BAB IITINJAUAN PUSTAKA2.1 PengeringanProses pengeringan
merupakan proses perpindahan panas dari sebuah permukaan benda
sehingga kandungan air pada permukaan benda berkurang. Perpindahan
panas dapat terjadi karena adanya perbedaan temperatur yang
signifikan antara dua permukaan. Cabinet Dryer tergolong alat
pengering langsung, dimana media pemanas berkontak akrab dengan
bahan basah yang akan dikeringkan. Cairan dalam bahan basah akan
menguap terbawa bersama media pemanas yaitu udara panas atau gas
panas (Silvianita, 2010).Pengeringan merupakan cara untuk
menghilangkan sebagian besar air dari suatu bahan dengan bantuan
energi panas dari sumber alam (sinar matahari) atau buatan (alat
pengering). Biasanya kandungan air tersebut dikurangi sampai batas
dimana mikroba tidak dapat tumbuh lagi. Definisi pengeringan dan
penguapan hanya dibedakan oleh kuantitas zat cairnya, dimana pada
proses penguapan kuantitas zat cair yang akan dieliminasi jauh
lebih banyak. Pengeringan merupakan proses yang tidak terpisahkan
dalam pembuatan farmasi, selain untuk mendapatkan struktur granul
yang stabil dan bebas kelembapan juga untuk mengurangi bobot
sehingga memperkecil biaya transportasi dan penyimpanan (Sari dkk,
2012).Proses pengeringan pada prinsipnya menyangkut proses pindah
panas dan pindah massa yang terjadi secara bersamaan. 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 di mana cairan harus
ditransfer melalui struktur bahan selama proses pengeringan
berlangsung. Jadi panas harus disediakan untuk menguapkan air dan
air harus mendifusi melalui berbagai macam tahanan agar supaya
dapat lepas dari bahan dan berbentuk uap air yang bebas (Rachmawan,
2001).
2.2 Istilah - Istilah Dalam Proses Pengeringan Air Bebas Air
yang berada di permukaan benda padat dan sifatnya mudah
diuapkan.
Air Terikat Air yang terikat secara fisik menurut sistem kapiler
atau air absorpsi karena adanya tenaga penyerapan. Air Terikat
secara Kimia Air yang terikat secara kimia yang berupa air kristal
dan air yang terikat dalam sistem dispersi koloid. Aktivitas air
(Aw) Banyaknya air seimbang dengan tekanan uap udara sekitar
ditinjau dari ketersediaan bagi jasad renik. Basis basah Persen
bobot air yang terkandung pada komoditas dibandingkan terhadap
bobot komoditas seluruhnya, yaitu bobot bahan kering ditambah bobot
air yang terkandung. Basis keringPersen bobot air yang terkandung
pada komoditas dibantingkan terhadap bobot bahan kering. Bobot
Jenis Nisbah antara bobot per satu satuan volume. Kelembaban
relatifPerbandingan antara tekanan parsial uap air terhadap tekanan
uap jenuh pada suhu tertentu. Kelembaban mutlak Besaran yang
digunakan untuk menentukan jumlah uap air di udara. Kesetimbangan
Materi Perbandingan bahan masuk dan bahan keluar, termasuk bagian -
bagian dalam setiap proses seperti rendemen, proporsi campuran,
kehilangan dalam proses, komposisi bahan awal dan bahan akhir
sebagainya. Psikrometer putarAlat pengukur suhu dan kelembaban
menggunakan prinsip suhu bola basah dan bola kering dengan cara
diputar.
Psychrometer Chart Carta yang memuat grafik suhu bola basah dan
bola kering, kurva kelembaban nisbi, dan kandungan udara pada
berbagai suhu dan kelembaban tersebut. Vakum Keadaan dimana tidak
ada udara dalam suatu kemasan/wadah(Supriyono, 2003).
2.3 Faktor - Faktor dalam Proses PengeringanFaktor - faktor yang
berpengaruh dalam kecepatan pengeringan tersebut adalah:a. Luas
PermukaanAir menguap melalui permukaan bahan, sedangkan air yang
ada di bagian tengah akan merembes ke bagian permukaan dan kemudian
menguap. Untuk mempercepat pengeringan umumnya bahan pangan yang
akan dikeringkan dipotong-potong atau diiris - iris terlebih dulu.
