PERANCANGAN DAN PENGUJIAN ALAT PENGERING KOPRA DENGAN TIPE CABINET DRYER UNTUK KAPASITAS 6 kg PER-SIKLUS Tugas Akhir Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik AHMAD QURTHUBI ASHSHIDDIEQY NIM. 050401088 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kepada Allah SWT atas segala karunia yang telah diberikan-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Salawat dan salam kepada Rasulullah SAW sebagai teladan umat. 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 PengujianAlat Pengering Kopra Dengan Tipe Cabinet Dryer Untuk Kapasitas 6 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. 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,masril Amiruddin dan Nurbaiti Ibrahim, 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, Ahmad Qurthubi Ashshiddieqy
ABSTRAK Proses pengeringan merupakan salah satu bentuk penanganan produk pertanian pasca panen dengan tujuan untuk menurunkan kadar air produk pertanian tersebut sehingga secara tidak langsung akan menghambat pertumbuhan mikroorganisme sekaligus menunda pembusukan. Proses pengeringan produk pertanian di Indonesia pada umumnya masih dilakukan secara tradisional sehingga amat bergantung pada matahari sebagai sumber energi utamanya. Atas dasar ini, diperlukan sebuah alat pengering yang dapat membantu petani melakukan proses pengeringan tanpa banyak tergantung pada kondisi cuaca yang saat ini cenderung tidak stabil. Pada tugas akhir ini saya mengusulkan suatu rancangan alat pengering produk pertanian dengan menggunakan minyak tanah dan kayu bakar sebagai pengganti energi matahari. Alat yang dirancang adalah tipe Cabinet Dryer yang dapat digunakan secara siklus. Sebagai produk yang dikeringkan saya memilih kopra. Setelah dipanen, umumnya kadar air yang dikandung kopra adalah sekitar 50-55 % berat yang diturunkan hingga sesuai dengan Standar Nasional Indonesia, yakni menjadi 5-6 % berat Alat pengering ini dirancang dengan menggunakan kopra sebagai produk yang dikeringkan dengan kapasitas yang direncanakan sebesar 6 kg per siklus. Setelah dirancang alat ini diuji dengan menggunakan produk dan kapasitas yang sama dengan rancangan. 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 kopra 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 untuk saat ini lebih baik dari pada dengan menggunakan minyak tanah dari segi biaya, meskipun waktu pengeringan dengan bahan bakar kayu bakar menjadi lebih lama jika dibandingkan dengan minyak tanah.
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBARAN PENGESAHAN DOSEN PEMBIMBING LEMBARAN PENGESAHAN DOSEN PEMBANDING SPESIFIKASI TUGAS LEMBARAN EVALUASI SEMINAR TUGAS AKHIR KATA PENGANTAR ABSTRAK DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR NOTASI BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Tujuan... 2 1.3. Manfaat Perancangan... 2 1.4. Batasan Masalah... 2 1.5. Sistematika Penulisan... 3 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kopra... 4 2.2. Proses Pengeringan... 5 2.2.1.Pengeringan Dengan Cara Alami... 5 2.2.2. Pengerigan Dengan Udara Panas... 6 2.2.3. Pengeringan Dengan Uap Air... 6 2.3. Cabinet Dryer... 8 2.4. Standar Mutu Kopra... 9 2.5. Perhitungan Kadar Air... 11 2.6. Perhitungan Kebutuhan Energi Selama Proses Pengeringan... 12 2.7. Perhitungan Kebutuhan Bahan Bakar yang Digunakan... 15 2.8. Perhitungan Analisis Titik Impas... 15 BAB 3. PERANCANGAN ALAT PENGERING 3.1.Data Kopra... 16 3.2. Penentuan Dimensi Alat Pengering... 16 3.3. Prinsip Kerja Alat... 24 3.4. Material yang Digunakan Dalam Perancangan Alat Pengering... 26 3.4. Pelaksanaan Perancangan Alat Pengering... 27 BAB 4. PERANCANGAN ALAT PENGERING 4.1.Tempat dan Waktu... 28 4.2. Alat... 28
