PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA LAPORAN TRAY DRYER Laporan ini disusun untuk diajukan sebagai tugas mata kuliah laboratorium Teknik Kimia Dosen Pembimbing : Emma Hermawati, Ir., MT
Disusun oleh: Kelompok VII Aldi Muhamad Ramdani
141411002
Khoirin Najiyyah Sably
141411015
Muhammad Naufal Syarief
141411019
Ummi Kultsum Ratu Luhrinjani 141411030
Kelas: 2A
Tanggal Praktikum
: 21 Maret 2016
Tanggal Penyerahan Laporan
: 28 Maret 2016
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2016
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG MASALAH Kendala dalam hal peningkatan produksi salah satunya oleh proses pengeringan,
karena
masih
mengandalkan
sinar
matahari.
Sehingga
ketergantungan pada kondisi iklim saat pengeringan, menjadikan persoalan tersendiri. Ini mengakibatkan tidak bisa mengoptimasi kapasitas produksi,karena proses pengeringan tergantung pada intensitas cahaya matahari, yang memerlukan tempat yang sangat luas. Selain itu hiegenis dari suatu produk juga menjadi hal yang kurang diperhatikan dengan pengeringan yang mengandalkan matahari. Dengan kasus seperti diatas, maka dengan semakin majunya suatu sistem pemprosesan pada industri proses dalam mendukung proses produksi telah terdapat berbagai bentuk alat pengering. Alat-alat pengering tersebut antara lain tray dryer,screen conveyor, tower dryer, rotary dryer dryer dan spray dyer (Geankoplis). Mengingat pentingnya proses pengeringan dalam proses produksi, maka dilakukan praktikum yang berjudul “TRAY DRYER” agar mahasiswa Teknik Kimia POLBAN dapat mengetahui lebih lanjut mengenai alat pengering berdasarkan jenis bahan dan klasifikasi pengeringan.
1.2 TUJUAN
Menentukan kandungan air kritik(Xc)
Menentukan laju pengeringan konstan(Rc)
Menentukan kandungan air kesetimbangan (X*)
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 PENGERINGAN Pengeringan merupakan proses pengurangan kadar air suatu bahan hingga mencapai kadar air tertentu. Dasar proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air bahan ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Agar suatu bahan dapat menjadi kering, maka udara harus memiliki kandungan uap air atau kelembaban yang lebih rendah dari bahan yang akan dikeringkan (Trayball E.Robert, 1981). Pengaturan suhu dan lamanya waktu pengeringan dilakukan dengan memperhatikan kontak antara alat pengering dengan alat pemanas baik itu berupa udara panas yang dialirkan maupun alat pemanas lainnya. Tujuan pengeringan antara lain : 1. Agar produk dapat disimpan lebih lama. 2. Mempertahankan daya fisiologik bahan 3. Mendapatkan kualitas yang lebih baik, 4. Menghemat biaya pengangkutan. (Mc. Cabe . 1999) Menurut Brooker, et al., (1974), beberapa parameter yang mempengaruhi waktu yang dibutuhkan dalam proses pengeringan, antara lain : a) Suhu Udara Pengering Laju penguapan air bahan dalam pengeringan sangat ditentukan oleh kenaikan suhu. Bila suhu pengeringan dinaikkan maka panas yang dibutuhkan untuk penguapan air bahan menjadi berkurang. Suhu udara pengering berpengaruh terhadap lama pengeringan dan kualitas bahan hasil pengeringan. Makin tinggi suhu udara pengering maka proses pengeringan makin singkat. Biaya pengeringan dapat ditekan pada kapasitas yang besar jika digunakan pada suhu tinggi, selama suhu tersebut sampai tidak merusak bahan. b) Kelembaban Relatif Udara Pengering Kelembaban udara berpengaruh terhadap pemindahan cairan dari dalam ke permukaan bahan. Kelembaban relatif juga menentukan besarnya tingkat
kemampuan udara pengering dalam menampung uap air di permukaan bahan. Semakin rendah RH udara pengering, maka makin cepat pula proses pengeringan yang terjadi, karena mampu menyerap dan menampung uap air lebih banyak dari pada udara dengan RH yang tinggi. Laju penguapan air dapat ditentukan berdasarkan perbedaan tekanan uap air pada udara yang mengalir dengan tekanan uap air pada permukaan bahan yang dikeringkan. Tekanan uap jenuh ini ditentukan oleh besarnya suhu dan kelembaban relatif udara. Semakin tinggi suhu, kelembaban relatifnya akan turun sehingga tekanan uap jenuhnya akan naik dan sebaliknya. c) Kecepatan Aliran Udara Pengering Pada proses pengeringan, udara berfungsi sebagai pembawa panas untuk menguapkan kandungan air pada bahan serta mengeluarkan uap air tersebut. Air dikeluarkan dari bahan dalam bentuk uap dan harus secepatnya dipindahkan dari bahan. Bila tidak segera dipindahkan maka air akan menjenuhkan atmosfer pada permukaan bahan, sehingga akan memperlambat pengeluaran air selanjutnya. Aliran udara yang cepat akan membawa uap air dari permukaan bahan dan mencegah uap air tersebut menjadi jenuh di permukaan bahan. Semakin besar volume udara yang mengalir, maka semakin besar pula kemampuannya dalam membawa dan menampung air di permukaan bahan. d) Kadar Air Bahan Pada proses pengeringan sering dijumpai adanya variasi kadar air bahan. Variasi ini dapat dipengaruhi oleh tebalnya tumpukan bahan, RH udara pengering serta kadar air awal bahan. Hal tersebut dapat diatasi dengan cara : (1) mengurangi ketebalan tumpukan bahan, (2) menaikkan kecepatan aliran udara pengering, (3) pengadukan bahan. Pengeringan yang terlampau cepat dapat merusak bahan, oleh karena permukaan bahan terlalu cepat kering sehingga kurang bisa diimbangi dengan kecepatan gerakan air di dalam bahan yang menuju permukaan bahan tersebut. Adanya pengeringan cepat menyebabkan pengerasan pada permukaan bahan, selanjutnya air di dalam bahan tersebut tidak dapat lagi menguap karena terhambat. Dalam pengeringan, keseimbangan kadar air menentukan batas
akhir dari proses pengeringan. Kelembaban udara nisbi serta suhu udara pada bahan kering biasanya mempengaruhi keseimbangan kadar air. Pada saat kadar air seimbang, penguapan air pada bahan akan terhenti dan jumlah molekul - molekul air yang akan diuapkan sama dengan jumlah molekul air yang diserap oleh permukaan bahan. Laju pengeringan amat bergantung pada perbedaan antara kadar air bahan dengan kadar air keseimbangan. Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan semakin cepat pindah panas ke bahan dan semakin cepat pula penguapan air dari bahan. Pada proses pengeringan, air dikeluarkan dari bahan dapat berupa uap air. Uap air tersebut harus segera dikeluarkan dari atmosfer di sekitar bahan yang dikeringkan. Jika tidak segera keluar, udara di sekitar bahan pangan akan menjadi jenuh oleh uap air sehingga memperlambat penguapan air dari bahan pangan yang memperlambat proses pengeringan.
