INNOVATIVE: Journal Of Social Science Research Volume 3 Nomor 4 Tahun 2023 Page 2366-2380 E-ISSN 2807-4238 and P-ISSN 2807-4246
Website: https://j-innovative.org/index.php/Innovative
Perancangan Dan Simulasi Alat Pengering Opak Ketan Tipe Rak Kapasitas 1,5 Kg/Jam Menggunakan Komputasi Dinamika Fluida
Didiek Pudianto Mubarok 1 ✉ , Reza Setiawan 2 , Ratna Dewi Anjani 3
(1) Mahasiswa Universitas Singaperbangsa Karawang
(2) Dosen Teknik Mesin Universitas Singaperbangsa Karawang (3) Dosen Teknik Mesin Universitas Singaperbangsa Karawang Email : pudiantodidiek@gmail.com 1 ✉

## Abstrak
Teknologi tepat guna yang dapat menyelesaikan proses pengeringan Opak jika terjadi kendala dalam proses  pengeringan  konvensional  yaitu  menggunakan  sinar  matahari.  Diharapkan  dengan  adanya perancangan  dan  simulasi  alat  pengering  opak  ketan  tipe  rak  kapasitas  1,5  kg/jam  menggunakan komputasi  dinamika  fluida  para  pegiat  UMKM  dapat  mengatasi  permasalahan  yang  dapat menghambat proses produksi tersebut. Metode yang dipakai dalam penelitian ini adalah penelitian dan  pengembangan  atau  dalam  bahasa  Inggrisnya  Research  and  Development  adalah  metode penelitian  yang  digunakan  untuk  menghasilkan  produk  tertentu,  dan  menguji  keefektifan  produk tersebut. Hasil bentuk  rancangan alat pengering opak  ketan tipe rak  dengan kapasitas 1,6 kg dan untuk kadar air yang harus di hilangkan 73,5 gram di setiap raknya dengan menyisakan 4% dari setiap opak. Menggunakan diagram psikometri di dapatkan nilai laju aliran massa fluida yaitu 10,8 kg/s dan kalor  yang  dibutuhkan  untuk  mengeringkan  opak  yaitu  622,375 𝑘𝑗 / 𝑠 sehingga  daya  heater  yang dibutuhkan sebesar 180 watt. Dan material yang digunakan yaitu stainless steel dan baja. Maka di dapatkan desain rancangan alat pengering opak ketan tipe rak. Hasil simulasi yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa temperature 50 C dapat mengurangi 310 gram kadar air dalam waktu 1 jam. Untuk hasil produk opak ketan sesuai dengan perancangan dan simulasi dibutuhkan waktu 1 jam 18 menit untuk mengurangi kadar air sebesar 367 gram agar sesuai dengan kadar air yang diharapkan. Kata Kunci : Dinamika fluida, diagram, psikometri, massa fluida

## Abstract
Appropriate  technology  that  can  complete  the  Opak  drying  process  if  there  are  problems  in  the conventional drying process, namely using sunlight. It is hoped that by designing and simulating a rack-type opaque glutinous rice dryer with a capacity of 1.5 kg/hour using fluid dynamics computation, MSME activists can overcome problems that can hamper the production process. The method used in this research is research and development or in English Research and Development is a research method used to produce certain products, and test the effectiveness of these products. The results of the design of a shelf-type opaque opaque drying device with a capacity of 1.6 kg and for the water content that must be removed are 73.5 grams in each rack, leaving 4% of each opaque. Using the psychometric diagram, the value of the mass flow rate of the fluid is 10.8 kg/s and the heat needed to dry the opaque is 622.375 𝑘𝑗 / 𝑠 so the required heater power is 180 watts. And the materials used are stainless steel and steel. Then we get the design of a shelf-type opaque opaque drying device. The results of the simulations that have been carried out can be concluded that a temperature of 50 C can reduce  310  grams  of  water  content  within  1  hour.  For  the  results  of  opaque  sticky  rice  products according to the design and simulation, it takes 1 hour 18 minutes to reduce the water content by 367 grams to match the expected water content.
Keywords: Fluid dynamics, diagrams, psychometry, fluid mass

