KARAKTERISASI DAN SIMULASI MESIN PENGERING GABAH TIPEVERTIKAL KONTINYU DENGAN ALIRAN UDARA PANAS BERLAWANAN

Oleh :Cahyawan Catur Edi Margana *) dan Sukmawaty *)

*) Staf Pengajar pada Program Studi Teknik Pertanian,Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas

Mataram

Penelitian tentang karakteristik dan simulasimesin pengering gabah tipe vertikalkontinyu dengan aliran udara panas berlawanan telahdilaksanakan di Program Studi Teknik Pertanian, FakultasPertanian, Universitas Mataram. Penelitian ini mempunyaitujuan mengetahui, pembuatan, analisis serta memvalidasipengeringan (drying characteristic) gabah tipe vertikal kontinyudengan aliran udara panas berlawanan melalui kegiatansimulasi dengan mesin pengering skala pilot agar dapatdigunakan untuk keperluan scale up mesin pengering tipevertikal kontinyu dengan aliran udara panas berlawanan

Metodologi penelitian dilakukan dua dua pendekatanyakni pendekatan matematik dan pendekatan statistika.Pendekatan matematik dalam penelitian ini dipergunakan untukpenyelesaian matematik serta simulasi. Pendekatan matematikdiselesaikan dengan pemograman komputer dengan bahasa GWBASIC berdasarkan model matematika yang disusun. Pendekatanstatistika dipergunakan pada pengambilan data pendukungmodel matematik dan uji validasinya. Tahapan penelitian inidapat dibagi menjadi 3 (tiga) tahapan : a) , tahap penentuankarakteristik pengeringan lapis tipis; b) tahap penentuan hambatan aliran udara pada sistemdispersi pada ruang pengering dan c) tahap validasi modelmatematika pada pengeringan gabah sistem aliran kontinyu.

Hasil penelitian diperoleh bahwa gabah untukkaraketristik pengeringan lapis tipis baik kondisi statikmaupun kondisi dinamik mempunyai pola laju pengeringanmenurun. Pada pengeringan lapis tipis statik gabah, semakintinggi suhu udara pengering yang digunakan maka semakin

cepat waktu pengeringannya dan semakin banyak jumlah airyang diuapkan. Sementara pada pengeringan dinamik (sistemtipe vertikal kontinyu dengan aliran udara panasberlawanan), selain dipengaruhi oleh suhu dan kecepatanaliran udara panas juga dipengaruhi oleh posisi letaktingkat ketinggian didalam ruang pengering. Perbandinganhasil actual dan simulasi mempunyai tingkat kesalahan rootmean square rata-rata 8.654 %. Hal ini memberikan indiksibahwa model matematika yang diperoleh dapat digunakan untukmenduga berlangsungnya proses pengeringan sistem vertikalkontinyu dengan aliran udara panas berlawanan kaitannyadengan suhu udara, kadar air keseimbangan, rasio kadar air,suhu tiap lapisan, kelembaban relatif dan kadar air bahanakhir pengeringan. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------Kata kunci : Karakterisasi, simulasi mesin pengering gabah kontinyu.

PENDAHULUAN

Penanganan pasca panen gabah dewasa ini belum optimal,ini dapat dilihat pada masih besarnya susut bobot maupunsusut mutu gabah dalam tahapan proses. Menurut Jindal (1999)di negara sedang berkembang, termasuk Indonesia, susut pascapanen masih mencapai 15 %. Terjadinya susut mutu terjadipada semua tahapan proses pasca panen. Salah satu tahapanproses pasca panen gabah yang terpenting adalahpengeringan. Hasil pengeringan ini akan menjadikan gabahsiap digiling atau disimpan untuk waktu yang lama. Tahapanpengeringan sangat menentukan hasil akhir produk beras.Apabila pengeringan tidak sempurna akan meningkatkanterjadinya beras pecah pada waktu penggilingan. Selain itupengeringan tidak sempurna akan mempermudah jamur dan

mikrobia lainnya tumbuh sehingga mutu beras menjadi jelekbahkan tidak dapat dikonsumsi (Suharto, 1991). Pengering gabah mekanis yang ada di lapanganbanyak berbentuk bak (Hall,1980; Ohja,1996) dimanapengeringan dilakukan dengan menempatkan bahan yangdikeringkan pada bak. Pengeringan dengan bak merupakanpengeringan yang dilakukan tidak kontinyu artinya bahandimasukkan ke ruang pengering setelah proses pengeringanselesai gabah dikeluarkan dan diganti dengan yang bahanbaru yang akan dikeringkan. Kelemahan pengeringan gabahdengan sistem bak adalah: kapasitas tidak terlalu besar,antara lapisan bawah dengan lapisan atas mempunyai perbedaankadar air yang cukup besar sehingga apabila dioperasikantidak benar maka hasil pengeringannya tidak merata,memerlukan blower dengan daya yang besar dimana padaakhirnya akan meninggikan biaya operasi.