2.2 KANDUNGAN AIR KESETIMBANGAN Pengeringan suatu bahan umumnya dilakukan menggunakan cara pengontakkan dengan campuran udara-uap air. Udara yang digunakan berjumlah besar sehingga kondisinya dapat dianggap tetap. Pengontakkan yang lama akan menghasilkan kandungan air dalam padatan mencapai nilai tertentu, yang disebut kandungan air kesetimbangan pada H dan T udara tertentu. Kandungan air kesetimbangan untuk beberapa jenis padatan bergantung dari arah mana kesetimbangan didekati. Kandungan air kesetimbangan karena bahan penyerap air akan berbeda dengan kandungan air kesetimbangan karena bahan basah dikeringkan.
2.3 MEKANISME PENGERINGAN Mekanisme pengeringan diterangkan melalui teori tekanan uap. Air yang diuapkan terdiri dari air bebas dan air terikat. Air bebas berada di permukaan dan yang pertama kali mengalami penguapan. Bila air permukaan telah habi, maka terjadi migrasi air dan uap air dari bagian dalam bahan secara difusi. Migrasi air dan uap terjadi karena perbedaan tekanan uap pada bagian dalam dan bagian luar bahan (Handerson dan Perry, 1976).
Sebelum proses pengeringan berlangsung, tekanan uap air di dalam bahan berada dalam keseimbangan dengan tekanan uap air di udara sekitarnya. Pada saat pengeringan dimulai, uap panas yang dialirkan meliputi permukaan bahan akan menaikkan tekanan uap air, teruatama pada daerah permukaan, sejalan dengan kenaikan suhunya. Pada saat proses ini terjadi, perpindahan massa dari bahan ke udara dalam bentuk uap air berlangsung atau terjadi pengeringan pada permukaan bahan. Setelah itu tekanan uap air pada permukaan bahan akan menurun. Setelah kenaikan suhu terjadi pada seluruh bagian bahan, maka terjadi pergerakan air secara difusi dari bahan ke permukaannya dan seterusnya proses penguapan pada permukaan bahan diulang lagi. Akhirnya setelah air bahan berkurang, tekanan uap air bahan akan menurun sampai terjadi keseimbangan dengan udara sekitarnya. Selama proses pengeringan terjadi penurunan suhu bola kering udara, disertai dengan kenaikan kelembaban mutlak, kelembaban nisbi, tekanan uap dan suhu pengembunan udara pengering. Entalpi dan suhu bola basah udara pengering tidak menunjukkan perubahan sebagaimana yang ditunjukkan Gambar 1.
Gambar 1. Kurva Psikometrik Proses Pengeringan
Menurut Henderson dan Perry (1976), proses pengeringan mempunyai dua periode utama yaitu periode pengeringan dengan laju pengeringan tetap dan periode pengeringan dengan laju pengeringan menurun. Kedua periode utama
ini dibatasi oleh kadar air kritis. Pada periode pengeringan dengan laju tetap, bahan mengandung air yang cukup banyak, dimana pada permukaan bahan berlangsung penguapan yang lajunya dapat disamakan dengan laju penguapan pada permukaan air bebas. Laju penguapan sebagian besar tergantung pada keadaan sekeliling bahan, sedangkan pengaruh bahannya sendiri relatif kecil. Laju pengeringan akan menurun seiring dengan penurunan kadar air selama pengeringan. Jumlah air terikat makin lama semakin berkurang. Perubahan dari laju pengeringan tetap menjadi laju pengeringan menurun untuk bahan yang berbeda akan terjadi pada kadar air yang berbeda pula. Pada periode laju pengeringan menurun permukaan partikel bahan yang dikeringkan tidak lagi ditutupi oleh lapisan air. Selama periode laju pengeringan menurun, energi panas yang diperoleh bahan digunakan untuk menguapkan sisa air bebas yang sedikit sekali jumlahnya. Laju pengeringan menurun terjadi setelah laju pengeringan konstan dimana kadar air bahan lebih kecil daripada kadar air kritis. Periode laju pengeringan menurun meliputi dua proses yaitu : perpindahan dari dalam ke permukaan dan perpindahan uap air dari permukaan bahan ke udara sekitarnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Hubungan Kadar Air dan Waktu Pengeringan dengan Menggunakan Udara sebagai Media Penghantar Panas
Data yang diperoleh dari percobaan pengeringan batch biasanya berupa berat total pada berbagai waktu. Data tersebut dikonversi menjadi laju pengeringan dengan langkah berikut ini. 𝑋𝑡 =
𝑊 − 𝑊𝑠 𝑘𝑔 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟 = 𝑊𝑠 𝑘𝑔 𝑝𝑎𝑑𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔
Xt = (W – Ws) / Ws = kg air/kg padatan kering Dimana : Xt = kandungan air setiap saat W = berat bahan setiap saat Ws = berat bahan bebas air Untuk kandungan pengeringan konstan, kandungan air kesetimbangan (X*) dalam kg keseimbangan kandungan air per kg padatan kering ditentukan. Kemudian kelembaban air bebas (X) dalam kg air bebas per kg padatan kering dihitung untuk masing-masing harga X X = Xt – X* X diplot terhadap waktu seperti gambar 2. Untuk memperoleh kurva laju pengeringan dari grafik gambar 2, slope dari yang digambarkan pada kurva tersebut dapat dihitung dimana diberikan harga X pada harga t tertentu. Laju R dihitung dengan cara : 𝑅=−
𝐿𝑠 𝑑𝑥 𝐴 𝑑𝑡
Dimana R adalah laju pengeringan dalam kg.H2O/h.m2, Ls (kg) dari padatan kering yang digunakan, dan A menunjukan daerah permukaan untuk pengeringan dalam m2 (Geankoplis, 1993)
2.4 JENIS-JENIS PENGERINGAN Tipe-tipe alat pengering berdasarkan bahan yang akan dipisahkan diklasifikasikan menjadi : 1. Pengering untuk zat padat a. Pengeringan talam (tray dryer) b. Pengeringan conveyor tabir ( screen conveyor dryer) c. Pengering menara (tower dryer) d. Pengering Putar (rotary dryer) e. Pengering conveyor sekrup (screw conveyor dryer)
f. Pengering hamparan fluidisasi (fluid bed dryer) g. Pengering kilat (flash dryer) 2. Pengering larutan dan bubur a. Pengering semprot (spray dryer) b. Pengering film tipis ( thin-film dryer) c. Pengering trombol (drum dryer) (Mc. Cabe. 1999) 2.5 TEMPERATURE BOLA BASAH DAN PENGUKURAN KELEMBABAN Sifat-sifat yang dibahas dan yang terlihat pada grafik kelembaban adalah besaran-besaran statik atau kesetimbangan. Di samping itu, yang terpenting adalah laju perpindahan massa dan kalor antara gas dan zat cair yang tidak berada pada kesetimbangan. Suatu besaran yang bergantung pada kedua laju ini adalah temperature bola basah. Temperatur bola basah adalah suatu temperatur peralihan dari keadaan tak setimbang menjadi keadaan tunak yang dicapai bila suatu massa yang kecil dari zat cair dicelupkan dalam keadaan adiabatik di dalam suatu arus gas yang kontinu. Massa zat cair itu sedemikian kecil dilembabkan dengan fasa gas, sehingga perubahan sifat-sifat gas kecil sekali dan dapat diabaikan sehingga pengeruh proses ini hanya terbatas pada zat cair saja. Metoda pengukuran temperatur bola basah terlihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Prinsip Pengukuran Temperatur Bola Basah (Sumber : akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/.../modul-202pengeringan.pdf)
Sebuah termometer atau suatu piranti pengukur temperatur seperti termokopeldibalut dengan sumbu yang dijenuhkan dengan zat cair murni dan dicelupkan di dalam aliran gas yang mempunyai temperatur tertentu T dan kelembaban ψ. Diasumsikan awalnya temperature zat cair tersebut kira-kira sama dengan gas. Karena gas tidak jenuh, zat cair lalu menguap dan karena proses adiabatik, kalor laten didapatkan dari pendinginan zat cair. Jika temperatur zat cair telah turun sampai di bawah temperatur gas, kalor sensibel akan berpindah dari gas ke zat cair. Akhirnya akan tercapai suatu keadaan kesetimbangan pada temperatur zat cair, dimana kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat cair dan memanaskan uap sampai ke temperatur gas menjadi bersis sama dengan kalor sensible yang mengalir dari gas ke zat cair. Temperatur ini adalah temperatur dalam keadaan tunak, ditandai dengan TW, dan disebut temperatur bola basah. Temperatur ini merupakan fungsi T’ dan ψ. Untuk mengukur temperatur bola basah secara teliti, ada 3 hal yang harus diperhatikan: 1. sumbu harus basah seluruhnya dan tidak ada bagian sumbu yang kering yang kontak dengan gas 2. kecepatan gas harus cukup besar sehingga laju alir kalor radiasi dari lingkungan yang panas ke bola basah itu dapat diabaikan terhadap laju aliran kalor sensible yang disebabkan oleh konduksi dan konveksi dari gas ke bola basah 3. jika harus ditambahkan zat cair pengganti ke bola basah itu, zat cair yang ditambahkan tersebut harus berada pada temperatur bola basah. Bila ketiga hal tersebut dipenuhi, temperatur bola basah tidak akan bergantung pada kecepatan gas dalam rentang laju alir yang cukup luas. Untuk campuran udara-air temperatur bola basah hampir sama dengan tempertur jenuh adiabatik TS. Pada dasarnya temperatur bola basah berbeda dari temperatur jenuh adiabatik.. Pada temperatur jenuh adiabatik, temperatur dan kelembaban gas berubah selama berlangsungnya proses pengukuran dan titik akhirnya adalah suatu kesetimbangan yang tetap dan keadaan tunak yang dinamik. Umumnya bersama dengan termometer yang dibalut sumbat basah digunakan pula termometer tanpa dibalut yang mengukur temperatur T, yaitu temperatur gas nyata. T tersebut dinamakan temperatur bola kering.
