MEDIA SOERJO Vol. 7 No. 2. Oktober 2010 ISSN 1978

MEDIA SOERJO Vol. 7 No. 2. Oktober 2010
ISSN 1978 - 6239
112
MENENTUKAN JUMLAH KALOR YANG DIPERLUKAN
PADA PROSES PENGERINGAN KACANG TANAH
Oleh
S. Wahyu Nugroho
Universitas Soerjo Ngawi
ABSTRAK
Dalam bidang pertanian dan perkebunan selain persiapan lahan dan
perawatan tanaman, pengolahan hasil pertanian pasca panen juga mempunyai peranan
yang sangat penting. Salah satu upaya untuk meningkatkan dan memberikan nilai
tambah hasil pertanian adalah memperbaiki pengelolaan pasca panen dengan
semaksimal mungkin. Pengelolaan pasca panen dapat berupa penyimpanan, perubahan
bentuk hasil panen, pengawetan, pengeringan dan lain-lain.
Pengelolaan pasca panen untuk hasil-hasil pertanian khususnya kacang tanah
misalnya, seringkali gagal karena kacang tanah tersebut belum kering benar sudah
disimpan sehingga mendorong jamur untuk tumbuh yang akan merusak kacang tanah
tersebut. Dalam teknik pengeringan tradisional kebanyakan masih mengandalkan
bantuan tenaga matahari, hal ini akan memakan waktu yang relatif lama dan sangat
tergantung dengan kondisi cuaca. Jika cuaca tidak mendukung maka hasil panen akan
tersimpan dalam keadaan basah, hal ini dapat mengakibatkan rusaknya hasil panen
seperti busuk, tumbuhnya kecambah dan kerusakan lainnya.
A. PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Pengelolaan pasca panen yang tepat
untuk hasil pertanian khususnya kacang
tanah sangat diperlukan agar diperoleh
hasil yang maksimal. Salah satu
pengelolaan pasca panen yang sangat
penting yaitu proses pengeringan.
Proses pengeringan yang maksimal
sangat diperlukan jika kacang tanah
tersebut masih akan disimpan atau akan
diproses dalam jangka waktu yang
lama. Hal ini juga berhubungan dengan
pertambahan harga. Jika sewaktu panen
harga hasil pertanian biasanya sangat
murah sehingga perlu disimpan terlebih
dahulu sebelum pada saatnya nanti
dijual jika harga sudah cukup memadai.
Oleh karena itu jika proses pengeringan
tidak dilaksanakan dengan baik, maka
kacang tanah tersebut akan mengalami
kerusakan seperti busuk, timbulnya
kecambah dan kerusakan lainnya
sehingga kacang tanah tersebut tidak
akan bisa dimanfaatkan lagi. Selain itu
kacang tanah lebih mudah ditangani
dalam keadaan kering.
Dalam teknik pengeringan secara
tradisional
kebanyakan
masih
mengandalkan bantuan tenaga matahari.
Hal ini akan memakan waktu yang
relatif lama dan sangat tergantung
dengan kondisi cuaca sehingga proses
pengeringan yang akan dilaksanakan
tidak dapat berhasil secara maksimal.
Oleh karena itu disini akan dicoba
ditentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk mengeringkan kacang tanah
sehingga dapat digunakan untuk
merencanakan suatu mesin atau
peralatan pengering yang dapat digunakan setiap waktu.
Dengan adanya mesin atau
peralatan pengering kacang tanah ini
diharapkan akan didapatkan beberapa
keuntungan antara lain :
1. Tidak tergantung pada bantuan
sinar matahari dan kondisi cuaca
S. Wahyu Nugroho, Menentukan Jumlah Kalor yang Diperlukan
Pada Proses Pengeringan Kacang Tanah
MEDIA SOERJO Vol. 7 No. 2. Oktober 2010
ISSN 1978 - 6239
2.
Tidak membutuhkan tempat atau
lahan yang terlalu luas
3. Proses pengeringan dapat dilakukan dimana saja baik di dalam
ruangan maupun di luar ruangan
4. Membutuhkan waktu dan tenaga
kerja yang lebih sedikit dibandingkan teknik pengeringan tradisional.
2.
Perumusan Masalah
a. Bagaimanakah proses perpindahan panas yang terjadi pada proses
pengeringan kacang tanah ini ?
b. Dengan temperatur pemanasan
yang stabil, berapakah jumlah
kalor yang diperlukan dalam
proses pengeringan kacang tanah
menggunakan mesin pengering?
