1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Berbagai cara dapat dilakukan untuk pengambilan air dari suatu bahan padat

seperti pengeringan, evaporasi, dan sebagainya. Tujuan pengambilan air ini adalah

untuk pengawetan bahan makanan, rasa (flavour) dari aslinya. Pada proses ini,

dipilih operasi pengeringan dengan udara panas. Operasi tersebut banyak dilakukan

di industri-industri makanan. Salah satu keuntungan proses pengeringan adalah rasa

dari bahan tidak rusak dan kandungan zat dalam bahan tetap.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang, telah dipilih metode pengeringan untuk proses

pengambilan air dalam bahan padat. Pada percobaan ini akan diselidiki mengenai

waktu pengeringan, menentukan “critical moisture centent” dan menentukan tray

yang efektif.

1.3 Tujuan

1. Mampu menyebutkan dan menjelaskan cara kerja dari alat pengering.

2. Mampu menjelaskan variabel-variabel operasi dalam pengeringan.

3. Mampu mengoperasikan alat.

4. Mampu mengambil data-data percobaan secara jujur dan mengolahnya.

5. Dapat menentukan critical moisture content pada zat padat yang

dikeringkan di dalam dryer.

6. Membuat grafik antara moisture content zat padat dengan kecepatan

pengeringan (drying rate dari zat yang dikeringkan).

I.4 Manfaat

1. Dapat mengetahui tray yang efektif pada tray dryer.

2. Dapat mengetahui waktu dan temperatur pengeringan yang efisien.

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengeringan

Pengeringan adalah operasi yang sangat kompleks yang melibatkan

perpindahan panas transien dan massa bersama dengan beberapa tingkat proses,

seperti transformasi fisik atau kimia yang pada gilirannya dapat menyebabkan

kualitas dalam produk serta mekanisme panas dan perpindahahan massa. Perubahan

fisik yang mungkin terjadi meliputi penyusutan (shrinkage), penggembungan

(puffing), kristalisasi, transisi kaca (glass transition). Dalam beberapa kasus,

diinginkan atau tidak diinginkan reaksi kimia atau biokimia mungkin terjadi

menyebabkan perubahan warna, tekstur, bau atau properti lain dari produk padatan.

Dalam pembuatan katalis, misalnya kondisi pengeringan dapat menghasilkan

perbedaan yang signifikan dalam aktivitas katalis dengan mengubah luas permukaan

internal.

Pengeringan terjadi dengan penguapan cairan dengan memberikan panas

pada bahan baku basah. Seperti disebutkan sebelumnya, panas mungkin disediakan

oleh konveksi (pengeringan langsung), dengan konduksi (kontak atau dengan

pengeringan tidak langsung), radiasi atau volumetris dengan menempatkan bahan

basah dalam bidang frekuensi mikro atau radio elektromagnetik. Lebih dari 85%

pengeringan industri adalah jenis konvektif dengan udara panas atau gas pembakaran

langsung dengan media pengeringan. Lebih dari 99% dari aplikasi melibatkan

penghilangan air. Semua mode kecuali dielektrik (microwave dan frekuensi radio)

memasok panas pada batas objek pengeringan sehingga panas harus berdifusi ke

padat terutama oleh konduksi. Cairan harus berjalan ke batas materi sebelum

diangkut pergi oleh gas pembawa (atau oleh aplikasi vacuum untuk pengeringan

non-konvektif)

Transportasi uap cair dalam padatan dapat terjadi oleh salah satu atau lebih

dari mekanisme transfer massa berikut :

- Difusi cair, jika padatan basah pada suhu di bawah titik didih cairan.

3

- Difusi uap, jika cairan menguap dalam bahan.

- Knudsen difusi, jika pegeringan dilakukan pada suhu dan tekanan yang sangat

rendah, misalnya dalam pengeringan beku.

- Difusi permukaan ( mungkin walaupun tidak terbukti)

- Perbedaan tekanan hidrostatik ketika laju penguapan internal melebihi laju

transportasi uap melalui padatan ke lingkungan.

- Kombinasi dari mekanisme diatas.

2.2. Laju Pengeringan

Berdasarkan pada pengeringan padatan basah pada kondisi pengeringan

yang tetap. Dalam kasus yang paling umum, setelah periode awal penyesuaian,

kadar air basis kering x menurun secara linier dengan waktu, seiring dengan

dimulainya penguapan. Hal ini dilanjutkan dengan penurunan non linier pada X

hingga waktu tertentu, setelah selang waktu yang sangat lama, padatan mencapai

keseimbangan kadar air, X* dan proses pengeringan pun berhenti. kadar air bebas

dapat di definisikan sebagai :

Xf = (X – x*) (2.0)

Penurunan laju pengeringan hingga nol pada Xf = 0

N = (Ms/A) . (dX/dT) atau (Ms/A) . (dXf/dt) (2.1)

Dibawah kondisi pengeringan konstant. Disini, N (Kg.m-2

.h-1

) adalah laju

pengeringan air, A merupakan luas permukaan penguapan (mungkin berbeda dari

luas perpindahan panas) dan Ms adalah massa padatan yang kering. Jika A tidak

deketahui, maka laju pengeringan dapat dinyatakan dalam kg air yang diuapkan per

jam.

