-
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sebagai Negara yang kaya akan keanekaragaman hayatinya,
Indonesia
mempunyai potensi besar dalam bidang pengolahan bahan pangan
olahan. Hal ini
ditunjang pula dengan banyaknya tumbuhan yang khas Indonesia
yang bisa dijadikan
bahan pokok yang tumbuh subur dialam maupun yang
dibudidayakan.
Namun, dalam pengolahannya sebagian besar bahan pokok yang
digunakan harus
melalui proses pengeringan terlebih dahulu sebelum digunakan.
Hal ini di karenakan
sebelum sampai pada proses akhir bahan pokok tersebut harus
melewati rangkaian proses
sebelumnya yang memakan waktu yang lama. Sehingga proses
pengeringan memegang
peranan penting dalam dalam proses pengolahan sebuah bahan
pangan.
Pengeringan didefinisikan sebagai proses pemindahan air dengan
menggunakan
panas atau aliran udara untuk mencegah atau menghambat
pertumbuhan jamur dan
bakteri sehingga tidak dapat berkembang lagi atau menjadi lambat
berkembang. Salah
satu jenis pengeringan adalah pengeringan alami atau penjemuran
(sun drying). Tujuan
dari pengeringan adalah mengurangi sejumlah kecil air dari bahan
padat dimana
pengeringan merupakan langkah terakhir dari sederetan operasi
yang hasilnya langsung
dikemas atau diolah ke proses selanjutnya. Selain itu, proses
pengeringan juga akan
membantu dalam hal penyimpanan bahan pangan sebelum dilakukan
proses akhir.
Sehingga bahan pangan dapat bertahan dalam kurun waktu yang
lebih lama. Dan juga
Proses pengeringan juga membantu mempermudah penyimpanan produk
dalam rangka
pendistribusian baik dalam skala domestik maupun ekspor.
Di Indonesia, pengeringan bahan pangan pada umumnya masih
dilakukan dengan
memanfaatkan tenaga matahari, khusus bagi industry kecil dan
menengah. Namun, cara
ini tentunya sangat tergantung pada musim, waktu pengeringan,
kondisi cuaca, dan
tempat yang luas. Kondisi ini tentunya selain memakan banyak
biaya juga akan
membutuhkan tenaga kerja yang lebih banyak. Sehingga banyak
aspek yang harus
dipertimbangkan untuk memperoleh hasil yang maksimal. Misal,
pengeringan pada bahan
pangan dengan kadar air tinggi tentu memerlukan waktu yang lebih
lama.
-
2
Selain itu, pengeringan dengan menggunakan cara sinar matahari
juga mempunyai
resiko yang cukup besar. Hal biasa yang terjadi adalah
pengeringan yang dilakukan
terhadap suatu bahan berlangsung terlalu lama pada suhu yang
rendah, sehingga
mempercepat aktivitas mikroorganisme seperti tumbuhnya jamur
atau pembusukan
menjadi sangat cepat. Sebaliknya, pengeringan yang dilakukan
pada suhu yang terlalu
tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada komponen-komponen bahan
yang
dikeringkan, baik secara fisik maupun kimia. Oleh karena itu,
perlu dipilih cara
pengeringan yang efektif dan efisien agar tidak terjadi
kerusakan pada produk.
Namun seiring dengan perkembangan teknologi, dan tuntutan akan
kerja
instrument yang lebih cepat dan lebih teliti, sehingga perlu
dilakukan sebuah inovasi baru
dalam pengolahan bahan pangan. Sehingga diperoleh suatu hasil
maksimal yang dapat
memenuhi kebutuhan akan bahan pangan yang baik bagi kehidupan
semua elemen
masyarakat.
Oleh karena itu dibutuh suatu mekanisme yang dapat membantu
proses
pengeringan tanpa harus terbeban ongkos produksi yang lebih
besar dan dapat
menghemat penggunaan tenaga kerja yang berlebihan. Untuk tujuan
tersebut maka
diperlukan adanya suatu alat pengering yang dapat beroperasi
dengan keandalan yang
tinggi, aman dan ekonomis seperti alat rotary dryer.
Oleh karena itu pada tugas desain elemen mesin terpadu ini
didesain sebuah alat
pengering makanan dengan system rotary dryer ( Drying Of
Foodstuffs With Rotary
Dryers ) untuk memudahkan masyarakat dalam proses pengeringan
bahan makanan.
-
3
1.2 Tujuan
1.2.1 Tujuan Umum
Tujuan umum dari perancangan alat pengering dengan system rotary
( Drying Of
Foodstuffs With Rotary Dryers ) ini adalah untuk membuat suatu
system meknisme alat
pengering yang dapan diguakan untuk mengerigkan bahan
makanan.
1.2.2 Tujuan Khusus
Adapun tujuan khusus dari perancangan system terpadu desain
elemen mesin,
mesin penegering system rotary ( Drying Of Foodstuffs With
Rotary Dryers ) adalah:
1. Mendesain Drying Of Foodstuffs With Rotary Dryers
2. Menentukan variabel-variabel yang berpengaruh dalam sistem
kerja alat rotary
dryer
3. Menentukan laju perpindahan kalor pada alat pengering
4. Bagimana performance Drying Of Foodstuffs With Rotary
Dryers
1.3 Batasan Masalah
Dalam merancang mesin pengolah sagu terpadu, permasalahan yang
dibahas
dibatasi sebagai berikut:
1. Merancang sistem kerja alat rotary dryer
2. Menentukan variabel-variabel yang berpengaruh dalam sistem
kerja alat rotary
dryer
3. Menentukan laju perpindahan kalor pada alat pegering
-
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bahan Pangan ( Foodstuffs )
Menurut kamus besar bahasa Indonesia pengertian bahan makanan (
foodstuffs )
adalah bahan yang dapat dijadikan makanan, seperti beras,
terigu, jagung, dan ubi,
daging, tepung dan lain-lain. Secara sederhana bahan pangan juga
diartikan sebagai
bahan, biasanya berasal dari hewan atau tumbuhan, yang dimakan
oleh makhluk hidup
mendapatkan tenaga dan nutrisi yang membantu pertumbuhan badan
dan otak. Secara
garis besar bahan pangan dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan
dari asalnya yaitu
Bahan makanan Hewani dan Bahan makanan Nabati.
Gambar 2.1 : Bahan makanan ( sumber :www.ibukuhebat.com )
Bahan makanan hewani adalah bahan makanan yang merupakan produk
dari
hewan atau bahan makanan olahan yang berasal dari hewan.
kebanyakan merupakan
sumber protein dan lemak bagi tubuh. Contohnya : susu, telur
ayam, daging hewan, ikan,
cumi, udang dan lain-lain. Bahan makanan nabati adalah bahan
makanan yang berasal
dari tumbuhan atau bahan makanan yang berbahan dasar dari
tumbuhan. kebanyakan
-
5
merupakan sumber karbohidrat,vitamin, lemak dan protein.
Contohnya : ubi, jagung,
beras, buah-buahan dan lain-lain.
Makanan yang dikonsumsi oleh makhluk hidup mempunyai fungsi
untuk :
menghasilkan energi untuk kelangsungan aktivitas
mengganti sel-sel tubuh yang telah usang atau rusak
pertumbuhan tubuh
sebagai zat pelindung dalam tubuh
Secara umum bahan pangan akan melewati serangkaian proses
terlebih dahulu
sebelum benar bear dapat diguakan sebagai makanan. Hal ini
dilakukan dengan tujuan
agar bahan pangan tersebut sudah sangat aman bagi kesehatan
manusia. Adapun
serangkaian proses tersebut seperti Penggilingan, pengendapan,
pengeringan, dan lain
sebagainya.
Dari semua proses pengolahan bahan pangan, proses pengeringan
adalah proses
yang sering dilakukan. Hampir setiap jenis bahan makan yang
beredar dipasaran terutama
bahan makan dari tumbuhan berada pada kondisi kering. Sebuah
produk makanan kering
lebih tahan terhadap pembusukan yang disebabkan oleh pertumbuhan
bakteri, jamur, dan
serangga. Demikian juga, risiko oksidatif yang tidak
menguntungkan dan reaksi
enzimatik yangmemperpendek umur simpan makanan juga akan
berkurang. Selain itu
Kemasan, penanganan, dan transportasi kering produk lebih mudah
dan lebih murah
karena berat dan volume produk akan berkurang ketika
dikeringkan.
