OPTIMASI PERANCANGAN ALAT PENGERING IKAN AIR TAWAR KAPASITAS 50 KG MEMANFAATKAN TENAGA SURYA DAN BIOMASA

## Rendi
Program Studi Teknik Mesin Universitas Islam Kalimantan
Email: rendi.teknikmesin@gmail.com

## ABSTRAK
Kandangan city is one of the largest in the  region banjarmasin dried fish, dried fish  Processing  in  Kandangan  city  still  quite  traditional,  namely  only  with  drying  fish under direct solar heat that has some shortcomings such as: a long time, need some time reversal process and less hygienic. To increase the productivity of fish farmers ate fish drier is planned sourced from solar power and biomass.
The  method  used  in  this  study  is  that  the  first  field  surveys,  collect  data  of temperature,  humidity  and  solar  radiation  in  the  area  of  research.  Second,  collect  data levels  of  fish  that  have  not  been  drained  and  dried.  The  field  survey  will  be  a  design parameter.
Based on calculations performed empirically obtained: design the most optimal solar  collector  is  designed  with  a  slope  of  10°,  8,236  m2  collector  area,  drying  air velocity of 1,9 m / s, 1,7 m width of the drying chamber and drying chamber area of 2,89 m2. APK most optimal design that is designed with a tube diameter of 0,028 m 0,7 m  long  tube  tube  60°  and  Pr  Structure  1,5  number  of  tube  35  and  a  shell  diameter  of 0,27 m.
Keywords: drying, dimensions, optimum

## 1. Pendahuluan
Di  Kalimantan  Selatan  tepatnya  didaerah  Kabupaten  Hulu  Sungai  Selatan, adalah  salah  satu  kabupaten  penghasil  ikan  kering  di  Kalimantan  selatan.    Proses pengeringan ikan yang dilakukan masih secara tradisional dimana ikan  dijemur dengan memanfaatkan energi matahari langsung.
Masalah utama yang timbul dalam proses pengeringan yang kurang baik adalah penurunan kualitas seperti distribusi kadar air  yang besar, kerusakan akibat jamur atau perubahan biokimia yang tidak diinginkan.  Bila distribusi aliran panas dan udara tidak merata atau seragam akan menyebabkan laju pengeringan bahan juga tidak merata.  Hal ini  dapat  mengakibatkan  kandungan  air  yang  terdapat  dalam  ikan  tidak  merata  dan
berbeda  antar  bagian  maupun  antar  ikan  yang  dikeringkan,  sehingga  menimbulkan jamur dengan aroma bau yang sangat menyengat dan tidak higienis.
Pemanfaatan  energi  panas  matahari  yang  digunakan  untuk  proses  pengeringan hasil-hasil  perikanan  masih  menghadapi  berbagai  masalah,  diantaranya  adalah perubahan cuaca dan perubahan musim serta lahan penjemuran yang harus luas.

## 2. Tinjauan Pustaka

## 2.1 Teori Pengeringan
Ikan  merupakan  salah  satu  sumber  zat  gizi  penting  bagi  proses  kelangsungan hidup  manusia.  Salah  satu  faktor  yang  menetukan  nilai  jual  ikan  dan  hasil  perikanan yang  lain  adalah  tingkat  kesegarannya,  mutunya,  tahan  lama,  dan  tidak  cepat membusuk.
Pengeringan  merupakan  cara  pengawetan  ikan  dengan  mengurangi  kadar  air pada  tubuh  ikan  sebanyak  mungkin.  Tubuh  ikan  mengandung  56-80  %  air,  jika kandungan  air  ini  dikurangi,  maka  metabolisme  bakteri  terganggu  dan  akhirnya  mati. Pada  kadar  air  40%  bakteri  sudah  tidak  dapat  aktif,  bahkan  sebagian  mati,  namun sporanya  masih  tetap  hidup.  Spora  ini  akan  tumbuh  dan  aktif  kembali  jika  kadar  air meningkat.  Oleh  karena  itu,  ikan  hampir  selalu  digarami  sebelum  dilakukan pengeringan
kadar  air  maksimum  untuk  ikan  kering  yang  disyaratkan  Standar  Nasional Indonesia (SNI) 01-2721-1992 adalah 40 %.  Penelitian menunjukkan bahwa kadar ikan kering  terbaik  adalah  20%  Hasil  analisis  mikrobiologi  pada  sampel  di  laboratorium menunjukkan  bahwa  ikan  yang  dihasilkan  tidak  mengandung  kapang  dan  Echerichia coli.

