Muhardityah1, Mulfi Hazwi2 1,2
Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155
E mail : muhardityah90@yahoo.com
Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang dapat digunakan untuk mengeringkan produk hasil pertanian, perkebunan, dan lain lain. Salah satu produk hasil pertanian yang dikeringkan mesin pengering ini adalah Cabai Merah. Tujuan pengujian ini adalah mengetahui kadar air dan kandungan vit.C yang terdapat dalam cabai merah sebelum dan sesudah pengeringan. Pada kolektor surya, radiasi matahari yang jatuh di permukaan kolektor akan diserap oleh plat yang diteruskan oleh kaca sehingga panas yang dihasilkan oleh akan mengalir ke dalam pengering secara konveksi natural. Di dalam ruang pengering panas mengalir melewati produk yang diletakkan di atas dan membawa kadar air produk dengan mengalami proses penguapan dan membawa uap air keluar melewati . Pengujian dilakukan pada pukul 09:00 – 17:00 WIB pada saat kondisi cuaca cerah. Efisiensi rata rata kolekor surya alat pengering selama proses pengujian sampel pertama dan kedua adalah 69,70%. Alat yang dirancang adalah kolektor surya tipe plat bersirip dengan ukuran 2m x 2m x 0,17m. Kolektor surya terdiri dari lapisan kayu, steyrofoam dan rockwoll sebagai isolator. Selain kolektor, dirancang juga ruang pengering sebagai tempat pengeringa hasil pertanian dengan ukuran 2m x 1m x 1m. Sampel yang digunakan dalam pengujian alat ini adalah cabai merah.
Penggunaan energi fosil saat ini diperkirakan akan terus meningkat disebabkan karena tetap meningkatnya jumlah penduduk dunia, yang memerlukan pangan dan kesejahteraan serta kualitas hidup yang lebih baik, yang hanya dapat dipenuhi dengan pemacuan proses industrialisasi. Sebagai konsekuensi energi yang merupakan motor penggerak industrialisasi tersebut. Sejauh mana pengurangan konsumsi bahan bakar fosil untuk kedepannya tergantung kepada kesadaran kita terhadap masalah serta dampak pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh pemakaian bahan bakar fosil tersebut, dan perkembangan hasil teknologi energi alternatif.
Sinar matahari adalah salah satu gelombang elektromagnetik yang memancarkan energi yang disebut dengan energi surya ke permukaan bumi secara terus menerus. Energi ini
mempunyai sifat antara lain tidak bersifat polutan, tidak dapat habis (terbarukan) dan juga gratis. Tetapi, potensi energi yang sangat besar ini belum dimanfatkan secara optimal dan masih terbuang begitu saja.
Jurnal Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014 ISSN 2338 1035
68 menjaga mutu dan kwalitas hasil
pertanian dan perkebunan tersebut. Hal hal inilah yang melatarbelakangi tugas akhir ini.
Pengeringan hasil pertanian dan perkebunan merupakan salah satu unit operasi energi paling intensif dalam pengolahan pasca panen. Unit operasi ini diterapkan untuk mengurangi kadar air produk seperti berbagai buah buahan, sayuran, dan produk pertanian atau perkebunan lainnya setelah panen. Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan panas untuk menguapkan air dari permukaan bahan tanpa mengubah sifat kimia dari bahan tersebut. Dasar dari proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan kandungan air dari bahan akan mengakibatkan berkurangnya kadar air dalam bahan.
Pada prinsipnya, pengeringan hasil pertanian dan perkebunan bertujuan untuk mengurangi kadar air yang terkandung pada bahan sampai pada kadar air yang diinginkan. Tujuan mengurangi kadar air adalah untuk memperpanjang kehidupan rak produk bio asal dengan mengurangi kadar air ke tingkat yang cukup rendah sehingga menghambat pertumbuhan mikroorganisme, reaksi enzimatik, dan reaksi lainnya yang memperburuk produk pertanian dan perkebunan tersebut.