2.2 Proses Pengeringan ( Drying )
Pengeringan atau penghidratan atau drying adalah proses
menghilangkan
kandungan air dari suatu bahan. Proses pengeringan berlaku
apabila bahan yang
-
6
dikeringkan kehilangan sebahagian atau keseluruhan air yang
dikandungnya. Proses
utama yang terjadi pada proses pengeringan adalah penguapan.
Penguapan terjadi apabila
air yang dikandung oleh suatu bahan teruap ketika diberikan
panas. Panas ini dapat dari
berbagai sumber, seperti kayu api, minyak dan gas, arang baru
ataupun tenaga surya.
Proses Pengeringan terjadi denga pengeluaran air atau pemisahan
air dalam
jumlah yang relative 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) normal atau setara dengan
nilai aktivitas air (aw) yang
aman dari kerusakan mikrobiologis, enzimatis dan kimiawi.
Meskipun demikian ada
kerugian yang ditimbulkan selama pengeringan yaitu terjadinya
perubahan sifat fisik dan
kimiawi bahan serta terjadinya penurunan mutu bahan.
Pengeringan juga dapat berlangsung dengan cara lain yaitu dengan
memecahkan
ikatan molekul-molekul air yang terdapat di dalam bahan. Apabila
ikatan molekul-
molekul air yang terdiri dari unsur dasar oksigen dan hidrogen
dipecahkan, maka molekul
tersebut akan keluar dari bahan. Akibatnya bahan tersebut akan
kehilangan air yang
dikandungnya.
Cara ini juga disebut pengeringan atau penghidratan. Untuk
memecahkan ikatan
oksigen dan hidrogen ini, biasanya digunakan gelombang mikro.
Gelombang mikro
merambat dengan frekuensi yang tinggi. Apabila gelombang mikro
disesuaikan setara
dengan getaran molekul-molekul air maka akan terjadi resonansi
yaitu ikatan molekul-
molekul oksigen dan hidrogen digetarkan dengan kuat pada
frekuensi gelombang mikro
yang diberikan sehingga ikatannya pecah. Hal ini yang
menyebabkan air tersebut
menguap. Proses yang sama terjadi pada oven gelombang mikro
(microwave) yang
digunakan untuk memasak makanan. Pada pembahasan selanjutnya
kita tidak akan
menyinggung proses pengeringan menggunakan gelombang mikro,
tetapi difokuskan
-
7
pada pengeringan menggunakan tenaga panas. Hal ini disebabkan
sistem pengeringan
gelombang mikro mahal dan tidak digunakan secara luas untuk
mengeringkan suatu
bahan makanan.
Dalam industry kecil sistem pengeringan yang umum digunakan
adalah tenaga
surya. Pada sistem tenaga surya ini, bahan diexpose ke sinar
surya secara langsung
maupun tidak langsung. Uap air yang terjadi dipindahkan dari
tempat pengeringan
melalui aliran udara. Proses aliran udara ini terjadi karena
terdapat perbedaan tekanan.
Perbedaan tekanan udara ini dapat terjadi secara konveksi bebas
maupun konveksi paksa.
Konveksi bebas terjadi tanpa bantuan luar, yaitu pengaliran
udara hanya bergantung pada
perbedaan tekanan yang disebabkan oleh perbedaan densitas udara,
sedangkan pada
konveksi secara paksa digunakan kipas untuk memaksa gerakan
udara.
Pada sistem pengeringan yang bersumberkan tenaga minyak, bahan
yang akan
dikeringkan diletakkan di dalam suatu ketel tertutup. Udara
panas hasil pembakaran
minyak dialirkan mengenai permukaan bahan tersebut. Akhir-akhir
ini, cara tersebut
diatas juga digunakan dalam teknologi tenaga surya. Udara yang
dipanaskan oleh
pengumpul surya digunakan untuk menguapkan air pada bahan. Udara
merupakan
medium yang sangat penting dalam proses pengeringan, untuk
menghantar panas kepada
bahan yang hendak dikeringkan, karena udara satu-satunya medium
yang sangat mudah
diperoleh dan tidak memerlukan biaya operasional. Oleh karena
itu untuk memahami
bagaimana proses pengeringan terjadi, maka perlu ditinjau sifat
udara.
Secara umum tujuan dilakukannya proses pengeringan adalah
untuk:
1. Memudahkan penanganan selanjutnya
2. Mengurangi biaya trasportasi dan pengemasan
3. Mengawetkan bahan
4. Mengurangi biaya korosi
-
8
2.3 Prinsip Dasar Pengeringan
Proses pengeringan pada prinsipnya menyangkut proses pindah
panas dan pindah
massa yang terjadi secara bersamaan (simultan). Proses
perpindahan panas yang terjadi
adalah dengan cara konveksi serta perpindahan panas secara
konduksi dan radiasi tetap
terjadi dalam jumlah yang relative kecil. Pertama-tama panas
harus ditransfer dari
medium pemanas ke bahan. Selanjutnya setelah terjadi penguapan
air, uap air yang
terbentuk harus dipindahkan melalui struktur bahan ke medium
sekitarnya. Proses ini
akan menyangkut aliran fluida dengan cairan harus ditransfer
melalui struktur bahan
selama proses pengeringan berlangsung. Panas harusdisediakan
untuk menguapkan air
dan air harus mendifusi melalui berbagai macam tahanan agar
dapat lepas dari bahan dan
berbentuk uap air yang bebas. Lama proses pengeringan tergantung
pada bahan yang
dikeringkan dan cara pemanasan yang digunakan, sedangkan waktu
proses
pengeringannya ditetapkan dalam dua periode (Batty dan Folkman.
1984), yaitu:
1. Periode pengeringan dengan laju tetap (Constant Rate
Periode)
Pada periode ini bahan-bahan yang dikeringkan memiliki kecepatan
pengeringan
yang konstan. Proses penguapan pada periode ini terjadi pada air
tak terikat, dimana
suhu pada bahan sama dengan suhu bola basah udara pengering.
Periode pengeringan
dengan laju tetap dapat dianggap sebagai keadaan steady.
2. Periode pengeringan dengan laju menurun (Falling Rate
Periode)
Periode kedua proses pengeringan yang terjadi adalah turunnya
laju pengeringan
batubara (R=0). Pada periode ini terjadi peristiwa penguapan
kandungan yang ada di
dalam batubara (internal moisture).
-
9
Prinsip pengeringan biasanya akan melibatkan dua kejadian yaitu
panas harus
diberikan pada bahan, dan air harus dikeluarkan dari bahan. Dua
fenomena ini
menyangkut pindah panas ke dalam dan pindah massa ke luar. Yang
dimaksudkan
dengan pindah panas adalah peristiwa perpindahan energi dari
udara ke dalam bahan
yang dapat menyebabkan berpindahnya sejumlah massa (kandungan
air) karena gaya
dorong untuk keluar dari bahan (pindah massa). Dalam pengeringan
umumnya
diinginkan kecepatan pengeringan yang maksimum, oleh karena itu
semua usaha dibuat
untuk mempercepat pindah panas dan pindah massa. Perpindahan
panas dalam proses
pengeringan dapat terjadi melalui dua cara yaitu pengeringan
langsung dan
pengeringan tidak langsung. Pengeringan langsung yaitu sumber
panas berhubungan
dengan bahan yang dikeringkan, sedangkan pengeringan tidak
langsung yaitu panas dari
sumber panas dilewatkan melalui permukaan benda padat
(conventer) dan konventer
tersebut yang berhubungan dengan bahan pangan. Setelah panas
sampai ke bahan maka
air dari sel-sel bahan akan bergerak ke permukaan bahan kemudian
keluar. Mekanisme
keluarnya air dari dalam bahan selama pengeringan adalah sebagai
berikut:
1. Air bergerak melalui tekanan kapiler.
2. Penarikan air disebabkan oleh perbedaan konsentrasi larutan
disetiap bagian
bahan.
