SKRIPSI
ANALISA ENERGI PADA SISTEM PENGERING ANYAMAN ATA
BERBAHAN BAKAR BRIKET SERBUK KAYU ALBESIA DENGAN
MEMVARIASIKAN TIPE RAK PENGERING
Oleh :
I Gede Agus Astrayasa
1004305045
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa, dalam skripsi ini tidak terdapat karya
yang pernah diajuukan untuk memperoleh gelar kesejarnaan disuatu Perguruan Tinggi
dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan
disebutkan dalam daftar pustaka.
Bukit Jimbaran, Desember 2016
Mahasiswa
I Gede Agus Astrayasa
ANALISA ENERGI PADA SISTEM PENGERING ANYAMAN ATA BERBAHAN BAKAR BRIKET SERBUK KAYU ALBESIA DENGAN
MEMVARIASIKAN TIPE RAK PENGERING
Oleh : I Gede Agus Astrayasa
Pembimbing : Ir. Nengah Suarnadwipa, MT.
Dr.Ir. Wayan Bandem Adnyana, M.Erg.
ABSTRAKSI
Untuk menangani permasalah para pengerajin anyaman ata dalam menghadapi musim hujan, telah dibuat alat pengering yang menggunakan kompor biomassa berbahan bakar dari limbah serbuk gergaji kayu albesia. Untuk mengetahui performansi alat pengering dilakukan pengujian dengan menggunakan dua tipe rak yang berbeda.
Penelitian ini memakai bahan bakar briket serbuk kayu albesia dengan memvariasikan tipe rak , yaitu menggunakan tipe rak plat datar dan tipe rak berlubang. Pengujian ini dilakukan satu kali untuk satu tipe rak dan material yang dikeringkan berupa anyaman ata. Penelitian ini dilakukan untuk menganalisa energi – energi pada sistem pengering yang meliputi: laju energi berguna (Ėuse), laju energi suplai (Ėin), dan laju energi yang terbuang (Ėlosses)
Dari hasil pengujian dan perhitungan yang telah dilakukan, tipe rak plat datar
dapat menghasilkan laju energi berguna (Ėuse) = 0,0573 kJ/s, laju energi masuk (Ėin) = 3,56914 kJ/s, dan laju energi terbuang (Ėlosses) = 0,2042 kJ/s. Sedangkan untuk tipe rak berlubang dapat menghasilkan laju energi berguna (Ėuse) = 0,05703 kJ/s, laju energi masuk (Ėin) = 3,58325 kJ/s, dan laju energi terbuang (Ėlosses) = 0,2354 kJ/s.
ENERGI ANALYSIS SYSTEM WOVEN DRYER ATA SAWDUST FUEL BRIQUETTES ALBESIA BY VARYING THE TYPE OF DRYING RACK
Author : I Gede Agus Astrayasa
Guidance : Ir. Nengah Suarnadwipa,MT.
Dr.Ir. Wayan Bandem Adnyana, M.Erg.
ABSTRACT
To handle problem the craftsmen woven ata in the face of the rainy season, has made a dryer that uses biomass stove fuel from waste wood sawdust albesia. To determine the performance of the dryer was examined by using two different types of shelves.
The study used fuel sawdust briquettes albasia by varying the type of rack, Ie using flat plate rack type and perforatedrack type. The test is performedonce for a singletype ofrack and dried material in the form of woven ata. This study was conducted to analyze the energy - energy in the dryer system that includes: rate of useful energy
(Ėuse), rate of supply energy (Ėin), and rate oflosses energy(Ėlosses).
Of the test results and the calculation has been done, flat plate rack type can
produce useful energy (Ėuse) = 0,0573 kJ/s, rate of supply energy (Ėin) = 3,56914 kJ/s
and rate oflosses energy(Ėlosses) = 0,2042 kJ/s.while the perforated plate rack types can
produce useful energy (Ėuse) = 0,05703 kJ/s, rate of supply energy (Ėin) = 3,58325 kJ/s,
and rate oflosses energy(Ėlosses) = 0,2354 kJ/s.
KATA PENGANTAR
PujisyukurpenulispanjatkankepadaTuhanYangMahaEsa,
karenaatasberkatrahmat-Nyapenulis dapatmenyelesaikanskripsi yang berjudul :
“Analisa Energi Pada Sistem Pengering Anyaman Ata Berbahan Bakar Briket Serbuk Kayu Albesia Dengan Memvariasikan Tipe Rak Pengerin g”
Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari
berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar
-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Nengah Suarnadwipa, MT, selaku Dosen Pembimbing I dalam
penulisan skripsi ini.
2. Bapak Dr.Ir.Wayan Bandem Adnyana,M.Erg, selaku Dosen Pembimbing
II dalam penulisan skripsi ini.
3. Bapak I Gusti Ketut Sukadana,ST,MT. selaku Dosen Penguji I dalam
skripsi ini.
4. Bapak Dr.Eng. Made Sucipta,ST,MT. selaku Dosen Penguji II dalam
skripsi ini.
5. Bapak I Gusti Agung Kade Suriadi, ST,MT. selaku Dosen Penguji III
dalam skripsi ini.
6. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Udayana.
7. Semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah
membantu dalam penyelesaian skripsi.
8. Orang tua dan keluarga penulis atas segala dukungan moril, materil
maupun spiritual yang telah diberikan.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan
karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan
dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan
penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam
penulisanskripsi ini.
Bukit Jimbaran, ...
