DAFTAR ISI Kata Pengantar......................................... i Daftar Isi............................................. .......ii Bab I Pendahuluan 1.1..............................................Latar belakang...................................... 1 1.2..............................................Rumusa n masalah..................................... 1 1.3..............................................Tujuan penulisan..................................... 2 Bab II Tinjauan Pustaka 2.1Definisi semen................................ 3 2.2Komposisi bahan baku.......................... 3 2.3Jenis-jenis semen............................. 7 2.4Proses pembuatan semen........................ 13 2.5Reaksi-reaksi pembuatan semen................. 23 2.6Jenis proses pembuatan semen.................. 25 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
DAFTAR ISI
Kata Pengantar......................................................................................................... i
Daftar Isi. .................................................................................................................. ii
Bab I Pendahuluan
1.1. Latar belakang....................................................................................... 1
Tes” adalah hasil tes dan kriteria yang memberikan indikasi mengenai
crushability dari material.
Sistem Pemecahan
Bila ditinjau dari prosedur pemecahan maka ada 2 macam crusher :
1. Prosedur dengan single pas artinya material hanya melewati crusher sekali.
2. Prosedur dengan close circuit atinya material dapat melalui crusher beberapa
kali, misalnya material yang kasar masuk kedalam crusher.
PRINSIP KERJA CRUSHER
Pada prinsipnya crusher dapat dibagi manjadi 2 prinsip kerja yaitu :
1. secara tekan/compressiv material diperkecil ukurannya oleh karena gaya tekan,
sehingga karakteristik dari crusher ini mumpunyai kecepatan permukaan dan laju
keausan yang relatif rendah, reduction ration antara 3 : 1 sampai 7 : 1, sedangkan
kandungan air yang melebihi 5% dapat menghambat operasi crusher ini. Ukuran
maksimum material yang masuk biasanya bisa mencapai 70-80% dari ukuran inlet.
2. secara pukul/impact material diperkecil ukuranya oleh karena gaya pukul yang
mendadak. Sehingga karakteristik dari crusher ini mempunyai kecepatan tinggi,
beroperasi kontinu dan mempunyai reduction ration tinggi bila dibanding dengan
27
secara tekan, kandungan air mencaoai laju keausan tinggi. Ukuran material masuk
maksimum dibatasi 50-60% dari ukuran inlet .
Jenis Jenis Crusher
Jaw Crusher (compressive crusher)
Pada umumnya jaw crusher banyak digunakan pada industri semen dikarenakan
kontruksinya yang sederhana jika dibandingkan dengan crusher-crusher lain dan juga
seiring digunakan sebagai primary crusher. Jenis crusher ini menggunakan gaya tekan
untuk menghancurkan maerial/batuan , gaya tekan ini ditimbulkan karena adanya
bagian yang bergerak disebut Moving plate dan Swing plate.
Adapun bentuknya ada dua macam yaitu berbentuk rata dari atas kebawah dan
yang berbentuk cembung.Maksudnya dari kedua bentuk tersebut adalah untuk
memperkecil timbulnya kemacetan.Bagian yang bergerak ini timbul disebabkan adanya
gerakan roda gila (Excentric) sedangkan untuk bagian yang diam disebut fixplate atau
stationare. Model/ukuran dari jaw crcusher biasanya ditentukan oleh ukuran bukaan
feed opening. Misalnya jaw crusher yang digunakan sebagai peremuk tahap pertama
memiliki commercial size 63x47, ini berarti mempunyai ukuran dari bagian atas swing
jaw dan bagian atas fixid jaw.
Semua jaw crusher mempunyai discharge opening (pengeluaran) yang dapat
diatur, minimum closed setting biasanya ¼ sampai 1/6 gape. Prinsip kerja jaw crusher
ialah material yang masuk ke crushing chamber atau ruang penghancur (ruang antara
fixed jaw dan swing jaw) akan tertekan dan terkompresi oleh swing jaw yang digerakan
oleh tekanan toggle. Untuk melindungi dan mempermudah pecahan material, maka
dipergunakan ribbed liners pada movable jaw dan fixid jaw .
Bila ditinjau pada toglenya jaw crusher dibagi 2,yaitu :
Single toggle jaw crusher
Gerakan dari swing jaw bergerak maju mundur serta naik turun. Biasanya
dipergunakan untuk menghancurkan material yang abrasive, kelembaban yang
28
rendah dan material keras dengan ukuran material umpan atau feed size yang lebih
kecil.
Single toggle jaw crusher ini dapat dipergunakan sebagai primary crusher
atau secondary crusher.Reduction ration sebagai primary crusher 5 : 1 – 7 : 1,
secondary Crusher 3 : 1 - 5 : 1.
Double toggle jaw crusher
Crusher ini mempunyai toggle ganda dan gerakan dari swing jaw hanya
maju mundur (osilasi). Crusher ini dipergunakan untuk memecahkan material yang
keras dan amat keras serta abrasive dengan kelembaban rendah serta ukuran umpan
yang besar. Kerusakan pada crusher atau toggle plate dapat terjadi bila kita
menghentikan oprasi crusher secara mendadak bila diruangan penghancur crusher
material masih dalam keadaan penuh. Oleh karena itu sebelum menjalankan
kembali crusher, ruang penghancur crusher harus dikosongkan terlebih dahulu.
Impact crusher
Impact crusher merupakan alat pemecah/peremuk yang dapat digunakan
pada tahap pertama dan kedua. Pada impact crusher gaya yabg dipakai untuk
menghancurkan material ialah gaya pukul (impact). Disini dipergunakan impeler
untuk melemparkan material dengan kecepatan yang tinggi ke arah pale impact yag
keras dan kasar. Di Quarry D tipe dari impact crusher berupa singel impeller crusher
yaitu impact crusher yang hanya mempunyai 1 impeller, terdiri atas : Impeller
berputar dan dilengkapi dengan beaters/hammer yang berfungsi sebagai pemukul
sekaligus sebagai pelempar material dan juga sebagai penghancur. Impact plate
sebagai dinding impact dan sebagai landasan material.
Double shatf hammer crusher
Double shatf hammer crusher sangat banyak digunakan di industri semen.
Prinsip kerja sama dengan impact crusher yaitu reduction size terjadi karena impact,
hanya pada double shaft hammer tidak digunakan impeler, jenis crusher ini lebih
29
tahan pada material basah campur tanah dan produk ukuran material akan relatif
sama karena mempunyai saringan (great bar), memiliki reduction ration 1 : 40.
Hammer pada crusher terbuat dari material yang tahan aus dan pukulan,
mempunyai wearing 1,5 – 3 gram\ton crused material dengan komposisi : C = 1 –
1,4 % Mn = 12 – 14 % Si = 0,4 – 1 % P = 0,006 %. Kecepatan Dari hammer
biasanya 25 – 50 m/det & putaran 250 – 400 rpm bentuk dari hammer ada
bermacam–macam. Sedangkan hammer yang ada pada Double shaft hammer di
Quarry D bertipe bar hammer. Double shaft hammer crusher, terdiri dari : Dua buah
rotor berputar berlawanan arah dan dilengkapi dengan 4 baris hammer/pemukul.
Anvil sebagai landasan dan penahan material akan terpukul pertama diatas anvil
Gate bar yang berfungsi sebagai landasan penahan kedua juga sebagai penyaring
material, sehingga besar material tidak akan lebih besar dan lebar cela dua grate bar
tersubut. Grate bar terdiri dari susunan besi dengan ukuran 30 x 310 cm. Prinsip
kerja double shaft hammer crusher adalah material dihancurkan oleh pemgaruh
impact dari hammer/palu dan breaker plate. Besarnya energi kinetic dari impact
dapat dihitung = , dimana m = masa, dan v = kecepatan palu.
Penghancur pada Double shaft hammer crusher mangalami pecahan di 2 tingkat :
1. Material yang berukuran besar. Mekanisme pemecehan di sini adalah batu
gamping dalam hoper turun dan jatuh pada appron feeder, dari appron feeder
melalui in roler masuk kedalam crushing chamber dan langsung dipukul oleh
hamer hingga hancur, batu gamping yang berukuran besar terlempar ke dinding
crusher dan dipukul lagi oleh hammer dan begitu suterusnya sampai ukuran
material 30mm.
2. Material yang berukuran kecil dari tahap pertama dipukul lagi oleh hammer
dengan landasan berupa grate bar sehingga menjadi ukuran lebih kecil dan dapat
lolos melalui lubang/celah antara grate bar.
2) Alat Transportasi
30
a. Weight Feeder
Feeder adalah unit pengumpan crusher agar material yang masuk ke
crusher dapat diatur dengan kecepatan yang sesuai dengan kebutuhan, sehingga
operasi crusher manjadi stabil.
Weigth feeder sendiri adalah suatu timbangan elektris mekani berbentuk
conveyor yang secara langsung elakukan pengontrolan berat material penyusun
yang akan diumpankan ke proses produksi. Weight feeder bertugas untuk
mengatur aliran bahan baku yang akan dicampur menjadi penyusun semen,
seperti batu kapur, pasir besi, pasir silica dan clay. Pada bagian finish mill
weight feeder bertugas mencampur material setengah jadi , trash, gypsum,
sebelum material tersebut digiling di dalam finish mill.
