1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengeringan merupakan suatu proses penguapan cairan pada bahan baku

basah dengan pemberian panas. Pengeringan adalah operasi penting dalam kimia

pertanian, bioteknologi, makanan, polimer, keramik, farmasi, pulp dan kertas,

pengolahan mineral dan industri pengolahan kayu. Pengeringan berbagai bahan baku

diperlukan untuk satu atau beberapa alasan berikut: kebutuhan untuk mudah

menangani padatan bebas-mengalir, pengawetan dan penyimpanan, penurunan biaya

transportasi, mencapai mutu yang diinginkan produk, dll. Dalam banyak proses,

pengeringan yang tidak benar dapat menyebabkan kerusakan permanen pada kualitas

produk dan karenanya produk tidak dapat dijual.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang, telah dipilih metode pengeringan untuk proses

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

waktu pengeringan, menentukan critical moisture content dan menentukan rak

(tray) yang efektif.

1.3 Tujuan

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

2. Mampu menjelaskan variabel-variabel operasi dalam pengeringan.

3. Mampu mengoperasikan alat.

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

5. Dapat menentukan critical moisture content pada zat padat yang dikeringkan

di dalam alat pengering.

2

6. Membuat grafik antara moisture content zat padat dengan kecepatan

pengeringan (drying rate dari zat yang dikeringkan).

I.4 Manfaat

1. Dapat mengetahui tray yang efektif pada pengering rak (tray dryer).

2. Dapat mengetahui waktu dan temperatur pengeringan yang efisien.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengeringan

Pengeringan adalah operasi yang sangat kompleks yang melibatkan

perpindahan panas transien dan massa bersama dengan beberapa tingkat proses,

seperti transformasi fisik atau kimia yang pada gilirannya dapat menyebabkan

kualitas dalam produk serta mekanisme panas dan perpindahahan massa. Perubahan

fisik yang mungkin terjadi meliputi penyusutan (shrinkage), penggembungan

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

diinginkan atau tidak diinginkan reaksi kimia atau biokimia mungkin terjadi

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

Dalam pembuatan katalis, misalnya kondisi pengeringan dapat menghasilkan

perbedaan yang signifikan dalam aktivitas katalis dengan mengubah luas permukaan

internal.

Pengeringan terjadi dengan penguapan cairan dengan memberikan panas

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

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

pengeringan tidak langsung), radiasi atau volumetris dengan menempatkan bahan

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

pengeringan industri adalah jenis konvektif dengan udara panas atau gas pembakaran

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

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

memasok panas pada batas objek pengeringan sehingga panas harus berdifusi ke

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

diangkut pergi oleh gas pembawa (atau oleh aplikasi vakum untuk pengeringan non-

konvektif)

4

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

dari mekanisme transfer massa berikut :

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

- Difusi uap, jika cairan menguap dalam bahan.

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

rendah, misalnya dalam pengeringan beku.

- Difusi permukaan (mungkin walaupun tidak terbukti)

- Perbedaan tekanan hidrostatik ketika laju penguapan interna lmelebihi laju

transportasi uap melalui padatan ke lingkungan.

- Kombinasi dari mekanisme di atas.

2.2. Laju Pengeringan

Berdasarkan pada pengeringan padatan basah pada kondisi pengeringan yang

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

basis kering X menurun secara linier dengan waktu, seiring dengan dimulainya

penguapan. Hal ini dilanjutkan dengan penurunan non-linier pada X hingga waktu

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

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

didefinisikan sebagai :

Xf= (X x*) (2.0)

Penurunan laju pengeringan hingga nol pada Xf = 0

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

Di bawah kondisi pengeringan konstan. Disini, N (Kg.m-2

.h-1

) adalah laju

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

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

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

jam.

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

5

diperoleh berdasarkan kondisi pengeringan yang konstant. Perlu diperhatikan dalam

kondisi nyata, bahan yang kering pada umumnya dikontakkan pada kondisi

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

Jadi perlu untuk mengembangkan metodologi untuk interpolasi atau eksploitasi data

laju pengeringan yang umum yang menampilkan periode laju.

Gambar 2.1. Kurva Batch pada Kondisi Pengeringan Konstan

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

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

perpindahan massa di sebuah film air pada permukaan penguapan. Periode

pengeringan tidak dipengaruhi oleh jenis material yang sedang dikeringkan. Banyak

makanan dan produk pertanian, bagaimanapun tidak menampilkan periode laju

konstan sama sekali, karena laju perpindahan panas, internal dan massa menentukan

laju alir menjadi terekspose ke permukaan penguapan.

Nc

6

Pada periode pengeringan laju konstan, laju pengeringan tidak tergantung pada

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

terdapat suatu film kontinyu pada keseluruhan permukaan, dan air itu berperilaku

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

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

Dalam zat padat berpori kebanyakan air yang dikeluarkan pada periode laju konstan

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

menurut mekanisme yang sama seperti penguapan dari thermometer cembul basah pada

dasarnya adalah suatu pengeringan laju konstan. Dalam keadaaan dimana tidak ada

radiasi atau perpindahan kalor konduksi melalui kontak langsung dengan permukaan

panas, suhu zat padat tersebut selama periode laju konstan adalah cembul basah udara.

