III. OPTIMISASI BIAYA KONSTRUKSI DAN OPERAS
3.5. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.5.1. Validasi Perhitungan Optimisasi Biaya Konstruksi Pengering ERK
Model optimisasi diuji menggunakan data masukan dari percobaan lapang. Output model dan hasil percobaan lapang dinyatakan dalam Tabel III-1. Pada tabel output di dalam Tabel III-1, terjadi beberapa perbedaan antara pengukuran lapang dengan hasil perhitungan optimisasi. Daya kipas yang digunakan dalam percobaan adalah mengacu pada daya kipas hasil optimisasi. Di lapang, tidak mudah mencari kipas dengan daya 244 W, untuk itu digunakan daya kipas dengan nilai daya di atas daya hasil simulasi. Kipas yang digunakan dalam percobaan ada dua buah, yaitu kipas dengan diameter 1 m terletak di atas rak pengering dengan daya 200 W (disebut sebagai kipas tengah) dan kipas di depan inlet berdiameter 20 cm dengan daya 60 W (disebut sebagai kipas bawah).
Pada percobaan lapang perbedaan waktu pengeringan terjadi pada setiap rak, namun perbedaan ini tidak terlalu besar. Dalam optimisasi suhu diasumsikan konstan, sedangkan dalam percobaan di lapang, suhu tidak selalu konstan. Dalam perhitungan optimisasi, kondisi dianggap seragam, sehingga didapatkan satu nilai waktu. Pada ketiga percobaan waktu pengeringan hasil perhitungan optimisasi hampir mendekati waktu rata-rata percobaan, terutama pada percobaan 3.
Perbedaan yang terjadi karena suhu dan RH yang diberikan dalam input adalah hasil rata-rata dari seluruh udara pengeringan di atas rak-rak dalam alat pengering ERK. Kenyataan yang terjadi di lapang, bahwa suhu pengeringan tidak selalu konstan, terutama pada siang hari, akibat radiasi surya yang tidak konstan.
Pengering ERK dimodifikasi berdasarkan perhitungan optimisasi dengan menggunakan suhu 45oC dan kecepatan udara di atas rak pengering 0.04 m/dt pada tingkat radiasi surya 500 W/m2. Pengeringan berlangsung selama 50 jam dari kadar air awal 72.8 % hingga 12 % bb. Berdasarkan perhitungan optimisasi tersebut diperoleh harga alat sebesar Rp 10.122.904,- dengan luas bangunan pengering 13 m2, luas plat absorber 5.12 m2, luas rak 7.84 m2 dan daya kipas 247 W. Luas pipa penukar panas 1.2 m2 dan laju bahan bakar 1.1 kg arang kayu per jam (Lampiran III-2). Nilainya masih cukup dekat dengan biaya konstruksi yang dihasilkan dari perhitungan optimisasi pada ketiga percobaan.
Tabel III-1. Performansi pengering ERK berdasar hasil perhitungan optimisasi dan pengujian lapang.
No. Parameter Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3
Pengukur- an lapang Optimi- sasi Pengukur- an lapang Optimi- sasi Pengukur- an lapang Optimi- sasi 1 Suhu (oC) 42.5 42.5 39.6 39.6 48.4 48.447.4 2 Radiasi surya (W/m2) 538 538 483 483 310 310 3 Kecepatan udara di atas tumpukan rak (m/dt) 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 4 RH (%) 52 52 57 57 48 48 5 Kadar air awal (% bb) 68.4 68.4 72 72 72.8 72.8 6 Kadar air akhir (% bb) 11.8 12 10.7 12 11 12 7 Daya Kipas (W) 260 249 260 251.4 260 244 8 Waktu pengeringan rata-rata (jam) 51 56.1 61 73.4 45 39.7 9 Biaya Konstruksi (Rp) 10.460.000 10.415.781 10.460.000 10.076.063 10.460.000 10.714.609
Pada percobaan 2, biaya konstruksi hasil optimisasi paling rendah, disebabkan oleh kebutuhan akan luas pipa penukar panas dan laju bahan bakar rendah untuk mendapatkan suhu 39.6oC dengan tingkat radiasi cukup besar, yaitu 483 W/m2. Pada percobaan 3, biaya konstruksi optimum lebih besar dibandingkan percobaan 1 dan 2, karena dibutuhkan bahan bakar yang lebih
banyak dan peningkatan luas pipa penukar panas untuk mempertahankan suhu 48.4oC dengan kondisi radiasi yang rendah yaitu 310 W. Data dan hasil perhitungan optimisasi dengan menggunakan data percobaan 1, 2 dan 3 disajikan pada Lampiran III-3, Lampiran III-4 dan Lampiran III-5.