Macam–macam Feeder :
1. Apron feeder
2. Chain feeder
3. Grizzly feeder
Apron feeder terdiri atas :
1. Pan yaitu untuk menampung material dan juga sebagai pengangkut material
tersebut.
2. Roller/roda yaitu sebagai penahan (dudukan) pan menggelinding diatas rail
(rel) membawa material ke crusher.
3. Link untuk merangkai pan–pan.
4. Head shaf dan tai shaf sebagai penarik dan pembalik link/pan.
5. Rail (rel) sebagai jalan dari roller.
Chain feeder terdiri atas :
1. Lantai (plate) sebagai dasar dan juga penampung material.
2. Scraper untuk membawa material yang adad dilantai dasar.
3. Rantai (chain) sebagai perangkai scraper dan juga penarik material.
31
4. Head shaf dan tail shaf sebagai penarik dan pembalik lantai dan scraper.
Grizzly feeder terdiri atas :
1. Kisi–kisi/bar yang terpasang miring yang dapat menampung material
sekaligus untuk menyeleksi material, dimana material yang halis akan lolos
antara celah kisi–kisi yang lebih besar.
b. Belt conveyor
Belt conveyor adalah alat angkut material secara kesinambungan
baik dalam keadaan mirin tegak maupun mendatar yang menggunakan
sistim belt (ban).Belt conveyor dapat dipakai secara efektif pada daerah
yang relative datar namun dapat beroprasi secara optimal pada daerah
kemiringan 12–200.
Belt conveyor dapat digunakan untuk mengangkut material baik
berupa unit load atau bulk material, yang dimasud dengan unit load adalah
benda yang biasanya dapat dihitung jumlahnya satu persatu.Sedangkan bulk
material adalah material berupa butir–butir atau serbuk.
Komponen utama belt conveyor yaitu :
Belt Fungsinya untuk membawa material yang diangkut. Belt dibuat dari
beberapa lapisan tenun benang kapas (cotton) yang tebal membentuk
satu karkas. Kekuatan belt dinyatakan oleh jumlah lapisan (ply rate),
misalnya 4,5,6 play, dst. Dan berat dari belt tersebut misalnya 28, 32, 36
oz tersebut.
Idler Berfungsi untuk menahan dan menyangga belt, menurut letak dan
fungsinya, maka idler dibagi menjadi : Idler atas atau idler pengangkut
atau idler pembawa (carrying idler). Dipergunakan untuk menahan bel
bermuatan. Idler penahan (impact idler), yaitu idler yang ditempatkan
ditempat pemuatan. Idler penahan (training idloer), yaitu idler yang
dipakai untuk menjajaki agar belt tidak bergeser dari jalur yang
32
seharusnya. Idler bawah atau idler balik (retum idler) yaitu idler yang
berguna untuk menahan belt kosong.
Cantering Devince Untuk mencegah agar belt tidak meleset dari
rollernya, untuk itu dikiri kanan belt dipasang idler menengah atau
training idler.
Unit penggerak Pada belt conveyor tenaga gerak dipindahkan ke belt
dengan adanya gaya gesek antara belt dengan puli penggerak, karena
belt merekat disekeliling puli yang diputar oleh motor.
Pemberat (take–up atau counter weight) Yaitu komponen untuk
mengatur tegangan belt dan untuk mencegah terjadinya slip antara belt
dengan puli penggerak karena bertambah panjangnya belt.
Bending the belt Alat yang dipergunakan untuk melengkungkan belt
adalah puli terakhir atau pertengahan, susunan roller, beban dan adanya
sifat kelenturan belt.
Trippers Adalah alat untuk menumpahkan muatan pada suatu tempat
tertentu, karena kadang–kadang muatan harus dicurahkan pada beberapa
tempat yang berbeda dan bukan ujung belt.
Pembersih belt yaitu alat yang dipasang diujung bagian bawah belt agar
material tidak merekat pada belt balik (retum ider), karena belt, puli dan
idler yang bersih akan memperpanjang umur belt.
Skirt Adalah semacam sekat yang dipasang kiri kanan pada belt tempat
pemuatan (loading point) yang terbuat dari logam dan dapat dipasang
tegak atau miring yang gunaya untuk mencegah terjadinya ceceran.
Hold back Adalah alat untuk mencegah agar belt conveyor yang
membawa muatan ke atas tidak berputar kembali ke bawah jika tenaga
gerak tiba–tiba rusak dan dihentikan.
Kerangka (frame) adalah kontruksi baja yang menyangga seluruh
susunan belt dan harus ditempatkan sedemikian rupa.
Motor penggerak Adalah motor listrik yang menggerakan drive puli dan
motor harus disesuaikan dengan keperluan.
33
3) Sizing
a. Screening / Ayakan
Screening adalah unit penyaring/penyaleksi material untuk memisahkan
material yang halus dan kasar, kecil dan besar. Dimana material dijatuhkan
diatas plate screen yang berlubang–lubang sesuai dengan ukuran yang
dikehandaki, sambil diayak/digetarkan maka material yang lebih kecil dari
lubang akan jatuh dan yang lebih besar tetap diatas plate srcee.unit ini biasanya
dipasang oleh close unit.
Beberapa jenis ayakan yang sering digunakan antara lain :
1. Grizzly, merupakan jenis ayakan statis, dimana material yang akan diayak mengikuti aliranpada
posisi kemiringan tertentu.
2. Vibrating screen, ayakan dinamis dengan permukaan horizontal dan miring digerakkan
padafrekuensi 1000 sampai 7000 Hz. Ayakan jenis ini mempunyai kapasitas tinggi, dengan
efisiensipemisahan yang baik, yang digunakan untuk range yang luas dari ukuran partikel.
3. scillating screen, ayakan dinamis pada frekuensi yang lebih rendah dari vibrating screen(100-400
Hz) dengan waktu yang lebih lamam.
4. Reciprocating screen, ayakan dinamis dengan gerakan menggoyang, pukulan yang panjang(20-
200 Hz). Digunakan untuk pemindahan dengan pemisahan ukuran.
5. Shifting screen, ayakan dinamis dioprasikan dengan gerakan memutar dalam bidangpermukaan
ayakan. Gerakan actual dapat berupa putaran, atau getaran memutar. Digunakanuntuk
pengayakan material basah atau kering.
6. Revolving screen, ayakan dinamis dengan posisi miring, berotasi pada kecepatan rendah (10-20
rpm). Digunakan untuk pengayakan basah dari material-material yang relatif kasar, tetapimemiliki
pemindahan yang besar dengan vibrating screen.
4) Penyimpanan
a. Clinker Storange Silo
Sebuah tenmpat penampungan Clinker
34
b. Cement Silo
Berfungsi menampung semen dari pengotor sebelum masuk ke storange silo
untuk pengepackkan
c. Storange Silo
Berfungsi untuk menmpung semen yang berasal dari finish mill setelah
melewati vibrating screen untuk selanjutnya diumpankan ke dalam rotary
packer.
d. Stock pile
Tempat penampungan bahan, terdiri atas dua sisi, bagian kanan sebagai
tempat bahan menuju proses selanjutnya sedangkan bagian kiri digunakan
untuk meletakkan bahan baku yang nantinya kan dimasukkan ke dalam
crusher.
e. Bin
Bin biasanya terdiri dari empat buah yang masing- masing diisi dengan
bahan baku dalam pembuatan semen.
5) Heat Exchanger
Macam-macam Heat Exchanger: Alat Penukar Panas (Bagian 1)
Dalam Bahasa Indonesia heat exchanger memiliki arti harfiah alat penukar panas.
Namun di sini saya akan tetap menggunakan bahasa aslinya agar tidak terjadi kerancuan
lebih lanjut. Pengertian ilmiah dari heat exchanger adalah sebuah alat yang berfungsi untuk
mentransfer energi panas (entalpi) antara dua atau lebih fluida, antara permukaan padat
dengan fluida, atau antara partikel padat dengan fluida, pada temperatur yang berbeda serta
terjadi kontak termal. Lebih lanjut, heat exchangerdapat pula berfungsi sebagai alat
pembuang panas, alat sterilisasi, pesteurisasi, pemisahan campuran, distilisasi (pemurnian,
ekstraksi), pembentukan konsentrat, kristalisasi, atau juga untuk mengontrol sebuah proses
fluida. Satu bagian terpenting dari heat exchanger adalah permukaan kontak panas. Pada
permukaan inilah terjadi perpindahan panas dari satu zat ke zat yang lain. Semakin luas
bidang kontak total yang dimiliki oleh heat exchanger tersebut, maka akan semakin tinggi
35
nilai efisiensi perpindahan panasnya. Pada kondisi tertentu, ada satu komponen tambahan
yang dapat digunakan untuk meningkatkan luas total bidang kontak perpindahan panas ini.
Komponen tersebut adalah sirip.
MACAM-MACAM HEAT EXCHANGER
36
Heat exchanger dapat diklasifikasikan menjadi berbagai jenis berdasarkan beberapa
aspek. Secara ringkas macam-macam heat exchanger dapat digambarkan menjadi bagan di
atas. Untuk lebih jelasnya akan kita bahas satu persatu macam-macam heat
exchanger tersebut.
A. Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Proses Transfer Panas
1. Heat Exchanger Tipe Kontak Tak Langsung
Heat exchanger tipe ini melibatkan fluida-fluida yang saling bertukar panas dengan
adanya lapisan dinding yang memisahkan fluida-fluida tersebut. Sehingga pada heat
exchanger jenis ini tidak akan terjadi kontak secara langsung antara fluida-fluida yang
terlibat. Heat exchanger jenis ini masih dibagi menjadi beberapa jenis lagi, yaitu:
Heat Exchanger Tipe Direct-Transfer
Pada heat exchanger tipe ini, fluida-fluida kerja mengalir secara terus-menerus
dan saling bertukar panas dari fluida panas ke fluida yang lebih dingin dengan
melewati dinding pemisah. Yang membedakan heat exchanger tipe ini dengan
tipe kontak tak langsung lainnya adalah aliran fluida-fluida kerja yang terus-
menerus mengalir tanpa terhenti sama sekali. Heat exchanger tipe ini sering
disebut juga dengan heat exchanger recuperator.
Storage Type Exchanger
Heat exchanger tipe ini memindahkan panas dari fluida panas ke fluida dingin
secaraintermittent (bertahap) melalui dinding pemisah. Sehingga pada jenis ini,
aliran fluida tidak secara terus-menerus terjadi, ada proses penyimpanan sesaat
sehingga energi panas lebih lama tersimpan di dinding-dinding pemisah antara
fluida-fluida tersebut. Tipe ini biasa pula disebut dengan regenerative heat
exchanger.
Fluidized-Bed Heat Exchanger
Heat exchanger tipe ini menggunakan sebuah komponen solid yang berfungsi
sebagai penyimpan panas yang berasal dari fluida panas yang melewatinya. Fluida
37
panas yang melewati bagian ini akan sedikit terhalang alirannya sehingga
kecepatan aliran fluida panas ini akan menurun, dan panas yang terkandung di
dalamnya dapat lebih efisien diserap oleh padatan tersebut. Selanjutnya fluida
dingin mengalir melalui saluran pipa-pipa yang dialirkan melewati padatan
penyimpan panas tersebut, dan secara bertahap panas yang terkandung di
dalamnya ditransfer ke fluida dingin.
Fluidized-Bed Heat Exchanger
Heat Exchanger Tipe Kontak LangsungSuatu alat yang di dalamnya terjadi perpindahan panas antara satu atau lebih fluida dengan diikuti dengan terjadinya pencampuran sejumlah massa dari fluida-fluida tersebut disebut dengan heat exchanger tipe kontak langsung. Perpindahan panas yang diikuti percampuran fluida-fluida tersebut, biasanya diikuti dengan terjadinya perubahan fase dari salah satu atau labih fluida kerja tersebut. Terjadinya perubahan fase tersebut menunjukkan terjadinya perpindahan energi panas yang cukup besar. Perubahan fase tersebut juga meningkatkan kecepatan perpindahan panas yang terjadi. Macam-macam dari heat exchanger tipe ini antara lain adalah:
Immiscible Fluid Exchangers
Heat exchanger tipe ini melibatkan dua fluida dari jenis berbeda untuk dicampurkan
sehingga terjadi perpindahan panas yang diinginkan. Proses yang terjadi kadang tidak
38
akan mempengaruhi fase dari fluida, namun bisa juga diikuti dengan proses kondensasi
maupun evaporasi. Salah satu penggunaan heat exchanger ini adalah pada sebuah alat
pembangkit listrik tenaga surya berikut.
.
Gas-Liquid ExchangerPada tipe ini, ada dua fluida kerja dengan fase yang berbeda yakni cair dan gas. Namun umumnya kedua fluida kerja tersebut adalah air dan udara. Salah satu aplikasi yang paling umum dari heat exchanger tipe ini adalah pada cooling tower tipe basah. Cooling tower biasa dipergunakan pada pembangkit-pembangkit listrik tenaga uap yang terletak jauh dari sumber air. Udara bekerja sebagai media pendingin, sedangkan air bekerja sebagai media yang didinginkan. Air disemprotkan ke dalam cooling tower sehingga terjadi percampuran antara keduanya diikuti dengan perpindahan panas. Sebagian air akan terkondensasi lagi sehingga terkumpul pada sisi bawah cooling tower, sedangkan sebagian yang lain akan menguap dan ikut terbawa udara ke atmosfer.
39
Wet Cooling Tower Termasuk ke Dalam Heat Exchanger Tipe Direct-Contact
Liquid-Vapour ExchangerPerpindahan panas yang terjadi antara dua fluida berbeda fase yakni uap air dengan air, yang juga diikuti dengan pencampuran sejumlah massa antara keduanya, termasuk ke dalam heat exchangertipe kontak langsung. Heat exchanger tipe ini dapat berfungsi untuk menurunkan temperatur uap air dengan jalan menyemprotkan sejumlah air ke dalam aliran uap air tersebut (pada boiler proses ini biasa disebut dengan desuperheater spray) atau juga berfungsi untuk meningkatkan temperatur air dengan mencampurkan uap air ke sebuah aliran air (proses ini terjadi pada bagian deaerator pada siklus pembangkit listrik tenaga uap).
B. Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Jumlah Fluida Kerja
Sebagaan besar proses perpindahan panas antar fluida, melibatkan hanya dua jenis fluida yang berbeda. Semisal air dengan air, uap dengan air, uap dengan air laut, dan lain sebagainya. Namun ada pula heat exchanger yang melibatkan lebih dari dua fluida kerja yang berbeda jenis. Umumnya heat exchanger jenis ini digunakan pada proses-proses kimiawi, seperti pada contoh sistem di bawah ini yaitu proses penghilangan kandungan nitrogen dari bahan baku gas alam. Pada sistem ini dihasilkan gas alam dengan kandungan nitrogen yang lebih rendah sehingga penggunaan gas alam tersebut pada kebutuhan porses pembakaran selanjutnya dapat lebih efisien.
40
Proses Pengolahan Gas Alam Melibatkan Multi Fluid Heat Exchanger
C. Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Bidang Kotak Perpindahan Panas
Pengklasifikasian heat exchanger selanjutnya adalah berdasarkan luas bidang kontak
terjadinya perpindahan panas antar fluida. Parameter yang digunakan dalam
pengklasifikasian ini adalah sebuah satuan besar luas permukaan bidang kontak di setiap
volume heat exchanger. Semakin luas permukaan bidang kontak perpindahan panas per
satuan volume, maka akan semakin besar efisiensi perpindahan panas yang didapatkan.
Namun hal tersebut harus juga memperhatikan jenis fluida kerja yang digunakan. Semakin
besar kandungan partikel di dalam fluida tersebut, maka semakin rendah juga kebutuhan
luas permukaan bidang kontak perpindahan panas pada heat exchanger.
Pengklasifikasian heat exchanger berdasarkan hal ini antara lain adalah Compact Heat
Exchangerdengan luas bidang kontak di atas 700 m2/m3; Laminar Flow Heat
Exchanger dengan luas bidang permukaan di atas 3000 m2/m3; serta Micro Heat
Exchanger dengan luas bidang kontak di atas 15000 m2/m3. Untuk lebih jelasnya mari kita
perhatikan gambar di bawah ini.
41
Klasifikasi Heat Exchanger Berdasarkan Luas Permukaan Perpindahan Panas
D. Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Desain Konstruksi
Pengklasifikasian heat exchanger berdasarkan desain konstruksinya, menjadi
pengklasifikasian yang paling utama dan banyak jenisnya. Secara umum heat
exchangerdapat dikelompokkan menjadi beberapa kelompok yakni tipe tubular, tipe plat,
tipe extended-surface, dan tipe regeneratif. Sebenarnya masih ada beberapa jenis heat
exchanger dengan desain lain seperti scraped surface exchanger, tank heater, cooler
cartridge exchanger, dan lain sebagainya. Namun untuk lebih ringkasnya akan kita bahas
empat tipe heat exchanger yang utama tersebut. Heat Exchanger Tipe Tubular
Heat exchanger tipe ini melibatkan penggunaan tube pada desainnya. Bentuk penampang tubeyang digunakan bisa bundar, elips, kotak, twisted, dan lain sebagainya. Heat exchanger tipe tubular didesain untuk dapat bekerja pada tekanan tinggi, baik tekanan yang berasal dari lingkungan kerjanya maupun perbedaan tekanan tinggi antar fluida kerjanya. Tipe tubular sangat umum digunakan untuk fluida kerja cair-cair, cair-uap, cair-gas, ataupun juga gas-gas. Namun untuk penggunaan pada fluida kerja gas-cair atau juga gas-gas, khusus untuk digunakan pada kondisi fluida kerja bertekanan dan bertemperatur tinggi sehingga tidak ada jenis heat exchanger lain yang mampu untuk bekerja pada kondisi tersebut. Berikut adalah beberapa jenis heat exchangertipe tubular:
1. Shell & TubeHeat exchanger tipe shell & tube menjadi satu tipe yang paling mudah dikenal. Tipe ini melibatkan tube sebagai komponen utamanya. Salah satu fluida mengalir di dalam tube, sedangkan fluida lainnya mengalir di luar tube. Pipa-pipa tube didesain berada di dalam sebuah ruang berbentuk silinder yang disebut dengan shell, sedemikian rupa sehingga pipa-pipa tubetersebut berada sejajar dengan sumbu shell.