3. Penarikan air ke permukaan bahan disebabkan oleh absorpsi
dari lapisan-lapisan
3. Perpindahan air dari bahan ke udara disebabkan oleh perbedaan
tekanan uap
2.3 Faktor-faktor yang berpengaruh dalam kecepatan
pengeringan
Proses pengeringan suatu material padatan dipengaruhi oleh
beberapa factor
antara lain: luas permukaan kontak antara padatan dengan fluida
panas, perbedaan
-
10
temperature antara padatan dengan fluida panas, kecepatan aliran
fluida panas serta
tekanan udara. Berikut ini dijelaskan tentang factor-faktor
tersebut.
a. Luas Permukaan
Air menguap melalui permukaan bahan, sedangkan air yang ada di
bagian tengah
akan merembes ke bagian permukaan dan kemudian menguap. Untuk
mempercepat
pengeringan umumnya bahan yang akan dikeringkan dipotong-potong
atau dihaluskan
terlebih dulu. Hal initerjadi karena:
1. Pemotongan atau penghalusan tersebut akan memperluas
permukaan bahan dan
permukaan yang luas dapat berhubungan dengan medium pemanasan
sehingga air
mudah keluar,
2. Partikel-partikel kecil atau lapisan yang tipis mengurangi
jarak dimana panas
harus bergerak sampai ke pusat bahan. Potongan kecil juga akan
mengurangi jarak
melalui massa air dari pusat bahan yang harus keluar ke
permukaan bahan dan
kemudian keluar dari bahan tersebut.
b. Perbedaan Suhu dan Udara Sekitarnya
Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan,
makin
cepat pemindahan panas ke dalam bahan dan makin cepat pula
penghilangan air dari
bahan. Air yang keluar dari bahan yang dikeringkan akan
menjenuhkan udara sehingga
kemampuannya untuk menyingkirkan air berkurang. Jadi dengan
semakin tinggi suhu
pengeringan maka proses pengeringan akan semakin cepat. Akan
tetapi bila tidak sesuai
dengan bahan yang dikeringkan, akibatnya akan terjadi suatu
peristiwa yang disebut
"Case Hardening", yaitu suatu keadaan dimana bagian luar bahan
sudah kering sedangkan
bagian dalamnya masih basah.
-
11
c. Kecepatan Aliran Udara
Udara yang bergerak dan mempunyai gerakan yang tinggi selain
dapat mengambil
uap air juga akan menghilangkan uap air tersebut dari permukaan
bahan pangan, sehingga
akan mencegah terjadinya atmosfir jenuh yang akan memperlambat
penghilangan air.
Apabila aliran udara disekitar tempat pengeringan berjalan
dengan baik, proses
pengeringan akan semakin cepat, yaitu semakin mudah dan semakin
cepat uap air
terbawa dan teruapkan.
d. Tekanan Udara
Semakin kecil tekanan udara akan semakin besar kemampuan udara
untuk
mengangkutair selama pengeringan, karena dengan semakin kecilnya
tekanan berarti
kerapatan udara makin berkurang sehingga uap air dapat lebih
banyak tetampung dan
disingkirkan dari bahan. Sebaliknya, jika tekanan udara semakin
besar maka udara
disekitar pengeringan akan lembab, sehingga kemampuan menampung
uap air terbatas
dan menghambat proses atau laju pengeringan. Densitas batubara
dapat bervariasi yang
menunjukkan hubungan antara rank dan kandungan karbon. Batubara
dengan kandungan
karbon 85% biasanya menunjukkan suatu derajat ciri hidropobik
yang lebih besar dari
batubara dengan rank paling rendah. Bagaimanapun, hasil temuan
terbaru pada prediksi
sifat hidropobik batubara mengindikasikan bahwa korelasi
kharakteristik kandungan air
lebih baik dari pada kandungan karbon dan begitupun rasio
kandungan air/karbon lebih
baik daripada rasio atomik oksigen/karbon. Begitupun, terdapat
suatu hubungan antara
sifat hidropobik batubara dan kandungan air. (Labuschagne.
1988).
-
12
Udara merupakan medium yang sangat penting dalam proses
pengeringan, untuk
menghantar panas kepada bahan yang hendak dikeringkan, karena
udara satu-satunya
medium yang sangat mudah diperoleh dan tidak memerlukan biaya
operasional.
2.4 Klasifikasi Pengeringan
Dalam beberapa kasus Pengeringan terdapat berbagai cara yang
dilakukan unutk
mengeringkan suatu bahan makanan. Seperti Pengeringan dapat
dilakukan dengan
penjemuran yang memanfaatkan sinar matahari atau dengan cara
buatan. Pengeringan
buatan disamping untuk mengatasi pengaruh cuaca, kelembaban
nisbi yang tinggi
sepanjang tahun juga dimaksudkan untuk meningkatkan mutu hasil
pengeringan. Dengan
adanya klasifikasi dari sistempengeringan ini maka dapat dipilih
cara yang tepat untuk
untuk proses pengeringan suatu bahan. Namun secara sederhana
pengeringan dibagi atas
berbagai aspek sebagai berikut.
Berdasarkan prosesnya dikenal dua macam pengeringan, yaitu :
1. Pengeringan Alami, Pengeringan alami adalah pengeringan yang
dilakukan
dengan memanfaatkan sinar matahari. Pengeringan di tingkat
petani Indonesia
sebagian besar dilakukan dengan bantuan sinar matahar dan
diletakkan diatas lantai
yang terbuat dari semen.
2. Pengeringan Buatan, Pengeringan buatan adalah pengeringan
dengan
menggunakan udara yang dipanaskan. Udara yang dipanaskan
tersebut dialirkan ke
bahan yang akan dikeringkan dengan menggunakan alat yang
dirancang dengan
mekanisme dan konsep dari perpindahan panas.
Ditinjau dari pergerakan bahan padatnya, pengeringan dapat
dibagi menjadi dua,
yaitu pengeringan batch dan pengeringan kontinyu. Pengeringan
batch adalah
-
13
pengeringan dimana bahan yang dikeringakan dimasukan ke dalam
alat pengering dan
didiamkan selama waktu yang ditentukan. Pengeringan kontinyu
adalah pen eringan
dimana bahan basah masuk secara sinambung dan bahan kering
keluar secara sinambung
dari alat pengering.
Pembagian pokok pengering (dryer) :
1. Pengering (dryer) dimana zat yang dikeringkan bersentuhan
langsung dengan gas
panas (biasanya udara) disebut pengering adiabatik (adiabatic
dryer) atau
pengering langsung (direct dryer).
2. Pengering (dryer) dimana kalor berpindah dari zat ke medium
luar, misalnya uap
yang terkondensasi, biasanya melalui permukaan logam yang
bersentuhan disebut
pengering non adiabatik (non adiabatic dryer) atau pengering tak
langsung
(indirect dryer). (Mc. Cabe, 2002)
Berdasarkan kondisi fisik yang digunakan untuk memberikan panas
pada sistem
dan memindahkan uap air, proses pengeringan dapat dibagi menjadi
tiga, yaitu: (Sumber:
Geankoplis, 1993)
1. Pengeringan vakum, Menggunakan logam sebagai medium pengontak
panas
atau menggunakan efek radiasi. Pada proses ini penguapan air
berlangsung lebih
cepat pada tekanan rendah.
2. Pengeringan beku, Pengeringan yang melibatkan proses
sublimasi air dari suatu
material beku.
Sedangkan berdasarkan tipe dan cara kerjanya pengering dibagi
menjadi beberapa
bagian yang antara lain :
-
14
1. Fluidized Bed Dryers
Gambar 2.2 : Fluidized Bed Dryers ( sumber :
www.imtechventilex.com )
Pengering fluidized bed (FBD) digunakan secara ekstensif untuk
pengeringan
partikulat basah dan bahan granular yang dapat fluidized, dan
bahkan lumpur, pasta, dan
suspensi yang dapat fluidized di tempat tidur dari lembam
padatan. Mereka umumnya
digunakan dalam pengolahan produk seperti bahan kimia,
karbohidrat, bahan
makanan,biomaterial, produk minuman, keramik, obat-obatan dalam
bentuk bubuk atau
diaglomerasi, kesehatan produk, pestisida dan bahan kimia
pertanian, zat warna dan
pigmen, deterjen dan bahan aktif permukaan, pupuk, polimer dan
resin, tanin, produk
untuk kalsinasi, pembakaran, pembakaran, pengelolaan limbah
proses, dan proses
perlindungan lingkungan.