DAFTAR ISI
2.1.1 Proses Produksi Pembuatan Kerajinan Ata ... 5
2.2 Biomassa ... 7
2.2.1 Kayu Albesia ... 8
2.2.2 Serbuk Kayu Albesia Sebagai Energi Alternatif ... 9
2.3 Pengenalan Sistem Pengeringan ... 11
2.3.1 Prinsip Dasar Pengeringan ... 11
2.10 Performansi Pengeringan... 26
BAB III METODE PENELITIAN ... 28
3.1 TempatatauLokasiPenelitian ... 28
3.2 JumlahPopulasi (variable) ... 28
3.4.1 Briket Serbuk Kayu Albesia... 36
3.4.2 Bomb Calorimeter ... 37
4.3.1 Menghitung laju energi yang masuk ruang pengering .. 48
4.3.2 Menghitung laju energi yang berguna ... 49
4.3.3 Menghitung energi yang terbuang ... 50
4.4 Perhitungan Data Variasi Tipe Rak Berlubang ... 58
4.4.1 Menghitung laju energi yang masuk ruang pengering .. 58
4.4.2 Menghitung laju energi yang berguna ... 59
4.4.3 Menghitung energi yang terbuang ... 60
4.5Perbandingan Data Hasil Perhitungan Rak Plat Datar dan Rak Berlubang ... 68
4.5.1 Perbandingan hasil perhitungan laju energi masuk ... `68
4.5.2 Perbandingan hasil perhitungan laju energi berguna .... 69
4.5.3 Perbandingan laju energi losses pada dinding kompor . 70 4.5.4 Perbandingan laju energi losses pada saluran penghubung ... 71
BAB V PENUTUP ... 79
5.1 Kesimpulan ... 79
5.2 Saran ... 79
DAFTAR PUSTAKA………...…. 80
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar1.1 Contoh Jenis Kerajinan Ata Yang Dihasilkan ... 1
Gambar 2.1 Produk-produk yang Dihasilkan dari Anyaman Ata ... 5
Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Produksi Kerajinan Ata ... 6
Gambar 2.3 Limbah Serbuk kayu Albesia ... 10
Gambar 2.4 T-V Diagram ... 12
Gambar 2.5 Perpindahan Panas konveksi dari Permukaan Media Padat ke fluida Mengalir ... 15
Gambar2.6 Perpindahan Panas Konduksi pada Dinding Datar ... 17
Gambar 2.7 Sistem Alat Pengeringan ... 23
Gambar3.15RancanganSkematik Penelitian Menggunakan Rak Pengering Tipe Plat Datar ... 40
Gambar3.16Rancangan Skematik Penelitian Menggunakan Rak Pengering Tipe kisi ... 41
Gambar 3.17 Diagram Alir Penelitian ... 45
Gambar 4.1 Perbandingan Laju Energi Masuk ... 69
Gambar 4.2 Perbandingan Laju Energi Berguna ... 70
Gambar 4.3 Perbandingan Laju Energi Losses Pada Kompor ... 71
Gambar 4.4 Perbandingan Laju Energi Losses Pada Saluran Penghubung 72 Gambar 4.5 Perbandingan Laju Energi Losses Pada Pengering ... 73
Gambar 4.6 Perbandingan Laju Energi Losses Pada Cerobong ... 74
Gambar 4.7 Perbandingan Waktu Terhadap Tin ... 75
Gambar 4.8 Perbandingan Waktu Terhadap Tout ... 76
Gambar 4.9 Perbandingan Waktu Terhadap Penurunan Massa ... 77
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Ultimate Analysis Of Biomassa... 8
Tabel 2.2 Hasil Pengujian Kayu Albesia... 9
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Untuk Rak Type Plat Datar... ... 46
Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Untuk Rak Type Berlubang... ... 47
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Tabel saturated water ... 82
Lampiran 2. Gambar pembuatan alat pengering... 83
Lampiran 2. Gambar alat pengering sebelum di isolasi... 83
Lampiran 2. Gambar pengisolasian alat... 84
Lampiran 2. Gambar alat pengering setelah di isolasi... 84
Lampiran 3. Gambar pembuatan adonan briket... . 85
Lampiran 3. Gambar pembuatan briket... 85
Lampiran 4. Gambar pembuatan pelet... 86
Lampiran 4. Gambar pengujian nilai kalor... 86
Lampiran 5. Gambar anyaman ata sebelum dikeringkan... ... 87
Lampiran 5. Gambar proses pengeringan menggunakan rak plat datar ... 87
Lampiran 5. Gambar proses pengeringan menggunakan rak berlubang ... 88
Lampiran 5. Gambar pemasukan bahan bakar... 88
Lampiran 5. Gambar anyaman ata setelah dikeringkan... ... 89
Lampiran 5. Gambar abu bahan nakar... 89
Lampiran 6. Gambar rancangan alat... 90
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Hutan yang mengelilingi Indonesia banyak menyediakan sumber daya alam yang
yang dapat dimanfaatka oleh penduduknya, seperti misalnya tanaman ata atau sering
disebut dengan tanaman paku kawat. Tanaman atamerupakan jenis tanaman menjalar
yang memiliki kelebihan dibidang kelenturan dan kekuatan sehingga banyak masyarakat
Bali memanfaatkan tanaman ini sebagai bahan baku pembuatan kerajinan. Berbagai
jenis kerajinan pun dapat diciptakan dari tanaman ini seperti alas gelas,tas, kap lampu,
tempat tissue dan lain sebagainya. Gambar 1.1 merupakan contoh kerajinan yang
dihasilkan dari tanaman ata.
