Strategi Pengendalian Pengeringan Jagung Pipil dengan Kadar Air Tinggi yang memanfaatkan Udara Lingkungan

(1)

STRATEGI PENGENDALIAN PENGERINGAN JAGUNG PIPILAN

DENGAN KADAR AIR TINGGI YANG MEMANFAATKAN UDARA

LINGKUNGAN

SKRIPSI

Oleh:

RIZQI MUHAMMAD THAARIQ

F14080102

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

ABSTRAK

RIZQI MUHAMMAD THAARIQ. Strategi Pengendalian Pengeringan Jagung Pipilan dengan Kadar Air Tinggi Yang Memanfaatkan Udara Lingkungan. Dibawah bimbingan LEOPOLD OSCAR NELWAN dan I DEWA MADE SUBRATA

Model pengering tipe tumpukan ini telah dirancang dan dikonstruksi untuk mempelajari Strategi Pengendalian Pengeringan Jagung Pipilan dengan Kadar Air Tinggi yang Memanfaatkan Udara Lingkungan. Strategi pengendalian yang dikembangkan dalam penelitian ini didasarkan pada perbedaan kadar air dan kadar air kesetimbangan dari udara sekitar. Yang dilakukan pada sistem pengendalian adalah pengaturan kecepatan putar kipas untuk mengendalikan laju alir udara Hasil yang ditunjukkan bahwa dengan kadar air jagung di awal adalah 20% wb hingga kadar air d akhir 13,61% dikeringkan selama 69,5 jam dan kipas berputar selama 20,5 jam dengan kondisi temperatur udara tertinggi selama proses pengeringan yang tercatat adalah 37,5 oC dan temperature udara terendah adalah 28,5 oC. Temperatur rata-rata adalah 29.15oC dan didapatkan juga RH lingkungan tertinggi yang tercatat adalah 94.8% dan RH lingkungan terendah adalah 52.4% maka rata-rata RH lingkungan 82.83%, dan penggunaan energi listrik sekitar 4,25 kwh atau 15,3 Mega Dari persamaan itu, dapat diasumsikan bahwa konsumsi energi per kilogram penguapan air adalah 4,37 MJ. Dari hasil diatas bahwa sistem kontroler pada pengering ini telah berkerja sesuai dengan yang direncanakan.

Kata kunci : Jagung, Pengering tipe tumpukan, Kontroler

ABSTRACT

RIZQI MUHAMMAD THAARIQ. Control Strategy Of Ambient Air Drying For Shelled Corn With High Moisture Content. Suvervised by LEOPOLD OSCAR NELWAN and I DEWA MADE SUBRATA

A bed dryer model has been designed and constructed to study control stategy of ambient drying for high moisture content shelled corn. The control strategy developed in this research was based on the diference of moisture content and the moisture content equivalent of ambient air. The action of the control system was the rotational speed of fan regularity to control the air flow rate. The result showed that with at initial moisture content of corn 20% w.b to the final moisture content of 13.61% w.b. drying were accomplided in 69.5 hours and fan turn on for 20.5 hours with the condition rated highest temperature recorded during the drying process is 37.5oC, and thelowest temperature was 28.5C. Average temperature was 29.15oC, and also was obtained that the highest environtmental RH recorded was 94.8% and the lowest RH was 52.4% RH environmental so that the average was 82.83%, and consumed electrical energy around 4.25 kWh or 15.3 Megajoules. From that equation, assumed energy consumption per kilograms of water evaporated was 4.37 MJ. From the above result the controller system in this dryer is working properly as per design.

(3)

RIZQI MUHAMMAD THAARIQ. F14080102. Strategi Pengendalian Pengeringan Jagung Pipilan dengan Kadar Air Tinggi yang Memanfaatkan Udara Lingkungan. Di bawah bimbingan Leopold Oscar Nelwan dan I Dewa Made Subrata. 2013.

RINGKASAN

Jagung (Zea mays L.) merupakan komoditi yang sangat penting selain padi, terutama di negara-negara agraris, seperti Indonesia. Proses pengeringan memiliki peran penting dalam pengawetan bahan, untuk industri pertanian, obat-obatan, dan makanan, terutama materi yang terkait dengan pengawetan biji jagung.

Pengering yang digunakan adalah pengeringan dengan memanfaatkan udara lingkungan sebagai aspek utama pengeringan. Pengering ini akan mengalirkan udara dari lingkungan kedalam pengering menggunakan blower. Blower akan mengkonsumsi sejumlah besar energi ketika digunakan. Untuk mengurangi jumlah energi yang digunakan blower, strategi pengendalian harus dilakukan, dalam rangka meningkatkan efisiensi penggunaan energi. Untuk mendapatkan efisiensi energi, maka diggunakan controller pada blower. Controller mengendalikan RPM kipas blower berdasarkan suhu dan kelembaban pada lingkungan dibandingkan dengan suhu dan kelembaban dalam pengering. Controller secara otomatis akan meningkatkan kecepatan kipas blower ketika suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu dalam alat pengering. Dan kecepatan kipas blower akan meningkat ketika lingkungan kadar air lebih rendah dari kadar air pengering juga.

Strategi pengendalian pada penelitian ini akan diprogram mengikuti logika pemrograman yang dibutuhkan untuk pengeringan berdasarkan potensi udara yang ada yang akan berhubungan dengan kecepatan putaran blower. Jadi blower tidak selalu berputar pada kecepatan maksimal selama proses pengeringan. Dengan adanya sistem kendali ini diharapkan proses pengeringan dapat berjalan lebih efektif dikarenakan penentuan debit yang sesuai dengan kebutuhan karena semakin tinggi kadar air maka diperlukan laju aliran udara yang lebih tinggi. Dari kondisi tersebut maka diperlukannya perubahan pada logika pemrograman sehingga dapat lebih menyesuaikan dengan kondisi yang sesuai dengan kebutuhan.

(4)

STRATEGI PENGENDALIAN PENGERINGAN JAGUNG

PIPILAN DENGAN KADAR AIR TINGGI YANG

MEMAANFAATKAN UDARA LINGKUNGAN

RIZQI MUHAMMAD THAARIQ

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

,

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

(5)

Judul Skripsi

: Strategi Pengendalian Pengeringan Jagung Pipil dengan Kadar Air

Tinggi yang Memanfaatkan Udara Lingkungan

Nama

: Rizqi Muhammad Thaariq

NIM

: F14080102

Menyetujui,

Dosen Pembimbing Akademik

Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si

NIP. 19701208 199903 1 001

Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr

NIP. 19620803 198703 1 002

Mengetahui,

Ketua Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

Dr. Ir. Desrial, M.Eng

NIP. 19661201 199103 1 004

(6)

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI

DAN SUMBER INFORMASI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Strategi Pengendalian Pengeringan Jagung Pipil dengan Kadar Air Tinggi yang Memanfaatkan Udara Lingkungan adalah hasil karya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apa pun pada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya limpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Februari 2013 Yang membuat pernyataan

(7)

©

Hak Cipta milik IPB, tahun 2013

Hak Cipta dilindungi Undang-undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya tulis ilmiah, penyusuna laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB

(8)

BIODATA PENULIS

Rizqi Muhammad Thaariq. Lahir di Bogor, 10 September 1990 dari ayah Heri Puji Raharjo dan ibu Rita Rosilawati, sebagai putra kedua dari empat bersaudara. Penulis menamatkan SMA pada tahun 2007 dari SMA Insan Kamil Bogor dan pada tahun 2008 diterima di IPB melalui jalur Beasiswa Utusan Daerah. Penulis memilih Program Studi Teknik Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Pada semester lima, penulis masuk bagian Teknik Energi Terbarukan (TET) dengan dosen pembimbing akademik Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si dan Dr. Ir. I Dewa Made Subrata M.Agr.

