Prototipe Alat Pengering Rotary Dryer Tipe Hybrid
Pada penelitian ini telah dirancang dan dibangun alat pengering rotary dryer tipe hybrid dengan analisis dan perhitungan desain yang dapat dilihat pada Lampiran 2.
Ruang Tungku Pembakaran Biomassa Dan Penukar Panas (Heat Exchanger) Ruangan ini dibangun menggunakan bahan stainless steel ketebalan 2 mm.
Ruangan ini terbagi menjadi 3 unit : 1. Unit tungku, berfungsi sebagai ruang pembakaran biomassa, dengan dimensi 43 x 43 cm dan tinggi 30 cm, 2. Unit penukar panas, berupa rangkaian pipa galvanis yang berfungsi sebagai penukar panar, dengan dimensi 43 x 43 dan tinggi 43 cm, 3. Unit chimney, sebagai saluran pembuangan asap hasil pembakaran, dengan dimensi ø5 cm dan tinggi 10 cm.
Ruangan ini dihubungkan dengan silinder ruang pengering, saluran penghubung berbentuk prisma dengan alas 43 x 43 cm dan tinggi 10 cm.
Gambar 4. Ruang tungku dan penukar panas
Udara panas yang ada di pipa penukar panas dihasilkan dari udara luar yang dihisap oleh blower (fan sentrifugal) yang kemudian dipanaskan di dalam
pipa penukar panas. Udara panas tersebut kemudian diteruskan keruang pengering. Blower yang digunakan memiliki spesifikasi kecepatan putar 3000/3600 rpm, lubang output udara 7,6 cm, 220 volt, 2.0 A.
Gambar 5. Blower Silinder Ruang Pengering dan Heater
Silinder ruang pengering menggunakan bahan stainless steel ketebalan 2 mm. Dimensi ruang pengering berdiameter 36 cm dan panjang 144 cm. Heater di lekatkan pada badan silinder ruang pengering sebanyak 2 buah. Heater yang digunakan memiliki daya masing-masing 375 watt dengan panjang 75 cm.
Kemudian silinder ruang pengering dilapisi glasswool dengan ketebalan 5 cm.
Silinder ruang pengering berfungsi sebagai tempat diamana pengeringan bahan terjadi, dengan sumber panas berasal dari tungku pembakaran dan heater.
Gambar 6. Silinder ruang pengering dan heater
32
Sirip Pengaduk
Sirip pengaduk menggunakan bahan stainlees steel, sirip pengaduk berjumlah 12 buah dengan masing-masing memiliki ketebalan 0,5 cm. Dimensi sirip pengaduk panjang 10 cm, dan lebar 7 cm. Sirip pengaduk berfungsi untuk membolak-balikkan bahan dan memudahkan produk terbuka terhadap aliran udara pengering sehingga produk yang dikeringkan dapat kering secara merata
(Aman dkk, 2013).
Gambar 7. Sirip pengaduk Rangka Alat
Rangka alat menggunakan bahan besi UNP. Dimensi rangka alat tinggi 17 cm, lebar 50 cm dan panjang 170 cm. Rangka alat berfungsi untuk menopang silinder pengering. Pemilihan besi UNP dikarenakan sifat dari besi UNP yang berbentuk U dapat meredam getaran lebih dibaik dibandingkan dengan besi siku.
Gambar 8. Rangka alat
Alat Rotary dryer Tipe Hybrid
Pengeringan merupakan proses dalam penanganan pasca panen hasil pertanian. Pada penelitian ini, dilakukan proses pengeringan gabah dengan tujuan mempermudah proses penggilingan gabah untuk menghasilkan beras, memperpanjang masa simpan, serta mempertahankan mutunya. Kadar air standar pada pengeringan gabah adalah 14 %, hal ini mengacu pada kadar air optimum untuk penggilingan gabah (BSNI, 2015), sehingga output KA gabah pada penelitian ini ± 14%.
