BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kakao ( Theobroma cacao)
Kakao merupakan tumbuhan berwujud pohon yang berasal dari Amerika Selatan. Dari
biji tumbuhan ini dihasilkan produk olahan yang dikenal sebagai cokelat. Tumbuhan tahunan
(perennial) ini bisa tumbuh mencapai ketinggian 10m. Namun demikian dalam pembudidayaan
tingginya dibuat tidak lebih dari 5m tetapi dengan tajuk menyamping yang meluas. Hal ini
dilakukan untuk memperbanyak cabang produktif.
Kakao secara umum adalah tumbuhan menyerbuk silang dan memiliki sistem
inkompabilitas sendiri. Walaupun demikian, beberapa varietas kakao mampu melakukan
penyerbukan sendiri dan menghasilkan jenis komoditi dengan nilai jual yang lebih tinggi.
Gambar 2.1 Theobroma cacao Berikut beberapa varietas kakao :
a. Criolo (fine cocoa atau kakao mulia)
Jenis varietas Criolo mendominasi pasar kakao hingga pertengahan abad 18, akan tetapi
b. Forastero
Verietas ini merupakan kelompok varietas terbesar yang diolah dan ditanami.
c. Trinitario / Hibrida
Merupakan hasil persilangan antara jenis Forastero dan Criolo. Merupakan hasil
persilangan antara jenis Forastero dan Criolo.
Dan Kategori Kakao berikut :
Dalam komoditas perdagangan kakao dunia dibagi menjadi dua kategori besar biji kakao :
a. kakao mulia (“fine cocoa”)
Secara umum, Kakao mulia diproduksi dari varietas Criolo.
b. kakao curah (“bulk or ordinary cocoa”) Kakao curah berasal dari jenis Forastero.
Habitat alam tanaman kakao berada di hutan beriklim tropis. Kakao merupakan tanaman
tropis yang suka akan naungan (Shade Loving Plant) dengan potensi hasil bervariasi 50-120
buah/pohon/tahun. Varietas yang umum terdiri atas : Criolo,Forastero, dan Trinitario (hibrida)
yang merupakan hasil persilangan Criolo dan Forastero. Forastero lebih sesuai di dataran rendah,
sedangkan Criolo dapat ditanam sampai dengan dataran agak tinggi. Criolo terdiri atas kultivar
South American Criolos dan Central American Criolos, sedangkan Forastero terdiri atas kultivar
Lower Amazone Hybrid (LAH) dan Upper Amazone Hybrid (UAH). UAH mempunyai
karakter produksi tinggi, cepat mengalami fase generatif/berbuah setelah umur 2 tahun, tahan
penyakit VSD (Vascular Streak Dieback), masa panen sepanjang tahun dan fermentasinya hanya
6 hari.
Sebagai salah satu komoditas andalan Indonesia, kakao mempunyai peran strategis dalam
perekonomian Indonesia, yaitu sebagai penyumbang devisa negara peringkat ketiga disektor
perkebunan. Pada tahun 2012, komoditas kakao telah menyumbang devisa sebesar
USD1,053,446,947 dari ekspor biji kakao dan produk kakao olahan.
Beberapa kebijakan yang dikeluarkan pemerintah dalam memajukan industri hilir di
satunya dengan penerapan standar nasional indonesia (SNI) demi menjaga mutu bubuk kakao
yang beredar di dalam negeri. Program industri hilir yang dicanangkan oleh Kementrian
Perindustrian juga mampu mengangkat industri kakao nasional sehingga dapat bersaing, baik di
pasar domestik maupun global, serta memberikan sumbangan dalam mendukung pertumbuhan
ekonomi negara kita.
Saat ini pertumbuhan permintaan kakao dunia sekitar empat juta ton per tahun. data
international Cocoa organization (ICCO) menyatakan bahwa dalam lima tahun terakhir,
permintaan kakao tumbuh rata-rata 5% per tahun. Di masa depan, komoditas kakao memiliki
daya yang besar untuk dikembangkan. diperkirakan, konsumsi kakao di Indonesia, India, dan
Cina akan mencapai 1 kg / kapita / tahun sehingga akan ada permintaan tambahan sekitar 2,2 juta
ton biji kakao per tahun.