## A. Pengeringan Efek Rumah Kaca
Faktor  yang  mempengaruhi  proses  pengeringan  terbagi  menjadi  dua  golongan, yaitu faktor yang berhubungan dengan udara pengeringan dan faktor yang berhubungan dengan  sifat  bahan  yang  dikeringkan.  Faktor  yang  berhubungan  dengan  udara pengeringan adalahsuhu udara, debit aliran dan kelembaban udara pengering, sedangkan faktor yang berhubungan dengan sifat bahan adalah bentuk, ukuran, kadar air, ketebalan bahan yang dikeringkan.

## B. Energi Pembakaran Biomassa
Biomassa  merupakan  bahan  organik  hasil  dari  proses  fotosintesis  baik  berupa produk  maupun  buangan.  Pemanas  tambahan  dengan  bahan  bakar  biomassa  dalam sistem pengeringan merupakan bentuk usaha untuk mempertahankan suhu ruangan pada tingkat  tertentu  yang  diinginkan,  disesuaikan  dengan  keadaan  bahan  serta  keadaan cuaca disekitar system pengeringan. Keuntungan dari penggunaan biomassa diantaranya adalah  murah,  mudah  didapat,  dan  emisi  yang  ditimbulkan  bisa  ditekan.  Energi  panas dilepaskan dalam proses pembakaran dan diukur sebagai nilai kalori.

## 2.2 Kebutuhan Kalor Pengeringan
Masa  air  dalam  ikan  adalah  banyaknya  air  yang  terkandung  dalam  ikan  dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
M 1 = W b x M ib
Dimana:
W b = Kadar air ikan basah (%)
M ib = Masa ikan basah  kg)
Masa  air  yang  diuapkan  merupakan  banyaknya  air  yang  harus  dikurangi  dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
M 2 = (W b – W k ) x M ib
Dimana:
W k = Kadar air ikan kering (%)
M ib = Masa ikan basah (kg)
Selanjutnya  masa  daging  ikan  dapat  dihitung  dengan  menggunakan  persamaan berikut ini:
M 3 = (100% - W b ) x M i
Dimana:
W b = Kadar air ikan basah (%)
M ib = Masa ikan basah (kg)
Untuk  menurunkan  masa  air  dalam  ikan  sampai  batas  tertentu  harus  dilakukan dengan  penguapan  ada  beberapa  langkah  yang  harus  dilakukan  untuk  mendapatkan kalor yang dibutuhkan untuk penguapan air dalam ikan.
Kalor untuk memanaskan air dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: Q k1 = M 1 .Cp air .(Tp – Tu)
Dimana:
M 1 = masa air dalam ikan (kg)
Cp ai r = kalor spesifik air ( kkal/kg 0 C)
Tp = Temperatur ruang pengering ( 0 C)
Tu = Temperatur udara luar ( 0 C)
Kalor  untuk  menguapkan  air  (Q k2 )  dapat  dihitung  dengan  persamaan  sebagai berikut:
Q k2 = M 2 .L air
Dimana:
M 2 = masa air yang harus diuapkan (kg)
L air = kalor laten  (kkal/kg 0 C)
Kalor  untuk  menaikan  suhu  ikan  dapat  dihitung  dengan  persamaan  sebagai berikut:
Q k3 = M 3 .Cp ikan .(Tp – Tu)
Dimana:
M 3 = masa daging ikan (kg)
Cp ikan = kalor spesifik kJ/kg K
Tp = temperatur keluar ( 0 C)
Tu = 3temperatur masuk ( 0 C)
Kalor yang dibutuhkan untuk penguapan air dalam ikan adalah:
Q k = Q k1 + Q k2 + Q k3
Dimana :
Q k1 = kalor untuk memanaskan air (kJ)
Q k2 = kalor untuk menguapkan air (kJ)
Q k3 = kalor untuk menaikan suhu ikan (kJ)
Kerugian kalor pada ruang pengering dapat  dihitung dengan persamaan berikut ini:
Dimana:
k = Konduktipitas termal ( W/m.K) A = Luas alat pengering ( m 2 )
D x = tebal bahan ( m)
ΔT = perubahan temperatur ( o C)
Kerugian  kalor  pada  ruang  pemanas  dapat  dihitung  dengan  persamaan  berikut ini:
Dimana:
k = Konduktipitas termal ( W/m.K)
A = Luas alat pengering ( m 2 )
Dx = tebal bahan ( m)
Kerugian pada ventilasi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini:

