112 MENENTUKAN JUMLAH KALOR YANG DIPERLUKAN PADA PROSES PENGERINGAN KACANG TANAH Oleh S. Wahyu Nugroho Universitas Soerjo Ngawi ABSTRAK Dalam bidang pertanian dan perkebunan selain persiapan lahan dan perawatan tanaman, pengolahan hasil pertanian pasca panen juga mempunyai peranan yang sangat penting. Salah satu upaya untuk meningkatkan dan memberikan nilai tambah hasil pertanian adalah memperbaiki pengelolaan pasca panen dengan semaksimal mungkin. Pengelolaan pasca panen dapat berupa penyimpanan, perubahan bentuk hasil panen, pengawetan, pengeringan dan lain-lain. Pengelolaan pasca panen untuk hasil-hasil pertanian khususnya kacang tanah misalnya, seringkali gagal karena kacang tanah tersebut belum kering benar sudah disimpan sehingga mendorong jamur untuk tumbuh yang akan merusak kacang tanah tersebut. Dalam teknik pengeringan tradisional kebanyakan masih mengandalkan bantuan tenaga matahari, hal ini akan memakan waktu yang relatif lama dan sangat tergantung dengan kondisi cuaca. Jika cuaca tidak mendukung maka hasil panen akan tersimpan dalam keadaan basah, hal ini dapat mengakibatkan rusaknya hasil panen seperti busuk, tumbuhnya kecambah dan kerusakan lainnya. A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Pengelolaan pasca panen yang tepat untuk hasil pertanian khususnya kacang tanah sangat diperlukan agar diperoleh hasil yang maksimal. Salah satu pengelolaan pasca panen yang sangat penting yaitu proses pengeringan. Proses pengeringan yang maksimal sangat diperlukan jika kacang tanah tersebut masih akan disimpan atau akan diproses dalam jangka waktu yang lama. Hal ini juga berhubungan dengan pertambahan harga. Jika sewaktu panen harga hasil pertanian biasanya sangat murah sehingga perlu disimpan terlebih dahulu sebelum pada saatnya nanti dijual jika harga sudah cukup memadai. Oleh karena itu jika proses pengeringan tidak dilaksanakan dengan baik, maka kacang tanah tersebut akan mengalami kerusakan seperti busuk, timbulnya kecambah dan kerusakan lainnya sehingga kacang tanah tersebut tidak akan bisa dimanfaatkan lagi. Selain itu kacang tanah lebih mudah ditangani dalam keadaan kering. Dalam teknik pengeringan secara tradisional kebanyakan masih mengandalkan bantuan tenaga matahari. Hal ini akan memakan waktu yang relatif lama dan sangat tergantung dengan kondisi cuaca sehingga proses pengeringan yang akan dilaksanakan tidak dapat berhasil secara maksimal. Oleh karena itu disini akan dicoba ditentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk mengeringkan kacang tanah sehingga dapat digunakan untuk merencanakan suatu mesin atau peralatan pengering yang dapat digunakan setiap waktu. Dengan adanya mesin atau peralatan pengering kacang tanah ini diharapkan akan didapatkan beberapa keuntungan antara lain : 1. Tidak tergantung pada bantuan sinar matahari dan kondisi cuaca
113 2. Tidak membutuhkan tempat atau lahan yang terlalu luas 3. Proses pengeringan dapat dilakukan dimana saja baik di dalam ruangan maupun di luar ruangan 4. Membutuhkan waktu dan tenaga kerja yang lebih sedikit dibandingkan teknik pengeringan tradisional. 2. Perumusan Masalah a. Bagaimanakah proses perpindahan panas yang terjadi pada proses pengeringan kacang tanah ini? b. Dengan temperatur pemanasan yang stabil, berapakah jumlah kalor yang diperlukan dalam proses pengeringan kacang tanah menggunakan mesin pengering? 3. Tujuan Penelitian a. Untuk mengetahui proses perpindahan panas yang terjadi pada proses pengeringan kacang tanah sehingga dapat direncanakan suatu mesin pengering kacang tanah. b. Untuk mengetahui jumlah kalor yang diperlukan dalam proses pengeringan kacang tanah sehingga akan didapatkan hasil pengeringan yang maksimal. B. TINJAUAN PUSTAKA 1. Teori Dasar Pengeringan Sebelum dikemukakan pengertian tentang dasar pengeringan, maka perlu dipahami tentang konsep perpindahan panas massa (air) yang merupakan dasar dari proses pengeringan. Perpindahan salah satu unsur larutan fluida dari daerah yang konsentrasinya lebih tinggi ke daerah