3.
Tujuan Penelitian
a. Untuk
mengetahui
proses
perpindahan panas yang terjadi
pada proses pengeringan kacang
tanah sehingga dapat direncanakan suatu mesin pengering kacang
tanah.
b. Untuk mengetahui jumlah kalor
yang diperlukan dalam proses
pengeringan
kacang
tanah
sehingga akan didapatkan hasil
pengeringan yang maksimal.
B. TINJAUAN PUSTAKA
1. Teori Dasar Pengeringan
Sebelum dikemukakan pengertian
tentang dasar pengeringan, maka perlu
dipahami tentang konsep perpindahan
panas massa (air) yang merupakan dasar
dari proses pengeringan. Perpindahan
salah satu unsur larutan fluida dari
daerah yang konsentrasinya lebih tinggi
ke daerah yang konsentrasinya lebih
rendah dikatakan perpindahan massa
(air).
Pemahaman terhadap mekanisme
perpindahan massa dapat dikatakan
analogi terhadap perpindahan panas,
113
yaitu laju perpindahan panas maupun
perpindahan massa bergantung pada
potensial maupun penggerak dan
tahanan.
Dalam operasi-operasi perpindahan
massa tertentu harus diperhatikan
perpindahan panas tertentu yang terjadi
bersamaan. Dalam kondisi ini panas
berpindah dalam arah yang berlawanan
dengan perpindahan massa.
Disamping itu letak perbedaan
antara keduanya adalah perpindahan
panas yang terjadi dalam arah yang
mengurangi gradien suhu yang ada,
sedangkan perpindahan panas terjadi
dalam srah yang mengurangi gradien
konsentrasi yang ada dan juga
perpindahan panas akan terhenti bila
tidak terjadi perbedaan suhu, sedangkan
massa terhenti bila gradien konsentrasi
berkurang sampai menjadi nol.
Dalam fenomena yang ada, maka
pengering
adalah
suatu
proses
perpindahan panas pada uap air pada
suatu bahan, yang memerlukan energi
untuk menguapkan kandungan air dari
permukaan
bahan
yang
akan
dikeringkan oleh media pengering,
biasanya
berupa
panas.
Dan
pengeringan pada dasarnya merupakan
proses pengeluaran kandungan air
bahan hingga mencapai kandungan
tertentu agar tidak terjadi kerusakan
pada bahan tersebut.
Dasar
pengeringan
adalah
terjadinya penguapan air ke udara
karena perbedaan kandungan uap air
antara udara dengan bahan yang
dikeringkan. Dalam hal ini kandungan
uap air udara lebih sedikit sehingga
terjadi penguapan. Kemampuan udara
membawa uap air akan bertambah besar
jika kecepaatan udara yang mengalir
dipercepat.
Bila
tidak
mengalir
maka
kandungan uap air di sekitar bahan yang
dikeringkan makin jenuh sehingga
pengeringan makin lambat.
S. Wahyu Nugroho, Menentukan Jumlah Kalor yang Diperlukan
Pada Proses Pengeringan Kacang Tanah
MEDIA SOERJO Vol. 7 No. 2. Oktober 2010
ISSN 1978 - 6239
Peristiwa yang terjadi selama
pengeringan meliputi dua proses :
a. Proses perpindahan panas, yaitu
proses penguapan aor dalam bahan
atau proses perubahan bentuk cair
ke bentuk gas.
Proses perpindahan massa,
yaitu proses perpindahan massa uap
air dari permukaan bahan ke udara.
Proses perpindahan panas terjadi
karena suhu bahan lebih rendah
dari suhu udara yang dialirkan di
sekelilingnya. Panas yang diberikan
ini akan menaikkan suhu bahan
yang akan menyebabkan tekanan
uap air di dalam bahan akan lebih
tinggi daripada tekanan uap air di
udara, sehingga terjadi perpindahan
uap air dari bahan ke udara yang
merupakan perpindahan massa.
Sebelum perpindahan berlangsung, tekanan uap air dai dalam
bahan seimbang dengan tekanan
udara di sekelilingnya. Pada saat
pengeringan di mulai, uap panas
yang dialirkan melalui permukaan
bahan yang akan menaikkan
tekanan uap air terutama pada
daerah permukaan yang besarnya
sejalan dengan kenaikan suhu
aliran udara panas tersebut.
Pada saat proses ini terjadi,
perpindahan panas dari bahan ke
udara dalam bentuk uap air
berlangsung
dan
terjadilah
pengeringan
pada
permukaan
bahan. Setelah itu tekanan uap pada
permukaan bahan akan menurun.