Heat Exchanger Tipe Shell & Tube
(a) satu jalur shell, satu jalur tube
(b) satu jalur shell, dua jalur tubeKomponen-komponen utama dari heat exchanger tipe shell & tube adalah sebagai berikut:Tube. Pipa tube berpenampang lingkaran menjadi jenis yang paling banyak digunakan padaheat exchanger tipe ini. Desain rangkaian pipa tube dapat bermacam-macam sesuai dengan fluida kerja yang dihadapi.
Heat Exchanger Plat Tipe GasketGasket berfungsi utama sebagai pembagi aliran fluida agar dapat mengalir ke plat-plat secara selang-seling. Gambar di bawah ini menunjukkan desain gasket sehingga di satu sisi plat fluida 1 masuk ke area plat yang (a), sedangkan gasket yang lain mengarahkan fluida 2 agar masuk ke sisi plat (b).
Desain Gasket Untuk Pendistribusian Fluida Kerja
45
b. Heat exchanger tipe ini termasuk tipe yang cukup murah dengan koefisien
perpindahan panas yang baik. Selain itu tipe ini juga mudah dalam hal
perawatannya, karena proses bongkar-pasang yang lebih mudah jika
dibandingkan tipe lain seperti shell & tube. Namun di sisi lain, tipe ini tidak
cocok jika digunakan pada aliran fluida dengan debit tinggi. Dan seperti yang
telah saya singgung di atas bahwa heat exchanger tipe ini tidak cocok
digunakan pada tekanan dan temperatur kerja fluida yang tinggi, hal ini
berkaitan dengan kekuatan dari material gasket yang digunakan.
c. Welded Plate Heat Exchanger (WPHE). Satu kelemahan yang paling
mendasar dari heat exchanger plat dengan gasket, adalah adanya penggunaan
gasket tersebut. Hal tersebut membatasi kemampuan heat exchanger sehingga
hanya fluida-fluida jenis tertentu yang dapat menggunakan heat
exchanger tipe ini. Untuk mengatasi hal tersebut, digunakanlah heat
exchanger tipe plat yang menggunakan sistem pengelasan sebagai pengganti
sistem gasket. Sehingga heat exchanger tipe ini lebih aman jika digunakan
pada fluida kerja dengan temperatur maupun tekanan kerja tinggi. Hanya saja
tentu heat exchanger tipe ini menjadi kehilangan kemampuan fleksibilitasnya
dalam hal bongkar-pasang dan perawatan.
Elemen Plat Pada WPHE
46
Salah Satu Desain Welded Plate Heat Exchanger
d. Spiral Plate Heat Exchanger. Heat exchanger tipe ini menggunakan desain
spiral pada susunan platnya, dengan menggunakan sistem sealing las. Aliran
dua fluida di dalam heat exchangertipe ini dapat berbentuk tiga macam yakni
(1) dua aliran fluida spiral mengalir berlawanan arah (counterflow), (2) satu
fluida mengalir spiral dan yang lainnya bersilangan dengan fluida pertama
(crossflow), (3) satu fluida mengalir secara spiral dan yang lainnya mengalir
secara combinasi antara spiral dengan crossflow.
47
Desain Heat Exchanger Plat Tipe Spiral
Heat exchanger tipe ini sangat cocok digunakan untuk fluida dengan
viskositas tinggi atau juga fluida yang mengandung material-maerial pengotor
yang dapat menimbulkan tumpukan kotoran di dalam elemen heat exchanger.
Hal ini disebabkan karena desainnya yang satu lintasan, sehingga apabila
terjadi penumpukan kotoran di satu titik, maka secara alami kecapatan aliran
fluida pada titik tersebut akan meningkat, sehingga kotoran tadi akan terkikis
sendiri oleh fluida kerja tersebut. Karena kelebihan inilah sehingga heat
exchanger tipe ini sangat cocok untuk digunakan pada fluida kerja dengan
viskositas sangat tinggi, fluidaslurries (semacam lumpur), air limbah inidustri,
dan sejenisnya.
3. Heat Exchanger Dengan Sirip (Extended Surface)
Satu kelemahan dari heat exchanger tipe tubular dan plat adalah koefisien
perpindahan panas yang relatif rendah, yakni hanya mampu mencapai
maksimal 60%. Hal ini dikarenakan angka perbandingan luas permukaan
perpindahan panas tiap satuan volume yang rendah, yaitu kurang dari 700
m2/m3. Sehingga salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi perpindahan
panas adalah dengan jalan meningkatkan luas permukaan perpindahan panas,
yakni dengan menggunakan sirip. Prinsip dasarnya adalah, (1) dengan adanya
48
sirip ini maka permukaan kontak terjadinya perpindahan panas semakin luas
sehingga meningkatkan efisiensi perpindahan panas; (2) pada fluida mengalir,
dengan adanya sirip ini maka aliran fluida akan sedikit terhambat sehingga
didapatkan waktu untuk transfer panas yang lebih lama dan efektif.
E. Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Bentuk Aliran Fluida
Penentuan desain aliran fluida di dalam sebuah heat exchanger tergantung dari kebutuhan tingkat keefektifan perpindahan panas yang diinginkan, penurunan tekanan yang diijinkan, kecepatan aliran fluida minimum dan maksimum yang diperbolehkan, bentuk aliran fluida, desain bentuk heat exchanger, tegangan termal yang diijinkan, perubahan temperatur yang dibutuhkan, desain sistem perpipaan, serta berbagai pertimbangan yang lain. Sebelum lebih jauh membahas jenis-jenis heat exchangerberdasarkan tipe aliran fluidanya, mari kita pahami tentang adanya tipe aliran multipass pada sebuahheat exchanger.
49
Fluida yang mengalir di dalam sebuah heat exchanger bisa berupa single-pass atau
juga multi-pass. Dikatakan single-pass yakni apabila fluida mengalir hanya satu kali di
dalam heat exchanger. Sedangkan dikatakan multi-pass apabila fluida mengalir lebih dari
satu kali di dalam sebuah heat exchanger. Dari konsep multi-pass tersebut, berikut adalah
beberapa tipe heat exchanger berdasarkan bentuk aliran fluida:
1. Heat Exchanger Tipe Single-Pass
Counterflow Heat Exchanger. Fluida-fluida yang mengalir pada heat
exchanger tipe ini berada saling sejajar, akan tetapi memiliki arah yang saling
berlawanan. Desain ini menghasilkan efisiensi perpindahan panas yang paling
baik diantara jenis heat exchanger yang lain. Hal ini disebabkan karena fluida
dingin yang masuk ke dalam exchanger akan bertemu dangan fluida sumber panas
yang akan keluar dari exchanger, dimana fluida ini sudah mengalami penurunan
panas. Begitu pula pada sisi outlet fluida yang dipanaskan, ia akan dipanaskan
oleh fluida sumber panas yang baru saja masuk ke exchanger tersebut. Untuk
lebih jelasnya, mari kita perhatikan gambar berikut.
50
Skema Counter Flow Heat Exchanger
Kurva Perubahan Temperatur 2 Fluida Pada Counter Flow Heat Exchanger
C = Laju kapasitas panas fluida
T = Temperatur
Subscribe “h” dan “c” = masing-masing untuk fluida panas dan dingin
Subscribe “i” dan “o” = masing-masing untuk sisi inlet dan outlet
Paralelflow Heat Exchanger. Fluida-fluida kerja pada heat exchanger tipe ini
mengalir sejajar dan memiliki arah aliran yang sama antara fluida satu dengan
yang lainnya. Fluida-fluida tersebut masuk dan keluar heat exchanger melalui sisi
yang sama. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di bawah ini.
51
Skema Paralel Flow Heat Exchanger
Kurva Perubahan Temperatur 2 Fluida Pada Paralel Flow Heat Exchanger
Desain aliran fluida yang searah pada heat exchanger tipe ini, menghasilkan
tingkat efisiensi perpindahan panas yang buruk di antara semua heat
exchanger tipe single-pass. Oleh karena itu tipe ini digunakan pada kondisi-
kondisi khusus yakni:
1. Heat exchanger menggunakan material yang sensitif terhadap temperatur,
penggunaan fluida dengan viskositas tinggi, atau temperatur inlet fluida
panas yang mencapai 1100oC.
2. Jika fluida sumber panas akan mencapai titik beku pada saat didinginkan
pada heat exchanger.
3. Dibutuhkan kondisi heat exchanger yang lebih bersih, karena temperatur
dinding heat exchanger tipe paralel flow yang lebih dingin dibandingkan
dengan tipe yang lain menyebabkan lebih sulitnya terbentuk kerak di dalam
elemennya.
4. Membantu mencapai fase terbentuknya nucleat boiling pada proses
pembentukan uap air.
5. Jika dibutuhkan efisiensi perpindahan panas yang rendah dan laju
perpindahan panas yang stabil di sepanjang permukaan elemen heat
exchanger.
