PENGERING RESIRKULASI
BAKAR CAMPURAN MINYAK JARAK DENGAN MINYAK TANAH
TOTOK PRASETYO
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2009
Penguji pada Ujian Tertutup : Dr. Dyah Wulandani, STP, M.Si
Penguji pada Ujian Terbuka : Dr. Adhi S. Soembagijo, MSME Dr.Ir.Irzaman, M.Si
Nama : Totok Prasetyo NIM : F161030031
Disetujui Komisi Pembimbing
Prof.Dr. Kamaruddin Abdullah,MSA Prof. Dr.Ir.I Made K.D, Dipl-Ing
Ketua Anggota
Prof.Dr.Ir. Armansyah H.Tambunan,M.Sc Dr.Leopold O Nelwan, STP,M.Si
Anggota Anggota
Diketahui,
Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana
Ilmu Keteknikan Pertanian
Prof.Dr.Ir.Armansyah H.Tambunan,M.Sc Prof.Dr.Ir.KhairilA.Notodiputro, MS
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat, karunia dan ridho-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan dan penelitian serta penulisan disertasi dengan judul “Kajian Pengering Gabah Tipe Resirkulasi Menggunakan Konveyor Pneumatik dan Bahan Bakar Campuran Minyak Jarak dengan Minyak Tanah”.
Dalam penyelesaian disertasi ini penulis banyak mendapatkan bimbingan, arahan, dan koreksi konstruktif dari komisis pembimbing. Oleh karena itu, ucapan terimakasih dan penghargaan yang sebesarnya dan setulusnya penulis sampaikan kepada komisi pembimbing : Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah,MSA (ketua), Prof.Dr.Ir. I Made Kartika Dhiputra , Dipl-Ing, Prof.Dr.Ir.Armansyah H. Tambunan,M.Sc, dan Dr. Leopold Oscar Nelwan,STP,M.Si (masing-masing sebagai Anggota), serta kepada Dr. Dyah Wulandani,STP,M.Si sebagai penguji luar pada ujian tertutup, Dr. Adhi S. Soembagijo,MSME dan Dr.Ir.Irzaman,M.Si sebagai penguji luar pada ujian terbuka.
Penelitian disertasi ini sebagian besar didanai oleh Hibah Penelitian Tim Pascasarjana (HPTP) 2004-2006, karenanya penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah,MSA selaku ketua tim, Prof. Dr.Ir.Armansyah H. Tambunan, M.Sc, dan Dr.Ir. A.Harsono Soepardjo yang telah bersedia menerima penulis bergabung dalam penelitian HPTP. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Dr.Ir.Yogi S.G,MT, Dr.Ir. M.Saiful,M.Si, Dr.Ir. Yulianingsih, MT, Ir. Kudrat Sunandar, MT atas kebersamaan dan kerjasama selama bersama-sama di HPTP.
Terima kasih pula penulis sampaikan kepada:
1. Rektor IPB, Dekan Sekolah Pascasarjana IPB, Dekan Fakultas Teknologi Pertanian IPB, Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Sekolah Pascasarjana IPB, atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan program Doktor (S3) di IPB. Tak lupa pula staf pengajar dan pegawai yang ada di lingkup Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, atas segala ilmu pengetahuan dan bantuan yang telah diberikan selama penulis menempuh pendidikan di IPB.
kepada penulis untuk mengikuti program Doktor (S3) di IPB. 3. Dirjen DIKTI yang telah memberikan dukungan dana melalui BPPS. 4. Ayahanda Drs.H.Soedarsono dan Ibunda Djariah (alm) atas asuhan, didikan
dan kasih sayang, doa restu yang tulus, dorongan semangat dan motivasi agar ananda selalu tabah dan tegar menghadapi segala kesulitan selama menempuh pendidikan di IPB.
5. Istriku tercinta Umining Kadaryati dan anak-anakku tersayang Hertyaning Prasetyo dan Tommy Muhammad Prasetyo, atas doa, dorongan dan kesabaran, pengorbanan dan kebersamaan dalam penantian, serta seluruh keluarga besar Soedarsono atas segala dorongan semangat dan motivasinya. 6. Rekan-rekan staf pengajar Politeknik Negeri Semarang, atas doa dan
dukungannya.
