bab 2 tinjauan pustaka pengeringan
DESCRIPTION
Bab 2 atau tinjauan pustaka laporan teknik pengeringan. Berisi tentang apakah teknik pengeringan itu? Bagaimana metode pengeringannya? dll.TRANSCRIPT
3
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Pengeringan
Pengeringan adalah suatu peristiwa perpindahan massa dan energi yang terjadi
dalam pemisahan cairan atau kelembaban dari suatu bahan sampai batas kandungan air
yang ditentukan dengan menggunakan gas sebagai fluida sumber panas dan penerima
uap cairan (Sumber: Treybal, 1980).
Metode pengeringan secara umum terbagi menjadi dua, pengeringan alami dan
pengeringan buatan. Pengeringan alami membutuhkan lahan yang luas, sangat
tergantung pada cuaca, dan sanitasi hygiene sulit dikendalikan sedangkan pada
pengeringan buatan kendala tersebut dapat diatasi. Kelemahan Pengeringan buatan
adalah memerlukan keterampilan dan peralatan khusus, serta biaya lebih tinggi
dibanding pengeringan alami.
Mekanisme pengeringan ketika benda basah dikeringkan secara termal dan
berlangsung secara simultan ada dua. Mekanisme pertama perpindahan energi dari
lingkungan untuk menguapkan air yang terdapat di permukaan benda padat.
Perpindahan energi dari lingkungan ini dapat berlangsung secara konduksi, konveksi,
radiasi, atau kombinasi dari ketiganya. Proses ini dipengaruhi oleh temperatur,
kelembapan, laju dan arah aliran udara, bentuk fisik padatan, luas permukaan kontak
dengan udara dan tekanan. Proses ini merupakan proses penting selama tahap awal
pengeringan ketika air tidak terikat dihilangkan. Penguapan yang terjadi pada
permukaan padatan dikendalikan oleh peristiwa difusi uap dari permukaan padatan ke
lingkungan melalui lapisan film tipis udara. Mekanisme yang kedua perpindahan massa
air yang terdapat di dalam benda kepermukaan. Ketika terjadi penguapan pada
permukaan padatan, terjadi perbedaan temperatur sehingga air mengalir dari bagian
dalam benda padat menuju ke permukaan benda padat. Struktur benda padat tersebut
akan menentukan mekanisme aliran internal air.
4
2.2 Jenis-jenis pengeringan
Jenis-jenis pengeringan berdasarkan karakteristik umum dari beberapa
pengering konvensional dibagi atas 8 bagian, yaitu :
1. Baki atau wadah
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.
2. Rotary
Pada jenis ini ruang pengering berbentuk silinder berputar sementara material
yang dikeringkan jaruh di dalam ruang pengering. Medium pengering, umumnya udara
panas, dimasukkan ke ruang pengering dan bersentuhan dengan material yang
dikeringkan dengan arah menyilang. Alat penukar kalor yang dipasang di dalam ruang
pengering untuk memungkinkan terjadinya konduksi.
3. Flash
Pengering dengan flash (flash dryer) digunakan untuk mengeringkan
kandungan air yang ada di permukaan produk yang akan dikeringkan. Materi yang
dikeringkan dimasukkan dan mengalir bersama medium pengering dan proses
pengeringan terjadi saat aliran medium pengering ikut membawa produk yang
dikeringkan. Setelah proses pengeringan selesai, produk yang dikeringkan akan
dipisahkan dengan menggunakan hydrocyclone.
4. Spray
Teknik pengeringan spray umumnya digunakan untuk mengeringkan produk
yang berbentuk cair atau larutan suspensi menjadi produk padat. Contohnya, proses
pengeringan susu cair menjadi susu bubuk dan pengeringan produk-produk farmasi.
Cara kerjanya adalah cairan yang akan dikeringkan dibuat dalam bentuk tetesan oleh
atomizer dan dijatuhkan dari bagian atas. Medium pengering (umumnya udara panas)
dialirkan dengan arah berlawanan atau searah dengan jatuhnya tetesan. Produk yang
5
dikeringkan akan berbentuk padatan dan terbawa bersama medium pengering dan
selanjutnya dipisahkan dengan hydrocyclone.
