METODE

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.3 METODE

3.3.1 Tahap – tahap penelitian

Metode penelitian yang dilakukan meliputi beberapa tahapan yaitu mendesain model alat pengering, merancang perangkat kersa dan perangkat lunak sistem kendali, melakukan pengujian pressure drop pada jagung pipilan dengan kadar air yang berbeda, perancangan strategi pengendalian, pengujian sistem kendali pada alat pengering dan pengambilan data pengeringan jagung pipilan. Tahapan ini dapat terlihat pada Gambar 11.

Gambar 11. Bagan rancangan penelitian

3.3.2 Perancangan Desain Model Pengering Tipe Vertical Bed Dryer

Perancangan alat pengering ini diantaranya : bentuk bak penampung yang disesuaikan dengan kapasitas bahan yaitu 50kg, perancangan bagian Screen sebagai penyangga bahan jagung pipil, Reducer agar tidak terjadi turbulensi udara, control spacer sebagai tempat alat ukur manometer dan katup buang, blower pengering yang disesuaikan dengan jumlah bahan yang akan dikeringkan dan juga penyangga pengering yang dilengkapi tangga dan shutter. Penggambaran desain alat pengering dilakukan dengan menggunakan software SolidWork 2010 educational version. Tempat pembuatan alat dilakukan dibengkel ATC Ciomas, Bogor.

Bahan pembuat alat pengering jagung tipe vertical bed dryer, terdiri atas : a. Bak Pengering  Body : plat PVC 6mm  Sambungan : Plat PvC 6mm  Pintu : Plat PVC 6mm  Armaflex : 12mm  Almunium foil Mulai

Merancang dan Menguji alat

pengering jagung pipilan _{dengan baik?} Bekerja

Pengambilan data pengujian pressure drop

Y

T

Y

T

Merancang perangkat keras dan perangkat lunak sistem kendali

Pengujian sistem kendali pada alat pengering

Pengambilan data pengeringan jagung pipilan menggunakan

sistem kendali Bekerja dengan baik?

 Penyangga bak : besi siku 20mm b. Screen  Kawat ram 1 cm c. Reducer  Body : Plat PVC 6mm  Sambungan : plat PVC 6mm  Almunium foil d. Control Spacer

 Body : pipa Rucika 2 ½”

 Sambungan : Plat PVC 6mm

 Shock drat ½”

 Elbow valve ½”

 Manometer

 Klem 2 ½”

 Penyangga manometer : besi plat 2mm

 Shock drat 1 ½”

 Drain valve 1 ½”

e. Blower CKE turbo blower tipe CZR 180Watt, AC 220V, 50 Hz.

3.3.3 Perancangan Sistem kendali

Strategi pengendalian pada proses pengeringan jagung pipilan dengan tumpukan dilakukan dengan mengatur tingkat kecepatan putaran kipas berdasarkan pada nilai suhu dan kelembaban relatif (RH) dan juga dari perbandingan kadar air kesetimbangan (M) lingkungan dan kadar air kesetimbangan (M) dalam tumpukan pada lapisan paling bawah dan lapisan paling atas.

Peralatan untuk aplikasi system kendali : a. Laptop dengan processor Intel Atom

b. Mikrokontroler DT-51 MinSys Pertafuzz ver 3.3 c. Mikrokontroler DT-51 lowcost mikro cer 2.2 d. Rangkaian zerocrossing detector

e. Sensor SHT 75

f. Keypad 4x4 dan LCD 16x2

g. Rangkaian Catu daya travo CT3A output 5V, 9V, 12V. h. Sofware µC-51

a. Perancangan Hardware

Rancangan bagian sistem kendali diantaranya : posisi dari bagian sumber tenaga, pengubah tegangan, penerima sinyal, mikrokontoler, dan rangkaian zerocrossing yang disusun sesuai dengan fungsi yang digunakan sehingga tidak terjadi penyilangan jalur dari rangkaian elektronik yang dibuat. Sistem kendali yang akan di desain berfungsi untuk mengontrol kecepatan putaran kipas selama proses pengeringan berdasarkan kondisi sensor suhu dan RH yang di deteksi. Adapun bagian-bagian dari sistem kendali adalah sebagai berikut :