Dari hasil analisis perhitungan dan pembuatan alat rotary dryer tipe hybrid dihasilkan alat rotary dryer tipe hybrid yang dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Alat rotary dryer tipe hybrid
Metode pengeringan yang digunakan dalam pengeringan ini adalah metode pengeringan buatan, yang berarti panas yang digunakan untuk pengeringan bukan berasal dari panas matahari, melainkan dari panas buatan yang dihasilkan dari tungku pembakaran biomassa dan heater. Karakteristik pengeringan rotary dryer dengan energi biomassa, dan energi hybrid dapat dilihat pada Tabel 2.
34
Tabel 2. Karakteristik rotary dryer dengan energi biomassa, dan energi hybrid.
Parameter Perlakuan
Energi Biomassa Energi Hybrid
Suhu pengering rata-rata (oC) 47,42 50,99
Kelembaban relatif awal gabah(%) 73 73
Kelembaban relatif akhir gabah (%) 39,07 29,08
Waktu pengering (menit) 180 180
Kadar air awal gabah (%bb) 23,9 27,5
Kadar air akhir gabah (%bb) 16,1 14,1
Kebutuhan energi panas pengering (kJ) 1176,26 2006,04
Kapasitas Efektif Alat
Proses pengeringan gabah dengan menggunakan alat pengering rotary dryer tipe hybrid pada penelitian ini dilakukan dengan 2 perlakukan, yaitu dengan energi biomassa dan energi hybrid (kombinasi) antara energi biomassa dan elemen pemanas (heater). Masing-masing perlakukan memerlukan waktu 180 menit pengeringan dengan massa gabah awal 5 kg. Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan pada Lampiran 3, diperoleh kapasitas alat 1,66 kg/jam, dengan kata lain alat rotary dryer dapat mengeringkan 1,66 kg gabah dalam setiap 1 jam pengeringan.
Distribusi Suhu
Distribusi suhu selama pengeringan mulai dari tungku, ruang penukar panas,sampai ruang pengering dapat dilihat pada Gambar 10 dan 11.
Gambar 10. Distribusi suhu rotary dryer energi biomassa
0
Gambar 11. Distribusi suhu rotary dryer energi hybrid
Dari Gambar 10, diperoleh data suhu ruang pengering pada pengeringan dengan energi biomassa tidak konstan selama pengeringan. Hal ini dikarenakan sulitnya menjaga suhu pada tungku sehingga mengakibatkan suhu pada ruang pengering juga tidak stabil. Kenaikan suhu tungku selalu diikuti dengan kenaikan suhu ruang penering, begitupun sebaliknya, penurunan suhu tungku juga mengakibatkan penurunan suhu pada ruang pengering. Suhu ruang pengering tertinggi pada T90 yaitu 50oC, hal ini karena suhu tungku T90 juga tertinggi yaitu 140oC. Suhu ruang pengering terendah pada T180 yaitu 44 oC, hal ini karena suhu tungku T180 juga terendah yaitu 99 oC.
Dari Gambar 11, diperoleh data suhu ruang pengering pada pengeringan dengan energi hybrid konstan, hal ini karena suhu ruang pengering berasal dari 2 sumber energi panas, yaitu energi biomassa dan heater. Sumber panas dari energi heater cenderung stabil, sehingga mampu menjaga kondisi suhu untuk menyuplai panas ke dalam ruang pengering. Dari Gambar 11 diketahui selalu terjadi
36
ruang pengering pada T180 (52 oC) hal ini dikarenakan terjadi penurunan suhu tungku pada T180.
Energi Pengeringan
Energi pengeringan adalah besarnya energi yang digunakan selama proses pengeringan. Besarnya energi ini dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti lama waktu pengeringan, dan sumber energi yang digunakan untuk pengeringan (Estiasih dan Ahmadi, 2009).
Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan pada Lampiran 3, diperoleh energi yang dihasilkan rotary dryer dengan sumber energi biomassa sebesar 81.004 kJ, sedangkan energi yang digunakan untuk pengeringan sebesar 1.176,26 kJ. Energi total rotary dryer hybrid diperoleh sebesar 84. 903 kJ, sedangkan energi yang digunakan untuk pengeringan sebesar 2.006,04 kJ.