Gambar 1.1 : contoh jenis kerajinan ata yang dihasilkan
Untuk kerajinan anyaman ata ini selain diminati pasar lokal, saat ini sudah
menembus pasar ekspor. Pengerajin ata ini banyak dijumpai di daerah Bali timur atau
lebih tepatnya di Kabupaten Karangasem.Dalampembuatan kerajinan anyaman ata,
2
menentukan kualitas dan tekstur dari anyaman. Sampai saat ini msyarakat Karangasem
mengeringkan produk anyaman ata mereka dengan memanfaatkan sinar dari matahari.
Tidak menentunya keadaan cuacamengakibatkan proses pengeringan dengan sinar
matahari sering mengalami hambatan sehingga proses produksi juga ikutterhambat. Pada
saat cuaca mendung atau hujan proses pengeringan dengansinar matahari tidak dapat
dilakukan, sehingga produksi anyaman ata menjadi terhambat. Sering kali kerajinnan ata
berjamur karena kandungan air dalam ata masih tinggi akibat kurangnya sinar matahari.
Untuk menangani masalah ini, maka dibutuhkan teknologi pengering sebagai
pengganti sistem pengeringan alami pada saat cuaca buruk. Teknologi pengeringan ini
terdiri dari ruang pengering dan kompor yang membutuhkan bahan bakar dalam
prosesnya. Pada umumnya bahan bakar yang digunakan pada alat pengering biasanya
bahan bakar minyak dan gas. Meningkatnya harga bahan bakar minyak dan gas pada
saat ini akan dapat mengakibatkan biaya produksi ikut naik, sehingga untuk menekan
biaya produksi agar lebih ekonomis dapat menggunakan bahan bakar alternatif dari
limbah pertanian seperti limbah yang dihasilkan dari pengolahan kayu albesia. Kayu
albesia merupakan tanamam perkebunan yang banyak di budidayakan oleh masyarakat
khususnya di Bali pada saat ini. Ini dikarenakan kayu albesia memilikai umur panen
yang lebih cepat dibandingkan jenis kayu yang lain. Kayu albesia dapat diolah menjadi
bahan bangunan danbahan kerajinan. Seiring meningkatnya permintaan penggunaan
kayu albesia, industri-industri pengolahan kayu mengolah kayu albesia menjadi barang
jadi atau barang yang sesuai dengan permintaan konsumen. Dengan hal ini limbah dari
hasil pengolahan kayu tersebut ikut meningkat dan dapat menimbulkan pencemaran
lingkungan. Bila dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk kompor biomassa yang
berupa briket sangatlah berguna dalam mengurangi limbah tersebut serta dapat menekan
biaya produksi. Menurut penelitian Ervando, dkk (2012) kayu albesia memiliki nilai
kalor yang cukup tinggi sebesar 4250,63 kal/gram, kadar air yang cukup redah 8,158 %,
kadar abu sebesar 1,593 % sehingga cocok digunakan sebagai bahan bakar alternatif
3
Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh febby (2013) tantang performansi alat
pengering menggunakan kompor biomasa berbahan bakar sekam padi dengan
memvariasikan tata letak dan menggunakan ata yang belum dianyam sebagai benda
uji.Hasil yang diperoleh bahwa tata letak selang seling (staggered) menghasilkan
performansi yang terbaik. Dari penelitian yang dilakukan oleh Febby tersebutbelum
diteliti mengenai performansi alat pengering dengan menggunakan bahan bakar
biomassa berupa briket serbuk kayu albesia dengan memvariasikan tipe rak pengering
dan menggunakan ata yang sudah dianyam sebagai benda uji. Tipe rak yang digunakan
adalah tipe rak kisi-kisi dan tipe rak plat datar. Penelitian ini dilakukan untuk
mengetahui tipe rak mana yang paling efektik digunakan untuk mendapatkan hasil
pengeringan yang diinginkan yaitu 20%-30% massa awal anyaman ata berkurang.
1.2 Permasalahan
Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalahanalisa energi pada
sistem pengering anyaman ata berbahan bakar briket serbuk kayu albesia dengan
memvariasikan tipe rak pengering.\
1.3 Batasan Masalah
Agarpenelitian ini dapat mencapai sasaran yang diinginkan dan pembahasan tidak
terlalu meluas, maka permasalahan akan dibatasi sebagai berikut:
1. Kadar air pada anyamanata diasumsikansama.
2. Massa dan ukuran anyaman ata diasumsikan sama.
3. Aliran steady-state dansteady-flow.
4. Temperatur lingkungan diasumsikan sama.
5. Massa dan kerapatan briket di asumsikan sama.
6. Energi yang keluar saat penambahan bahan bakar dan penimbangan massa
4
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk menganalisa energi pada sistem pengering
anyaman ata yang meliputi energi berguna (Ėuse), energi supply(Ėin), energi yang terbuang (Ėloss cerobong, Ėloss abu, ĖLTK, ĖLTS,ĖLTP) dan distribusi temperatur ruang
pengering terhadap tipe rak pengering.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1.Membantu memecahkanmasalah pengrajin ata tentang pengeringan ata pada saat
musim hujan dan memperkenalkan teknologi pengeringan.
2.Mendapatkan kualitas ata yang dihasilkan lebih baik untuk diekspor.
3. Dengan menggunakan kompor biomassa dapat memacu penduduk sekitar untuk
dapat memanfaatkan potensi energi limbah yang ada di sekitar mereka.
4. Sebagai solusi untuk menangani limbah pertanian/perkebunan.
5. mendapatkan wawasan dalam pembuatan alat pengering.
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Gambaran Umum Ata
Ata merupakan sejenis tanaman merambat yang dulunya sering dipakai sebagai
bahan untuk tali oleh masyarakat di Bali. Dengan munculnya berbagai tali sintetis saat
ini membuat tali ata semakin dilupakan, sehingga ata saat ini dimanfaatkansebagai
bahan baku untuk pembuatan kerajinan anyaman. masyarat di Bali dapat mengolahata
menjadi berbagai jenis kerajinan yang bernilai seni tinggi dengan kualitas ekspor.