2.6 TRAY DRYER
Gambar 4. Skema Tray Dryer (Sumber : akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/.../modul-202pengeringan.pdf) Contoh try dryer ditunjukkan pada Gambar 4. Pengering ini terdiri dari sebuah ruang dari logam lembaran yang berisi dua buah truk yang mengandung rak-rak H. Setiap rak mempunyai sejumlah piringan sebagai penapis tempat bahan yang akan dikeringkan diletakkan. Piringan ini umumnay berukuran 30 in2, dengan ketebalan 2 sampai 6 in. Udara panas disirkulasikan pada kecepatan 7 sampai 15 ft/detik di antara piringan dengan bantuan kipas C dan motor D, mengalir melalui pemanas E. Sekat-sekat G membagi udara tersebut secara seragam di atas susunan talam tadi. Sebagian udara basah diventilasikan keluar melalui talang pembuang B; sedangkan udara segar masuk melalui pemasuk A. Rak-rak itu disusun di atas roda truk I sehingga pada akhir siklus pengeringan truk itu dapat ditarik keluar dari ruang pengering dan dibawa ke bagian akhir untuk off loading bahan yang selesai dikeringkan. Try dryer sangat bermanfaat bila laju produksi bahan kering kecil. Alat ini dapat digunakan untuk mengeringkan segala macam bahan, tetapi karena memerlukan tenaga kerja manual untuk loading dan off loading, biaya operasi agak mahal. Alat ini biasanya diterapkan untuk pengeringan bahan-bahan mahal seperti zat warna dan bahan farmasi. Pengeringan dalam sirkulasi udara menyilang lapisan zat padat biasanya lambat sehingga siklus pengeringan pun panjang, sekitar 4
sampai 48 jam per batch. Terkadang digunakan juga sirkulasi tembus, namun cara ini biasanya tidak ekonomis dan bahan tidak perlu pada pengeringan batch. Pemendekan siklus pengeringan tidak mengurangi biaya tenaga kerja, namun akan terjadi penghematan energi yang cukup signifikan. Try dryer dapat beroperasi dalam vakum, terkadang dengan pemanasan tidak langsung. Masing-masing try terdiri atas pelat-pelat logam bolong yang dilalui uap atau air panas atau terkadang dilengkapi ruang khusus untuk fluida pemanas. Uap dari zat padat dikeluarkan dengan ejektor atau pun pompa vakum. Pengering beku (freeze drying) terdiri dari sublimasi es dari es pada tekanan vakum dan pada temperatur di bawah 0 oC. Freeze drying dilakukan khusus untuk mengeringkan vitamin dan berbagai bahan yang peka terhadap panas.
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 ALAT DAN BAHAN Tabel 1. Alat dan Bahan No. Alat
Bahan
1.
Tray dryer
Buah apel
2.
Termometer basah dan kering
3.
Stopwatch
4.
Cawan pijar
3.2 SKEMA KERJA 3.2.1 Persiapan Mengiris buah apel dengan ketebalan tidak lebih dari 3 mm dengan bentuk kotak
Menimbang berat tray kosong
Meletakan bahan dalam tray dan mengukur luasnya
Memasangkan tray ke dalam penggantungannya
Memasangkan timbangan dan menghubungkan semua koneksi listrik Gambar 5. Skema kerja persiapan
3.2.2 Pengamatan Berat Kering Menimbang cawan pijar
Mengambil sepotong sampel yang sudah diketahui luasnya
Meletakkan sampel di atas cawan pijar dan menimbang beratnya Memanaskan dalam oven dengan suhu 100˚C sampai berat konstan Menimbang berat cawan pijar berisi sampel kering Gambar 6. Skema kerja pengamatan berat kering
3.2.3 Start Up Menyalakan blower
Mengatur temperatur 80˚C
Menyalakan pemanas Gambar 7. Skema kerja start up
3.2.4 Pengamatan Mencatat berat tray setiap 5 menit
Menghentikan pengamatan jika telah teramati berat konstan selama 20 menit berturut-turut Gambar 8. Skema kerja pengamatan
3.2.5 Shut Down Mematikan pemanas, membiarkan blower tetap hidup selama 5 menit Melepaskan tray dan membersihkannya
Mematikan blower Gambar 9. Skema kerja shut down
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
4.1 DATA PENGAMATAN 1. Objek pengamatan a. Jenis sampel
: apel
b. Luas permukaan
: 11,8 m x 14,8 m = 174,64 m2
2. Variabel operasi a. Laju alir udara diukur di keluaran tray dryer b. Set point temperatur pemanas
: meter3/detik : 80 ℃
3. Tray yang dipakai
: atas
4. Kondisi udara lingkungan a. Suhu bola kering
: 26 ℃
b. Suhu bola basah
: 24℃
c. Kelembaban Relatif
: 55 – 93%
5. Pengukuran berat kering solid a. Berat basah sampel
: 5.42 gram
b. Berat kering sampel
: 3.2 gram
c. Temperatur oven
: 100℃
d. % pengeringan
: 61.24%
6. Pengamatan berat dalam tray dryer a. Berat tray kosong
: 190 gram
b. Berat tray awal diisi sampel
: 282,6 gram
c. Berat sampel
: 92,6 gram
Perkembangan berat total sampel dan tray sepanjang waktu sesuai tabel berikut:: Tabel 2. Perkembangan Berat Total Sampel dan Tray Sepanjang Waktu Temperatur Waktu (menit)
Berat tray
Udara masuk (°C) Kering