7. Staf Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Pak Harto, Mas Firman, Mas Darma, Pak Parma, juga Mbak Via atas segala bantuan dan kemudahan fasilitas yang diberikan selamapenulis melaksanakan penelitian di laboratorium.
8. Rekan-rekan di Perwira 6 (mbak Nia, mbak Banun, Pak Cahyo, Mas Marno dll) atas jalinan persaudaraan dan kerjasama yang sangat baik selama ini, mas Renato dan mas Zali atas bantuannya.
Penulis mendoakan semoga Allah SWT memberikan limpahan rahmat dan karunia-Nya kepada semuanya. Akhirnya penulis berharap semoga disertasi ini memberikan manfaat bagi yang memerlukannya. Amiin ya Rabbal A’lamin
Bogor, Januari 2009
Penulis dilahirkan di Temanggung, Jawa Tengah pada tanggal 27 April 1962 dari Bapak Drs.H. Soedarsono AS dan Ibu Djariah (almarhum), merupakan putra keempat dari tujuh bersaudara. Pada tanggal 12 September 2004 penulis menikah dengan Umining Kadaryati dan dikaruniai dua anak yaitu Herthyaning Prasetyo dan Tommy Muhammad Prasetyo.
Pada tahun 1982 penulis diterima sebagai mahasiswa D III Politeknik Universitas Diponegoro Semarang Jurusan Teknik Mesin dan menyelesaikan studi pada September 1985, selanjutnya penulis mendapat kesempatan pendidikan S1 di Hudersfield Polytechnic Inggris pada jurusan Teknik Mesin dari tahun 1986 dan selesai pada tahun 1989, Pada tahun 1999 penulis mengikuti pendidikan S2 di Universitas Indonesia pada Jurusan Teknik Mesin, konsentrasi Konversi Energi, yang di selesaikan pada Februari 2002. Selanjutnya, sejak Agustus 2003 penulis diterima sebagai mahasiswa program S3 di Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia dalam bentuk beasiswa BPPS.
Penulis adalah staf pengajar pada Program Studi Teknik Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang mulai tahun 1989 sampai sekarang.
Karya Ilmiah yang berjudul Unjuk Kerja Penukar Panas Untuk Pengering, telah dipresentasikan pada International Seminar on Advanced Agricultural Engineering and Farm Work Operation di Bogor pada tanggal 25-26 Agustus 2004. Karya ilmiah bersama Prof.Dr. Kamaruddin Abdullah berjudul Recirculation Dryer Using hybrid GHE solar dryer telah disajikan pada International Conference on Renewable Energy for Sustainable Development in the Asia Pasific Region, di Perth, Australia, 4–7 February 2007. Sebuah artikel berjudul Pengaruh waktu pengeringan dan tempering terhadap mutu beras pada pengeringan gabah lapisan tipis telah diterbitkan pada Jurnal Ilmiah Semesta Teknika Volume.11.No.1, Mei 2008 (terakreditasi Dirjen Dikti N0 : 26/DIKTI/Kep/2005).
Seminar on Advanced Agricultural Engineering and Farm Work Operation Volume II (ISBN : 979-96105-2-4). Artikel lain berjudul Simulasi Pengering Gabah tipe Resirkulasi menggunakan konveyor pneumatik akan diterbitkan pada Jurnal Ilmiah Forum Pascasarjana IPB Vol. 32 No. 1, Januari 2009 (in press). Karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari program S3 penulis.
.
