Pemanfaatan Panas Kondensor AC untuk Pengeringan
Selama ini panas dari kondensor AC terbuang belum termanfaatkan secara optimal. Suntivarakon et al. (2009) telah meneliti tentang pemanfaatan panas kondensor AC untuk pengeringan baju dengan laju pengeringan 1.1 kg/jam tanpa kipas tambahan dan 2.26 kg/jam dengan kipas tambahan. Potensi panas keluaran dari kondensor AC yang digunakan sebesar 12648 BTU/jam atau setara dengan 3.71 kJ/detik.
Mahlia et al. (2009) melaporkan penelitian pengeringan baju dengan menggunakan kondensor AC tipe split berkapasitas 10000BTU/jam. Laju pengeringan yang dihasilkan sebesar 0.56 – 0.75 kg/jam dengan nilai specific moisture extraction rate (SMER) 0.1809 - 0.2205 kg/kWh. SMER merupakan perbandingan dari kandungan air yang dapat diuapkan dengan energi listrik yang digunakannya.
Desain Sistim Pengering
Desain suatu sistim pengering melibatkan beberapa hal yang perlu diperhatikan. Faktor-faktor yang mempunyai pengaruh langsung terhadap kapasitas sistim pengering yaitu jumlah dan karakteristik udara yang diperlukan untuk pengeringan serta lama waktu pengeringan yang diperlukan untuk masing- masing jenis produk yang akan dikeringkan. Faktor-faktor tersebut memerlukan beberapa analisis pendekatan di antaranya yaitu kesetimbangan massa dan kesetimbangan energi.
Penerapan kesetimbangan massa dan energi pada keseluruhan sistim pengering diilustrasikan seperti pada Gambar 3 dengan melibatkan beberapa parameter yang mempengaruhi desain sistim pengering. Analisis yang diilustrasikan tersebut digunakan untuk sistem countercurrent dan melalui suatu pendekatan yang sama juga dapat diterapkan untuk sistim yang lain.
Gambar 3 Kesetimbangan massa dan energi dalam sistim pengering ma , Ta2 , ω2
Tp2 , W 2 Mp , Tp1 , W 1
Ta1 , ω 1 Produk
11
Suatu kesetimbangan air yang masuk dan keluar dari sistim pengering dapat dirumuskan sebagai berikut ini.
ma ω 2 + mp W 1 = ma ω 1 + mp W 2 ... (6)
ma adalah laju aliran udara ( kg udara kering/jam), mp adalah laju aliran produk
(kg padatan kering/jam), ω adalah kelembaban mutlak (kg air/kg udara kering)
dan W adalah kandungan air produk basis kering (kg air/kg padatan kering) Kesetimbangan energi dalam sistim pengering dapat dijelaskan dengan hubungan berikut ini.
maHa2 + mpHp1 = maHa1 + mpHp2
Kentang dan Chips Kentang
+ qL ... (7)
qL adalah energi panas yang hilang dari sistim pengering, Ha adalah kandungan energi panas udara atau entalpi udara (kJ/kg udara kering), Hp adalah kandungan energi panas dari produk (kJ/kg produk kering)
Berdasarkan persamaan diatas dapat digunakan untuk menentukan jumlah udara yang diperlukan selama pengeringan, jumlah produk yang dapat dikeringkan dan karakteristik udara keluaran jika faktor-faktor yang lain juga diketahui (Singh & Heldman 2009).
Kentang (Solanum tuberosum L.) dapat tumbuh dan banyak dibudidayakan lebih dari 100 negara di dunia sebagai salah satu bahan pangan utama. Kentang merupakan bahan yang penting bagi industri pangan. Kondisi pertumbuhan, sifat genetik, umur dan penaganan pasca panen dapat mempengaruhi kualitas kentang (Singh & Kaur 2009).
Proses pembuatan chips kentang dilakukan melalui proses pengupasan, pemotongan, blansing dan pengeringan. Kentang dapat dikupas dengan menggunakan panas, kimiawi maupun secara mekanis. Kentang yang telah dikupas dipotong-potong terlebih dahulu sebelum dilakukan blansing. Setelah itu potongan kentang diblansing dengan uap atau air panas pada suhu 93 – 100oC. Blansing akan menginaktifasi enzim dan mengurangi kontaminasi mikroba. Setelah blansing, kentang dikeringkan dengan alat pengering seperti kabinet, tunel, maupun conveyor dryer dengan suhu udara lebih dari 55oC (Mujumdar 2006).