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140
282,6 281,9 279,7 277,3 275,1 272,4 270,5 269,5 267 265 262,9 261 259,7 258,1 255,7 254,2 253 251,4 249,8 249 247 246 245 244,1 243,2 243 242,4 242 242
25 26 26 27 25 26 26 26 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 26 26 25 26 25 25 26 25 25 25 25,5
Basah 23 24 24 24 24,5 23 23 25 23 23 23 23 23 23 23 23 24 24 24 24 24 23 23 23 23 24 24 23 23
Udara keluar (°C) Kering 26 28 27 30 30 31 30 29 31 31 32 30 30 32 31 31 31 31 30 31 30 31 30 30 30 30 31 30 30
Berat Apel (gram)
Basah 24 24 24 25 27 26 25 27 26 25 26 25 25 26 28 25 27 25 26 26 26 25 24,5 25 26 27 25 24 25
92,6 91,9 89,7 87,3 85,1 82,4 80,5 79,5 77 75 72,9 71 69,7 68,1 65,7 64,2 63 61,4 59,8 59 57 56 55 54,1 53,2 53 52,4 52 52
Kurva 1 100 90
Berat Bersih (gr)
80 70 60 50 40 y = -0.3106x + 90.036 R² = 0.9725
30 20 10 0
0
20
40
60
80
100
120
140
Waktu (menit)
Gambar 10. Kurva Berat Bersih Terhadap Waktu mos (sampel solid basah) = 92,6 gr ↔ a mas (sampel solid kering) = 52 gr ↔ b motray basah = mo tray basah - mo tray kosong = 282,6 -190 = 92,6 gr Perhitungan berat kering bahan Ls
𝑏
= 𝑎 𝑥 𝑚0 tray 52
= 92,6 𝑥 92,6 = 52 gr Pembuatan grafik kadar air terhadap waktu X
= =
𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐵𝑒𝑟𝑠𝑖ℎ 𝐵𝑎ℎ𝑎𝑛−𝐿𝑠 𝐿𝑠 92,6−52 52
= 0,780769231
160
Pembuatan grafik kadar air terhadap waktu Tabel 3. Kadar Air
Waktu (menit)
Berat bersih/berat bahan yang dikeringkan (W) = berat total - berat tray kosong
X (kadar air) Kg H2O/kgUK
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140
92,6 91,9 89,7 87,3 85,1 82,4 80,5 79,5 77 75 72,9 71 69,7 68,1 65,7 64,2 63 61,4 59,8 59 57 56 55 54,1 53,2 53 52,4 52 52
0,780769231 0,767307692 0,725 0,678846154 0,636538462 0,584615385 0,548076923 0,528846154 0,480769231 0,442307692 0,401923077 0,365384615 0,340384615 0,309615385 0,263461538 0,234615385 0,211538462 0,180769231 0,15 0,134615385 0,096153846 0,076923077 0,057692308 0,040384615 0,023076923 0,019230769 0,007692308 0 0
Kurva 2 0.9 0.8 0.7
y = -0.006x + 0.7315 R² = 0.9725
Kadar Air (X)
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1
0
20
40
60
-0.2
80
100
120
140
160
Waktu (menit)
Gambar 11. Kurva Kadar Air Kurva 3 Penentuan Periode Laju Konstan 0.9 0.8 0.7
y = -0.006x + 0.7315 R² = 0.9725
Kadar Air (X)
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1
0
20
40
-0.2
60
80
100
120
140
Waktu (menit)
Gambar 12. Kurva Penentuan Periode Laju Konstan Dari kurva kadar air didapat persamaan linier yaitu : y=-0,006x+0,7315 R² = 0,9725 dengan =
𝑑𝑥 𝑑𝑡
= -0,006x
160
= 174,64 cm2 = 1,74 x 10-2 m2
A tray dryer
maka laju pengeringan Rc
==-
𝐿𝑠 𝐴
𝑑𝑥
.( ) 𝑑𝑡
52 𝑥 10−3 𝑘𝑔 1,74 x 10−2 𝑚2
. (-0,006)
= 0,0179 kg H2O/jam m2 0.0035
R (kg H2O/jam.m2)
0.003 0.0025 0.002 0.0015 0.001 0.0005 0 -0.1
0
0.1 X*
0.2 Xc
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Xt (kg H2O/kg solid)
Gambar 13. Kurva Penentuan Harga Karakteristik
Dari kurva diatas diperoleh 3 harga karakteristik yaitu :
Kandungan air kritik (Xc)
: 0,149
Laju pengeringan konstan (Rc)
: 0,0179 kg H2O/jam m2
Kandungan air kesetimbangan (X*) : 0,158
0.8
0.9
Tabel 3. Tabel Pengamatan Berat Kering T= 50OC Waktu (menit)
Berat Roti dan cawan(gr)
Xt
0
24,07
0,011345
5
24,06
0,010924
10
24,04
0,010084
20
24
0,008403
30
23,97
0,007143
40
23,93
0,005462
50
23,88
0,003361
60
23,88
0,003361
70
23,84
0,001681
80
23,81
0,00042
90
23,8
0
Pada pengamatan Berat Kering berat yang dihasilkan belum konstan sehingga tidak bisa diukur laju pengeringan konstan sampel.
4.2 PEMBAHASAN Pembahasan Oleh Aldi Muhamad Ramdani NIM 141411002 Praktikum yang dilakukan yaitu mengeringkan buah apel dengan tray dryer. Tray dryer merupakan alat yang digunakan untuk mengeringkan berupa bahan lembaran. Lembaran tersebut disimpan pada tray kemudian ditiupkan udara panas pada permukaannya, sehingga air yang terkandung di dalamnya menguap (McCabe, 1999). Bahan yang digunakan yaitu buah apel yang diiris dengan ketebalan kurang dari 3 mm, dan dihamparkan dengan luas 1,74x10-2 m2. Buah apel yang dihamparkan harus tersusun dengan rapat, supaya pengeringan terjadi dengan merata dan supaya saat melakukan perhitungan lebih tepat. Karena jika tidak rapat, maka luas yang terukur pun tidak sesuai dengan kenyataanya. Buah apel diiris tipis bertujuan agar tidak terjadi case hardening yaitu bagian luar keras, sedangkan bagian dalam masih lunak. Hal tersebut bisa tejadi karena bagian luar keras sehingga panas tidak dapat melakukan penetrasi ke dalam bahan, hal ini menyebabkan bahan mudah rusak (Sugiono, 1989).