Tabel 2.1 Negara Penghasil Kakao Terbesar (Data Tahun Panen 2005)
No Negara Jumlah Kakao untuk
Dunia (%)
1 Pantai Gading 38
2 Ghana 19
3 Indonesia 13
4 Nigeria 5
5 Brasil 5
6 Kamerun 5
7 Ekuador 4
8 Malaysia 1
9 Negara lain 9
2.2. Pengeringan
Teknologi pemrosesan bahan pangan terus berkembang dari waktu ke
waktu.Perkembangan teknologi ini didorong oleh kebutuhan pangan manusia yang terus
meningkat yang diakibatkan oleh semakin meningkatnya jumlah penduduk dunia. Pada saat yang
dibutuhkannya teknologi-teknologi pemrosesan produk pertanian dan perkebunan yang mampu
meningkatkan kualitas dan kuantitas produk tersebut, salah satunya adalah teknologi
pengeringan bahan pangan.
Pengeringan adalah suatu peristiwa perpindahan massa dan energi yang terjadi dalam
pemisahan cairan atau kelembaban dari suatu bahan sampai batas kandungan air yang ditentukan
dengan menggunakan gas sebagai fluida sumber panas dan penerima uap cairan
Pengeringan merupakan proses pemindahan panas dan uap air secara simultan, yang
memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan
bahan, yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas. Tujuan pengeringan
itu sendiri adalah untuk mengurangi kadar air bahan sampai batas dimana perkembangan
mikroorganisme dan kegiatan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan terhambat atau
terhenti. Dengan demikian bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu simpan yang lebih
lama.
Metode pengeringan secara umum terbagi menjadi dua, pengeringan alami dan
pengeringan buatan. Pengeringan alami membutuhkan lahan yang luas, sangat tergantung pada
cuaca, dan sanitasi hygiene sulit dikendalikan sedangkan pada pengeringan buatankendala
tersebut dapat diatasi. Kelemahan Pengeringan buatan adalah memerlukan keterampilan dan
peralatan khusus, serta biaya lebih tinggi dibanding pengeringan alami.
Mekanisme Pengeringan ketika benda basah dikeringkan secara termal dan berlangsung
secara simultan ada dua. Mekanisme pertama perpindahan energi dari lingkungan untuk
menguapkan air yang terdapat di permukaan benda padat.Perpindahan energi dari lingkungan ini
dapat berlangsung secara konduksi, konveksi, radiasi, atau kombinasi dari ketiganya. Proses ini
dipengaruhi oleh temperatur, kelembapan, laju dan arah aliran udara, bentuk fisik padatan, luas
permukaan kontak dengan udara dan tekanan. Proses ini merupakan proses penting selama tahap
awal pengeringan ketika air tidak terikat dihilangkan. Penguapan yang terjadi pada permukaan
padatan dikendalikan oleh peristiwa difusi uap dari permukaan padatan ke lingkungan melalui
lapisan film tipis udara.
Mekanisme yang kedua perpindahanmassa air yang terdapat di dalam benda ke permukaan.
Ketika terjadi penguapan pada permukaan padatan, terjadi perbedaan temperatur sehingga air
mengalir dari bagian dalam benda padat menuju ke permukaan benda padat. Struktur benda
suatu unit pengering yang tepat dan juga parameter pengeringan seperti waktu dan suhu, adalah
penting memahami perilaku pengeringan dari bahan yang dikeringkan.
2.2.1. Prinsip Pengeringan
Pengeringan produk hasil pertanian seperti kakao merupakan proses pengeluaran air dari
kadar air sekitar 65% hingga mencapai 7 – 7,5% (basis kering) dengan cara mensirkulasikan
udara panas yang melewatinya. Udara panas diperlukan untuk menguapkan air yang dikandung
oleh padatan, dan aliran udara diperlukan untuk menghilangkan uap air. Terdapat dua tingkat
pada suatu pengeringan yang khas yaitu tingkat pertama adalah penghilangan dari air di
permukaan dan tingkat kedua adalah penghilangan dari air di dalam bahan. Untuk itu, proses
pengeringan dibagi menjadi periode laju konstan (constant rate period) dan periode laju
menurun (falling rate period).Selama periode laju konstan, permukaan bahan masih basah dan
laju pengeringan ditentukan oleh penguapan dari air bebas dari permukaan bahan atau daerah
yang dekat permukaan. Laju pengeringan tergantung pada perbedaan tekanan uap antara
permukaan dan udara. Suhu udara pengeringan, kecepatan udara dan bentuk serta ukuran partikel
dapat secara nyata mempengaruhi laju pengeringan. Ketika pengeringan berjalan, permukaan
bahan adalah tidak lebih lama dibasahkan, tetapi bagian padatan yang luar menjadi kering. Laju
pengeringan menurun dan air harus bergerak dari bagian dalam ke permukaan, sebelum air dapat
menguap. Ini disbut perioda laju penurunan pengeringan dan pada perioda ini biasanya bahan
mencapaikadar air yang aman untuk penyimpanan. Pada periode ini pengeringan sangat
tergantung pada suhu udara pengeringan.