Hal ini terjadi karena: (1) Pemotongan atau pengirisan tersebut
akan memperluas permukaan bahan dan permukaan yang luas dapat
berhubungan dengan medium pemanasan sehingga air mudah keluar.(2)
Potongan - potongan kecil atau lapisan yang tipis mengurangi jarak
dimana panas harus bergerak sampai ke pusat bahan pangan. Potongan
kecil juga akan mengurangi jarak melalui massa air dari pusat bahan
yang harus keluar ke permukaan bahan dan kemudian keluar dari bahan
tersebut. Gambar 2.1 Luas Permukaan Bahan
b. Perbedaan Suhu dan Udara SekitarnyaSemakin besar perbedaan
suhu antara medium pemanas dengan bahan pangan 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.Gambar 2.2 Perbedaan Suhu Sekitar
c. Kecepatan Aliran UdaraUdara 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. Gambar 2.3 Kecepatan Aliran Udara
d. Tekanan UdaraSemakin kecil tekanan udara akan semakin besar
kemampuan udara untuk mengangkut air selama pengeringan, karena
dengan semakin kecilnya tekanan berartikerapatan udara makin
berkurang sehingga uap air dapat lebih banyak tetampung dan
disingkirkan dari bahan pangan. Sebaliknya jika tekanan udara
semakin besar maka udara disekitar pengeringan akan lembab,
sehingga kemampuan menampung uap air terbatas dan menghambat proses
atau laju pengeringan (Supriyono, 2003).
2.4 Macam - Macam Teknik Pengeringan1. Pengeringan dengan udara
dan dengan panas Pengeringan di bawah sinar matahari dan ditempat
teduhPengeringan ini tidak secara langsung dikeringkan di bawah
sinar matahari namum dilakukan ditempat yang teduh, dimana bahan
disebarkan diatas nampan lemari atau kotak. Contoh : pengeringan
tumbuhan obat. Pengeringan dengan sinar infra merahSinar infra
merah ( > 760 nm) memiliki efek yang didominasi oleh kerja
panasnya. Sinar infra merah mampu menembus sampai bidang dasar
sehingga absorbsinya merata di seluruh lapisan yang akan
dikeringkan. Pengeringan dengan bahan pengeringUntuk pengeringan
dalam skala kecil digunakan eksikator yang berisi bahan pengering.
Umumnya yang digunakan gel silika terutama silika biru. Lemari
pengeringUntuk melakukan pengeringan dengan suhu yang tinggi
digunakan lemari pengering. Jenis bangunnya sangat bervariasi dan
dapat dipanaskan secara elektrik, memiliki alat pengatur suhu udara
panas akan bergerak keruang sebelah dalam diatas nampan yang berisi
bahan yang akan dikeringkan. Pengeringan di dalam kanal, tong dan
silinder pejalPengeringan dilakukan dengan melewatkan bahan ke
dalam kanal yang dipanaskan dengan uap panas sacara kontinyu. Juga
pengering tong, dimana bahan akan dikeringkan dengan pengaduk.
Misalnya pengering siput, pengering sudu dan pengering palung.
Pengering silinder pejal cocok untuk pengeringan materi kental
seperti esktrak. Pengeringan dilakukan pada permukaan silinder
pajal yang diuap panaskan.2. Pengeringan bekuanPengeringan bekuan
atau liofilisasi (freezing - drying) merupakan salah satu cara
pengeringan untuk bahan obat yang termolabil. Metode ini digunakan
khususnya untuk mengeringkan antibiotika, vitamin, hormon, plasma
darah, serum, bahan pengimun, bagian dari tumbuhan dan bahan peka
yang sejenis. Prinsip dasar pengeringan bekuan adalah bahwa air
dalam kondisi membeku masih memiliki tekanan uap, oleh karena itu
dapat dihilangkan dari sistem melalui cara sublimasi.3. Pengeringan
melalui frekuensi tinggiBahan pada pengeringan ini diletakkan pada
sebuah bidang ganti kondensor elektris, dimana terjadi aliran geser
elektris di dalam bahan yang secara teratur memanaskannya. Suplai
panas dapat diatur melalui tegangan frekuensi tinggi pada generator
atau melalui celah udara di antara bahan dengan elektroda.4.