12
Analisis Kelayakan Ekonomi Investasi
Analisis kelayakan ekonomi suatu investasi dapat dilakukan dengan cara diantaranya dengan menghitung nilai net present value (NPV) dan benefit cost ratio (BCR). NPV adalah nilai sekarang bersih dan BCR adalah perbandingan total nilai sekarang penerimaan dengan nilai sekarang pengeluaran. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:
P = F (P/F,i,n) dengan faktor bunga n i) 1 (
1
+ ... (8)
NPV = Σ Nilai P penerimaan - Σ Nilai P pengeluaran ... (9) Bila nilai NPV lebih dari nol berarti layak.
BCR = (Σ Nilai P penerimaan) / (Σ Nilai P pengeluaran
P adalah nilai sekarang (Rp), i adalah faktor bunga dalam desimal dan n adalah lama kegiatan (tahun) (Humphreys 1991; Kastaman 2006).
) ... (10) Bila nilai BCR lebih dari satu berarti layak
METODOLOGI
Lokasi dan WaktuDesain dan pembuatan alat pengering dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadi Supardjo. Pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Energi Terbarukan Departemen Tenik Mesin dan Biosistem FATETA IPB pada bulan Januari 2011 – Mei 2011.
Bahan dan Alat Bahan
Bahan yang digunakan untuk membuat alat pengering di antaranya yaitu kayu lapis dengan tebal 18 mm, aluminium strip 12 mm, aluminium profil L 13 mm, aluminium lembaran tebal 0.3 mm, kawat net aluminium, sekrup, baut, paku, blind rivet, lem kayu dan baling-baling kipas standing fan. Bahan yang digunakan untuk uji kinerja alat pengering adalah kentang varietas Granola yang diiris dalam bentuk chips dengan ketebalan 2.5 mm dan diblansing selama 3 – 4 menit dengan air panas.
Alat
Alat yang digunakan untuk pembuatan alat pengering adalah gergaji, palu, meteran, pasah kayu, gunting logam, tang, spidol, obeng, tang rivet, bor listrik, jangka sorong dan AC 1 hp (merk Koshima KA10T1 dengan kapasitas pendinginan 9000 BTU/jam dan kebutuhan daya listrik 0.9 kW). Alat yang digunakan untuk uji kinerja adalah data loger, thermocouple tipe T, anemometer, timbangan digital, watt meter, flash drive, komputer, pengatur kecepatan motor kipas, oven, pisau, kompor gas, panci dan pemotong keripik.
Tahapan Perancangan Alat Pengering Gagasan Awal
Gagasan awal rancang bangun alat pengering bermula dari banyaknya pemakaian AC untuk keperluan perkantoran, rumah tangga dan bisnis. Berdasarkan hasil pengamatan, kondensor AC mengeluarkan panas yang dilepas ke lingkungan tanpa pemanfaatan. Oleh karena itu dilakukan pengukuran suhu keluaran kondensor pada beberapa AC ruangan. Suhu keluaran kondensor AC sekitar 36 – 46oC. Nilai kisaran suhu tersebut berpotensi untuk dimanfaatkan
14
sebagai energi pengeringan bahan pangan maupun produk pertanian tanpa mengganggu kapasitas pendinginan dari AC tersebut.
Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan
Pengembangan dan penyempurnaan gagasan dilaksanakan dengan melakukan penelitian pendahuluan pengeringan chips kentang menggunakan rak pengering dari aluminium profil L 13 mm dengan kawat net aluminium berukuran 30 × 30 cm. Rak pengering diletakkan di depan kondensor AC 1 hp dengan suhu keluaran sekitar 42oC pada suhu lingkungan 30oC. Pengeringan berlangsung selama 2.5 jam mampu menurunkan kadar air chips kentang dari 85.44% bb menjadi 10.05% bb. Berat bahan awal 130.21 g dan berat akhir 21.07 g. Laju penguapan kandungan air rata-rata pada 30 menit pertama 1.792 g/menit dan di akhir pengeringan 0.022 g/menit. Rancang bangun alat pengering dilakukan berdasarkan hasil penelitian pendahuluan.
Analisis Rancangan
Analisis rancangan alat pengering yang dilakukan meliputi karakteristik potensi udara keluaran dari kondensor AC, laju aliran udara, jumlah bahan yang akan dikeringkan, luasan rak pengering, ukuran ruang pengering, saluran udara ke ruang pengering. Perencanaan bahan-bahan untuk pembuatan alat pengering menggunakan bahan-bahan yang tersedia di pasaran. Pengukuran dilakukan terhadap suhu dan RH udara keluaran kondensor AC dan udara lingkungan, laju aliran udara dan diameter saluran udara keluaran kondensor AC. Data hasil pengukuran tersebut diperlukan pada perancangan/desain alat pengering yang akan dibuat.