## PENDAHULUAN
UMKM pangan di Provinsi Jawa Barat tumbuh  subur. Salah satu diantaranya adalah UMKM industri makanan seperti kerupuk dan keripik. Khususnya seperti UMKM yang terletak di daerah Karawang kecamatan Cibuaya desa Pajaten yang memproduksi Opak Ketan sejenis dengan kerupuk. Dalam pembuatan bahan baku Opak hingga siap untuk di konsumsi terdiri atas tiga proses utama yaitu pembuatan, pengeringan dan pembakaran. Proses pengeringan opak  ketan  pada  saat  ini  masih  dilakukan  secara  konvensional,  yaitu  dilakukan  di  tempat terbuka dan bergantung dengan sinar matahari.
Proses  pengeringan  akan  maksimal  apabila  matahari  2  bersinar  terang  tanpa  cuaca mendung  ataupun  hujan.  Apabila  keadaan  cuaca  mendung  atau  hujan,  maka  proses pengeringan  opak  ketan  menjadi  terhambat  dan  dapat  menyebabkan  penurunan  kualitas. Maka yang akan terjadi adalah terhambatnya proses produksi Opak yang akan menurunkan tingkat  penjualan  para  UMKM  Opak.  Kekurangan  pengeringan  konvensional  tersebut diperkuat  oleh  pernyataan  [1],  bahwa  panas  yang  fluktuatif  mampu  menurunkan  kualitas bahan pangan yang dikeringkan dan memerlukan area terbuka yang luas untuk melakukan proses  pengeringan  bahan  pangan.  Untuk  menanggulangi  permasalahan  yang  ada  pada UMKM  Opak,  dalam  penelitian  kali  ini  dibutuhkannya  teknologi  tepat  guna  yang  dapat
menyelesaikan  proses  pengeringan  Opak  jika  terjadi  kendala  dalam  proses  pengeringan tersebut  seperti  yang  sudah  disebutkan.  Diharapkan  dengan  adanya  perancangan  dan simulasi alat pengering opak ketan  tipe  rak kapasitas 1,5 kg/jam menggunakan komputasi dinamika fluida para pegiat UMKM dapat mengatasi permasalahan yang dapat menghambat proses produksi tersebut.

## METODE PENELITIAN
Metode penelitian dan pengembangan atau dalam bahasa Inggrisnya Research and Development adalah metode penelitian yang digunakan untuk menghasilkan produk tertentu, dan  menguji  keefektifan  produk  tersebut.  Untuk  menghasilkan  produk  tertentu  digunakan penelitian yang bersifat analisis kebutuhan dan untuk menguji keefektifan produk tersebut supaya  dapat  berfungsi  di  masyarakat  luas,  maka  diperlukan  penelitian  untuk  menguji keefektifan  produk  tersebut.  Peneliti  melakukan  penelitian  terlebih  dahulu  untuk mengumpulkan sejumlah data yang dibutuhkan selanjutnya dilakukan pengembangan sistem dan melakukan pengujian dan evaluasi terhadap sistem yang dibuat. Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode R&D (Research and Development) karena hasil akhir penelitian ini akan menghasilkan produk alat pengering tipe rak.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan Kadar Air Opak
Massa opak yang dikeringkan sebesar 336 gram tiap rak dengan kandungan air sebesar 25%, kandungan opak tanpa air dengan kadar air basah ditentukan besar:
Sehingga kandungan air pada opak dengan kadar air basah adalah:
𝑀𝑐 𝑤𝑏 = 25% × 336 𝑔𝑟
𝑀𝑐 𝑤𝑏 = 84 𝑔𝑟𝑎𝑚
Sedangkan kadar air kering untuk opak ketan yang diijinkan adalah 415%. Maka kadar air yang harus dilepaskan opak basah ke udara kering adalah:
Sehingga kadar air yang harus dihilangkan tiap rak adalah:
𝑀 𝑎 = 84 𝑔𝑟 − 10,5 𝑔𝑟
𝑀 𝑎 = 73,5 𝑔𝑟𝑎𝑚
Proses  pengeringan  opak  memerlukan  waktu  pemanasan  selama  60  menit  sesuai  dengan design awal. Maka laju aliran air opak yang diserap adalah:

## Perhitungan Kalor Jenis Pada Opak Ketan
Menghitung  kalor  jenis  dilakukan  untuk  mendapatkan  nilai  perubahan  energi  yang terima  oleh  heater  terhadap  kadar  air  opak.  Nilai  kalor  jenis  di  dapat  berdasarkan  data parameter yang telah di tentukan. Berikut ini ialah perhitungannya:
𝑄 ̇ 𝑜𝑝𝑎𝑘 = 1906,9 𝑘𝑗
Maka jumlah energi yang digunakan ialah 1906,9 𝑘𝑗
Simulasi Menggunakan Psikometrik
Dari data perancangan awal maka di dapatkan sifat dari diagram psikometrik yang akan digunakan untuk menentukan perhitungan pengkondisian udara di dalam ruang pengering.
Dari diagram psikometrik diatas maka di dapatkan nilai dari kondisi 1 dan kondisi 2.

## Tabel 1. Hasil parameter diagram psikometrik kondisi 1
Kondisi 1 Quantity Value Units P.Ambient 101325 Pa T.Dry.Bulb 30 °C Humid.Ratio 18.041 g/kg(d.a) Rel.Humid 67.003 % T.Wet.Bulb 25.001 °C T.Saturation 24.949 °C Enthalpy 76.273 kJ/kg(d.a) P.Vapour 2856.181 Pa P.Sat.Vapour 4246.03 Pa Spec.Heat 1.029 kJ/(kg.K) Spec.Volume 0.884 m^3/kg(d.a) Density 1.152 kg/m^3

## Tabel 2. Hasil parameter diagram psikometrik kondisi 2
Kondisi 2 Quantity Value Units P.Ambient 101325 Pa T.Dry.Bulb 50 °C Humid.Ratio 65.628 g/kg(d.a) Rel.Humid 78 % T.Wet.Bulb 45.621 °C T.Dew 45.082 °C T.Saturation 45.588 °C Enthalpy 220.352 kJ/kg(d.a) P.Vapour 9670.901 Pa P.Sat.Vapour 12349.856 Pa Spec.Heat 1.073 kJ/(kg.K) Spec.Volume 1.012 m^3/kg(d.a) Density 1.053 kg/m^3

## Laju Aliran Massa
Untuk menghitung laju aliran massa fluida pada opak menggunakan persamaan berikut
𝑄 = 𝑚 ̇ 𝑎 ( ℎ 2 − ℎ 1 )
Diketahui kalor Q = 1906,9 kj dan untuk nilai entalpi di dapat dari diagram psikometrik dengan nilai h 1 = 76 kj/kg, h 2 = 220 kj/kg , maka untuk menghitung laju aliran massa fluida ialah sebagai berikut
Maka untuk laju aliran massa uap air adalah

## Menghitung luas lingkaran pada blower
Untuk nilai 𝜌 = 1,152 𝑘𝑔 / 𝑚 3 pada diagram psikometrik kondisi 1 dan kecepatan 8 m/s. Dengan asumsi bahwa nilai A merujuk pada luas lingkaran. Namun untuk menghitung luas lingkaran (A) dapat dihitung dengan 𝐴 = 𝜋𝑟 2 . Jadi, kita bisa menggantikan A dalam persamaan di atas dengan 𝜋𝑟 2 .
𝑚 ̇ 𝑎 = 𝜌 . 𝜋𝑟 2 . 𝑉
Maka untuk nilai r adalah
Jadi, dengan data yang diberikan nilai radius (r) = 0,256 meter atau 25,6 cm Menghitung Perubahan Massa Pada Opak
Pada  perhitungan  perubahan  massa  pada  opak  dihitung  dari  laju  aliran  massa  air dengan temperature 50°C.
Gambar 1. Perubahan massa
Menentukan Daya Heater
Saat pemanas dinyalakan, terjadi kehilangan panas yang dapat menyebabkan kinerja pemanas tidak mencapai tingkat optimal. Untuk memastikan bahwa kinerja pemanas sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan, langkah yang diambil adalah menghitung efisiensi pemanas tersebut.