2. Drum Dryer
Pengeringan dengan drum (Drum Drying) secara luas digunakan
dalam
pengeringan komersial di industri pangan untuk berbagai jenis
produk makanan berpati,
makanan bayi, maltodekstrin, suspensi dan pasta dengan
viskositas tinggi (heavy pastes),
dan dikenal sebagai metode pengeringan yang paling hemat energi
untuk jenis produk
-
15
tersebut. Karena terpapar pada suhu tinggi hanya dalam beberapa
detik, drum drying
sangat cocok untuk kebanyakan produk yang sensitif terhadap
panas.
Gambar 2.3 : Drum Dryer ( sumber : www.wlimg.com )
Tujuan utama dari pengeringan ini adalah memecah struktur
granula pati sehingga
meningkatkan daya larut (solubility) produk dan penyerapan air
(water absorption) dalam
air dingin pada pasta dari pati (Panuwat S. and Athapol N.,
2003).
Pengering drum dikembangkan pada awal tahun 1900-an dan hampir
digunakan
pada semua bahan makanan cair sebelum penggunaan pengeringan
semprot. Saat ini
pengering drum digunakan dalam industri makanan untuk
mengeringkan berbagai produk
seperti produk susu, makanan bayi, sereal, buah dan sayur, pure
kentang, dan pati masak.
2. Spray Dryer
Spray drying merupakan suatu proses pengeringan untuk mengurangi
kadar air
suatu bahan sehingga dihasilkan produk berupa bubuk melalui
penguapan cairan. Spray
drying menggunakan atomisasi cairan untuk membentuk droplet,
selanjutnya droplet yang
terbentuk dikeringkan menggunakan udara kering dengan suhu dan
tekanan yang tinggi.
-
16
Bahan yang digunakan dalam pengeringan spry drying dapat berupa
suspensi, dispersi
maupun emulsi. Sementara produk akhir yang dihasilkan dapat
berupa bubuk, granula
maupun aglomerat tergantung sifat fisik-kimia bahan yang akan
dikeringkan, desain alat
pengering dan hasil akhir produk yang diinginkan.
Gambar 2.4 : Spray Dryer ( sumber : www.masontechnology.com
)
Prinsip dasar Spray drying adalah memperluas permukaan cairan
yang akan
dikeringkan dengan cara pembentukan droplet yang selanjutnya
dikontakkan dengan
udara pengering yang panas. Udara panas akan memberikan energi
untuk proses
penguapan dan menyerap uap air yang keluar dari bahan. Bahan
(cairan) yang akan
dikeringkan dilewatkan pada suatu nozzle (saringan bertekanan)
sehingga keluar dalam
bentuk butiran (droplet) yang sangat halus. Butiran ini
selanjutnya masuk kedalam ruang
pengering yang dilewati oleh aliran udara panas. Hasil
pengeringan berupa bubuk akan
berkumpul dibagian bawah ruang pengering yang selanjutnya
dialirkan ke bak
penampung.
-
17
3. Rotary dryer
Gambar 2.5 : Rotary Dryer ( sumber : www.masontechnology.com
)
Rotary dryer merupakan alat pengering berbentuk sebuah drum yang
berputar
secara kontinyu yang dipanaskan dengan tungku atau gasifier.
Secara umum, alat rotary
dryer terdiri dari sebuah silinder yang berputar di atas sebuah
bearing dengan kemiringan
yang kecil menurut sumbu horisontal, rotor, gudang piring,
perangkat transmisi,
perangkat pendukung, cincin meterai, dan suku cadang lainnya..
Panjang silinder
biasanya bervariasi dari 4 sampai lebih dari 10 kali diameternya
(bervariasi dari 0,3
sampai 3 m). Feed padatan dimasukkan dari salah satu ujung
silinder dan karena rotasi,
pengaruh ketinggian dan slope kemiringan, produk keluar dari
salah satu ujungnya.
Pengering putar ini dipanaskan dengan kontak langsung gas dengan
zat padat atau dengan
gas panas yang mengalir melalui mantel luar, atau dengan uap
yang kondensasi di dalam
seperangkat tabung longitudinal yang dipasangkan pada permukaan
dalam selongsong.
4. Tray dryer
Pengering baki (tray dryer) disebut juga pengering rak atau
pengering kabinet,
dapat digunakan untuk mengeringkan padatan bergumpal atau pasta,
yang ditebarkan
pada baki logam dengan ketebalan 10-100 mm. Pengeringan jenis
baki atau wadah adalah
dengan meletakkan material yang akan dikeringkan pada baki yang
lansung berhubungan
dengan media pengering. Cara perpindahan panas yang umum
digunakan adalah konveksi
-
18
dan perpindahan panas secara konduksi juga dimungkinkan dengan
memanaskan baki
tersebut.
Gambar 2.6 : Tray Dryer ( sumber : www.equipmentsexporters.com
)
2.5 Rotary Dryer
2.5.1 Rotary Dryer
Rotary dryer atau bisa disebut drum dryer merupakan alat
pengering berbentuk
sebuah drum yang berputar secara kontinyu yang dipanaskan dengan
tungku atau gasifier.
Alat pengering ini dapat bekerja pada aliran udara melalui poros
silinder pada suhu 1200-
1800 oF tetapi pengering ini lebih seringnya digunakan pada suhu
400-900
oF.
Rotary dryer sudah sangat dikenal luas di kalangan industri
karena proses
pengeringannya jarang menghadapi kegagalan baik dari segi output
kualitas maupun
kuantitas. Namun sejak terjadinya kelangkaan dan mahalnya bahan
bakar minyak dan
gas, maka teknologi rotary dryer mulai dikembangkan untuk
berdampingan dengan
teknologi bahan bakar substitusi seperti burner batubara, gas
sintesis dan sebagainya.
-
19
Pengering rotary dryer biasa digunakan untuk mengeringkan bahan
yang
berbentuk bubuk, granula, gumpalan partikel padat dalam ukuran
besar. Pemasukkan dan
pengeluaran bahan terjadi secara otomatis dan berkesinambungan
akibat gerakan vibrator,
putaran lubang umpan, gerakan berputar dan gaya gravitasi.
Sumber panas yang
digunakan dapat berasal dari uap listrik, batubara, minyak tanah
dan gas. Debu yang
dihasilkan dikumpulkan oleh scrubber dan penangkap air
elektrostatis.
Secara umum, alat rotary dryer terdiri dari sebuah silinder yang
berputar di atas
sebuah bearing dengan kemiringan yang kecil menurut sumbu
horisontal, rotor, gudang
piring, perangkat transmisi, perangkat pendukung, cincin
meterai, dan suku cadang
lainnya.. Panjang silinder biasanya bervariasi dari 4 sampai
lebih dari 10 kali diameternya
(bervariasi dari 0,3 sampai 3 m). Feed padatan dimasukkan dari
salah satu ujung silinder
dan karena rotasi, pengaruh ketinggian dan slope kemiringan,
produk keluar dari salah
satu ujungnya. Pengering putar ini dipanaskan dengan kontak
langsung gas dengan zat
padat atau dengan gas panas yang mengalir melalui mantel luar,
atau dengan uap yang
kondensasi di dalam seperangkat tabung longitudinal yang
dipasangkan pada permukaan
dalam selongsong.
Pengering rotary telah menjadi andalan bagi banyak industri yang
menghasilkan
produk dalam tonase yang tinggi. Pengeringan ini biasanya
membutuhkan modal yang
besar dan kurang efisien, tetapi sangat fleksibel. Penggunaan
tabung uap yang
dibenamkan dalam sel yang berputar membuat pengeringan pancuran
(cascanding rotary
dryer) lebih efisien secara termal.
