BAB II STUDI PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II STUDI PUSTAKA

2 II. STUDI PUSTAKA.1. Prinsip Dasar Proses Penguapan Air Pada proses penguapan air (pengeringan) bahan produk pertanian merupakan suatu upaya memindahkan kandungan air dengan penerapan panas dan secara praktis dikatakan sebagai upaya untuk menjaga kualitas suatu produk selama penyimpanan, untuk menekan bakteri dan jamur serta perkembang-biakan insekta (Henderson and Perry, 1976). Pengeringan terjadi melalui penguapan cairan dengan pemberian panas ke bahan basah yang akan dikeringkan. Sumber panas pada proses pengeringan dapat disediakan melalui konveksi (pengering langsung), konduksi (pengering sentuh atau tak langsung) dan radiasi. Seluruh cara pengeringan, kecuali dielektrik, menyediakan panas pada objek yang dikeringkan sehingga panas harus berdifusi ke dalam padatan dengan cara konduksi. Cairan harus bergerak ke batas bahan sebelum diangkut keluar oleh udara pembawa. Pergerakan air di dalam padatan dapat terjadi melalui salah satu atau lebih dari mekanisme pindah massa berikut ini (Devahastin, 000) : 1). Difusi cairan, jika padatan basah berada pada suhu dibawah titik didih cairannya. ). Difusi uap, jika cairan tersebut menguap dalam bahan. 3). Difusi Knudsen, jika pengeringan berlangsung pada tekanan vakum. 4). Beda tekanan hidrostatik, bila laju penguapan internal melampaui laju pergerakan uap melalui padatan ke lingkungan sekitar. 5). Kombinasi dari mekanisme diatas. 10

3 Struktur fisik padatan atau bahan yang dikeringkan dapat berubah selama pengeringan, karena perpindahan uap air juga berubah dengan bertambahnya waktu pengeringan. Untuk suatu model alat pengering yang menggunakan sumber energi udara panas, ada beberapa kondisi yang perlu diperhatikan, yaitu meliputi: (i). (ii). Kondisi suhu dan RH udara pengeringan, Aliran udara (airflow), berkaitan dengan spesifikasi blower (kipas), (iii). Spesifikasi heater (alat pindah panas), berkaitan dengan pemanasan udara sebagai media pengering, (iv). Spesifikasi ruang pengeringan, dan (v). Perhitungan waktu pengeringan... Anatomi Gabah Gabah adalah butir beras yang masih terbungkus didalam sekam yang telah dirontokkan dari malainya. Secara umum gabah terdiri dari sekam, beras pecah kulit (kariopsis) dan embrio. Sekam merupakan kulit terluar terdiri dari dua lembar daun yang disebut dengan lemma dan palea, mengandung silika sekitar 37.5% %. Kedua lembar daun ini setangkup membungkus rapat beras pecah kulit dan terdapat sedikit rongga udara pada bagian ujung-ujungnya (Ruiten, 1981) Beras pecah kulit dibungkus oleh lapisan sangat tipis disebut dengan perikarp. Lapisan ini tembus cahaya, berwarna keabu-abuan dan berfungsi sebagai penjaga lapisan sebelah dalam terhadap rembesan oksigen, CO dan uap air. Dibawah lapisan ini terdapat aleuron yang kaya akan vitamin, mineral dan protein (Ruiten, 1981). Bagian utama kariopsis ini adalah sel pati endosperma yang menempati 88 % dari bobot kariopsis (Juliano, 197). Pada bagian kariopsis, selsel pati bentuknya memanjang dan tersusun secara radial, sedangkan pada bagian 11