Gambar 2.1 merupakan contoh produk yang dihasilkan dari anyaman ata.
Gambar 2.1 produk-produk yang dihasilkan dari anyaman ata
2.1.1 Proses Produksi Pembuatan Kerajinan ata
Proses produksi adalah suatu kegiatan untukmerubah bahan baku(input produksi) menjadi suatu produk (output produksi). Dalam usaha kerajinan anyaman ata proses produksi yang dilakukan hanya memerlukan peralatan yang cukup sederhana, karena
lebih banyak memanfaatkan keterampilan tangan untuk menciptakan karya yang bernilai
seni tinggi. Tahapan yang dilalui dalam proses produksi kerajinan ata, seperti terlihat
6
Secara umum, terdapat 3 tahap penting dalam proses pembuatan kerajinan ata,
yaitu persiapan, penganyaman, pengeringan.
a) Persiapan
Tahap persiapan adalah tahap awal untuk membuat anyamanata
seperti, penyiapan bahan baku. Apabila bahan baku telah tersedia
maka proses pembuatan anyamanata dapat dilakukan.
b) Penganyaman
Proses selanjutnya adalah menganyam bahan baku untuk dibentuk
menjadi produk yang diinginkan. Jenis produk yang dapat
dihasilkan bisa bermacam – macam sesuai dengan pesanan
konsumen. Namun ada juga bentuk – bentuk baru yang dihasilkan
pengrajin hasil dari kreativitas dari pengerajin.
Pemesanan / Order
Pembersihan Penganyaman
Pengeringan/pengasapan
Pengepakan Persiapan bahan
Pengiriman Barang Bagian Produksi
Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Produksi Kerajinan Ata
7
c) Pengeringan
Setelah penganyaman selesai, dilanjutkan dengan tahap
pengeringan untuk mengurangi kadar air yang terdapat pada
anyaman, sehingga produk yang dihasilkan tidak mudah berjamur.
Proses pengeringan anyaman ata dilakukan dengan cara pengasapan
agar warna dan tekstur yang dihasilkan juga lebih bagus.
2.2 Biomassa
Biomassa merupakan sumber energi terbarukan yang berasal dari bahan organik
yang terbentuk dari energi matahari yang telah di transformasi menjadi energi kimia
melalui proses fotosintesis, baik berupa produk maupun limbah. Melalui proses
fotosintesis, karbondioksida di udara ditransformasi menjadi molekul karbon lain
(misalnya gula dan selulosa) dalam tumbuhan. Energi kimia yang tersimpan dalam
tanaman dan hewan (akibat memakan tumbuhan atau hewan lain) atau dalam kotorannya
dikenal dengan nama bio-energi. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman,
pepohonan, rumput, limbah pertanian, limbah hutan, limbah perkebunan, tinja dan
kotoran ternak. Umumnya biomassa yang digunakan untuk diambil energinya adalah
biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk
primernya.
Kandungan utama biomassa adalah karbon, oksigen, dan hidrogen. Hal ini
ditunjukkan pada tabel 2.1. tentangultimate analysis of biomass. Pada tabel tersebut memperlihatkan komposisi dari 13 biomassa.Rumus kimia dari biomassa umumnya
diwakili oleh CxHyOz. Nilai koefisien dari x,y dan z ditentukan oleh masing-masing
8
Table 2.1 Ultimate analysis of Biomass (Raveendran et. al. )(Sumber :Raveendran dkk. 1995,Tercantum dalam Badeau Pierre, 2009).
2.2.1 Kayu Albesia
Kayu albesia dalam bahasa latin disebut Albazia Falcataria, termasuk famili
Mimosaceae atau keluarga petai–petaian.Kayu albesia merupakan tanaman perkebunan
yang banyak di budidayakan oleh masyarakat pada saat ini.Bagian terpenting yang
mempunyai nilai ekonomi pada tanaman albesia adalah kayunya. Pohonnya dapat
mencapai tinggi sekitar 30–45 meter dengan diameter batang sekitar 70 – 80 cm. Bentuk
batang albesia bulat dan tidak berbanir. Kulit luarnya berwarna putih atau kelabu, tidak
beralur dan tidak mengelupas. Kayu albesia dapat diolah menjadi bahan bangunan dan
bahan kerajinan. Seiring meningkatnya permintaan penggunaan kayu albesia,
industri-industri pengolahan kayu mengolah kayu albesia terseburt menjadi barang jadi atau
barang yang sesuai dengan permintaan konsumen. Limbah serbuk kayu hasil dari
pengolahan kayu tersebut akan ikut mengalami peningkatan sesuai dengan permintaan
9
hanya digunakan digunakan sebagai bahan bakar tungku, dibakar atau bahkan tidak
dipakai sama sekali, sehingga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Untuk
menangulangi hal tersebut maka limbah serbuk kayu albesia dapat digunakan sebagai
bahan bakar biomssa berupa briket. Menurut Ervando, dkk (2012) kandungan yang
terdapat pada kayu albesia dapat dilihat pada tabel 2.2 bawah ini:
Tabel 2.2 hasil pengujian kayu albesia
Sampel Kadar air
2.2.2Serbuk Kayu AlbesiaSebagai Sumber Energi Alternatif
Meningkatnya permintaan kayu albesia untuk dijadikan bahan bangunan maupun
untuk bahan kerajinan,maka banyak industri-industri pengolahan kayu mengolah kayu
ini menjadi bahan jadi untuk memenuhi kebutuhan konsumen. Seiring dengan hal
tersebut limbah dari hasil pengolahan kayu albesia berupa serbuk kayu juga ikut
meningkat. Sebagai limbah dari hasil pengolahan kayu, serbuk kayu seringkali
menimbulkan persoalan tersendiri. Di samping penyimpanannya merampas ruang-ruang
terbuka dan proses penghancurannya juga lambat, sehingga jika tidak dimanfaatkan, bisa
menimbulkan pencemaran lingkungan. Padahal serbuk kayu sangat berpotensi bila
10
Gambar 2.3 Limbah serbuk kayu Albesia
Dilihat dari segi momentum pada saat ini adalah saat yang paling tepat untuk
mempromosikan serbuk kayu albesia sebagai salah satu sumber energi alternatif. Ini dikarenakan masyarakat pada saat ini membutuhkan sumber energi yang murah meriah
menyangkut semakin naiknya harga bahan bakar minyak maupun gas.Meningkatnya
harga bahan bakar minyak maupun gas, jelas menuntut tambahan biaya rumah tangga.