Faktor faktor yang berpengaruh dalam proses pengeringan adalah suhu, kelembaban udara, laju aliran udara, kadar air awal bahan dan kadar air akhir bahan.
!
Pengeringan adalah proses pengeluaran air dari suatu bahan pertanian menuju kadar air kesetimbangan dengan udara sekeliling atau pada tingkat kadar air dimana mutu bahan pertanian dapat dicegah
dari serangan jamur, enzim aktifitas serangga [1]. Sedangkan proses pengeringan adalah proses pengambilan atau penurunan kadar air sampai batas tertentu sehingga dapat memperlambat laju kerusakan bahan pertanian akibat aktivitas biologis dan kimia sebelum bahan diolah atau dimanfaatkan [2]. Perpindahan massa dapat dianalogikan dengan perpindahan panas. Massa yang berpindah (berdifusi) dapat dianggap sebagai panas dan tempat massa berdifusi disebut medium. Perpindahan massa hanya dibagi atas perpindahan massa konduksi dan perpindahan massa konveksi, dengan kata lain tidak ada perpindahan massa radiasi. Pengeringan meruapakan salah satu cara dalam teknologi pangan yang dilalakukan dengan tujuan pengawetan. Manfaat lain dari pengeringa adalah memperkecil volume dan berat bahan disbanding kondisi awal sebelum pengeringan. Sehingga, akan menghemat ruang [3].
Kelembaban udara (RH) juga mempengaruhi proses pengeringan. Kelembaban udara berbanding lurus dengan waktu pengeringan. Semakin tinggi kelembaban udara maka proses pengeringan (waktu pengeringan) akan berlangsung lebih lama. Apabila bahan pangan dikeringkan dengan menggunakan udara sebagai medium pengering, maka semakin panas udara tersebut semakin cepat perngeringan. Berbeda dengan RH, kecepatan aliran udara berbanding tebalik dengan waktu pengeringa. Semakin tinggi kecepatan aliran udara, proses pengeringan akan berjalan lebih cepat.
bahan keringnya. Kadar air bas adalah perbandingan berat ai bahan dengan berat bahan bahan yang akan dikeringkan di potong atau dibelah maka pengeringan akan berlangsung cepat. Hal ini dikarenakan pem atau pemotongan akan mem permukaan bahan sehingga ak banyak permukaan bahan berhubungan dengan udara panas mengurangi jarak gerak pana samapi ke bahan yang dikeringk
" !
Salah satu faktor mempengaruhi proses penger adalah kadar air, penger bertujuan untuk mengurangi k
bahan untuk meng
perkembangan organisme pe Kadar air suatu bahan berpengar terhadap banyaknya air diuapakan dan lamanya pengeringan [5]. Kadar air suat merupakan banyaknya kandungan persatuan bobot bahan dinyatakan dalam persen basi
atau dalam persen kering . Kadar ai basah mempunyai batas ma teoritis sebesar 100%, sedang kadar air basis kering lebih renda 100%. Kadar air basis basah adalah perbandingan antara yang ada dalam bahan dengan total bahan.
Kadar air basis basah dapat di dengan persamaan berikut:
% adalah perbandingan antara be yang ada dalam bahan dengan padatan yang ada dalam bah air berat kering dapat di dengan persamaan berikut:
% 100 −
=
…………
ir basis basah rat air dalam ir suatu bahan andungan air ih rendah dari basah (b,b) Wm = Berat akhir sampel + air Wd = Berat bahan kering (g) Wt = Berat total (g)
Kadar air basis kering berat bahan setelah me pengeringan dalam waktu sehingga beratnya konstan proses pengeringan, air terkandung dalam bahan seluruhnya diuapkan m demikian hasil yang diperoleh juga sebagai berat bahan kerin
# $%$ "! ! $ & matahari dari permukaan bum 1,49×1011 m.
Lintasan bumi matahari berbentuk ellipse, ma antara bumi dan matahari ada konstan. Jarak terdekat 1,47x1011 m yang terjadi pada t Januari 2011,dan jarak terjau tanggal 3 juli dengan jarak 1,52 Karena adanya perbedaan j menyebabkan radiasi yang atmosfer bumi juga akan berbe
Gambar 1 Pergerakan Bumi T Matahari
Persamaan radiasi pada adalah sebagai berikut[7]: Gon = Gsc (1,00011 + 0,034221
0,00128 sin B + 0,000719 + 0,000077 sin 2B)..(3) dengan nilai B (konstanta hari) berikut :
B =
HHHHHH.