3.5.2. Pengaruh Kapasitas terhadap Biaya Konstruksi Pengering ERK
Perhitungan optimisasi menghasilkan data performansi pengeringan ERK dan biaya konstruksi optimum. Dalam penelitian ini hasil perhitungan optimisasi dibuat dalam delapan skenario hasil yang dinyatakan dalam Lampiran III-6 sampai Lampiran III-12. Ke delapan skenario hasil perhitungan optimisasi tersebut merupakan contoh hasil perhitungan keluaran dari model untuk beberapa kasus dengan perlakuan perubahan massa, suhu dan kecepatan. Model optimisasi ini dapat digunakan untuk mendapatkan biaya konstruksi pada berbagai masukan data yang berbeda sesuai dengan kondisi lokasi, cuaca, iklim atau sifat termofisik komponen penyusun sesuai dengan yang diinginkan pengguna.
Tabel III-2 merupakan hasil yang dihitung pada kondisi suhu 50oC, diberikan 3 skenario hasil pada kondisi massa yang berbeda. Pada hasil tersebut biaya konstruksi pengering ERK untuk cengkeh meningkat dengan bertambahnya kapasitas cengkeh yang dikeringkan.
Pada skenario 1 (Lampiran III-6), untuk mengeringkan cengkeh sebanyak 141 kg (± 0.1 ton) dibutuhkan biaya konstruksi pengering ERK sebesar Rp 5.895.000,- terdiri dari biaya komponen dinding, rangka dan rak sebesar Rp 4.867.000,- untuk luas bangunan 2.5 m x 2.5 m (= 6.25 m2) dan luas masing-masing rak 2.89 m2, ada 8 tingkat rak dengan jarak antar rak sebesar 20 cm. Biaya kipas dengan daya 90 W sebesar Rp 192.300,- Untuk mempertahankan suhu udara pengering sebesar 50oC pada siang hari, maka dibutuhkan luas plat absorber 3.36 m2 dengan biaya sebesar Rp 124.900,- dan penukar panas (heat exchanger) seluas 1.4 m2 dengan biaya Rp 215.900,- serta laju pembakaran arang 1.2 kg jam dengan biaya tungku sebesar Rp 195.000,-.
Pada skenario 2 (Lampiran III-7), untuk kapasitas cengkeh 386 (± 0.4 ton) biaya konstruksi optimum adalah Rp 10.570.000,-. Biaya ikonstruksi ini terdiri dari biaya untuk bahan dinding, rangka dan rak sebesar Rp 8.951.300,- dengan luas bangunan 3.6 m x 3.6 m (= 13 m2) dan luas rak 7.84 m2 dan biaya kipas dengan daya 243 W sebesar Rp 589.200,-. Biaya plat absorber seluas 5.12 m2 adalah Rp 190.300,-. Energi dari pembakaran arang digunakan rata-rata 4.8 kg/jam Untuk keperluan tersebut digunakan penukar panas seluas 5.4 m2. Biaya tungku dan penukar panas masing-masing adalah sebesar Rp 347.200,- dan Rp 492.000,-.