Akhir-akhir ini simulasi pengeringan merupakan hal yangsangat penting sebagai alat yang dapat dipergunakan untukmempelajari sistem-sistem pengeringan. Studi model-modelpengeringan diarahkan pada teknik strategi pengaturanfan/blower, penggunaan penambahan sumber energi, teknik-teknik loading serta pengaruh cuaca pada desain danperformansi pada sistem pengeringan (Brook and Bakke-Arkema, 1978). Untuk mendapatkan desain yang optimal makaperlu dilakukan studi pemodelan matematik pengering alirankontinyu dan memvalidasikannya sehingga secara teknis layakdapat diterima.

Pengeringan merupakan cara untuk menghilangkan sebagianbesar air dari suatu bahan dengan bantuan panas dari sumberalami (sinar matahari) atau buatan (mesin dan peralatanpengering). Pengeringan menurut Toledo (1984) dapatdilakukan dengan cara, yaitu : penjemuran, pengeringanbuatan dan pengeringan beku.

Treybal, R.E., (1980) membagi alat pengering buatanberdasarkan cara kerjanya menjadi dua macam yaitu alatpengering buatan sistem batch misalnya pengering tipe bakdan pengering rak dan alat pengering sistem kontinyu misalpengering aliran, pengering drum dan pengering putar.Dibanding pengering tipe bak, pengering aliran kontinyu

mempunyai kelebihan tidak memerlukan ruang yang banyak namunmempunyai kapasitas yang tinggi. Pengeringan dapat dilakukansecara terus-menerus tidak terputus-putus. Pada pengeringgabah tipe aliran kontinyu aliran gabah dan aliran udarapanas berlawanan arah. Dibawah diberikan gambar skematispengering gabah aliran udara panas berlawanan kontinyu.

Gambar 1 : Pengering gabah aliran udara panas berlawanankontinyu yang dipergunakan dalam penelitian..

Pemodelan matematika pengeringan aliran gabahberlawanan dengan aliran udara panas dengan memformulasikankeseimbangan massa dan energi pada elemen volume dari sistem(Sdx) mengikuti persamaan-persamaan berikut (Hall, 1980) :

Ruang pengeringBucket

elevator

Motor listrik 1 HP

Panel thermokontrol dan pembacaan dengan

Lubang masuk gabah ke pengering

Lubang keluaran gabah akhir

Dapur pembakarbahan bakar

dimana : Ta = Suhu udara pengering (oC). Tp = Suhu produk (oC). h’a = Koefisien konvektif (Watt/m2 C) Cp, Ca = Panas jenis partikel dan udara (KJ/Kg) hfg = Panas laten penguapan (KJ/Kg) W = Rasio kelembaban udara (desimal). M = Kadar air (%, db). dX = jarak tiap lapis volume pengeringan pada sistem aliran kontinyu. Gb dan Ga = debiat aliran massa produk danudara panas(Kg/detik).

Untuk Kecepatan aliran udara (Vp) pada partikel dispersi(Jindal, 1998 dan Vincent, 1998) adalah : Vp = Va - Vt

............................................................

.......... (4)

dimana : Va = kecepatan aliran udara panas (m2/det). Vp = kecepatan aliran produk (m2/det). Vt = kecepatan terminal (km/det)dan : Gp = p .Vp ...........................................................(5)

Penurunan tekanan udara karena dinamika partikel (Ps, ,

Pascal) (Cornish and Charity, 1966) :

dimana : f = massa jenis udara (Kg/m3) p = massa jenis produk (Kg/m3) Va = laju udara pemindah (m/det). R = Radius kolum laju udara (m)

D = diameter pipa (m) M = laju aliran padatan (m3/det). dp = diameter produk (m).

= viscositas udara (Pa.S). persamaan diatas dapat diselesaikan melalui analisis dimensi dengan theorema PHI Buckingham (Mohsenin, 1980 dan Kamaruddin, 1990). Setelah analisis dimensi selesai maka dilanjutkan penentuan nilai konstanta dari persamaan ini berdasarkan analisis regresi.