Sementara pada saat yang sama, sumber penghasilan masyarakat pada saat ini cenderung
tidak ada perubahan. Ini jelas sangat memberatkan, terutama bagi masyarakat pedesaan
yang sangat menghandalkan minyak tanah sebagai sumber bahan bakar utama mereka.
Untuk menangani masalah tersebut, sangat tepat jika kemudianmenjadikan serbuk
kayu albesia yang masih dianggap limbah dan tersedia melimpah sebagai bahan bakar
alternatif, khususnya bagi masyarakat pedesaan. Caranya, dengan memodifikasi serbuk
kayu albesiadalam bentuk briket dan sebagai bahan bakar kompor biomassa yang
praktis dan murah, sehingga mudah terjangkau oleh masyarakat luas. Fungsi kompor
biomassa, bisa sebagai alat substitusi menggantikan 100% minyak tanah.Namun, bisa
juga sebagai komplementasi, yang bisa mengurangi biaya pembelian minyak
11
2.3 Pengenalan Sistem Pengeringan
2.3.1 Prinsip Dasar Pengeringan
Pengeringan adalah suatu proses pemindahan uap air dari material yang
dikeringkan ke media pengering yang biasanya berupa udara panas. Biasanya proses
pengeringan merupakan suatu proses akhir dari suatu rangkaian pembuatan produk yang
bertujuan untuk pengawetan produk dan setelah pengeringan bahan siap untuk disimpan
atau dijual.
Berdasarkan atas proses kontak antara media pengering dengan bahan yang akan
dikeringkan, maka pengeringan dapat dibedakan menjadi:
1. Pengeringan langsung (Direct drying), disini bahan yangdikeringkan langsung berhubungan dengan bahan yang dipanaskan.
2. Pengeringan tidak langsung (Indirect drying), udara panas berhubungan dengan bahan melalui perantara, umumnya berupa dinding – dinding atau
tempat meletakkan bahan. Bahan akan kontak langsung dengan panas secara
konduksi.
Berdasarkan sumbernya, faktor yang mempengaruhi pengeringan dibedakan
menjadi 2 yaitu:
1. Faktor internal, yaitu faktor yang mempengaruhi pengeringan yang berasal dari material itu sendiri, faktor-faktor tersebut ialah ukuran material dan kadar
awal air material.
2. Faktor eksternal, yaitu faktor yang mempengaruhi pengeringan yang berasal dari luar material. Faktor-faktor tersebut ialah perbedaan suhu, kelembaban
12
Berdasarkan cara pemindahan bahan yang dikeringkan,maka proses pengeringan
dibedakan menjadi 2 yaitu:
1. Pengeringan Kontinyu (Continuous Drying)
Bahan yang dikeringkan dilewatkan pada alat pengering secara
berkesinambungan dengan kapasitas dan kecepatan tetap. Jenis-jenis alat
pengering dengan metode kontinyu antar lain pengering terowongan (tunnel dryer), pengeringan drum (drum dryer), pengeringan putar (rotary dryer), pengering semprot (spray dryer).
2. Pengeringan Tumpukan (Batch Drying)
Pada proses ini bahan yang dikeringkan ditampung dalam suatu wadah,
kemudian baru dikeringkan dan bahan dikeluarkan setelah mencapai keadaan
kering, kemudian dilanjutkan dengan memasukkan bahan berikutnya.
Pada prinsipnya pengeringan merupakan suatu proses pemindahan panas dan
perpindahan massa uap air secara simultan. Panas sensibel diperlukan untuk menaikkan
temperature material yang dikeringkan, sedangkan panas laten diperlukan untuk
menguapkan kandungan air yang terdapat pada material. Uap air dipindahkan dari
permukaan bahan yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas.
Gambar 2.4 T-V diagram (sumber : Yunus, A. Cengel. 1997) Pemanasan
T
Perubahan fase
Pembuangan uap
13
Secara singkat proses yang terjadi dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Proses Pemanasan, pada tahap ini terjadi kenaikan temperature substansi yang dipanaskan sebagai akibat adanya penambahan energy kalor dari luar.
Sekalipun sebenarnya terjadi proses penambahan volume, namun perubahan
volume yang terjadi sangat kecil maka dianggap bahwa kondisi volume
konstan. Adapun energy yang ditambahkan pada proses ini adalah berupa
sensibel heat.
2. Proses perubahan fase, sekalipun pada tahapan ini memerlukan banyak energy (latent heat), namun seluruh energy yang diterima oleh substansi tidak menimbulkan perubahan temperature karena dimanfaatkan untuk
terjadinya proses penguapan cairan yang terkandung dalam substansi yang
dipanaskan (perubahan fase dari cair menjadi uap air).