Selama mengikuti perkuliahan penulis cukup aktif dalam kegiatan. Penulis pernah membuat turut ikut dan lolos dalam seleksi Program Kreatifitas Mahasiswa di bidang kewirausahaan dengan judul “Light Reflector Batang Jagung”.

Penulis melakukan praktek lapang pada tahun 2011 PTPN VIII Tambaksari , Subang, Jawa

Barat dengan judul “Mempelajari Aspek Energi pada Proses Pengolahan Teh di PTPN VIII

(9)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT atas karuniaNya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian dengan judul Strategi Pengendalian Pengeringan Jagung Pipil dengan Kadar Air Tinggi yang Memanfaatkan Udara Lingkungan dilaksanakan di Lab. Teknik Energi Terbarukan dan Lab. Teknik Mesin dan Otomasi departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB Bogor sejak bulan Februari sampai dengan November 2012.

Dengan telah selesainya penelitian hingga tersusunnya skripsi ini, penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Dr. Ir. Leopold Oscar Nelwan, M.Si. sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan dukungan serta arahan dan bimbingan selama penelitian dan pembuatan skripsi.

2. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr. sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan dukungan serta arahan dan bimbingan selama penelitian dan pembuatan skripsi.

3. Dr. Ir. Dyah Wulandani M.Si. sebagai dosen penguji yang yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama perbaikan skripsi.

4. Penelitian unggulan IPB No.18/I3.24.2/ SPK-PVS/IPB/2012 yang telah mendanai penelitian. 5. Keluarga yang telah memberikan doa, serta dorongan moral dan material kepada penulis. 6. Nurmalita, atas segala dukungan dan semangat yang telah diberikan.

7. Yulfi, Yuliana, Okta, Fibula rekan satu bimbingan yang telah membantu selama penelitian. 8. Rekan – rekan GPK (Galih, Ghulam, Fuad, Anggun, Utha, Fajri, Saidong, Yayan, Ade, Yogi,

dan Yudhi) atas persahabatan dan kebersamaannya baik suka maupun duka.

9. Teknisi bagian Energi maupun TMO yaitu pak Harto, pak Joko, mas Firman, mas Dharma atas kerjasama dan bantuan yang diberikan selama proses penelitian hingga penulisan skripsi. 10. Seluruh keluarga TEP 45 atas kebersamaannya selama leebih dari 3 tahun.

Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi pertanian.

Bogor, Februari 2013

(10)

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ...ix

DAFTAR LAMPIRAN ...xi

I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 LATAR BELAKANG ... 1

1.2 TUJUAN PENELITIAN ... 2

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3

2.1 JAGUNG ... 3

2.2 PENGERINGAN ... 5

2.3 SISTEM KENDALI ... 12

III. METODOLOGI PENELITIAN ... 21

3.1 WAKTU DAN TEMPAT ... 21

3.2 ALAT DAN BAHAN... 21

3.3 METODE ... 21

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32

4.1 DESAIN ALAT PENGERING TIPE VERTICAL BED DRYER SKALA PERCOBAAN32 4.2 DESAIN SISTEM KENDALI... 39

4.3 PENGARUH KADAR AIR TERHADAP PRESSURE DROP ... 44

4.4 UJI KINERJA ALAT PENGERINGAN DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KENDALI ... 45

4.5 KONSUMSI ENERGI LISTRIK SELAMA PROSES PENGERINGAN ... 50

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 52

DAFTAR PUSTAKA ... 53

(11)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Persyaratan Mutu Jagung pipil ... 4

Tabel 2. Komponen dasar elektronika ... 12

Tabel 3. Jenis-jenis sensor suhu dan kelembaban dengan tingkat keakurasiannya ... 15

Tabel 4. Nilai koefisien konversi RH, (Sensirion. Crop.2012) ... 20

Tabel 5. Koefisiensi konversi suhu berdasarkan SOT, (Sensirion. Crop. 2012) ... 20

Tabel 6. Koefisien konversi temperatur berdasarkan VDD (Sensirion. Crop. 2012) ... 20

(12)

DAFTAR GAMBAR

Galaman

Gambar 1. Jagung... 3

Gambar 2. I/O Mikrokontroler ... 13

Gambar 3(a). Akurasi maksimal RH SHT10 ... 16

Gambar 3(b). Akurasi maksimal RH SHT10 ... 16

Gambar 11. Bagan rancangan penelitian ... 22

Gambar 12. Strategi pengendalian pengeringan ... 26

Gambar 13. Letak titik –titik pengukuran data Pressure Drop ... 27

Gambar 14. Letak titik – titik pengukuran data pengeringan ... 28

Gambar 15. Skema pengendalian pengeringan ... 30

Gambar 16. Desain Pengering tipe Vertical Bed Dryer ... 32

Gambar 17. Bak Penampung ... 34

Gambar 18. Rangka bak pengering ... 34

Gambar 19. Reducer ... 35

Gambar 20. Control Spacer ... 35

Gambar 21. Drain Valve ... 36

Gambar 22. Manometer... 36

Gambar 23. Rangka Penyangga ... 37

Gambar 24. Blower ... 37

Gambar 25. Rangka Penyangga Blower ... 38

Gambar 26. Desain chasing sistem kendali ... 39

Gambar 27. Kofigurasi sensor SHT75 pada DT-51 Petrrafuz MinSys ver 3.3 ... 40

Gambar 28. Rangkaian penggabung jalur sensor ke DT-51 Petrafuz MinSys ver 3.3 ... 40

Gambar 29. Konfigurasi LCD pada DT-51 Petrafuz MinSys ver 3.2 ... 41

Gambar 31. Konfigurasi Keypad pada DT51 Petrafuz MinSys ver 3.3 ... 41

Gambar 32. Rangkaian Zerocrossing Detector tegangan AC ... 42

Gambar 33. Akuisisi data PCdengan DT-51 Petrafuz MinSys ver 3.3... 42

(13)

Gambar 35. Fluktuasi suhu terhadap waktu selama proses pengeringan dengan sistem kendali ... 45

Gambar 36. Perubahan suhu tumpukan terhadap waktu selama proses pengeringan dengan sistem kendali ... 46

Gambar 37. Hubungan antara RH terhadap waktu selama proses pengeringan dengan sistem kendali 47 Gambar 38. Hubungan kelembaban mutlak terhadap waktu selama proses pengeringan dengan sistem kendali ……….... 47

Gambar 39. Hubungan antara kadar air kesetimbangan terhadap waktu dan putaran kipas selama proses pengeringan dengan sistem kendali ... 48

Gambar 40. Perubahan kadar air terhadap putaran kipas pada berbagai macam kecepatan kipas ... 49

Gambar 41. Konsumsi energi listrik selama proses pengeringan ... 50

(14)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

(15)

I.

