BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan...

17
i Program Studi Teknik Konversi Energi 4 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabah Proses gabah menjadi beras melalui tahapan dimulai dari kegiatan pemanenan, perontokan, pengeringan dan penggilingan. Setiap tahap kegiatan memerlukan penanganan dengan teknologi yang berbeda-beda. Semua hasil pertanian mengandung air yang ada dipermukaan maupun yang ada didalam gabah itu sendiri. Gabah memiliki 2 (dua) komponen utama yaitu air dan bahan kering. Banyaknya air yang dikandung dalam gabah disebut kadar air dan dinyatakan dengan persen (%). Pengeringan dilakukan karena kadar air gabah panen umumnya masih tinggi yaitu 20 %-26 % tergantung cuaca pada saat pemanenan. Pengukuran kadar air pada gabah dilakukan melalui alat khusus penghitung kadar air gabah. Pengeringan gabah adalah suatu perlakuan yang bertujuan menurunkan kadar air sehingga gabah dapat disimpan lama, daya kecambah dapat dipertahankan, mutu gabah dapat dijaga agar tetap baik (tidak kuning, tidak berkecambah dan tidak berjamur), memudahkan proses penggilingan dan untuk meningkatkan rendemen serta menghasilkan beras gilingan yang baik. Pengeringan merupakan salah satu kegiatan pascapanen yang penting, dengan tujuan agar kadar air gabah aman dari kemungkinan berkembangbiaknya serangga dan mikroorganisme seperti jamur dan bakteri. Pengeringan harus sesegera mungkin dimulai sejak saat dipanen. Apabila pengeringan tidak dapat dilangsungkan, maka usahakan agar gabah yang masih basah tidak ditumpuk tetapi ditebarkan untuk menghindarkan dari kemungkinan terjadinya proses fermentasi. Pengeringan akan semakin cepat apabila ada pemanasan, perluasan permukaan gabah padi dan aliran udara. Adapun tujuan pengeringan disamping untuk menekan biaya transportasi juga untuk menurunkan kadar air dari 23-27 % menjadi 14%, agar dapat disimpan lebih lama serta menghasilkan beras yang berkualitas baik. Proses pengeringan gabah sebaiknya dilakukan secara merata, perlahan-lahan dengan suhu yang tidak terlalu tinggi. Pengeringan yang kurang merata, akan menyebabkan timbulnya retak-retak pada gabah dan sebaliknya gabah yang terlalu kering akan mudah pecah tatkala digiling. Sedangkan dalam kondisi yang masih terlalu basah disamping sulit untuk digiling juga kurang baik ditinjau dari segi penyimpanannya karena akan gampang terserang hama gudang, cendawan dan jamur.

Transcript of BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan...

Page 1: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengeringan Gabah

Proses gabah menjadi beras melalui tahapan dimulai dari kegiatan pemanenan,

perontokan, pengeringan dan penggilingan. Setiap tahap kegiatan memerlukan penanganan

dengan teknologi yang berbeda-beda. Semua hasil pertanian mengandung air yang ada

dipermukaan maupun yang ada didalam gabah itu sendiri. Gabah memiliki 2 (dua)

komponen utama yaitu air dan bahan kering. Banyaknya air yang dikandung dalam gabah

disebut kadar air dan dinyatakan dengan persen (%). Pengeringan dilakukan karena kadar

air gabah panen umumnya masih tinggi yaitu 20 %-26 % tergantung cuaca pada saat

pemanenan. Pengukuran kadar air pada gabah dilakukan melalui alat khusus penghitung

kadar air gabah. Pengeringan gabah adalah suatu perlakuan yang bertujuan menurunkan

kadar air sehingga gabah dapat disimpan lama, daya kecambah dapat dipertahankan, mutu

gabah dapat dijaga agar tetap baik (tidak kuning, tidak berkecambah dan tidak berjamur),

memudahkan proses penggilingan dan untuk meningkatkan rendemen serta menghasilkan

beras gilingan yang baik.