Selama periode laju konstan laju pengeringan persatuan luas Rc dapat ditaksir

dengan ketelitian yang memadai dari korelasi-korelasi yang dikembangkan untuk

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

massa persamaan 2.2 atau perpindahan kalor persamaan 2.3, sebagai berikut:

mu = (2.2)

m = (2.3)

dimana: mu = luas penguapan

A = luas permukaan

hy = koefisien perpindahan kalor

Mu = bobot molekul uap

T = suhu gas

Ti = suhu antarmuka

y = fraksi mol

yi = fraksi mol uap pada antarmuka

Xi = kalor laten pada suhu Ti

7

Bila udara itu mengalir sejajar dengan permukaan zat padat, koefisien

perpindahan kalor dapat ditaksir dengan dimensional.

hy = 0,0128 G0,8

(2.4)

dimana: hy = koefisien perpindahan kalor

G = kecepatan massa, lb/ft2

.jam

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

hy = 0,37 G0,37

(2.5)

laju perpindahan konstan Rc adalah :

Rc = Mv/A = hy(T-Ti) / (2.6)

Dalam kebanyakan situasi ini sebagaimana disinggung terdahulu, suhu Ti dapat

diandaikan sama dengan udara cembul basah. Bila radiasi dari lingkungan panas serta

konduksi dari permukaan padat yang berada dengan kontak dengan bahan itu tidak dapat

diabaikan, maka suhu pada antarmuka itu akan lebih besar dari suhu cembul basah,yi

akan bertambah besar, dan laju pengeringan sesuai dengan persamaan 2.2 akan

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

2.3 Sorption Isoterm

Parameter yang menyatakan menyatakan berapa banyak air yang ada dalam suatu

padatan adalah kadar uap air (X). Kadar uap air ini bisa dinyatakan dalam dua kondisi,

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

dibagi dengan berat padatan kering adalah :

(2.7)

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

(2.8)

Hubungan antara adalah

(2.9)

8

Gambar 2.2. Kurva Sorption Isoterm

2.4 Pengering Rak

Sebuah contoh pengering tampak ditunjukkan pada gambar 2.3. Pengering ini

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

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

dan tebal 2

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

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

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

seragam di atas susunan talam tadi. Sebagian udara basah diventilasikan keluar melalui

pemasuk A. Rak-rak itu disusun di atas roda truck I, sehingga pada akhir siklus

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

talam.

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

digunakan untuk mengeringkan segala macam bahan, tetapi karena memerlukan tenaga

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

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

farmasi. Pengeringan dengan sirkulasi udara menyilang lapisan zat padat biasanya

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

Relative humidity (%)

Mois

ture

conte

nt (%

)

Adsorption

Desorption

9

Gambar 2.3 Alat Pengering Rak

10

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Bahan danAlat

a) Bahan

Sampel (ditentukan saat pretest)

b) Alat

Pengering rak batch (tray batch dryer)

Oven

Timbangan

Cawan porselen

Stopwatch

Pisau

3.2 Variabel

Variabel tetap : jenis sampel

Variabel berubah : suhu, temperature, dan luas permukaan sampel

3.3 Gambar alat utama

Alat yang digunakan

1. Alat pengering rak (tray dryer)

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

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

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

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

sebagai berikut:

11

Gambar 3.1. Alat pengering rak (tray batch dryer)

Perlengkapan lain yang dibutuhkan

1. Timbangan yang teliti

2. Krus porselen lengkap dengan tutup

3. Sendok pengambilan sampel

4. Oven atau furnace untuk penguapan

3.5 Respon

Suhu dan bahan yang digunakan

3.6 Data yang diperlukan

Massa bahan

3.7 Prosedur percobaan

Pengeringan pada Pengering Rak (Tray Batch Dryer)

1. Siapkan bahan yang akan dikeringkan.

2. Siapkan alat pengering rak (tray batch dryer) dan atur suhu hingga konstan pada

suhu yang telah ditentukan.

3. Pengisian bahan ke dalam rak dengan susunan potongan 4x4 buah.

12

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

memperkirakan jumlah air yang menguap setiap interval waktu 5 menit selama

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

stopwatch dihentikan dan dihidupkan kembali saat bahan dimasukan kembali ke

alat tray dryer.

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

Analisa Kadar Air

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

2. Memasukkan bahan ke dalam cawan porselen, lalu cawan beserta bahan

dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 1100C sampai kering lalu ditimbang.

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

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

content (lb)

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

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

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

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

3)

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

drying rate dengan moisture content.

13

DAFTAR PUSTAKA

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

Mass transfer operation.

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

Balai

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

pengering kabinet. Badan Pascapanen dan Bioteknologi Kelautan dan

Perikanan.

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

dryer.