2.2.2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Pengeringan.
Proses pengeringan suatu bahan tergantung pada 2 faktor, yaitu faktor eksternal dan
faktor internal. Penghilangan air sebagai uap dari permukaan material tergantung pada kondisi
eksternal, yaitu temperatur (Temperature) yang tinggi, laju udara (Air Flow) yang tinggi,
kelembaban udara (air Humidity) yang rendah, luas permukaan terbuka dan tekanan (Pressure).
Pergerakan kelembaban internal pada material (Kondisi Internal) yang dikeringkan adalah fungsi
satu dari kondisi ini memungkinkan menjadi faktor pembatas yang mengatur laju pengeringan,
meskipun keduanya dapat berproses secara berkesinambungan.
Laju pengeringan biasanya meningkat di awal pengeringan kemudian konstan dan
selanjutnya semakin menurun seiring berjalannya waktu dan berkurangnya kandungan air pada
bahan yang dikeringkan. Laju Pengeringan merupakan jumlah kandungan air bahan yang
diuapkan tiap satuan berat kering bahan dan tiap satuan waktu.
Jenis-jenis pengeringan berdasarkan karakteristik umum dari beberapa pengering
konvensional dibagi atas 8 bagian, yaitu :
1. Baki atau wadah
Pengeringan jenis baki atau wadah adalah dengan meletakkan material yang akan
dikeringkan pada baki yang lansung berhubungan dengan media pengering. Cara
perpindahan panas yang umum digunakan adalah konveksi dan perpindahan panas secara
konduksi juga dimungkinkan dengan memanaskan baki tersebut.
2. Rotary
Pada jenis ini ruang pengering berbentuk silinder berputar sementara material yang
dikeringkan jaruh di dalam ruang pengering. Medium pengering, umumnya udara panas,
dimasukkan ke ruang pengering dan bersentuhan dengan material yang dikeringkan
dengan arah menyilang. Alat penukar kalor yang dipasang di dalam ruang pengering
untuk memungkinkan terjadinya konduksi.
3. Flash
Pengering dengan flash (flash dryer) digunakan untuk mengeringkan kandungan air yang
ada di permukaan produk yang akan dikeringkan. Materi yang dikeringkan dimasukkan
dan mengalir bersama medium pengering dan proses pengeringan terjadi saat aliran
medium pengering ikut membawa produk yang dikeringkan. Setelah proses pengeringan
selesai, produk yang dikeringkan akan dipisahkan dengan menggunakan hydrocyclone.
4. Spray
Teknik pengeringan spray umumnya digunakan untuk mengeringkan produk yang
berbentuk cair atau larutan suspensi menjadi produk padat. Contohnya, proses
pengeringan susu cair menjadi susu bubuk dan pengeringan produk-produk farmasi. Cara
dan dijatuhkan dari bagian atas. Medium pengering (umumnya udara panas) dialirkan
dengan arah berlawanan atau searah dengan jatuhnya tetesan. Produk yang dikeringkan
akan berbentuk padatan dan terbawa bersama medium pengering dan selanjutnya
dipisahkan dengan hydrocyclone.
5. Fluidized bed
Pengeringan dengan menggunakan kecepatan aliran udara yang relatif tinggi menjamin
medium yang dikeringkan terjangkau oleh udara. Jika dibandingkan dengan jenis wadah,
jenis ini mempunyai luas kontak yang lebih besar.
6. Vacum
Pengeringan dengan memanfaatkan ruangan bertekanan udara rendah. Dimana pada
ruangan tersebut tidak terjadi perpindahan panas, tetapi yang terjadi adalah perpindahan
massa pada suhu rendah.
7. Membekukan
Pengeringan dengan menggunakan suhu yang sangat rendah. Biasanya digunakan pada
produk-produk yang bernilai sangat tinggi, seperti produk farmasi dan zat-zat kimia
lainnya.
