734
PROTOTIPE ALAT PENGERING TIPE ROTARI (ROTARY DRYER) BERSUMBER PANAS BIOMASSA UNTUK INDUSTRI PENGOLAHAN
PATI SAGU DI PAPUA
Wilson Palelingan Aman1), Abadi Jading2), Mathelda K. Roreng3 1) Staf Pengajar Jurusan Teknologi Pertanian Universitas Negeri Papua
Jl. Gunung Salju Amban Manokwari, Papua Barat Telepon : 081344414413
e-Mail : wilson.tpunipa@gmail.com
ABSTRAK
Proses pengeringan merupakan salah satu tahapan penting dalam penanganan bahan pangan. Hal tersebut disebabkan karena proses pengeringan dapat memperpanjang masa simpan produk pangan sehingga dapat dikonsumsi lebih lama. Pati sagu merupakan komoditi pangan yang penting di Papua karena merupakan bahan pangan utama selain beras. Untuk memperpanjang masa simpan ati sagu maka perlu melalui proses pengeringan. Salah satu peralatan pengeringan yang dapat digunakan adalah pengering tipe rotari berputar (rotary dryer). Sumber panas pengering dapat berasal dari biomassa untuk mengurangi penggunaan bahan bakar minyak (BBM) sebagi sumber panas pembakaran. Permasalahannya adalah belum tersedia peralatan pengering yang sesuai untuk pengeringan pati di Papua. Untuk itu dilakukan penelitian untuk merancang prototipe alat pengering tipe rotari untuk pati sagu dengan sumber panas yang berasal dari pembakaran biomassa. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan prototipe alat pengering pati sagu tipe rotari bersumber panas bimassa hasil pembakaran. Parameter pengujian adalah kemiringan silinder pengering berputar yang berpengaruh terhadap lama tinggal (residence time) bahan dalam ruang pengering. Melalui penelitian ini, telah dihasilkan prototipe alat pengering tipe rotari untuk pengeringan pati sagu di Papua. Hasil pengujian dengan kadar air awal pati yang sama sekitar 44% bb, menunjukkan bahwa penggunaan kemiringan silinder pengering sebesar 1 derajat menghasilkan kadar air akhir bahan sebesar 18,32% bb dengan lama pengering 2,25 jam.
Kadar air akhir tersebut yang lebih rendah dibandingkan dengan penggunaan kemiringan 2 dan 3 derajat. Hal ini disebabkan karena kemiringan yang lebih kecil menyebabkan waktu tinggal pati dalam ruang pengering akan lebih lama. Akibatnya aliran udara pengering akan lebih lama melalui pati sagu yang dikeringkan, dengan demikian jumlah air yang diuapkan dari dalam bahan akan lebih banyak.
Kata Kunci : pengeringan, tipe rotari, pati sagu, biomass
735 I. PENDAHULUAN
Pati sagu merupakan salah satu produk olahan yang prospek untuk dikembangkan dalam skala industri di Provinsi Papua dan Papua Barat. Potensi tersebut didukung oleh ketersediaan bahan baku yang melimpah serta potensi pasar yang masih terbuka. Luas areal penanaman sagu di Papua diperkirakan sebesar 1,2 juta Ha (Balitbanghut, 2005 dalam Karmawati dkk, 2009). Luasan tersebut terdiri atas vegetasi dusun sagu dan hutan sagu alam.
Hasil perhitungan yang dilakukan oleh Santoso dkk (2010), memperkirakan kandungan pati dalam satu pohon sagu adalah sebesar 330 kg pati basah atau 168 kg pati kering. Jika rata- rata jumlah sagu pada tingkat masak tebang adalah 40 pohon/ha/tahun (Haryanto dan Pangloli,1992), maka potensi kandungan pati sagu di Papua adalah sebanyak 15,84 juta ton/tahun pati basah atau sekitar 7,68 juta ton/tahun. Untuk menghasilkan produk pati umumnya melalui beberapa tahapan pengolahan yang sama, antara lain melalui proses pengecilan ukuran, ekstraksi, hingga pengeringan.