Energi yang dihasilkan rotary dryer dengan energi hybrid lebih tinggi dibandingkan dengan rotary dryer dengan energi biomassa, hal ini dikarenakan pada rotary dryer dengan energi hybrid menggunakan 2 sumber panas, yaitu tungku pembakaran biomassa dan heater.
Efisiensi Pengeringan
Efisiensi pengeringan adalah perbandingan energi yang digunakan untuk pengeringan dengan energi yang dihasilkan oleh alat pengering. Brdasarkan perhitungan pada Lampiran 3, diperoleh efisiensi pengeringan dengan sumber energi biomassa sebesar 1,45%, sedangkan efisiensi pengeringan dengan sumber energi hybrid sebesar 2,36%. Rendahnya efisiensi pengeringan dikarenakan
banyaknya panas yang terbuang keluar selama distribusi panas mulai dari tungku pebakaran sampai keruang pengering.
Efisiensi pengeringan dengan sumber energi hybrid lebih besar dibandingkan dengan sumber energi biomassa, atau dapat dikatakan bahwa penggunaan pemanas yang dipasang di sekeliling dinding silinder pengering lebih efisien dibandingkan menggunakan sumber energi biomassa dengan tungku pembakaran.
Kadar Air Gabah
Mutu gabah kering didasarkan pada KA (kadar air) yang terkandung didadam gabah. Menurut Yahya (2015), KA gabah setelah panen berkisar 20-23% basis basah pada musim kemarau dan 24-27% basis basah pada musim hujan. Sedangkan KA optimal gabah kering untuk dilakukan penggilingan adalah 14% basis basah (BSNI, 2015).
Pengeringan bertujuan untuk menurunkaan kadar air sampai batas perkembangan mikroorganisme dan kegiatan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan terhambat dan terhenti. Pengeringan akan menjaga kualitas dari bahan yang dikeringkan serta memperpanjang masa simpannya. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penurunan KA gabah terhadap waktu pengeringan dapat dilihat pada Gambar 12.
Pada Gambar 12, dapat dilihat bahwa semakin lama pengeringan maka KA gabah akan semakin turun. KA awal pada rotary dryer sumber energi biomassa adalah 23,9 %bb dan KA akhir 16,1 %bb. KA akhir ini belum sesuai standard KA gabah untuk dilakukan penggilingan. Sedangkan pada rotary dryer
38
sumber energi hybrid KA awal gabah 27,5 %bb dan KA akhir 14,1 %bb. KA akhir ini sudah sesuai standard KA gabah untuk dilakukan penggilingan.
Gambar 12. Grafik penurunan KA rotary dryer energi biomassa dan hybrid
Laju Pengeringan
Laju pengeringan rotary dryer energi biomassa dan energi hybrid adalah 2,6 dan 4,5 %bb/jam (Tabel 2). Laju pengering rotary dryer energi hybrid tinggi dikarenakan kadar air gabah setelah 3 jam pengeringan lebih rendah dibandingkan perlakukan energi biomassa yaitu 14,1 %bb dengan kadar air awal 27,5 %bb. Hal ini menunjukkan bahwa KA gabah yang diuapkan lebih tinggi pada pengeringan menggunakan energi hybrid yaitu 13,4 %bb (Lampiran 4). Dan KA gabah yang diuapkan pada rotary dryer energi biomassa yaitu 7,8%bb. Laju penguapan dapat dilihat pada Gambar 13.
0 5 10 15 20 25 30
30 60 90 120 150 180
Kadar Air (%)
Waktu (menit)
Biomaasa Hybrid
Gambar 13. Laju Pengeringan rotary dryer energi biomassa dan hybrid
Analisis Ekonomi
Analisis ekonomi digunakan untuk menentukan besar biaya yang harus dikeluarkan saat produksi menggunakan alat ini. Dengan analisis ekonomi dapat diketahui seberapa biaya produksi sehingga keuntungan alat dapat diperhitungkan.