5. Fluidized bed
Pengeringan dengan menggunakan kecepatan aliran udara yang relatif tinggi
menjamin medium yang dikeringkan terjangkau oleh udara. Jika dibandingkan dengan
jenis wadah, jenis ini mempunyai luas kontak yang lebih besar.
6. Vacum
Pengeringan dengan memanfaatkan ruangan bertekanan udara rendah. Dimana
pada ruangan tersebut tidak terjadi perpindahan panas, tetapi yang terjadi adalah
perpindahan massa pada suhu rendah.
7. Membekukan
Pengeringan dengan menggunakan suhu yang sangat rendah. Biasanya
digunakan pada produk-produk yang bernilai sangat tinggi, seperti produk farmasi dan
zat-zat kimia lainnya.
8. Batch dryer
Pengeringan jenis ini hanya baik digunakan pada jumlah material yang sangat
sedikit, seperti penggunaan pompa panas termasuk pompa panas kimia.
2.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pengeringan
Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan ada dua golongan yaitu faktor
yang berhubungan dengan udara pengering dan faktor yang berhubungan dengan sifat
bahan yang dikeringkan. Faktor-faktor yang termasuk golongan pertama adalah suhu,
kecepatan volumetrik aliran udara pengering dan kelembaban udara. Faktor-faktor
yang termasuk golongan kedua adalah ukuran bahan, kadar air awal dan tekanan parsial
di dalam bahan. Kelembaban udara berpengaruh terhadap proses pemindahan uap air.
Apabila kelembaban udara tinggi, maka perbedaan tekanan uap air di dalam dan di luar
bahan menjadi kecil sehingga menghambat pemindahan uap air dari dalam bahan ke
luar. Pengontrolan suhu serta waktu pengeringan dilakukan dengan mengatur kotak
alat pengering dengan alat pemanas, seperti udara panas yang dialirkan ataupun alat
6
pemanas lainnya. Suhu pengeringan akan mempengaruhi kelembaban udara di dalam
alat pengering dan laju pengeringan untuk bahan tersebut. Pada kelembaban udara yang
tinggi, laju penguapan air bahan akan lebih lambat dibandingkan dengan pengeringan
pada kelembaban yang rendah.
2.3.1 Luas Permukaan
Air menguap melalui permukaan bahan, sedangkan air yang ada di bagian
tengah akan merembes ke bagian permukaan dan kemudian menguap. Untuk
mempercepat pengeringan umumnya bahan yang akan dikeringkan dipotong-potong
atau dihaluskan terlebih dulu. Hal ini terjadi karena:
1. Pemotongan atau penghalusan tersebut akan memperluas permukaan bahan dan
permukaan yang luas dapat berhubungan dengan medium pemanasan sehingga air
mudah keluar,
2. Partikel-partikel kecil atau lapisan yang tipis mengurangi jarak dimana panas harus
bergerak sampai ke pusat bahan. Potongan kecil juga akan mengurangi jarak melalui
massa air dari pusat bahan yang harus keluar ke permukaan bahan dan kemudian
keluar dari bahan tersebut.
2.3.2 Perbedaan Suhu dan Udara Sekitarnya
Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan, makin
cepat pemindahan panas ke dalam bahan dan makin cepat pula penghilangan air dari
bahan. Air yang keluar dari bahan yang dikeringkan akan menjenuhkan udara sehingga
kemampuannya untuk menyingkirkan air berkurang. Jadi dengan semakin tinggi suhu
pengeringan maka proses pengeringan akan semakin cepat. Akan tetapi bila tidak
sesuai dengan bahan yang dikeringkan, akibatnya akan terjadi suatu peristiwa yang
disebut "Case Hardening", yaitu suatu keadaan dimana bagian luar bahan sudah kering
sedangkan bagian dalamnya masih basah.