Pengeringan merupakan salah satu kegiatan pascapanen yang penting, dengan

tujuan agar kadar air gabah aman dari kemungkinan berkembangbiaknya serangga dan

mikroorganisme seperti jamur dan bakteri. Pengeringan harus sesegera mungkin dimulai

sejak saat dipanen. Apabila pengeringan tidak dapat dilangsungkan, maka usahakan agar

gabah yang masih basah tidak ditumpuk tetapi ditebarkan untuk menghindarkan dari

kemungkinan terjadinya proses fermentasi. Pengeringan akan semakin cepat apabila ada

pemanasan, perluasan permukaan gabah padi dan aliran udara. Adapun tujuan pengeringan

disamping untuk menekan biaya transportasi juga untuk menurunkan kadar air dari 23-27

% menjadi 14%, agar dapat disimpan lebih lama serta menghasilkan beras yang berkualitas

baik. Proses pengeringan gabah sebaiknya dilakukan secara merata, perlahan-lahan dengan

suhu yang tidak terlalu tinggi. Pengeringan yang kurang merata, akan menyebabkan

timbulnya retak-retak pada gabah dan sebaliknya gabah yang terlalu kering akan mudah

pecah tatkala digiling. Sedangkan dalam kondisi yang masih terlalu basah disamping sulit

untuk digiling juga kurang baik ditinjau dari segi penyimpanannya karena akan gampang

terserang hama gudang, cendawan dan jamur.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 2: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

5

2.2 Metode Pengeringan

a. Pengeringan alami

Pengeringan alami dengan menjemur atau mengangin-anginkan, dilakukan antara

lain dengan :

1. Pengeringan di atas lantai (lamporan)

2. Pengeringan di atas rak

3. Pengeringan dengan ikatan-ikatan ditumpuk

4. Pengeringan dengan ikatan-ikatan yang diberdirikan

5. Pengeringan dengan memakai tonggak

Penjemuran gabah pada lantai jemur (lamporan) adalah cara pengeringan gabah

secara alami yang praktis, murah, sederhana dan umum digunakan oleh para petani. Energi

untuk penguapan diperoleh dari angin dan sinar matahari. Lamporan harus bersih agar

gabah padi yang dikeringkan tidak kotor. Lamporan haruslah memenuhi berbagai syarat

antara lain tidak menimbulkan panas yang terlalu tinggi, mudah dibersihkan dan

dikeringkan, tidak basah sewaktu digunakan, dan tidak berlubang-lubang. Lamporan pada

umumnya dibuat dari semen, permukaannya agak miring dan bergelombang dengan

maksud agar air tidak menggenang, mudah dikeringkan dan permukaannya menjadi lebih

luas. Cara penjemuran gabah dihamparkan di lamporan setipis mungkin, namun untuk

efisiensi dan mengurangi pengaruh lantai semen yang terlalu panas maka tebal lapisan

dianjurkan sekitar 5 – 7 cm. Padi harus sering dibolak-balik secara merata minimal 2 jam

sekali. Pengeringan padi dapat dilakukan selama ± 1 – 3 hari tergantung dengan cuaca

(mendung atau terik matahari). Penjemuran sebaiknya dilakukan ditempat yang bebas

menerima sinar matahari, bebas banjir dan bebas dari gangguan unggas dan binatang

pengganggu lainnya. Penjemuran sebaiknya dilakukan pada saat pukul 07.00 – 16.00 atau

tergantung pada intensitas panas sinar matahari. Apabila penjemuran selesai dan gabah

tidak akan segera dikemas serta disimpan dalam gudang, sebaiknya tumpukan gabah

ditutup dengan plastik atau zeng agar terhindar dari embun maupun hujan. Pengeringan

secara alami mempunyai kelemahan antara lain (a) memerlukan banyak tenaga kerja untuk

menebarkan, membalik dan mengumpulkan kembali, (b) sangat bergantung pada cuaca,

sehingga padi tidak dapat dikeringkan apabila cuaca buruk terlebih-lebih apabila hujan

datang pada saat sedang menjemur, (c) memerlukan lahan yang luas untuk jumlah gabah

padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi dipergunakan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 3: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

6

untuk beberapa keperluan lain, (d) sulit mengatur suhu dan laju pengeringan, sehingga

banyak butir retak apabila terlalu panas seperti misalnya pengeringan di atas semen atau

alas logam.

b. Pengeringan buatan

Pengeringan buatan mempunyai kelebihan dibanding pengeringan alami yaitu

waktu penjemuran yang lebih singkat dan gabah yang dijemur lebih bersih dan terlindung

dari debu, hujan dan lain-lain. Pengering buatan bermacam-macam, ada yang

menggunakan listrik, matahari, bahan bakar sekam dan lain-lain.