Crossflow Heat Exchanger. Dua fluida yang mengalir di heat exchanger tipe ini
memiliki arah yang saling tegak lurus atau bersilangan. Secara termodinamik, tipe
52
ini memiliki efisiensi perpindahan panas yang lebih rendah daripada
tipe counterflow tetapi lebih tinggi daripada tipe paralelflow. Perpindahan panas
yang paling efisien terjadi pada sudut-sudut aliran. Untuk lebih jelasnya mari kita
perhatikan gambar-gambar berikut.
a) Heat exchanger tipe plat.b) Heat exchanger tipe serpentine (single tube)
Distribusi Perpindahan Panas Pada Crossflow Heat Exchanger
Split-flow Heat Exchanger. Heat exchanger ini berdesain shell & tube dengan satu
fluida yang masuk ke sisi shell melalui bagian tengah lalu mengalir secara
longitudinal ke dua arah, berbelok 180o pada ujung-ujung shell dan berkumpul
untuk keluar melalui sisi outlet. Fluida yang lain mengalir lurus dan hanya satu
arah melintasi sisi tube. Untuk lebih memahami tipe ini, mari kita perhatikan
gambar di bawah ini.
53
(a) Heat Exchanger Tipe Single-pass Split-Flow
(b) Distribusi temperatur pada Split-Flow Heat Exchanger
Divided-flow Heat Exchanger. Pada tipe ini, salah satu fluida masuk ke sisi shell melalui inlet yang terletak pada tengah-tengah heat exchanger. Di dalam sisi shell, fluida ini mengalir ke dua arah dan keluar melalui dua outlet. Fluida yang lain mengalir lurus pada sisi tube. Untuk lebih jelasnya dapat kita lihat pada gambar berikut.
54
(a) Heat Exchanger Tipe Single-pass Divided-Flow
(b) Distribusi temperatur pada Divided-Flow Heat Exchanger
Heat Exchanger Tipe MultipassJika pada sebuah desain heat exchanger membutuhkan panjang lintasan fluida yang teramat panjang, kecepatan aliran yang terlalu kecil, ataupun efektifitas perpindahan panas yang rendah, maka dipergunakan heat exchanger tipe multipass atau bisa juga dengan menggunakan beberapa heat exchanger tipe singlepass yang disusun secara seri. Salah satu keuntungan dari tipe multipass adalah dengan meningkatnya nilai efisiensi perpindahan panas lebih dari tipe singlepass, namun memiliki kerugian yakni meningkatnya pressure drop.o Multipass Crossflow Exchanger. Heat exchanger tipe ini menyederhanakan
desain seri atau paralel dari beberapa heat exchanger menjadi lebih compact dan tidak memakan banyak ruang. Tersusun atas dua atau lebih fluida kerja yang mengalir dengan arah aliran yang saling tegak lurus. Untuk lebih memahami konsep heat exchanger mari kita perhatikan gambar berikut.
55
Skema Heat Exchanger Tipe Multipass(a) Multipass dengan susunan seri
(b) Multipass dengan susunan paralel(c) Multipass dengan susunan kombinasi
o Multipass Shell & Tube Exchanger. Heat exchanger tipe shell & tube yang memiliki lintasan tube lebih dari satu kali maka ia termasuk ke dalam tipe multipass. Secara umum ada tiga bentuk desain shell & tube heat exchanger yang dikenal, yaitu:1. Parallel Counter Flow Exchanger. Tipe ini dapat menggunakan dua
aliran tube atau bahkan lebih. Desain aliran fluida pada sisi shell berkelak-kelok untuk meningkatkan efisiensi perpidahan panas.
56
Heat Exchanger Shell & Tube Multipass Beserta Distribusi Perpindahan Panas
2. Parallel Split-Flow Exchanger. Tipe ini memecah aliran fluida yang mengalir pada sisi shellmenjadi dua arah yang berbeda namun tetap keluar melalui sisi outlet yang sama.
Shell & Tube Heat Exchanger Parallel Split-Flow3. Devided Flow Exchanger. Fluida sisi shell pada heat exchanger tipe ini
mengalir masuk melalui satu inlet, namun keluar melalui dua sisi outlet yang berbeda.
57
Shell & Tube Heat Exchanger Devided Flow
o Multipass Plate Exchanger. Heat exchanger plate tipe multipass sangat banyak
digunakan pada dunia industri. Jumlah lapisan plat menentukan jumlah jalur aliran
yang digunakan. Semakin banyak jumlah plat, maka akan semakin banyak jalur
aliran fluida, sehingga efektifitas perpindahan panas pun ikut meningkat. Selain itu
pula tipe ini tidak membutuhkan ruang yang besar untuk penggunaan plat yang
berlapis-lapis.
58
Skema Multipass Plate Heat Exchanger
6) Pengeringan
Prinsip dasar dan mekanisme pengeringan
59
Proses pengeringan pada prinsipnya menyangkut proses pindah panas dan pindah massa yang terjadi secara bersamaan (simultan). Pertama panas harus di transfer 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 di mana cairan harus di transfer melalui struktur bahan selama
60
proses pengeringan berlangsung. Jadi panas harus di sediakan untuk menguapkan air dan air harus mendifusi melalui berbagai macam tahanan agar supaya dapat lepas dari bahan dan berbentuk uap air yang bebas. Lama proses pengeringan tergantung pada bahan yang di keringkan dan cara pemanasan yang digunakan. Makin tinggi suhu dan kecepatan aliran udara pengeringan makin cepat pula proses pengeringan berlangsung. Makin tinggi suhu udara pengering, makin besar energi panas yang di bawa udara sehingga makin banyak jumlah massa cairan yang di uapkan dari permukaan bahan yang dikeringkan. Jika kecepatan aliran udara pengering makin tinggi maka makin cepat massa uap air yang dipindahkan dari bahan ke atmosfer. Kelembaban udara berpengaruh terhadap proses pemindahan uap air. Pada kelembaban udara tinggi, perbedaan tekanan uap air didalam dan diluar bahan kecil, sehingga pemindahan uap air dari dalam bahan keluar menjadi terhambat. Pada pengeringan dengan menggunakan alat umumnya terdiri dari tenaga penggerak dan kipas, unit pemanas (heater) serta alat-alat kontrol. Sebagai sumber tenaga untuk mengalirkan udara dapat digunakan blower. Sumber energi yang dapat digunakan pada unit pemanas adalah tungku, gas, minyak bumi, dan elemen pemanas listrik.
Proses utama dalam pengeringan adalah proses penguapan air maka perlu terlebih dahulu diketahui karakteristik hidratasi bahan pangan yaitu sifat-sifat bahan yang meliputi interaksi antara bahan pangan dengan molekul air yang dikandungnya dan molekul air di udara sekitarnya. Peranan air dalam bahan pangan dinyatakan dengan kadar air dan aktivitas air, sedangkan peranan air di udara dinyatakan dengan kelembaban relatif dan kelembaban mutlak.
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
permukaan komponen padatan dari bahan.4. Perpindahan air dari bahan ke udara disebabkan oleh perbedaan tekanan uap.
Metode Umum PengeringanMetode dan proses pengeringan dapat diklasifikasikan dalam berbagai cara yang
berbeda. Proses pengeringan dapat dikelompokkkan sebagai:1. Batch; bahan dimasukkan ke dalam peralatan pengering dan pengering berlangsung
selama periode waktu tertentu.2. Kontinu; bahan ditambahkan secara terus-menerus ke dalam pengering dan bahan
kering dipindahkan secara terus-menerus.
Jenis-jenis dryers
61
A. Tray dryerPengering 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 dan perpindahan panas secara konduksi juga dimungkinkan dengan memanaskan baki tersebut. Rangka bak pengering terbuat dari besi, rangka bak pengerik di bentuk dan dilas, kemudian dibuat dinding untuk penyekat udara dari bahan plat seng dengan tebal 0,3mm. Dinding tersebut dilengketkan pada rangka bak pengering dengan cara di revet serta dilakukan pematrian untuk menghindari kebocoran udara panas. Kemudian plat seng dicat dengan warna hitam buram,agar dapat menyerap panas dengan lebih cepat. Pada bak pengering dilengkapi dengan pintu yang berguna untuk memasukan dan mengeluarkan produk yang dikeringkan. Di pintu tersebut dibuat kaca yang mamungkinkan kita dapat mengetahui temperature tiap rak, dengan cara melihat thermometer yang sengaja digantungkan pada setiap rak pengering. Di bagian atas bak pengering dibuat cerobong udara, bertujuan untuk memperlancar sirkulasi udara pada proses pengeringan.
Tray Dryer
62
Spesifikasi Alat Dan Cara Kerja AlatAlat pengering tipe rak (tray dryer) mempunyai bentuk persegi dan di
dalamnya berisi rak-rak yang digunakan sebagai tempat bahan yang akan dikeringkan. Pada umumnya rak tidak dapat dikeluarkan. Beberapa alat pengering jenis itu rak-raknya mempunyai roda sehingga dapat dikeluarkan dari alat pengering. Ikan-ikan diletakkan di atas rak yang terbuat dari logam dengan alas yang berlubang-lubang. Kegunaan dari lubang tersebut untuk mengalirkan udara panas dan uap air.