3. Proses pembuangan uap bersamaan dengan udara buang, pada tahap ini uap air dibuang keluar ruangan pengering bersamaan dengan aliran udara
buang.
Pada dasarnya rangkaian proses yang terjadi selama pengeringan meliputi dua proses sebagai berikut:
• Proses perpindahan massa.
• Proses perpindahan panas.
2.3.2 Perpindahan Massa
Proses pengeringan utamanya ditentukan dari besarnya perpindahan massa dari
material yang dikeringkan ke fluida pengering, adapun proses perpindahan massa ini
tergantung dari beberapa faktor antara lain:
14
Perpindahan massa yang berhubungan dengan proses pengeringan
adalah secara konveksi.
b) Perbedaan konsentrasi air (ΔCA) antara fluida pengering dan material
yang dikeringkan.
Perpindahan massa pada material dapat terjadi secara difusi, yaitu proses
perpindahan massa dari bagian dalam material ke bagian permukaan material dan
dilanjutkan dengan perpindahan massa secara konveksi, yaitu proses perpindahan massa
dari material ke fluida pengering (udara) yang mengalir. Sehingga perpindahan massa
secara konveksi dirumuskan sebagai berikut:
Na = hm.A. (CAS - CA∞) (kmol/s)...(2.1)
Dimana:
hm =koefisien perpindahan massa konveksi (m/s)
A = luas penampang material (luas permukaan perpindahan massa) (m2).
CAS =Konsentrasi molar air (uap air) di permukaan material (kmol/m3).
CA∞ =Konsentrasi molar uap air di udara pengering (kmol/m3)
Laju pengeringan tergantung pada besarnya laju perpindahan massa konveksi dari
permukaan material menuju udara pengering. Laju perpindahan massa konveksi
tergantung pada koefisien perpindahan massa konveksi (hm), dimana besar kecilnya hm
tergantung pada temperature rata – rata udara pengering dan kecepatan aliran fluida
(udara) pengering. Makin besar kecepatan dan semakin tinggi temperatur udara
15
2.4 Perpindahan Panas
Perpindahan panas adalah proses perpindahan energi yang terjadi karena adanya
perbedaan temperatur di antara material, dimana energi yang berpindah tersebut
dinamakan kalor atau panas (heat). Panas akan berpindah dari medium yang bertemperatur lebih tinggi ke medium yang temperaturnya lebih rendah. Perpindahan
panas ini berlangsung terus sampai ada kesetimbangan temperatur diantara kedua
medium tersebut. Perpindahan panas dapat terjadi melalui beberapa mekanisme, yaitu
perpindahan panas secara konveksi, konduksi, dan radiasi.
2.4.1 Perpindahan Panas konveksi
Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi akibat adanya
perbedaan temperatur dari suatu permukaan media padat menuju fluida yang mengalir
(bergerak) atau sebaliknya. Suatu fluida memiliki temperatur, T, yang bergerak dengan
kecepatan, u, di atas permukaan media padat (Gambar 2.5). Temperatur media padat
lebih tinggi dari temperatur fluida, maka akan terjadi perpindahan panas konveksi dari
media padat ke fluida yang mengalir.
Gambar 2.5 Perpindahan panas konveksi dari permukaan media padat ke fluida yang mengalir
Sumber: (Incropera dan DeWitt, 3rd ed.)
Laju perpindahan panas konveksi adalah merupakan Hukum Newton tentang
pendinginan (Newton’s Law of Cooling) yaitu:
16
dimana:
qkonv = Laju perpindahan panas konveksi (W)
h = Koefisien perpindahan panas konveksi ( W/m2.K) As = Luas permukaan perpindahan panas (m2)
Ts = Temperatur permukaan (K) T = Temperatur fluida (K)
Menurut aliran fluidanya, perpindahan panas konveksi dapat diklasifikasikan
menjadi:
a. Konveksi paksa (forced convection), terjadi bila aliran fluidanya disebabkan oleh gaya luar, seperti : blower, pompa, atau kipas angin.
b. Konveksi alamiah (natural convection), terjadi bila aliran fluidanya disebabkan oleh efek gaya apungnya (buoyancy forced effect). Pada fluida, temperatur berbanding terbalik/berlawanan dengan massa jenis (density). Dimana, makin tinggi temperatur fluida maka makin rendah massa jenis fluida
tersebut, sebaliknya makin rendah temperatur maka makin tinggi massa
jenisnya. Fluida dengan temperatur lebih tinggi akan menjadi lebih ringan
karena massa jenisnya mengecil maka akan naik mengapung di atas fluida
yang lebih berat.
2.4.2 Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas yang terjadi akibat adanya
perbedaan temperatur antara permukaan yang satu dengan permukaan yang lain pada
suatu media padat atau pada media fluida yang diam.
Konsep yang ada pada konduksi adalah merupakan aktivitas atomik dan
molekuler. Sehingga peristiwa yang terjadi pada konduksi adalah perpindahan energi
dari partikel yang lebih energetik (molekul lebih berenergi/bertemperatur tinggi) menuju
partikel yang kurang energetik (molekul kurang berenergi/ bertemperatur lebih rendah),
17
Untuk kondisi perpindahan panas keadaan steady melalui dinding datar satu dimensi seperti ditunjukan pada gambar 2.4.