Perubahan rasio kelembaban untuk setiap lapis volume pengeringan terhadap rasio

penurunan kadar air lapis tipis diberikan dengan persamaan dibawah :

dan

Model pengeringan lapis tipis dapat diselesaikan denganHukill dalam Zachariah and Isaacs (1966) dengan persamaan :

dimana : M = kadar air gabah (% d.b). Me = kadar air keseimbangan (% d.b.) Mo = kadar air awal (% d.b.) e = bilangan natural. C = laju pendinginan (1/m) x = jarak dari titik dimana udara panasmasuk dalam kolum ke titik

dimana kadar air dipertimbangkan(m) K = konstanta pengeringan (1/jam). t = waktu (menit)

Persamaan 1, 2, 3 dan 6 terdapat 4 nilai yang tidakdiketahui yaitu; M, W, Ta dan Tp. Untuk persamaan 3 dan 7belum diketrahui M dan W. Nilai-nilai tersebut dapat dicaridengan membuat persamaan keseimbangan dari 4 persamaandiatas. Persamaan diatas dapat diselesaikan dengan analisisnumerik metode Newton – Raphson.

Pengeringan konvensional dengan lantai jemur banyakmendapat masalah yakni pada musim penghujan, gabah semakinsulit kering serta membuat operator sibuk terutama padawaktu hujan. Dengan dilarbelakangi bahwa masalah lainnyasemakin terbatasnya lapangan jemuran, mahalnya harga tanah,waktu pengeringan yang tidak efisien serta untukmeningkatkan daya saing di pasaran maka perlu dilakukaninovasi teknologi pengeringan artifisial. Pada massasekarang pengeringan gabah tipe bak digunakan namun masihsedikit diminati, hal ini disebabkan karena bahan yangdikeringkan dengan lapis yang begitu tebal akan memerlukanfan/blower yang besar pula serta efisiensi masih rendah.Didalam perancangan pengering (termasuk pengering tipealiran kontinyu ) memerlukan data karakteristik pengeringansuatu produk hasil pertanian untuk dapat memprediksiparameter-parameter pengeringan untuk semua lapis posisipada pengeringan aliran kontinyu. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk (1).mengetahui karakterisitik pengeringan (drying characteristic)gabah sistem aliran kontinyu, (2) medapatkan modelmatematika untuk perancangan pengering gabah sistem alirankontinyu, (3) menganalisis proses pengeringan gabah sistemaliran kontinyu secara keseluruhan hubungannya dengan suhu,kadar air akhir, waktu tinggal, kelembaban relatif dan (4)memvalidasi model matematika pengeringan sistem alirankontinyu melalui kegiatan simulasi dengan mesin pengeringskala laboratorium, dengan tervalidasikan model matematikatersebut, maka model matematika tersebut dapat digunakan

secara lebih holistik. Manfaat kegiatan penelitian inidiharapkan dapat dipakai sebagai dasar rancang bangun danscale up pengering gabah sistem aliran kontinyu, memperolehsoft ware untuk perancangan dan scale up mesin pengering danhardware berarti dengan penelitian ini mendapat peralatanpengering dengan rancangan yang sistematis yang akandipergunakan oleh Laboratorium Mekanisasi Pertanian,Faperta, UNRAM untuk keperluan penelitian dengan jenisproduk lainnya atau untuk scale up.

METODE PENELITIAN

Tempat PenelitianPenelitian ini dilaksanakan pada Laboratorium Mekanisasi

Pertanian dan Laboratorim Teknologi Hasil Pertanian, JurusanTeknologi Pertanian, Universitas Mataram.

Alat dan BahanAlat yang dipergunakan Oven Memert untuk penentuan

karakteristik pengeringan lapis tipis untuk kondisi static,sedang untuk penentuan karakteristik pengeringan dalamkondisi dinamik sekaligus untuk simulasi pengeringandigunakan pengering gabah aliran udara berlawanan kontinyurancangan Program Studi Teknik Pertanian skala pilot, 1 setalat untuk uji aerodinamika gabah, moisture tester “Kett”dengan kalibrasi, thermodigital, neraca timbangan digital,dan thermokontrol sisitem on off pada blower keluaran udarapanas sisa pembakaran dan udara masuk plenum. Bahanpenelitian adalah gabah dengan varietas Haji, bahan bakaryang dipergunakan minyak tanah, serutan kayu, sekam, batokkelapa dan batubara.