yang konsentrasinya lebih rendah dikatakan perpindahan massa (air). Pemahaman terhadap mekanisme perpindahan massa dapat dikatakan analogi terhadap perpindahan panas, yaitu laju perpindahan panas maupun perpindahan massa bergantung pada potensial maupun penggerak dan tahanan. Dalam operasi-operasi perpindahan massa tertentu harus diperhatikan perpindahan panas tertentu yang terjadi bersamaan. Dalam kondisi ini panas berpindah dalam arah yang berlawanan dengan perpindahan massa. Disamping itu letak perbedaan antara keduanya adalah perpindahan panas yang terjadi dalam arah yang mengurangi gradien suhu yang ada, sedangkan perpindahan panas terjadi dalam srah yang mengurangi gradien konsentrasi yang ada dan juga perpindahan panas akan terhenti bila tidak terjadi perbedaan suhu, sedangkan massa terhenti bila gradien konsentrasi berkurang sampai menjadi nol. Dalam fenomena yang ada, maka pengering adalah suatu proses perpindahan panas pada uap air pada suatu bahan, yang memerlukan energi untuk menguapkan kandungan air dari permukaan bahan yang akan dikeringkan oleh media pengering, biasanya berupa panas. Dan pengeringan pada dasarnya merupakan proses pengeluaran kandungan air bahan hingga mencapai kandungan tertentu agar tidak terjadi kerusakan pada bahan tersebut. Dasar pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Dalam hal ini kandungan uap air udara lebih sedikit sehingga terjadi penguapan. Kemampuan udara membawa uap air akan bertambah besar jika kecepaatan udara yang mengalir dipercepat. Bila tidak mengalir maka kandungan uap air di sekitar bahan yang dikeringkan makin jenuh sehingga pengeringan makin lambat.
114 Peristiwa yang terjadi selama pengeringan meliputi dua proses : a. Proses perpindahan panas, yaitu proses penguapan aor dalam bahan atau proses perubahan bentuk cair ke bentuk gas. Proses perpindahan massa, yaitu proses perpindahan massa uap air dari permukaan bahan ke udara. Proses perpindahan panas terjadi karena suhu bahan lebih rendah dari suhu udara yang dialirkan di sekelilingnya. Panas yang diberikan ini akan menaikkan suhu bahan yang akan menyebabkan tekanan uap air di dalam bahan akan lebih tinggi daripada tekanan uap air di udara, sehingga terjadi perpindahan uap air dari bahan ke udara yang merupakan perpindahan massa. Sebelum perpindahan berlangsung, tekanan uap air dai dalam bahan seimbang dengan tekanan udara di sekelilingnya. Pada saat pengeringan di mulai, uap panas yang dialirkan melalui permukaan bahan yang akan menaikkan tekanan uap air terutama pada daerah permukaan yang besarnya sejalan dengan kenaikan suhu aliran udara panas tersebut. Pada saat proses ini terjadi, perpindahan panas dari bahan ke udara dalam bentuk uap air berlangsung dan terjadilah pengeringan pada permukaan bahan. Setelah itu tekanan uap pada permukaan bahan akan menurun. Setelah kenaikan suhu terjadi pada seluruh bagian permukaan bahan, maka terjadilah pergerakan air. Air secara difusi dari bahan ke permukaan dan seterusnya. Proses penguapan pada permukaan bahan diulang lagi. Akhirnya setelah air pada bahan berkurang, maka tekanan uap air akan menurun sampai terjadi keseimbangan dengan udara sekelilingnya. Makin tinggi suhu pengeringan makin besar pula energi yang dibawa sehingga makin banyak jumlah massa cairan yang diuapkan dari permukaan bahan yang dikeringkan dan laju pengeringan menjadi cepat, akan tetapi pengeringan yang terlalu cepat dapat merusak bahan, yaitu permukaan bahan terlalu cepaat kering, sehingga tidak sebanding dengan kecepatan pergerakan air pada bahan ke permukaan. Hal ini menyebabkan pengerasan pada permukaan bahan (lose hardening), sehingga air pada bahan tidak dapat lagi menguap karena terhalang dan memungkinkan terjadinya bahan terbakar, karena bahan yang telah kering masih terus mendapat pemanasan. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan ada dua golongan yaitu : a. Faktor yang berhubungan dengan media penunjang meliputi : - Suhu pengeringan - Lama pengeringan - Kelembapan udara b. Faktor yang berhubungan dengan sifat bahan yang akan dikeringkan, antara lain : - Ukuran bahan - Kadar air 2. Cara Pengeringan Secara garis besar pengeringan dapat dilakukan dengan dua cara yaitu sebagai berikut : 1. Pengeringan secara alami Pengeringan secara alami dilakukan dengan cara menjemur di bawah sinar matahari. Pengeringan ini mrmang bisa efektif karena suhu yang dicapai sekitar 35 C sampai dengan 45 C. Iklim di wilayah tropis merupakan sumber yang potensial, akan tetapi pengeringan