Pengeringan merupakan tahapan yang kritis karena menentukan kualitas akhir produk sebelum disimpan sebagai persediaan, diolah sebagai bahan baku, atau untuk dipasarkan.
Untuk pengeringan pati sagu maupun tapioka dapat digunakan berbagai peralatan pengeringan. Selama ini di pengeringan pati yang dilakukan oleh masyarakat masih menggunakan pengeringan dengan memanfaatkan sinar matahari. Metode
pengeringan tersebut mempunyai keuntungan karena kebutuhan energi panas yang gratis tetapi tidak efektif terutama karena sangat bergantung pada penyinaran matahari.
Sehingga pada malam hari atau hujan maka proses pengeringan tidak dapat dilakukan.
Akibatnya kualitas dan kuantitas produk yang dihasilkan menjadi rendah. Pengeringan yang memanfaatkan sumber panas dari pembakaran biomassa dan energi matahari yang dikenal sebagai pengering Efek Rumah Kaca-Hibrid (ERK-Hibrid) telah dikembangkan namun berbagai hasil penelitian pengeringan dengan metode ini menunjukkan efisiensi pengeringan yang relatif rendah yaitu rata-rata 11,23%
(Aman, 2010); 8-18% (Nelwan, 1997); 26- 35% (Mulyantara et al., 2008). Selain itu umumnya pengeringan dengan peralatan pengering ini dilakukan dengan lapisan produk tebal (deep bed) yang menyebabkan kadar air produk untuk masing-masing lapisan tidak seragam dan memerlukan proses pengaduk secara berkala untuk meningkatkan keseragaman kadar air (Manalu, 1999; Aman, 2010).
Peralatan pengering lain untuk pati sagu dan tapioka yang masih dalam tahap pengembangan di Papua adalah peralatan pengering tipe fluidized bed namun demikian peralatan pengeringan masih memiliki kelemahan terutama untuk menghasilkan kecepatan udara yang sesuai untuk dapat menghasilkan fluidisasi produk. Semakin besar diameter produk yang dikeringkan maka dibutuhkan aliran udara yang semakin cepat yang berarti membutuhkan energi penggerang
736 kipas penghembus yang semakin besar pula.
Dalam hal pengoperasian, terutama untuk pengering fluidized bed dengan sistem batch, alat pengering yang dikembangkan kurang ergonomis terutama untuk pada saat input produk ke dalam alat pengering.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu penggunaan peralatan pengering yang lebih sesuai. Peralatan pengering yang dapat menjadi alternatif untuk pengeringan pati adalah pengering tipe rotari (rotary dryer).
Prinsip kerja alat pengering tipe rotari ini adalah mengeringkan produk yang umumnya berbentuk granular atau padatan di dalam silinder horisontal berputar yang dialiri udara panas untuk menguapkan air produk.
Pengunaan silinder horisontal berputar dimaksudkan untuk memungkinkan aliran udara mengalir secara merata melalui permukaan produk yang dikeringkan. Pada bagian dalam silinder pengering diberi sirip (flight) untuk memudahkan produk terbuka terhadap aliran udara pengering. Untuk memudahkan pergerakan produk yang dikeringkan dalam bahan dari bagian pemasukan bahan ke bagian pengeluaran, maka silinder pengering tersebut disusun membentuk sudut tertentu sehingga bagian pemasukan bahan akan lebih tinggi dari bagian pengeluaran. Besarnya sudut yang dibentuk menentukan kecepatan aliran bahan dalam silinder pengering. Sebagai sumber panas pengering digunakan panas yang berasal dari pembakaran biomassa dalam tungku.
Penggunaan biomassa sebagai sumber panas dimaksudkan untuk menggantikan sumber
panas yang berasal dari hasil pembakaran Bahan Bakar Minyak (BBM), akibat harga BBM yang cenderung meningkat sedangkan ketersediaannya yang semakin menurun.