MetodologiDalam penelitian ini dilakukan dua pendekatan yang

pendekatan matematik dan pendekatan statistika. Pendekatanmatematik dalam penelitian ini dipergunakan padapenyelesaian secara matematik serta simulasi. Pendekatanmatematik diselesaikan dengan pemograman komputer denganbahasa GW Basic berdasarkan model matematika yang disusun.Pendekatan statistika dipergunakan pada pengambilan data

pendukung model matematik dan uji validasinya. Padapendekatan matematik ini diharapkan diperoleh keluarankonstanta konstanta pada model matematik yang diajukan.Validasi model matematik ini dilakukan dengan membandingkanhasil simulasi komputer dengan data aktual penelitian.Diharapkan diperoleh nilai antara hasil simulasi denganaktual mempunyai Kesalahan Relatif (%) kecil. Setelah itudilakukan, Optimalisasi dari hasil pemodelan tersebutmelalui parameter-parameter pengeringan yang optimal, dalambentuk optimalisasi matematik secara keseluruhan prosesdimana hasil tersebut direkomendasikan sebagai dasarperancang bangunan mesin pengering gabah tipe aliran udarapanas berlawanan kontinyu.

Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahapan, yakni :A. Tahap Penentuan sifat fisidk, geometrik, termal dankarakteristik pengeringan lapis tipis (kondisi statik)B. Tahap penentuan hambatan aliran udara pada sistem

dispersi pada ruang pengering.C. Tahap validasi model matematika pada pengeringan gabah

sistem aliran kontinyu.

Tahap Penentuan Karakteristik Pengeringan Lapis Tipis(kondisi statik)

Percobaan diperlukan dalam menentukankarakteristik pengeringan gabah

lapis tipis sebagai dasar untuk simulasi pengeringan padasistem aliran kontinyu sehingga diperlukan data yangdiperoleh dari penelitian di Laboratorium. Metode penelitianyang digunakan pada tahap penentuan karakteristik lapistipis yaitu metode eksperimental dengan Rancangan AcakLengkap (RAL) di Laboratorium, dengan perlakuan suhu ovenpengeringan (T), terdiri atas 6 (enam) aras. Penelitiandilakukan dengan menggunakan oven udara panas terkontroluntuk mengeringkan gabah sampai mencapai kadar airkeseimbangan (Me).T1 = pengeringan dengan suhu 30 oCT2 = pengeringan dengan suhu 40 oCT3 = pengeringan dengan suhu 50 oC

T4 = pengeringan dengan suhu 60 oCT5 = pengeringan dengan suhu 70 oCT5 = pengeringan dengan suhu 80 oCsemua perlakuan diulang 3 kalidari percobaan ini untuk mencari hubungan antara variabel(perlakuan) dengan parameternya : Moisture Ratio, MR(desimal); Kadar air keseimbangan, EMC (%), KelembabanRelatif, RH (%); Konstanta laju pengeringan, k (1/jam).Atau dapat ditulis sebagai :MR = f(T)EMC = f(T,RH)RH = f(T)k = f(T).analisis regresi diselesaikan pada taraf nyata 5 %.

Data pendukung yang diperlukan adalah sifat geometrikterdiri atas diamater gabah (m), luas permukaan gabah (m2),volume gabah (m3), berat per biji gabah (Kg).data input yang dibutuhkan adalah data tentang karakteristikpengeringan lapis tipis gabah, maka telah dilakukan diLaboratorium dengan rancangan percobaan yang sudahdijelaskan. Sedang data pendukung yang diperlukan lainnyaadalah sifat termal terdiri atas panas jenis (Cp, Cal/g.oC), konduktifitas termal kamba (Kk, W/m.K), difusifitastermal kamba ( Dk, m2/jam), koefisien pindah panaskonvektif (hc,, W/ m3. K) dan panas laten penguapan (hfg,kcal/kg).

Tahap penentuan hambatan aliran udara pada sistem dispersi Tahap ini dilakukan berdasarkan problem pada persamaan6.

Tahap validasi model matematika pada pengeringan gabahsistem aliran udara panas berlawanan kontinyu.

- Validasi model matematika dari sistem pengeringan gabahsistem aliran udara panas berlawanan kontinyu. dengan basis persamaan 1,2,3 dan 7.

- Membandingkan antara hasil simulasi dengan data real darisebuah sistem siklon yang terkontrol (dengan berdasarkan nilai % KesalahanRelatif ). Adapun persamaannya : Parameter pengeringan terdiri dari : Moistureratio, MR (%) tiap lapis posisi pada pengering, KelembabanRelatif, RH (%) tiap lapis posisi pada pengering, Kadar airakhir tiap lapis posisi pengering, Mf (%) tiap lapis posisipada pengering, suhu rata-rata tiap lapis posisi padapengering, T (oC).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sifat Fisik, Geometrik dan Termal Gabah

Rekapitulasi sifat fisik, geometrik dan termal gabahdiberikan pada Gambar dibawah : Tabel 1 : Rekapitulasi sifat fisik, geometrik dan termalgabah.