Setelah kenaikan suhu terjadi pada
seluruh bagian permukaan bahan,
maka terjadilah pergerakan air. Air
secara difusi dari bahan ke
permukaan dan seterusnya. Proses
penguapan pada permukaan bahan
diulang lagi. Akhirnya setelah air
pada bahan berkurang, maka
tekanan uap air akan menurun
sampai
terjadi
keseimbangan
dengan udara sekelilingnya.
114
Makin tinggi suhu pengeringan
makin besar pula energi yang
dibawa sehingga makin banyak
jumlah massa cairan yang diuapkan
dari permukaan bahan yang
dikeringkan dan laju pengeringan
menjadi
cepat,
akan
tetapi
pengeringan yang terlalu cepat
dapat merusak bahan, yaitu
permukaan bahan terlalu cepaat
kering, sehingga tidak sebanding
dengan kecepatan pergerakan air
pada bahan ke permukaan. Hal ini
menyebabkan pengerasan pada
permukaan bahan (lose hardening),
sehingga air pada
bahan tidak
dapat lagi menguap karena
terhalang
dan
memungkinkan
terjadinya bahan terbakar, karena
bahan yang telah kering masih
terus mendapat pemanasan.
Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan ada dua
golongan yaitu :
a. Faktor yang berhubungan
dengan
media
penunjang
meliputi :
- Suhu pengeringan
- Lama pengeringan
- Kelembapan udara
b. Faktor yang berhubungan
dengan sifat bahan yang akan
dikeringkan, antara lain :
- Ukuran bahan
- Kadar air
2. Cara Pengeringan
Secara garis besar pengeringan
dapat dilakukan dengan dua cara yaitu
sebagai berikut :
1. Pengeringan secara alami
Pengeringan secara alami
dilakukan dengan cara menjemur di
bawah sinar matahari. Pengeringan
ini mrmang bisa efektif karena suhu
yang dicapai sekitar 35° C sampai
dengan 45° C. Iklim di wilayah
tropis merupakan sumber yang
potensial, akan tetapi pengeringan
S. Wahyu Nugroho, Menentukan Jumlah Kalor yang Diperlukan
Pada Proses Pengeringan Kacang Tanah
MEDIA SOERJO Vol. 7 No. 2. Oktober 2010
ISSN 1978 - 6239
dibawah sinar matahari dirasakan
kurang efektif dan juga ada bahan
tertentu yang berakibat kurang
begitu baik jika terkena sinar
matahari secara langsung.
Pengeringan secara alamiah ini
mempunyai beberapa kendala antara
lain yaitu:
- Memerlukan waktu yang relatif
lama.
- Tergantung pada cuaca
- Kadar air bahan sukar dikontrol
2. Pengeringan Secara Buatan
Pengeringan buatan menggunakan alat mekanis, dan hal ini
memberikan beberapa keuntungan,
antara lain:
- Tidak tergantung pada cuaca
- Kondisi
pengeringan
dapat
dikontrol
- Tidak memerlukan tempat yang
luas
Pengeringan
mekanis
ini
memerlukan energi untuk memanaskan alat pengering, mengimbangi
radiasi panas yang keluar dari alat,
memanaskan bahan dan menguapkan air pada bahan.
3. Prinsip-prinsip Perpindahan
Panas
Perpindahan panas (heat transfer) merupakan energi yang bergerak
atau berjalan dari suatu sistem ke
sistem yang lainnya, karena adanya
perbedaan temperatur antara kedua
sistem tersebut.
Panas yang dipindahkan tidak
dapat diukur atau diamati secara
langsung. Tetapi pengaruhnya dapat
diukur, arah dari perpindahan panas
tersebut ialah suatu media yang
mempunyai temperatur lebih tinggi
ke arah temperatur yang lebih
rendah.
Berdasarkan cara perpindahannya, maka perpindahan panas dapat
dibedakan menjadi tiga, yaitu :
115
a. Perpindahan
panas
secara
konduksi
b. Perpindahan
panas
secara
konveksi
c. Perpindahan panas secara radiasi
Syarat terjadinya perpindahan
energi ialah adanya beda
temperatur antara bagian yang
satu dengan bagian yang lainnya.