ring (%bk) l + air (g) g (g)
kering adalah mengalami aktu tertentu nstan. Pada air yang bahan tidak meskipun eroleh disebut
kering [6].
$ &
yai diameter mengelilingi an berbentuk pada tanggal 3 terjauh pada k 1,52x1011 m. aan jarak ini, yang diterima
Jurnal Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014 ISSN 2338 1035
70 Dimana :
Gsc=Daya radiasi rata rata yang diterima atmosfer bumi (1367 W/m2)
B =konstanta yang bergantung pada nilai n
Gon =radiasi yang diterima atmosfer bumi (W/m2)
Nilai n bergantung pada urutan hari (i)
ST =STD ±4(LstLloc)+E……..(5)
Dimana : STD = waktu lokal
Lst = untuk waktu
lokal (o)
Lloc =derajat bujur untuk daerah yang dihitung (o) ; untuk bujur Timur digunakan 4, untuk bujur barat digunakan +4 E =faktor persamaan waktu
Pada persamaan ini Lst untuk waktu lokal. Lloc adalah derajat bujur daerah yang sedang dihitung, jika daerah yang dihitung ada pada bujur timur, maka gunakan tanda minus didepan angka 4 dan jika bujur barat adalah tanda plus. E adalah
, dalam satuan menit dirumuskan oleh Spencer pada tahun 1971.
E = 229,2(0,000075 + 0,001868 cos B
0,032077 sin B 0,014615 cos2B 0,04089 sin 2B)…………..(6)
Dimana :
B = konstanta yang bergantung pada nilai n
E = faktor persamaan waktu
Perhitungan persamaan untuk menghitung sudut deklinasi :
δ = C1 + C2CosB + C3sinB + C4cos2B + C5sin2B + C6cos3B + C7sin3BHHHHHHHHHH(7)
Dimana
δ = sudut deklinasi (rad)
C1 = 0.006918 C5 = 0.000907 C2 = 0.399912 C6 = 0.002679 C3 = 0.070257 C7 = 0.00148 C4 = 0.006758
Sudut zenith (θz) adalah sudut yang dibentuk garis sinar terhadap
garis zenith. Cosinus sudut zenith dapat dicari melalui persamaan berikut: cos θz = cos φ cos δ cos ω + sin φ sin
δHHHHHHH.(8) Dimana
θz = Sudut zenith φ = Sudut posisi lintang δ = Sudut deklinasi ω = Sudut jam matahari
Sudut jam matahari (ω) dihitung berdasarkan jam matahari. Definisi sudut jam matahari adalah sudut pergeseran semu matahari dari garis siangnya. Perhitungan berdasarkan jam matahari (ST), setiap berkurang 1 jam , ω berkurang 15o, setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 15o .
