Laporan Hasil Praktikum Jumat, 13 Mei 2011

Teknik Pengolahan Pangan Lab. Mekatronika

PENGERINGAN BIJI-BIJIAN

Disusun oleh :

Bintarjo Agus Priyadi

F14080089

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2011

A. Latar Belakang

Pengeringan adalah suatu proses penghidratan atau penghilangan air dari

suatu bahanyang bertujuan untuk menurunkan kandungan air didalam bahan yang

dikeringkan sampai batas tertentu agar memiliki sifat bahan yang lebih baik. Sifat-

sifat bahan yang lebih baik meliputi daya simpan yang lebih lama dan mengurangi

berat bahan. Proses ini berlaku apabila bahan yang dikeringkan mengalami

kehilangan sebagian atau keseluruhan air yang dikandungnya. Proses utama yang

terjadi pada proses ini adalah penguapan. Penguapan terjadi akibat panas yang

diberikan terhadap bahan tersebut. Panas ini dapat diberikan melalui berbagai

sumber, seperti kayu api, minyak dan gas, arang baru ataupun tenaga surya.

Pengeringan dapat pula berlangsung dengan cara lain yaitu melalui pemecahan

ikatan molekul-molekul air yang terdapat di dalam bahan. Apabila ikatan

molekul-molekul air (unsur dasar oksigen dan hidrogen dipecahkan) maka

molekul tersebut akan keluar dari bahan. Akibatnya bahan tersebut akan

kehilangan air yang dikandungnya. Tipe keberadaan molekul air didalam suatu

produk pangan ada dua bentuk. Tipe pertama, molekul air terikat atau disebut

dengan “bound water” bisa berada pada pipa-pipa kapiler, atau terserap pada

permukaan, atau berada didalam suatu sel atau dinding-dinding serat, atau dalam

kombinasi fisik atau kimia dengan bahan padat. Tipe kedua, air bebas tidak

terikat, biasanya berada pada celah-celah (voids) didalam bahan pangan padat.

Mekanisme pengendalian proses pengeringan produk pangan bergantung

pada struktur bahan beserta parameter pengeringan: kadar air, dimensi produk,

suhu medium pemanas, berbagai laju perpindahan pada permukaan dan

kesetimbangan kadar air. Kesetimbangan kadar air ini bergantung kepada sifat

alami bahan padat yang dikeringkan dan kondisi udara pengering. Oleh karenanya

mekanisme pengeringan dapat dibagi dalam 3 katagori. Pertama, penguapan dari

suatu permukaan bebas. Operasi ini mengikuti hukum pindah panas dan pindah

massa yang berlaku pada suatu objek basah. Kedua, aliran bahan cair dalam pipa-

pipa kapiler, dan yang ketiga difusi bahan cair atau uap air. Operasi ini mengikuti

hukum difusi II Fick's law. Kemampuan udara pengering memindahkan air dari

produk yang dikeringkan bergantung kepada suhu dan jumlah uap air yang berada

atau dikandung oleh udara tersebut atau dikenal dengan istilah kelembaban mutlak

udara (absolute humidity ). Metode pengeringan terbagi menjadi dua, diantaranya

metode pengeringan alami (penjemuran) dan metode pengeringan buatan

(menggunakan mesin pengering). Dalam metode pengeringan buatan

(menggunakan mesin pengering) , suhu udara pengering sangat berpengaruh

terhadap kualitas biji. Suhu yang sangat tinggi dalam proses pengeringan dapat

meyebabkan case hardening. Case hardening adalah kerusakan hasil pengeringan

dimana permukaan bahan keras sedangkan bagian dalamnya masih basah atau

belum kering. Selain itu, suhu yang sangat tinggi dapat menyebabkan

meningkatnya jumlah biji yang pecah, retak, berubah warna, menurunnya jumlah

pati, minyak serta kualitas protein. Dalam pemilihan alat pengering oleh beberapa

faktor, diantaranya bahan yang akan dikeringkan, bentuk akhir produk,

pertimbangan ekonomi, dan keadaan pemakaian.