2.3.3 Kecepatan Aliran Udara
Udara yang bergerak dan mempunyai gerakan yang tinggi selain dapat
mengambil uap air juga akan menghilangkan uap air tersebut dari permukaan bahan
pangan, sehingga akan mencegah terjadinya atmosfir jenuh yang akan memperlambat
7
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.
2.3.4 Tekanan Udara
Semakin kecil tekanan udara akan semakin besar kemampuan udara untuk
mengangkut air selama pengeringan, karena dengan semakin kecilnya tekanan berarti
kerapatan udara makin berkurang sehingga uap air dapat lebih banyak tetampung dan
disingkirkan dari bahan.Sebaliknya, jika tekanan udara semakin besar maka udara
disekitar pengeringan akan lembab, sehingga kemampuan menampung uap air terbatas
dan menghambat proses atau laju pengeringan. Densitas batubara dapat bervariasi
yang menunjukkan hubungan antara rank dan kandungan karbon. Batubara dengan
kandungan karbon 85% biasanya menunjukkan suatu derajat ciri hidropobik yang lebih
besar dari batubara dengan rank paling rendah. Bagaimanapun, hasil temuan terbaru
pada prediksi sifat hidropobik batubara mengindikasikan bahwa korelasi kharakteristik
kandungan air lebih baik dari pada kandungan karbon dan begitupun rasio kandungan
air/karbon lebih baik daripada rasio atomik oksigen/karbon. Begitupun, terdapat suatu
hubungan antara sifat hidropobik batubara dan kandungan air.(Labuschagne. 1988).
Udara merupakan medium yang sangat penting dalam proses pengeringan,
untuk menghantar panas kepada bahan yang hendak dikeringkan, karena udara satu-
satunya medium yang sangat mudah diperoleh dan tidak memerlukan biaya
operasional. Oleh karena itu untuk memahami bagaimana proses pengeringan terjadi,
maka perlu ditinjau sifat udara.
2.4 Pengaruh Suhu Pengeringan pada Proses Pengeringan
Laju penguapan air bahan dalam pengeringan sangat ditentukan oleh kenaikan
suhu. Semakin besar perbedaan antara suhu media pemanas dengan bahan yang
dikeringkan, semakin besar pula kecepatan pindah panas ke dalam bahan pangan,
sehingga penguapan air dari bahan akan lebih banyak dan cepat (Taib, G. et al., 1988).
8
Makin tinggi suhu dan kecepatan aliran udara pengering makin cepat pula
proses pengeringan berlangsung. Makin tinggi suhu udara pengering makin besar
energi panas yang dibawa udara sehingga makin banyak jumlah massa cairan yang
diuapkan dari permukaan bahan yang dikeringkan. Jika kecepatan aliran udara
pengering makin tinggi maka makin cepat pula massa uap air yang dipindahkan dari
bahan ke atmosfir (Taib, G. et al., 1988).
Makin tinggi suhu dan kecepatan aliran udara pengering makin cepat pula
proses pengeringan berlangsung. Makin tinggi suhu udara pengering makin besar
energi panas yang dibawa udara sehingga makin banyak jumlah massa cairan yang
diuapkan dari permukaan bahan yang dikeringkan. Jika kecepatan aliran udara
pengering makin tinggi maka makin cepat pula massa uap air yang dipindahkan dari
bahan ke atmosfir (Taib, G. et al., 1988).
Semakin tinggi suhu yang digunakan untuk pengeringan, makin tinggi energi
yang disuplai dan makin cepat laju pengeringan. Akan tetapi pengeringan yang terlalu
cepat dapat merusak bahan, yakni permukaan bahan terlalu cepat kering, sehingga tidak
sebanding dengan kecepatan pergerakan air bahan ke permukaan. Hal ini menyebabkan
pengerasan permukaan bahan (case hardenig). Selanjutnya air dalam bahan tidak dapat
lagi menguap karena terhalang. Disamping itu penggunaan suhu yang terlalu tinggi
dapat merusak daya fisiologik biji-bijian/ benih (Taib, G. et al., 1988).