Dari analisis ekonomi (Lampiran 5), diperoleh biaya untuk mengeringkan gabah sebesar Rp 16.643/Kg, yang merupakan hasil perhitungan dari biaya tetap dan biaya tidak tetap terhadap kapasitas alat pengering gabah. Untuk biaya tetap sebesar Rp 2.700.000/tahun dan biaya tidak tetap sebesar Rp 26.238/jam.
Berdasarkan analisis ekonomi di atas dapat diketahui bahwa biaya pokok yang harus dikeluarkan untuk mengeringkan 1 Kg adalah sebesar Rp 16.643/Kg dengan kapasitas 1,7 Kg/jam tidak bernilai ekonomis. Akan tetapi, berdasarkan harga gabah kering saat ini dipasaran Rp 7.500/Kg maka kapasitas efektif alat minimal yang harus diperoleh dari penelitian ini 16,4 Kg/jam atau 49,2 Kg/(3 jam dalam tiap proses).
40
Break Even Point (Titik Impas)
Manfaat perhitungan titik impas (break even point) adalah untuk mengetahui batas produksi minimal yang harus dicapai dan dipasarkan agar usaha yang dikelola masih layak untuk dijalankan. Pada kondisi ini pemasukan yang diperoleh hanya cukup untuk menutupi biaya operasional tanpa adanya keuntungan. Bila pendapatan dari produksi berada di sebelah kiri titik impas maka kegiatan usaha akan menderita kerugian, sebaliknya bila di sebelah kanan titik impas akan memperoleh keuntungan.
Berdasarkan hasil yang diperoleh dari penelitian yang telah dilakukan (Lampiran 5), alat ini akan mencapai nilai break even point pada nilai 648 Kg/tahun. Jika pengeringan gabah kurang dari 648 Kg/tahun maka pengeringan tersebut akan menderita kerugian sebaliknya jika pengeringan gabah lebih dari 648 Kg/tahun maka pengeringan tersebut akan mendapatkan keuntungan, dengan biaya pokok Rp 16.634/Kg. Akan tetapi, berdasarkan harga gabah kering saat ini dipasaran Rp 7.500/Kg dan kapasitas efektif alat minimal yang diperoleh dari penelitian ini (Lampiran 4), maka alat ini harus memiliki nilai break even point pada nilai 6.282 Kg/tahun. Jika pengeringan gabah kurang dari 6.282 Kg/tahun maka pengeringan tersebut akan menderita kerugian sebaliknya jika pengeringan gabah lebih dari 6.282 Kg/tahun maka pengeringan tersebut akan mendapatkan keuntungan. Hal ini sesuai dengan literatur Waldiyono (2008) yang menyatakan bahwa dalam analisis ini, keuntungan awal dianggap sama dengan nol. Bila pendapatan dari produksi berada di sebelah kiri titik impas maka kegiatan usaha akan menderita kerugian, sebaliknya bila di sebelah kanan titik impas akan memperoleh keuntungan.
B/C Rasio
Metode B/C Rasio adalah metode dengan memberikan penekanan terhadap nilai perbandingan antara aspek manfaat (benefit) yang akan diperoleh dengan aspek biaya dan kerugian yang akan ditanggung (cost) dengan adanya sebuah investasi.
Dalam penelitian ini (Lampiran 5) diperoleh Benefit adalah Rp 59.978.448 dan Cost adalah Rp 47.228.040 sehingga B/C rasio nya sebesar 1,27 yang berarti investasi alat Rotary dryer tipe Hybrid ini dianggap layak karena nilai B/C rasio
> 0. Hal ini sesuai dengan Giatman (2006), yang menyatakan bahwa dengan kriteria untuk mengetahui apakah suatu rencana investasi layak ekonomis atau tidak setelah melalui metode ini: Jika B/C Rasio ≥ 0 berarti investasi layak (feasible), jika B/C Rasio < 0 berarti investasi tidak layak (unfeasible).