8. Batch dryer
Pengeringan jenis ini hanya baik digunakan pada jumlah material yang sangat sedikit,
seperti penggunaan pompa panas termasuk pompa panas kimia.
Pada bagian tugas akhir ini akan dilakukan simulasi pada pengeringan tipe wadah dengan
menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi pemanas udara pengering.
2.3. Heat Pump (Pompa Kalor)
Heat pump adalah alat yang bekerja dengan cara memindahkan kalor (heat) dari ruangan
dengan temperatur rendah ke ruangan dengan temperatur lebih tinggi. Heat pump bekerja dengan
siklus yang sama seperti refrigerator (kulkas, AC) , hanya saja prinsip kerjanya dibalik. Siklus
ini merupakan siklus termodinamika. Ada beberapa siklus termodinamika yang dapat digunakan
sebagai siklus heat pump (pompa kalor) ,antara lain : siklus kompresi uap, siklus gas, siklus
absorpsi, dan siklus adsorbsi. Heat pump berfungsi untuk menjaga temperatur suatu ruangan agar
yang lain (suatu ruangan). Siklus kompresi uap sederhana bekerja dengan siklus yang sama pada
heat pump namun yang dimanfaatkan atau yang digunakan adalah udara panas dan kering dari
keluaran kondensor. Siklus pada heat pump untuk pengering udara ditunjukkan pada gambar
dibawah.
Gambar 2.2 Skema heat pump sebagai pengering
Pada gambar diatas, ada 4 komponen utama dalam siklus yang memiliki prinsip kerja
yang berbeda. Komponen-komponennya adalah :
1. Kompresor
Tugas kompresor adalah „‟mengangkat‟‟ refrigeran dari evaporator, menaikkan
tekanan refrigeran agar dapat mengalir dan dikirim ke kondensor. Kompresor harus
menjaga tekanan evaporator tetap rendah agar refrigerant bisa menguap dan tekanan
kondesor tetap. Kompressor bekerja menggunakan energi listrik yang akan diubah
menjadi mekanik untuk melakukan kompresi. Kompresor adalah bagian utama dari suatu
sistem kompresi uap. Berdasarkan prinsip kerjanya secara umum kompressor dapat
diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu :
Uap refrigerant dari evaporator dihisap dan dijebak pada suatu ruangan
tertentu,kemudian ditekan hingga tekanannya melebihi tekanan kondensor dan
kemudian dilepaskan ke kondensor. Setelah langkah ini selesai maka proses
akan diulang lagi. Jika melihat proses ini, aliran fluida pada kompressor
tidaklah kontinu tetapi terputus-putus. Karena frekuensi terputusnya sangat
tinggi, aliran akan terlihat tidak terputus-putus.
ii. Tipe roto-dynamic
Tekanan regfrigeran dihasilkan dengan mengubah energy kinetic dengan
menggunakan elemen yang berotasi. Oleh karena itu, aliran fluida pada
compressor tipe ini termasuk kontinu.
Refrigeran yang dikompresi harus dalam fase gas.
Gambar 2.3 Kompressor pada AC LG SU12LPBX - R
2. Kondensor
Kondensor adalah alat penukar kalor yang berfungsi mengubah fasa refrigeran
dari kondisi superheat menjadi cair, bahkan kadang sampai subcooled. Pada diagram Ph,
kondensor bertugas mengantar refrigerant setelah melalui compressor (dari titik 2) ke
sebelum masuk ke katup ekspansi (titik 3). Proses ini adalah proses membuang panas
pada temperature kondensasi, Tc yang diasumsikan konstan. Medium pendingin yang
biasa digunakan adalah udara lingkungan,air, atau gabungan keduanya. Masing-masing
medium mempunyai kelebihan dan kekurangan. Pembagian kondensor berdasarkan
medium yang digunakan dapat dibagi atas 3 bagian, yaitu:
Tidak diperlukan pipa untuk mengalirkannya dan tidak perlu usaha untuk
membuangnya karena setelah menyerap panas bisa langsung dilepaskan ke
udara lingkunga.