115 dibawah sinar matahari dirasakan kurang efektif dan juga ada bahan tertentu yang berakibat kurang begitu baik jika terkena sinar matahari secara langsung. Pengeringan secara alamiah ini mempunyai beberapa kendala antara lain yaitu: - Memerlukan waktu yang relatif lama. - Tergantung pada cuaca - Kadar air bahan sukar dikontrol 2. Pengeringan Secara Buatan Pengeringan buatan menggunakan alat mekanis, dan hal ini memberikan beberapa keuntungan, antara lain: - Tidak tergantung pada cuaca - Kondisi pengeringan dapat dikontrol - Tidak memerlukan tempat yang luas Pengeringan mekanis ini memerlukan energi untuk memanaskan alat pengering, mengimbangi radiasi panas yang keluar dari alat, memanaskan bahan dan menguapkan air pada bahan. 3. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas Perpindahan panas (heat transfer) merupakan energi yang bergerak atau berjalan dari suatu sistem ke sistem yang lainnya, karena adanya perbedaan temperatur antara kedua sistem tersebut. Panas yang dipindahkan tidak dapat diukur atau diamati secara langsung. Tetapi pengaruhnya dapat diukur, arah dari perpindahan panas tersebut ialah suatu media yang mempunyai temperatur lebih tinggi ke arah temperatur yang lebih rendah. Berdasarkan cara perpindahannya, maka perpindahan panas dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu : a. Perpindahan panas secara konduksi b. Perpindahan panas secara konveksi c. Perpindahan panas secara radiasi Syarat terjadinya perpindahan energi ialah adanya beda temperatur antara bagian yang satu dengan bagian yang lainnya. C. PERHITUNGAN Pada perhitungan kalor yang dibutuhkan untuk proses pengeringan kacang tanah, data awal yang diperlukan adalah sebagai berikut : - Kapasitas mesin Q = 60 kg/jam - Kadar air kacang tanah basah K a1 = 65 % - Kadar air kacang hasil pengeringan K a2 = 15 % - Berat jenis kacang tanah ρ = 0,4 kg/cm 3 - Waktu pengeringan t = 1 jam - Suhu awal pengeringan T1 = 30 C - Suhu akhir pengeringan T2 = 110 C - Suhu awal ruangan pengering Tr 0 = 30 C 1. Jumlah air yang diuapkan dari kacang tanah Dari data di atas dapat dilakukan proses perhitungan banyaknya air yang diuaokan dari kacang tanah yang akan dikeringkan sebagai berikut : Ma = Ka x Mb Ma = Banyaknya air yang akan diuapkan (kg) Ka = Prosentase kandungan air kacang tanah yang akan dikeringkan (kg) Mb = Berat kacang tanah basah
116 = 60 kg (150 cm 3) Prosentase kandungan air yang akan diuapkan adalah sebagai berikut : Ka = Ka 1 Ka 2 = 65 % - 15 % = 50 % Sehingga jumlah total air yang diuapkan untuk satu kali proses adalah : Ma = Ka x Mb = 0,5. 60 = 30 kg 2. Kebutuhan Kalor pada proses pengeringan Dalam proses pengeringan dibutuhkan kalor untuk menguapkan air yang terkandung dalam kacang tanah, seluruh kebutuhan kalor untuk pengeringan kacang tanah dapat dihitung sebagaimana pada persamaan keseimbangan panas sebagai berikut: Qt = Q 1 + Q 2 +...Q n Keterangan: Q t = Jumlah seluruh kalor yang dibutuhkan selama proses penguapan air yang terkandung dalam kacang tanah ( kkal ) Q 1 - Q n = Jumlah kalor yang digunakan untuk setiap proses kilo kalori ( kkal ) Dimana proses dalam pengeringan ini adalah meliputi : pemanasan awal, kalor untuk memanaskan air, kalor untuk menguapkan air, serta kalor yang terbuang akibat kebocoran. 