4.3. Bahan... 34 4.4. Prosedur Pengujian... 35 4.5. Pengaturan Eksperimental... 37 4.5.1. Perkiraan Toatal Energi yang Dibutuhkan per Jam... 38 4.5.2.Perkiraan Kebutuhan Air yang Dibutuhkan per Siklus... 43 4.5.3.Perkiraan Kebutuhan Bahan Bakar yang Dibutuhkan per Jam... 44 4.5.3 Setting Alat Ukur... 45 4.6.Variabel yang Diamati... 45 4.1.Pelaksanaan Penelitian... 45 BAB 5. DATA DAN ANALISA 5.1.Data Hasil Pengujian... 47 5.1.1. Lama Waktu Pengeringan... 47 5.1.2.Distribusi Suhu Pada Masing-Masing Tray... 48 5.1.3.Kebutuhan Air Selama Proses Pengeringan... 48 5.2. Analisa Data Hasil Pengujian... 51 5.2.1. Perhitungan Kadar Air Kopra... 51 5.2.2. Kadar Air Kopra Dengan Bahan Bakar Kayu Bakar... 52 5.2.3. Kadar Air Kopra Dengan Bahan Bakar Minyak Tanah... 54 5.3. Perhitungan Total Energi Pengeringan Per Siklus... 56 5.3.1Perhitungan Total Energi Pengeringan Dengan Bahan Bakar Minyak Tanah... 57 5.3.1Perhitungan Total Energi Pengeringan Dengan Bahan Bakar Kayu Bakar... 67 5.4. Perhitungan Kebutuhan Bahan Bakar Per Siklus... 76 5.4.1. Kebutuhan Bahan Bakar Kayu Bakar... 77 5.4.2. Kebutuhan Bahan Bakar Minyak Tanah... 77 5.5. Analisa Biaya Penggunaan Alat Pengering Per Siklus... 78 5.5.1. Analisa Biaya Penggunaan Alat Pengering Dengan Bahan Bakar Minyak Tanah... 78 5.5.2. Analisa Biaya Penggunaan Alat Pengering Dengan Bahan Bakar Kayu Bakar... 81 5.5.3. Perbandingan Biaya Berdasarkan Biaya yang Digunakan... 84 5.6. Total Perbandingan Bahan Bakar Minyak Tanah Dengan Kayu Bakar... 85 5.6.1. Perbandingan Bahan Bakar Minyak Tanah Dengan Kayu Bakar dengan massa yang sama... 85 5.6.2. Perbandingan Bahan Bakar Minyak Tanah Dengan Kayu Bakar dari Hasil Pengujian... 87 BAB 6. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan... 89 6.2. Saran... 91 DAFTAR PUSTAKA... 92 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Tabel 2.1.Standar Nasional Indonesia Mixed Kopra... 9 Tabel 2.2. Kelas mutu Kopra dalam perdagangan kopra di beberapa Negara... 10 Tabel 2.3. Standar mutu kopra (APCC, 2006)... 11 Tabel 3.1.Material yang Diperlukan Untuk membuat Alat Pengering...... 26 Tabel 5.1.Berat kopra tiap tray selama pengeringan berlangsung... 47 Tabel 5.2. Berat kopra tiap tray selama pengeringan berlangsung... 48 Tabel 5.3.Kadar air (%) kopra kering menggunakan bahan bakar kayu bakar... 53 Tabel 5.4. Kadar air kopra kering (%) menggunakan bahan bakar minyak tanah... 55 Tabel 5.5.Total biaya produksi untuk pengeringan kopra per siklus... 80 Tabel 5.6.Total biaya produksi untuk pengeringan kopra per siklus... 82 Tabel 5.7.Perbandingan analisa biaya antara minyak tanah dengan kayubakar... 85 Tabel 5.8.Perbandingan Analisa Biaya Antara Minyak Tanah dengan Kayu Bakar untuk Pemakaian Massa Bahan Bakar yang Sama... 86 Tabel 5.9.Perbandingan alat pengering berdasarkan bahan bakar yang digunakan untuk Pemakaian Massa Bahan Bakar yang Sama... 86 Tabel 5.10.Perbandingan alat pengering berdasarkan bahan bakar yang digunakan selama pengeringan berlangsung... 87