ii. Kondensor berpendingin air
Air mempunyai sifat membawa dan memindahkan panas yang jauh lebih baik
daripada air. Oleh karena itu tidak di butuhkan peralatan yang besar untuk
perpindahan panas. Tetapi air ini tidak bisa dibuang langsung ke sungai atau
danau karena bisa mengancam sistem mata rantai sungai. Kondensor ini
dilengkapi dengan cooling tower yang berfungsi mendinginkan air panas yang
berasal dari kondensor dengan menjatuhkannya dari suatu ketinggian agar
dapat didinginkan oleh udara. Biaya awal kondensor dengan sistem ini besar
namun biaya operasionalnya kecil. Sistem ini digunakan pada sistem kompresi
uap dengan kapasitas besar.
iii. Kondensor berpendingin gabungan (evaporative condenser)
Air dan udara digunakan untuk mendinginkan kondensor. Air disiramkan ke
pipa-pipa kondensor dan udara juga ditiupkan. Hal ini akan mengakibatkan
terjadinya penguapan dipermukaan kondensor. Karena panas penguapan air
sangat tinggi dan ini diambil dari refrigerant melalui dinding pipa maka jenis
Gambar 2.4 Kondensor Berpendingin Udara
3. Evaporator
Evaporator mempunyai tugas yang sama dengan kondensor sebagai alat penukar
kalor. Namun evaporator bekerja dengan prinsip yang berlawanan dengan kondensor.
Evaporator berfungsi sebagai medium untuk terjadinya penyerapan kalor dari udara oleh
refrigeran. Ketika refrigeran melewati evaporator mengalami perubahan fase menjadi gas
karena menyerap kalor. Udara yang melewati pipa-pipa evaporator akan mengalami
penurunan temperatur. Berdasarkan model perpindahan panasnya evaporator dapat dibagi
atas natural convection dan forced convection.
i. Natural convection
Fluida pendingin dibiarkan mengalir sendiri karena adanya perbedaan massa
jenis. Evaporator ditempatkan ditempat yang lebih tinggi. Fluida yang
bersentuhan dengan evaporator akan turun suhunya dan massa jenisnya akan
naik,sebagai akibatnya,fluida ini akan turun dan mendesak fluida dibawahnya
untuk bersirkulasi. Sistem ini hanya mampu pada refrigerasi dengan kapasitas
kecil seperti kulkas.
ii. Forced convection
Menggunakan blower untuk memaksa terjadinya aliran udara sehingga terjadi
konveksi dengan laju perpindahan panas yang lebih baik. Pada model ini ada
refrigerant mengalir dalam pipa dan mengalir diluar pipa.
Gambar 2.5 Evaporator Natural Convection
Katup ekspansi memiliki dua fungsi, yaitu menurunkan refrigeran dari tekanan
kondensor sampai pada tekanan evaporator. Dan mengatur jumlah aliran refrigeran yang
mengalir masuk evaporator. Pada kondisi pengaturan yang ideal, cairan refrigerant tidak
diboleh sampai masuk ke kompressor. Hal ini bisa saja terjadi salah satunya karena beban
pendingin berkurang,refrigeran yang menguap di evaporator akan berkurang. Jika
pasokan refrigerant cair dari kondensor tetap mengalir maka hal ini akan memaksa cairan
refrigerant masuk ke compressor. Inilah katup ekspansi difungsikan. Jika beban
berkurang maka pasokan refrigerant akan berkurang sehingga menjamin hanya uap
refrigerant yang masuk ke kompressor. Jenis katup ekspansi dapat dibagi menjadi 7
jenis,yaitu :
a) Katup ekspansi manual
b) Tabung kapiler
c) Orifice
d) Katup ekspansi automatic
e) Katup ekspansi thermostatic
f) Katup ekspansi mengapung
g) Katup ekspansi elektronik
Gambar 2.6 Katup Ekspansi pada AC LG SU12LPBX - R
Pada siklus kompresi uap, di evaporator refrigerant „menghisap‟ panas dari udara masuk
evaporator sehingga panas akan menguapkan refrigerant. Lalu uap refrigeran akan dikompres
dikondensasikan dengan cara membuang panas dari uap refrigerant ke lingkungan (di ambil
untuk mengeringkan ,sistem heat pump). Kemudian refrigerant akan kembali diteruskan ke
dalam evaporator. Dalam diagram T-s dan P-h siklus kompresi ideal dapat dilihat dalam gambar
berikut ini. Saturated liquid Saturated vapor QL Win QH 1 2 3 4 4' s T
Gambar 2.7 T-s Diagram
QH QL Win 1 2 3 4 h P
Gambar 2.8 P-h Diagram
Gambar diatas menunjukkan hubungan temperatur-entropi dan tekanan-entalpi dari siklus
heat pump, proses yang terjadi adalah sebagai berikut :
Proses kompresi (1-2)
Proses ini dilakukan oleh kompressor dan berlangsung secara isentropik. Kondisi awal
refrigerant pada saat masuk ke dalam kompressor adalah uap jenuh bertekanan rendah,
proses ini berlangsung secara isentropic maka temperature ke luar kompressor pun
meningkat.