Proses pengeringan berlangsung sampai berat bahan mengalami konstan, selain itu juga mengukur suhu udara kering dan basah udara masuk dan keluar. Waktu yang diperlukan yaitu 140 menit dengan suhu pengeringan 80℃. Sampel dilakukan pengamatan berat kering dengan hasil 52 gram. Hasil pengamatan secara visual buah apel berubah menjadi berwarna coklat. Warna coklat yang dihasilkan dapat terjadi karena sebelum praktikum dimulai buah apel tidak direndam terlebih dahulu dengan air garam. Hasil pengamatan yang dilakukan yaitu membuat grafik berat bersih, yaitu berat tray dengan bahan dikurangi dengan berat tray kosong, dengan waktu. Gambar 10 menunjukkan semakin lama proses pengeringan semakin kecil berat bersih bahan. Hal tersebut terjadi karena udara panas yang dialirkan blower sehingga udara panas tersebut melintasi permukaan buah apel yang dihamparkan di atas tray. Udara panas tersebut belum akan mencapai kondisi jenuh saat udara panas bersinggungan dengan buah apel. Perbedaan kondisi permukaan padatan dengan fasa ruah, dimana padatan memiliki konsentrasi yang lebih tinggi dari fasa fasa ruah menyebabkan terjadinya gaya dorong perpindahan massa, maka air yang terkandung dalam buah apel akan berpindah ke udara. Gambar 11 menunjukkan semakin lama waktu pengeringan maka semakin kecil pula kadar air dalam buah apel. Hal tersebut terjadi karena berat yang hilang saat proses pengeringan itu adalah air yang terdapat pada buah apel. Sehingga kadar air akan menurun seiiring berkurangnya berat buah apel. Pada saat berat konstan hal tersebut menunjukkan bahwa air yang terkandung dalam buah apel telah berpindah ke udara. Dari data pengamatan dapat dihitung laju pengeringan (R) yang terjadi dengan memasukkan rumus dan didapatkan hasil 0,0179 kgH2O/jam.m2. Hal tersebut menunjukkan setiap 1 jam maka kadar air yang hilang yaitu 0,0179 kgH 20/ m2 Untuk mendapatkan nilai kandungan ari kritik (Xc) dengan plot nilai R pada kurva Xt terhadap R, maka hasil yang didapatkan Xc= 0,0149. Karena kondisi pengeringan tidak mengalami konstan tidak dapat ditentukan dengan rumus X= XtX*, maka nilai kandungan air kesetimbangan (X*) didapatkan dari grafik menurun sebelum nilai Xc, dipatkan hasilnya 0,158.
Pembahasan Oleh Khoirin Najiyyah Sably NIM 141411015 Pada praktikum kali ini dilakukan metode pengeringan menggunakan tray dryer berjenis Parallel Flow Tray. Parallel Flow Tray merupakan satu ruang atau cabinet yang didalamnya tersusun atas rak-rak yang digunakan untuk tempat meletakkan bahan yang akan dikeringkan. Tray dryer jenis ini dilengkapi dengan beberapa komponen utama yang lainnya pemanas (heater), timbangan dan blower. Tujuan dari praktikum tray dryer adalah untuk menentukan kandungan air kritik ( Xc), laju pengeringan (Rc), dan kandungan air kesetimbangan (X*) dari kurva karakteristik pengeringan. Pengeringan adalah proses pemisahan air dalam jumlah yang relatif kecil dari bahan dengan menggunakan energi panas. Hasil dari proses pengeringan adalah bahan kering yang mempunyai kadar air setara dengan kadar air keseimbangan udara (atmosfir). Proses pengeringan pada prinsipnya adalah menurunkan kadar air suatu produk. Cara yang dilakukan dengan menurunkan kelembaban nisbi udara dengan mengalirkan udara panas disekitar bahan, sehingga tekanan uap air pada bahan lebih besar dari pada tekanan uap air di udara. Perbandingan tekanan tersebut akan menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara yang diajdikan sebagai driving force pada praktikum tray dryer ini. Prinsip kerja tray dryer adalah udara masuk ke dalam suatu lorong tertutup dengan bantuan blower, kemudian udara dipanaskan dengan pemanas sehingga udara panas mengenai permukaan suatu bahan. Pemberian panas pada bahan mengakibatkan terjadinya perpindahan panas untuk menguapkan uap air selanjutnya terjadi perpindahan uap air ke udara dimana terjadi perpindahan massa yaitu pengeluaran massa uap air dari permukaan bahan ke udara yang pada satu waktu berat bahan akan konstan yang menunjukkan bahwa air yang terkandung pada bahan mengalami kesetimbangan dengan kelembaban udara. Pada praktikum digunakan sampel buah apel untuk dikeringkan dengan tebal 3 mm dan luas permukaan yang digunakan adalah 174,64 cm 2. Berat keseluruhan sampel dan tray adalah 282,6 gram. Temperature pemanasan menggunakan suhu 80oC dengan bukaan blower penuh. Udara pengeringan akan dialirkan sejajar dengan permukaan tray. Tebalnya isian bahan pada tray akan mempengaruhi waktu pengeringan. Semakin tebal sampel pada tray akan
menyebabkan critical moisture content naik sehingga waktu pengeringan akan bertambah. Temperature basah yang dihasilkan mengalami perubahan tetapi tidak terlalu besar, seharusnya temperature meningkat karena kadar air pada udara meningkat dan menjadi jenuh. Ketika udara bersinggungan dengan sampel, air dalam sampel akan menguap akibat adanya perbedaan konsentrasi air pada sampel dan udara sehingga membuat kadar air pada udara meningkat dan menjadi jenuh. Hal ini dibuktikan dengan temperature basah yang meningkat. Dari percobaan didapat berat kering sampel pada tray sebesar 52 gram. Dari data ini didapatkan nilai Ls sebesar 52 gram. Kemudian dibuat kurva kadar air terhadap waktu diperoleh persamaan linier x = -0,006x + 0,7315. Persamaan ini dijadikan persamaan diferensial yiatu dx/dt = -0,006. Nilai tersebut dimasukkan ke dalam persamaan Rc sehingga diperoleh nilai laju alir pengeringan sebesar 0,0179 kg H2O/jam m2. Kemudian nilai laju alir pengeringan diplotkan pada kurva laju pengeringan (R) terhadap kadar air (X) pada gambar 13 dari kurva diperoleh 3 nilai karakteristik yaitu:
Kandungan air kritik (XC)
: 0,149
Laju pengeringan konstan (Rc)
: 0,0179 kg H2O/jam m2
Kandungan air kesetimbangan (X*) : 0,158 Dari perhitungan diperoleh laju pengeringan konstan sebesar 0,0179 kg
H2O/jam m2 artinya setiap 1 jam banyaknya air yang menguap adalah 0,0179 kg per m2 apel. Dari praktikum ini dapat disimpulan semakin lama waktu yang digunakan dalam pengeringan metode tray dryer, berat sampel akan semakin konstan karena air yang terdapat dalam sampel sudah berada pada keseimbangannya dengan kelembaban udara pengering yang digunakan. Pembahasan Oleh Muhammad Naufal Syarief NIM 141411019 Pada praktikum kali ini praktikan melakukan pengeringan dengan menggunakan tray dryer. Tray dryer merupakan alat pengering yang terdiri atas beberapa komponen yaitu tray, timbangan dan blower. Tujuan dari praktikum ini yaitu untuk menentukan laju pengeringan, menentukan 3 harga karekteristik pengeringan, yakni Xc, Rc dan X* dari kurva karakteristik pengeringan. Pengeringan merupakan proses pengeluaran air atau pemisahan air dalam jumlah yang relatif kecil dari bahan dengan menggunakan energi panas. Proses
pengeringan dilakukan dengan cara penguapan air. Cara ini dilakukan dengan menurunkan kelembaban nisbi udara dengan mengalirkan udara panas di sekeliling bahan, sehingga tekanan uap air bahan lebih besar daripada tekanan uap air di udara. Perbedaan tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara. Pada praktikum pengeringan ini praktikan melakukan praktikum dari jenis Parallel Flow Tray. Parallel flow tray atau disebut compartment dryer terdiri dari satu ruang atau cabinet yang didalamnya tersusun atas rak-rak yang digunakan untuk tempat meletakkan bahan yang akan dikeringkan. Parallel flow tray ini dilengkapi dengan fan atau pemanas uap (steam heater). Alat pengeringan yang kami gunakan dilakukan dengan cara adiabatik, yaitu bahan yang akan dikeringkan dikontakkan secara langsung dengan udara panas. Bahan yang dikeringkan berbentuk sheet (lembaran) yang diletakkakn diatas rak-rak yang dapat diambil dan dipasang kembali. Bahan yang dikeringkan adalah apel yang dibentuk persegi dengan luas permukaan sebesar 1,74 x 10-2 m2 dan berat keseluruhan sampel plus tray adalah 282,6 gram. Udara pengering disirkulasikan dan mengalir parallel atau sejajar dengan permukaan rak. Tebal pengisian bahan, tray spacing dan kecepatan media pengering harus dibuat seragam pada tiap tray. Pengeringan menggunakan tray dryer disebabkan oleh dua proses yaitu kontak bahan dengan udara panas secara konveksi dan kontak bahan dengan tray yang telah panas secara konduksi. Udara panas yang mengalir berasal dari pemanas yang disirkulasikan oleh blower. Pada proses pengeringan, kandungan air yang terdapat dalam bahan akan mengalami penguapan. Penguapan air pada bahan terjadi dalam beberapa tahap yaitu pelepasan ikatan dari bahan, difusi air dan uap air ke permukaan bahan. Selanjutnya terjadi perubahan tahap menjadi uap air, pada tahap ini terjadi perpindahan panas yaitu pemberian panas pada bahan untuk menguapkan uap air selanjutnya terjadi perpindahan uap air ke udara dimana terjadi perpindahan massa yaitu pengeluaran massa uap air dari permukaan bahan ke udara yang pada satu waktu berat bahan akan konstan yang menunjukkan bahwa air yang terkandung pada bahan sudah menguap semua. Pada praktikum ini temperatur basah menunjukan konstan walaupun kadang temperatur meningkat atau menurun tapi perubahannya tidak terlalu besar. Seharusnya temperatur meningkat karena kadar air pada udara meningkat dan
menjadi jenuh, disebabkan karena udara panas yang masuk belum mencapai titik jenuh. Saat udara bersinggungan dengan apel, air dalam apel menguap akibat adanya perbedaan konsentrasi air pada apel dan udara (konsentrasi air pada apel lebih besar dari udara) sehingga membuat kadar air pada udara meningkat dan menjadi jenuh. Hal ini dibuktikan dengan temperatur basah yang meningkat. Dari hasil data percobaan dibuat kurva antara berat dan waktu. Dari pengamatan terlihat bahwa semakin lama berat bahan semakin berkurang, hal ini menunjukan bahwa sedang terjadi proses penguapan dan ada satu waktu dimana berat bahan menjadi konstan hal ini menunjukan bahwa kandungan air yang terdapat pada bahan telah menguap semua. Dan diperoleh pada waktu 140 menit dan seterusnya terlihat berat di dalam tray sudah mulai konstan. Praktikum ini didapatkan nilai Ws (berat kering bahan di tray) sebesar 52 gr. Lalu dibuat grafik berat apel terhadap waktu. Kemudian diperoleh nilai laju pengeringan konstan (Rc), Kandungan air kritik (Xc), dan kandungan air kesetimbangan (X*). Masing-masing 0,0179 kh H2O/jam m2 ; 0,149; dan 0,158. Pembahasan Oleh Ummi Kultsum Ratu L NIM 141411030 Pada prakitkum ini dilakukan proses pengeringan dengan menggunakan tray dryer. Tujuan dari praktikum ini untuk menentukan kandungan air kritik (Xc), menentukan laju pengringan konstan (Rc), dan menentukan kandungan air kesetimangan. Tray dryer merupakan alat pengering yang terdiri atas beberapa komponen,yaitu Tray, Timbangan dan Blower. Tray Dryer atau alat pengering berbentuk rak, mempunyai bentuk persegi dan di dalamnya berisi rak-rak, yang digunakan sebagai tempat bahan yang akan dikeringkan. Bahan diletakkan di atas rak (tray) yang terbuat dari logam dengan alas yang berlubang-lubang. Kegunaan dari lubang-lubang ini untuk mengalirkan udara panas dan uap air. Prinsip kerja alat pengering ini adalah udara pengering dari ruang pemanas dengan bantuan blower akan bergerak menuju dasar rak dan melalui lubang-lubang yang terdapat pada dasar rak tersebut akan mengalir melewati bahan yang dikeringkan dan melepaskan sebagian panasnya sehingga terjadi proses penguapan air dari bahan. Penguapan air pada bahan terjadi dalam beberapa tahap yaitu pelepasan ikatan dari bahan, difusi air dan uap air ke permukaan bahan. Selanjutnya terjadi perubahan tahap menjadi uap air. Pada tahap ini terjadi perpindahan panas