Ukuran rak yang digunakan bermacam-macam, ada yang luasnya 200 cm2 dan ada juga yang 400 cm2. Luas rak dan besar lubang-lubang rak tergantung pada bahan yang akan dikeringkan. Selain alat pemanas udara, biasanya juga digunakan kipas (fan) untuk mengatur sirkulasi udara dalam alat pengering. Kipas yang digunakan mempunyai kapasitas aliran 7-15 fet per detik. Udara setelah melewati kipas masuk ke dalam alat pemanas, pada alat tersebut udara dipanaskan lebih dahulu kemudian dialirkan diantara rak-rak yang sudah berisi bahan. Arah aliran udara panas di dalam alat pengering dapat dari atas ke bawah dan juga dari bawah ke atas. Suhu yang digunakan serta waktu pengeringan ditentukan menurut keadaan bahan. Biasanya suhu yang digunakan berkisar antara 80-1800C. Tray dryer dapat digunakan untuk operasi dengan keadaan vakum dan seringkali digunakan untuk operasi dengan pemanasan tidak langsung. Uap air dikeluarkan dari alat pengering dengan pompa vakum.
Alat tersebut juga digunakan untuk mengeringkan hasil pertanian berupa biji-bijian. Bahan diletakkan pada suatu bak yang dasarnya berlubang-lubang untuk melewatkan udara panas. Bentuk bak yang digunakan ada yang persegi panjang dan ada juga yang bulat. Bak yang bulat biasanya digunakan apabila alat pengering menggunakan pengaduk, karena pengaduk berputar mengelilingi bak. Kecepatan pengadukan berputar disesuaikan dengan bentuk bahan yang dikeringkan, ketebalan bahan, serta suhu pengeringan. Biasanya putaran pengaduk sangat lambat karena hanya berfungsi untuk menyeragamkan pengeringan.
B. Drum (Rotary) DryerRotary 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
63
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. 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.
64
Rotary Dryer (Drum 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 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 padat di dalam rotary dryer. Mula-mula panas dipindahkan dari gas ke padatan basah, karena adanyadriving 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
65
dan perpindahan panas yang terjadi pada saat partikel padat bergerak secara kontinyu membentuk pancaran berputar di seluruh silinder dari masukan sampai keluaran. 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 dalamrotary 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 perbatch mesin pengering ditentukan oleh diameter mesin itu.
Rotary dryer diklasifikasikan sebagai direct, indirect-direct, indirect danspecial types. Istilah tersebut mengacu pada metode transfer panasnya, istilah direct digunakan pada saat terjadi kontak langsung antara gas dengan solid. Peralatan rotary dryer dapat diaplikasikan untuk pemrosesan material solid secara batch maupun kontinyu. Material solid harus mempunyai sifat dapat mengalir bebas dan berwujud granular.
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.
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 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
66
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 :1. Dapat mengeringkan baik lapisan luar ataupun dalam dari suatu padatan2. Penanganan bahan yang baik sehingga menghindari terjadinya atrisi3. Proses pencampuran yang baik, memastikan bahwa terjadinya proses pengeringan
bahan yang seragam/merata4. Efisiensi panas tinggi5. Operasi sinambung6. Instalasi yang mudah7. Menggunakan daya listrik yang sedikit
Kekurangan dari penggunaan pengering drum diantaranya adalah :1. Dapat menyebabkan reduksi kuran karena erosi atau pemecahan2. Karakteristik produk kering yang inkonsisten3. Efisiensi energi rendah4. Perawatan alat yang susah5. Tidak ada pemisahan debu yang jelas
C. Spray dryerSpray 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. 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.
Mekanisme kerja spray drying
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.
67
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.Secara umum proses pengeringan dengan metode spray drying melalui 5 tahap :
a. Penentuan konsentrasi : konsentrasi bahan yang akan dikeringkan harus tepat, kandungan bahan terlarut 30% hingga 50%. Jika bahan yang digunakan sangat encer dengan total padatan terlarut yang sangat rendah maka harus dilakukan pemekatan terlebih dahulu melalui proses evaporasi. Jika kadar air bahan yang akan dikeringkan terlalu tinggi maka proses spray drying kurang maksimal dimana bubuk yang dihasilkan masih mengandung kadar air yang tinggi. Selin itu juga menyebabkan kebutuhan energi yang tinggi dalam proses pengeringan.
b. Atomization : Bahan yang akan dimasukkan dalam alat spray drier harus dihomogenisasikan terlebih dahulu agar ukuran droplet yang dihasilkan seragam dan tidak terjadi penyumbatan atomizer. Homogenisasi dilakukan dengan cara pengadukan. selanjutnya bahan dialirkan kedalam atomizer berupa ring/wheel dengan lubang-lubang kecil yang berputar. Atomization merupakan proses pembentukan droplet, dimana bahan cair yang akan dikeringkan dirubah ukurannya menjadi partikel (droplet) yang lebih halus. Tujuan dari atomizer ini adalah untuk memperluas permukaan sehingga pengeringan dapat terjadi lebih cepat. Pada Industri makanan, luas permukaan droplet setelah melalui atomizer adalah mencapai 1-400 mikrometer.
c. Kontak droplet dengan udara pengering : Pada sebagian besar spray dryer, nozzle(atomizer) tersusun melingkar seperti pada gambar 2. Dan pada tengahnya disemprotkan udara panas bertekanan tinggi dengan suhu mencapai 300 0C. Udara panas dan droplet hasil atomisasi disemprotkan ke bawah. Kondisi ini menyebabkan terjadinya kontak antara droplet dengan udara panas sehingga terjadi pengeringan secara simultan.
d. Pengeringan droplet : adanya kontak broplet dengan udara panas menyebabkan evaporasi kadungan air pada droplet hingga 95% sehingga dihasilkan bubuk. Bubuk yang telah kering jatuh ke bawah drying chamber (ruang pengering) yang berukuran tinggi sekitar 25 m dan diameter 5 m. dari atas chamber hingga mencapai dasar hanya memerlukan waktu selama beberapa detik.
68
e. Separasi : udara hasil pengeringan dipisahkan dengan pengambilan udara yang mengandung serpihan serbuk dalam chamber, selanjutnya udara akan memasuki separator. Udara hasil pengeringan dan serpihan serbuk dipisahkan dengan menggunakan gaya sentrifulgal. Selanjutnya udara dibuang, dan serpihan bahan dikembalikan dengan cara di blow sehingga bergabung lagi dengan produk dalam line proses.
AtomizerAtomizer merupakan bagian terpenting pada spray drier dimana memiliki fungsi untuk menghasilkan droplet dari cairan yang akan dikeringkan. Droplet yang terbentuk akan didistribusikan (disemprotkan) secara merata pada alat pengering agar terjadi kontak dengan udara panas. Ukuran droplet yang dihasilkan tidak boleh terlalu besar karena proses pengeringan tidak akan berjalan dengan baik. Disamping itu ukuran droplet juga tidak boleh terlalu kecil karena menyebabkan terjadinya over heating.· ChamberChamber merupakan ruang dimana terjadi kontak antara droplet cairan yang dihasilkan oleh atomizer dengan udara panas untuk pengeringan. Kontak udara panas dengan droplet akan menghasilkan bahan kering dalam bentuk bubuk. Bubuk yang terbentuk akan turun ke bagian bawah chamber dan akan dialirkan dalam bak penampung.· Heater : Heater berfungsi sebagai pemanas udara yang akan digunakan sebagai pengering. Panas yang diberikan harus diatur sesuai dengan karakteristik bahan, ukuran droplet yang dihasilkan dan jumlah droplet. Suhu udara pengering yang digunakan diatur agar tidak terjadi over heating.
69
· Cyclone : Cyclone berfungsi sebagai bak penampung hasil proses pengeringan. Bubuk yang dihasilkan akan dipompa menuju Cyclone.· Bag Filter ; Bag Filter berfungsi untuk menyaring atau memisahkan udara setelah digunakan pengeringan dengan bubuk yang terbawa setelah proses.
Kelebihan metode Spray Drying Kapasitas pengeringan besar dan proses pengeringan terjadi dalam waktu
yang sangat cepat. Kapasitas pengeringan mencapai 100 ton/jam. Tidak terjadi kehilangan senyawa volatile dalam jumlah besar (aroma) Cocok untuk produk yang tidak tahan pemanasan (tinggi protein) Memproduksi partikel kering dengan ukuran, bentuk, dan kandungan air serta
sifat-sifat lain yang dapat dikontrol sesuai yang diinginkan Mempunyai kapasitas produksi yang besar dan merupakan system kontinyu
yang dapat dikontrol secara manual maupun otomatisKekurangan metode Spray Drying
Memerlukan biaya yang cukup tinggi Hanya dapat digunakan pada produk cair dengan tingkat kekentalan tertentu Tidak dapat diaplikasikan pada produk yang memiliki sifat lengket karena
akan menyebabkan penggumpalan dan penempelan pada permukaan alat
Aplikasi Spray DryingPengeringan semprot (spray drying) cocok digunakan untuk pengeringan
bahan pangan cair seperti susu dan kopi (dikeringkan dalam bentuk larutan ekstrak kopi).