PENDAHULUAN

1.1

LATAR BELAKANG

Jagung (Zea mays L.) merupakan komoditas pertanian yang sangat penting selain padi, terutama di negara-negara agraris seperti Indonesia. Proses pengeringan memegang peranan penting dalam pengawetan bahan, baik di industri pertanian, obat-obatan, maupun makanan. Selain sebagai sumber karbohidrat, jagung juga ditanam untuk digunakan sebagai pakan ternak (hijauan maupun tongkolnya), diambil minyaknya (dari bulir), dibuat tepung (dari bulir, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena), dan bahan baku industri (dari tepung bulir dan tepung tongkolnya). Jagung yang telah direkayasa genetika juga sekarang ditanam sebagai penghasil bahan farmasi. Oleh karena itu pengawetan jagung sangat penting, salah satu cara yang biasa digunakan untuk proses pengawetan jagung yaitu dengan proses pengeringan.

Pengeringan merupakan suatu cara untuk mengeluarkan atau menghilangkan sebagian besar air dari suatu bahan dengan memanfaatkan energi panas. Air mempunyai peranan penting di dalam suatu bahan pangan. Air merupakan faktor yang berpengaruh terhadap penampakan, tekstur, cita rasa, nilai gizi, dan aktivitas mikroorganisme yang terkandung di dalam suatu bahan pangan. Peranan air dalam berbagai produk hasil pertanian dapat dinyatakan sebagai kadar air dan aktivitas air. Sedangkan di udara dinyatakan dalam kelembaban relatif dan kelembaban mutlak.

Pengeringan yang efektif dapat terjadi jika kondisi udara pengering ideal terpenuhi, yakni panas, kering, dan bergerak. Ketiga kondisi tersebut saling berkaitan secara erat dan sangat perlu untuk menjaga masing–masing faktor berada dalam kondisi yang tepat. Istilah untuk tingkat kekeringan udara adalah kelembaban, semakin rendah tingkat kelembaban berarti semakin kering udara tersebut. Penerapan kondisi udara yang tepat secara terus menerus pada proses pengeringan menyebabkan waktu tempuh untuk mencapai suatu tingkat kandungan air yang dikeringkan menjadi lebih singkat. Perbandingan antara perubahan kandungan air bahan dengan waktu yang dibutuhkan disebut laju penurunan kandungan air bahan. semakin besar nilai laju penurunan kandungan air bahan menunjukan proses pengeringan yang efektif. Dengan demikian maka laju penurunan kadar air bahan atau disebut juga laju pengeringan merupakan faktor yang dijadikan indikator efektifitas pengeringan.

Terdapat beberapa jenis pengeringan konvektif, salah satu jenis pengeringan konvektif menggunakan udara sebai media transportasi panas (terbuka) dan lainnya menggunakan cairan sebagai media perpindahan panas. Pada pengeringan konvektif pada umumnya menggunakan energi termal. Energi termal merupakan komponen energi terbesar yang digunakan pada proses pengeringan sehingga untuk menghemat penggunaan energi maka penggunaan energi termal ditiadakan.

(16)

lingkungan lebih rendah dari kadar air pengering. Strategi pengendalian pada penelitian ini akan diprogram mengikuti logika pemrograman yang dibutuhkan untuk pengeringan berdasarkan potensi udara yang ada yang akan berhubungan dengan kecepatan putaran blower. Jadi blower tidak selalu berputar pada kecepatan maksimal selama proses pengeringan.

Penelitian serupa telah dilakukan oleh Simbolon (2011) mengenai strategi pengendalian pada pengeringan jagung pipilan dengan memanfaatkan udara lingkungan. Pada penelitian tersebut digunakan jagung varietas hibrida sebanyak 22.5 kg jagung pipil dengan kadar air awal 20.89% b.k dengan jagung pipilan kadar air akhir 16.20%b.k, dan didapatkan waktu pengeringan selama 10.517 jam dengan laju aliran udara 0.01m3/s. Energi listrik yang digunakan selama proses pengeringan adalah 2.011 MJ atau 2.62 MJ/kg air yang diuapkan. Namun pada penelitian kadar air awal relatif rendah dan laju aliran udara per kg produk lebih rendah, maka berdasarkan hasil penelitian tersebut diperlukan alat uji dengan memperluas penampang model pengeringnya, hal ini berfungsi mengurangi tahanan dinding pada aliran udara dengan menggunakan bahan jagung yang memiliki kadar air lebih tinggi. Karena kadar air dan kapasitas pengeringan yang lebih tinggi maka dibutuhkan laju aliran udara maksimum per m3 yang lebih besar, disesuaikan dengan luas penampangnya. Selain itu, diperlukan penambahan informasi pressure drop pada kadar air yang berbeda.

Dengan adanya sistem kendali ini diharapkan proses pengeringan dapat berjalan lebih efektif dikarenakan penentuan debit yang sesuai dengan kebutuhan karena semakin tinggi kadar air maka diperlukan laju aliran udara yang lebih tinggi. Dari kondisi tersebut maka diperlukannya perubahan pada logika pemrograman sehingga dapat lebih menyesuaikan dengan kondisi yang sesuai dengan kebutuhan.

1.2

TUJUAN PENELITIAN

1. Perancangan dan pembuatan model pengering bed dryer untuk pengeringan jagung pipilan. 2. Menganalisa pengaruh kadar air jagung pipilan terhadap pressure drop.

3. Merancang strategi pengendalian pada sistem pengering dengan udara lingkungan berbasis beda kadar air pada tumpukan dengan potensi udara lingkungan untuk jagung pipilan berkadar air awal tinggi (25%b.k)

(17)

II.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 JAGUNG

Jagung (Zea mays L) adalah tanaman semusim dan termasuk jenis rumputan atau graminae yang mempunyai batang tunggal, meski terdapat kemungkinan munculnya cabang anakan pada beberapa genotipe dan lingkungan tertentu. Batang jagung terdiri atas buku dan ruas. Daun jagung tumbuh pada setiap buku, berhadapan satu sama lain. Bunga jantan terletak pada bagian terpisah pada satu tanaman sehingga lazim terjadi penyerbukan silang. Jagung merupakan tanaman hari pendek, jumlah daunnya ditentukan pada saat inisiasi bunga jantan, dan dikendalikan oleh genotipe, lama penyinaran, dan suhu. Pemahaman morfologi dan fase pertumbuhan jagung sangat membantu dalam mengidentifikasi pertumbuhan tanaman, terkait dengan optimasi perlakukan agronomis. Hasil dan bobot biomas jagung yang tinggi akan diperoleh jika pertumbuhan tanaman optimal. Untuk itu diperlukan pengelolaan hara, air, dan tanaman dengan tepat. Pengelolaan hara dan tanaman yang mencakup pemupukan (waktu dan takaran), pengairan, dan pengendalian gulma harus sesuai dengan fase pertumbuhan tanaman. Terdapat beberapa metode penentuan fase pertumbuhan jagung. Penduduk beberapa daerah di Indonesia (misalnya di Madura dan Nusa Tenggara) juga menggunakan jagung sebagai pangan pokok. Selain sebagai sumber karbohidrat, jagung juga ditanam untuk digunakan sebagai pakan ternak (hijauan maupun tongkolnya), diambil minyaknya (dari bulir), dibuat tepung (dari bulir, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena), dan bahan baku industri (dari tepung bulir dan tepung tongkolnya). Jagung yang telah direkayasa genetika juga sekarang ditanam sebagai penghasil bahan farmasi.