yaitu pemberian panas pada bahan untuk menguapkan uap air. Selanjutnya terjadi perpindahan uap air ke udara dimana terjadi perpindahan massa yaitu pengeluaran massa uap air dari permukaan bahan ke udara yang pada satu waktu berat bahan akan konstan yang menunjukkan bahwa air yang terkandung pada bahan sudah menguap semua. Semakin ke bagian atas rak suhu udara pengering semakin turun. Penurunan suhu ini harus diatur sedemikian rupa agar pada saat mencapai bagian atas bahan yang dikeringkan, udara pengering masih mempunyai suhu yang memungkinkan terjadinya penguapan air. Di samping itu kelembaban udara pengering pada saat mencapai bagian atas harus dipertahankan tetap tidak jenuh sehingga masih mampu menampung uap air yang dilepaskan. Di dalam penggunaan alat pengering ini perlu diperhatikan pengaturan suhu, kecepatan aliran udara pengering, dan tebal tumpukan bahan yang dikeringkan sehingga hasil kering yang diharapkan dapat tercapai. Saat praktikum dicatat berat awal apel sebelum dikeringkan dan dicatat pula berat apel setiap 5 menit. Dari hasil data percobaan dibuat grafik berat bersih terhadap waktu. Pengeringan dengan menggunakan tray dryer ini dilakukan secara adiabatik, yaitu bahan yang akan dikeringkan dikontakkan lagsung dengan udara panas. Driving force dari pengeringan ini adalah perbedaan konsentrasi kelembaban antara udara panas dan bahan yang dikeringkan. Bahan(sample) yang akan dikeringkan adalah apel yang telah diptong hingga berbentuk lembaran-lembaran dengan luas 174,64 cm2 dan ketebalan 3mm. Proses pengeringan dilakukan pada suhu masukan 80oC dan bukaan blower penuh. Dilihat dari grafik berat bersih terhadap waktu, semakin lama pengeringan maka berat bersih semakin menurun. Hal ini menunjukan pengurangan kadar air pada apel. Dari grafik didapat hasil akhir dengan berat bersih yang konstan. Hal ini menunjukkan terjadinya kesetimbangan air pada udara dan apel. Hal terebut menunjukan bahwa apel tidak akan mengering dengan sempurna.
Pada
pengeringan di tray dengan suhu 80 oC didapat % pengeringan sebesar 61,24 % dan didapat kandungan air kesetimbangan (X*) sebesar 0,158.
Kemudian dibuat
kembali grafik kadar air terhadap waktu dari data kadar air yang relatif konstan. Dari data kadar air yang relatif konstan didapat nilai Rc dengan membuat garis
linier dan didapat nilai Laju Pengeringan Konstan (Rc) sebesar 0,0179 kg H2O/jam m2. Kemudian didapatkan pula nilai Kandungan Air Kritik (Xc) sebesar 0,149. Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi proses pengeringan dengan menggunakan Tray Dryer, yaitu luas permukaan bahan yang akan dikeringkan, perbedaan suhu dan udara sekitar, kecepatan aliran udara, tekanan udara, dan kelembaban udara. Secara teoritis semakin besar luas permukaan bahan, maka laju pengeringan akan semakin cepat .Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan yang akan dikeringkan, maka penguapan air dalam bahan akan lebih cepat. Kelembaban udara yang kecil akan membuat waktu pengeringan akan semakin cepat.
BAB V SIMPULAN
5.1 SIMPULAN Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut :
Sampel
: Apel
Tebal irisan
: 3 mm
Waktu pengeringan
: 140 s
Temperatur operasi
: 80oC
Kandungan air kritik (XC)
: 0,149
Laju pengeringan konstan (Rc)
: 0,0179 kg H2O/jam m2
Kandungan air kesetimbangan (X*) : 0,158 Mekanisme yang terjadi pada percobaan ini adalah perpindahan energi dari
lingkungan untuk menguapkan air yang terdapat di permukaan benda padat dan perpindahan massa air yang terdapat di dalam benda ke permukaan. Semakin lama waktu yang digunakan dalam pengeringan metoda tray dryer, berat sampel akan semakin konstan karena air yang terdapat dalam sampel telah berada pada keseimbangannya dengan kelembaban udara pengering yang digunakan.
DAFTAR PUSTAKA
Brooker DB, Bakker-arkemaand FW, Hall CW. 1974. Drying Cereal Grains. The AVI publishing Company. Inc. Wesport Departemen Teknik Kimia ITB. No Date. “Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II”. akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/.../modul202-pengeringan.pdf Geankoplis, J, Christie, 1993,”Transport Process and Unit Operation 3rd Edition”, New Jersey: University of Minnesota, chapter: drying of process material Henderson SM, Perry RL. 1976. Agricultural Process Engineering 3th. Edition, The AVI Publishing Company.Inc. Wesport Connecticut. USA Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGrawHill Book Co., New York, 1993, Chapter: Humidification and Drying Polsri.
No
date.
TINJAUAN
PUSTAKA
http://eprints.polsri.ac.id/1965/3/FIX%20BAB%20II.pdf Sarandi R, Tindaon W, dan Surya H. 2013. “Jenis-jenis Alat Pengerering”. http://westryantindaon.blogspot.co.id/2013/07/pengeringan.html
[26
maret 2016]. Sugiono. 1989. “Pengantar Teknologi Makanan dan Minuman”. Yogyakarta. Treybal, R.E., Mass Transfer Operations, McGraw-Hill, 1981, Chapter: Humidification and Drying Undip.
No
date.
TINJAUAN
PUSTAKA.
http://eprints.undip.ac.id/45498/6/BAB_2.pdf [ 27 Maret 2016]