Parameter Nilai kuantitatif

Geometrical Mean Diameter (GMD, cm)Diameter Equivalent (De, cm)Volume Padatan (V, cm3)Massa Jenis Padatan (, kg/m3)Massa Jenis Curah (x, kg/m3)Porositas (, desimal)

0,3867 ± 0,00670,477 ± 0,01360,0953 ± 0,000831039,3 ± 40,4797545,5 ± 0,0000020,471 ± 0,0481

Keterangan : n = 30 sampel Kadar air rata-rata = 29.30 %

Tabel 2. : Penentuan beberapa sifat termal pada gabah padatekanan 1 atmosphere, suhu

normal lingkungan dan kadar air lepaspanen pada waktu penelitian (29,30 %) sebagai input data untuksimulasi.

Parameter Persamaan Prediksi *) Nilai kuantitatif *)

Panas Jenis (Cp, Cal/g. oC) Konduktifitas Termal Kamba(Kk, W/m.K)Difusifitas Termal Kamba( Dk, m2/jam)Koefisien Pindah PanasKonvektif (hc,, W/ m3. K)Panas Laten Penguapan (hfg,kcal/kg)

Cp = 0.2201 - 0.01301 * Md ; R

2 = 0.94Kk = 0.0866 + 0.00133 * Md ; R2 =0.87Dk = 0.000486 + 8.96 * 10 – 6 * Md ; R2 = 0.99hc, = 8.69 * 104 . G 1.30

hfg = 0.5555 (1094 – 1.026( TC + 17.78 )) ( 1 + 2.4962 * Exp (-21.7330 * Md ))

0.21620.12560.000611.69 *

104

610.326

Persamaan yang menghitung panas jenis gabah padaberbagai kadar air basis kering berdasarkan persamaan Moritadan Singh (1979), sedang konduktifitas termal kambaditentukan dari persamaan matematik aliran panas transienpada kondisi masaa infinite pada kondisi awal suhu seragam.Persamaan Difusifitas Termal diatas berdasarkan perbandinganantara konduktifitas termal dibagi dengan panas jenis dandensitas kamba (Steffe and Singh, 1980).

Persamaan untuk memprediksi koefisien pindah panaskonvektif berdasakan Wang et al (1978) dengan membandingkanhasil percobaan dengan teoritis dari kurva pemasanan. Lajualiran udara (G) merupakan laju aliran massa ( kg udarakering/ det.m2) melalui gabah dan merupakan koefisien pindahpanas volumetrik.

Persamaan panas laten penguapan sebagai fungsi suhu dankadar air berdasarkan persamaan yang dikembangkan Pfost et al(1976) untuk berbagai varietas gabah berdasarkan plotingoleh Otmer (1940) dalam Mujumdar (1980).

Karakteristik Pengeringan Lapis Tipis Gabah dalam KondisiStatik

Data hasil penelitian tentang karaketristik pengeringanlapis tipis (kondisi statik) pada gabah dapat dilihat padaLampiran 1 – 4 (tidak ditampilkan). Sedang hasil analisispada taraf nyata 5 % terhadap data tersebut diberikan padaLampiran 5 – 9. Data tersebut menunjukkan bahwa suhu ruangpengering berpengaruh nyata Rasio Kadar Air (MR), KelembabanRelatif (RH), serta Kadar Air Keseimbangan (ME). Berdasarkanpersamaan logaritmik yang dimodifikasi di atas, maka dapatdigambarkan kurva karaketristik pengeringan gabah padaberbagai suhu pengeringan (Gambar 1).

Berdasarkan Gambar 1 di bawah dapat diketahui bahwaproses pengeringan yang terjadi pada gabah adalah prosespengeringan dengan laju pengeringan menurun. Oleh karenaitu karakteristik pengeringan lapis tipis gabah dapatdiprediksi dengan menggunakan persamaan laju pengeringanmenurun. Hal ini didukung Haryadi (1988) yang menyatakanbahwa pengeringan produk srelia pada umumnya tidakmenunjukkan adanya periode laju pengeringan konstan, kecualijika dilakukan pemanenan dalam keadaan belum masak atauterdapat embun dan air hujan yang menmpel pada permukaan.Berdasarkan pemaparan tersebut diatas, maka dapat dijelaskanbahwa laju pengeringan menurun yang terjadi pada gabahterjadi karena kadar air saat panen sudah di bawah titikkritisnya.