Tujuan yang ingin dicapai dari riset ini adalah untuk menghasilkan prototipe inovasi peralatan pengeringan pati tipe rotari (rotary dryer) yang bersumber panas pengering berasal dari pembakaran biomassa yang layak secara teknis, ekonomis dan ergonomis untuk diterapkan pada industri pengolahan pati di Papua. Sasaran hasil riset ini adalah industri- industri pengolah pati sagu dan tapioka yang terdapat di Papua. Hasil riset berupa alat pengering tipe rotari dapat dimanfaatkan terutama oleh industri-industri pengolahan pati di Papua untuk meningkatkan kapasitas produksinya baik dari segi kuantitas maupun kualitas hasil produksi.
II. METODE
Penelitian tersebut akan dilakukan melalui perancangan yang dilanjutkan dengan perakitan dan pengujian yang dilakukan secara eksperimental untuk mengetahui kinerja alat pengering dalam mengeringkan pati sagu dan tapioka. Ruang lingkup penelitian yang dilakukan meliputi perancangan, perakitan, pengujian kinerja alat, optimasi dan modifikasi alat, analisis kelayakan finansial hingga scale- up peralatan untuk skala industri skala hingga menengah. Tahapan-tahapan umum penelitian ini yaitu :
1. Pembuatan rancang bangun alat pengering tipe rotari bersumber panas biomassa.
737 Rancang bangun alat pengering tersebut dibuat berdasarkan konsep rancangan.
Alat pengering tipe rotari yang dirancang berkapasitas sekitar 100-200 kg pati basah. Sumber panas pengering untuk alat ini berasal dari tungku pembakaran biomassa yang kemudian dipindahkan melalui penukar panas dan dilairkan ke dalam ruang pengering.
2. Perakitan peralatan
Perakitan alat pengering dilakukan setelah rancangan alat pengering telah menjadi sebuah gambar kerja. Proses perakitan akan menghasil prototipe alat pengering pati tipe rotari dengan sistem batch.
Prototipe alat pengering tipe rotari yang dirancang berdiameter 0,4 m dengan panjang 4 m. Kemiringan silinder pengering dirancang untuk memungkinkan aliran bahan terjadi secara baik menuju bagian pengeluaran.
Pengaturan putaran dan kemiringan akan menentukan lamanya proses pengeringan.
Karena itu kedua faktor tersebut akan menjadi bagian yang akan dioptimumkan dari penelitian.
3. Pengujian kinerja peralatan.
Pengujian kinerja ini meliputi suhu pengeringan yang dihasilkan, kapasitas kerja alat, kecepatan pengeringan, efesiensi pengeringan alat, rendemen dan kadar air produk yang dihasilkan dan lain- lain. Hasil perakitan dan pengujian akan menghasilkan prototipe alat pengering tipe rotari yang secara teknis layak.
Parameter penting dalam pengujian alat
adalah kemiringan silinder pengering berputar dan sirip bagian dalam silinder yang memungkinkan produk yang dikeringan melayang selama proses pengeringan.
4. Analisis sifat-sifat fisikokimia pati yang dihasilkan
Tahapan ini dilakukan setelah proses pengeringan pati telah dilakukan. Proses analisis ini penting dilakukan untuk mengetahui kesesuaian sifat-sifat fisik maupun kimia produk pati yang dihasilkan dengan standar pati kering.
Selain itu dengan mengetahui sifat-sifat fisik dan kimia produk yang dihasilkan, akan sangat membantu dalam optimasi dan modifikasi alat pengering. Beberapa sifat-sifat fisikokimia pati kering yang akan diamati dan diukur antara lain kadar air, bentuk granula, berat jenis, warna (derajat keputihan), amilosa, amilopektin, suhu gelatinisasi.
5. Optimasi dan Pengembangan Alat Pengering.
Optimasi dan pengembangan alat pengering ditujukan untuk menghasilkan alat pengering pati tipe rotari bersumber panas biomassa yang berlangsung secara kontinu dengan input bahan baku yang menggunakan belt konveyor. Hasil dari tahapan ini adalah prototipe alat pengering dengan sistem kontinu, yang siap diterapakan untuk industri skala kecil.
738 6. Analisis kelayakan peralatan untuk
pengeringan pati sagu dan tapioka skala industri.
Analisis kelayakan menggunakan beberapa metode analisis kelayakan usaha seperti analisis Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), Benefit Cost Rasio (BCR), dan Break Even Point (BEP). Analisis ini dilakukan untuk rencana scale up peralatan untuk industri skala menegah hingga besar.