ω = 15(STD – 12) + (ST STD) x (9)
Dimana :
STD = waktu lokal ST = solar
= sudut jam matahari (o) Dengan estimasi langit cerah, fraksi radiasi matahari yang diteruskan dari atmosphere ke permukaan bumi adalah:
τb = ao + a1 exp
θ HHH..(10)
Radiasi adalah radiasi yang langsung di transmisikan dari atmosphere ke permukaan bumi. Adapun persamaan yang digunakan untuk mencari radiasi beam :
Gbeam= Gon τb cos θz HHHHH..(11)
Dimana:
Gon = radiasi yang diterima atmosphere (W/m2)
τb = faksi radiasi yang diteruskan ke bumi
cos θz = cosinus sudut zenith Gbeam = radiasi yang ditransmisikan
dari atmosphere kepermukaan bumi (W/m2)
Radiasi adalah radiasi yang di pantulkan ke segala arah, dan kemudian dimanfaatan. Adapun persamaan yang digunakan untuk mencari radiasi diffuse adalah :
Dimana :
Gdifuse = Radiasi yang dipantulkan ke segala arah dan kemudian dapat dimanfaatkan
Gon = radiasi yang diterima atmosphere (W/m2)
τb = faksi radiasi yang diteruskan ke bumi
cos θz = cosinus sudut zenith
Radiasi total adalah jumlah dari radiasi dan radiasi seperti pada persamaan berikut :
Gtotal = Gbeam + GdifuseHHHHH.(13)
#
# ' ( )$
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur variabel variabel penelitian, antara lain :
a. Agilent b.
c. RH Meter
d. ! " #
# ' ( " *
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Alat Pengering (Lemari Pengering
dan Kolektor) b. RockWoll c. Kaca d. Sterefoam e. Kayu/Triplek
f. Seperangkat Komputer
Adapun bahan yang digunakan dalam pengujian ini adalah cabai merah yang mempunyai kadar air sekitar 70 90% yang akan dikeringkan hingga mencapai kadar air 15 10% yang merupaka standart kering cabai merah.
# # ! $+!
Adapun prosedur pengujian yang dilakukan adalah :
1. Komponen alat pengering (kolektor, bak pengering, dan kaki bak pengering) dipersiapkan. 2. Alat pengering dipasang dalam
posisi yang baik dan benar.
3. Kabel kabel dari agilient dipasang pada plat
, ruang pengering dan inti cabai.
4. dihidupkan, sebelum merekam data di kan terlebih dahulu agar di layar laptop massa berada pada posis 0 gr. 5. Parameter parameter yang akan
diukur dihubungkan ke dan laptop.
6. Cabai ditimbang dan dimasukkan kedalam ruang pengering.
7. Proses perekaman data dimulai. 8. Pengeringan dilakukan sampai
massa mencapai titik equilibrium.
9. Hasil dari pengujian dianalisis. 10. Selesai.
# , "$ $+!
Pengujian dimulai dengan menghubungkan kabel kabel termokopel antara dan parameter parameter yang akan diukur temperaturnya. $ dimasukkan
ke agilient untuk
pencatatan/penyimpanan data selama pengukuran. Setelah membaca temperatur selama waktu yang telah diatur, dicabut dan dibaca dalam bentuk " % pada komputer.
Gambar 2 Rangkaian Pengujian
,
, '! "! ! % '
Jurnal Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014 ISSN 2338 1035
72 langit cerah pada tanggal 25 April 2014
ditunjukan pada grafik 4.1 dibawah ini:
Gambar 3 Perbandingan Radiasi Pengukuran dan Teoritis Pada Sampel1 Hari ke 1
Grafik diatas menunjukan perbandingan radiasi teoritis (garis biru) dengan radiasi hasil pengukuran (garis merah)
Grafik perbandingan radiasi pengukuran dan radiasi pada kondisi langit cerah pada tanggal 26 April 2014 ditunjukan pada grafik 4.2 dibawah ini:
Gambar 4 Perbandingan Radiasi Pengukuran dan Teoritis Pada Sampel1 Hari ke 2
, '! "! ! % '
Dari hasil pengukuran dan perhitungan pada tanggal 5 Mei 2014 diperoleh data sebagai berikut:
Grafik perbandingan radiasi pengukuran dan radiasi pada kondisi langit cerah pada tanggal 5 Mei 2014 ditunjukan pada grafik 4.3 dibawah ini:
Gambar 5 Perbandingan Radiasi Pengukuran dan Teoritis Pada Sampel2 Hari ke 1
Grafik perbandingan radiasi pengukuran dan radiasi pada kondisi langit cerah pada tanggal 6 Mei 2014 ditunjukan pada grafik 4.4 dibawah ini:
Gambar 6 Perbandingan Radiasi Pengukuran dan Teoritis Pada Sampel2 Hari ke 2
, # '! " ' % '
! % '
Perhitungan nilai " & hasil pengujian pengeringan sampel yang telah dilakukan, dapat dilihat pada data dibawah ini:
Massa awal = 250 gr Massa akhir = 54 gr Kadar air akhir massa =10 % Massa cabe kering = 48.6 gr Maka nilai MR pada awal pengujian yaitu pada pukul 09.00 WIB adalah:
MR =
6
.