C. PERHITUNGAN
Pada perhitungan kalor yang
dibutuhkan untuk proses pengeringan
kacang tanah, data awal yang
diperlukan adalah sebagai berikut :
- Kapasitas mesin Q = 60 kg/jam
- Kadar air kacang tanah basah
Ka1 = 65 %
- Kadar air kacang hasil pengeringan
Ka2 = 15 %
- Berat jenis kacang tanah
ρ = 0,4 kg/cm3
- Waktu pengeringan
t = 1 jam
- Suhu awal pengeringan
T1 = 30° C
- Suhu akhir pengeringan
T2 = 110° C
- Suhu awal ruangan pengering
Tr0 = 30° C
1. Jumlah air yang diuapkan dari
kacang tanah
Dari data di atas dapat
dilakukan
proses
perhitungan
banyaknya air yang diuaokan dari
kacang tanah yang akan dikeringkan
sebagai berikut :
Ma = Ka x Mb
Keterangan :
Ma = Banyaknya air yang akan
diuapkan (kg)
Ka = Prosentase kandungan air
kacang tanah yang akan
dikeringkan (kg)
Mb = Berat kacang tanah basah
S. Wahyu Nugroho, Menentukan Jumlah Kalor yang Diperlukan
Pada Proses Pengeringan Kacang Tanah
MEDIA SOERJO Vol. 7 No. 2. Oktober 2010
ISSN 1978 - 6239
= 60 kg (150 cm3)
Prosentase kandungan air yang
akan diuapkan adalah sebagai
berikut :
Ka = Ka1 – Ka2
= 65 % - 15 %
= 50 %
Sehingga jumlah total air yang
diuapkan untuk satu kali proses
adalah :
Ma = Ka x Mb
= 0,5 . 60
= 30 kg
2. Kebutuhan Kalor pada proses
pengeringan
Dalam proses pengeringan
dibutuhkan kalor untuk menguapkan
air yang terkandung dalam kacang
tanah, seluruh kebutuhan kalor untuk
pengeringan kacang tanah dapat
dihitung
sebagaimana
pada
persamaan keseimbangan panas
sebagai berikut:
Qt
= Q1 + Q2 + .......Q n
Keterangan:
Qt = Jumlah seluruh kalor yang
dibutuhkan
selama
proses
penguapan air
yang terkandung
dalam kacang tanah ( kkal )
Q1 - Qn
= Jumlah kalor yang
digunakan untuk setiap proses kilo
kalori ( kkal )
Dimana proses dalam pengeringan
ini adalah meliputi : pemanasan
awal, kalor untuk memanaskan air,
kalor untuk menguapkan air, serta
kalor
yang
terbuang
akibat
kebocoran.
3. Kalor yang diperlukan untuk
memanaskan kacang tanah
Sebelum penguapan terjadi
dibutuhkan sejumlah kalor untuk
memanaskan kacang tanah sampai
mencapai suhu awal sebelum
penguapan yaitu 100° C, jadi panas
awal pengeringan adalah :
116
Keterangan :
Q1
= Panas
pengeringan
(kkal)
Ma = Jumlah kacang tanah
yang akan dikeringkan
= 60 kg
Kj
= Kalor jenis kacang
tanah
= 0,6698 kkal/kg °C
Δt
= Beda suhu untuk
pemanasan
awal
penguapan ( °C)
= 100 – 30
= 70° C
Sehingga kalor yang digunakan
untuk pemanasan awal adalah :
Qt
= 60 . 0,6698 . 70
= 2813,16 kkal
4. Kalor yang digunakan untuk
menguapkan air
Dalam proses ini pemanasan
digunakan untuk menguapkan air
yang terdapat dalam kacang tanah,
persamaan yang dapat digunakan
untuk menghitung kebutuhan kalor
yang dibutuhkan pada proses penguapan air adalah sebagai berikut :
Q2
= Ma . q
Keterangan :
Q2
= Jumlah panas pada
proses penguapan air
( kkal )
Ma = Jumlah air yang harus
diuapkan dalam mesin
pengering
= 30 kg
q
= Panas laten air
= 503,7 kkal/kg
Sehingga :
Q2
= 30 . 503,7
= 15111 kkal
Q1 = Ma . Kj . Δt ( kkal )
S. Wahyu Nugroho, Menentukan Jumlah Kalor yang Diperlukan
Pada Proses Pengeringan Kacang Tanah
MEDIA SOERJO Vol. 7 No. 2. Oktober 2010
ISSN 1978 - 6239
5. Kalor yang digunakan untuk
memanaskan uap air
Setelah proses penguapan air
dalam
kacang
tanah,
proses
selanjutnnya adalah pemanasan yang
dilakukan untuk memanaskan uap
( pengeringan kadar air ).