7. Peningkatan skala peralatan (scale up).
Scale up alat pengering tipe rotari ini ditujukan untuk mengembangkan
peralatan sistem kontinu yang telah layak secara teknis maupun secara ekonomi.
Tahapan penelitian secara rinci mengikuti alur pelaksanaan kegiatan yang disajikan dalam bentuk bagan alir yang tersaji pada Gambar 1. Bagan alir proses tersebut menggambarkan tahapan kegiatan secara rinci beserta hasil yang ingin dicapai pada masing- masing tahapan. Untuk mencapai hasil akhir penelitian berupa scale-up untuk industri skala kecil hingga menengah dibutuhkan waktu
selama 3 tahun kegiatan.
739
Gambar 1. Bagan alir pelaksanaan kegiatan penelitian
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Konsep rancangan yang dihasilkan dalam penelitian ini adalah rancangan sebuah alat pengering tipe rotari dengan sumber pemanas yang berasal pembakaran biomassa
dalam tungku yang akan digunakan untuk mengeringkan pati di Papua. Aliran bahan dalam silinder pengering searah dengan aliran udara panas pengering. Skema proses pengeringan dengan pengering tipe rotari disajikan melalui Gambar 2.
740
Udara Luar
Tungku Pembakaran Biomassa Udara Panas
Udara Hasil Pembakaran
Penukar Panas (HE)
Kipas Aksial
Silinder Pengering
Motor Penggerak
Udara Lembab
Produk Kering Udara
Panas
Input bahan basah
Gambar 2. Skema sistem pengering rotari dengan sumber panas biomassa
Udara panas pengeringan dihasilkan dalam tungku pembakaran biomassa. Udara panas tersebut kemudian dialirkan ke dalam penukar panas (Heat Exchanger). Oleh kipas aksial, panas tersebut dihisap dan dihembuskan ke dalam silinder ruang pengering. Pada saat yang sama bahan berupa pati sagu yang masih basah dimasukkan ke dalam silinder pengering. Karena kemiringan dan putaran silinder mengakibatkan bahan bergerak di dalam ruang pengering ke bagian pengeluaran produk kering. Bagian dalam silinder pengering dilengkapi dengan sirip-sirip pengaliran bahan (flights) yang disusun secara horisontal searah dengan silinder. Bagian ini berfungsi untuk mengalirkan bahan dan menggerakkan bahan dalam ruang pengering sehingga terbuka terhadap aliran udara pengering.
Produk basah yang dikeringkan bergerak dengan sendirinya di dalam silinder berputar akibat kemiringan silinder pengering yang disebabkan oleh perbedaan ketinggian antara bagian ujung yang pemasukan bahan dan
pengeluaran produk yang dikeringkan. Dengan pengeringan tipe ini, tidak diperlukan energi tambahan untuk menggerakkan produk dalam ruang silinder. Sumber panas pengeringan alat pengering ini sepenuhnya berasal dari hasil pembakaran biomassa melalui tungku pembakaran yang merupakan satu sistem yang tidak terpisahkan dari perlatan pengering tersebut. Penggunaan biomassa tersebut untuk mengatasi keterbatasan pemanas dari pembakaran Bahan Bakar Minyak (BBM).
Bagian penukar panas terbuat dari susunan vertikal pipa-pipa logam berdiameter 1 inchi (2,54 cm) dengan panjang masing- masing 1 m sebanyak 49 buah. Untuk meningkatkan luas permukaan perpindahan panas, maka penukar panas dilengkapi dengan sisip-sirip besi plat yang tersusun sebanyak 8 buah dalam ruang penukar panas. Tujuan penggunaan jumlah pipa logam dan penambahan sirip adalah untuk meningkatkan efisiensi penukar panas tersebut.Penukar panas kemudian digabungkan dengan tungku
741 pembakaran menjadi suatu unit peralatan yang simultan, dimana panas hasil pembakaran dalam tungku dapat mengalir secara efektif dan merata ke dalam pipa-pipa logam. Panas tersebut yang kemudian dipindahkan ke dalam
ruang penukar panas dan selanjutnya dihembuskan ke dalam ruang pengering. Unit peralatan hasil penggabungan tersebut ditampilkan melalui Gambar 3.