Karakteristik Pengeringan Gabah Lapis Tipis Kondisi Statik

Suhu 40 CLnM R = -0.0938.tR2 = 0.898

Suhu 60 CLnM R = -0.1085.tR2 = 0.7829

Suhu 50 CLnM R = -0.1034.tR2 = 0.7436

Suhu 70 CLnM R = -0.1493.tR2 = 0.9564

Suhu 80 CLnM R = -0.2218.tR2 = 0.9612

Suhu 90 CLnM R = -0.3091.tR2 = 0.9777

-8.0

-7.0

-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

W aktu (t, jam )Ln

MR

Gambar 1 : Grafik hubungan antara LnMR dengan Waktu (t, Jam) pada Suhu Ruang Pengering 40 oC, 50 oC, 60 oC, 70 oC, 80 oC dan 90 oC.

Berdasarkan Grafik di atas dapat diketahui bahwaproses pengeringan yang terjadi pada gabah adalah prosespengeringan dengan laju pengeringan menurun. Oleh karenaitu karakteristik pengeringan lapis tipis gabah dapatdiprediksi dengan menggunakan persamaan laju pengeringanmenurun. Hal ini didukung Haryadi (1988) yang menyatakanbahwa pengeringan produk srelia pada umumnya tidakmenunjukkan adanya periode laju pengeringan konstan, kecualijika dilakukan pemanenan dalam keadaan belum masak atauterdapat embun dan air hujan yang menmpel pada permukaan.Berdasarkan pemaparan tersebut diatas, maka dapat dijelaskanbahwa laju pengeringan menurun yang terjadi pada gabahterjadi karena kadar air saat panen sudah di bawah titikkritisnya.

Pada suhu ruang pengeringan yang berbeda memilikipersamaan untuk rasio Kadar Air (MR,%) dengan nilai

konstanta laju pengeringan menurun (k) yang berbeda-beda.Menurut Noomhorm (1998) nilai k dapat dicari berdasarkanfungsi suhu. Thompson (1967) dan Sabah (1964), nilai k dan ydapat dicari dengan persamaan : k = a + b/T – c/T2 .Dengan membuat grafik hubungan nilai k dengan suhu ruangpengeringan, T maka akan diperoleh persamaan untuk mencarinilai k yang dimaksud. Grafiknya ditampilkan sebagai berikut:

k = 2142/T2 - 90.649/T + 1.0307R2 = 0.9428

00.050.10.150.20.250.30.35

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.031/T (1/ C)

Konstanta L

aju Penurunan

Menurun (k, 1/jam)

Gambar 2 : Grafik Hubungan antara nilai k dengan Suhu Ruang Pengering 1/T ( oC).

Grafik tersebut menunjukkan bahwa persamaan untukkonstanta laju pengeringan gabah adalah k = 2143/T2 +90.649/T + 1.0307. Persamaan ini menjelaskan bahwa rasiokadar air berbanding tebalik dengan suhu ruang pengering,yang berarti bahwa semakin tinggi suhu ruang pengeringanmaka rasio kadar air bahan akan menjadi semakin rendah.Sesuai dengan pendapat Taib dkk (1988), fenomena ini terjadikarena semakin tinggi suhu udara pengering maka semakinbesar energi panas yang dibawa udara sehingga jumlah massacairan yang diuapkan dari permukaan bahan akan semakinbanyak.

Karakteristik Pengeringan Lapis Tipis Kondisi Dinamik

Pada Pengeringan Gabah Tipe Vertikal Kontinyudengan Aliran Panas Berlawanan karaketeristik pengeringannyabersifat dinamik maka dapat didekati dengan persamaan 9.Dengan penyelesaian numerik Metode Newton-Raphson diperolehpersamaan sebagai berikut :

MR = EXP(C.X)/((EXP(C.X)+EXP(2142/T^2+90.649/T+1.6307)-1) ….(10)

Dengan penyelesaian dengan metode numerik yang diselesaikandengan program GW Basic diperoleh nilai konstanta berkisar -1.14778 1/jam sampai dengan -2.7841 1/jam. Kadar Air Keseimbangan/ Moisture Equilibrium (ME, % db)

Dari hasil penelitian tentang kadar air keseimbangan.Data dapat menggambarkan bahwa semakin tinggi suhu ruangpengeringan maka kadar air keseimbangan akan semakin rendah.Hal ini disebabkan karena suhu ruang pengering yang tinggimenyebabkan kelembaban relative menjadsi rendah ( kondisiudara menjadi kering, dengan demikian untuk mencapaikeseimbangan kadar air antara bahan dan udara, maka bahanharus mengeluarkan air lebih banyak bila dibandingkan denganbahan yang berada pada suasana kelembaban relatif yang lebihtinggi. Hal ini sesuai dengan pendapat Taib, dkk (1988)yang menyatakan bahwa setiap bahan pangan yang mengandungair akan mengalami pelepasan air (desorpsi) ataupunmengalami penyerapan (adsopsi) untuk mencapai keseimabngandengan lingkungan.