2.3 Teori Pengeringan

2.3.1 Penentuan kandungan air suatu bahan

Kandungan air suatu bahan dapat dinyatakan dalam wet basis atau dry basis.

Kandungan kelembaban dalam wet basis menyatakan perbandingan massa air dalam bahan

dengan massa total bahan. Pada dry basis, kandungan air dihitung dengan membagi massa

air dalam bahan dengan massa keringnya saja. Keduanya baik wet basis dan dry basis

dinyatakan dalam persen kelembaban :

Mw = wet basis

mw = massa air

md = massa kering bahan

Md = dry basis

Ukuran wet basis secara khusus digunakan dalam perdagangan hasil bumi. Dalam

pembahasan tugas akhir ini, ukuran kandungan kelembaban suatu bahan dipakai wet basis.

(2.1)

(2.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 4: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

7

2.3.2 Perhitungan massa uap air yang diuapkan dalam pengeringan

Proses pengeringan adalah proses menurunkan kadar air suatu bahan sampai pada

batas kandungan air yang ditentukan. Dalam wet basis, jumlah (massa) air yang diuapkan

dihitung berdasarkan selisih massa air mula-mula mw1 dan massa air akhir mw2.

Δmw = massa air yang diuapkan pada proses pengeringan

mw1 = massa air mula-mula

mw2 = massa air akhir

dimana :

Ko = kadar air mula-mula dalam wet basis (%)

m = massa total bahan sebelum dikeringkan

Kadar air akhir (K) dicari dengan menggunakan persamaan :

K = kadar air setelah proses pengeringan dalam wet basis (%)

md = massa kering bahan

sehingga :

Sehingga didapatkan :

Persamaan diatas digunakan untuk menghitung massa air yang diuapkan dalam suatu

bahan pada proses pengeringan.

(2.3)

(2.4)

(2.5)

(2.6)

( ) ( )

( ) ( )

( )

(2.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 5: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

8

2.3.3 Kelembaban udara

Kelembaban udara mempengaruhi kemampuan udara untuk memindahkan uap air.

Secara umum, kelembaban udara adalah ukuran kandungan air di udara. Kelembaban udara

dapat dinyatakan dalam dua pengertian yang berbeda yaitu kelembaban relatif dan

kelembaban mutlak.

Kelembaban mutlak adalah massa uap air dalam tiap satuan massa udara kering,

dinyatakan oleh satuan massa uap air per satuan massa udara kering. Kelembaban udara

relatif adalah perbandingan kelembaban udara tertentu dengan kelembaban udara jenuh

pada kondisi dan tekanan yang sama. Perbandingan ini dinyatakan dalam persentase

kejenuhan dengan 100% untuk udara jenuh dan 0% untuk udara yang benar-benar kering.

Alat ukur yang digunakan untuk mengukur kelembaban udara adalah sling

psychrometer. Alat ini terdiri atas dua termometer standar yang ditancapkan pada suatu

kerangka yang dapat diputar. Termometer pertama ditutup dengan kain basah sedangkan

termometer yang lain dibiarkan terbuka. Sling kemudian diputar, termometer yang ditutup

kain basah menunjukkan suhu wet bulb sedangkan termometer yang lainnya menunjukkan

dry bulb.

Gambar 2.1 Sling psychrometer

Sumber : J.A. Duffie & W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Process,

John Willey & Sons, inc., New York, 1991, hal 35.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 6: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

9

Kelembaban relatif dapat dicari dengan menggunakan diagram psikrometrik dengan

mengeplotkan wet bulb dan dry bulb yang telah didapat pada diagram.

Gambar 2.2 Diagram psikrometrik

Sumber : J.A. Duffie & W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Process,

John Willey & Sons, inc., New York, 1991, hal 36.

2.4 Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas

Mekanisme perpindahan panas dalam alat pengering gabah melibatkan tiga macam

proses perpindahan kalo yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

2.4.1 Konduksi

Panas mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah

yang bertemperatur rendah pada suatu benda medium yang bersinggungan secara langsung.