Gambar 3. Unit tungku pembakaran dan penukar panas Melalui hasil pengujian tungku
pembakaran dengan menggunakan bahan bakar biomassa kayu dengan rata-rata sebanyak 10 kg, diperoleh suhu udara pengeringan maksimum sebesar 79,8 oC, dengan suhu udara maksimum di daerah sekitar ruang pembakaran sebesar 51,1 oC.
Tinggi suhu udara di lingkungan sekitar tungku pembakaran, disebabkan karena adanya radiasi suhu panas hasil pembakaran kayu dalam ruang pembakaran. Suhu udara lingkungan di rata-rata 30 oC.
Udara panas yang dihasilkan pada unit tungku pembakaran kemudian dialirkan ke dalam ruang pengering sebagai sumber panas pengeringan pati sagu. Hasil perakitan unit
peralatan pengering disajikan melalui Gambar 4. Alat pengering tipe rotari tersebut merupakan prototipe alat pengering pati sagu yang masih akan dikembangkan untuk mendapatkan hasil yang optimum. Alat pengering tersebut terdiri atas 2 komponen utama yaitu unit tungku pembakaran biomassa dan unit silinder rotari pengering. Unit pembakaran terdiri atas ruang pembakaran, penukar panas dan kipas penghembus.
Sedangkan unit silinder pengering merupakan bagian fungsional atau bagian proses dari alat karena bagian tersebut yang mengerjakan fungsi dari perancangan alat. Baik unit tungku pembakaran maupun unit silinder pengering
Pemasukan bahan bakar
Pipa pengaliran udara panas ke ruang pengering
Tungku Pembakaran Penukar
Panas
742 ditopang oleh bagian pendukung yang berupa rangkaian besi siku dengan lebar 5 cm.
Silinder pengering yang dirakit mempunyai diameter sebesar 0,5 m dengan panjang 4 m. Perbandingan antara diameter dengan panjang silinder pengering didasarkan pada apa yang disampaikan oleh Land (1991) yang menyatakan bahwa beberapa spesifikasi dari pengering rotari antara lain panjang pengering rotari tipe pemanas langsung adalah 5 hingga 8 kali diameternya, kemiringan silinder dari bagian pemasukan hingga bagian pengeluaran produk biasanya antara 0 dan -5o. Namun demikian kemiringan positif baik digunakan untuk pengeringan rotari dengan
aliran udara yang berlawanan (counter flow) dan untuk produk yang relatif ringan.
Silinder pengering berputar dengan kecepatan 8,75 rpm. Putaran silinder dihasilkan melalui mekanisme rantai dan sproket yang digerakkan dengan motor listrik.
Akibat perputaran tersebut, pati dalam ruang pengering akan mengalami pembalikan, sehingga seluruh permukaan bahan dapat dilalui oleh aliran udara pengering. Untuk mengarahkan aliran bahan, maka bagian dalam silinder diberi sirip (flights). Penggunaan sirip juga berguna untuk memecahkan gumpalan- gumpalan pati sehingga dapat dilalui oleh aliran udara pengering.
Gambar 4. Prototipe alat pengering pati sagu tipe rotari bersumber panas biomassa
Proses pengujian alat pengering dilakukan dengan menggunakan pati sagu rata-rata sebanyak 20 kg untuk masing-masing ulangan dengan kemiringan silinder yang berbeda-beda. Hasil pengujian disajikan melalui Tabel 1.
Tabel 1. Hasil pengukuran kadar air pati sagu dengan berbagai kemiringan silinder pengering
Kemiringan Berat Awal (kg)
KA Awal (% bb)
KA Akhir (% bb)
Lama Pengering (jam)
Laju Pengeringan
(% bb/jam)
1o 20 44,08 18,32 2,25 11,45
2o 20 44,22 22,41 1,75 12,46
3o 20 44,17 24,15 1,50 13,35
743 Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar air paling rendah diperoleh melalui perlakuan kemiringan silinder pengering sebesar 1 derajat yaitu sebesar 18,32% bb.