## Qrd3 = N.V.Spht.ΔT
Dimana:
N = Perubahan volume udara
V = Volume ruang pengering  (m 2 )
Spht = Kalor spesifik udara  (kJ/m 3 K)
ΔT = Perubahan temperatur ( o C)
Didalam  alat  pengering  ikan  terdapat  udara,  udara  didalam  ruang  pengering harus dipanaskan dihitung sebagai berikut:
Kalor untuk memanaskan udara dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Qu = m udara .Cp udara .(Tp – Tu)
Dimana:
M udara = Masa udara  (kg)
Cp udara = Kalor spesifik (kJ/kg.K)
Tp = Temperatur ruang pengering ( o C)
Tu = Temperatur udara masuk ( o C)
Masa udara dihitung dengan persamaan:
M udara = Vi.ρ udara
Dimana : ρ udara = Masa jenis udara (kg/m 3 )
V=  Volume ruang pengering (m 2 )

## 2.3 Perhitungan luas kolektor
Didalam atat pengering ikan kolektor merupakan komponen yang sangat penting Perhitungan kalor untuk kolektor dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
total
Kolektor Q Qi  Dimana:
ɳ kolektor = Efesiensi kolektor
Q Total = Kalor keseluruhan alat pengering ikan  (kJ)
Kebutuhan luas kolektor dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:
i Qi A I 
Dimana:
Q Total = Kalor keseluruhan alat pengering ikan  (kJ)
I        = Intensitas radiasi matahari (kJ)
2.4 Penurunan kadar air komolatif
Perhitungan  komolatif  peurunan  kadar  air  dalam  ikan  dapat  dihitung  dengan persamaan berikut:
Dimana:
h = Koefesien perpindahan panas kalor uap
A = Luas permukaan pengering
Ts = Suhu permukaan ikan n  = Waktu pengeringan ke-n

## 2.5 Alat Penukar Kalor

## A. Laju perpindahan panas yang diterima oleh fluida
Laju perpindahan panas aliran yang diterima oleh fluida
. .( ) t t Qc m Cp Tco Tci  
Dimana:
Cp t = Kalor spesifik (J/kg.K)
m t =  Laju aliran masa fluida (kg/s)
Tco = Temperatur fluida keluar ( o C)
Tci = Temperatur fluida masuk ( o C)

## B. Beda temperatur rata rata logaritmik
Bagi  konfigurasi  aliran  searah  temperatur  rata-rata  logaritmik,  ΔLMTD diberikan pada persamaan:
1 2 LMTD ln( 1 / 2)
T T T T       
Dimana:
1 Perubahan temperatur 1 ( ) o T C  
2 Perubahan temperatur 2 ( ) o T C

##  

## C.Luas penampang total
Jumlah tube (N) yang dibutuhkan bagi spsifikasi desain ini dapat diperoleh dari persamaan luas permukaan perpindahan panas total, Atotal
Senentara  itu  luas  perpindahan  panas  dapat  dihitung  dari  persamaan  laju pertukaran energy panas didalam alat penukar kalor
Dimana:
U = Koefesien global (W/m 2 K)
A = Luas penampang total (m 2 )
Do = Diameter dalam tube

## D . Diameter Shell
Diameter shell dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
2 ( ) 0.637 o o CL A PR d Ds CTP L 
Dimana:
A o = Luas penampang perpindahan panas (m 2 )
CL = Susunan tube ( 0 C) d o = Diameter tube (m)
L = Panjang tube (m) CTP = Aliran fluida dalam tube

## PR = Jarak anrat tube (m)

## E. Koefesien perpindahan panas aliran dalam tube,
Koefesien perpindahan panas aliran dalam tube , dihitung dengan
t t i i Nu k h d 
Dimana:
k t = Konduktivitas termal(W/m.K) di = Diameter  mdalam tube (m)

## F. Koefesien perpindahan panas didalam shell
Koefesien  perpindahan  panas  fluida  yang  mengalir  dibagian  shell  atau permukaan luar pipa ho dapat di estimasi besarnya melalui persamaan berikut:
1/3 0.36 Re 0.55 Pr s o s s e k h D 
Dimana:
Re s Reynol dsdisisi shell  Diameter eqipalen (m) De 
Pr s = Bilangan brindel

## G. Koefesien perpindahan panas global
Koefesien  global  perpindahan  panas  bagi  kedua  aliran  didalam  alat  penukar kalor dapat gihitung dengan persamaan berikut:
ln 1 1 1 o o i o o i i d d d d U h h d k
        

## H. NTU
Dengan  menggunakan  data  pada  table  termodinamika  alat  penukar  kalor digunakan data panas spesifik pada alat penukar kalor
min . U A NTU C  Dimana: 2
U 2.05 Koefesien perpindahan panas global (W/m ) K  A Luas penampang shell (m) 