Laju perpindahan panas dinyatakan dengan hukum Fourier :

dimana :

k = konduktivitas termal (W/m.K)

A = luas penampang yang tegak lurus aliran kalor (m2)

dT/dx = gradien temperatur dalam arah aliran panas (K/m)

(

) ( ) (2.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 7: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

10

2.4.2 Konveksi

Perpindahan panas secara konveksi terbagi menjadi 2 bagian yaitu : konveksi alami

dan konveksi paksa. Konveksi alami jika gerakan dari fluida adalah karena perbedaan

temperatur pada fluida tersebut. Pada konveksi paksa gerakan pada fluida terjadi karena

adanya paksaan dari luar, alat yang sering digunakan misalnya blower atau pompa.

Pada umumnya perpindahan panas secara konveksi dapat dinyatakan melalui

persamaan :

dimana :

h = koefisien perpindahan panas secara konveksi (W/m2.K)

A = luas permukaan yang kontak dengan fluida (m2)

Tw = suhu permukaan yang kontak dengan fluida (K)

T = suhu fluida (K)

2.4.3 Radiasi

Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan panas yang disebabkan oleh adanya

radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu benda karena suhunya. Perpindahan

panas radiasi antara dua buah benda ideal (hitam) adalah :

dimana :

σ = konstanta Stefan Boltzmann = 5,6697 x 10-8

W/m2.K

4

2.5 Radiasi Surya

2.5.1 Potensi energi matahari

Matahari memancarkan radiasi cahaya dengan berbagai panjang gelombang, mulai

dari ultraviolet, cahaya tampak, sampai infrared dari spektrum elektromagnetik. Radiasi ini

timbul sebagai akibat dari permukaan matahari yang mempunyai temperatur sekitar 5800

K (~5500 oC) sehingga spektrum yang dipancarkan matahari sama dengan spektrum dari

blackbody pada temperatur yang sama. Blackbody ini didefinisikan sebagai objek yang

menyerap secara sempurna semua radiasi elektromagnetik, dan juga mampu memancarkan

radiasi dengan distribusi energi bergantung kepada temperaturnya.

( )( ) (2.9)

(

)( ) (2.10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 8: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

11

Gambar 2.3 Perbandingan spektra energi radiasi matahari

Sumber : J.A. Duffie & W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Process,

John Willey & Sons, inc., New York, 1991, hal 65.

Gambar diatas menunjukan besar energi radiasi yang diterima dari matahari per

satuan area per satuan waktu sebagai fungsi dari panjang gelombang. Pada permukaan

matahari energi radiasi yang dipancarkan yaitu sebesar 62 MW/m2, dan diatas atmosfer

bumi radiasinya berkurang menjadi total sebesar 1353 W/m2. Untuk radiasi blackbody,

semakin tinggi temperatur obyek blackbody tersebut maka semakin besar juga energi

radiasinya. Blackbody pada temperatur rata-rata bumi yaitu 300 K, paling kuat

memancarkan pada gelombang infrared dan radiasinya tidak dapat terlihat oleh mata.

Untuk matahari, dengan temperatur sekitar 5800 K, radiasinya paling kuat berada pada

gelombang cahaya tampak (visible) dengan panjang gelombang sekitar 300 – 800

nanometer (nm), seperti terlihat pada gambar diatas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 9: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

12

Gambar 2.4 Energi radiasi matahari yang diterima diberbagai belahan bumi

Sumber : http://teknologisurya.wordpress.com/2011/10/03/pengenalan-energi-surya/

diakses pukul 11.23 WIB tanggal 6/18/2012

Energi radiasi matahari yang diterima di berbagai belahan bumi dalam satuan

kWh/m2/hari untuk kondisi langit cerah dan cahaya matahari tepat horizontal diatas

permukaan bumi. Intensitas radiasi matahari di Indonesia mencapai 4,8 kWh/m2/hari.

2.5.2 Struktur fisik matahari

Matahari adalah sebuah bola gas yang amat panas dengan garis tengah 1,39 juta

kilometer dan berjarak rata-rata 150 juta kilometer dari bumi. Massa matahari sangat besar,

yaitu 2 x 1030

kg, tetapi massa jenis rata-ratanya hanya 1400 kg/m3. Matahari berputar pada

porosnya kira-kira sekali pada empat minggu. Namun matahari bukanlah suatu benda

padat, sehingga kecepatan rotasi matahari tidak sama pada tiap bagiannya. Pada daerah

ekuator, periode rotasinya 27 hari, dan bagian kutub kira-kira 30 hari.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 10: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

13

Gambar 2.5 Struktur Matahari

Sumber : J.A. Duffie & W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Process,

John Willey & Sons, inc., New York, 1991, hal 4.