Halaman
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 6
1.3 Tujuan Penelitian ... 7
1.4 Manfaat Penelitian ... 8
1.5 Ruang Lingkup dan Outlne disertasi ... 8
2 ANALISIS PEMANFAATAN MINYAK JARAK SEBAGAI BAHAN
BAKAR UNTUK PROSES TERMAL 2.1 Pendahuluan ... 11 2.1.1 Latar Belakang ... 11 2.1.2 Tujuan Penelitian ... 12 2.2 Tinjauan Pustaka ... 13 2.2.1 Minyak Jarak ... 13 2.2.2 Teori Pembakaran ... 15
2.2.3 Ikatan polar dan non polar ... 17
2.2.4 Perkembangan kompor minyak jarak ... 19
2.2.5 Pendekatan disain kompor minyak jarak ... 21
2.3 Bahan dan Metode ... 21
2.3.1 Waktu dan Tempat ... 21
2.3.2 Bahan ... 22
2.3.3 Alat ... 22
2.3.4 Prosedur Percobaan ... 23
2.4 Hasil dan Pembahasan ... 24
2.4.1 Pengujian Kekentalan terhadap temperatur ... 24
2.4.2 Waktu pemanasan awal ... 27
2.4.3 Waktu untuk mencapai api biru ... 29
2.4.4 Konsumsi bahan bakar dan waktu yang diperlukan untuk mendidihkan 1 liter air ... 30
2.5 Kesimpulan ... 32
3 ANALISISI WAKTU PENGERINGAN DAN TEMPERING TERHADAP MUTU BERAS PADA PENGERINGAN GABAH LAPISAN TIPIS 3.1 Pendahuluan ... 34
3.1.1 Latar Belakang ... 34
3.2 Tinjauan Pustaka ... 35
3.2.1 Anatomi Gabah ... 35
3.2.2 Karakteristik Fisik Gabah ... 36
3.2.3 Karakteristik Fisik Beras ... 38
3.2.4 Sifat Termofisik Bahan ... 41
3.2.5 Proses Pengeringan ... 44
3.3 Bahan dan Metode ... 45
3.3.1 Bahan ... 45
3.3.2 Alat ... 45
3.3.3 Analisis Data ... 46
3.3.4 Prosedur Percobaan ... 47
3.4 Hasil dan Pembahasan ... 48
3.4.1 Temperatur dan waktu pengeringan ... 48
3.5 Kesimpulan dan Saran ... 53
4 DISAIN DAN SIMULASI PENGERING GABAH TIPE RESIRKULASI MENGGUNAKAN KONVEYOR PNEUMATIK 4.1 Pendahuluan ... 55 4.1.1 Latar Belakang ... 55 4.1.2 Tujuan ... 57 4.2 Tinjauan Pustaka ... 57 4.2.1 Metode Pengeringan ... 57
4.2.2 Persamaan Pengeringan Teoritis ... 61
4.2.3 Perkembangan Pengering Resirkulasi ... 65
4.2.4 Konveyor Pneumatik ... 67
4.2.5 Model Matematika ... 74
4.2.6 Persamaan Keseimbangan Massa ... 75
4.2.7 Persamaan Keseimbangan Energi ... 75
4.2.8 Persamaan Laju Pindah Panas ... 76
4.2.9 Persamaan Laju Pengeringan ... 76
4.3 Bahan dan Metode ... 79
4.3.1 Waktu dan Tempat ... 79
4.3.2 Bahan dan Alat ... 79
4.3.3 Prosedur Percobaan ... 81
4.3.4 Kalibrasi Pengukuran Kadar Air ... 83
4.4.4 Hasil dan Pembahasan ... 83
4.4.1 Hasil Disain ... 83
4.4.2 Kurva Pengeringan antara Simulasi dan Percobaan ... 84
4.4.3 Pengaruh Waktu Tempering terhadap beras kepala ... 88
4.4.4 Distribusi Temperatur Udara Pengering Masuk dan Keluar ... 88
4.4.5 Perubahan Temperatur Bahan ... 91
4.4.6 Penurunan Tekanan ... 92
5 ANALISIS BIAYA PENGERINGAN GABAH MENGGUNAKAN PENGERING RESIRKULASI
5.1 Pendahuluan ... 95
5.2 Tinjauan Pustaka ... 96
5.2.1 Kajian Finansial ... 97
5.2.2 Analisis Data ... 101
5.3 Hasil dan Pembahasan ... 102
5.3.1 Biaya Investasi ... 102
5.3.2 Biaya Tetap ... 103
5.3.3 Biaya Tidak Tetap ... 103
5.3.4 Biaya Pokok Pengeringan ... 104
5.3.5 Analisis Titik Impas ... 104
5.3.6 Analisis Kelayakan Finansial Usaha Pengeringan Gabah ... 104
5.3.7 Analisis Sensitivitas ... 105
5.4 Kesimpulan ... 108
6 PEMBAHASAN UMUM ... 110
7 KESIMPULAN DAN SARAN ... 113
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Kehilangan gabah ... 3
2 Kandungan asam lemak minyak jarak ... 13
3 Sifat fisik minyak jarak ... 15
4 Kekentalan campuran terhadap suhu ... 25
5 Percobaan dengan menggunakan minyak tanah ... 30
6 Percobaan minyak jarak : minyak tanah (1:1) ... 30
7 Percobaan minyak jarak : minyak tanah (3:2) ... 30