Gambar 2.6 Perpindahan panas konduksi pada dinding datar
Sumber : (Incropera, Frank P and DeWitt, David P., 1996)
Persamaan laju konduksi dikenal dengan Hukum Fourier tentang Konduksi
(Fourier Low of Heat Conduction), yang persamaan matematikanya sebagai berikut:
qkond =
dx dT kA
... (2.3)
dimana:
qkond = Laju perpindahan panas konduksi (W) k = Konduktivitas thermal bahan (W/m.K)
A = Luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m)
dx dT
= Gradien temperatur pada penampang tersebut (K/m)
Tanda negatif (-) diselipkan agar memenuhi Hukum Kedua Termodinamika, yaitu
bahwa panas mengalir dari media yang bertemperatur lebih tinggi menuju media yang
18
2.4.3 Perpindahan Panas Radiasi
Proses perpindahan panas secara radiasi adalah suatu proses perpindahan
energy panas yang terjadi dari benda yang bertemperatur tinggi menuju benda dengan
temperatur lebih rendah dengan tanpa melalui suatu medium perantara. (Kreith 1986).
Pada proses perpindahan energy panas secara radiasi ini semua permukaan pada
temperature tertentu mengemisikan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik,
proses perpindahan panas secara radiasi dapat pula terjadi pada dua media yang dibatasi
oleh media yang bersuhu lebih dingin daripada keduanya (Cengel 1997).Sehingga dapat
disimpulkan bahwa perpindahan panas secara radiasi adalah mekanisme perpindahan
panas yang terjadi melalui gelombang elektromagnetic yang terjadi pada suatu
permukaan dengan emisivitas antara nol dan satu.
Laju perpindahan panas radiasi atau panas yang diemisika oleh permukaan suatu
benda riil (nyata) adalah :
q RADIASI = ε σ Ts4 A...(2.4)
Dimana:
q RADIASI = laju perpindahan panas secara radiasi (Watt)
ε = emisivitas permukaan benda.
σ = konstanta Stevan – Boltzmann (5,67 . 10-8) (W/ )
Ts =Temperatur permukaan benda, selalu dalamabsolut (K)
A = Luas permukaan perpindahan panas radiasi (m2)
Tsur = Temperatur surrounding (K)
Laju perpindahan panas radiasi netto antara permukaan benda yang bertemperatur
lebih tinggi menuju permukaan media yang bertemperatur lebih rendah atau sebaliknya
19
q RAD. NETTO = ε A σ (Ts4- Tsur4) jika Tsur <Ts...(2.5)
q RAD. NETTO = ε A σ (Tsur4- Ts4) jika Tsur >Ts...(2.6)
2.5 Udara Pengering
Fluida merupakan suatu zat yang dapat mengalami perubahan bentuk secara terus
menerus bila terkena gaya geserwalaupun gaya geser yang diterimanya tersebut sangat
kecil. Fluida yang dimaksud bisa berupa udara, gas dan zat cair.
2.5.1 Aliran Udara Pengeringan
Pada proses pengering ini menggunakan proses aliran alami (Natural Flow) yaitu menggunakan cerobong sebagai pengalir udara, sehingga laju aliran massa (mass flow rate) udara dipengaruhi oleh efek gaya apung. (Bouyancy Force Effect). Dengan laju aliran massa udara yang alami memungkinkan udara pengering mencapai temperatur
yang lebih tinggi, sehingga udara pengering dapat mengeringkan dengan lebih efisien.
Fungsi aliran udara pengering adalah:
- Sebagai perantara gelombang panas melintasi permukaan luarmaterial,
sehingga yang terkandung pada material terevaporasi.
- Membawa uap air yang terevaporasi dari permukaan materialmenuju
cerobong pembuangan udara bercampur uap.
2.5.2 Stack Effect
Stack efek adalah pergerakan udara ke dan dari cerobong asap, tumpukan gas
buang, dan didorong oleh kemampuan mengapung. Apung terjadi karena perbedaan
tekanan antara dalam ruangan dorongan kerapatan udara bebas yang disebabkan oleh
perbedaan suhu dan kelembapan. Hasilnya adalah positif atau negatif (gaya apung).
20
apung, dan dengan demikian efek tumpukan yang disebut sebagai “efek cerobong asap”
akan membantu mendorong ventilasi alami dan infiltrasi.
2.5.3 Kelembaban Udara (Air Humidity)
Material memiliki kemampuan untuk menyerap dan melepaskan kandungan air.
Oleh karena itu penting untuk dapat mengetahui tingkat kelembaban udara sekitarnya.
Adapun macam – macam kelembaban udara, adalah sebagai berikut:
a) Kelembaban Udara Absolut (Absolute Humidity, ω)
Kelembaban udara absolut adalah nilai jumlah kandungan uap air dalam
satu kilogram udara (gr/Kg). Namun nilai kelembaban udara absolut ini
sangat dipengaruhi oleh panas termal udara, namun demikian nilainya
tidak mengalami perubahan saat mengalami pemanasan ataupun
pendinginan. Pada temperatur tinggi, udara cenderung menghisap
kelembaban (uap air)
b) Kelembaban Udara Relatif (Relative Humidity, Ф)Adalah jumlah persentase kandungan uap air yang dihitung atas dasar udara
berkandungan maksimum (udara jenuh). Kelembaban relatif pada udara
jenuh harus selalu 100%. Kelembaban udara relatif akan menurun bila
udara dipanaskan dan meningkat bila udara didinginkan. Dengan catatan
bahwa jumlah kandungan air yang ada pada udara tidak mengalami
perubahan.
2.6 Sistem Pengeringan Buatan
21
yang mengalir baik proses aliran paksa maupun alami, bila udara dalam ruangan terlalu
lembab udara tersebut dapat dibuang melalui saluran pembuangan (damper) untuk kemudian digantikan dengan udara baru yang tidak terlalu lembab.