Sedangkan penggunaan kemiringan 2 dan 3 derajat menghasilkan masing-masing 22,41%
bb dan 24,15% bb. Perbedaan kadar air akhir yang dihasilkan untuk masingmasing perlakukan disebabkan oleh perbedaan waktu tinggal (resindence time) masing-masing bahan dalam silinder pengering selama proses pengeringan. Waktu tinggal (resindence time) bahan dalam ruang pengering untuk kemiringan 1 derajat lebih lama dibandingkan dengan kemiringan 2 dan 3 derajat. Akibatnya bahan dengan waktu tinggal lebih lama akan terpapar udara pengering yang lebih lama yang menyebabkan proses pengeringan akan berlangsung lebih cepat. Untuk pengering tipe rotari, kemiringan silinder pengerig sangat mempengaruhi waktu tinggal bahan (resindence time) dalam silinder dan juga mempengaruhi kecepatan pergerakan partikel melewati ruang pengering. Semakin besar kemiringan atau perbedaan tinggi antara inlet dan outlet maka semakin besar kecepatan pergerakan bahan melintasi silinder sehingga mempersingkat waktu tinggal. Faktor lain yang berpengaruh terhadap waktu tinggal adalah kecepatan putar silinder. Semakin cepat silinder berputar, maka semakin cepat bahan keluar dari silinder sehingga mempercepat waktu tinggal (Syah et al., 2008).
IV. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil yang diperoleh melalui pelaksanaan penelitian ini maka diperoleh kesimpulan :
1. Penelitian ini menghasilkan prototipe alat pengering pati sagu tipe rotari dengan sumber panas biomassa hasil pembakaran 2. Semakin kecil kemiringan silinder terhadap poros akan menghasilkan kadar air akhir bahan yang lebih rendah karena waktu tinggal (resindence time) yang lebih lama
DAFTAR PUSTAKA
Aman W.P. 2010. Optimasi Rancangan untuk Meminimumkan Biaya Konstruksi Alat Pengering Efek Rumah Kaca- Hibrid (ERK-Hibrid) untuk Jagung [tesis]. Bogor: Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Haryanto B., Pangloli P. 1992. Potensi dan Pemanfaatan Sagu. Kanisius Yogyakarta.
Karmawati, E., S.J. Munarso, I.K. Ardana, C.
Indrawanto. 2009. Tanaman Perkebunan Penghasil Bahan Bakar nabati (BBN). IPB Press. Bogor.
Land C.M.V. 1991. Industrial Drying Equipment : selection and appilication.
Marcel Deccer, Inc. new York.
Manalu LP. 1999. Pengering Energi Surya dengan Pengaduk Mekanis untuk Pengeringan Kakao [tesis]. Bogor:
Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Mujumdar A.S. 2006. Principles, Classification and Selection of Dryer.
Di Dalam : Mujumdar A.S., editor.
Handbook of Industrial Drying. Taylor
& Francis Group LLC.
Mulyantara L.T., Nelwan L.O., Agustina S.E., Widodo T.W., 2008. Kajian Pengering
744 Surya Tipe Efek Rumah Kaca (ERK)- Hybrid Tipe Silinder untuk Pengeringan Jagung Pipilan. Prosiding Seminar Nasional Mekanisasi Pertanian 23 Oktober 2008, Bogor.
BBPMP Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian.
Nelwan L.O., 1997 Pengeringan Kakao dengan Energi Surya Menggunakan Rak Pengering dengan Kolektor Tipe Efek Rumah Kaca [tesis]. Bogor: Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Santoso B., W.P. Aman., F. Pakiding. 2010.
Pra Studi Kelayakan Pengembangan Bioetanol di Kabupaten Sorong Selatan. Biro Investasi dan Perekonomian Provinsi Papua Barat, Manokwari.
Syah H., Budiastra I.W., Suroso., Nelwan L.O.
2008. Kajian Performansi Pengering Rotari Co-Current untuk Pengeringan Sawut Ubi Jalar. Prosiding Seminar Nasional Mekanisasi Pertanian 23 Oktober 2008, Bogor. BBPMP Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian.