Pengering rotary memiliki keuntungan dari struktur yang wajar,
manufaktur yang
sangat baik, output tinggi, konsumsi energi yang rendah, operasi
yang mudah digunakan
dan sebagainya. Pengering rotary berlaku untuk bahan partikel,
dan juga berlaku untuk
-
20
bahan pasta dan kental yang bercampur dengan bahan partikel,
atau bahan yang kadar air
tinggi. Ini memiliki keuntungan dari volume produksi yang besar,
berbagai aplikasi,
hambatan aliran kecil, rentang disesuaikan besar, dan operasi
yang mudah digunakan, dll.
Secara umum, unit pemanas langsung merupakan unit yang sederhana
dan paling
ekonomis. Unit ini digunakan pada saat kontak langsung antara
padatan dan flue gas
dapat ditoleransi. Karena beban panas total harus diberikan dan
diambil, sejumlah volume
total gas yang besar dan kecepatan yang tinggi diperlukan.
Kecepatan gas yang ekonomis
biasanya kurang dari 0,5 m/s.
Bagian dalam alat yang berbentuk silindris ini, semacam sayap
yang banyak.
Melalui antara sayap-sayap tersebut dialirkan udara panas yang
kering sementara silinder
pengering berputar. Dengan adanya sayap-sayap tersebut bahan
seolah-olah diaduk
sehinga pemanasan meratadan akhirnya diperoleh hasil yang lenih
baik. Alat ini
dilengkapi 2 silinder, yang satu ditempatkan di bagian dekat
pemasukan bahan yang akan
dikeringkan, dan yang satu lagi di bagian dekat tempat
pengeluaran bahan hasil
pengeringan. Masing- masing silinder tersebut berhubungan dengan
sayap-sayap (kipas)
yang mengalirkan secara teratur udara panas disamping berfungsi
pula sebagai pengaduk
dalam proses pengeringan, sehingga dengan cara demikian
pengeringan berlangsung
merata.
Keuntungan penggunaan rotary/drum dryer sebagai alat pengering
adalah :
Penanganan bahan yang baik sehingga menghindari terjadinya
atrisi
Proses pencampuran yang baik, memastikan bahwa terjadinya proses
pengeringan
bahan yang seragam/merata
Efisiensi panas tinggi
-
21
Operasi sinambung
Instalasi yang mudah
Menggunakan daya listrik yang sedikit
Kekurangan dari penggunaan pengering rotary diantaranya adalah
:
Karakteristik produk kering yang inkonsisten
Efisiensi energi rendah
Perawatan alat yang susah
Tidak ada pemisahan debu yang jelas
2.5.2 Prinsip Kerja Rotary Dryer
Pada alat pengering rotary dryer terjadi dua hal yaitu kontak
bahan dengan
dinding dan aliran uap panas yang masuk ke dalam drum.
Pengeringan yang terjadi akibat
kontak bahan dengan dinding disebut konduksi karena panas
dialirkan melalui media
yang berupa logam. Sedangkan pengeringan yang terjadi akibat
kontak bahan dengan
aliran uap disebut konveksi karena sumber panas merupakan bentuk
aliran. Pada
pengeringan dengan menggunakan alat ini penyerapan panas mudah
dilakukan dan terjadi
penyusutan bobot yang lebih tajam dibandingkan dengan penurunan
pembobotan yang
dialami tray dryer.
Pengeringan pada rotary dryer dilakukan pemutaran berkali-kali
sehingga tidak
hanya permukaan atas yang mengalami proses pengeringan, namun
juga pada seluruh
bagian yaitu atas dan bawah secara bergantian, sehingga
pengeringan yang dilakukan
oleh alat ini lebih merata dan lebih banyak mengalami
penyusutan. Selain itu rotary ini
mengalami pengeringan berturut-turut selama satu jam tanpa
dilakukan penghentian
-
22
proses pengeringan. Pengering rotary ini terdiri dari unit-unit
silinder, dimana bahan
basah masuk diujung yang satu dan bahan kering keluar dari ujung
yang lain.
Proses pengeringan terjadi ketika bahan dimasukkan ke dalam
silinder yang
berputar kemudian bersamaan dengan itu aliran panas mengalir dan
kontak dengan bahan.
Didalam drum yang berputar terjadi gerakan pengangkatan bahan
dan menjatuhkannya
dari atas ke bawah sehingga kumpulan bahan basah yang menempel
tersebut terpisah dan
proses pengeringan bisa berjalan lebih efektif. Pengangkatan
memerlukan desain yang
hati-hati untuk mencegah dinding yang asimetri. Selain itu bahan
bergerak dari bagian
ujung dryer keluar menuju bagian ujung lainnya akibat kemiringan
drum. Bahan yang
telah kering kemudian keluar melalui suatu lubang yang berada di
bagian belakang
pengering drum. Sumber panas didapatkan dari gas yang diubah
menjadi uap panas
dengan cara pembakaran.
Kontak yang terjadi antara padatan dan gas pada alat pengering
rotary dryer
dilengkapi dengan flights, yang diletakkan di sepanjang silinder
rotary dryer. Volume
material yang ditransport oleh flights antara 10 sampai 15 %
dari total volume material
yang terdapat di dalam rotary dryer. Mekanismenya sebagai
berikut, pada saat silinder
pengering berputar, padatan diambil keatas oleh flights,
terangkat pada jarak tertentu
kemudian terhamburkan melalui udara. Kebanyakan pengeringan
terjadi pada saat seperti
proses ini, dimana padatan berkontak dengan gas. Flights juga
berfungsi untuk
mentransfer padatan melalui silinder.
Proses yang terjadi di dalam rotary dryer sangat kompleks dan
masih sedikit
dimengerti dengan baik sehingga menjadi obyek penelitian dari
banyak peneliti. Untuk
dapat menganalisis dan mendesain sistem rotary dryer secara
benar dan meyakinkan,
perlu difahami fenomena perpindahan panas, perpindahan massa dan
transportasi partikel
-
23
padat di dalam rotary dryer. Mula-mula panas dipindahkan dari
gas ke padatan basah,
karena adanya driving force suhu, dan temperatur padatan akan
naik dan kehilangan uap
air. Uap air berpindah ke aliran gas karena adanya gradien
tekanan uap. Hal ini
merupakan proses simultan dari perpindahan massa dan perpindahan
panas yang terjadi
pada saat partikel padat bergerak secara kontinyu membentuk
pancaran berputar di
seluruh silinder dari masukan sampai keluaran (Earle,1989).
Metoda perpindahan panas
yang terjadi adalah konveksi dan konduksi.
Pada umumnya kebanyakan alat pengering, panas dipindahkan dengan
lebih dari
satu cara, tetapi pengering industri tertentu (misalnya
pengeringan makanan) mempunyai
satu metoda perpindahan panas yang dominan. Sedangkan pada
rotary dryer, perpindahan
panas yang dominan adalah perpindahan panas konveksi, panas yang
diperlukan biasanya
diperoleh dari kontak langsung antara gas panas dengan padatan
basah. Pengeringan
dalam rotary dryer menggunakan suhu tidak lebih dari 70oC dengan
lama pengeringan
80-90 menit, dan putaran rotary dryer 17-19 rpm. Untuk
memperoleh hasil pengeringan
yang baik selain ditentukan oleh suhu dan putaran mesin juga
ditentukan oleh kapasitas
mesin pengering. Kapasitas per batch mesin pengering ditentukan
oleh diameter mesin
itu.
Dalam merencanakan alat pengering rotary dryer hendaklah
diketahui kadar air
input, kadar air output, densiti material, ukuran material,
maksimum panas yang diijinkan,
sifat fisika atau kimia, kapasitas output, dan ketersediaan
jenis bahan bakar sehingga
dapat ditentukan dimensi rotary dryer, sistem pemanas (langsung
atau tidak langsung),
arah gas panas (co-current atau counter current), volume dan
tekanan udara, kecepatan
dan tenaga putar, dan dimensi siklon.