D. Freeze dryerFrees Driyer merupakan suatu alat pengeringan yang termasuk
kedalamConduction Dryer/ Indirect Dryer karena proses perpindahan terjadi secara tidak langsung yaitu antara bahan yang akan dikeringkan (bahan basah) dan media pemanas terdapat dinding pembatas sehingga air dalam bahan basah / lembab yang menguap tidak terbawa bersama media pemanas. Hal ini menunjukkan bahwa perpindahan panas terjadi secara hantaran (konduksi), sehingga disebut juga Conduction Dryer/ Indirect Dryer.
Pengeringan beku (freeze drying) adalah salah satu metode pengeringan yang mempunyai keunggulan dalam mempertahankan mutu hasil pengeringan, khususnya untuk produk-produk yang sensitif terhadap panas.Keunggulan pengeringan beku, dibandingkan metoda lainnya, antara lain adalah :
70
a. Dapat mempertahankan stabilitas produk (menghindari perubahan aroma, warna, dan unsur organoleptik lain)
b. Dapat mempertahankan stabilitas struktur bahan (pengkerutan dan perubahan bentuk setelah pengeringan sangat kecil)
c. Dapat meningkatkan daya rehidrasi (hasil pengeringan sangat berongga danlyophile sehingga daya rehidrasi sangat tinggi dan dapat kembali ke sifat fisiologis, organoleptik dan bentuk fisik yang hampir sama dengan sebelum pengeringan).
Keunggulan-keunggulan tersebut tentu saja dapat diperoleh jika prosedur dan proses pengeringan beku yang diterapkan tepat dan sesuai dengan karakteristik bahan yang dikeringkan. Kondisi operasional tertentu yang sesuai dengan suatu jenis produk tidak menjamin akan sesuai dengan produk jenis lain.
Spesifikasi alat
Freeze Dryer
Spesifikasi alat ini terdiri komponen asesorisnya terdiri dari: vaccum sensor, vaccum hose, base plate, 3 unheated shelves, drying chamber, rubber valve, vaccum pump dan exhaust filter. Sedangkan menu display antara lain dari beberapa setting program antara lain: pengaturan suhu, waktu oprasional, dll.
71
Skema Pengering Freeze Dryer
Cara kerja alatPengoprasian alat tersebut sedikit lebih panjang karena banyak menu display
yang harus diseting dahulu dan harus lebih hati-hati karena banyak peralatan/asesoris terbuat dari gelas. Cara oprasionalnya sebagai berikut: ekstrak cairan atau kental sebelum dimasukkan kedalam Freeze Dryer telah dibekukan dalam refrigerator (lemari es) minimal semalam. Setelah membeku kemudian dimasukkan ke dalam alat, alat disetting sesuai dengan yang diinginkan. Oleh vaccum puma alat tersebut akan menyedot solvent yang telah beku (freeze) menjadi uap. Prinsip kerja alat ini adalah merubah fase padat/es/freeze menjadi fase gas (uap).Kegunaan alat
Sesuai dengan namanya pula Freeze Dryer (pengering beku) dapat digunakan untuk mengeringkan bahan-bahan cair seperti ekstrak baik cair maupun kental, lebih ditekankan untuk pengeringan ekstrak dengan penyari/solvent dari air. Pengeringan ekstrak relatif lama, sebagai ilustrasi kerja alat tersebut sebagai berikut:
72
untuk mengeringkan ekstrak cair sebanyak 500 ml bisa membutukan waktu lebih dari 20 jam. Untuk itu lebih disarankan ekstrak yang dikeringkan dalam Freeze Dryer sudah dalam ekstrak kentalnya sehingga waktu pengeringan akan lebih cepat sehingga biaya akan lebih murah. Kapasitas alat tersebut mampu mengeringkan ekstrak sampai 6 liter sekaligus.
Proses pengeringan beku dengan alat freeze dryer ini berlangsung selama 18-24 jam, karena proses yang panjang inilah membuat produk-produk bahan alam ini menjadi lebih stabil dibandingkan dengan metode pengeringan yang lain seperti pengeringan semprot atau yang dikenal dengan spray drying. Pengeringan beku ini dapat meninggalkan kadar air sampai 1%, sehingga produk bahan alam yang dikeringkan menjadi stabil dan sangat memenuhi syarat untuk pembuatan sediaan farmasi dari bahan alam yang kadar airnya harus kurang dari 10%.
pada prosesnya yang panjang ini sampel akan dibekukan terlebih dahulu, lalu setelah itu dimasukkan kedalam alat freeze dryer yang akan diset suhu dan tekanannya dibawah titik triple. dan akan terjadi proses sublimasi yaitu dari padat menjadi gas. Penggunaan freeze drying ini sendiri juga telah banyak diaplikasikan dalam pengeringan produk makanan, hasil dari pengeringan ini tidak merubah tekstur dari produk itu sendiri dan cepat kembali kebentuk awalnya dengan penambahan air.
Untuk proses pengeringan beku (freeze dryer), menurut Muchtadi (1992), bahan yang dikeringkan terlebih dahulu dibekukan kemudian dilanjutkan dengan pengeringan menggunakan tekanan rendah sehingga kandungan air yang sudah menjadi es akan langsung menjadi uap, dikenal dengan istilah sublimasi. Pengeringan menggunakan alat freeze dryer lebih baik dibandingkan dengan oven karena kadar airnya lebih rendah. Pengeringan menggunakan alat freeze dryer/pengering beku lebih aman terhadap resiko terjadinya degradasi senyawa dalam ekstrak. Hal ini kemungkinan karena suhu yang digunakan untuk mengeringkan ekstrak cukup rendah (Haryani, dkk., 2012).
E. Fluidized Bed DryerPengeringan hamparan terfluidisasi (Fluidized Bed Drying) adalah proses
pengeringan dengan memanfaatkan aliran udara panas dengan kecepatan tertentu yang dilewatkan menembus hamparan bahan sehingga hamparan bahan tersebut memiliki sifat seperti fluida.
Metode pengeringan fluidisasi digunakan untuk mempercepat proses pengeringan dan mempertahankan mutu bahan kering. Pengeringan ini banyak digunakan untuk pengeringan bahan berbentuk partikel atau butiran, baik untuk industri kimia, pangan, keramik, farmasi, pertanian, polimer dan limbah. Proses
73
pengeringan dipercepat dengan cara meningkatkan kecepatan aliran udara panas sampai bahan terfluidisasi. Dalam kondisi ini terjadi penghembusan bahan sehingga memperbesar luas kontak pengeringan, peningkatan koefisien perpindahan kalor konveksi, dan peningkatan laju difusi uap air.
Kecepatan minimum fluidisasi adalah tingkat kecepatan aliran udara terendah dimana bahan yang dikeringkan masih dapat terfluidisasi dengan baik, sedangkan kecepatan udara maksimum adalah tingkat kecepatan tertinggi dimana pada tingkat kecepatan ini bahan terhembus ke luar ruang pengering
Fluidized Bed Dryer
Mekanisme kerja:Bahan yang akan dikeringkan dimasukkan secara konstan dan kontinyu
kedalam ruang pengering, kemudian didorong oleh udara panas yang terkontrol dengan volume dan tekanan tertentu. Bahan yang telah kering (karena bobotnya sudah lebih ringan) akan keluar dari ruang pengeringan menuju siklon untuk ditangkap dan dipisahkan dari udara, namun bagi bahan yang halus akan ditangkap oleh pulsejet bag filter.Kelebihan pengering sistem fluidisasi:
1. Aliran bahan yang menyerupai fluida mengakibatkan bahan mengalir secara kontinyu sehingga otomatis memudahkan operasinya.
2. Pencampuran atau pengadukan bahan menyebabkan kondisi bahan hampir mendekati isothermal.
74
3. Sirkulasi bahan diantara dua fluidized bed membuatnya memungkinkan untuk mengalirkan sejumlah besar kalor yang diperlukan ke dalam ruang pengering yang besar.
4. Pengering tipe fluidisasi cocok untuk skala besar.5. Laju perpindahan kalor dan laju perpindahan massa uap air antara udara
pengering dan bahan sangat tinggi dibandingkan dengan pengering metode kontak yang lain.
6. Pindah kalor dengan menggunakan pengering tipe fluidisasi membutuhkan area permukaan yang relatif kecil.
7. Sangat ideal untuk produk panas sensitif dan non-panas sensitive
Kekurangan pengering sistem fluidisasi:1. Sulit untuk menggambarkan aliran dari udara panas yang dihembuskan ke
ruang pengering, dikarenakan simpangan yang besar dari aliran udara yang masuk dan bahan terlewati oleh gelembung udara, menjadikan sistem kontak/singgungan tidak efisien.
2. Pencampuran atau pengadukan bahan padatan yang terus menerus pada hamparan akan menyebabkan ketidakseragaman waktu diam bahan di dalam ruang pengering, karena bahan terus menerus terkena hembusan udara panas.
3. Tidak dapat mengolah bahan yang lengket atau berkadar air tinggi dan abrasive.
F. Vacum dryer
Vakum berasal dari bahasa latin, vacuus, artinya kosong. Jadi vakum artinya menghampakan suatu ruangan atau suatu kemutlakan dibawah nol tekanan. Sitem ruang hampa dikepung oleh atmospir bumi. Untuk meciptakan ruang hampa diperlukan pompa untuk mengeluarkan udara keluar dari system. Kebutuhan ini merupakan arti pekerjaan dasar dari vakum.