Berdasarkan prosesnya, pengeringan dapat dibedakan menjadi tiga

katagori, yaitu:

1. Pengeringan pada tekanan atmosfer

Tejadi bilamana terjadi kontak antara udara dan permukaan bahan

terjad i dalam tekanan atmosfer. Proses pindah panas ini terjadi dari udara

ke bahan sehingga air di dalam bahan, lalu menguap dan uap air pindah ke

atmosfer sekitar.

2. Pengeringan vakum

Pengeringan ini terjadi melalui peristiwa penguapan air yang

terjadi lebih mudah karena tekanan lebih rendah.

3. Pengeringan beku

Bahan dibekukan lebih dahulu sehingga kandungan air membeku pada

bahan menguap melalui sublimasi pada tekanan rendah (slide: Pengeringan biji-

bijian, 2008).

B. Tujuan

Tujuan dari praktikum ini adalah untuk:

a. Mempelajari mekanisme dan karakteristik proses pengeringan

Termometer

Ruang Pengering

Pipa Saluran Udara

Heater

Kipas

Motor

Selang Plastik

Manometer

b. Mempelajari perencanaan perancangan alat pengering dan dibandingkan

dengan pengering yang digunakan dalam praktikum.

c. Menentukan kurva aliran udara dengan kurva Shedd

d. Menentukan efisiensi pengeringan, pemanasan udara dan pengeringan total

e. Menggambarkan mekanisme pemanasan udara dan proses pengeringan

dalam diagram psikometrik

C. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini adalah :

Bahan : Gabah Kering Panen (GKP)

Alat : Sample probe, moisture tester, manometer, selang plastik,

timbangan, stopwatch, tang ampere, tachometer, dan alat

pengering.

Gambar 2. Skema alat pengeringan

D. Metode

1. Persiapan

a. Mengukur luas lantai pengering.

b. Memasukkan selang plastik, manometer ke ruang plenum.

c. Memasang termometer ke dinding plenum.

d. Memastikan blower berfungsi.

e. Memasukkan bahan yang sudah ditimbang terlebih dahulu (W1) ke

ruang pengering, mengukur ketebalan bahan, mengukur kadar air

bahan sebagai kadar air awal bahan (M0) minimal 3 contoh acak.

f. Memastikan suhu udara pengering seperti yang diharapkan dengan

menghidupkan blower dan pemanas.Tegangan(V)=220 V,arus= 0.82 A

2. Operasi dan pengamatan

a. Menghidupkan motor dan pemanas, mencatat waktu pengeringan

dimulai.

b. Mengamati suhu udara luar, suhu plenum, suhu udara di atas bahan,

tekanan manometer dan kadar air bahan dengan mengisikan dalam

tabel yang tersedia.

c. Menghentikan pengeringan setelah tercapai kadar air rata-rata 14 %

d. Menimbang bahan sebagai berat akhir (W2).

3. Perhitungan

a. Menghitung efisiensi pemanasan udara (η1)

η1 =

mC p ( t1−t2 )VI

dimana :

m = massa rata-rata aliran udara

t1 = suhu rata-rata udara luar

t2 = suhu rata-rata udara pengering

Cp = panas jenis udara pada suhu udara luar rata-rata

V = tegangan

I = arus

b. Menghitung efisiensi pengeringan (η2)

η2 =

(W 2−W 1 )h fg

mC p ( t2−t1 )

dimana :

hfg = panas laten pengeringan bahan

c. Menghitung efisiensi pengeringan total (η3)

η3 =

(W 2−W 1 )h fg

VI

Daftar persamaan:

Gfan=V fan

v Pfurnace=Gfan×( I 2−I 1)

Δp grain /m=aV

s2

ln (1+bV s)