2.5.3 Tipe Rotary Dryer
-
24
Pengering rotary diklasifikasikan sebagai langsung, tidak
langsung-langsung,
tidak langsung, dan khusus tipe. Klasifikasi ini didasarkan pada
metode perpindahan
panas yang langsung ketika panas ditambahkan ke atau dihapus
dari padatan pertukaran
langsung antara gas dan padatan, dan menjadi tidak langsung
ketika media pemanas
dipisahkan dari kontak dengan padatan oleh dinding logam atau
tabung. Ada yang tak
terbatas jumlah variasi, yang karakteristik operasi ini cocok
untuk pengeringan, reaksi
kimia, pencampuran, pemulihan pelarut, dekomposisi termal,
sintering, dan aglomerasi
padatan. Secara khusus, rotary dryer debedakan menajadi :
1. Direct rotary dryer, yaitu berbentuk silinder kosong tanpa
menggunakan sirip.
Tipe ini sangat cocok untuk pengeringan dengan suhu rendah dan
suhu sedang dan
bahan denaan karakteristik tertentu
2. Direct rotary kiln, yaitu pengering rotary berbentuk silinder
dengan blok
berisolasi. Tipe pengeringan ini sangat cocok untuk pengeringan
dengan suhu
tinggi.
3. Indirect steam-tube dryer, yaitu berbentuk silender dengan
tabung lugam yang
dipasang longitudinal didalamnya. Pengering dengan tipe ini
memerlukan air
sebagai media pendinginnya.
4. Direct Roto-Louvre dryer, tipe pengering ini merupakan tipe
khusus yang sangat
cocok untuk pengeringan dengan suhu rendah.
2.5.4 Desain Rotary Dryer
Perancangan rotary dryer pada dasarnya adalah proses penerapan
formula
theotritical dan factor tertentu yang dijadikan sebagai landasan
untuk perancangan
sebuah alat yan beroperasi dengan baik. Kadang-kadang. Dalam
perancangan desainya
-
25
semua elemen yang menjadi dasar konsep pengeringan harus menjadi
pertimbangan dan
menjadi patokan dasar. Adapun factor yang harus diperhatikan
dalam mendesain sebuah
alat rotary dryer adalah sebagai berikut.
1. Desain Flight
Dalam silinder sebuah rortary dryer terdapat lifting flight yang
menempel pada
dinding sepanjang dryer yang berfungsi mengangkat bahan dan
menebarkannya melewati
udara panas. Bahan yang akan dikeringkan masuk pada ujung
pengering yang tinggi,
dengan adanya perputaran dari pengering serta didukung oleh
adanya lifting flight di
dalamnya. Produk akan keluar secara perlahan-lahan pada ujung
yang lebih rendah.
Gambar 2.7 : Flight ( sumber : inovasibiomasa.blogspot.com )
Direct rotary dryer panas biasanya dilengkapi dengan lifting
flight untuk
mengangkat dan bahan yang masuk dalam bentuk padatan melalui
aliran gas selama
perjalanan melalui silinder. Lifting flight ini biasanya
berjarak antara 0,6-2 m. Bentuk
lifting flight tergantung pada karakteristik bahan. Untuk bahan
mengalir bebas, radial
lifting flight bersudut 90.
-
26
Gambar 2.8 : Tipe Flight ( Sumber : Handbook of Industrial
Drying )
Pada berbagai kasus flight disesuaikan dengan bahan yang akan
dikeringkan. Pada
kasus rotary dryer dengan flight bersudut makan besarnya sudut
menjadi factor yang
harus diperhatikan agar memperoleh kesetimbangan pada system
rotary. Schofield dan
Glikin menentukan sudut ini dari keseimbangan keseimbangan gaya
yang bekerja pada
partikel, Keseimbangan kekuatan menghasilkan persamaan
berikut:
= + ( )
( + )
Dimana, =
= (
2
)
-
27
System flight yang berbagai bentuk ini bertujuan untuk
memastikan bahwa bahan akan
mengalami kontak dengan gas pengering. Selain itu desain flight
ini juga menentukan
jumlah dan bentuk flight dalam system pengering.
2. Residence time
Sebuah studi Residence Time distribusi padatan dalam rotary
dryer (Miskell &
Marshall 1956, Hirosue & Shinohara 1982, Hallstrm 1985)
menunjukkan bahwa
pergerakan padatan dapat diibaratkan sebagai aliran plug dengan
sejumlah kecil dispersi
axial. Sehigga Alat pengering modern dapat digunakan sebagai
pencampuran reaktor
yang ideal dengan tingkat pencampuran baik. Oleh karena itu
Residence time dapat
digunakan untuk mengukur kecepatan partikel. Meskipun demikian
kecepatan partikel
dipengaruhi beberapa faktor-faktor yang menyebabkan beberapa
partikel bergerak lebih
cepat atau lebih lambat melalui drum daripada yang lain.
Secara matematis Residence Time dirumuskan sebagai
=
Dimana, =
=
=
Selain persamaan tersebut resistence time juga dapat ditentukan
berdasarkan geometry
dari silinder rotary dryer,
=
tan +
60
-
28
Dimana, =
=
=
=
= ( )
=
=
=
K m
0,275 for 6 flight 177 -532 (cocurrent flow)
0,375 for 12 flight 236 -945 ( countercurrent flow )
-
29
3. Heat And Mass Transfer
Selama pengeringan, panas dipasok ke bahan untuk proses
penguapan air.
Sehingga dalam proses ini panas akan mengalami pergerakan dari
suatu bagian ke bagian
lainnya. Penting untuk diketahui bahwa dalam perancangan alat
pengering system rotary
adalah perlunya untuk diketahui nilai dari koefisien panas
keseluruhan sehinnga panas
yang ditransfer melalu silinder dapat didefinisikan. Secara
matematis, perpindahan panas
didefenisikan sebagai berikut
=
Dimana, =
=
=
=
Sedangkan kofisien perpindahan panas volumetric dijabarkan dalam
bentuk :
=
Dimana, = 44
= ( 0.16 )
Flight rotary dryer memiliki peranan penting dalam hal
perpindahan panas yang
terjadi. Hal ini dikarenakan pergerakan bahan didalam silinder
tergantung pada posisi dan
jumlah flightnya. Secara matematis hubungan antara flight dengan
perpindaha panas
antara lain.
-
30
= 1,02 ( 1 )
2 0,46 6
= 0,228 ( 1 )
2 0,46 12
= 0,652 1 1 0,46 6
= 0,145 1 1 0,46 6
Dimana, =
Bila kuantitas uap yang diinginkan dipindah dari permukaan
material dan
temperatur material tidak diketahui, pendekatan yang baik untuk
D tm adalah rata-rata
logaritmik antara wet bulk udara pengering di inlet dan outlet
pengering. Hubungan yang
direkomendasikan untuk pengering komersial yang di produksi di
United States yang
biasanya mempunyai flight count per circle 2.4 sampai 3.0 D dan
kecepatan shell
peripheral 60 sampai 75 ft/min :
= 0,5 0,67
-
31
= 0,4 0,67
Karakteristik material dibatasi temperatur gas, temperatur masuk
biasanya
ditetapkan oleh medium pemanas (400 K sampai 450 K untuk uap dan
800 K sampai
1100 K untuk pemanas gas atau minyak).
4. Analis biaya dan Energi
Dalam sebuah perancangan penggunaan biaya dan energy adlah hal
yang harus
diperhatikan. Sebuah pengering yang baik adalah pengering yang
mampu melakukan
kerja maksimal dengan kapasitas energy yang optimal. Sehingga
dapat menghemat biaya
produksi. Dalam sebuah alat pengering hubungan antara biaya dan
penggunaan eergi
dihubungkan dengan rumus
= ( 4.75 + 0.1952 + 0.33 )
100000
Dimana, = ( 1 = 0.75 )
=
=
= + 2
=
W = berat total
-
32
5. Desain Geometri dryer
Sebuah alat pengering dirancang dalam model dan bentuk yang
sesuai agar terjadi
kesetimbangan system dan system dapat berjala dengan maksimal.
Oleh karena itu dalam
perancangan pembuat harus mengikuti ketentuan yang telah
ditentukan secara matematis.