4 dalam (pusat) bentuknya lebih simetris (Ruiten, 1981). Kariopsis ini memegang peranan penting dalam pengeringan karena sebagian besar air berada di dalamnya. Species padi yang dibudidayakan di Asia, adalah Oriza Sativa Linn yang terbagi dalam kelompok utama yaitu jenis indica dan japonica. Jenis indica lebih banyak tumbuh di daerah tropis, terdiri dari varietas-varietas berukuran panjang, ramping dan agak pipih. Beberapa ada yang berukuran medium sampai pendek. Jenis japonica banyak tumbuh di daerah sub tropis yang agak dingin, berukuran pendek dan bundar (Leonard dan Martin, 1963). Berdasarkan ukurannya, padi dapat diklasifikasi atas dua cara, yakni tipe dan sub-tipe gabah (Ruiten, 1981). Tipe gabah adalah klasifikasi berdasarkan panjang keseluruhan dari beras pecah kulit yang terbagi dalam empat kelas (Tabel -1). Tabel -1. Klasifikasi gabah berdasarkan panjang beras pecah kulit (Ruiten, 1981). Kelas Panjang Beras Pecah Kulit (mm) 1. Ekstra panjang > Panjang > 6.5 < Sedang > 5.5 < Pendek < 5.5 Sub-tipe gabah adalah klasifikasi berdasarkan perbandingan panjang terhadap lebar dari beras pecah kulitnya, dengan klasifikasi ini terdapat tiga sub-tipe gabah seperti yang terlihat pada Tabel -. Tabel -. Sub-tipe gabah berdasarkan perbandingan panjang terhadap lebar beras pecah kulit (Ruiten, 1981). Kelas Perbandingan Panjang/lebar 1. Ramping > 3.0. Gemuk >.0 < Bundar >.0 1

5 Bambang, dkk (007) jenis tanaman padi yang banyak ditanam oleh petani adalah jenis varietas IR 64. Tingginya minat menanam IR 64 karena lebih menyukai beras dengan butir panjang, bening dengan tekstur nasi sedang sampai pulen. Tabel -3 memperlihatkan deskripsi padi varietas IR 64. Tabel -3. Deskripsi padi jenis varietas IR 64 Keterangan Deskripsi Umur Tanaman hari Bentuk Tanaman Tegak Tinggi Tanaman cm Anakan Produktif 0-35 batang Warna Kaki Hijau Warna Batang Hijau Warna Telinga Daun Tidak bewarna Warna Lidah Daun Tidak bewarna Warna Daun Hijau Muka Daun Kasar Posisi Daun Tegak Daun Bendera Tegak Bentuk Gabah Ramping, panjang Warna Gabah Kuning Bersih Kerontokan Tahan Kerebahan Tahan Tekstur Nasi Pulen Kadar Amilosa 3% Bobot 1000 Butir 4,1 gram Rata-rata Hasil 5,0t/ha GKG Potensi Hasil 6,0t/haGKG Dilepas Tahun 1986 Sumber : Bambang, et al (007).3. Proses Penguapan Air Gabah Proses pengolahan gabah kering dapat ditinjau sebagai suatu sistem produksi, yang mengubah masukan-masukan menjadi suatu produk yang dapat 13

6 dipasarkan untuk memenuhi kebutuhan konsumen. Masukan-masukan kedalam sistem produksi ini adalah bahan baku (gabah), tenaga kerja, modal, energi dan informasi. Mengingat sifat produk pertanian adalah komoditas yang mudah mengalami kerusakan atau pembusukan (perishable) dan umumnya bersifat musiman, maka daya tahan simpannya relatif singkat. Oleh karena itu sangat diperlukan teknik penanganan (handling) dan pengolahan (processing) yang baik agar dapat disimpan dalam jangka waktu lama. Proses pengeringan gabah adalah upaya menghilangkan sebagian air yang terkandung dalam gabah melalui penguapan dengan menggunakan energi panas, yaitu dengan mengalirkan udara diatas permukaan gabah yang berada dalam rak. Kandungan air tersebut dikurangi sampai batas tertentu sehingga mikroorganisme tidak dapat tumbuh lagi didalamnya. Pengeringan gabah umumnya bertujuan untuk mengawetkan bahan sehingga mutu dapat dipertahankan selama penyimpanan. Tujuan lainnya adalah mengurangi biaya dan memudahkan pengemasan, penanganan, penyimpanan dan transportasi dengan berkurangnya berat dan volume bahan. Proses penguapan air gabah ini dilakukan dengan menurunkan kelembaban nisbi udara dengan mengalirkan udara panas sejajar dengan permukaan bahan, sehingga tekanan uap air bahan lebih besar dari pada tekanan uap air di udara. Perbedaan tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara. Faktor utama yang mempengaruhi kecepatan penguapan dari suatu bahan pangan adalah sifat fisik dan kimia bahan, pengaturan geometris bahan dalam alat pengering, sifat fisik lingkungan dan karakteristik alat pengering. Sifat fisik dan kimia bahan meliputi bentuk, ukuran, komposisi dan kadar airnya. Pengaturan geometris bahan berhubungan dengan permukaan alat atau media pemindah 14