Pair [ kW ]≈Q [m3 /s ]∗Δp [mmH 2 0 ]102 Pmotor=Pair /ηair , ηair=30%

Dh20=Gfan¿ ΔH Gh20=GwetGrain¿m1−m2

100−m2

tTheory=GH 20 / DH20

Tekanan ducting & floor = 100 Pa, 1 mmH2O = 9.8 Pa

Gabah :

a = 2.57 x 104

b = 13.2

q

PG furnace

fuel

E. Hasil Pengamatan dan Pengolahan Data

Tanggal : 13 Mei 2011

Kelompok : 2

Bahan : Gabah

Tabel 1. Data percobaan pengeringan

Waktu

(menit)

Suhu udara luarSuhu udara plenum (C)

Suhu udara di atas bahan

Kadar airTekanan manometer (mm

air)Tdb Twb RH

Tdb

Twb RH Ats Tgh Bwh

0 27.5 26.088.9

127.0

28.0

27.092.61 

22.0 22.0 21.5 0.0

15 28.1 27.091.9

044.5

30.0

29.092.88 

22.4 22.1 22.6 20.0

30 28.5 27.089.1

246.0

30.5

29.5 92.9

422.5 21.8 20.8 20.0

45 29.0 27.085.7

746.0

31.0

29.589.61 

17.5 19.6 18.6 20.0

60 29.0 27.589.2

246.5

32.5

30.083.45 

18.3 18.4 16.3 20.0

75 29.5 28.089.32 

46.034.5

31.580.97 

19.3 17.7 17.1 20.0

90 29.5 28.089.32 

46.035.5

31.5 75.5

017.5 16.0 15.5 20.0

105 30.0 28.5 89.4

246.0

35.0

32.081.12 

16.0 15.0 15.0 20.0

120 30.0 28.4 88.7

446.5

35.5

31.072.70 

15.0 15.0 15.0 21.0

Rataan

25.85

27.49

89.08

43.8332.5

30.11

84.64

18.94

18.62

18.04

17.89

Parameter pengeringan udara diluar

T (menit) 0 15 30 45 60 75 90 105 120

Parameter pengeringan diatas bahan

Tabel 2. Data pengukuran parameter pengeringan gabah.

State point

Tdb Twb RH (%)

Humidity Ratio H (g/kg)

Entalpi I

(kJ/kg)

Specfic Volume V (m3/kg)

1 29 27,49 89.15 22.73 87.23 0.89

2 43,83 30.14 37.62 21.58 99.77 0.933 32,5 30,14 84.33 26.41 100.31 0.90

Tabel 3. Perencanaan Pengeringan

Parameter Nilai Satuan KeteranganKapasitas 10 kg  Mass flow rate  4.2 kg/s  Area of the perforated floor 0,09 m2  pressure drop  73.985  Pa perhitunganpressure drop  130  Pa kurva sheddfan power 2240 RPM asumsi efisiensi

30%drying time 120 min  pengamatan

PERHITUNGANLuas lantai = p x l = 0.3 x 0.3 = 0.09 m2

Tebal tumpukan = 21 cm = 0.21 m

Luas pipa = (0.12 x π) / 4 = 0.00785 m2

Kapasitas Pengeringan = (0.09 x 0.21)/10 kg = 1.89×10-3 m3/kg

Massa awal = 10 kg

Masss akhir = 9.2 kg

Kecepatan angin blower = 4.2 m/s

T (menit) 0 15 30 45 60 75 90 105 120

V = 200 volt

I = 0.5 A

Tabel 4. Konversi Teknaan dari mmH2O ke Pa

waktu (menit)

Tekanan manometer (mm air)

Tekanan manometer (Pa)

0 0 015 20 19630 20 19645 20 19660 20 19675 20 19690 20 196105 20 196120 21 205,8

Rata-rata 17,89 175,31

P1 = tekanan pada ruang plenum = 175.31 Pa

P2 = tekanan di atas tumpukan gabah = 101.325 Pa

Pressure Drop = P1 – P2 = 175.31 – 101.325 = 73.985 Pa

Tabel 5. Laju Pengeringan

waktu (menit)

waktu (jam) Kadar Air (%BB)

Kadar Air (%BK)