Pengering melalui semburanPengering ini menyemburkan cairan sampai
larutan sejenis pasta dan bahan basah dalam bentuk tetesan halus ke
dalam aliran udara panas, bahan - bahan akan membentuk serpihan
yang dalam waktu sedetik berubah menjadi serbuk halus. Penyemburan
berlangsung secara mekanis melalui lempeng sembur yang berputar
4000 - 50000 rpm atau secara hidrodinamik melalui pori pipa sembur
dengan bantuan tekanan cairan atau udara kencang.5. Pengeringan
melalui lapisan berpusingBahan pada pengeringan ini melailui
lapisan berpusing, bahn butiran lembab (ukuran butir 0.001 sampai
10 nm) yang berada pada sebuah dasar berpori diujung bawah sebuah
corong, ditiup oleh aliran udarapanasyang kencang. Dengan demikian
timbunan akan terangkat, berterbangan, menjadi longgar, dan secara
kontinyu saling bercampur pada kecepatan aliran yang cukup
tinggi.(Sari dkk, 2012)
2.5 Alat - Alat Mekanis yang Digunakan dalam Pengeringan1. Spray
dryerPengeringan semprot atau spray drying merupakan jenis
pengeringan tertua dan sering dipakai dalam industri farmasi. Cara
ini digunakan untuk mengubah pasta, bubur atau cairan dengan
viskositas rendah menjadi padatan kering. Pengeringan dengan cara
ini mampu meminimalisir interupsi karena selama bahan cair yang
akan dikeringkan tersedia, maka proses pengeringan akan tetap
berjalan secara kontinyu dan produk berupa padatan kering akan
terus terbentuk. Dalam beberapa kasus, pengeringan menggunakan cara
ini dapat beroperasi selama bulan tanpa perlu dihentikan. Proses
pengeringan semprot berlangsung dalam waktu yang sangat singkat,
hanya beberapa milidetik hingga beberapa detik tergantung jenis
peralatan dan kondisi pengeringan. Hal ini memberi keuntungan bagi
bahan yang sensitif terhadap panas. Selain itu mengurangi resiko
terjadinya korosi dan abrasi karena minimnya waktu kontak antara
peralatan dengan bahan yang dikeringkan. Pengeringan dengan cara
ini sangat cost-efective terutama untuk produk dalam jumlah besar
selain bisa dioperasikan secara automatis dengan bantuan komputer.
Keterbatasan pengeringan dengan cara ini ialah tak dapat digunakan
untuk menghasilkan produk granul kering berukuran rata-rata diatas
200 m.
Gambar 2.4 Ilustrasi Proses Pengeringan dengan Cara Pengeringan
Semprot
2. Fluidized bed dryerFluidized bed dryer adalah sistem
pengeringan yang diperutukan bagi bahan berbobot relatif ringan,
misalnya serbuk dan ganular. Prinsipnya bahan yang akan dikeringkan
dialiri dengan udara panas yang terkontrol dengan volume dan
tekanan tertentu, selanjutnya bagi 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/material yang halus akan ditangkap oleh pulsejet bag filter.
Hal - hal yang perlu diperhatikan dalam sistim fluidized bed dryer
adalah pengaturan yang baik antara tekanan udara, tingkat
perpindahan panas dan waktu pengeringan, sehingga tidak terjadi
gesekan bahan saat proses pengeringan berlangsung. Penentuan
dimensi ruang bakar, suhu yang diaplikasikan serta volume dan
tekanan udara sangat menentukan keberhasilan proses pengeringan,
sehingga perlu diketahui data pendukung untuk merancang sistem ini
diantaranya kadar air input, kadar air output, kepadatan dan ukuran
bahan, panas maksimum yang diizinkan serta sifat fisikokimianya.
Metode ini cocok digunakan untuk serbuk, butiran, aglomerat, dan
pelet dengan ukuran partikel rata - rata normal antara 50 dan 5.000
mikron. Kelebihan metode ini ialah perpindahan panas dan kontrol
terhadap ukuran partikelnya lebih baik serta pencampuran yang lebih
efisien.
Gambar 2.5 Skema kerja Fluidized bed dryer
Gambar 2.6 Penampang Fluidized bed dryer
3. Vacuum DryersVakum ialah proses menghilangkan air dari suatu
bahan, bersama dengan penggunaan panas maka vakum dapat menjadi
suatu metode pengeringan yang efektif. Pengeringan dapat dicapai
dalam suhu yang lebih rendah sehingga lebih hemat energi. Metode
ini cocok untuk mengeringkan bahan yang sensitif terhadap panas
atau bersifat volatil karena waktu pengeringannya yang singkat.