Memperhatikan data hasil penelitian maka terlihat bahwapada setiapdata hasil penelitian maka terlihat bahwa padasetiap perlakuan yang mengakibatkan kelembaban relative,maka nilai kadar air keseimbangan gabah akan berbeda. Halini sesuai dengan pendapat Noomhorn (1988) yang menyatakanbahwa kadar air keseimbangan suatu bahan dipengaruhi olehsuhu dan kelembaban.

Signifikansi antara suhu dengan kelembaban relative(ME, % db) dapat dilihat pada Lampiran 8. Adapun grafik

yang menggambarkan hubungan antara ME dengan suhu mediumpengering adalah sebagai berikut :

M E = -0.0988*T + 17.325R2 = 0.9744

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100Suhu Pengering (T, C)

Kadar Air Keseim

bangan (M

E, %

db)

Gambar 4 : Grafik Hubungan antara Suhu ruang pengering (T,oC) dengan Kadar Air Keseimbangan (ME, % db).

Penentuan penurunan tekanan udara karena dinamika partikeldengan analisis similitude

Salah satu metode penyelesaian di bidang keteknikanadalah menggunakan analisis similitude. Untuk penurunantekanan udara karena dinamika sangat diperlukan untukmemperoleh suatu persamaan yang representatif dari fenomenafisik yang cukup kompleks untuk memprediksi penurunantekanan udara pada sistem pneumatik beras, bekatul dan sekamyang merupakan aplikasi aerodinamika. Melalui analisissimilitude diperoleh pengembangan sesuai dengan carapenyelesaian seperti pada Kamaruddin, dkk (1990) sebagaiberikut:

Karena dalam penelitian ini kesulitan dalam menentukan

radius kolom kecepatan udara maka faktor diabaikan..

Dengan menggunakan analisis multiple regression dengan tingkatkepercayaan 95% memperoleh persamaan untuk produk gabah:

dengan R2 = 0,7631 dan M.A.E = 0,149995.

Hasil Pemodelan Matematika dan Validasi dengan MenggunakanBerbagai Penggunaan Bahan Bakar.

Dari hasil penelitian diperoleh analisis pemodelanmatematika yang menggambarkan karaketristik pengeringansistem aliran udara panas berlawanan kontinyu. Denganmendeferensialkan persamaan model matematik yang diajukanseperti dibawah ini :

Fx = EXP(C.X)/((EXP(C.X)+EXP(2142/T^2+90.649/T+1.6307)-1 – (Mt-( (-0.0988*T+17.325)/100)/((Mo – (-0.0988*T+17.325))/100 ……………… (11)

dengan penyelesaian numerik (metode Newton Raphson)persamaan diatas dapat dipergunakan untuk menganalisisproses pengeringan sistem aliran udara panas berlawanankontinyu. Dari hasil analisis untuk menduga Moisture Ratio(MR, % db) untuk setiap jarak dan waktu t diperoleh rata-rata kesalahan relative 8.654 % . Nilai ini dibawah 10 %sehingga model matemtatik adalah valid (sahih). Sedanganalisis data pada berbagai penggunaan bahan bakar yakniminyak tanah, serutan kayu, sekam, batok kelapa dan batubaraterhadap kadar air waktu t pengeringan (Makhir, % wb), kadarair keseimbangan (Me, %db) serta moisture ratio (MR, %db)untuk ketinggian 0,7 meter, 1,4 meter dan 2,1 meterberturut-turut mempunyai rata-rata prosentase kesalahanrelatif 6,06 %. 0.76 % dan 7,90 %. Sehingga modelmatematika dengan pengembangan persamaan 7 untuk memperolehnilai Makhir, Me dan MR adalah valid (sahih).