Pada skenario 3 (Lampiran III-8), untuk kapasitas cengkeh 1042 kg (± 1 ton) biaya konstruksi optimum adalah Rp 21.261.000,-. Biaya konstruksi ini terdiri dari biaya untuk bahan dinding, rangka dan rak sebesar Rp 17.625.300,- dengan luas bangunan 5.4 m x 5.4 m (= 29.2 m2) dan luas rak 21.16 m2 dan biaya kipas dengan daya 656 W sebesar Rp 1.796.000,-. Biaya plat absorber seluas 8 m2 adalah Rp 297.400,-. Plat absorber sedikit lebih luas dibandingkan dengan luas lantai bangunan, sehingga plat absorber sebagian dipasang pada bagian sisi tegak dinding.
Energi dari pembakaran arang rata-rata dengan laju pembakaran arang 15 kg/jam Untuk keperluan tersebut digunakan penukar panas seluas 17 m2. Biaya tungku dan penukar panas masing-masing adalah sebesar Rp 562.600,- dan Rp 980.100,-.
Pada Tabel III-2 nampak kecenderungan bahwa semakin besar kapasitas cengkeh yang dikeringkan, luasan lantai dan daya kipas yang dibutuhkan semakin besar pula.
Tabel III-2. Hasil perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK pada kondisi suhu 50oC, kecepatan udara di atas produk 0.04 m/dt dan waktu pengeringan 35.7 jam
Simbol Skenario 1 Skenario 2 Skenario 3
Massa cengkeh (kg) m 142 386 1402
Luas absorber (m2) Ap 3.36 5.12 8
Luas bangunan (m2) Af 6.3 13.0 29.2
Luas rak (m2) Ac 2.9 7.8 21.2
Daya kipas (W) P 90 243 656
Luas penukar panas (m2) A-he 1.4 5.4 17 Laju pembakaran arang (kg/jam) mbb 1.2 4.8 14 Biaya kostruksi (Rp) Harga 5.595.000 10.570.000 21.261.000
Daya kipas ini diperlukan untuk meniupkan uap air dari permukaan produk karena kecepatan udara pengering di atas tumpukan produk harus dipertahankan tetap sebesar 0.04 m/dt, dengan semakin bertambahnya luasan produk (luas rak) maka daya kipas yang dibutuhkan juga semakin besar. Pada kondisi demikian cengkeh dapat dikeringkan selama 35.7 jam atau 2 hari jika jam kerja perhari 24 jam. Untuk mempertahankan suhu tetap pada 50oC maka laju pembakaran bahan bakar juga semakin meningkat dan sejalan dengan peningkatan tersebut dibutuhkan luasan penukar panas yang semakin meningkat pula. Gambar III-1 memperlihatkan hubungan antara kapasitas pengeringan dan biaya konstrusi pengering ERK serta ukuran komponen-komponen penyusun pengering ERK.
0 5 10 15 20 25 0 500 1000 1500 Massa cengkeh (kg) Ap (m ) Ac (m ) P (x 100 W) A-he (m ) mbb (kg/jam) Cost (x 1 jt Rp)
Gambar III-1. Hubungan antara kapasitas cengkeh dan biaya konstruksi pengering ERK serta ukuran komponen-komponen penyusun pengering ERK pada suhu udara pengering 50oC, kecepatan udara di atas rak 0.04 m/dt.
3.5.3. Pengaruh Perubahan Suhu terhadap Biaya Konstruksi Pengering ERK Optimum
Hasil perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK pada berbagai suhu pengeringan, yaitu 45 oC, 48 oC, 50 oC dan 60 oC, masing-masing sebagai skenario 4 (Lampiran III- 2), skenario 5 (Lampiran III-9), skenario 2 (Lampiran III-7) dan skenario 6 (Lampiran III-10), ditunjukkan pada Tabel III-3.
Peningkatan suhu menghasilkan peningkatan biaya konstruksi pengering ERK. Peningkatan suhu menyebabkan kebutuhan plat absorber yang semakin besar, penukar panas dan laju pembakaran arang juga semakin besar. Pengaruh perubahan suhu terhadap perubahan komponen pengering ERK dinyatakan dalam Gambar III-2.