Sifat pengering buatan dibuat untuk mendapatkan beberapa nilai positif yang
tidak dapat dicapai oleh sistem pegeringan secara, alami, misalnya:
1.Proses pengeringan tidak sepenuhnya bergantung pada panas matahari atau
kondisi musim.
2.Dengan singkatnya proses pengeringan, kapasitas pengeringan dapat
ditingkatkan.
3.Proses pengeringan dapat terjadi secara kontinyu dan dapat dilakukan
sewaktu – waktu sesuai keinginan.
4.Bahan yang dikeringkan akan lebih aman dari gangguan luar yang dapat
merusak bahan atau produk, seperti : debu, hewan, gangguan cuaca dan lain –
lain.
5. Penggunaan filter udara pada saluran udara masuk memungkinkan bahwa
udara pengeringan benar – benar bersih dari kotaran, debu dan lainnya.
2.7 Nilai Kalor
Nilai kalor adalah suatu angka yang menyatakan jumlah panas/kalori yang
dihasilkan dari proses pembakaran sejumlah bahan bakar tertentu dengan udara/oksigen
menurut Yelina,dkk (2000).
Nilai kalor dapat dicari dengan menggunakan alat bomb calorimeteruntuk mengetahui selisih perubahan temperature dalam proses pembakaran dan data tersebut
22
... (2.7)
HHV =
LHV =
Dimana :
HHV = Nilai kalor atas bahan bakar (kal/gr)
C = Nilai kalor standarisasi dari natrium benzoid acid(kal/˚C)
= (T2-T1) selisih antara temperatur akhir dengan temperatur awal (˚C)
LHV = Nilai kalor bawah bahan bakar (kal/gr)
X = Massa H2O yang terbentuk selama proses pembakaran (gr
H2O/gr bb)
LH = Panas latent penguapan H2O (kal/gr H2O)
2.8Kesetimbangan Energi
Kesetimbangan energi yang terjadi pada sistem pengering (alat pengering dan
23
Gambar 2.7 Sistem Alat Pengering
Keterangan:
ṁabu = laju massa abu (kg/s)
ṁa = laju massa udara (kg/s)
ṁfg = laju massa gas buang (kg/s)
Ėbb = laju energi bahan bakar (kJ/s)
ĖLa = laju energi losses pada abu (kJ/s)
ĖLc = laju energi losses pada cerobong (kJ/s)
= Laju panas losses pada transmisi dinding kompor (kJ/s)
=Laju panas losses pada transmisi dinding pengering (kJ/s)
LTS = laju panas losses pada transmisi saluran penghubung kompor dengan
24
Kesetimbangan energi pada sistem pengering:
= + ...(2.10) Dimana:
= Laju energi masuk sistem pengering (kJ/s)
= Laju energi tersimpan dalam sistem (kJ/s)
= Laju energi keluar sistem (kJ/s)
Asumsi : = 0, karena sistem steady state
Maka persamaan diatas:
= ...(2.11)
= + ...(2.12)
= ̇ ̇ ̇ ...(2.13)
Maka:
= + ...(2.14)
Laju energi losses pada cerobong:
= ( + ) Cp. Tc...(2.15)
Laju energi losses pada abu:
= x LHV...(2.16)
Dimana:
=
Laju energi losses pada cerobong (kJ/s)
=
Laju energi losses pada abu (kJ/s)
=
Laju massa abu (Kg/s)
=
Laju masssa fluegas (Kg/s)=
Laju massa air pada ata yang terbuang/menguap (Kg/s)25
=
Temperatur cerobong (˚C)
=
Temperatur abu (˚C)Laju panas losses transmisi dinding kompor dapat dihitung dengan rumus:
ĖLTK =
=
Laju panas losses transmisi dinding saluran penghubung kompor dengan alat pengtering:
ĖLTS =
=
Laju panas losses transmisi dinding pengering:
ĖLTS =
LB = ketebalan material glasswool (m)
LA = ketebalan material plat besi (m)
KB = konduktivitas thermal material glasswool ( ⁄
)
KA = konduktivitas thermal material plat besi ( ⁄
)
A = luas penampang (m2)
Tsi = temperatur dinding bagian dalam sistem (K)
Tso = temperatur dinding bagian luar sistem (K)
26
R2 = tahanan thermal pada glasswool (k/w)
2.9Laju Massa Bahan Bakar
Laju massa bahan bakar dapat dihitung menggunakan rumus :
̇bb = ...(2.17)
Dimana:
̇ = Laju massa bahan bakar (kg/s)
mawal = Massa awal bahan bakar (kg)
msisa = Massa sisa bahan bakar (kg)
t = Waktu Pengeringan (s)
2.11 Performansi Pengeringan
Performansi pengeringan dengan memanfaatkan energi panas dari kompor
biomassa meliputi parameter berikut ini :
a. Energi panas berguna (Ė ) adalah jumlahenergi panas yang digunakan
untuk menguapkan masa uap air pada material yang akan dikeringkan
persatuan waktu, dinyatakan dalam bentuk persamaan sebagai berikut:
Ė = Ė = ̇ (W) ...(2.18)
Dimana:
Ė = Laju energi panas berguna (kJ/s)
Ė = Laju energi penguapan (kJ/s)
̇ = Laju massa air pada ata yang menguap (kg/s)
= (didapat dari tabel saturated water yang dimana diasumsikan suhu
27
b. Sumber energi dari bahan bakar yang memasuki ruang pengering secara
matematis ditulis dalam persamaan sebagai berikut ini:
Ė = ̇bb . LHV (W) ...(2.19)
Dimana:
Ė = Lajuenergi bahan bakar (kJ/s)