2.5 Kadar Air Bahan
Kadar air bahan menunjukkan banyaknya kandungan air persatuan bobot
bahan. Dalam hal ini terdapat dua metode untuk menentukan kadar air bahan tersebut
yaitu berdasarkan bobot kering (dry basis) dan berdasarkan bobot basah (wet basis).
Dalam penentuan kadar air bahan hasil pertanian biasanya dilakukan berdasarkan
bobot basah (wet basis). Dalam perhitungan ini berlaku rumus sebagai berikut:
MCw.b= 100%
9
Untuk menentukan bobot kering suatu bahan, penimbangan dilakukan setelah
bobot bahan tersebut tidak berubah lagi selama pengeringan berlangsung. Untuk ini
biasanya dilakukan dengan menggunakan suhu 105 ºC minimal selama dua jam.
Untuk memperoleh kadar air basis kering dapat digunakan rumus :
2.6 Mekanisme Pengeringan Bahan
Proses perpindahan panas terjadi karena suhu bahan lebih rendah dari
pada suhu udara yang dialirkan di sekelilingnya. Panas yang diberikan ini akan
menaikkan suhu bahan yang menyebabkan tekanan uap air di dalam bahan lebih tinggi
dari pada tekanan uap air di udara, sehingga terjadi perpindahan uap air dari
bahan ke udara yang merupakan perpindahan massa.
Sebelum proses pengeringan berlangsung, tekanan uap air di dalam bahan
berada dalam keseimbangan dengan tekanan uap air di udara sekitarnya. Pada
saat pengeringan dimuai, uap panas yang dialirkan meliputi permukaan bahan
akan menaikkan tekanan uap air, terutama pada daerah permukaan, sejalan dengan
kenaikan suhunya.
Pada saat proses ini terjadi, perpindahan massa dari bahan ke udara dalam
bentuk uap air berlangsung atau terjadi pengeringan pada permukaan bahan. Setelah
itu tekanan uap air pada permukaan bahan akan menurun. Setelah kenaikan suhu
terjadi pada seluruh bagian bahan, maka terjadi pergerakan air secara difusi dari
bahan ke permukaannya dan seterusnya proses penguapan pada permukaan bahan
diulang lagi. Akhirnya setelah air bahan berkurang, tekanan uap air bahan akan
menurun sampai terjadi keseimbangan dengan udara sekitarnya. Peristiwa yang terjadi
selama pengeringan meliputi dua proses yaitu:
a. Proses perpindahan panas, yaitu proses menguapkan air dari dalam bahan
atau proses perubahan bentuk cair ke bentuk gas.
MCdb=
10
b. Proses perpindahan massa, yaitu proses perpindahan massa uap air dari
permukaan bahan ke udara.
Proses pengeringan pada bahan dimana udara panas dialirkan dapat dianggap
suatu proses adiabatis. Hal ini berarti bahwa panas yang dibutuhkan untuk penguapan
air dari bahan hanya diberikan oleh udara pengering tanpa tambahan energi dari luar.
Ketika udara pengering menembus bahan basah, sebagian panas sensibel udara
pengering diubah menjadi panas laten sambil menghasilkan uap air.
Selama proses pengeringan terjadi penurunan suhu bola kering udara, disertai
dengan kenaikan kelembaban mutlak, kelembaban nisbi, tekanan uap dan suhu
pengembunan udara pengering. Entalphi dan suhu bola basah udara pengering tidak
menunjukkan perubahan.
Gambar 2.1 Kurva Psikometrik Proses Pengeringan.
Gambar 2.1 Proses pemanasan dan pengeringan
(Sumber: www.lintas ilmu.com)
Keterangan:
A – B : proses pemanasan udara
B – C : proses pengeringan udara
Tud : suhu udara
Tp : suhu udara pengering
Uk : udara kering.