Gambar 1. Jagung

Klasifikasi ilmiah

Kingdom: Plantae Ordo: Poales Famili: Poaceae Genus: Zea Spesies: Z. mays

Nama binomial

(18)

SNI (standar nasional Indonesia) telah menetapkan standar mutu untuk produk jagung, baik untuk pangan maupun pakan. Penetapan standar mutu jagung dilakukan berdasarkan berbagai kriteria seperti warna, ukuran dan bentuk. Seperti jagung kuning apabila sekurang-kurangnya 90% bijinya berwarna kuning, jagung putih apabila sekurang-kurangnya 90% bijinya berwarna putih.

Standar mutu yang harus dipenuhi jagung sebagai bahan baku pakan, sangat diperlukan untuk memberi jaminan bagi petani penghasil, serta jaminan mutu pakan ternak yang menggunakannya. Penyimpanan produk-produk pertanian harus memenuhi beberapa persyaratan khusus kaitannya dengan proses penyimpanan dalam rangka mempertahankan kualitasnya, terutama persyaratan kandungan air, kelembaban udara (aktivitas air) dan temperatur penyimpanan. Butiran jagung dengan kandungan air maksimal 15,5 % (bk) dapat disimpan paling lama 6 bulan. Sebagai acuan utama dalam penyusunan standar ini adalah SNI 01-3920-1995, serta setelah memperhatikan semua data dan masukan dari berbagai pihak. (BSN 2012)

1. Ruang Lingkup. Standar ini meliputi definisi, klasifikasi, persyaratan mutu, cara pengemasan, cara pengambilan contoh, metode analisis dan penandaan.

2. Definisi. Jagung-bahan baku pakan adalah jagung pipilan hasil tanaman jagung (Zea mays L) berupa biji kering yang telah dilepaskan dan dibersihkan dari tongkolnya. Berdasarkan warna biji jagung terdiri dari jagung putih dan jagung kuning.

3. Klasifikasi. Jagung-bahan baku pakan digolongkan dalam 1 satu tingkatan mutu

4. Persyaratan Mutu. Persyaratan mutu standar jagung-bahan baku pakan meliputi kandungan zat makanan dan kandungan bahan berbahaya/racun serta kemurnian. Persyaratan mutu standar jagung-bahan baku akan yang harus dipenuhi adalah sebagai berikut:

Tabel 1. Persyaratan Mutu Jagung pipil mutu I

Kadar air (%) maksimum 14.0

Protein kasar (%) minimum 7.5

Serat kasar (%) maksimum 3.0

A b u (%) maksimum 2.0

Lemak (%) maksimum 3.0

Mikotoxin -

Aflatoxin (ppb) maksimum 50.0

Ocratoxin (ppb) maksimum 5.0

Butir pecah (%) maksimum 5.0

Warna lain (%) maksimum 5.0

Benda asing (%) maksimum 2.0

Kepadatan (kg/cm3) minimum 700

5. Cara Pengemasan. Jagung dapat diperdagangkan dalam kemasan karung atau sistem curah 6. Cara Pengambilan Contoh. Pengambilan contoh dilakukan sesuai SNI 01-2326-1991 7. Metode Analisis

 Analisis dilakukan menurut metode AOAC

 Pemeriksaan aflatoxin dan ocratoxin dilakukan dengan uji TLC (Thin Layer Chromatograph) dan HPLC.

(19)

2.2

PENGERINGAN

Pengeringan merupakan suatu cara untuk mengurangi atau menghilangkan sebagian besar air dari suatu bahan dengan menggunakan energi panas. Keuntungan pengeringan adalah bahan menjadi lebih tahan lama disimpan dan volume bahan menjadi lebih kecil sehingga mempermudah dan menghemat ruang pengangkutan dan pengepakan. Di sisi lain, pengeringan menyebabkan sifat asli bahan mengalami perubahan, penurunan mutu dan memerlukan penanganan tambahan sebelum digunakan yaitu rehidrasi (Muchtadi 1989). Hasil dari proses pengeringan adalah bahan kering yang mempunyai kadar air setara dengan kadar air keseimbangan udara (atmosfir) normal atau setara dengan nilai aktivitas air (aw) yang aman dari kerusakan mikrobiologis, enzimatis dan kimiawi. Pengertian proses pengeringan berbeda dengan proses penguapan (evaporasi). Proses penguapan atau evaporasi adalah proses pemisahan uap air dalam bentuk murni dari suatu campuran berupa larutan (cairan) yang mengandung air dalam jumlah yang relatif banyak.

Proses pengeringan bertujuan untuk menurunkan kadar air bahan sehingga bahan menjadi lebih awet, mengecilkan volume bahan sehingga memudahkan dan menghemat biaya pengangkutan, pengemasan dan penyimpanan. Di samping itu banyak bahan hasil pertanian yang hanya digunakan setelah dikeringkan terlebih dahulu seperti tembakau, kopi, teh dan biji-bijian. Meskipun demikian ada kerugian yang ditimbulkan selama pengeringan yaitu terjadinya perubahan sifat fisik dan kimiawi bahan serta terjadinya penurunan mutu bahan.

Proses pengeringan pada prinsipnya menyangkut proses pindah panas dan pindah massa yang terjadi secara bersamaan (simultan). Pertama panas harus ditransfer dari medium pemanas ke bahan. Selanjutnya setelah terjadi penguapan air, uap air yang terbentuk harus dipindahkan melalui struktur bahan ke medium sekitarnya. Proses ini akan menyangkut aliran fluida di mana cairan harus ditransfer melalui struktur bahan selama proses pengeringan berlangsung. Jadi panas harus disediakan untuk menguapkan air dan air harus mendifusi melalui berbagai macam tahanan agar dapat lepas dari bahan dan berbentuk uap air yang bebas. Lama proses pengeringan tergantung pada bahan yang dikeringkan dan cara pemanasan yang digunakan. Dengan sangat terbatasnya kadar air pada bahan yang telah dikeringkan, maka enzim-enzim yang ada pada bahan menjadi tidak aktif dan mikroorganisme yang ada pada bahan tidak dapat tumbuh. Pertumbuhan mikroorganisme dapat dihambat, bahkan beberapa jenis mikroorganisme mati, karena mikroorganisme membutuhkan air untuk proses metabolismenya. Mikroorganisme hanya dapat hidup dan melangsungkan pertumbuhannya pada bahan dengan kadar air tertentu. Walaupun setelah proses pengeringan secara fisik masih terdapat (tersisa) molekul-molekul air yang terikat, tetapi molekul-molekul air tersebut tidak dapat dipergunakan oleh mikrooganisme. Di samping itu enzim tidak mungkin aktif pada bahan yang sudah dikeringkan, karena reaksi biokimia memerlukan air sebagai medianya.