 Mikrokontroler DT-51 Petrafuzz ver 3.3

Program yang digunakan untuk sistem pengendalian akan diinput kedalam mikrokontroler. Lalu mikrokontroler akan mengolah nilai yang terukur pada sensor suhu dan RH dan mengolahnya menjadi nilai suhu dan RH yang terbaca dengan persamaan (9) dan (10) serta mengolah nilai suhu dan RH tersebut menjadi nilai kadar air kesetimbangan (Me).

 Rangkaian LCD dan keypad

Nilai RH dan suhu yang telah diolah oleh mikrokontroler akan ditampilkan didalam LCD untuk proses pengambilan data nilai suhu dan RH yang terdeteksi sensor selama proses pengeringan. Rangkaian LCD terhubung dengan mikrokontroler.

 Rangkaian Catu daya dan Supply

Catu daya yang digunakan adalah travo CT 3A yang kemudian dihubungkan pada rangkaian power supply untuk membagi tegangan yang dibutuhkan untuk rangkaian lain.

 Rangkaian Pengaturan Kecepatan Putar kipas (zero crossing)

Rangkaian pengaturan kecepatan putar kipas AC terdiri dari IC LM339, BTA41, IC MOC 3021 yang berfungsi mendeteksi zerocrossing (kondisi dimana perubahan dari „1‟ ke „0‟ atau sebaliknya pada gelombang), pembangkit gelombang segiempat dan waktu delay.

 Mikrokontroler DT-51 Low cost micro sistem ver 2.2

Mikrokontroler ini bertugas untuk mendeteksi terjadinya zerocrossing dimana tegangannya

ditahan dengan nilai „0‟ atau „1‟ selama waktu tertentu tergantung keluaran yang diinginkan.

 Sensor

Sensor yang akan digunakan pada sistem kendali untuk pegeringan jagung pipilan ini adalah SHT75 karena memiliki keakurasian yang tinggi dalam pembacaan suhu dan kelembaban udara.

b. Perancangan Software

Rancangan logika untuk sistem pengendalian pada kontoler yang dibuat terdiri atas : beberapa perbaikan pada algoritma dari penelitian Simbolon (2011) dan perubahan logika pengendalian disesuaikan dengan kadar air bahan. Algoritma dibuat empat tingkatan kecepatan putar kipas yang berdasarkan dari perbandingan Me. Jika Me lingkungan lebih kecil dari Me tumpukan bahan jagung lapisan bawah maka kipas akan berputar maksimal, sebaliknya jika Me lingkungan lebih besar dari Me tumpukan jagung lapisan atas maka kipas tidak akan berputar. Sedangkan jika Me tumpukan jagung lapisan bawah lebih rendah dari Me lingkungan lebih rendah dari Me tumpukan jagung lapisan atas maka kipas akan berputar pada tingkat kecepatan 1 sampai 4 sesuai dengan hasil perbandingan dari ketiga nilai Me tersebut serta nilai suhu dan kelembabannya. Nilai kadar air keseimbangan diperoleh dari persamaan (4) dimana nilai suhu dan kelembaban relatif yang digunakan diperoleh dari pembacaan SHT75 ini dapat telihat pada Gambar 15.

Penulisan program sistem kendali ini disusun dalam bahasan C yang terdiri dari tiga modul (subprogram). Modul pertama adalah modul akuisisi data, dimana modul ini digunakan untuk penulisan dan pembacaan sensor SHT75. Modul kedua adalah modul yang digunakan untuk menghitung Me berdasarkan persamaan (7) dan penetuan lebar pulsa sebagai tingkat kecepatan putaran kipas. Sedangkan modul ketiga adalah modul yang digunakan untuk sistem pengendalian kipas berdasarkan lebar pulsa yang telah ditentukan ada modul kedua. Secara umum modul pertama dan kedua disebut bagian akuisisi data sedangkan modul ketiga disebut bagian pengendalian.

