III. MEODOLOGI PENELIIAN A. EMPA DAN WAKU PENELIIAN Penelitian ini dilakukan di Lab. E, Lab. Egrotronika dan Lab. Surya Departemen eknik Mesin dan Biosistem IPB, Bogor. Waktu penelitian dimulai pada bulan April 2011 sampai dengan Oktober 2011. B. ALA DAN BAHAN ALA Adapun peralatan yang digunakan dalam pengeringan jagung pipilan tipe tumpukan ini adalah sebagai berikut: Satu unik alat pengering tipe Deep Bed Dyer (diameter x tinggi = 19.5 cm x 100cm) Blower 1 phase dengan daya 90Watt dan laju udara 410m 3 /jam Satu unik rangkaian sistem kendali strategi pengendalian kipas Hybrid Rekorder okogawa ermokopel tipe CC (Copper Costanta) Digital Grain Moisture Meter model D-3 imbangan digital EK-1200 A Watt Meter DW-6091 Anemometer Kanomax tipe 6011 BAHAN Bahan yang digunakan dalam penelitian mengenai pengeringan jagung pipilan ini adalah jagung pipilan varietas hybrida dengan kadar air rata-rata 23%b.b dengan beban sebanyak ± 22.5kg yang diperoleh dari BALIRO dan kelompok tani di desa iwul kecamatan parung, Bogor. C. PROSEDUR PENELIIAN Prosedur penelitian yang akan dilakukan meliputi perancangan, pembuatan dan pengujian alat pengering, merancang perangkat keras dan perangkat lunak sistem kendali, perancangan strategi pengendalian, pengujian sistem kendali pada alat pengering dan pengambilan data pengeringan jagung pipilan. Gambar 10 dibawah menunjukkan prosedur penelitian yang dilakukan. 16
Mulai Merancang alat pengering jagung pipilan Pengujian alat pengering Merancang perangkat keras kendali Suhu dan kelembaban relatif (RH) Bekerja dengan baik? Merancang perangkat lunak sistem kendali Pengujian sistem kendali pada alat pengering Pengambilan data pengeringan jagung pipilan tanpa sistem kendali Bekerja dengan baik? Pengambilan data pengeringan jagung pipilan menggunakan sistem kendali Selesai Gambar 10. Prosedur Penelitian D. DESAIN ALA PENGERING Pada penelitian ini alat pengering yang digunakan adalah pengering tipe tumpukan yang berbentuk silinder dengan kapasitas penampungan sebesar ± 22.5 kg jagung pipilan. Adapun bagian bagian dari alat pengering tipe tumpukan ini adalah sebagai berikut: Bak penampung Bak penampung berfungsi untuk menampung jagung yang akan dikeringkan. Bak penampung yang akan didesain mengunakan pipa paralon yang berbentuk silinder dengan diameter x tinggi yaitu 19.5cm x 100cm dan ketebalan dinding 4mm. Bagian bawah bak penampung dipasang kawat kasa sebagai dasar bak penampung dengan kerengangan kasa lebih kecil dibandingkan dengan biji jagung sehinga jagung tidak jatuh. Dinding bak penampung diinsulasi dengan glasswool sebagai insolator agar tidak terjadi pemanasan oleh radiasi matahari sehingga dapat mempengaruhi kondisi suhu di dalam dalam bak penampung saat proses pengeringan berlangsung. Pada dinding bak penampung ini dibuat lima lubang dengan jarak 18 cm antar lubang dan berfungsi sebagai lubang pengukuran suhu dengan diameter 4 mm dan tiga lubang yang berfungsi sebagai lubang pengambilan sampel kadar air 17
yang terletak pada bagian bawah, tengah dan atas dinding dengan diameter ± 1 cm seperti terlihat pada Gambar 11. Penyangga/Dudukan Penyangga/Dudukan berfungsi sebagai penyangga/dudukan alat pengering sehingga alat pengering dapat berdiri kokoh. Penyangga/dudukan ini akan didesain menggunakan tiga kaki yang terbuat dari besi tulangan dengan diameter 1.5cm dengan tinggi 70cm. Blower Blower berfungsi untuk mengambil udara dari lingkungan yang kemudian mengalirkan udara tersebut ke tumpukan jagung pipilan yang akan dikeringkan. Spesifikasi