Proses kondensasi (2-3)
Proses ini berlangsung didalam kondensor. Refrigerant yang bertekanan tinggi dan
bertemperatur tinggi yang berasal dari kompressor akan membuang kalor sehingga
fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa didalam kondensor terjadi pertukaran
kalor antara refrigerant dengan lingkungannya (udara) sehingga panas berpindah dari
refrigerant ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigerant mengembun menjadi
cair.
Proses ekspansi (3-4)
Proses ekspansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak terjadi perubahan
entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur
Proses evaporasi (4-1)
Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan, temperature konstan)
di dalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan diserap oleh cairan refrigerant yang
bertekanan rendah sehingga refrigerant berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah.
Kondisi refrigerant saat masuk evaporator sebenarnya adalah campuran cair dan uap.
Selanjutnya refrigeran kembali masuk ke dalam kompressor dan bersirkulasi. Seluruh siklus berulang dengan sendirinya selama kompresor dinyalakan.
2.4. Pengering Pompa Kalor
Prinsip kerja pengering dengan pompa kalor dan solar collector. Pompa kalor
menghasilkan udara panas dan kering dengan mngekstraksi energi dari udara sekitar. Lalu panas
kering udara masuk ke ruang solar collector dan mendapatkan perlakuan panas dari sinar
Udara keluar hasil solar collector di alirkan ke ruangan pengering dan berinteraksi dengan bahan
yang dikeringkan. Udara lembab yang hangat dari ruang pengering diproses melalui evaporator
dimana sebagian besar kelembaban akan dihilangkan sebelum mengalir melalui kondensor
masuk ke solar collector dan masuk kembali ke ruang pengering.
Gambar 2.9 Diagram Pengering dengan Pompa Kalor dan Kolektor Surya
Melalui skema siklus refrigerasi kompresi uap, panas yang dikeluarkan oleh kondensor di
panaskan kembali oleh solar collector lalu dimanfaatkan untuk mengeringkan bahan makanan.
Udara panas dari solar collector dialirkan ke ruang pengering, setelahnya udara hasil
pengeringan menjadi lembab (basah). Udara dari ruang pengering kemudian di alirkan ke
evaporator untuk didinginkan dan dikeringkan, udara tersebut selanjutnya akan menuju
kondensor untuk dipanaskan dan menghasilkan udara kering lalu di alirkan ke solar collector
untuk mendapatkan panas yang di inginkan. Demikian seterusnya siklus dari udara pengering
tersebut bersikulasi.
2.4.1. Kelebihan Dan Kelemahan Heat Pump
Ada beberapa keuntungan dalam pemanfaatan Heat Pump sebagai pengeringan :
1. Efisiensi energi yang tinggi dan temperature yang bisa dikontrol. Sangat membantu
2. Kualitas produk yang dihasilkan juga memiliki nilai yang tinggi. Ini dikarenakan bahan
yang dikeringkan tidak cepat rusak atau pun terlambat pengeringannya.
3. Dengan berbagai kondisi temperature lingkungan pengeringan bisa dihasilkan untuk
suhu bahan - 20ºC dan hasil suhu pengeringan 100ºC (dengan pemanas tambahan).
4. Hasil produk yang dikeringkan memiliki nilai yang konstan.
5. Sangat berguna dalam mengeringkan bahan bernilai tinggi maupun rendah.
6. Studi yang terdahulu menemukan bahwa kualitas warna dan aroma produk pertanian
yang dikeringkan dengan pompa kalor lebih baik dari pada cara konvensional(dijemur di
bawah matahari).
Beberapa kekurangan Heat Pump sebagai pengering sebagai berikut :
1. Biaya modal awal yang tinggi karena banyak komponen pendingin. Sistem membutuhkan
waktu steady state untuk mencapai kondisi pengeringan yang diinginkan.
2. Diperlukan perawatan secara berkala untuk komponennya.
3. Kebocoran refrigerant ke lingkungan dapat terjadi jika ada keretakan pada pipa karena
sistem nya yang cenderung memiliki tekanan tinggi.