Gambar 12. Strategi Pengendalian pengeringan (lanjutan)

c. Pengujian Pressure Drop

Pressure Drop adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik dalam pipa atau titik lainnya. "Pressure Drop" adalah hasil dari gaya gesek pada fluida ketika mengalir melalui tabung. Gaya gesek yang disebabkan oleh resistensi terhadap aliran. Penentu utama resistensi terhadap aliran fluida adalah kecepatan fluida melalui pipa dan viskositas fluida. Karena pada saat kadar air tinggi dibutuhkan laju aliran yang tinggi juga, maka harus dapat menghitung potensi udara yang digunakan dalam pengeringan dan debit udara dengan menggunakan pressure drop.

Pada penentuan dari besarnya pressure drop pada jagung dengan kadar air yang berbeda maka dilakukan langkah - langkah sebagai berikut :

 Pengering ini memiliki kapasitas pengeringan maksimum 65 kg/batch, tetapi kondisi optimum adalah pada pengumpanan 50 kg/batch.

 Memasukan jagung pipil dengan kadar air 26% b.b. ke dalam pengering.

 Pengecekan Pengering pada setiap sambungan nya agar tidak terjadi kebocoran.

 Persiapkan manometer dan katup samping dalam keadaan baik.

 Alat ukur yang digunakan Anemometer dan Digital grain moisture meter.

 Nyalakan blower, baca tekanan yang terbaca pada manometer,

 Pengukuran kecepatan dibagi 5, kecepatan udara dari blower.

 Pada setiap tingkat kadar air diberikan kecepatan udara inlet : 5m/s, 6.5m/s, 8m/s, 9.5m/s, 11m/s, dan 12.5m/s.

 Pengukuran dilakukan pada kadar air jagung 26%b.b.

 Setiap pengujian tekanan, jagung dikeluarkan lalu di jemur hingga kadar air berikutnya dari , 23%, 20%, 17%, dan 14% b.b.

Pengujian dengan debit :

Pada masing – masing kadar air.

 Di uji dimulai dari input udara ke blower diatur (range kecepatan angin)

 Ukur kecepatan udaranya dengan anemometer (debit)

 Tekanan dengan menggunakan manometer.

d. Pengujian Sistem Pengering

Pengering bed dryer ini dibuat berdasarkan kebutuhan penelitian pengeringan jagung pipil. Dengan penambahan kapasitas pengeringan dan perubahan logika sistem kendali. Ini diharapkan mendapatkan hasil yang optimal dalam jumlah penggunaan energi serta kemudahan sistem kendali yang lebih banyak penambahan logika sesuai dengan kadar air bahan.

Pengujian pengeringan dilakukan untuk menggetahui seberapa besar energi yang digunakan untuk suatu pengeringan yang menggunakan udara lingkungan. Dan dapat melihat bagaimana suatu sistem kendali yang diciptakan dapat menghemat dan mengefisienkan penggunaan energi pada saat pengeringan. Sistem kendali yang dibuat memiliki 3 buah sensor yang dipasang pada titik – titik yang terlihat pada Gambar 14. Sensor ini dapat membaca suhu dan RH sehingga kadar air yang diperoleh berdasarkan pada persamaan (7). Sistem kendali ini mengatur udara yang masuk pada bak pengering jika udaranya berpotensial untuk mengeringkan bahan.

Tahap – tahap yang dilakukan dalam proses pengeringan jagung pipilan dilakukan langkah - langkah sebagai berikut :

 Persiapan. Pengecekan tiap –tiap sambungan pada pengering, menghubungkan motor listrik blower pada kontroler dan pemasangan sensor pada titik yang terlihat pada gambar 14.