Banyaknya kalor untuk proses ini
dapat dihitung sebagai berikut :
Q3 = Mu . r .
∆t
Keterangan :
Q3 = Jumlah kalor untuk
mengeringkan uap air
( kkal )
Mu = Jumlah uap yang akan
dikeringkan
= 30 kg
r
= Panas laten uap
= 0,998 kkal/kg °C
Δt = 110 – 100
= 10° C
Sehingga :
Q3
= 30 . 0,998 . 10
= 299,4 kkal
117
= ( 2813,16 + 15111 + 299,4 ).15 %
= 2733,534 kkal
Jadi setelah mendapatkan
jumlah
kalor,
kita
harus
menambahkan dengan kerugian
kalor akibat proses penguapan.
Maka jumlah total kalor yang
diperlukan ( Qtot ) adalah :
Qtot
= ( Q1 + Q2 + Q3 + Qrugi )
= ( 2813,16 + 15111 + 299,4 +
2733,534 )
= 20957,094 kkal
7. Proses perpindahan panas yang
terjadi
Proses perpindahan panas yang
terjadi selama proses pengeringan
kacang tanah meliputi :
a. Perpindahan panas dari dinding
pipa sebelah dalam ke dinding
pipa sebelah luar
b. Perpindahan panas dari dinding
luar pipa ke ruang pengering /
drum
6. Kerugian kalor
c. Perpindahan panas dari udara
Kerugian kalor yang terjadi
ruang pengering ke dalam
antara lain adalah :
kacang
- Kalor yang terbuang ke udara
d. Perpindahan panas melalui
melalui radiasi dari dinding ke
lubang melalui lubang pada
udara luar
tutup samping drum dan
- Kalor yang terbuang bersama uap
kebocoran lainnya.
air yang keluar dari mesin
Dari perpindahan panas yang
- Kalor yang terbuang akibat
terjadi
akan
dapat
diketahui
adanya kebocoran
temperatur pada dinding pipa
Pada proses pengeringan ini
pengering bagian luar dan selanjutkerugian kalor berkisar antara 7,5 –
nya
temperatur
pada
nosel
20 % dari jumlah kalor yang
penyemprot api dari perpindahan
diperlukan selama proses pengeringpanas dari dinding pipa pengering
an, untuk proses perhitungan ini
sebelah dalam ke dinding pipa
diambil 15 %. Jadi kerugian kalor
pengering sebelah luar.
dapat dihitung :
Dan dari proses perpindahan
panas yang terjadi akan dapat
Qrugi = ( Q1 + Q2 + Q3 ) . 15 %
dihitung
jumlah
kalor
yang
dibutuhkan untuk proses pengeringan tiap detiknya.
S. Wahyu Nugroho, Menentukan Jumlah Kalor yang Diperlukan
Pada Proses Pengeringan Kacang Tanah
MEDIA SOERJO Vol. 7 No. 2. Oktober 2010
ISSN 1978 - 6239
118
D. KESIMPULAN
Berdasarkan dari hasil perhitungan
yang telah dilaksanakan, maka dapat
dikemukakan beberapa kesimpulan:
1. Jumlah kalor yang dibutuhkan
untuk proses pengeringan kacang
tanah ini adalah Qtot = 20957,094
kkal
2. Perpindahan panas yang terjadi
adalah sebagai berikut:
- Perpindahan panas dari dinding
pipa sebelah dalam ke dinding
pipa sebelah luar
- Perpindahan panas dari dinding
luar pipa ke ruang pengering /
drum
- Perpindahan panas dari udara
ruang pengering ke dalam kacang
- Perpindahn panas melalui lubang
pada tutup samping drum dan
kebocoran lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
Frank Kreith, “Prinsip-Prinsip
Perpindahan Panas”, Penerbit
Erlangga, Jakarta, 1994
Frank P. Incropera, “Fundamental of
Heat and Mass Transfer”, John
Wiley & Sons, 2nd Edition, New
York, 1981
J.P. Holman, “Perpindahan
Kalor”,Erlangga, Jakarta, 1994
Suharto, “Teknologi Pengawetan
Pangan”, PT Rineka Cipta,
Jakarta, 1982
Sularso – Kiyokatsu Suga, “Elemen
Mesin”, PT. Pradnya Paramitha,
Jakarta, 1994
S. Wahyu Nugroho, Menentukan Jumlah Kalor yang Diperlukan
Pada Proses Pengeringan Kacang Tanah