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengamatan, analisis data danpembahasan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :1. Gabah dalam karaketristik pengeringan lapis tipis baikstatik maupun dinamik mempunyai pola laju pengeringan menurun.2. Pada pengeringan lapis tipis statik gabah, semakintinggi suhu udara pengering yang digunakan maka semakin cepat waktupengeringannya dan semakin banyak jumlah air yang diuapkan. Sementara padapengeringan dinamik (sistem tipe vertikal kontinyu dengan aliran udara panasberlawanan), selain dipengaruji oleh suhu juga dipengaruhi oleh posisi letak tingkat ketinggiandidalam ruang pengering. 3. Perbandingan hasil actual dan simulasi mempunyai tingkatkesalahan relatih rata-rata 8.654 %. Hal ini memberikan indiksi bahwa modelmatematika yang diperoleh dapat digunakan untuk menduga berlangsungnyaproses pengeringan Sistem Vertikal Kontinyu dengan AliranUdara Panas Berlawanan kaitannya dengan suhu udara, kadar airkeseimbangan, rasio kadar air, suhu tiap lapisan, kelembaban relatif dankadar air bahan.4. Dengan analisis similitude telah diperoleh persamaanuntuk menentukan

kehilangan energi tekan pada sistem aerodinamika udara –gabah yang dapat diaplikasikan pada pengeringan SistemVertikal Kontinyu dengan Aliran Udara Panas Berlawanan

5. Pada pengujian performansi berbagai jenis bahan bakar model matematika

yang diajukan valid dengan melihat analisis data padaberbagai penggunaan bahan bakar yakni minyak tanah,

serutan kayu, sekam, batok kelapa dan batubara terhadapkadar air waktu t pengeringan (Makhir, % wb), kadar airkeseimbangan (Me, %db) serta moisture ratio (MR, %db)untuk ketinggian 0,7 meter, 1,4 meter dan 2,1 meterberturut-turut mempunyai rata-rata prosentase kesalahanrelatif 6,06 %. 0.76 % dan 7,90 %.

DAFTAR PUSTAKA

Brook and Baker-Arkema, 1979. Farm Crop Drying , AVIPublishing, New York.

Cornish, G.K. and L.F. Charity, 1966. Pressure Drop in Elbows of aPneumatic Cveying System, Trans Am. Soc. Agric. Eng. Vol (9) 1 : 29 –31

Ohja, 1996. Drying of Paddy, Indian Institute Of Technology,Karagpur, India.

Hall , C.W. , 1980. Farm Crop Drying and Storage, AVI PublishingCompany, New York.Haryadi, 1988. Kursus Singkat Pengeringan Bahan Pangan.Pusat Antar Universitas. Pangan dan Gizi. Universitas GadjahMada,

Jindal, 1998. Food Process Engineering I, Agricutural and FoodEngineering Program. Asian Instute of Technology, Bangkok,Thailand.

Kamaruddin, A. 1990. Matematika Terapan, JICA-DGHE/IPBPROYEK/ADAET : JTA- IPB, BOGOR.

Kuntjoko, A., 1989. Teknologi Pengolahan Biji-bijian,Penerbit Paripurna, Jakarta.

Mohsenin, 1980. Thermal Properties of Food and Agricultural Product,Gordon Breach Co, Pensylvania.

Mujumdar, A.S., 1980. Drying ’80. Vol. 2. Processing.International Symposium of Chemical Engineers.

Noomhorn, A., 1988. Post Harvest Technology of Cereals,Asian Institute of Technology, Bangkok, Thailand.

Richey, C.B., Jacobson,P. and C.W. Hall, 1963. AgriculturalEngineering Handbook, Mc. Graw Hill Book Company, NewYork.

Suharto, 1991. Teknologi Pengawetan Pangan, Penerbit RinekaCipta, Jakarta.

Taib. G., G. Said dan S. Wiraatmadja, 1988. OperasiPengeringan. pada Pengolahan Hasil Pertanian, Medyatama SaranaPerkasa, Jakarta.

Toledo, R.T., 1980. Fundamentals of Food Process Engineering, AVIPublishing, West Port, Cunecticute.

Treyball, R.E., 1980. Mass-Transfer Operation, Mc Graw Hill BookCompany, New York.

Toledo, R.T., 1980. Fundamentals of Food Process Engineering, AVIPublishing, West Port, Cunecticute.

Vincent, J.C.,1998. Food Process Engineering II, Agricultural andFood Engineering Program. Asian Institute ofTechnology, bangkok, Thailand.

Wang, C.Y., R.P. Singh, 1978. Computer Aided Simulation ofRice Drying. American Institute of Chemical EngineersPaper, Miami Florida.

Zachariah, G.I. and Isaacs, G.W., 1966. Simulating a Moisture-Control System for a Continuous-Flow Dryer, Trans. Am. Soc. Agric. Eng.Vlol (9) 3 : 297 – 302.

Zaini, M.A. dan C.C.E. Margana, 1991. Pengeringan.Fakultas Pertanian, Universitas Mataram.

Zurich, C., R.P. Singh, S.M. Moini, and S.M. Henderson, 1979. Desorption isotherms of Rough Rice From 10 oCto 40 oC. Trans. of Am. Soc. of Agric. Eng. 22 (2) : 433 - 436