Matahari memiliki temperatur benda hitam efektif pada 5777 K. Temperatur di

dalam daerah sentral matahari yaitu 0-0,23 R (R adalah radius matahari) bervariasi antara 8

juta sampai 40 juta Kelvin. Pada daerah pusat ini, yang mengandung 40% massa matahari,

diperkirakan menghasilkan 90% energinya. Pada jarak 0,7 R dari pusat, mulai terjadi

proses konveksi, dan temperatur turun sampai kira-kira 130.000 K, disertai juga dengan

penurunan densitas sampai 70 kg/m3. Suatu daerah yang berada pada 0,7-1,0 R adalah zona

konvektif. Dalam daerah ini penurunan temperatur berlanjut sampai kira-kira 5000 K

dengan densitas sebesar 10-5

kg/m3. Bagian luar dari zona konvektif adalah photosphere

yang merupakan sumber radiasi surya terbanyak. Bagian yang lebih luar lagi yaitu lapisan

tertinggi 10.000 km yang disebut kromosfer. Bagian paling luas dari matahari adalah

korona, suatu daerah dengan kepadatan yang sangat rendah tetapi temperaturnya sangat

tinggi yaitu satu juta Kelvin.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 11: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

14

2.5.3 Konstanta matahari

Ada suatu harga yang disebut sebagai satu satuan astronomi yang menyatakan jarak

rata-rata matahari dan bumi yaitu 1,495 x 1011

m. Hubungan geometri matahari-bumi

diperlihatkan pada Gambar 2.6. Dalam kaitannya dengan hubungan ruang diatas, radiasi

yang dipancarkan matahari menghasilkan intensitas radiasi di luar atmosfir yang mendekati

konstan. Konstanta matahari, Gsc adalah energi yang dipancarkan matahari tiap satuan

waktu yang diterima oleh suatu luasan permukaan yang tegak lurus arah perambatan

radiasi pada satu satuan astronomi di luar atmosfir.

Gambar 2.6 Hubungan ruang matahari-bumi

Sumber : J.A. Duffie & W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Process,

John Willey & Sons, inc., New York, 1991, hal 5.

Berbagai pengukuran radiasi matahari dilakukan dengan bermacam alat ukur,

diantaranya oleh Frohlich (1977) yang merekomendasikan harga Gsc sebesar 1373 W/m3

dengan kemungkinan kesalahan 1-2%. Worl Radiation Center (WRC) mengambil harga

sebesar 1367 W/m3 dengan ketelitian 1%.

2.5.4 Radiasi surya pada permukaan bumi

Radiasi surya yang sampai pada permukaan bumi telah mengalami perubahan

intensitas akibat penghamburan antara lain oleh molekul-molekul udara, nitrogen dan

oksigen, aerosol, uap air dan debu dan partikel-partikel lain. Penghamburan radiasi ini

menyebabkan langit tampak berwarna biru pada hari cerah.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 12: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

15

Beberapa radiasi yang sudah mengalami penghamburan ini mencapai permukaan

bumi dikenal dengan radiasi difusi. Radiasi difusi biasanya juga disebut radiasi langit.

Apabila radiasi surya tidak mengalami penghamburan oleh atmosfir, maka radiasi sampai

ke permukaan sebagai radiasi langsung (beam radiation).

Pelemahan radiasi juga disebabkan oleh penyerapan atmosfir oleh molekul-molekul

ozon, air dan karbondioksida. Penyerapan radiasi oleh molekul ozon di luar atmosfir terjadi

pada daerah panjang gelombang ultra violet dan panjang gelombang radiasi di bawah 0,29

μm. Uap air memegang peranan penting dalam penyerapan spektrum radiasi inframerah.

Banyaknya pelemahan radiasi ditentukan oleh panjang lintasan atmosfir yang dilalui sinar

dan komposisi atmosfir. Panjang lintasan atmosfir dinyatakan dalam massa udara (air

mass) yaitu rasio massa atmosfir dalam lintasan bumi-matahari yang sesungguhnya

terhadap massa yang berada dalam lintasan dimana matahari tepat di atas permukaan laut.

Rasio massa udara dirumuskan :

Jadi pada permukaan laut apabila matahari berada tepat pada zenith nilai m = 1.