Kelebihan yang lain dari pengeringan menggunakan vakum ialah dapat
digunakan untuk mengeringkan bahan yang tak bisa dikeringkan jika
terdapat kehadiran air. Sistem ini terdiri dari ruang vakum (bisa
stationer atau berputar), pompa dengan katup dan gauge serta sumber
panas. Proses pengeringan vakum sering melibatkan beberapa langkah
penerapan panas dan vakum. Mengurangi tekanan pada permukaan cairan
akan membuat cairan tersebut menguap tanpa perlu diikuti kenaikan
suhu. Ada dua tipe pengering vakum, yaitu Double cone Rotary Vacuum
Dryer dan Cylindrical shell rotary vacuum dryer. Pada Double cone
Rotary Vacuum Dryer ruang pengering dipasang pada poros yang
berputar. Proses pengeringan melibatkan pemusingan dari ruang
chamber yang memungkinkan gerakan jatuh turun. Pada Cylindrical
shell rotary vacuum dryer, di dalam ruang pengering dipasangi
dengan alat pemusing untuk mencampur dan mengaduk. Tipe ini
digunakan biasanya untuk produksi batch dalam jumlah besar.
Gambar 2.7 Penampang Double cone Rotary Vacuum Dryer
Gambar 2.8 Penampang Cylindrical shell rotary vacuum dryer
4. Flash dryersFlash Dryer adalah sebuah instalasi alat
pengering yang digunakan untuk mengeringkan adonan basah dengan
mendisintregasikan adonan tersebut kedalam bentuk serbuk dan
mengeringkanya dengan mengalirkan udara panas secara berkelanjutan.
Proses pengeringan yang terjadi di Flash dryer berlangsung dengan
sangat cepat secara instan. Seperti asal katanya flash yang berarti
kilat. Maka alat ini mengeringkan bahan yang dikeringkan dengan
sangat cepat, dalam hitungan milisekon. Flash Dryer cocok digunakan
untuk mengeringkan bahan yang sensitif terhadap panas. Flash
Dryertidak cocok digunakan untuk material yang dapat menyebabkan
erosi pada alat dan berminyak (Sari dkk, 2012).
2.6 Aplikasi Dalam Industri2.6.1 Teknik Pengeringan Sediaan
FarmasiSetiap proses dalam pembuatan sediaan farmasi baik dalam
skala kecil maupun besar (industri) hampir selalu melibatkan
transfer panas, terutama pada proses pembuatan tablet secara
granulasi basah. Panas disini dibutuhkan dalam proses pengeringan
sehingga di hasilkan massa granul yang kering dan dapat di kempa
menjadi tablet. Proses pengeringan menggunakan pemanasan secara
umum, berlangsung dalam 3 tahap stimultan, yaitu : proses transfer
energi dari sumber luar ke dalam material yang mengandung air, fase
transformasi dari air / solvent dari bentuk cair menjadi bentuk
uap, dan transfer uap dari material keluar dari alat pengering /
material yang dikeringkan.Pengeringan merupakan suatu proses
pemisahan sejumlah kecil air atau zat cair dari bahan sehingga
mengurangi kandungan/sisa cairan di dalam zat padat itu sampai
suatu nilai yang dikehendaki. Proses pengeringan dapat dilakukan
dengan cara penguapan. Penguapan terjadi apabila air yang dikandung
oleh suatu bahan teruap, yaitu apabila panas diberikan kepada bahan
tersebut. Selain dengan penguapan, pengeringan dapat dilakukan
dengan cara memecahkan ikatan molekul-molekul air yang terdapat di
dalam bahan.Teknik pengeringan pengeringan dalam teknologi farmasi
dapat digolongkan dalam 2 cara berdasarkan sistem pengeringan:a)
Pengeringan kontinyu / berkesinambungan (continuous drying)
merupakan teknik dimana pemasukan dan pengeluaran bahan berjalan
terus-menerus.b) Pengeringan tumpukan (batch drying) merupakan
pengeringan bahan yang masukke alat pengering sampai pengeluaran
bahan kering, kemudian baru dimasukkan bahan berikutnya.Teknik
tersebut banyak di aplikasikan dalam beberapa peralatan yang sering
digunakan dalam industri farmasi yang secara umum prinsipnya
pemberian panas yang relatif konstan terhadap bahan obat, sehingga
proses pengeringan dapat berlangsung dengan cepat dan mendapatkan
hasil yang maksimal.
2.6.2 Peralatan dan Flowchart Freezy DryingFreeze drying
merupakan alat pengeringan yang prinsip kerjanya adalah berdasarkan
proses liofilisasi.
Gambar E.1 Skematik Alat Freezy Drying(Heriana, 2009)
Mulai
Produk yang akan dikeringkan dibekukan terlebih dahulu
Produk diletakkan dibawah vakum
Panas diterapkan pada produk beku untuk mempercepat
sublimasi
Kondensor dengan suhu rendah akan menghapus pelarut didalam
ruang vakum
Produk kembali kebentuk padat
Selesai Gambar E.2 Flowchart Pada Alat Freezy Drying (Heriana,
2009)