## I. Menentukan efektifitas.
Untuk  menghitung  efektifitas  alat  penukar  kalor  dapat  dilakukan  dengan persamaan berikut ini:
0.22 0.22 exp( . .( ) 1 exp .( ) NTU C NTU E C NTU           

## J. Daya fan
Untuk  mengalirkan  gas  buang  ke  alat  pengering  membutuhkan  alat  semacam kipas atau fan sehingga dapat mengalirkan udara panas. Daya fan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dobawah ini:
. . fan Q mt Cpt Tt  
Dimana:
m t =Laju aliran masa fluida dingin (kg/s)
Cp t = Kalor spesifik (J/kg.K)

## 2.6 Radiasi  Surya
Penggunaan energi surya meliputi pengaturan kedudukan permukaan pengumpul (kolektor)  pada  berbagai  sudut  dengan  bidang  horizontal.Pengukuran  radiasi  pada permukaan  horizontal  sudah  banyak  dilaksanakan,  sedangkan  pada  permukaan  bidang miring  harus  dilakukan  perhitungan.  Harga  deklenasi  dihitung  dengan  persamaan berikut
284 23.45 sin 360. 360 n   
Dimana:
n = hari dari tahun yang bersangkutan
Deklenasi  adalah  sudut  yang  dibentuk  oleh  matahari  dengan  bidang  equator,  ternyata berubah  sebagai  akibat  kemiringan  bumi,  dari  +23.45o  musim  panas  (21  Juni)  ke  - 23.45o dimusim dingin (21 Desember).  Untuk sudut Zenit dihitung dengan persamaan berikut:
sin cos cos cos Cos       
Dimana :
ϕ  =  Tempat/lokasi ω =  sudut jam optimal
Sehingga harga I bT dihitung dengan persamaan berikut :
sin sin( ) cos( ) cos sin sin cos cos cos bT I           
    
Dimana:
ϕ =  Tempat/lokasi ω =  sudut jam optimal
Kemiringan kolektor  
Untuk sudut Zenit ( θz ) dihitung dengan persamaan berikut:
cosθ Z = sin δ sin ϕ + cos δ cos ϕ cos ω
Dimana:
Φ = Lokasi /tempat δ = deklenasi
ω = Sudut jam optimal
Selanjutnya dihitung sudut Azimut dengan menggunakan persamaan:
sin sin cos z cos cos sin A z    
   

## 2.7 Desain Eksperimen Faktorial
Desain eksperimen full factorial . Desain eksperimen ini mengkombinasikanseluruh  level  dengan  jumlah  faktornya  tanpa  terkecuali.  Hal  ini bertujuan agar hasil percobaan yang diperolehbenar-benar valid.EksperimenEksperimen faktorial  adalah  suatu  desain  eksperimendimana  seluruh  level  dari  suatu  faktor dikombinasikandengan  seluruh  level  dari  faktor-faktor  lainnyaEksperimen  faktorial digunakan untuk menyelidikisecara bersamaan efek beberap afaktor berlainan.Jika ada a level  dari  faktor  A  dan  b  level  dari  faktor  B,maka  terdapat  axb  kombinasi perlakuan.Misal  dalam  eksperimen  terdapat  2  faktor,  terdiri  atas  4  level  dan  3  level, maka diperoleh eksperimen factorial sejumlah 4x3

## 3. Metodologi Penelitian

## 3.1 Alur Penelitian
Mulai Stadi literatur dan identifikasi masalah
Perhitungan : 1. Dimensi  Kolektor 2. Dimensi ruang pengering 3. Dimensi APK Optimal Desain yang dipilih Selesai Ya Tidak Optimasi menggunakan metode full factorial exsperimen terhadap: 1. Dimensi kolektor 2. Dimensi ruang pengering
3. Dimensi APK
Gambar 3.1 Alur Penelitian
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  metode full  facktorial  eksperimen yaitu  mengkombinasi  tertentu  dari  factor-faktor  desain  yang  akan  menghasilkan  suatu kondisi desain yang paling optimal
Dalam  hal  ini  perhitungan  desain  akan  dilakukan  secara  acak  dengan  harga masing-masing  faktor.  Dari  hasil  rangkaian  perhitungan  dengan  kondisi  desain  yang berbeda-beeda  kemudian  akan  di  identifikasi  kondisi  desain  dan  dimensi  alat  yang paling  optimal.Dengan  menggunakan full  factorial  eksperimen dibuatlah  tabel  yang memuat jumlah variabel/paktor dari eksperimen dan level yang berkaitan.
Tabel 3.1 Variabel bebas dan level eksperimen optimasi L bT
Tabel 3.2 Variabel bebas dan level eksperimen optimasi dimensi APK
Selanjutnya  dari  perhitungan  desain  yang  dilakukan  secara  acak  dengan  harga masing-masing  faktor.    Dari  hasil  rangkaian  perhitungan  dengan  kondisi  desain  yang berbeda-beda dicermati mana yang menunjukan kondisi desain yang paling optimal.
Gambar 3.2 Desain pengering