blower yang digunakan adalah sebagai berikut: Blower = 1 phase Daya = 90 Watt laju udara = 410 m 3 /jam egagan =220Volt RPM = 2800 0.2m Karton (0.5m) Lubang pengukuran suhu Lubang pengambilan sampel Kadar air Insulasi (glasswool) Bak penampung (1m) Penyambung pipa paralon Gambar 11. Desain alat pengering tipe tumpukan (batch) E. DESAIN SISEM KENDALI Sistem kendali yang akan didisain berfungsi sebagai pengontrolan putaran kipas selama proses pengeringan berdasarkan kondisi suhu dan RH yang dideteksi sensor. Adapun bagianbagian dari sistem kendali adalah sebagai berikut: Mikrokontroler D51 Petrafuz ver.3.3 Program yang digunakan untuk sistem pengendalian akan di input ke dalam mikrokontroler D51 Petrafuz. Selain itu, mikrokontroler ini akan mengolah nilai suhu dan RH yang dideteksi sensor menjadi nilai suhu dan RH yang sebenarnya dengan menggunakan persamaan (6) dan (7) serta mengolah nilai suhu dan RH tersebut menjadi nilai kadar air kesetimbangan (Me). 18
Rangkaian LCD Nilai suhu dan RH sebenarnya yang telah diolah dalam mikrokontroler akan ditampilkan dalam LCD untuk proses pengambilan data nilai suhu dan RH yang dideteksi sensor selama proses pengeringan. Rangkaian LCD terhubung dengan mikrokontroler D51 Petrafuz ver. 3.3 pada port LCD. Rangkaian Catu daya dan Power supplay Catu daya yang akan digunakan adalaha trafo C 2A yang kemudian dihubungkan pada rangkaian power supplay untuk mensupplay tegangan yang dibutuhkan untuk rangkaian lain. Rangkaian pengaturan kecepatan putar kipas (zero crossing). Rangkaian pengaturan kecepatan putar kipas AC terdiri dari IC LM339, BA41, IC MOC 3021 yang berfungi untuk medeteksi zero crossing (kondisi dimana terjadi perubahan dari 1 ke 0 atau sebaliknya pada gelombang pulsa), pembangkit gelombang segiempat dan waktu delay. Mikrokontroler D-51 Low cost micro sistem ver. 2.2 Mikrokontroler ini bertugas untuk mendeteksi terjadinya zero crossing dimana tegangannya ditahan dengan nilai 0 atau 1 selama waktu tertentu tergantung keluaran yang diinginkan. Sensor Pada sistem kendali untuk pengeringan jagung pipilan ini, digunakan dua sensor yang memiliki keakurasian yang tinggi dalam pembacaan suhu dan kelembaban yaitu Sensor SH11 dan SH75. F. SRAEGI PENGENDALIAN Strategi pengendalian pada proses pengeringan jagung pipilan dengan tipe tumpukan dilakukan dengan cara mengatur tingkat kecepatan putar kipas berdasarkan perbandingan nilai Me lingkungan dengan Me di dalam tumpukan pada lapisan bawah dan diatas tumpukan paling atas. erdapat tujuh tingkatan kecepatan putar kipas yaitu kecepatan maksimal, kecepatan tingkat 1, kecepatan tingkat 2, kecepatan tingkat 3, kecepatan tingkat 4, kecepatan tingkat 5 dan tidak berputar (mati). Jika Me lingkungan < Me tumpukan jagung lapisan bawah maka kipas akan berputar maksimal, sebaliknya jika Me lingkungan > Me tumpukan jagung lapisan atas maka kipas tidak akan berputar. Sedangkan jika Me tumpukan jagung lapisan bawah < Me lingkungan < Me tumpukan jagung lapisan atas maka kipas akan berputar pada tingkat kecepatan 1 sampai kecepatan 5 sesuai dengan hasil perbandingan dari ketiga Me tersebut (terlihat pada Gambar 12). Nilai kadar air keseimbangan diperoleh dari persamaan (4) dimana nilai suhu dan kelembaban relatif yang digunakan diperoleh dari pembacaan oleh sensor SH11 dan SH75. Penulisan program sistem kendali disusun dalam bahasa C yang terdiri dari tiga modul (subprogram). Modul pertama adalah modul akuisisi data, dimana modul ini digunakan untuk penulisan dan pembacaan sensor SH11 dan SH75. Modul kedua adalah modul yang digunakan untuk menghitung Me berdasarkan persamaan (4) dan penentuan lebar pulsa sebagai tingkat kecepatan putar kipas. Sedangkan modul yang ketiga adalah modul yang digunakan untuk sistem pengendalian kipas berdasarkan lebar pulsa yang telah ditentukan pada modul kedua. Secara umum modul pertama dan kedua disebut bagian akuisisi data sedangkan modul ketiga disebut bagian pengendalian. 19