48
250
6
.
48
250
−
−
MR = 1
MR =
6
.
48
250
6
.
48
245
−
−
MR= 0.975174
Grafik " & sampel pertama terhadap waktu yang diuji dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
.
Gambar 7 MR(Moisture Ratio) Pada Sampel 1
, , '! " ' % '
! % '
Perhitungan nilai " & dari hasil pengujian pengeringan sampel kedua yang telah dilakukan, didapat data seperti dibawah ini:
Massa awal : 250 gr Massa akhir : 62 gr Kadar air massa akhir : 25% Massa kering : 55.8 gr
Gambar 8 MR(Moisture Ratio) Pada Sampel 2
, - " % ($
Grafik perbandingan RH dan temperature pada ruang pengering pada sampel pertama dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 9 Pengukuran RH dan Temperatur Ruangan Pengering Pada Sampel 1 Hari ke 1
Gambar 10 Pengukuran RH dan Temperatur Ruangan Pengering Pada Sampel 1 Hari ke 2
Jurnal Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014 ISSN 2338 1035
74 Gambar 12 Pengukuran RH dan
Temperatur Ruangan Pengering Pada Sampel2 Hari ke 2
Adapun kesimpulan yang diperoleh dari pengujian ini adalah sebagai berikut :
1. Dari data yang diperoleh dari hasil pengujian dapat dilihat bahwa kurva MR pada sampel 1 menunjukan penurunan kadar air yang cukup lama ± 3 4 hari pengeringan, sedangkan untuk sampel 2 penurunan kurva MR atau kadar air dalam cabai lebih cepat dikarenakan pada sampel 2 diperlakukan pembelahan pada bagian cabai sehingga proses pengeringan lebih cepat yaitu ± 1 2 hari.
2. Hasil pengujian dilaboratorium menunjukan bahwa untuk sampel 1 dan 2 kadar air awal cabai segar sekitar 77% dan setelah dikeringkan kadar airnya sekitar 8%, kandungan vit. C cabai merah segar 151.1 mg/kg dan setelah dikeringkan untuk sampel 1 197.4mg/kg dan sampel 2 184.3mg/kg.
3. Untuk RH dan Temperatur ruangan pengering, dimana semakin tinggi suhu ruangan pengering maka akan semakin rendah kelembaban udara yang ada didalam ruangan pengering tersebut karena kelembaban udara dalam ruangan akan memepengaruhi proses pengeringan berlangsung.
[1] Henderson, S. M. And R. L. Perry. 1976. '
( % ) 3rd ed.
The AVI Publ. Co., Inc, Wesport, Connecticut, USA.
[2] Brooker, D. B. F. W Bakker arkema, and C. W. Hall. 1981.
# * ) Avi
Publishing Company Inc. West Port, Connecticut.
[3] Rahman dan Yuyun 2005.
( (
" )Kanisius: Yogyakarta.
[4] Muchtadi Tien R. 1989. ( +
, ( ( )
Depdikbud PAU IPB, Bogor.
[5] Taib, G., Gumbira Said, dan S. Wiraatmadja. 1988.
-( (
! ( )PT Mediyatama Sarana Perkasa, Jakarta.
[6] Anonimc. 2011. (
( (
" )http://bos.fkip.uns.ac.id/ pertanian/pengendalian mutu/pengeringan pendinginan dan
pengemasan komoditas pertanian.pdf. (Maret 2011).
[7] Holman, J.P.1995.
.( %