(20)

2.2.1 Kadar air dan sorpsi - isotermis

Karena proses utama dalam pengeringan adalah proses penguapan air, oleh karena itu terlebih dahulu perlu diketahui karakteristik hidratasi bahan pangan yaitu sifat-sifat bahan yang meliputi interaksi antara bahan pangan dengan molekul air yang dikandungnya dan molekul air di udara sekitarnya. Peranan air dalam bahan pangan dinyatakan dengan kadar air dan aktivitas air (aw), sedangkan peranan air di udara dinyatakan dengan kelembaban relatif (RH) dan kelembaban mutlak (H).

 Kadar Air

Kadar air suatu bahan menunjukkan jumlah kandungan air persatuan bobot bahan yang dapat dinyatakan dalam persen berat basah (wet basis) atau dalam persen berat kering (dry basis). Kadar air berat basah mempunyai batas maksimum teoritis sebesar 100 %, sedangkan kadar air berat kering dapat lebih dari 100 %. Kadar air berat basah (b.b) adalah perbandingan antara berat air yang ada dalam bahan dengan berat total bahan. Kadar air berat basah dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

………(1)

keterangan :

M = kadar air berat basah (% b.b) Wm = berat air dalam bahan (g)

Wd = berat padatan dalam bahan (g) atau berat bahan kering mutlak Wt = berat total (g)

dalam bahan dengan berat padatan yang ada dalam bahan. Kadar air berat kering dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

...(2)

keterangan :

M = kadar air berat kering (% b.k) Wm = berat air dalam bahan (g)

Wd = berat padatan dalam bahan (g) atau berat bahan kering mutlak

Persamaan nilai konversi nilai kadar air basis basah menjadi kadar air basis kering adalah sebagai berikut :

………(3)

(21)

Di dalam analisis bahan pangan, biasanya kadar air bahan dinyatakan dalam persen berat kering. Hal ini disebabkan perhitungan berdasarkan berat basah mempunyai kelemahan yaitu berat basah bahan selalu berubah-ubah setiap saat, sedangkan berat bahan kering selalu tetap. Metode pengukuran kadar air yang umum dilakukan di Laboratorium adalah metode oven atau dengan cara destilasi. Pengukuran kadar air secara praktis di lapangan dapat dilakukan dengan menggunakan moisture tester yaitu alat pengukur kadar air secara elektronik.

Kandungan air pada suatu bahan pertanian terdiri dari 3 jenis yaitu :

1. Air bebas (free water). Air ini terdapat pada permukaan bahan, sehingga dapat digunakan oleh mikroorganisme untuk pertumbuhannya serta dapat dijadikan sebagai media reaksi-reaksi kimia. Air bebas dapat dengan mudah diuapkan pada proses pengeringan. Bila air bebas ini diuapkan seluruhnya, maka kadar air bahan akan berkisar antara 12 % sampai 25 %.

2. Air terikat secara fisik. Air jenis ini merupakan bagian air yang terdapat dalam jaringan matriks bahan (tenunan bahan) akibat adanya ikatan ikatan fisik. Air jenis ini terdiri atas :

a. Air terikat menurut sistem kapiler yang ada dalam bahan karena adanya pipa-pipa kapiler pada bahan.

b. Air absorpsi yang terdapat pada tenunan-tenunan bahan karena adanya tenaga penyerapan dari dalam bahan.

c. Air yang terkurung di antara tenunan bahan karena adanya hambatan mekanis dan biasanya terdapat pada bahan yang berserat.

3. Air terikat secara kimia. Untuk menguapkan air jenis ini pada proses pengeringan diperlukan energi yang besar. Air yang terikat secara kimia terdiri atas :

a. Air yang terikat sebagai air kristal.

b. Air yang terikat dalam sistem dispersi koloidal yang terdiri dari partikel-partikel yang mempunyai bentuk dan ukuran beragam. Partikel-partikel ini ada yang bermuatan listrik positif atau negatif sehingga dapat saling tarik menarik. Kekuatan ikatan yang ada dalam ketiga jenis air tersebut berbeda-beda dan untuk memutuskan ikatannya diperlukan energi penguapan. Besarnya energi penguapan untuk air bebas paling rendah, kemudian diikuti oleh air terikat secara fisik dan air terikat secara kimia yang paling besar.

 Aktivitas Air

(22)

………(4)

keterangan :

n1 = jumlah mol pelarut

n2 = jumlah mol zat terlarut n1 + n2 = jumlah mol larutan

 Kelembaban Relatif

Kelembaban relatif atau kelembaban nisbi didefinisikan sebagai perbandingan antara tekanan parsial uap air yang ada di udara dengan tekanan uap jenuh pada suhu yang sama.

...(5)

keterangan :

RH = Kelembaban Relatif ((%)

P = Tekanan parsial uap air pada suhu T ( atm) Ps = Tekanan uap air jenuh pada suhu T(atm) T = Suhu atmosfir (0 C)

 Aktivitas Air

Dalam keadaan setimbang dengan bahan pangan, maka hubungan antara aktivitas air dengan kelembaban relatif dapat ditulis sebagai berikut :

………...(6)

keterangan :

RHs = Kelembaban relatif dalam keadaan kesetimbangan (%) Ps = Tekanan uap jenuh (atm)

Selain kelembaban relatif, dikenal pula kelembaban mutlak (H) yang didefinisikan sebagai besaran yang digunakan untuk menentukan jumlah uap air di udara. Untuk menentukan kelembaban relatif dan kelembaban mutlak dapat digunakan peta psikrometrik (Psychrometric Chart) yaitu suatu peta yang menggambarkan hubungan antara kelembaban udara dengan suhu dan entalpi. Berbagai alat pengukur kelembaban relatif yang secara langsung dapat digunakan dengan ketelitian cukup tinggi antara lain Sling psychrometer dan higrometer.

 Kadar Air Keseimbangan

(23)

dengan laju penambahan air ke bahan dari udara di sekelilingya. Kadar air pada keadaan seimbang disebut juga dengan kadar air keseimbangan atau keseimbangan higroskopis.

Sifat-sifat kadar air keseimbangan atau Equilibrium ofMoisture Content (EMC) dari bahan pangan sangat penting dalam penyimpanan dan pengeringan. Kadar air keseimbangan didefinisikan sebagai kandungan air pada bahan pangan yang seimbang dengan kandungan air udara sekitarnya. Hal tersebut merupakan satu faktor yang menentukan sampai seberapa jauh suatu bahan dapat dikeringkan pada kondisi lingkungan tertentu (aktivitas air tertentu) dan dapat digunakan sebagai tolak ukur pencegahan kemampuan berkembangnya mikroorganisme yang menyebabkan terjadinya kerusakan bahan pada saat penyimpanan. Menurut Hall (1957) di dalam Hendarto 2008, beberapa faktor yang berpengaruh terhadap kadar air keseimbangan adalah kecepatan udara pengering, suhu udara, kelembaban relatif udara, dan kematangan bahan.