Secara umum radiasi termal dapat dibedakan menurut daerah panjang

gelombangnya yaitu radiasi surya atau radiasi gelombang pendek dan gelombang panjang.

Radiasi gelombang pendek berasal atau dipancarkan dari matahari dan berada pada daerah

panjang gelombang 0,3-3,0 μm. Radiasi gelombang panjang berasal dari suatu sumber

pada temperatur mendekati temperatur ambien dengan daerah panjang gelombang lebih

dari 3 μm. Radiasi gelombang panjang bisa dipancarkan oleh atmosfir, kolektor atau benda

lain pada temperatur normal. Apabila radiasi dipancarkan dari bumi maka disebut radiasi

terrestrial. Gambar 2.7 menunjukkan sifat radiasi yang sampai ke permukaan bumi.

(2.11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 13: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

16

Gambar 2.7 Sifat radiasi yang penting dalam proses termal surya

Sumber : J.A. Duffie & W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Process,

John Willey & Sons, inc., New York, 1991, hal 47.

2.5.5 Konsep dasar radiasi

Radiasi termal adalah suatu bentuk energi elektromagnetik yang dipancarkan oleh

permukaan suatu benda pada temperatur tertentu. Tidak seperti halnya pada perpindahan

panas konduksi dan konveksi yang memerlukan medium untuk perpindahan energinya,

pada radiasi termal energi dapat dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain tanpa

kehadiran suatu bentuk materi apapun sebagai medium pemindahnya. Pada kenyataannya,

perpindahan energi radiasi paling efisien terjadi dalam vakum.

Radiasi termal dapat dipancarkan oleh segala benda yang ada disekitar kita.

Mekanisme pancaran atau emisi ini yaitu energi yang dilepaskan oleh gerakan bolak-balik

atau transisi sejumlah atom-atom, molekul-molekul, elektron-elektron pembentuk materi.

Gerakan-gerakan ini didukung oleh energi dalam yang dibangkitkan pada suatu keadaan

yang tereksitansi secara termal.

Dilihat dari sifat pemindahannya, radiasi dapat dipandang sebagai perambatan dari

kumpulan partikel-partikel yang disebut sebagai perambatan gelombang elektromagnetik.

Oleh karena itu, radiasi dapat dipandang sebagai perambatan gelombang elektromagnetik.

Oleh karena itu, radiasi yang dipancarkan dapat didistribusikan berdasarkan daerah

panjang gelombang. Gambar 2.8 menunjukkan spektrum radiasi elektromagnetik yang

dibagi dalam kumpulan panjang gelombang.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 14: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

17

Gambar 2.8 Spektrum radiasi elektromagnetik

Sumber : J.A. Duffie & W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Process,

John Willey & Sons, inc., New York, 1991, hal 148.

Dalam energi surya, daerah panjang gelombang yang paling penting yaitu dari

spektrum ultraungu hingga inframerah dekat, dari 0,3-25 μm. Radiasi surya diluar atmosfir

memuat energi paling banyak pada daerah 0,3-3 μm. Radiasi merambat dalam vakum

dengan kecepatan cahaya, diformulasikan oleh :

Dimana Co adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa dan n adalah indeks bias medium,

λ adalah panjang gelombang dan v frekuensi.

2.6 Energi Yang Diterima Kolektor

dimana : Qk = Energi yang diterima kolektor (W)

ε = Emisivitas Blackbody

Ak = Luas penampang normal kolektor (m2)

Ir = Intensitas radiasi matahari (W/m2)

(2.12)

(2.13)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 15: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

18

2.7 Proses Pengeringan

Proses pengeringan diperoleh dengan cara penguapan air

Dengan cara menurunkan RH dengan mengalirkan udara panas

disekeliling bahan.

Sehingga tekanan uap air bahan lebih besar daripada tekanan uap air di udara.

∆P menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara

Uap air

P Terjadi perpindahan massa

(Proses pengeringan)

Terjadi perpindahan panas

(Proses pemanasan, air

menjadi uap )

Tudara = Tbahan

Tp, udara panas

Gambar 2.9 Ilustrasi proses pengeringan bahan

Sumber : http://ocw.usu.ac.id/course/download/313-TEKNIK-

PENGERINGAN/tep_421_slide_campuran_udara_-_uap_air_dan_hubungannya.pdf

Sebelum pengeringan P uap air bahan = P uap air udara (dalam keadaan seimbang).