7 panas, sedangkan sifat fisik lingkungan dan karakteristik pengering meliputi suhu, kelembaban, kecepatan udara dan efisiensi perpindahan panas..4. Penukar Panas Radiator Analisis alat penukar panas radiator dengan menggunakan metoda Logarithmic Mean Temperature Difference (LMTD). Metoda LMTD merupakan harga pendekatan untuk menentukan nilai perbedaan suhu antara dua fluida dalam alat penukar panas secara keseluruhan (Welty dkk, 004). T T h, in T c, out T 1 Fluida panas Fluida dingin T T T h, out T c, in Gambar -1. Skema distribusi suhu pada radiator dengan aliran lawan arah q = U A Δ......(-1) ΔT lm T lm ΔT ΔT1 ΔT1 ΔT = =.. (-) ln ( ΔT / ΔT ) ln ( ΔT / ΔT ) 1 1 Aliran perpindahan panas yang tejadi didalam radiator merupakan aliran lawan arah (menyilang), nilai ΔTlm harus dikalikan dengan faktor koreksi (F). Nilai faktor koreksi F didapat dari memplotkan nilai Y dan Z pada grafik faktor koreksi untuk aliran lawan arah satu laluan, dimana : 15

8 Tc,o Tc,i Y = dan T T h,i c,i Th,i Th,o Z =.....(-3) T T c,o c,i Nilai koefisien konveksi keseluruhan dari radiator dihitung berdasarkan keseimbangan energi. U m Cp (T out in = & (-4) A Rd ΔT T lm ) Perhitungan koefisien kehilangan pada alat penukar panas radiatar dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : 1 Δp = k L ρ v f...(-5) Koefisien kehilangan (k L ) pada alat penukar panas radiator dihitung berdasarkan penurunan tekanan (Δp) dari daya kipas yang digunakan. P η Δp = (-6) v in A in Δp k L =......(-7) ρv f Koefisien pindah panas pada dinding dianggap sebagai pindah panas konveksi bebas. Dimana koefisien pindah panas (h) dinyatakan dalam persamaan yang diberikan Churchill dan Chu dalam Holman, gβ T x Gr =...(-8) ν Ra = Gr Pr...(-9) 0.67(Ra) 1/ 4 Nu = (-10) 4/9 1 (0.49 /Pr) 9/16 + Nu k h =...(-11) x (koefisien pindah panas konveksi pada dinding) 16

9 .5. RH Udara Pengering Dalam proses pengeringan, udara pada suhu lingkungan T A dipanasi sampai suhu udara mencapai T B (Gambar -1). Pemanasan udara dalam proses pengeringan ini dapat digambarkan dalam kurva psychrometric. Perubahan suhu selama proses pemanasan pada kurva psychrometric berlangsung pada garis horizontal AB pada kondisi tekanan uap dan kelembaban mutlak (H) tetap. Selama pemanasan terjadi dianggap tidak terjadi penambahan uap air, sehingga jumlah udara kering yang masuk ruang pengering sama dengan jumlah udara kering keluar. Dari kurva psychrometric pada kondisi tekanan atmosferik, bila suhu meningkat maka akan terjadi penurunan kelembaban udara. A RH A Pemanasan B RH B H T A Temperatur o C T B Gambar -. Diagram proses pemanasan udara pada kurva psychrometric Kelembaban relatif (RH) yang dinyatakan dalam persen merupakan perbandingan antara tekanan uap terhadap tekanan jenuh air pada suhu ruang pengering tersebut, yang dinyatakan dalam persamaan (Brooker dkk, 1973) : P v RH =...(-1) P s Sedangkan kelembaban mutlak (H) konstan selama pemanasan, yaitu : 17

10 H P v =...(-13) P atm P v dimana, T o K dan P v < P atm Selama proses pemanasan berlangsung, tekanan uap (P v ) juga konstan. Bila kelembaban udara lingkungan (RH a ) dan kelembaban udara pengering (RH r ), maka : RH r = sa......(-14) RH a P P sr Ps ln = R A + BT + CT + DT FT GT 3 + ET 4...(-15) T o K, (dari Keenan dan Keyes, dalam ASAE Standard, 1994) dimana : R = D = x 10-3 A = E = x 10-7 B = F = C = G = x 10-18