## 𝑃 = 529,6 𝑊𝑎𝑡𝑡
Maka untuk daya heater yang digunakan untuk mengeringkan opak sebesar 530 Watt. Efisiensi heater
Saya menggunakan pemanas listrik dengan daya 600 watt yang menghasilkan daya 530 watt. Maka, efisiensi pemanas tersebut dapat dihitung sebagai berikut.
Jadi, dengan daya masukan 600 watt dan daya keluaran 530 watt, pemanas listrik yang Anda gunakan memiliki efisiensi sekitar 88.33%.

## Perpindahan Panas
Dalam proses perpindahan panas pada mesin pengering terdapat dua perpindahan panas yaitu dari blower ke heater
Perpindahan  panas  konveksi  eksternal  dapat  dihitung  dengan  menggunakan persamaan dasar konveksi, yang dikenal sebagai Persamaan Hukum Pendinginan Newton:
Pertama-tama, kita perlu menghitung koefisien perpindahan panas konveksi (h)   1.
Menghitung  :
2. Menghitung Prandtl
0,701
3. Menghitung Nu menggunakan korelasi Dittus-Boelter:

## 4. Menghitung h menggunakan hubungan
5. Menghitung luas permukaan (A)
Diketahui P = 0,18m dan L = 0,30 m. Luas permukaan objek yang terpapar oleh udara adalah 4 kali luas permukaan sisi yang sama.

## 6. Menghitung
7. Menghitung Q menggunakan persamaan 𝑄 = ℎ . 𝐴 . ∆ 𝑇
𝑄 = 9,37 𝑊 / 𝑚 2 𝐾 . 0,216 𝑚 2 .20 𝐾
𝑄 = 39.986 𝑊
Dari data diagram psikometrik diatas di dapatkan nilai laju aliran massa udara dan laju aliran massa air sebagai berikut :
• Laju aliran massa udara
• Laju aliran massa air
ṁ v = 0,0851 kg/s Dari perhitungan laju aliran massa diatas, maka dapat dihitung perpindahan
• Perpindahan panas air
panas pada system yaitu :     Perpindahan panas udara

## Menghitung Q Loss pada dinding pengering
1. Menghitung
2. Menghitung Re:
3. Menghitung Nu dan h
4. Menghitung luas dinding A
5. Menghitung Q
Maka total Q loss pada dinding adalah
𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 = 𝑄 1,2 + 𝑄 3,4 + 𝑄 5
𝑄 𝑙𝑜𝑠𝑠 = −481,3 𝑊

## Menentukan speksifikasi heater
Maka untuk model heater yang digunakan adalah FINNED HEATER W denga spesifikasi:
Diameter pipa = 11 mm Stenliss Stell + Fin Sirip. Diameter drat nepel standart = 16 mm. P ( Panjang U ) = 300 mm. T ( Terminal baut + ring isolator ) = 20 mm. LT ( Lebar Terminal ) = 200 mm, 220 Volt 600 watt .

## Proses 3D Modelling
Pada  proses 3d modelling konsep
alat    ditentukan    berd asarkan hasil perhitungan perencanaan yang di desain menggunakan software inventor.
Pengerjaan  dilakukan  secara  bertahap  dimulai  dari  pembuatan  box  pengering,  box pemanas, sudu pengarah dan pembuatan rangka alat pengering.
Gambar 2. 3D alat pengering tipe rak
Gambar 3. 2D alat pengering tipe rak
Berikut  spesifikasi  alat  pengering  opak  ketan  yang  direncanakan  dalam  tahap perancanaan.

## Tabel 3. Spesifikasi alat pengering
Nama Bagian Keterangan Ruang pengering    850 mm x 502 mm x 602 mm Rak pengering 5 lapis Ruang pemanas 312 mm x 302 mm x 302 mm Rangka penyangga 850 mm x 560 mm x 900 mm

## Pengujian Simulasi Laju Aliran
Parameter dalam simulasi meliputi suhu dan bahan masukan, serta berbagai faktor lainnya  sebagaimana  ditampilkan  dalam  Tabel  berdasarkan  hasil  simulasi  penelitian sebelumnya.