Net Present Value
Identifikasi masalah kelayakan financial dianalisis dengan menggunakan metode analisis financial dengan kriteria investasi. Net present value adalah kriteria yang digunakan untuk mengukur suatu alat layak atau tidak untuk diusahakan. Perhitungan net present value merupakan net benefit yang telah di diskon dengan discount factor. Dalam penelitian ini (Lampiran 5) dapat dilihat besar nilai NPV 5,25% adalah Rp 43.741.676 > 0 maka usaha ini layak untuk dijalankan. Nilai NPV didapat dengan mengurangi nilai Cash in Flow 5,25%
sebesar Rp 258.848.722 dengan nilai Cash of Flow 5,25% sebesar Rp 203.107.046. sedangkan besar nilai NPV 8% adalah Rp 39.709.569 > 0 maka usaha ini layak untuk dijalankan. Nilai NPV didapat dengan mengurangi nilai
42
Rp 200.683.679. Hal ini sesuai literatur Kriteria NPV yaitu : NPV > 0, berarti usaha yang telah dilaksanakan menguntungkan; NPV < 0, berarti sampai dengan t tahun investasi proyek tidak menguntungkan; NPV = 0, berarti tambahan manfaat sama dengan tambahan biaya yang dikeluarkan (Pudjosumarto, 1998).
Internal Rate of Return (IRR)
Dengan menggunakan metode IRR kita akan mendapatkan informasi yang berkaitan dengan tingkat kemampuan cash flow dalam mengembalikan investasi yang dijelaskan dalam bentuk % periode waktu. Logika sederhananya menjelaskan seberapa kemampuan cash flow dalam mengembalikan modalnya dan seberapa besar pula kewajiban yang harus dipenuhi.
Dalam penelitian ini (Lampiran 5) dapat dilihat nilai IRR sebesar 35,25% > 5,25% - 8% berarti usaha layak dilaksanakan. Hal ini sesuai literatur Pudjosumarto (1998) yang menyatakan bahwa kriteria IRR yaitu : IRR > social discount rate berarti usaha layak dilaksanakan; IRR < social discount rate berarti usaha tidak layak untuk dilaksanakan.
Kesimpulan
1. Dimensi rotary dryer tipe hybrid, tungku pembakaran 43x43x30 cm, ruang heat exchanger 43x43x50 cm, pipa heat exchanger ø1 inch panjang 301 cm berjumlah 6 buah, silinder pengering ø36 cm dan panjang 144 cm, sirip pengaduk 7x10 cm berjumlah 12 buah dengan putaran 15 rpm, dengan bantuan motor listrik daya 1 HP.
2. Kapasitas efektif alat 1,66 kg/jam.
3. Suhu ruang pengering rotary dryer energi biomassa tertinggi terjadi pada T30(45,7), dan tertinggi pada T90(50,1). Suhu ruang pengering rotary dryer energi hybrid terendah terjadi pada T30 (46,7oC) , dan tertinggi pada T150 (54 oC).
4. Energi yang dihasilkan rotary dryer energi biomassa 81.004 kJ dengan efisiensi pengeringan 1,45 %, energi yang dihasilkan pengering rotary dryer energi hybrid 84.903 kJ dengan efisiensi pengeringan 2,25%.
5. KA gabah dengan energi biomassa yaitu: KA awal bahan 23,9%, KA akhir bahan 16,1%, KA gabah dengan energi hybrid yaitu: KA awal bahan 27,5%, KA akhir bahan 14,1%.
6. Laju pengeringan dengan energi biomassa 2,6%bb/jam. Laju pengeringan dengan energi hybrid 4,5%bb/jam.
7. Alat pengering rotary dryer tipe hybrid ini layak digunakan karena memiliki nilai NPV sebesar Rp 43.741.676, dengan BEP 648 Kg/Tahun
44
Saran
1. Untuk penelitian lebih lanjut, perlu dilakukan modifikasi untuk memperbesar kapasitas alat.
2. Untuk penelitian lebih lanjut, perlu dilakukan analisis rancangan furnace dan heat exchanger lebih lanjut untuk mengurangi kehilangan panas.
3. Untuk penelitian lebih lanjut, perlu dilakukan pengujian bahan pertanian lain yang berbentuk granular.
4. Setelah pemakaian alat, sebaiknya alat dibersihkan kembali untuk menjaga alat tetap terawat.