Pembuatan Alat Pengering
Pembuatan alat pengering dilakukan untuk mewujudkan hasil rancangan alat pengering ke dalam bentuk nyata berupa alat pengering. Pembuatan alat pengering diawali dengan penyiapan bahan dan alat, dilanjutkan dengan pengerjaan bahan yang meliputi pemotongan dan perangkaian bahan hingga menjadi alat pengering. Diagram alir rancang bangun alat pengering dapat dilihat pada Gambar 4.
15
Pendekatan Rancangan Kriteria Rancangan
Perancangan alat pengering ini bertujuan untuk menurunkan kadar air bahan pangan yang dalam penelitian ini digunakan chips kentang sehingga dapat meningkatkan daya simpan dan mempermudah proses selanjutnya dengan memanfaatkan panas keluaran kondensor AC. Kadar air chips kentang sekitar 85% basis basah diturunkan melalui pengeringan dengan alat pengering hasil rancangan hingga mencapai kadar air sekitar ≤14% basis basah.
Alat pengering tersebut menyalurkan panas keluaran kondensor AC ke dalam ruang pengering dan diharapkan dapat memanaskan ruangan, rak pengering serta bahan yang dikeringkan kemudian membawa kandungan uap air dari bahan yang dikeringkan ke lingkungan melalui saluran keluaran. Kapasitas rak pengering ditargetkan mempunyai luasan total lebih dari 5 m2. Luasan rak pengering tersebut dianalisis berdasarkan ketersediaan energi panas dari kondensor AC, suhu dan aliran udara.
Gambar 4 Diagram alir tahapan rancang bangun alat pengering
Gagasan awal Pengembangan dan penyempurnaan gagasan
Analisis rancangan
Pembuatan alat pengering Penyiapan alat dan bahan untuk pembuatan
alat pengering Mulai Sesuai? Selesai Tidak Hasil rancangan Alat pengering Ya
16
Rancangan Fungsional dan Struktural
Alat pengering tersebut berfungsi untuk mengeringkan bahan pangan yang dalam pengujiannya menggunakan chips kentang hingga kadar air tertentu (≤14% basis basah). Fungsi-fungsi komponen utama alat pengering diperlukan untuk menunjang alat pengering tersebut dapat bekerja dengan baik .
Penentuan bentuk dan dimensi struktur alat pengering dilakukan berdasarkan ukuran saluran udara kipas kondensor AC, potensi panas kondensor AC dan jumlah bahan yang akan dikeringkan. Penentuan dimensi tersebut bertujuan memudahkan penyaluran udara ke ruang pengering, sehingga diharapkan udara yang masuk ke ruang pengeringan dapat termanfaatkan untuk pengeringan.
Alat pengering yang dirancang berupa pengering tipe rak dengan tujuh buah rak yang terbuat dari bahan aluminium. Rak pengering dibuat berbentuk persegi panjang. Secara umum, alat pengering ini terdiri dari bagian utama, yaitu: sumber panas, kipas kondensor, penyalur udara, ruang pengering, rak pengering, pintu dan saluran keluaran serta pengatur kecepatan kipas kondensor.
Sumber panas pengeringan
Pengeringan memerlukan energi panas untuk menaikkan suhu udara sehingga kelembaban relatif udara turun dan meningkatkan potensinya untuk menguapkan serta membawa kandungan air dari bahan yang dikeringkan. Sumber panas yang digunakan oleh alat pengering tersebut adalah panas keluaran dari kondensor AC yang umumnya terbuang ke lingkungan tanpa termanfaatkan. Kondensor AC yang digunakan berdaya 1 hp merk Koshima yang memiliki diameter saluran udara keluaran 38 cm.
Bagian utama kondensor AC terdiri dari kompresor, heat exchanger dan casing kondensor. Kondensor berfungsi untuk melepaskan panas yang diserap oleh refrigerant dari evaporator. Panas keluaran kondensor ini yang dimanfaatkan untuk energi pengeringan.
Kipas Kondensor
Kipas kondensor AC berfungsi untuk menggerakkan udara agar dapat mengalir melalui penukar panas kondensor. Aliran udara panas akan dimasukkan
17
ke ruang pengering untuk menguapkan dan membawa kandungan air bahan ke lingkungan.