2.4.2. Aplikasi Heat Pump dan Pemanfaatannya.
Heat pump dengan bantuan solar collector ternyata telah diteliti sejak lama dan banyak
dimanfaatkan tidak untuk pengeringan saja. Pemanfaatan heat pump dengan bantuan solar
kolektor sudah dilakukan dan diterapkan dibeberapa Negara yaitu :
1. Solar Assisted Chemical Heat Pump Dryer (SACHPD) Systems For Agricultural And
Marine Products.
Diteliti di Malaysia dengan memanfaatkan reaksi kimia pada sistem nya.
Diharapkan dengan adanya reactor yang berisi reaksi Amonia (NH3) relative humidity
Gambar 2.10 Siklus SACHPD
2. A Solar Assisted heat pump drying system for grain in-store drying
Diteliti di China untuk pengeringan atau pengaduk biji padi dan juga kayu yang
akan diolah. Menggunakan alat pengaduk pada ruangan pengeringannya agar hasil yang
dikeringkan merata. Penelitian yang dilakukan mendapatkan COP diantara 5,66 dan 6,25.
3. Solar assisted heat pump system for heat supply
Diteliti di China bagian utara untuk menghasilkan panas. Panas yang dihasilkan
dari sistem ini bermanfaat untuk memanaskan air pada penggunaan rumah tangga.
Penelitian ini mendapatkan COP sekitar 2,19.
Gambar 2.12 Sistem Solar Assisted Heat Pump System For Heat Supply
4. Solar-assited heat-pump dryer and water heater
Dikaji di Singapura,yang mana sistem ini bisa memiliki manfaat untuk
mengeringkan suatu bahan dan juga memanaskan air. Sistem ini mendapatkan COP
Gambar 2.13 Sistem Solar-Assited Heat-Pump Dryer And Water Heater
Kinerja alat pengering heat pump dan solar collector dapat ditentukan dari efisiensi
pengering. Efisiensi pengeringan adalah perbandingan antara energi yang digunakan untuk
menguapkan kandungan air dari bahan dengan energi untuk memanaskan udara pengering.
Efisiensi pengeringan biasanya dinyatakan dalam persen. Semakin tinggi nilai efisiensi
pengering maka alat pengering ini semakin baik.
Perhitungan efisiensi pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan:
... (2.1)
Dimana :
Qp = energi yang digunakan untuk pengeringan (kJ)
Q = energi untuk memanaskan udara pengering (kJ)
Nilai laju ekstrasi air spesifik atau specific moisture extraction rate (SMER) merupakan
perbandingan jumlah air yang dapat diuapkan dari bahan dengan energi listrik yang digunakan
tiap jam atau energi yang dibutuhkan untuk menghilangkan 1 kg air. Dinyatakan dalam kg/kWh.
Perhitungan SMER menggunakan persamaan :
̇
... (2.2)
Dimana : ̇ = laju pengeringan
Energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption (SEC) adalah
perbandingan energi yang dikonsumsi dengan kandungan air yang hilang, dinyatakan dalam
kWh/kg dan dihitung dengan menggunakan persamaan :
... (2.3)
Laju pengeringan (drying rate ; kg/jam), dihitung dengan mneggunakan persamaan :
̇ ……… (2.4)
Dimana : W0 : Berat bahan makanan sebelum pengeringan (kg)
Wf : Berat bahan makan setelah pengeringan (kg)
t : Waktu pengeringan (jam)
Kinerja dari pompa kalor dinyatakan dalam coefficient of performance (COP), yang
didefenisikan sebagai perbandingan antara kalor yang dilepaskan oleh kondensor dengan kerja
(energi) yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor [9]:
̇ ̇ ... (2.5)
Dimana;
̇ = Kalor yang dilepaskan oleh kondensor
̇ = Kerja (energi) yang masuk dalam kompresor
Kalor yang dilepaskan oleh kondensor dihitung dengan persamaan:
Dimana:
̇ = laju aliran massa udara
= panas spesifik udara
= suhu rata-rata udara keluar kondensor
= suhu rata-rata udara masuk kondensor
Kerja yang masuk ke dalam sistem (kerja kompresor) di hitung dengan persamaan:
̇ ̇ ... (2.7)
h1 diperoleh dari tekanan pada evaporator, h2 diperoleh dari tekanan pada kondensor.