## 4. Hasil Dan Pembahasan
Tabel 4.1 Hasil kondisi desain dengan full factorial eksperimen L bT
Dari  hasil  rangkaian  perhitungan  dengan  kondisi  yang  berbeda-beda  kolektor didesain dengan kemiringan 10 o adalah yang terbaik memberikan luas kolektor 8,236 m 2
Tabel 4.2 Penurunan kadar air
Gambar 4.1  Hubungan masa yang diuapkan dengan lama  pengeringan

## 4.4 Perhitungan Alat Penukar Kalor
Tabel 4.4  Hasil kondisi desain dengan full factorial eksperimen APK
Dari  perhitungan  desain  yang  dilakukan  secara  acak  dengan  harga  masing- masing  faktor.  Dari  hasil  rangkaian  perhitungan  dengan  kondisi  desain  yang  berbeda- beeda dicermati bahwa koefesien perpindahan panas global alat penukar kalor, dan NTU tertinggi,  maka  kondisi  desain  yang  paling  optimal  yaitu  kondisi  desain  dengan menggunakan diameter tube 0,028 m panjang tube 0.7 m Susunan tube 60 o dan PR 1,5 memberikan 35 tube dan diameter shell 0,27 m.

## 5. Kesimpulan
Berdasarkan  perhitungan  dan  analisa  yang  telah  dilakukan  dapat  disimpulkan bahwa:
1. Desain  koletkor  surya  yang  paling  optimal  yaitu  didesain  dengan  kemiringan 10 o , memberikan sudut Zenit 16 o , sudut Azimut 86 o dan luas kolektor 8,76 m 2
2. Desain  ruang  pengering  yang  paling  optimal  yaitu  didesain  dengan  kecepatan udara  1,9  m/s,  lebar  ruang  pengering  1,7  m  dan  luas  ruang  pengering  2,89  m 2 memberikan penurunan kadar air komolatif 6,67 kg/h
3. Desain  APK  yang paling optimal  yaitu didesain  dengan diameter tube 0.028 m panjang tube 0,7 m Susunan tube 60 o , Pr 1,5  jumlah tube 35  dan diameter shell 0,27 m.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Arismunandar,W.1995 Teknologi Rekayasa Surya. PT. Pradnya Pramita, Jakarta
2. Afrianto, eddy.2006. Pengawetan dan pengolahan ikan.
3. Ai  Rukmini,2006.  Perencanaan  Dan  Uji  Alat  Penukar  Kalor  Tipe Counter  Flow . Insitut Pertanian Bogor
4. Ekadewi,  A.  Handoyo.  Desain  Dan  Pengujian  Sistem  Pengrtinmg  Ikan  Bertenaga Surya. Unipersitas Kristen Petera
5. Frank Kreith, William Z. 1990. Basic Heat Transfer American. Harper And Row
6. Khalid,  Anhar.  2012.  Optimasi  Desain  Alat  Pengering  Ikan  Air  Tawar  Dengan Kapasitas 20 Kg Memanfaatkan Tenaga Surya. Universitas Pancasila
7. Puteri,    Reanny  Eka.  Pemberdayaan  Nelayan  Di  Pesisir  Jambak  Kota  Padang Melalui Interuduksi Mini Solar Drayer Dalam Usaha Pengering Ikan.
8. Puteri,    Reanny  Eka.2013.Intruduksi Mini  Solar  Drayer Untuk  Pemberdayaan Nelayan Dalam Usaha Pengering Ikan Di Bungkus  Teluk Kambung Kota Padang.
9. Riansyah,Angga.2013.  Pengaruh  Perbedaan  Suhu  Dan  Waktu  Pengeringan Terhadap Karakteristik Ikan Asin Sepat Siam. Universitas Sriwijaya.
10. Yogesh  Jaluaria.  2008. Design  And  Optimation  Of  Thermal  Sytems .Prancis.CRC Press
11. Zulfri,  Muhammad.2012.  Kajian  Eksperimental  Sistem  Pengering Hybrid Energy Surya Biomasa Untk Pengering Ikan. Universitas Syiah Kuala Banda Aceh.