11
2.7 Periode Laju Pengeringan
Menurut Henderson dan Perry (1955), proses pengeringan mempunyai 2 (dua)
periode utama yaitu periode pengeringan dengan laju pengeringan tetap dan periode
dengan laju pengeringan menurun. Kedua periode utama ini dibatasi oleh kadar air
kritis (critical moisture content) (Taib, G. et al., 1988).
Simmonds et al.(1953) menyatakan bahwa kadar air kritis adalah kadar
air terendah saat mana laju air bebas dari dalam bahan ke permukaan sama dengan
laju pengambilan uap air maksimum dari bahan. Pada biji-bijian umumnya kadar
air ketika pengeringan dimulai lebih kecil dari kadar air kritis. Dengan demikian
pengeringan yang terjadi adalah pengeringan dengan laju pengeringan menurun.
Perubahan dari laju pengeringan tetap ke laju pengeringan menurun terjadi pada
berbagai tingkatan kadar air yang berbeda untuk setiap bahan (Brooker, D.B, et
al 1992).
Henderson dan Perry (1955) menyatakan bahwa pada periode pengeringan
dengan laju tetap, bahan mengandung air yang cukup banyak, hal mana pada
permukaan bahan berlangsung penguapan yang lajunya dapat disamakan dengan laju
penguapan pada permukaan air bebas. Laju penguapan sebagian besar tergantung
pada keadaan sekeliling bahan, sedangkan pengaruh bahannya sendiri relatif kecil.
Taib, G. et al., 1988).
Laju pengeringan akan menurun seiring dengan penurunan kadar air selama
pengeringan. Jumlah air terikat makin lama semakin berkurang. Perubahan dari laju
pengeringan tetap menjadi laju pengeringan menurun untuk bahan yang berbeda
akan terjadi pada kadar air yang berbeda pula.
Pada periode laju pengeringan menurun permukaan partikel bahan yang
dikeringkan tidak lagi ditutupi oleh lapisan air. Selama periode laju pengeringan
menurun, energi panas yang diperoleh bahan digunakan untuk menguapkan sisa air
bebas yang sedikit sekali jumlahnya.
Laju pengeringan menurun terjadi setelah laju pengeringan konstan dimana
kadar air bahan lebih kecil daripada kadar air kritis (Gambar 2.2). Periode laju
12
pengeringan menurun meliputi dua proses yaitu : perpindahan dari dalam ke
permukaan dan perpindahan uap air dari permukaan bahan ke udara sekitarnya.
Gambar 2.2 Grafik hubungan kadar air dengan waktu.
(Sumber: www.lintas ilmu.com)
Gambar 2.2 Periode laju pengeringan
Keterangan :
AB = periode pemanasan
BC = periode laju pengeringan konstan
CD = periode laju pengeringan menurun pertama
DE = periode laju pengeringan menurun kedua
2.8 Alat Pengeringan
Dalam memilih alat pengering yang akan digunakan, serta menentukan
kondisi pengeringan harus diperhitungkan jenis bahan yang akan dikeringkan.
Juga harus diperhitungkan hasil kering dari bahan yang diinginkan. Setiap bahan
yang akan dikeringkan tidaklah sama kondisi pengeringannya, karena ikatan air
dan jaringan ikatan dari tiap bahan akan berbeda.
Selanjutnya dikemukakan bahwa pengeringan yang dilakukan dengan
menggunakan alat mekanis (pengeringan buatan) akan mendapatkan hasil yang baik
bila kondisi pengeringan ditentukan dengan tepat dan selama pengeringan dikontrol
dengan baik. Setiap alat pengeringan digunakan untuk jenis bahan tertentu, misalnya
13
tray dryer untuk pengeringan bahan padat atau lempengan yang dikeringkan dengan
sistem batch.