Adapun ketentuan yang harrus diperhatikan antara lain
5% <
< 15%
2 <
< 20
5 <
< 15
Dimana , =
=
=
=
Rasio L/D yang paling efisien untuk keperluan komersial berada
antara 4 sampai
10. Rotary Dryer biasanya dioperasikan dengan 10 sampai 15 %
dari volumenya diisi
dengan material. Dan Waktu yang dibutuhkan untuk melalui Rotary
Dryer dapat
diestimasikan menggunakan hubungan Friedman dan Marshall :
= 0.23
0.9 0.6
-
33
= 5 0,5
Dimana, =
=
=
=
=
=
=
=
+ =
=
Dalam sebuah perancangan system rotary tentu dibutuhkan sebuah
motor listrik
yang digunakan untuk memutar siilinder, daya motor listrik yang
dibutuhkan sebuah alat
pengering system rotary dirumuskan dalam bentuk
= +
Dimana, =
=
=
-
34
BAB III
METODE PENELITIAN
1.1. Alur Penelitian
Pertama yaitu, penulis mengumpulkan sebanyakbanyaknya referensi
atau
literatur dari buku buku ataupun internet. Studi literatur
sebanyak banyaknya dilakukan
agar dapat mengkompilasi seluruhnya sehingga didapat suatu hasil
yang baik. Studi
literatur dilakukan secara terusmenurus sehingga penulis
memahami betul tentang
perancangan yang akan dibuat. Setelah mendapatkan literatur,
tahap selanjutnya adalah
mulai mendesain benda kerja yang akan dirancang sehingga
tercapai tujuan perancangan.
1.2. Tempat dan Waktu
1.1.1. Tempat
Kegiatan perancangan ini dilaksanakan di Departemen Teknik Mesin
Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara dan di rumah penulis. Tempat
pelaksanaan membuat
alat ini di bengkel produksi.
1.1.2. Waktu
Waktu perancangan ini selama satu semester ganjil dan genap
tahun akademik
2013/2014
-
35
BAB IV
PEMBAHASAN
Pada perancangan Drying Of Foodstuffs With Rotary Dryers ini
penulis
melakukan perancangan dengan tujuan untuk menghasilkan alat
pengering yang
berkualitas dengan meningkatkan efisiensi dan efektifitas alat
pengering. Dalam proses
ini memanfaatkan efek sebaik mungkin dengan menganalisa komponen
komponen
pendukung.
Dalam perancangan rotary dryer hanya atas dasar prinsip
fundamental sangatlah
sulit. Karena Beberapa korelasi yang tersedia untuk mendesain
tidak terbukti mencukupi
untuk banyak sistem. Desain pengering rotary lebih baik
dilakukan dengan menggunakan
pilot plant uji data dan data operasi skala penuh pengering
jenis yang sama jika tersedia,
bersama-sama dengan persamaan desain yang tersedia. Sebuah
jumlah yang cukup besar
variabel yang terlibat seperti bahan untuk dikeringkan per jam,
inlet dan kelembaban
keluar isi padat, kandungan air kritis dan keseimbangan, suhu
dan kelembaban gas
pengeringan. Prosedur desain berdasarkan prinsip-prinsip dasar
dan korelasi tersedia
dibahas di bawah. Dalam kasus ini kita asumsikan bahwa bahan
hanya memiliki
kelembaban terikat dan seperti yang ditunjukkan pada gambar
-
36
Pada tugas perancangan ini akan dibahas sebuah alat pengerig
bahan makanan
dengan system rotary ( Drying Of Foodstuffs With Rotary Dryers )
. Semua bahan
makanan mengandung kadar air tertentu, Berikut adalah table
kadar air beberapa
komoditi bahan makanan menurut berbagai sumber :
Nama Kadar Air Nama Kadar Air
Tomat* 94% Selada (Lactuca sativa) *** 95%
Semangka* 93% Kubis*** 92%
Kol* 92% Jeruk*** 87%
Nenas** 85% Biji Kopi, Panggang*** 5%
Kacang hijau* 90% Kentang*** 78%
Susu sapi** 88% Pisang*** 75%
Ikan teri kering** 38% Ayam*** 70%
Daging sapi* 66% Keju*** 37%
Roti* 36% Selai*** 28%
Buah kering* 28% Madu*** 20%
Susu bubuk** 14% Mentega dan Margarin*** 16%
Tepung ** 12% Beras*** 12% Sumber : Hartley, 1970;
**Poerwosoedarmo, 1977 ***John M deMan 1997
Pada perancangan ini Bahan makan yang dikeringka di fokuskan
pada bahan
makanan berupa tepung seperti terigu, tapioca, tepung sagu dan
sebagainya. Berdasarkan
data diatas tepug dikatakan kering jika kadar air yang
dimilikinya adalah sekitar 12 %.
Oleh karena itu akan dirancang sebuah alat pengering yag
digunakan untuk mengeringkan
tepung hingga kadar air 12 %.
5.1 Persyaratan Kondisi Sistem
Pada perancangan alat pengering system Rotary ini ( Drying Of
Foodstuffs With
Rotary Dryers ) diasumsikan pada beberapa kondisi untuk
mempermudah perancangan
system ini.
-
37
Kapasitas Pengering 1000 kg / jam
Temperatur Bahan 26 0C
Kadar Air Awal 28%
Kadar Air Kering 0,3 %
Temperatur Udara keluar 1500C
Kelembaban udara keluar 0,015
Cps 1.54 KJ/KgK
Kecepatan Udara 1,5 m/s
Berdasarkan kondisi diatas akan dilakukan perhitungan secara
matematis untuk
memperoleh panjang, diameter serta parameter parameter lain
sebuah rotary dryer.
Sihingga alat pengering yang akan dirancang sesuai dengan secara
model fisik dan model
matematis.
5.2 Desain Sistem
Perhitungan matematis adalah hal dasar dalam perancangan sebuah
system.
Sebuah system yang baik haruslah dapat dilakukan perhitungan
matematis, pada pada
peracangan system pengering rotary ini akan dilakukan semua
perhitungan matematis
seluruh komponen system. Adapun perhitungan ini diasumsikan
system bekerja dalam
satu jam kerja. Berikut Adalah Perhitungan semua Parameter
Pembangun Sistem.
5.1.1 Dryer
-
38
Silinder dryer adalah merupakan tempat terjadinya proses
pengeringan suatu
bahan. Dididalm silinder ini terjadi proses pertukanran panas
dari bahan dengan gas
bertemparatur yang dilewatkat didalam silinder. Pada
perancangannya terdapat berbagai
hal yang menentuan besarnya sebuah silinder dryer.
1. Massa Dan Moisture Balance
Tingkat kelembaban adalah kontrol kualitas, produksi, inspeksi
masuk pada
sebuah produk. Penentuan kadar air dalam bahan baku, merupakan
faktor kunci dalam
memberikan produk yang seragam konsisten dalam aplikasi
produksi. Dalam
perancangan alat pengering kesitimbangan tingkat kelembaban
suatu produk adalah kunci
awal perancang system.
-
39
Berdasarkan Kondisi yang telah diasumsikan diatas maka:
=
Dimana, =
=
=
Sehingga Kelembaban kondisi bahan berdasarka kondisi yang telah
diasumsikan untuk
membantu proses perancangan adalah sebagi berikut:
1. Kelembapan bahan pada saat basah ( 1 )
1 = 28
72= 0,38
2. Kelembapan bahan pada saat kering ( 2 )
2 = 0,3
99,7= 0,00301
3. Massa Bahan Kering ( Ms )
= 1000 1 0,4 = 600 /
3. Tingkat Penguapan ( ms)
= 1 2
= 600 0,38 0,00301
= 226,194
-
40
2. Enthalpy Balance
Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan
jumlah energi dari
suatu sistem termodinamika. Entalpi terdiri dari energi dalam
sistem, termasuk satu dari
lima potensial termodinamika dan fungsi keadaan, juga volume dan
tekanannya. Jika kita
hubungkan entalpi dengan hukum termodinamika yang pertama, kita
akan tahu bahwa
entalpi secara global tidak pernah berubah. Energi hanya
bergerak, namun tidak
bertambah atau sehingga menyebabkan kesetimbangan system.