Dalam percobaan menentukan kadar air keseimbangan, kondisi termodinamika udara (suhu dan kelembaban relatif) harus konstan. Penentuan kadar air keseimbangan ada dua metode yaitu metode dinamis dan statis. Metode dinamis, kadar air keseimbangan bahan diperoleh pada keadaan udara yang bergerak. Metode dinamik biasanya digunakan untuk pengeringan, dimana pergerakan udara digunakan untuk mempercepat proses pengeringan dan menghindari penjenuhan uap air disekitar bahan. Sedangkan metode statis, kadar air keseimbangan bahan diperoleh pada keadaan udara diam. Metode statik biasanya digunakan untuk keperluan penyimpanan karena umumnya udara disekitar bahan relatif tidak bergerak.Perhitungan empiris untuk menentukan kadar air keseimbangan adalah (Brooker et al. 1992).

[

]→...(7)

keterangan:

Me = Kadar air keseimbangan (%d.b.) Pv/Pvs = Kelembaban udara (%)

T = Suhu udara (0C) Untuk jagung pipilan :

K = 8.6541 x 10-5 C = 49.810 N = 18634

2.2.2 Metode Pengeringan

(24)

digunakan untuk bahan pangan adalah pengeringan tipe terowongan, pengering tipe semprot, pengering tipe fluidized bed, pengering tipe beku dan lain-lain (Mujumdar 2000).

Laju pengeringan adalah banyaknya air yang diuapkan tiap satuan waktu atau penurunan kadar air bahan dalam satuan waktu. Penurunan kadar air produk selama proses pengeringan dinyatakan dengan : ...(8) Keterangan :

dW/dt = laju pengeringan (%b.k/jam) Wt = kadar air pada waktu t (%b.k) Wt+∆t = kadar air pada waktu t+∆t (%b.k) ∆t = selang waktu (jam)

Efisiensi sistem dari alat pengeringan merupakan salah satu faktor yang perlu dipertimbangkan dalam aplikasi pengeringan dan optimasinya. Efisiensi operasi pengeringan dapat dinyatakan sebagai perbandingan panas yang secara teoritis diperlukan untuk menguapkan air dengan penggunaan panas yang sebenarnya didalam alat pengering. Efisiensi tersebut berguna untuk memperlajari pendugaan atau kontruksi alat pengering dan studi perbandingan antar berbagai alat pengering yang digunakan untuk alternatif.

Proses pengeringan pada bahan, dimana udara panas dialirkan dapat dianggap sebagai salah satu proses adiabatis, karena panas yang diberikan untuk penguapan air dari bahan hanya disuplai oleh udara pengering secara konduksi atau radiasi tanpa tambahan energi dari luar. Proses perpindahan panas terjadi karena suhu bahan lebih rendah dari suhu udara yang dialirkan disekeliling bahan. Panas yang diberikan ini akan menaikan suhu bahan dan akan menyebabkan tekanan uap air didalam bahan akan lebih tinggi dibandingkan tekanan uap air di udara sehingga terjadi perpindahan uap air dari bahan ke udara. Peristiwa perpindahan uap air ke udara ini disebut peristiwa pindah massa.

(25)

menggunakan matahari, oven, atau microwave. Pengeringan merupakan metode pengawetan yang membutuhkan energi dan biaya yang cukup tinggi, kecuali pengeringan matahari (sun drying) (Hughes dan Willenberg 1994).

1. Pengeringan mengunakan matahari (sun drying)

Pengeringan mengunakan matahari (sun drying) merupakan salah satu metode pengeringan tradisional karena menggunakan panas langsung dari matahari dan pergerakan udara lingkungan. Pengeringan ini mempunyai laju pengeringan yang lambat dan memerlukan perhatian lebih, yaitu bahan yang akan dikeringkan harus dilindungi dari serangan serangga dan ditutupi pada malam hari. Selain itu pengeringan matahari sangat rentan terhadap resiko kontaminasi lingkungan, sehingga pengeringan sebaiknya jauh dari jalan raya atau udara yang kotor (Toftgruben 1977)

2. Pengeringan Rumah Kaca (Greenhouse)

Pengering efek rumah kaca adalah tipe pengering dengan menggunakan energi surya yang memanfaatkan efek rumah kaca yang terjadi karena adanya penutup transparan pada dinding bangunan serta plat absorber sebagai pengumpul panas untuk menaikkan suhu udara ruang pengering. Lapisan transparan memungkinkan radiasi gelombang pendek dari matahari masuk ke dalam dan mengenai elemen-elemen bangunan. Hal ini menyebabkan radiasi gelombang pendek yang terpantul berubah menjadi gelombang panjang dan terperangkap dalam bangunan karena tidak dapat menembus penutup transparan sehingga menyebabkan suhu menjadi tinggi. Proses inilah yang dinamakan efek rumah kaca. (Kamaruddin et al. 1996)

3. Pengeringan Oven

Pengeringan oven (oven drying) adalah tipe pengering yang mengunakan energi listrik sebagai sumber panasnya,tetapi membutuhkan sedikit biaya investasi, dapat melindungi pangan dari serangan serangga dan debu, dan tidak tergantung pada cuaca.

4. Pengeringan Iradiasi Surya (solar drying)

Solar drying merupakan modifikasi dari sun drying yang menggunakan kolektor sinar matahari yang didesain khusus dengan ventilasi untuk keluarnya uap air (Hughes dan Willenberg, 1994). Energi matahari dikumpulkan menggunakan pengumpul energi yang berupa piringan tipis (flat plate) yang biasanya terbuat dari plastik transparan (Bala 1997).

5. Pengeringan Beku (freeze drying)

Pengeringan beku merupakan salah satu cara dalam pengeringan produk pangan. Tahap awal produk pangan dibekukan kemudian diperlakukan dengan suatu proses pemanasan ringan dalam suatu lemari hampa udara. Kristal-kristal es yang terbentuk selama tahap pembekuan akan menyublim jika dipanaskan pada tekanan hampa udara yaitu berubah bentuk dari es menjadi uap tanpa melewati fase cair (Gaman dan Sherrington 1981).

6. Pengeringan Udara Lingkungan

(26)

Sebaliknya ketika jumlah udara yang masuk dikurangi maka suhu didalam ruangan akan meningkat. Disamping itu, debit udara pada pengeringan tumpukan juga memberikan perbedaan penurunan kadar air.

2.3

SISTEM KENDALI

Sistem kendali yang digunakan terdiri atas rangkaian elektronik. Elektronik adalah ilmu mengenai elektron dan membahas cara-cara penggunaan elektron untuk melakukan hal-hal yang bermanfaat dan menarik. Suatu rangkaian listrik pada sistem kendali terdiri atas komponen-komponen elektronik, mikrokontroler, sensor, dll.

2.3.1 Komponen

–

Komponen Elektronik

Tahanan listrik pertama kali di ketahui dengan menggunakan sepotong kawat, oleh gregor ohm, sehingga dakta ini disebut sebagai Hukum Ohm (Ω). Hukum Ohm berlaku pada semua konduktor, terdapat pada persamaan – persamaan pada hukum Ohm :

………...……..(9)

………...………..………...………(10)

………...………...(11)

Keterangan :

I = besaran arus listrik (A)

V = besaran tegangan listrik (V)

R = untuk besaran tahanan listrik (Ω)

Ada beberapa macam komponen dasar elektronika yang umumnya digunakan dalam perancangan rangkaian elektonika diantaranya adalah resistor (tahan listrik), kapasitor, induktor (lilitan kawat), diode, transistor, integrated circuit (IC) dll.