KA (%BK)/jam

0 0,00 21,83 27,93 ~15 0,25 22,3 28,70 114,8030 0,50 21,7 27,71 55,4345 0,75 18,37 22,50 29,1060 1,00 17,67 21,46 21,4675 1,25 18,02 21,98 17,5890 1,50 16,33 19,52 13,01105 1,75 15,33 18,11 10,35120 2,00 15 17,65 8,82

0 20 40 60 80 100 120 1400

20

40

60

80

100

120

140

waktu (menit)

KA

(%B

K)/

jam

Gambar 2. Grafik laju aliran udara

Gfan = Vfan / v = (vudara x luas penampang pipa)/ vspesific

= ( 4.2 m/s x 0.00785 m2) / 0,93 m3/kg

= 0,035 kg/skadar air

Efisiensi Pemanasan η1 = mCp(t 1−t 2)

VI =

0.035 ×1.02 ×1000 J /kgC ×(32.5−29)220 x 4.12

=

= 13.78 %

Efisiensi

Pengeringan

η 2=(W 2−W 1 )hfg

mCp( t1−t2 )=

(10−9 . 2) x1180. 035 x1 . 02 x1000 x (32. 5−29)

=75 . 55 %

Efisiensi Pengeringan total η3=

(W 2−W 1)h fg

VI=

(10−9 .2 )x 118220 x 4 . 12

=10 . 41 %

P furnace = G fan x (h2-h1) = 0.035 kg/s x (100.31 – 87.23) kJ/kg = 0.4578 kW

P fan = 30% x P furnace = 0.3 x 0.4578 kW = 0.137 kW

G fuel = P furnace

q xη =

0.4578 kW ×3600 det / jam

11300kJkg

x0.75 = 0.194 kg/jam

∆p grain/m = a(Vs)2

ln(1+bVs) =

2.57 × 104(4.2)2

ln (1+13.2 x 4.2) = 112404.656 Pa/m

DH2O = G fan x ∆H = 0,035 x (0.02641-0.02273) = 1.288×10-4 kg/s

GH2O = G wetgrain × m1−m2100−m 2

= 10 kg × 21.83−15100−15

= 0.80 kg

t theory = GH2O / DH2O = 0.80/1.288×10-4= 6211.18 s = 1.72 jam

F. Pembahasan

Pada umunya pengeringan butiran pada umumnya masih dilakukan dengan

memanfaatkan tenaga matahari. Namun, cara ini sangat tergantung pada musim,

waktu pengeringan, tenaga kerja yang banyak, dan tempat yang luas. Pengeringan

butiran yang berkadar air tinggi, dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu

pengeringan dalam jangka waktu lama pada suhu udara pengering yang rendah

atau pengeringan dalam jangka waktu yang lebih pendek pada suhu yang lebih

tinggi. Akan tetapi, jika pengeringan dilakukan terhadap suatu bahan berlangsung

terlalu lama pada suhu yang rendah, maka aktivitas mikroorganisme yang berupa

tumbuhnya jamur atau pembusukan menjadi sangat cepat.

Sebaliknya, pengeringan yang dilakukan pada suhu yang terlalu tinggi

dapat menyebabkan kerusakan pada komponen-komponen bahan yang

dikeringkan, baik secara fisik maupun kimia. Oleh karena itu, perlu dipilih cara

pengeringan yang efektif dan efisien agar tidak terjadi kerusakan pada produk-

produk pertanian. (Ahmad, 2011)

Pada praktikum ini dilakukan pengeringan salah satu komoditas pertanian

yaitu gabah. Pengeringan dilakukan untuk mengurangi kadar air yang terdapat

pada gabah agar memiliki umur simpan yang lebih lama dan terhindar dari

kerusakan fisik yang disebabkan oleh serangga.

Pengeringan tersebut menggunakan alat pengering tipe bak, dimana

menggunakan aliran panas yang dialirkan melalui saluran pengering dengan

blower. Aliran panas tersebut akan didistribusikan oleh plenum ke bak pengering,

sehingga akan menyebabkan kadar air gabah menjadi menurun.