Hubungan N vs X (atau Xf) disebut kurva laju pengeringan. Kurva ini

diperoleh berdasarkan kondisi pengeringan yang konstant. Perlu diperhatikan

dalam kondisi nyata, bahan yang kering pada umunya dikontakkan pada kondisi

pengeringan yang berubah (misalnya pada kecepatan relatif gas padat yang berbeda).

Jadi perlu untuk mengembangkan metodologi untuk interpolasi atau eksploitasi data

laju pengeringan yang umum yang menampilkan periode laju.

4

Gambar 2.1. Kurva Batch Pada Kondisi Pengeringan Konstant

Gambar 2.1 menunjukkan kurva laju pengeringan eksternal, dimana N = NC

= konstant. Periode laju konstant diatur sepenuhnya oleh pemanasan eksternal dan

perpindahan massa di sebuah film air pada permukaan penguapan. Periode

pengeringan tidak dipengaruhi oleh jenis material yang sedang dikeringkan.

Banyak makanan dan produk pertanian, bagaimanapun tidak menampilkan

periode laju konstant sama sekali, karena laju perpindahan panas, internal dan massa

menentukan laju alir menjadi terekspose ke permukaan penguapan.

5

Pada periode pengeringan laju konstant, laju pengeringan tidak tergantung pada

kandungan kebasahan. Selama periode ini, zat cair ini sedemikian basah sehingga

terdapat suatu film kontinyu pada keseluruhan permukaan, dan air itu berprilaku seakan-

akan tidak ada zat padat disitu. Jika zat padat itu tidak berpori, air yang keluar dalam

periode ini terutama adalah air permukaan yang terdapat pada permukaan zat. Dalam zat

padat berpori kebanyakan air yang dikeluarkan pada periode laju konstant berasal dari

bagian dalam (interior) zat padat. Penguapan dari bahan berpori berlangsung menurut

mekanisme yang sama seperti penguapan dari thermometer cembul basah pada dasarnya

adalah suatu pengeringan laju konstant. Dalam keadaaan dimana tidak ada radiasi atau

perpindahan kalor konduksi melalui kontak langsung dengan permukaan panas, suhu zat

padat tersebut selama periode laju konstant adalah cembul basah udara.

Selama periode laju konstant laju pengeringan per satuan luas Rc dapat ditaksir

dengan ketelitian yang memadai dari korelasi-korelasi yang dikembangkan untuk

evaporasi dari permukaan zat cair bebas. Perhitungan bisa didasarkan atas perpindahan

massa persamaan 22 atau perpindahan kalor persamaan 23, sebagai berikut :

mu = (2.2)

m = (2.3)

dimana : mu = luas penguapan

A = luas permukaan

hy = koefisien perpindahan kalor

Mu = bobot molekul uap

T = suhu gas

Ti = suhu antarmuka

y = fraksi mol

yi = fraksi mol uap pada antarmuka

Xi = kalor laten pada suhu Ti

Bila udara itu mengalir sejajar dengan permukaan zat padat, koefisien

6

perpindahan kalor dapat ditaksir dengan dimensional.

hy = 0,0128 G0,8

(2.4)

dimana : hy = koefisien perpindahan kalor

G = kecepatan massa, lb/ft2.jam

Bila aliran itu tegak lurus terhadap permukaan, persamaan itu adalah :

hy = 0,37 G0,37

(2.5)

laju perpindahan konstan Rc adalah :

Rc = Mv/A = hy (T-Ti) / λ (2.6)

Dalam kebanyakan situasi ini sebagaimana disinggung terdahulu, suhu Ti

dapat diandaikan sama dengan udara cembul basah. Bila radiasi dari lingkungan

panas serta konduksi dari permukaan padat yang berada dengan kontak dengan bahan

itu tidak dapat diabaikan, maka suhu pada antarmuka itu akan lebih besar dari suhu

cembul basah, yi akan bertambah besar, dan laju pengeringan sesuai dengan persamaan

22 akan meningkat pula mengikutinya. Metode untuk menafsir efek-efek ini sudah ada.