Mulai Lingk, RH Lingk, Atas, RH Atas Bawah, RH Bawah Hitung M Ambien, M Bawah, M Atas M ambien >M atas M ambien <M bawah 0.8 M M M M 1 Off On (max) On (V 5 ) 0.6 M M 0.8 On (V 4 ) 0.4 M M 0.6 On (V 3 ) 0.2 M M 0.4 On (V 2 ) 0 M M 0.2 On (V 1 ) Kadar air 14% Sistem pengendalian diteruskan Off Selesai Gambar 12. Strategi pengendalian 20
G. MEODE PENGAMBILAN DAA Pada penelitian ini, jagung pipilan yang ingin dikeringkan dicurah ke dalam bak pengering (diameter x tinggi yaitu 19.5 cm x 100 cm) dengan beban ±22.5kg. Adapun data yang diukur selama proses pengeringan meliputi: 1. Suhu Udara itik pengukuran suhu udara meliputi suhu lingkungan dan suhu tumpukan jagung pipilan seperti terlihat pada Gambar 13. Pengukuran suhu udara dilakukan dengan termokopel tipe CC setiap 30 menit. 2. Kelembaban Relatif (RH) Udara Pada penelitian ini terdapat dua titik pengukuran RH yaitu RH lingkungan dan RH tumpukan jagung paling atas seperti terlihat pada Gambar 13. Pengukuran RH dilakukan dengan menggunakan termokopel bola basah dan termokopel bola kering tipe CC setiap 30 menit. 3. Daya, egangan dan Arus Listrik Pengukuran daya, tegangan dan arus yang digunakan untuk memutar kipas selama proses pengeringan diukur dengan menggunakan Watt meter. Waktu pengukuran daya, tegangan dan arus dilakukan setiap 30menit hingga pengeringan selesai. 4. Kecepatan aliran udara erdapat dua titik pengukuran kecepatan aliran udara yaitu pada aliran udara masuk (inlet) dan pada aliran udara setelah melewati tumpukan jagung lapisan atas seperti terlihat pada Gambar 13. Adapun pengukuran kecepatan aliran udara tersebut dilakukan dengan menggunakan anemometer setiap 30menit. 5. Kadar air bahan erdapat tiga titik pengukuran kadar air bahan yaitu bagian bawah, tengah dan atas (Gambar 13). Pengukuran kadar air bahan dilakukan dengan menggunakan Grain Moisture Meter dengan interval waktu 1.5 jam hingga kadar air akhir mencapai 12-14%b.b. itik pengukuran termokopel bola basah dan bola kering itik pengukuran suhu tumpukan itik pengukuran SH11 itik pengukuran SH75 itik pengukuran kecepatan angin setelah melewati tumpukan (outlet) itik pengukuran SH75 itik pengambilan sample kadar air itik pengukuran kecepatan angin yang masuk (intlet) Udara masuk itik pengukuran termokopel bola basah dan bola kering Gambar 13. Letak titik-titik pengukuran data 21
H. PENGOLAHAN DAA 1. Kadar Air Jagung Kadar air jagung selama proses pengeringan dihitung dengan menggunakan persamaan (1) dan (2). 2. Kadar air keseimbangan Nilai kadar air keseimbangan dihitung dengan menggunakan persamaan (4) 3. Kelembaban Mutlak. (8) keterangan: H = Kelembaban mutlak (g uap/ kg u.k) Pv = ekanan uap Patm = ekanan atmosfir 4. Laju pengeringan Laju pengeringan dapat dihitung menggunakan persamaan (5) 5. Energi listrik Q = P x t Keterangan : Q P t = Energi listrik untuk mengerakan kipas (mj) = Daya listrik (Watt) = Waktu pengeringan 6. Konsumsi energi spesifik KES =. (9) Keterangan : KES = Konsumsi energi spesifik (kj/kg uap air) Q = Energi listrik untuk menggerakan kipas (Watt) muap = Massa air jagung yang menguap (kg) 22