2.8.1 Alat Pengering Tipe Rak (Tray Dryer)
Tray dryer atau alat pengering berbentuk rak, mempunyai bentuk persegi dan
di dalamnya berisi rak-rak, yang digunakan sebagai tempat bahan yang akan
dikeringkan. Bahan diletakkan di atas rak (tray) yang terbuat dari logam dengan alas
yang berlubang-lubang. Kegunaan dari lubang-lubang ini untuk mengalirkan udara
panas dan uap air. Luas rak yang digunakan bermacam-macam. Luas rak dan besar
lubang-lubang rak tergantung pada bahan yang akan dikeringkan. Apabila bahan yang
akan dikeringkan berupa butira halus, maka lubangnya berukuran kecil. Pada alat
pengering ini, bahan selain di tempatkan langsung pada rak-rak dapat juga
ditebarkan pada wadah lain misalnya baki dan nampan. Kemudian baki atau nampan
ini disusun di atas rak yang ada dalam alat pengering.
Selain alat pemanas udara, biasanya digunakan juga kipas (fan) untuk
mengatur sirkulasi udara dalam alat pengering. Udara setelah melewati kipas masuk ke
dalam alat pemanas, pada alat ini udara dipanaskan lebih dahulu kemudian
dialirkan diantara rak-rak yang sudah berisi bahan. Suhu yang digunakan serta waktu
pengeringan ditentukan menurut keadaan bahan, kadar air awal dan kadar air akhir
yang diharapkan. Arah aliran udara panas di dalam alat pengering bisa dari atas ke
bawah dan bisa juga dari bawah ke atas, sesuai dengan ukuran bahan yang
dikeringkan. Bila ukuran bahan yang dikeringkan agak halus, maka digunakan arah
aliran udara panas dari atas ke bawah agar bahan tidak berserakan. Untuk menentukan
arah aliran udara panas ini maka letak kipas juga harus disesuaikan.
14
Gambar 2.3 Mesin pengering tipe rak.
(Sumber: www.elsafta.com)
2.8.2 Alat Pengering Fluidized Bed
Fluidisasi terjadi ketika partikel-partikel padat yang kecil terambangkan
dalam aliran fluida ke atas. Kecepatan fluida cukup untuk mengambangkan
partikelpartikel, tetapi tidak cukup untuk membawanya keluar dari tabung. Partikel-
partikel padat berputar di sekeliling bed dengan cepat, membuat pencampuran yang
sempurna diantara mereka. Material fluidisasi selalu dalam bentuk padatan dan media
fluidisasi dapat dalam bentuk cairan atau gas.
Alat ini digunakan untuk mengeringkan bahan-bahan berbentuk butiran dan
tepung. Pada alat ini udara panas dipaksakan naik ke atas melewati wadah yang
berlubang-lubang kemudian menembus bahan. Udara panas berfungsi sebagai media
bahan yang dikeringkan. Kecepatan aliran udara panas diatur sedemikian rupa
sehingga mengakibatkan bahan melayang-layang dan terjadi fluidisasi. Keuntungan
penggunaan alat ini antara lain: laju pengeringan tinggi, mudah dioperasikan. Akan
tetapi penggunaan alat ini memerlukan biaya yang cukup tinggi untuk pengoperasian
dan perawatannya dan penggunaannya terbatas pada bahan-bahan tertentu.
15
Gambar 2.4 Alat Pengering Fluidized Bed.
(sumber: www.kf-machinery.en.alibaba.com)
2.8.3 Drum (Rotary) Dryer
Rotary dryer atau bisa disebut drum dryer merupakan alat pengering
berbentuksebuah drum yang berputar secara kontinyu yang dipanaskan dengan tungku
atau gasifier.Alat pengering ini dapat bekerja pada aliran udara melalui poros silinder
pada suhu 1200-1800 ºF tetapi pengering ini lebih seringnya digunakan pada suhu 400-
900 ºF.Rotary dryer sudah sangat dikenal luas di kalangan industri karena proses
pengeringannya jarang menghadapi kegagalan baik dari segi output kualitas maupun
kuantitas. Namun sejak terjadinya kelangkaan dan mahalnya bahan bakar minyak dan
gas, maka teknologi rotary dryer mulai dikembangkan untuk berdampingan dengan
teknologi bahan bakar substitusi seperti burner batubara, gas sintesis dan sebagainya.