Kipas kondensor AC Koshima 1 hp memiliki diameter baling-baling 32.6 cm dan diameter hub 11.2 cm, sedangkan kipas pengganti memiliki diameter hub 7.3 cm dan diameter baling-baling 32.6 cm. Penggunaan kipas pengganti dengan diameter hub yang kecil diharapkan dapat menghasilkan aliran udara yang lebih seragam pada pemanfaatan kondensor AC untuk pengeringan.
Penyalur udara
Udara panas dari kondensor AC disalurkan ke ruang pengering menggunakan saluran udara yang dipasang menyatu dengan ruang pengering. Saluran udara pengering dibuat pendek untuk mengurangi kehilangan panas tetapi tidak mengganggu penyebaran udara ke ruang pengering. Ujung depan saluran udara dibuat dengan ukuran yang sesuai dengan lubang keluaran udara dari kipas kondensor AC.
Penyalur udara terbuat dari kayu lapis dengan ketebalan 18 mm, berbentuk limas segi empat terpancung yang menangkap aliran udara dari kipas kondensor dan menyalurkannya ke ruang pengering. Ukuran sisi dalam penyalur udara yang berhubungan dengan kondensor minimal sama dengan lubang saluran keluaran udara kondensor (38 cm).
Ruang Pengering
Ruang pengering adalah bagian utama alat pengering yang merupakan ruang tempat terjadinya proses pengeringan. Rak-rak yang berisi bahan yang dikeringkan ditempatkan di dalam ruang pengering. Udara pengering melalui ruangan tersebut dan membawa kandungan air bahan ke lingkungan.
Rak pengering
Rak pengering berfungsi sebagai tempat untuk meletakkan bahan yang akan dikeringkan. Rangka rak pengering dibuat dari bahan aluminium profil L karena ringan dan mudah pengerjaannya. Bagian utama rak terbuat dari kawat net aluminium sehingga memudahkan sirkulasi udara. Udara yang melalui rak pengering akan menguapkan dan membawa kandungan air dari bahan.
18
Pintu dan saluran keluaran
Pintu ruang pengering berfungsi sebagai jalan untuk memasukkan dan mengeluarkan rak pengering serta sebagai saluran keluaran udara. Saluran keluaran berfungsi sebagai jalan udara keluar dari dalam ruang pengering ke lingkungan. Udara yang membawa uap air dari bahan yang dikeringkan akan melalui saluran keluaran dan menuju ke lingkungan.
Pengatur kecepatan putaran kipas
Pengatur kecepatan kipas digunakan untuk mengatur putaran kipas kondensor AC pada kondisi kecepatan tinggi atau rendah. Pengaturan kecepatan kipas kondensor dilakukan untuk mendapatkan suhu keluaran kondensor yang sesuai selama proses pengeringan. Kecepatan putaran kipas diatur menggunakan pengatur kecepatan motor AC yang umum ada di pasaran yang berbasis pada UJT dan triac.
Analisis Teknik Rancang Bangun Alat Pengering
Analisis teknik rancang bangun alat pengering dengan memanfaatkan panas keluaran kondensor AC menggunakan beberapa parameter yang diperhitungkan untuk menghasilkan alat pengering yang sesuai dengan yang diharapkan. Analisis teknik dilakukan berdasarkan potensi panas kondensor AC ruangan dan dimensi dari kondensor. Diagram alir analisis teknik tersebut seperti pada Gambar 5.
19
Gambar 5 Diagram alir analisis teknik perancangan alat pengering Analisis Potensi Panas Kondensor AC
Analisis potensi panas keluaran kondensor AC diawali dengan pengukuran suhu dan kelembaban udara keluaran dari kondensor AC serta udara lingkungan menggunakan termometer dan higrometer. Kecepatan aliran udara kondensor AC diukur menggunakan anemometer. Hasil pengukuran digunakan untuk perhitungan potensi panas kondensor AC dengan cara berikut ini.
Tekanan uap jenuh dan tekanan uap air aktual dihitung dengan menggunakan persamaan: 3 . 237 27 . 17 exp 6108 . 0 ) ( + = ° T T T e ... (11) ) ( )
( wet psy wet
v e T T T
P = ° −γ − ... (12)
eo(T) adalah tekanan uap jenuh pada suhu udara (kPa), Pv adalah tekanan uap aktual (kPa), eo(Twet) adalah tekanan uap jenuh pada suhu bola basah (kPa), Twet adalah suhu thermometer bola basah (oC), T adalah suhu udara normal (suhu thermometer bola kering) (oC) dan γpsy
)] ( / [ 100 P e T RH = × v °
adalah konstanta psikrometri yang nilainya 0.06738 pada tekanan 1 atm (FAO 1998).
... (13)