3. Kalor yang diperlukan untuk memanaskan kacang tanah Sebelum penguapan terjadi dibutuhkan sejumlah kalor untuk memanaskan kacang tanah sampai mencapai suhu awal sebelum penguapan yaitu 100 C, jadi panas awal pengeringan adalah : Q 1 = Ma. Kj. Δt ( kkal ) Q 1 = Panas pengeringan (kkal) Ma = Jumlah kacang tanah yang akan dikeringkan = 60 kg Kj = Kalor jenis kacang tanah = 0,6698 kkal/kg C Δt = Beda suhu untuk pemanasan awal penguapan ( C) = 100 30 = 70 C Sehingga kalor yang digunakan untuk pemanasan awal adalah : Qt = 60. 0,6698. 70 = 2813,16 kkal 4. Kalor yang digunakan untuk menguapkan air Dalam proses ini pemanasan digunakan untuk menguapkan air yang terdapat dalam kacang tanah, persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung kebutuhan kalor yang dibutuhkan pada proses penguapan air adalah sebagai berikut : Q 2 = Ma. q Q 2 = Jumlah panas pada proses penguapan air ( kkal ) Ma = Jumlah air yang harus diuapkan dalam mesin pengering q = 30 kg = Panas laten air = 503,7 kkal/kg Sehingga : Q 2 = 30. 503,7 = 15111 kkal
117 5. Kalor yang digunakan untuk memanaskan uap air Setelah proses penguapan air dalam kacang tanah, proses selanjutnnya adalah pemanasan yang dilakukan untuk memanaskan uap ( pengeringan kadar air ). Banyaknya kalor untuk proses ini dapat dihitung sebagai berikut : Q 3 = Mu. r. t Q 3 = Jumlah kalor untuk mengeringkan uap air ( kkal ) Mu = Jumlah uap yang akan dikeringkan r = 30 kg = Panas laten uap = 0,998 kkal/kg C Δt = 110 100 = 10 C Sehingga : Q 3 = 30. 0,998. 10 = 299,4 kkal 6. Kerugian kalor Kerugian kalor yang terjadi antara lain adalah : - Kalor yang terbuang ke udara melalui radiasi dari dinding ke udara luar - Kalor yang terbuang bersama uap air yang keluar dari mesin - Kalor yang terbuang akibat adanya kebocoran Pada proses pengeringan ini kerugian kalor berkisar antara 7,5 20 % dari jumlah kalor yang diperlukan selama proses pengeringan, untuk proses perhitungan ini diambil 15 %. Jadi kerugian kalor dapat dihitung : Q rugi = ( Q 1 + Q 2 + Q 3 ). 15 % = ( 2813,16 + 15111 + 299,4 ).15 % = 2733,534 kkal Jadi setelah mendapatkan jumlah kalor, kita harus menambahkan dengan kerugian kalor akibat proses penguapan. Maka jumlah total kalor yang diperlukan ( Q tot ) adalah : Q tot = ( Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q rugi ) = ( 2813,16 + 15111 + 299,4 + 2733,534 ) = 20957,094 kkal 7. Proses perpindahan panas yang terjadi Proses perpindahan panas yang terjadi selama proses pengeringan kacang tanah meliputi : a. Perpindahan panas dari dinding pipa sebelah dalam ke dinding pipa sebelah luar b. Perpindahan panas dari dinding luar pipa ke ruang pengering / drum c. Perpindahan panas dari udara ruang pengering ke dalam kacang d. Perpindahan panas melalui lubang melalui lubang pada tutup samping drum dan kebocoran lainnya. Dari perpindahan panas yang terjadi akan dapat diketahui temperatur pada dinding pipa pengering bagian luar dan selanjutnya temperatur pada nosel penyemprot api dari perpindahan panas dari dinding pipa pengering sebelah dalam ke dinding pipa pengering sebelah luar. Dan dari proses perpindahan panas yang terjadi akan dapat dihitung jumlah kalor yang dibutuhkan untuk proses pengeringan tiap detiknya.
118 D. KESIMPULAN Berdasarkan dari hasil perhitungan yang telah dilaksanakan, maka dapat dikemukakan beberapa kesimpulan: 1. Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk proses pengeringan kacang tanah ini adalah Q tot = 20957,094 kkal 2. Perpindahan panas yang terjadi adalah sebagai berikut: - Perpindahan panas dari dinding pipa sebelah dalam ke dinding pipa sebelah luar - Perpindahan panas dari dinding luar pipa ke ruang pengering / drum - Perpindahan panas dari udara ruang pengering ke dalam kacang - Perpindahn panas melalui lubang pada tutup samping drum dan kebocoran lainnya. DAFTAR PUSTAKA Frank Kreith, Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994 Frank P. Incropera, Fundamental of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, 2nd Edition, New York, 1981 J.P. Holman, Perpindahan Kalor,Erlangga, Jakarta, 1994 Suharto, Teknologi Pengawetan Pangan, PT Rineka Cipta, Jakarta, 1982 Sularso Kiyokatsu Suga, Elemen Mesin, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 1994