2.3 Sorption Isoterm

Parameter yang menyatakan menyatakan berapa banyak air yang ada dalam

suatu padatan adalah kadar air uap (x). Kadar uap air ini bisa dinyatakan dalam 2

kondisi, yang pertama adalah kadar uap air basis kering (Xbk), merupakan rasio

antar berat air dibagi dengan berat padatan kering adalah :

(27)

Bila kadar uap air dinyatakan dalam basis basah (Xbb) maka

(28)

Hubungan antara adalah

7

Gambar 2.2. Kurva Sorption Isoterm

2.4 Pengering Rak

Sebuah contoh pengering tampak ditunjukkan pada gambar 2.2. Pengering ini

terdiri dari sebuah ruang dari logam lembaran yang berisi dua buah sisi mendukung rak

rak. Setiap rak mempunyai sejumlah talam dangkal, kira-kira 30 inchi2

dan tebal 2

sampai 6 inchi, yang penuh dengan bahan yang akan dikeringkan. Udara panas

disirkulasikan pada kecepatan 7 sampai 15 ft/sekon diantara talam dengan bantuan

kapas C dan motor D, mengalir melalui panas E. Sekat-sekat G membagikan udara

itu secara seragam diatas susunan talam tadi. Sebagian udar basah diventilasikan

keluar melalui pemasuk A. Rak-rak itu disusun diatas roda truck I, sehingga pada akhir

siklus pengeringan truck itu dapat ditarik keluar dari kaar dan dibawa ke stasiun

penumpahan talam.

Pengeringan talam sangat bermanfaat bila laju produksi kecil. Alat ini dapat

digunakan untuk mengeringkan segala macam bahan, tetapi karena memerlukan

tenaga kerja pemuatan dan pengosongan, biaya operasinya agak mahal. Alat ini biasanya

diterapkan untuk pengeringan bahan-bahan bernilai tinggi seperti zat warna dan zat

farmasi. Pengeringan dengan sirkulasi udara menyilang lapisan zat padat biasanya

lambat, dan siklus pengeringan pun panjang yaitu antara 4 sampai 48 jam per tumpak.

8

Gambar 2.3 Alat Pengering rak

9

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Bahan dan Alat

a) Bahan

Sampel (ditentukan saat pretest)

b) Alat

Tray batch dryer

Oven

Timbangan

Cawan porselen

Stopwatch

Pisau

3.2 Variabel

Variabel tetap : jenis sampel

Variabel berubah : suhu, temperature, dan luas permukaan sampel

3.3 Gambar alat utama

Alat yang digunakan

1. Alat pengering ( tray dryer)

2. Alat pemanas sebagai sumber udara panas ( electrical heater)

Kedua alat ini dihubungkan satu sama lain dengan pipa agar udara panas dapat

masuk pada ruang tray dryer. Tray dryer terdiri dari 4 tray yang diisi zat padat yang

akan dipanaskan dan diletakkan dalam ruang tray drayer tersebut. Alat tersebut

sebagai berikut :

10

Gambar 3.1. Alat pengering : Try batch dryer

Perlengkapan lain yang dibutuhkan

1. Timbangan yang teliti

2. Krus porselen lengkap dengan tutup

3. Sendok pengambilan sampel

4. Oven atau furnace untuk penguapan

3.5 Respon

Suhu dan bahan yang digunakan

3.5 Data yang diperlukan

Massa bahan

3.6 Prosedur percobaan

Pengeringan Pada Tray batch dryer

1. Siapkan bahan yang akan dikeringkan.

2. Siapkan alat tray batch dryer dan atur suhu hingga konstan pada suhu yang telah

ditentukan.

11

3. Pengisian bahan kedalam tray dengan susunan potongan 4x4 buah.

4. Operasi pengeringan dilakukan dengan menimbang sampel pada tiap tray untuk

memperkirakan jumlah air yang menguap setiap interval waktu 5 menit selama

45 menit. Pada saat bahan dikeluarkan dari alat tray dryer dan ditimbang,

stopwatch dihentikan dan dihidupkan kembali saat bahan dimasukan kembali ke

alat tray dryer.

5. Setelah selesai, hasil percobaan dianalisa dan diambil kesimpulan.

Analisa Kadar Air

1. Menimbang 20 gram bahan yang akan dianalisa sebelum proses pengeringan.

2. Memasukkan bahan kedalam cawan porselen, lalu cawan beserta bahan

dimasukkan kedalam oven dengan suhu 1100C sampai kering lalu ditimbang.

3. Hitung selisih berat bahan awal dan akhir serta didapat kadar air.

Tabel 3.1. Format tabel hubungan Drying time (hour) dengan Total moisture

content (lb)

No Drying time (hour) Total moisture content (lb)

4. Membuat tabel waktu, moisture rata-rata dalam kecepatan pengeringan.

Tabel 3.2. Format tabel hubungan Waktu, kandungan air rata-rata dan drying rate

No Waktu Kandungan air rata-rata (lb/lb) Drying rate (lb/hour.ft3

)

5. Dari hasil pengolahan data diatas, kemudian digambarkan grafik hubungan

antara drying rate dengan moisture contant.

12

DAFTAR PUSTAKA

Badger, W.L. and Banchero, J.T. Introduction to chemical engineering. Treyball.

R.E. Mass transfer operation.

Tatang, Hidayat dkk. 1991. Pengeringan lada hitam dengan alat pengering tipe

bak. Balai

Harianto dan Tazwir. 2008. Studi teknik pengeringan gelatin ikan dengan alat

pengering kabinet. Badan Pasca panen dan Bioteknologi Kelautan dan

Perikanan.

Meria, Eka dan Nazripah. 2010. Drying equipment : try dryer, spray dryer dan drum

dryer.