## Tabel 5. Parameter input
Parameter Hasil Temperature 50 o C Kecepatan Inlet I 8 m/s Area Inlet 0,0324 m Berat Molekul udara    0,00028 kg/mol Berat molekul air terhadap udara kering 0,622 kg/mol Letak Region kadar air X = 0.68 m. 1.6 m. Y = 0.13 m. 0.14 m.
Y = 0.21 m. 0.22 m. Y = 0.3 m. 0.31 m. Y = 0.4 m. 0.41 m. Y = 0.45 m. 0.46 m. Densitas opak 21,392 Kg/m3
Pada pengujian ini mencari laju pengeringan menggunakan kecepatan 8 m/s dan suhu 50 o C, yang akan di lakukan adalah parameter parameter pada tabel tersebut.
Tampilan suhu udara dalam pengering disajikan dalam bentuk plot kontur. Kontur suhu memperlihatkan nilai suhu udara dalam ruang pengering seperti yang diperlihatkan
oleh gambar. Kontur suhu dengan potongan pertengahan pada Gambar 8 menunjukkan ilustrasi perubahan udara didalam ruang pengering pada hasil simulasi bedasarkan iterasi 250.
Gambar 4. Temperatur 60 o C Running
Aliran udara dalam ruang pengering berasal dari lubang inlet yang dilengkapi dengan blower ( fan).
Gambar 5. Kontur temperatur 50 o C Convergen
Gambar 6. NIlai pada temperatur 50 o C akhir.
Gambar  9  menampilkan  kontur  suhu  setelah  mencapai  konvergensi,  yang menunjukkan distribusi suhu udara di dalam ruang pengering dengan rata- rata sekitar 56 ˚C. Berdasarkan variabilitas warna pada kontur suhu, mayoritas area pengering ditandai dengan warna merah, kuning, dan hijau.
Hal  ini  mengindikasikan  bahwa  di  dalam  model  ruang  pengering    terdapat  udara dengan suhu yang relatif seragam. Kemudian agar mendapat nilai yang di cari tampilan pada volume
fraction untuk mendapatkan kecepatan waktu yang di inginkan pada saat pengeringan.
Gambar 7. Kontur objek temperatur 50 ˚C running
Pada gambar 4.4. terlihat adanya volume opak pada rak yang terbawa oleh aliran udara sampai mencapai batas iterasi 100, menunjukan bahwa ketelitian software ansys belum secepat software anaslisys lain, tetapi sudah baik karena mendapatkan nilai kadar air yang diinginkan.

## Gambar 8. Kontur objek temperatur 50 C convergen
Gambar 9. NIlai kadar air temperatur 50 C
Hasil  simulasi  diatas  menunjukan  adanya  penurunan  kadar  air  opaj  senilai 0,0000862 kg/s di karenakan residual 1e-05 merupakan jumlah nilai yang harus di capai karena untuk mendapat hasil ketelitian yang sempurna pada perhitungan, maka nilai ke efektifitasnya adalah.
Mencari kadar air yang dikeringkan kita dapat menghitung adalah
Sehingga  waktu  kecepatan  pengering  dalam  pengurangan  kadar  air  ikan maksimal  367,5  gram  dengan  kadar  air  4-10%  terdapat  pada  perhitungan perancangan.
Sehingga dalam waktu 1 jam menjadi batas waktu efektifitas pada alat tersebut.

## SIMPULAN
Berdasarkan hasil perhitungan pada perancangan alat pengering opak ketan maka di dapatkan hasil perhitungan sebagai berikut.
1. Hasil bentuk rancangan alat pengering opak ketan tipe rak dengan kapasitas 1,6 kg dan untuk kadar air yang harus di hilangkan 73,5 gram di setiap raknya dengan menyisakan 4% dari setiap opak. Menggunakan diagram psikometri di dapatkan nilai laju aliran massa fluida yaitu 10,8 kg/s dan kalor yang dibutuhkan untuk mengeringkan opak yaitu 622,375 𝑘𝑗 / 𝑠 sehingga  daya  heater  yang  dibutuhkan  sebesar  180  watt.  Dan  material  yang digunakan  yaitu  stainless  steel  dan  baja.  Maka  di  dapatkan  desain  rancangan  alat pengering opak ketan tipe rak.
2. Hasil  simulasi yang telah  dilakukan  dapat disimpulkan bahwa temperature  50 C dapat mengurangi 310 gram kadar air dalam waktu 1 jam.
3. Untuk  hasil  produk  opak  ketan  sesuai  dengan  perancangan  dan  simulasi  dibutuhkan waktu 1 jam 18 menit untuk mengurangi kadar air sebesar 367 gram agar sesuai dengan kadar air yang diharapkan.