Sebuah Sistem kompresi uap dengan memanfaatkan evaporator dan kondensor sekaligus
disebut dengan sistem kompresi uap hibrid. Kinerja dari sebuah sistem kompresi uap hibrid
dinyatakan dengan Total Performance (TP) yang menyatakan jumlah beban maksimum pada
ruang pendinginan dan ruang pengeringan dibandingkan dengan daya kompresi, yang
dirumuskan dengan:
... (2.8)
Dimana:
Qe = Kalor yang diserap oleh evaporator
Wc = Kerja Kompresor
Kalor yang diserap oleh evaporator dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
̇ ... (2.9)
2.5. PSYCROMETRIC CHART
Psycrometric chart merupakan diagram untuk memahami dan menganalisa sifat
termodinamika dari udara (moist air), kondisi udara dan proses dalam sistem tata udara (air
conditioning system). Gambar dibawah ini adalah diagram psycrometric chart yang dikeluarkan
oleh American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers. INC
Berikut adalah penjelasan untuk istilah-istilah yang terdapat dalam psycrometric chart di
atas :
Dry-bulb temperature (⁰C) : Temperatur yang diukur dengan termometer biasa.
Wet-bulb temperature (⁰C) : Temperatur dimana dengan menguapkan air ke udara dapat menyebabkan udara menjadi jenuh secara
adiabatis pada temperatur yang sama.
Dew point temperature (⁰C) : Temperatur dimana udara menjadi jenuh pada perbandingan kelembaban (humidity ratio) yang sama.
Humidity Ratio : Rasio yang menunjukkan jumlah uap air per satuan berat udara kering. Satuan yang digunakan :
Lb per lb dry air, kg per kg udara kering
Grain per lb dry air (1 lb = 7.000 grain) gram per kg udara kering.
Relative Humidity (%) : Perbandingan antara kandungan uap air (moisture content) di udara dan kandungan uap air ketika jenuh
pada temperatur dan tekanan yang sama.
Enthalpy (kJ/kg) : Sifat termodinamika yang menunjukkan kandungan energi per satuan berat.
Secara lebih mudah untuk dipahami, istilah-istilah diatas dapat dilihat lagi ada
“penyerderhanaan” psycrometric chart di bawah ini (pada tekanan 1 atm) :
Gambar
Proses-proses di udara (pengkondisian udara) sesuai letak titik pada psycrometric chart,
dikelompokkan menjadi :
1. Heating (Pemanasan), dimana temperatur akhir lebih tinggi daripada temperatur awal (T2
>T1).
2. Cooling (Pendinginan), dimana temperatur akhir lebih rendah daripada temperatur awal
3. Humidifying (Humidifikasi), dimana moisture content akhir lebih tinggi daripada
moisture content awal (w2 > w1).
4. Dehumidifying (Dehumidifikasi), dimana moisture content akhir lebih rendah daripada
moisture content awal (w2 < w1).
5. Kombinasi atau gabungan :
Cooling dan dehumidifying, dimana T2 <T1 & w2 < w1 Heating dan humidifying, dimana T2 >T1 & w2 > w1
Keadaan proses-proses pengkondisian udara diatas dapat terlihat pada gambar berikut:
gambar
Heat load dalam pengkondisian udara juga terbagi 2, yaitu :
1. Sensible Heat, ialah kalor yang diperlukan atau dihilangkan dan menyebabkan perubahan
temperatur (naik/turun).
Q = 1,09 x CFM x (T2 - T1)
Q = Heat Load yang dibutuhkan/dilepas (Btuh/h)
CFM = Jumlah aliran udara (ft3/min)
T1 = Temperatur awal (⁰F) T2 = Teemperatur akhir (⁰F)
2. Latent Heat, ialah kalor yang diperlukan atau dihilangkan untuk mengubah fase zat
(condensation, evaporation). Di udara, latent heat akan menyebabkan perubahan
kelembaban (humidity).
Q = 0,68 x CFM x (w2-w1)
Q = Heat Load yang dibutuhkan/dilepas (Btuh/h)
CFM = Jumlah aliran udara (ft3/min)
w1 = Moisture content awal (grain/lb) w2 = Moisture content akhir (grain/lb)
3. Total Heat, ialah gabungan antara sensible heat dan latent heat.
Q = H2– H1
Q = 4,5 x CFM x (h2– h1)
Q = Heat Load yang dibutuhkan/dilepas (Btuh/h)