Tabel III-3. Hasil perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK pada berbagai kondisi suhu udara pengering (kecepatan udara di atas produk 0.04 m/dt dan massa cengkeh 386 kg)
Simbol Skenario 4 Skenario 5 Skenario 2 Skenario 6
Suhu (oC) T 45 48 50 60
Waktu pengeringan (jam) dt 50 40.7 37.1 19.3
Daya kipas (W) P 247 245 243 235
Luas penukar panas (m2) A-he 1.2 3.6 5.4 18.4 Laju pembakaran arang mbb 1.1 3.3 4.8 13.5
(kg/jam)
Biaya kostruksi (Rp) Harga 10.123.000 10.415.700 10.570.000 11.274.500
0 10 20 30 40 50 60 40 45 50 55 60 65
Suhu udara pengering ( C)
dt (jam) P (x 100 W) A-he (m ) mbb (kg/jam) Cost (x 1jt Rp)
Gambar III-2. Hubungan antara suhu pengeringan dan biaya konstruksi pengering ERK serta ukuran komponen-komponen penyusun pengering ERK pada kecepatan udara di atas rak 0.04 m/dt dan kapasitas alat 386 kg cengkeh.
Komponen yang berpengaruh terhadap peningkatan biaya adalah penukar panas dan laju pembakaran arang. Daya kipas hanya sedikit berubah, luas bangunan tetap, karena kapasitas yang diinginkan adalah sama yaitu (386 kg) ± 0.4 ton. Perubahan suhu tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap perubahan biaya konstruksi pengering, peningkatan suhu lebih berpengaruh terhadap waktu pengeringan yang semakin singkat. Dimana hal ini akan nampak pengaruhnya pada biaya operasional (biaya tak tetap) pengeringan pada analisis biaya yang akan dibahas pada Bab VI disertasi ini.
3.5.4. Pengaruh Perubahan Kecepatan terhadap Biaya Konstruksi Pengering ERK Optimum
Kecepatan yang digunakan adalah 0.04 m/dt (skenario 2), 0.05 m/dt (skenario 7) dan 0.06 m/dt (skenario 8). Hasil perhitungan optimisasi ketiga skenario kecepatan tersebut disajikan pada Lampiran III-7 (skenario 2), Lampiran III-11 (skenario 7), Lampiran III-12 (skenario 8). Peningkatan kecepatan udara di atas produk (rak pengering) menyebabkan naiknya biaya konstruksi pengeringan ERK. Pengaruh yang sangat besar terletak pada biaya kipas akibat besarnya daya kipas yang dibutuhkan untuk mendapatkan aliran udara yang diinginkan. Akibat dari peningkatan kecepatan tersebut, maka laju pembakaran arang semakin besar dan pipa penukar panas yang lebih luas untuk mempertahankan suhu pada 50oC. Peningkatan kecepatan
menyebabkan penurunan waktu pengeringan. Secara grafik, pengaruh perubahan kecepatan terhadap perubahan masing-masing komponen pengering ERK dinyatakan dalam Gambar III-3.
Tabel III-4. Hasil perhitungan optimisasi biaya konstruksi pengering ERK pada berbagai kondisi kecepatan udara pengering (suhu udara pengering 50oC, massa cengkeh 386 kg)
Skenario 2 Skenario 7 Skenario 8 Kecepatan udara (m/dt) 0.04 0.05 0.06 Waktu pengeringan (jam) 37.1 28.6 23.8
Daya kipas (W) 243 380 547
Luas penukar panas (m2) 5.4 7.6 9.7 Laju pembakaran arang (kg/jam) 4.8 6.7 8.5 Biaya kostruksi (Rp) 10.570.000 11.113.100 11.745.500 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Kecepatan udara pengering (m/dt)
dt (jam) P (x 100 W) A-he (m ) mbb (kg/jam) cost (x 1jt Rp)
Gambar III-3. Hubungan antara kecepatan udara pengering dan biaya konstruksi pengering ERK serta ukuran komponen-komponen penyusun pengering ERK pada suhu udara pengering 50oC.