Tabel 2. Komponen dasar elektronika

Komponen dasar elektronika Komponen pasif Resistor • Induktor • Kondensator • Transformator

Komponen aktif Dioda • LED • Transistor • Tiristor • SCR • TRIAC • DIAC • Sirkuit terpadu•Tabung vakum

Transduser Resistor foto • Dioda foto • Transistor foto • Termistor • Termokopel • Termofil •

Sensor infra merah • Tolok regangan • Mikrofon • LVDT• CCD

Lain-lain Relai • Sekering • Sakelar • Pengeras suara • Lampu

(27)

2.3.2 Mikrokontroler

Semua jenis perangkat elektronik mulai dari telepon genggam hingga oven microwave memiliki sebuah mikrokontroler yang berperan sebagai jantung dari kesistemannya. Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan input yang diterima dan program yang dikerjakan. Mikrokontroler mampu melaksanakan semua kerja pemrosesan kompleks yang diperlukan untuk menghubungkan input sistem ke outputnya. Terdapat ratusan jenis yang berbeda, yang tersedia dipasaran. Rangkaian terpadu (IC) 28 pin adalah mikrokontroler dengan ukuran rata-rata dan memuat unit – unit dasar yang dibutuhkan semua jenis kontroler :

a) Unit aritmetika dan logika (aritmethic-logic unit) (ALU)

Rangkaian–rangkaian logika yang melaksanakan operasi penjumlahan, pengurangan, dan berbagai operasi logika lainya.

b) Memori

Rangkaian–rangkaian logika yang berfungsi menyimpan data. Terdapat dua jenis memori. Ram mampu menampung hingga 72 byte data. Memori kenis ini digunakan ole ALU untuk menyimpan data secara sementara, yang dibutuhkan ketika melakukan pemrosesan. ROM mampu menampung hingga 3 Kb data. Memori ini menyimpan program yang berfungsi mengarah kerja ke kontroler.

c) Clock

Chip yang memuat semua komponen clock system, terkecuali komponen kristalnya d) Input dan output

Dari ke 28 pin yang ada pada IC ini, 20 diantaranya digunakan untuk input dan output data. Pin ini dapat disambungkan ke sensor atau perangkat input lainnya. Pin ini juga dapat disambungkan ke lampu, piranti tampilan, motor, pengeras suara, dan perangkat–perangkat output lainnya.

Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer. Dapat dilihat pada Gambar 2.

(28)

Sistem Input Komputer

Piranti input menyediakan informasi kepada sistem komputer dari dunia luar. Dalam sistem komputer pribadi, piranti input yang paling umum adalah keyboard. Komputer mainframe menggunakan keyboard dan pembaca kartu berlubang sebagai piranti inputnya. Sistem dengan mikrokontroler umumnya menggunakan piranti input yang jauh lebih kecil seperti saklar atau keypad kecil. Hampir semua input mikrokontroler hanya dapat memproses sinyal input digital dengan tegangan yang sama dengan tegangan logika dari sumber.

Sistem Output Komputer

Piranti output digunakan untuk berkomunikasi informasi maupun aksi dari sistem komputer dengan dunia luar. Dalam sistem komputer pribadi (PC), piranti output yang umum adalah monitor CRT. Sedangkan sistem mikrokontroler mempunyai output yang jauh lebih sederhana seperti lampu indikator atau beeper dan LCD. Frasa kontroler dari kata mikrokontroler memberikan penegasan bahwa alat ini mengontrol sesuatu. Mikrokontroler atau komputer mengolah sinyal secara digital, sehingga untuk dapat memberikan output analog diperlukan proses konversi dari sinyal digital menjadi analog. Piranti yang dapat melakukan konversi ini disebut dengan DAC (Digital to Analog Converter).

CPU (Central Processing Unit)

CPU adalah otak dari sistem komputer. Pekerjaan utama dari CPU adalah mengerjakan program yang terdiri atas instruksi-instruksi yang diprogram oleh programmer. Suatu program komputer akan menginstruksikan CPU untuk membaca informasi dari piranti input, membaca informasi dari dan menulis informasi ke memori, dan untuk menulis informasi ke output. Dalam mikrokontroler umumnya hanya ada satu program yang bekerja dalam suatu aplikasi.

Clock dan Memori Komputer

Di dalam sebuah sistem rangkaian logika berukuran besar, memungkinkan terdapat beberapa lusin, ratusan, bahkan ribuan gerbang logika. Pada setiap saat, salah satu di antara gerbang ini dapat mengalami perubahan state, apabila input yang diterima memang sesuai. Gerbang yang berbeda membutuhkan waktu yang berbeda-beda untuk berubah dari satu state ke state lainnya. Situasi semacam ini sangat kompleks. dengan menggunakan sistem clock untuk memicu CPU mengerjakan satu instruksi ke instruksi berikutnya dalam alur yang berurutan. Setiap langkah kecil dari operasi mikrokontroler memakan waktu satu atau beberapa clock untuk melakukannya. Clock ini menghasilkan serangkaian gelombang pulsa dengan laju yang tetap. Didalam sebuah sistem yang sangat besar seperti didalam sebuah computer, clock akan „berdetak‟ dengan sangat cepat. Clock dapat bekerja pada kecepatan beberapa ratus megahertz.

(29)

seperti EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).

Banyak kontroler memiliki ROM yang isinya dapat dihapus dan kemudian ditulis kembali sesuai dengan yang dibutuhkan. Seperti kontroler yang digunakan untuk pembuatan program manual. Pada beberapa jenis kontroler, data yang ada di dalam memori diprogram dan dimasukan ketika chip dibuat. Oleh karenanya, data tersebut tidak dapat diubah – ubah. Tipe ROM seperti ini dapat dijumpai pada mesin cuci.

Program Komputer

Perangkat pemograman ini memiliki rangkaian elektronik secara spesifik berfungsi untuk menyediakan level– level tegangan, yang diperlukan untuk menuliskan data kedalam ROM kontroler. Proses pemograman dikendalikan oleh sebuah komputer, yang mana pengguna membuat dan menguji program yang akan dimasukan. Perangkat ini memiliki sebuah soket 20-pin khusus, yang mana sebuah pengontrol akan ditancapkan ketika hendak diprogramkan.

Sistem Mikrokontroler

Suatu mikrokontroler dapat didefinisikan sebagai sistem komputer yang lengkap termasuk sebuah CPU, memori, osilator clock, dan I/O dalam satu rangkaian terpadu. Jika sebagian elemen dihilangkan, yaitu I/O dan memori, maka chip ini akan disebut sebagai mikroprosesor.