Gabah yang dikeringkan merupakan Gabah Kering Panen (GKP) dengan

kadar air gabah awal adalah sebesar 27.93 % BK , pada pengukuran suhu

lingkungan luar adalah 27.5 oC Tdb dan 26.0 oC Tbk. Dari data Tdb dan Tbk,

maka dengan menggunakan psychrometric chart parameter pengeringan dapat

diketahui. Pada proses pengeringan suhu yang dialirkan melalui plenum diatur

agar tidak melebihi 50 oC,karena jika diberikan suhu yang terlalu tinggi maka

akan menyebabkan kerusakan pada bahan sehingga mutu akan menurun, suhu

yang diberikan rata 43.83 oC.

Pengukuran kadar air dilakukan pada tiga titik (atas, tengah dan bawah)

untuk mengetahui besarnya penyebaran panas pada bak pengering. Proses

pengeringan dilakukan selama 120 menit dengan setiap perubahan 15 menit

dilakukan pengukuran parameter pengeringan. Dari hasil pengukuran yang

dilakukan dapat diketahui bahwa semakin lama, suhu semakin meningkat dan RH

semakin menurun, RH akhir menjadi 72.70 % dengan RH awal 92.61 %. Begitu

juga dengan kadar air yang semakin menurun. Kadar air gabah setelah dilakukan

pengeringan menjadi 15 %, kadar air ini masih belum memenuhi standar

pengeringan gabah, seharusnya kadar air gabah yang diinginkan adalah 14 %. Hal

ini disebabkan oleh proses pemberian aliran panas ke bak pengering, panas yang

diterima gabah tidak konstan karena adanya panas yang pindah ke lingkungan

luar. Selain itu juga dipengaruhi oleh parameter-parameter udara disekitar bak

pengering. Sehingga efisiensi pemanasannya menjadi kecil yaitu hanya 13.78 %.

Proses pengeringan gabah yang berlangsung selama praktikum adalah 120 menit

(2 jam), sedangkan menurut teori hasil perhitungan lama pengeringan hanya 1.72

jam.

Hasil perhitungan data-data yang diperoleh menunjukkan efisiensi

pengeringan sebesar 75.55 % dan efisiensi pengeringan total adalah 10.41 %.

Apabila dilihat dari efisiensi pengeringan, secara keseluruhan proses pengeringan

masih kurang optimal karena persentase efisiensi yang kecil. Hal yang dapat

dilakukan adalah memperbaiki kinerja alat pengering yang digunakan ketika

praktikum, seperti memperbaiki heater dan system insulasi pada alat.sehingga

efisiensi penyaluran panas ke gabah akan menjadi lebih baik.

G. Kesimpulan

Pengeringan dilakukan untuk mengurangi kandungan air dari suatu bahan

yang dikeringkan sampai batas tertentu agar bahan tersebut memiliki sifatdan

mutu bahan yang baik. Mekanisme kerja pengering adalah mengalirkan udara

bersuhu tinggi ke bahan pangan sehingga terjadi proses pindah panas dan

pengurangan kadar air. Efisiensi pengeringan yang diperoleh adalah 75.55 % dan

efisiensi pemansan udara adalah 13.78 %. Besarnya nilai efisiensi pengeringan

hasil kinerja dari alat pengering yang digunakan kurang baik, hal ini dipengaruhi

oleh beberapa parameter lingkungan seperti kelembaban relatif, suhu, tekanan,

entalphi, volume spesifik dan laju pengeringan.

H. Daftar Pustaka

Winata, Ahmad.2011.Karakteristik pengeringan gabah pada alat

pengering Kabinet (tray dryer) menggunakan sekam padi sebagai

Bahan bakar [terhubung berkala].

http://eprints.undip.ac.id/3376/1/MAKALAH__KARAKTERISTIK_P

ENGERINGAN_GABAH.pdf [19 Mei 2011]

Hasibuan, R.2011.Mekanisme pengeringan [terhubung berkala]

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/1360/1/tkimia-

rosdanelli.pdf [19 Mei 2011]