Saat pengeringan dimulai, uap panas yang dialirkan meliputi permukaan bahan akan

menaikkan P uap air bahan, terutama pada daerah permukaan sejalan dengan kenaikan

suhunya. Pada saat itu terjadi perpindahan massa dari bahan ke udara dalam bentuk

uap air (terjadi pengeringan pada permukaan bahan). Setelah itu tekanan uap air pada

permukaan bahan akan menurun.

Setelah kenaikan suhu terjadi pada seluruh bagian bahan, maka terjadi pergerakan air

secara difusi dari bahan ke permukaan dan seterusnya proses penguapan pada

permukaan bahan diulang lagi.

Bahan Pangan

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 16: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

19

Akhirnya setelah air bahan berkurang, tekanan uap air bahan akan menurun

sampai terjadi keseimbangan dengan udara disekitarnya.

2.8 Kurva Laju Pengeringan

Karakteristik proses pengeringan suatu bahan bergantung pada intensitas radiasi

yang diperlukan, sehingga kurva kandungan air bahan terhadap intensitas radiasi

komulatif yang diperlukan untuk mengeluarkan air dari bahan tersebut dapat

digambarkan seperti dalam gambar 2 . 1 0 , yang dinamakan kurva pengeringan. Pada

proses pengeringan berlaku dua proses, yaitu pada permulaan proses air dipermukaan

bahan akan diuapkan, seperti yang digambarkan pada kurva pengeringan yang

berkemiringan rendah, kemudian barulah berlaku proses pemindahan air dari bagian

dalam bahan ke permukaaannya. Semakin lama semakin sedikit air yang diuapkan. Proses

ini berlangsung sampai air yang terikat saja yang tinggal di dalam bahan tersebut.

Gambar 2.10 Kurva laju pengeringan

Sumber : Rosdanelli hasibuan, Mekanisme pengeringan, Program studi Teknik Kimia,

Universitas Sumatera Utara

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 17: BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengeringan Gabahdigilib.polban.ac.id/files/disk1/97/jbptppolban-gdl-dodiiqbali...padi yang besar dan lahan yang dijadikan lamporan semen tidak dapat lagi

i Program Studi Teknik Konversi Energi

20

2.9 Konstanta Pegas

dimana : m = Massa gabah (kg)

k = Konstanta pegas (N/m)

g = Tetapan gravitasi (9,8 m2/s)

x1 = Titik awal pegas (m)

x2 = Titik akhir rentangan pegas (m)

2.10 Kualitas Gabah

Karena padi/ gabah/ beras merupakan komoditas vital bagi Indonesia, Pemerintah

memberlakukan regulasi harga dalam perdagangan gabah. Muncullah istilah-istilah khusus

yang mengacu pada kualitas gabah sebagai referensi penentuan harga:

Gabah Kering Panen (GKP), gabah yang mengandung kadar air lebih besar dari 18%

tetapi lebih kecil atau sama dengan 25% (18%<KA<25%), hampa/kotoran lebih besar

dari 6% tetapi lebih kecil atau sama dengan 10% (6%<HK<10%), butir hijau/mengapur

lebih besar dari 7% tetapi lebih kecil atau sama dengan 10% (7%<HKp<10%), butir

kuning/rusak maksimal 3% dan butir merah maksimal 3%.

Gabah Kering Simpan (GKS), adalah gabah yang mengandung kadar air lebih besar

dari 14% tetapi lebih kecil atau sama dengan 18% (14%<KA<18%), kotoran/hampa

lebih besar dari 3% tetapi lebih kecil atau sama dengan 6% (3%<HK<6%), butir

hijau/mengapur lebih besar dari 5% tetapi lebih kecil atau sama dengan 7%

(5%<HKp<7%), butir kuning/rusak maksimal 3% dan butir merah maksimal 3%.

Gabah Kering Giling (GKG), adalah gabah yang mengandung kadar air maksimal

14%, kotoran/hampa maksimal 3%, butir hijau/mengapur maksimal 5%, butir

kuning/rusak maksimal 3% dan butir merah maksimal 3%.

Ketentuan-ketentuan itu dipakai Bulog dalam menentukan harga gabah/beras

berdasarkan kualitasnya.

( )

( )

(2.14)