2.3.3 Sensor Suhu dan Kelembaban Relatif

Sensor adalah piranti input menyediakan informasi kepada sistem komputer dari dunia luar. Sistem dengan mikrokontroler umumnya menggunakan piranti input seperti saklar atau sensor. Jenis – jenis sensor uang digunakan untuk membaca suhu dan kelembaban dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Jenis-jenis sensor suhu dan kelembaban dengan tingkat keakurasiannya

Sensor Suhu dan Kelembaban

Max, RH Tolerance

Max, T Tolerance

Sensor Output

SHT10 ±4.5%RH ±0.5oC Digital

SHT11 ±3%RH ±0.4oC Digital

SHT15 ±2%RH ±0.3oC Digital

SHT21 ±3%RH ±0.4oC I2C

SHT25 ±3%RH ±0.3oC I2C

SHT71 ±3%RH ±0.4oC Digital

SHT75 ±1.8%RH ±0.3oC Digital

 SHT 10 (All-round relative humidity sensor for any application)

SHT10 merupakan sensor suhu dan kelembaban relatif. Sensor ini digunakan sebagai pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif ruangan. Adapun spesifikasi SHT10 adalah sebagai berikut :

 Konsumsi energi : 80uW(at 12bit, 3V, 1 measurement / s)  RH jarak operasi : 0-100% RH

(30)

 RH respon time : 8 sec (tau63%)

 Output : digital (2 kabel antar muka)  Akurasi maksimal batas RH dan suhu :

Gambar 3 (a). Akurasi maksimal RH SHT10 Gambar 3(b). Akurasi maksimal suhu SHT10

 SHT 11 (All-round relative humidity sensor for any application)

 T Jarak operasi : -40 -125oC (-40 – 257oF)  RH respon time : 8 sec (tau63%)

Gambar 4(a). Akurasi maksimal RH SHT10 Gambar 4(b). Akurasi maksimal suhu SHT10

 SHT 15 (High-quality relative humidity sensor for demanding measurement)

[image:30.595.101.513.50.831.2]

(31)

 SHT 20 (Low-Cost humidity and temperature sensor for high production volumes)

SHT 20 merupakan sensor suhu dan kelembaban relatif. Sensor ini digunakan sebagai pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif ruangan. Adapun spesifikasi SHT20 adalah sebagai berikut :

 SHT 21 (Smallest relative humidity sensor for a multitude of applications: "size that inspires") SHT 21 merupakan sensor suhu dan kelembaban relatif. Sensor ini digunakan sebagai pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif ruangan. Adapun spesifikasi SHT 21 adalah sebagai berikut :

 Konsumsi energi : 3.2uW (at 8 bit, 1 measurement / s)  RH jarak operasi : 0-100% RH

[image:31.595.101.516.66.801.2] [image:31.595.115.511.96.203.2]

(32)

 SHT 25 (High-precision version of the world's smallest digital humidity sensor)

SHT 25 merupakan sensor suhu dan kelembaban relatif. Sensor ini digunakan sebagai pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif ruangan. Adapun spesifikasi SHT25 adalah sebagai berikut :

 Konsumsi energi : 3.2uW (at 8 bit, 1 measurement / s)  RH jarak operasi : 0-100% RH

 Output : I²C digital, PWM, SDM/analog Volt interface  Akurasi maksimal batas RH dan suhu :

 SHT 71 (Easy replaceable relative humidity sensor for any application)

[image:32.595.101.519.70.811.2] [image:32.595.112.518.95.207.2]

(33)

 SHT 75 (Easy replaceable relative humidity sensor for high-precision measurements)

SHT75 merupakan sensor suhu dan kelembaban relatif digital. Sensor ini digunakan sebagai pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif ruangan dengan kualitas yang baik dan presisi. SHT75 sepenuhnya telah terkalibrasi dan menyediakan output digital. Adapun spesifikasi SHT75 adalah sebagai berikut :

2.3.4 Konversi Nilai Output SHT75

Untuk mengetahui nilai RH maka nilai output sensor harus di koversi terlebih dahulu dengan menggunakan persamaan berikut :

RH liniear = C1 + C2 SORH + C3 SORH2...(12)

keterangan : C1 = -4

C2 = 0.0405

C3 = -2.8 x 10-6

[image:33.595.106.519.62.824.2] [image:33.595.111.523.96.208.2]

(34)

Dalam pengkonversian nilai output sensor ke nilai RH diperlukan koefisien konversi yang terdiri atas C1, C2, C3, sedangkan SORH yang digunakan adalah 12 bit seperti terdapat pada tabel 4 dibawah.

Tabel 4. Nilai koefisien konversi RH, (Sensirion. Crop.2012)

SORH C1 C2 C3

12 bit -4 0.0405 -2.8 * 10-6

8 bit -4 0.648 -7.2 * 10-4

Untuk mengkonversi nilai suhu hasil keluaran dari pembacaan sensor SHT11 dan SHT 75 digunakan persamaan sebagai berikut :

Suhu = d1 +d2Sor... ...(13)

Keterangan : d1 = -40oC d2 = 0.01oC

SOr = keluar sensor untuk suhu (dalam desimal)

Untuk mengubah nilai output sensor ke nilai suhu, digunakan koefisien konversi yang terdiri atas d1 dan d2. Nilai koefisien konversi d1 dan d2 dapat dilihat pada Tabel 5. Nilai SOT yang

digunakan adalah 12 bit dengan tegangan catu sebesar 5 Volt seperti terlihat pada tabel 6.

Tabel 5. Koefisiensi konversi suhu berdasarkan SOT, (Sensirion. Crop. 2012)

Sor d1(oC) d2(oF)

12 bit 0.01 0.018

8 bit 0.04 0.072

Tabel 6. Koefisien konversi temperatur berdasarkan VDD (Sensirion. Crop. 2012)

VDD d1(oC) d2(oF)

5V -40.00 -40.00

4V -39.75 -39.50

3.5V -39.66 -39.35

3V -39.60 -39.28

(35)

III.

METODOLOGI PENELITIAN

3.1

WAKTU DAN TEMPAT

Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari sampai November 2012, bertempat di Laboratorium Teknik Energi Terbarukan (TET) dan Laboratorium Instrumentasi dan Kontrol. Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

3.2

ALAT DAN BAHAN

Alat

Peralatan yang akan digunakan dalam pengeringan jagung pipilan tipe tumpukan ini adalah : Peralatan untuk pengambilan data meliputi

a. Sitem akuisisi dengan alat kendali sensor SHT 75 b. Hybryd recorder Yokogawa

c. Termokopel tipe CC (Copper Constanta) d. Oven

e. Digital Moisture Tester model TD-1 f. Timbangan Digital AND Model EK-1200A g. Watt Meter DW-6091

h. Volt Meter i. Amphere meter j. KWH Meter

k. Anemometer Kanomax tipe 6011 l. Manometer

Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah jagung pipilan varietas Pioneer dengan kadar air rata-rata 20%b.b dengan kapasitas pengeringan optimal 50 kg yang diperoleh dari Lampung dan untuk uji pressure drop 50 kg dengan kadar air rata – rata 26%b.b yang di peroleh dari distributor jagung pipil pasar Bogor, Sukasari, Kota Bogor.

3.3

METODE

3.3.1 Tahap

–

tahap penelitian

(36)

[image:36.595.43.551.54.571.2]

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?

(37)

 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

(38)

 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.

(39)

[image:39.595.93.533.72.669.2]

(40)

[image:40.595.105.509.60.361.2]

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.

(41)

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)

[image:41.595.99.540.66.770.2]

 Tekanan dengan menggunakan manometer.

(42)

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.

[image:42.595.101.529.196.794.2]

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.

(43)

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