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1.Skema sistem pengering udara panas... 6 Gambar 2.2.Skema sistem pengering uap panas... 8 Gambar3.1.Ruang bahan pengeringanyang dirancang...... 17 Gambar 3.2.Bentuk Tray yang dirancang...... 20 Gambar 3.3.Pola aliran udara yang terjadi...... 20 Gambar 3.4.Heater yang dirancang...... 22 Gambar 3.5.Ruang bahan bakaryang dirancang...... 22 Gambar 3.6.Cabinet Dryer tipe tray dryer... 23 Gambar 3.7.Alat pengering yang dirancang... 22 Gambar 3.8.Laju aliran panas pengeringan dengan uap air... 25 Gambar 3.9.Diagram alir pelaksanaan perancangan... 24 Gambar 4.1.Alat pengering yang digunakan... 28 Gambar 4.2.Heater... 29 Gambar 4.3. Thermocouple Thermometer... 30 Gambar 4.4.Thermo Anemometer... 31 Gambar 4.5.Relative Humidity Meter... 32 Gambar 4.6.Thermometer... 33 Gambar 4.7.Kompor... 33 Gambar 4.8.Timbangan... 34 Gambar 4.9.Kayu Bakar... 34 Gambar 4.10.Kopra yang akan dikeringkan... 35 Gambar 4.11.Neraca kesetimbangan energi... 37 Gambar 4.12.Diagram proses pemanasan air... 43 Gambar 4.13.Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian... 46 Gambar 5.1.Grafik distribusi suhu tiap tray untuk bahan bakar minyak tanah... 49 Gambar 5.2. Grafik distribusi suhu tiap tray untuk bahan bakar kayu bakar... 49 Gambar 5.3.Grafik kadar air kopra kering tiap tray minyak tanah vs kayu bakar... 50 Gambar 5.4.Grafik kadar air kopra kering tiap tray bahan bakar kayu bakar... 53 Gambar 5.5. Grafik kadar air kopra kering tiap tray bahan bakar minyak tanah... 55 Gambar5.6.Grafik kadar air kopra kering tiap tray minyak tanah vs kayu bakar... 56 Gambar 5.7. Grafik Break Even Point pengeringan kopra bahan bakar kayu... 84
Gambar 5.8. Grafik perbandingan analisa biaya minyak tanah vs kayu bakar... 85 Gambar 5.9. Grafik Analisa Alat Pengering Minyak tanah vs Kayu Bakar... 87 Gambar 5.10. Grafik Kebutuhan perbandingan energi minyak tanah vs kayu bakar. 88
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.kopra Panas jenis kopra kj/kg o C c p.udara Panas jenis udara basah kj/kg. o C h fg Panas laten penguapan air kj/kg k r Koefisien pindahan panas karet isolasi W/m. o C k w Koefisien pindahan panas dinding W/m. o C NKB Nilai Kalor Bahan Bakar kj/kg q lw Aliran energi melalui dinding box pengering kj/jam q kv Aliran energi konveksi dalam box pengering kj/jam q lv Aliran energi melalui saluran pembuangan kj/jam Q d Kebutuhan energi untuk pengeringan kopra kj Q kv Energi total konveksi dalam box pengering kj Q l Kebutuhan energi penguapan air kopra kj Q lv Energi total melallui saluran pembuangan kj Q lw Energi yang hilang melalui dinding box pengering kj Q t Kebutuhanenergi pemanasan kopra per jam kj/jam Q T Total energi yang dibutuhkan untuk mengeringkan kopra per siklus kj Q w Kebutuhan energi pemanasan air kopra kj RHd Kelembaban relative udara pengering rata-rata % RHa Kelembaban relative udara luar % t Lama pengeringan jam T Temperatur T a T d Temperatur awal kopra Temperatur udara pengering u Kecepatan udara pengering diantara kopra m/s U Koefisien perpindahan panas menyeluruh W/m 2. o C wf Kadar air kopra kering % W kb Berat kopra basah kg o C o C o C
W kk Berat kopra kering kg W i Berat air kopra awal kg W f Berat kandungan air kopra akhir kg W r Berat air yang dipindahkan kg x w Tebal plat dinding m x r Tebal karet isolasi m ρ ar Massa jenis uap 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