 Setelah semua alat terpasang, masukan jagung pipilan setinggi 100cm pada bak penampung dengan berat 50kg.

 Persiapkan manometer dan katup samping dalam keadaan baik. Ini dilakukan agar tidak terjadi kebocoran yang dapat menyebakan kehilangan tekanan udara yang masuk pada bak pengering.

 Menghubungkan komputer pada kontroler menjadi suatu sistem kendali. Mendownload algoritma dengan menggunakan program uC51 pada mikrokontroler DT-51 Petrafuzz ver 3.3 dan pada mikrokontroler DT-51 Lowcost ver 2.2. hal ini dilakukan untuk mengaktifkan sistem kendali dari logika yang telah dibuat. Ini terlihat seperti pada Gambar 14.

 Nyalakan blower dan kontroler, lalu dimulailah pengamatan.

Pada percobaan ini akan dilakukan pengukuran dari :

 Suhu Udara

Titik pengukuran suhu udara meliputi suhu tumpukan jagung dan suhu lingkungan setiap 30 menit dapat telihat dari hybrid recorder dan dari LCD pada kontroler.

 Kelembaban Relatif (RH) Udara

Mengukur RH lingkungan dan RH tumpukan jagung menggunakan termokopel bola kering dan termokopel bola basah tipe CC setiap 30 menit seperti pada Gambar 13.

 Daya, Tegangan dan Arus Listrik

Mengukur dan 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 60 menit hingga pengeringan selesai.

 Kecepatan Aliran Udara

Titik pengukuran aliran udara yaitu pada aliran udara setelah melewati tumpukan jagung lapisan atas. Adapun pengukuran kecepatan aliran udara tersebut dilakukan dengan menggunakan anemometer setiap 30 menit sekali.

 Kadar Air bahan

Terdapat tiga titik pengukuran kadar air bahan yaitu bagian bawah, tengah dan atas. Pengukuran kadar air bahan dilakukan dengan menggunakan Digital moisture Tester dengan interval waktu 1.5 jam dan oven dengan interval waktu 3 jam hingga kadar air mencapai 14% b.b.

e. Pengukuran Efisiensi Kipas

Tahap – tahap yang dilakukan dalam proses pengukuran efisiensi kipas dilakukan langkah – langkah sebagai berikut ;

 Masukan jagung kedalam bak pengering setinggi 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35cm, 40 cm, 45 cm.

 Mengalirkan udara dari blower pada kecepatan maksimum.

 Mengkur tekanan pada manometer, aliran udara (Vout0, dan Watt meter (V, I) pada setiap tinggi tumpukan jagung.

Gambar 15. Skema pengendalian pengeringan

f. Analisis Data

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 (7). 3. Kelembaban mutlak

...(14)

Keterangan :

H = Kelembaban mutlak (g uap/ kg i.k) Pv = Tekanan uap (kg/m3)

Patm = Tekanan atmosfir (Pa) 4. Laju pengeringan

Laju pengeringan dapat dihitung menggunakan persamaan (8). 5. Energi Listrik

Q= P x t...(15)

Keterangan :

Q = Energi listrik untuk menggerakan kipas (J) P = Daya listrik (Watt)

t = Waktu pengeringan (detik) 6. Konsumsi energi spesifik

...(16)

Keterangan :

KES = Konsumsi energi spesifik (kJ/kg uap air) Q = Energi listrik untuk menggerakan kipas (Watt) muap = Massa air jagung yang menguap (kg)

7. Pressure Drop

...(17)

Keterangan :

∆P = Pressure drop (Pa) L = Tinggi (m) Q = Debit udara (m3/s) a = konstanta bahan b = konstanta bahan 8. Effisien kipas ………..………(18) Keterangan : P = Daya (Watt) ΔP = Tekanan (Pa) Q = Debit (m3/s)