8 Percobaan minyak jarak : minyak tanah (3:1) ... 30
9 Sub-tipe gabah berdasarkan perbandingan panjang terhadap lebar beras pecah kulit ... 35
10 Data gabah yang digunakan dalam percobaan ... 47
11 Data hasil pengeringan gabah Ciherang ... 47
12 Pengaruh suhu dan waktu pengeringan terhadap penurunan kadar air .... 48
13 Pengaruh waktu tempering terhadap rendemen beras kepala ... 48
14 Parameter model pengeringan untuk gabah ... 63
15 Jenis bahan dan konstanta berdasarkan ukuran bahan α ... 67
16 Hubungan massa jenis tumpukan dan kecepatan udara pembawa ... 68
17 Perhitungan penurunan tekanan udara tanpa bahan ... 72
18 Sifat termofisik gabah ... 78
19 Beras kepala terhadap waktu tempering ... 85
20 Unjuk kerja alat secara umum ... 90
22 Analisis sensitivitas kenaikan upah operator ... 103
23 Analisis sensitivitas penurunan rata-rata jumlah gabah
yang dikeringkan per hari ... 104
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Diagram Alir Penelitian ... 10
2 Bagan proses pembuatan minyak jarak ... 14
3 Struktur penyebaran api laminer ... 16
4 Ikatan kimia air ... 18
5 Ikatan kimia karbon dioksida ... 18
6 Skala Paulin... 19
7 Bagian buah jarak pagar ... 20
8 Modifikasi pipa saluran minyak ... 22
9 Kompor tekan yang telah dimodifikasi ... 23
10 Hubungan kekentalan & temperatur ... 26
11 Keadaan minyak tanah, minyak jarak dan campuran, diambil pada tanggal 25 Oktober 2008 ... 26
12 Keadaan minyak tanah, minyak jarak dan campuran, diambil pada tanggal 30 Oktober 2008 ... 27
13 Proses pemanasan awal ... 28
14 Waktu pemanasan awal ... 28
15 Proses pencapaian api stabil (Api biru) ... 29
16 Waktu yang diperlukan untuk mencapai api biru ... 29
17 Waktu yang diperlukan untuk mendidihkan air 1 liter ... 31
18 Konsumsi minyak yang diperlukan untuk mendidihkan air 1 liter ... 32
19 Struktur fisik butiran gabah... 36
21 Skematik alat percobaan ... 46
22 Rendemen beras kepala terhadap lama pengeringan dan tempering untuk gabah varietas Ciherang dengan kadar air awal 22.92 % basis basah. dengan suhu udara pengering 50 0 C...51
23 Rendemen beras kepala terhadap lama pengeringan dan tempering untuk gabah varietas Ciherang dengan kadar air awal 23.13 % basis basah. dengan suhu udara pengering 60 0 C...52
24 Sistem pengering resirkulasi ... 56
25 Klasifikasi pengering ... 59
26 Deretan pengering resirkulasi ... 66
27 Ilustrasi pengering cross-flow ... 74
28 Elemen volume untuk proses pengeringan cross flow ... 74
29 Grid finite difference untuk persamaan pengering resirkulasi cross-flow ... 77
30 Titik pengukuran pengering resirkulasi ... 80
31 Mekanisme kerja mesin pengering ... 82
32 Kalibrasi pengukuran kadar air ... 83
33 Alat pengering gabah resirkulasi hasil disain ... 84
34 Kurva penurunan kadar air antara percobaan dan simulasi untuk kadar air awal 23.5 % ... 85
35 Kurva penurunan kadar air antara percobaan dan simulasi untuk kadar air awal 22.3 % ... 86
36 Distribusi kadar air di dalam ruang pengering hasil simulasi pada waktu pengeringan 11.8 menit, dengan kadar air awal 23.5 % ... 87
37 Distribusi kadar air di dalam ruang pengering hasil simulasi pada waktu pengeringan 303 menit, dengan kadar air awal 23.5 % ... 87
38 Distribusi temperatur di dalam ruang pengering hasil simulasi pada waktu pengeringan 11.8 menit, dengan kadar air awal 23.5 % ... 89
39 Distribusi temperatur di dalam ruang pengering hasil simulasi pada waktu pengeringan 446.2 menit, dengan kadar air awal 23.5 % ... 89