## DAFTAR PUSTAKA
Rahbini, Heryanto, B. Rachmat, and E. I. Rhofita, “Rancang Bangun Alat Pengering Tipe Rak Sistem Double Blower,” Pros. Sentia, vol. 8, pp. 6 – 10, 2016.
A. Nur, P. Gali, and S. Nurcahya Manda, “Analisa dan Perancangan Aplikasi
Pembelajaran Bahasa Inggris Dasar Berbasis Android,” vol. 32, no. 2, pp. 58– 65, 2020.
Y. Purba Sari, “RANCANG BANGUN APLIKASI PENJUALAN DAN PERSEDIAAN DI KOTA PRABUMULIH,” vol. 1, no. 1, pp. 81– 88, 2017.
R. Gunawan, A. M. Yusuf, and L. Nopitasari, “Rancang Bangun Sistem
Presens i Mahasiswa Dengan Menggunakan Qr Code Berbasis Android,” vol. 14, no. 1, pp. 47– 58, 2021.
L. P. Mahardhika, S. P. Lestari, Y. Bow, S. Pengajar, T. Energi, and P. Negeri,
“RANCANG BANGUN ALAT PENGERING TIPE TRAY DENGAN MEDIA UDARA PANAS DITINJAU DARI  LAMA  WAKTU  PENGERINGAN  TERHADAP  EXERGI  PADA  ALAT  HEAT EXCHANGER THE DESIGNING OF TRAY DRYER BY HOT AIR  BASED ON DRYING,” vol. 7, pp. 5 – 9, 2016.
Yuliantika and Sudarti, “Mekanisme Beberapa Mesin Pengering Pertanian Mechanism Of Some Agricultural Dryer Mac hinery,” vol. 4, no. 1, 2022.
Y. Lestari, “Pebandingan Kerja Alat Pengeringan Tipe Spray Dryer dan
Freeze Dryer dalam Proses Pengeringan Bahan Berbentuk Cair,” J. Ilm. Kohesi, vol.
3, no. 3, pp. 96 – 99, 2019.
S. Effendy, A. Syarif, Zulkarnain, R. R. Setiady, and M. A. A. Kholik,
“KAJIAN  PROTOTIPE  ROTARY  DRYER  BERDASARKAN  KECEPATAN  PUTARAN  SILINDER PENGERING DAN LAJU ALIR UDARA TERHADAP EFISIENSI THERMAL PENGERINGAN BIJI JAGUNG STUDY OF ROTARY DRYER PROTOTYPE BASED ON THE
REVOLUTIONS OF THE DRYER AND AIR FLOW RATE TOWARDS
THE THERM,” vol. 9, no. 02, pp. 43– 49, 2018.
F. H. Napitupulu and P. M. Tua, “Perancangan dan dengan Tipe Cabinet
Dryer untuk Kapasitas 9 kg Per- Siklus,” J. Din., vol. 2, no. 10, pp. 8 – 18, 2012,
A. Andristian, Basito, and E. Widowati, “Kajian karakteristik sensoris dan fisiko kimia opak ketan (Oryza sativa glutinosa) yang difortifikasi dengan kacang hijau (Vigna radiata L.),” J. Teknosains Pangan, vol. 3, no. 1, pp. 39 –
48, 2014, [Online]. Available: www.ilmupangan.fp.uns.ac.id
T. L. Bergman, A. S. Lavine, F. P. Incopera, and D. P. Dewitt, Introduction to Heat Transfer. John Wiley & Sons, Inc., 2011.
T. K. Marpaung, A. H. Sianturi, and J. A. Siagian, “Rancangan Alat/Mesin
Pengering Kopi Menggunakan Blower Panas,” RODA J. Pendidik. dan Teknol.
Otomotif, vol. 2, no. 1, p. 35, 2022, doi: 10.24114/roda.v2i1.30917.
M. Huda and D. D. Saputro, “Analisis Aliran Udara Pada Ruang Pengering Low Temperature Dryer Dengan Simulasi CFD,” J. Inov. Mesin, vol. 3, no.
2, pp. 35 – 43, 2021, doi: 10.15294/jim.v3i2.52798.