Berdasarkan data, maka kesetimbangan Entalpi system adalah:
1 = 260 1 = 135
0 2 = 0,015 = 0,8 /
Sehingga, ( diasumsikan bahwa suhu gas masuk 2 = 600 dan bahan 2
= 100
0
* 1 = + 4,187 1 1 0
1 = 0,8 + 4,187 0,38 26 0
1 = 62,16 /
* 2 = + 4,187 2 2 0
2 = 0,8 + 4,187 0,00301 100 0
2 = 81,2 /
* 2 = + 1,88 2 2 0 + 2 ( 2500 )
2 = 1,005 + 1,88 0,015 135 0 + 0,015( 2500 )
2 = 177 /
* 1 = + 1,88 1 2 0 + 1 ( 2500 )
-
41
1 = 1,005 + 1,88 1 60 0 + 1 ( 2500 )
1 = 60,3 + 2612,8 1
Karena terjadi kesetimbangan massa, maka berlaku
1 2 = 1 2
Sehingga,
1 0,015 = 600 0,38 0,00301
= 600 ( 0,380,00301 )
1 0,015
= 226,194
1 0,015
Jika,
2 1 = 1 2
600 81,2 62,16 = 226,194 1 0,015
177 60,3 + 2612,8 1
11424 = 226,194
1 0,015 116,7 2612,8 1
114241 171,36 = 26396,8 590999,68 1
602423,68 1 = 26568,16
1 = 0,044
-
42
Maka massa kering gas dapat diperoleh ( )
= 226,194
0,044 0,015
= 7799,79 /
3. Dryer Diameter
Shell adalah bagian utama dari sebuah rotary dryer. Diameter
dari shell ini
ditentukan dengan cara menghitung volume lengas, yaituselisi
Volume campuran udara
dengan uap air pada kondisi kelembaban relatif dan temperature
tertentu., sehingga
* 1350 2 = 0,015
, = ( 2,83 103 + 4,56 103 )
, = ( 135 + 273 )( 2,83 103 + 4,56 103 0,015 )
= 1,183 3
* 600 1 = 0,044
, = ( 2,83 103 + 4,56 103 )
, = ( 135 + 273 )( 2,83 103 + 4,56 103 0,044 )
= 1,236 3
*
= 4
3600 = 0,85
-
43
= 4(545,045 )
3600 0,85 1,5
= 0,38 = 38 40
Dalam perancangan ini secara matematis diameter dryer yang akan
dibuat untuk
menegringkan bahan dengan kapasistas 600 kg/ jam adalah 38 cm,
namun pada
pembuatan diameter dibuat dengan diameter 40 cm.
4. Panjang Dryer
Dalam perancangan, panjang dari dryer secara matematis
ditentukan sebagai
berikut:
Stage III
Pada kondisi ini diasumsikan =
= = 410
Maka, tingkat kelembaban Pada titik SB diperoleh,
= + 4,187 2 0
= 0,8 + ( 4,187 ) 0,00301 ( 41 0 )
= 33, 31 /
Jika panas spesifik gas Pada kondisi diatas adalah
= 1,005 + 1,88 0,015 = 1,003
Sehingga proses kesetimbnagan yang terjadi adalah:
-
44
2 1 = ( 135 )
600 81,2 62,16 = 7799,79 1,003 ( 135 )
= 133,530
Dengan diperolehnya maka suhu pada stage III diperoleh secara
keseluruha,
sehingga LMTD-nya adalah:
= 133,53 41 = 92,53
2 = 135 100 = 35
= 92,5335
ln92 ,53
35
= 59,17
Sehingga, panjang dryer pada proses ini dirumuskan dengan
=2
=
135 133 ,53
59,17
= 0,024
Stage II
Karena , = 0,015
* = + 1,88 2 0 + 2 ( 2500 )
= 1,005 + 1,88 0,015 133,53 0 + 0,015( 2500 )
= 175,46 /
-
45
* = + 1,88 1 0
= 0,8 + 4,187 0,38 41 0
= 98,03 /
Sehingga, proses kesetimbangan yang terjadi adalah :
=
600 33, 31 98,03 = 7799,79 ( 175,46 )
= 180,43 /
Dengan diketahuinya nilai dari maka temperature gas pada titik A
dapat dihitung
dengan cara berikut:
= + 1,88 1 0 + 1 ( 2500 )
180,43 = 1,005 + 1,88 0,044 0 + 0,044( 2500 )
= 64,750
Dengan diperolehnya maka suhu pada stage III diperoleh secara
keseluruha,
sehingga LMTD-nya adalah
= 64,75 41 = 50,45
= 92,53
= 92,5323,75
ln92,53
23,75
= 47,8
Sehingga, panjang dryer pada proses ini dirumuskan dengan
-
46
=
=
133,5364,75
47,8 =1,43
Stage I
1 = 60 26 = 34
= 50,45
= 50,4534
ln50,45
34
= 41,68
Sehingga, panjang dryer pada proses ini dirumuskan dengan
= 1
=
64,7560
41,68 =0,11
Dari seluruh proses pada setiap stage maka dapat diperoleh total
dari system, yaitu
= 0,024 + 1,43 + 0,11 = 1,564
Untuk menentukan panjang Dari sebuah dryer harus terlebih dahulu
meencari panjang
unit transfer yaitu dengan cara berikut.
. =7799,79 1,015 + 7799,79 ( 1,044)
2
. = 16059,76
-
47
=16059 ,76
3600
4 0,4 2
= 0,56 /2
Koefisien perpindahan panas volumentric
=237( )0,67
=237( 0,56 )0,67
0,4
= 401,76 /3
Kelembaban udara akhir
1 = 1,005 + 1,88 0,015 = 1,033
2 = 1,005 + 1,88 0,044 = 1,087
. =1,033+1,087
2= 1,06
Sehingga, panjang daerah transfer Lt
= .
=
0,56 1060
401,76= 1,47
Maka Panjang dari dryer adalah
= . = 1,564 1,47 = 2,31
-
48
5. Heat Transfer
Sebuah pengering secara bekerja dengan memanfaatkan konsep
perpidahan panas.
Yaitu dengan mengalirkan suatu energy panas melewati bahan
melalu sebuah system
tertutup. Dalam perancangan ini konsep perpindahan panas akan
dijabarkan sebagai
berikut:
=
2 = 135 100 = 35
1 = 60 26 = 34
=3534
ln35
34
= 34,9
= 401,76 4 0,42 2,31 0,4 34,9
= 401,76 4 2,31 0,4 34,9
= 1609,29 /
6. Flight Desain
Dalam silinder sebuah rortary dryer terdapat lifting flight yang
menempel pada
dinding sepanjang dryer yang berfungsi mengangkat bahan dan
menebarkannya melewati
udara panas. Perancangan flight adalah dengan cara berikut:
Jumlah Flight
= 0, 4 = 1,28
= 3
-
49
= 3 1,28
= 3,84
Karena = 3,84 maka jumlah flight bisa dikatakan adalah 4
Panjang radial Flight
= 1 8
= 1 8 1,28
= 0,16 = 5
7. Check Variabel Sistem
Dalam peranacangan semua variable diatas haruslah sesuai dengan
ketentuan yang
telah ditetapkan, agar system berjalan denga baik. Berikut ini
adalah pemeriksaan
variable system agar berjalan dengan baik:
<
< <
<
2 <
< 20
= 2,31 = 0,4
=
2,31
0,4= 5,775 sistem memenuhi syarat
5 <
< 15
= 4 = 0,4
=
4
0,4= 10 sistem memenuhi syarat
-
50
5.1.2 Motor Penggerak
Sebuah rotary Dryer tentu harus memiliki sebuah motor listrik
yang digunakan
untuk memutar silider dryer sehingga terjadi prose pengeringan
secara merata. Dalam
Perancagan rotary dryer pemilihan motor listrik yang tepat
sangat diperlukan. Hal ini
dikarenakan adalah untu mendapatkan kerja yang optiamal dan
dapat menghindarkan
kerugian kerugian yang sia sia.
Gambar 4.1 : Motor Listrik ( Sumber : www.ebay.com )
Kecepatan putar silinder dryer :
=
= ( 30-90 / asumsi 30 )
= 30
1,3
= 7,4 7
Dalam pemilihan motor listrik haruslah terlebih dahulu kita
harus mengetahui
perputaran silinder yang diinginkan.
Kecepatan putar Silinder : 7 rpm
Kecepatan Motor : 1200 rpm
Daya Motor : 1 HP
-
51