip Kerja Alat Pengering Material yang digunakan dalam perancangan alat pengering Pelaksanaan Perancangan Alat pengering...26 BAB 4. PENGUJIAN ALAT PENGERING

12 4.1. Tempat dan Waktu Alat Bahan Prosedur Pengujian Pengaturan Eksperimental (Eksperimental Setting) Analisa performance alat pengering yang dirancang Perhitungan kebutuhan bahan bakar yang digunakan Selama proses pengeringan Pisang Setting alat ukur Variabel yang diamati Pelaksanaan penelitian...44 BAB 5. DATA DAN ANALISA 5.1. Data Hasil Pengujian Data hasil pengujian dengan bahan bakar kerosin Data hasil pengujian dengan bahan bakar kayu bakar Analisa Data Hasil Pengujian Distribusi suhu pada masing-masing tray Kebutuhan air selama proses pengeringan Perhitungan kadar air pisang tiap tray setelah dikeringkan Perhitungan total energi yang dibutuhkan untuk mengeringkan pisang per siklus Analisa kebutuhan bahan bakar yang digunakan selama proses Pengeringan pisang Analisa Biaya Penggunaan Alat Pengering Per Siklus Analisa biaya penggunaan alat pengering dengan bahan bakar kerosin Analisa biaya penggunaan alat pengering dengan bahan bakar kayu bakar Perbandingan analisa biaya berdasarkan bahan bakar yang digunakan Total Perbandingan Bahan Bakar Kerosin dengan Kayu Bakar BAB 6. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 81

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Syarat mutu buah pisang sesuai SNI Tabel 3.1. Material yang diperlukan untuk membuat alat pengering...25 Tabel 5.1. Distribusi suhu tiap tray Tabel 5.2. Berat pisang tiap tray selama pengeringan berlangsung Tabel 5.3. Suhu rata-rata dan berat pisang setelah dikeringkan Tabel 5.4. Distribusi suhu tiap tray Tabel 5.5. Berat pisang tiap tray selama pengeringan berlangsung Tabel 5.6. Suhu rata-rata dan berat pisang setelah dikeringkan Tabel 5.7. Kadar air pisang kering menggunakan bahan bakar kerosin Tabel 5.8. Kadar air pisang kering menggunakan bahan bakar kayu bakar Tabel 5.9. Total biaya produksi untuk pengeringan pisang per siklus Tabel 5.10.Total biaya produksi untuk pengeringan pisang per siklus Tabel 5.11.Perbandingan analisa biaya antara kerosin dengan kayu bakar Tabel 5.12.Perbandingan alat pengering berdasarkan bahan bakar yang digunakan selama pengeringan berlangsung... 74

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema sistem pengering udara panas... 6 Gambar 2.2 Skema sistem pengering uap air...9 Gambar 3.1 Bentuk tray yang dirancang Gambar 3.2 Pola aliran udara yang terjadi Gambar 3.3 Heater yang dirancang Gambar 3.4 Cabinet Dryer tipe dryer Gambar 3.5 Alat pengering yang dirancang Gambar 3.6 Laju aliran panas pengeringan dengan uap air Gambar 3.7 Diagram alir Pelaksanaan Perancangan...26 Gambar 4.1 Alat Pengering yang akan digunakan...27 Gambar 4.2 Heater Gambar 4.3 Thermocouple Thermometer Gambar 4.4 Thermo Anemometer Gambar 4.5 Relative Humadity Meter Gambar 4.6 Thermometer Gambar 4.7 Kompor Gambar 4.8 Timbangan Gambar 4.9 Kayu bakar Gambar 4.10 Pisang yang akan dikeringkan Gambar 4.11 Neraca Kesetimbangan energi...36 Gambar 4.12 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian Gambar 5.1 Grafik distribusi suhu tiap tray untuk bahan bakar kerosin Gambar 5.2 Grafik distribusi suhu tiap tray untuk bahan bakar kayu bakar Gambar 5.3 Grafik kadar air pisang kering tiap tray kerosin vs kayu bakar Gambar 5.4 Grafik kadar air pisang kering tiap tray bahan bakar kerosin Gambar 5.5 Grafik kadar air pisang kering tiap tray bahan bakar kayu bakar Gambar 5.6 Grafik kadar air pisang kering tiap tray kerosin vs kayu bakar Gambar 5.7 Grafik Perbandingan analisa biaya kerosin vs kayu bakar Gambar 5.8 Grafik Analisa pengering kerosin vs kayu bakar Gambar 5.9 Grafik Kebutuhan Energi mesin pengering kerosin vs kayu... 75

15 DAFTAR NOTASI LAMBANG KETERANGAN SATUAN A w Luas dinding alat pengering m 2 c p.air Panas jenis air kj/kg o C c p.pisang Panas jenis pisang kj/kg o C c p.udara Panas jenis udara basah KJ/kg C h fg Panas laten penguapan air kj/kg k r Koefisien pindahan panas dinding W/m. o C k w Koefisien pindahan panas dinding W/m. o C NKBk Nilai Kalor Bahan Bakar kj/kg Q d Kebutuhan energi untuk pengeringan pisang kj Q t Kebutuhan energi pemanasan pisang kj Q w Kebutuhan energi pemanasan air pisang kj Q l Kebutuhan energi penguapan air pisang kj Q lw Q T Energi yang hilang melalui dinding box pengering kj/jam Total energi yang dibutuhkan untuk Mengeringkan pisang per siklus kj RHd Kelembaban relative udara pengering rata-rata % RHa Kelembaban relative udaraluar % t Lama pengeringan jam T Temperatur T a T d Temperatur awal pisang Temperatur udara pengering o C o C o C u Kecepatan udara pengering diantara pisang m/s U Koefisien perpindahan panas menyeluruh W/m 2. o C wf Kadar air pisang kering % W kb Berat pisang basah kg W kk Berat pisang kering kg W i Berat air pisang awal kg W f Berat kandungan air pisang akhir kg W r Berat air yang dipindahkan selama Proses pengeringan kg

16 x w Tebal plat dinding m x r Tebal karet isolasi m ρ ar Massa jenisuap air ventilasi gr/m 3 ρ sd Massa jenis moisture jenuh pada td gr/m 3 ρ sa Massa jenis moisture jenuh pada ta gr/m 3