75
Analisa termodinamika hanya memperhatikan nilai tekan mutlak. Akan tetapi, kebanyakan piranti pengukuran tekanan hanya menunjukkan tekanan ukur (gauge) yakni perbedaan tekanan mutlak suatu sistem dan tekanan mutlak atmosfer. Pengukuran bumbung-bourdon, misalnya, mengukur tekanan relatif terhadap atmosfer sekeliling. Konversi dari tekanan ukur ketekanan mutlak didapatkan dengan hubungan berikut.
P(mutlak) = P(ukur) + P(atm)
Untuk pengeringan padatan berbentuk butiran atau sluri, pengering vakum dengan berbagai rancangan mekanis telah tersedia secara komersial. Pengeringan jenis ini lebih mahal dari pada pengering bertekanan atmosfir tetapi sesuai untuk bahan yang sensitif panas dan memerlukan pemulihan pelarut atau jika ada rasio kebakaran atau ledakan. Pencampuran berbentuk kerucut tunggal atau ganda dapat diterapkan untuk pengeringan denagn pemanasan selimut bejana dan pemakuman untuk mengeluarkan uap air. Gambar menunjukkan dua pengering vakum yang tersedia dipasar. Pengering vakum jenis pedal cocok untuk bahan seperti lumpur sedangkan pengering vakum jenis sabuk cocok untuk bahan berbentuk pasta.
Pengering Vakum Jenis Pedal
Pengering Vakum Jenis SabukMesin vacum drying adalah mesin pengering dengan menggunakan
teknologi vacuum. Proses pengeringan produk diatur pada suhu yang dikehendaki,
76
disertai dengan proses vacuum untuk mempercepat pengeringan.Mesin vacuum drying ini biasanya digunakan untuk produk yang dikeringkan harus dengan suhu rendah, agar gizi tidak rusak.
Vacum drying ini bermanfaat untuk pengeringan sayur-sayuran dan produk lainnya sesuai dengan keinginan Anda. Mesin ini digunakan untuk berbagai keperluan, antara lain mengeringkan sayur-sayuran pada suhu tidak terlalu tinggi, sehingga nilai gizi tidak hilang. Mesin ini juga bisa digunakan untuk produk makanan
Prinsip kerja mesin ini adalah memanaskan produk pada suhu yang bisa diatur, disertai dengan penyedotan (pemvakuman) uap air dari produk yang dipanaskan tersebut (admin, 2010).
G. Pengeringan GabunganPengeringan gabungan adalah pengeringan dengan energi smh dan bahan
bakar minyak atau biomass yang menggunakan konveksi paksa (udara panas dikumpulkan dalam kolektor kemudian dihembus ke komoditi). Latar belakang : karena Temperatur lingkungan hanya sekitar 33 °C, sedangkan temperatur pengeringan untuk komoditi pertanian kebanyakan berkisar 60-70°C. OKI Perlu ditingkatkan temperatur lingkungan dengan cara mengumpulkan udara dalam suatu kolektor surya dan menghembuskannya ke komoditi. (digunakan blower atau kipas angin)
Contoh:a. Alat pengering energi surya tipe lorong
• terdiri atas kipas angin sentrifugal, pemanas udara (kolektor) dan lorong pengering.
• Kolektor dan lorong pengering dipasang paralel dan diatasnya ditutup dengan plastik transparan.
• Alat pengering dipasang dengan arah membujur utara-selatan dan diletakkan diatas tanah.
• Udara pengering yang dihasilkan dalarn kolektor dihcmbuskan ke komoditi dengan kccepatan 400 - 900 m3/jam agar tercapai temperatur pengeringan 40 - 600C.
b. Alat pengering energi surya-biomassa tipe lorong• Alat pengering tipe lorong diatas dimodifikasi menjadi alat pengering
energi surya dan biomass• Ruang pengering dan kolektor dipasang pada satu sumbu supaya
kehilangan tekanan udara menjadi lebih kecil. Kipas dengan tenaga
77
listrik 60 watt dapat berfungsi secara efisien, bahkan kipas arus scarab 32 watt dengan penggerak photovoltaik dapat dipakai pada sistem tersebut
• Alat pengering tersebut dipasang diatas struktur kayu dan disangga dengan batako setinggi 60 cm dari tanah.
• Pada alat pengering yang dimodifikasi ini dilengkapi dengan tungku biomass din alat penukar panas yang terbuat dari plat baja, agar pada waktu hujan atau malam hari masih dapat dilakukan operasi pengeringan.
c. Alat pengering rumah asap• Alat ini terdiri atas : plat pemanas matahari yang dihubungkan dengan
ruang pengering. Di dalam ruang pengering yang berbentuk rumah yang pada bagian atasnya terdapat penggantung komoditas.
• Sebagian dari udara buang dikembalikan ke plat pemanas sehingga temperatur kembali dapat dinaikkan menjadi 45 - 60°C. Untuk mengurangi ketergantungan pada kondisi cuaca, alat ini dilengkapi dengan tungku biomass yang dipasang dibawah rumah asap.
d. Unit prosesing kakao/rumah pengering surya.• Atap seluas 100 m2 dan berfungsi juga sebagai kolektor matahari. Udara
masuk ke kolektor sehingga menjadi panas. Dengan menggunakan kipas angin (blower), udara panas tersebut kemudian "ditarik" dan dihembus ke tempat pengering. Pemasangan atap dibuat dengan kemiringan 10°C pada arah utara-selatan.
• Rumah pengering ini dirancang untuk memeroses 2-3 ton biji kakao basah, menggunakan 4 buah blower aksial.
• Unit ini mampu berfungsi dengan efektif. Satu siklus pengolahan berlangsung selama 5 hari. Dengan pengoperasian tungku pada malam hari, waktu pengeringan lebih singkat yaitu sekitar 36-44 jam.
7) Alat Pencampuran (blending) dan homogenasi
Alat utama yang digunakan untuk mencampur dan menghomogenkan bahan baku
adalah blending silo, dengan media pengaduk adalah udara. Bahan baku masuk
dari bagian atas blending silo, oleh karena itu alat transportasi yang digunakan
untuk mengirim bahan baku hasil penggilingan blending silo adalah bucket
elevator, dan keluar dari bagian bawah blending silo dilakukan pada beberapa titik
78
dengan jarak tertentu, dan diatur dengan menggunakan valve yang sudah diatur
waktu bukaannya. Proses pengeluarannya dari beberapa titik dilakukan untuk
menambah kehomogenan bahan baku. Blending silo dilengkapi dengan alat
pendeteksi ketinggian ( levelindicator ), sehingga jika blending silo sudah penuh,
maka pemasukan bahan baku terhenti secara otomatis.
8) Rotary Klin
Rotary klin berfungsi memaksimalkan efisiensi dariperpindahan panas yang
berasal dari pembakaran bahan bakar. Rotary kiln adalah alat berbentuk silinder
memanjang horizontal yang diletakkan dengan kemiringan tertentu. Kemiringan
Rotary kiln yang digunakan di unit NG-IV adalah sekitar 4odengan arah menurun
( declinasi). Dari ujung tempat material masuk ( in-let ), sedangkan di ujung lain
adalahtempat terjadinya pembakaran bahan bakar ( burning zone ). Jadi material
akan mengalami pembakaran dari temperatur yang rendah menuju temperatur
yang lebih tinggi. Untuk mengetahui sistem kerja tanur putar, proses pembakaran
bahan bakarnya, tanur putar dilengkapi dengan gas analyzer. Gas analyzer ini
berfungsi untuk mengendalikan kadar O2 , CO, dan NOx pada gas buang jika
terjadi kelebihan atau kekurangan,maka jumlah bahan bakar dan udara akan
79
disesuaikan.Daerah proses yang terjadi didalam tanur putar dapat dibagimenjadi
empat bagian yaitu:
1. Daerah transisi (Transision zone)
2. Daerah pembakaran (Burning zone)
3. Daerah pelelehan (Sintering zone)
4. Daerah pendinginan (Cooling zone
Di dalam tanur akan terjadi proses calsinasi (hingga 100%), sintering¸dan
clincering. Temperatur material yang masuk ke dalam tanur putar adalah 800–
900ºC, sedangkan temperatur clincer yang keluar dari tanur adalah 1300–1450ºC.
Setelah proses pembentukan clicker selesai dilakukan di dalam tanur putar, clicker
tersebut terlebih dahulu melewati proses pendinginan.
9) Separator
Material yang telah mengalami penggilingan kemudian diangkut oleh bucket
elevator menuju separator. Separator berfumgsi untuk memisahkan semen yang
ukurannya telah cukup halus dengan ukuran yang kurang halus. Semen yang telah
cukup halus dibawa udara melalui cyclone. Udara panas tersebut kemudian masuk
ke dalam cyclone untuk pemisahan antara material padat dan gas. Prinsip kerja
dari cyclone yaitu udara dengan material yang terdispersi memasuki cyclone
melalui inlet. Akibat adanya gaya sentrifugal maka partikel kasar terbentur dan
80
berputar pada dinding sementara udara bersama partikel yang lebih halus
meninggalkan cyclone melalui immersion tube.
2.6 Reaksi-reaksi Pembuatan Semen
Proses pembentukan clinker pada dasarnya berdasarkan reaksi :