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 scrubberdan penangkap air elektrostatis
16
Gambar 2.5 Drum (Rotary) Dryer.
(Sumber: rotarydrumsdryer.com)
2.8.4 Spray dryer
Spray drying merupakan suatu proses pengeringan untuk mengurangi kadar air
suatu bahan sehingga dihasilkan produk berupa bubuk melalui penguapan cairan. Spray
drying menggunakan atomisasi cairan untuk membentuk droplet, selanjutnya droplet
yang terbentuk dikeringkan menggunakan udara kering dengan suhu dan tekanan yang
tinggi. Bahan yang digunakan dalam pengeringan spry drying dapat berupa suspensi,
disperse maupun emulsi. Sementara produk akhir yang dihasilkan dapat berupa bubuk,
granula maupun aglomerat tergantung sifat fisik-kimia bahan yang akan dikeringkan,
desain alat pengering dan hasil akhir produk yang diinginkan.
Gambar 2.6 Spray dryer
(Sumber: www.directindustry.com)
17
2.8.5 Freeze dryer
Frees Driyer merupakan suatu alat pengeringan yang termasuk kedalam
Conduction 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 :
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).
Gambar 2.7 Freeze dryer
(Sumber: frezzedrying.com)
18
2.9 Efisiensi Pengeringan
Efisiensi pengeringan adalah hasil perbandingan antara panas yang secara
teoritis dibutuhkan dengan penggunaan panas yang sebenarnya dalam pengeringan.
Jumlah kalor (panas) yang digunakan untuk pengeringan dapat dihitung dengan
menggunakan rumus berikut :
Dimana: Q1 (jumlah panas yang digunakan untuk memanaskan bahan) didapat
dari:
Q2 (Panas sensible air) yaitu panas yang digunakan untuk menaikkan suhu air di dalam
bahan yang didapat dari rumus :
Q3 (Panas laten penguapan air) yaitu jumlah panas yang digunakan untuk
menguapkan air bahan yang didapat dari :
Untuk menentukan banyaknya kalor (panas) yang diberikan oleh udara panas pada
bahan yang dikeringkan digunakan rumus sebagai berikut:
Untuk menentukan efisiensi pengeringan dapat digunakan rumus :
Q = Q1 + Q2 + Q3
Q1 = mk . cp . (Tp – T~)
Q2 = ma . ca . (Tp – T~)
Q3 = mw . hfg
q = r . V . cu (T1 – T2)
= 100%
19
2.10 Kinetika Pengeringan
Setiap material yang akan dikeringkan memiliki karakteristik kinetika
pengeringan yang berbeda-beda bergantung terhadap struktur internal dari material
yang akan dikeringkan. Kinetika pengeringan memperlihatkan perubahan kandungan
air yang terdapat dalam material untuk setiap waktu saat dilakukan proses pengeringan.
Dari kinetika pengeringan dapat diketahui jumlah air dari material yang telah diuapkan,
waktu pengeringan, konsumsi energy. Parameteri-parameter dalam proses
pengeringan untuk mendapatkan data kinetika pengeringan adalah :
1. Moisture Content (X) menunjukkan kandungan air yang terdapat dalam material
untuk tiap satuan massa padatan. Moisture content (X) dibagi dalam 2 macam
yaitu basis kering (X) dan basis basah (X’). Moisture content basis kering (X)
menunjukkan rasio antara kandungan air (kg) dalam material terhadap berat
material kering (kg). Sedangkan moisture content basis basah (X’) menunjukka
rasio antara kandungan air (kg) dalam material terhadap berat material basah (kg)
2. Drying rate (N, kg/m2.s ) menunjukkan laju penguapan air untuk tiap satuan luas
dari permukaan yang kontak antara material dengan fluida panas. Persamaan yang
digunakan untuk menghitung laju pengeringan adalah:
Ms: Massa padatan tanpa air (kg)
A: Luas permukaan kontak antara fluida panas dengan padatan (m2)
2.11 Air dalam bahan pangan
Air bersifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar,
yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan temperature 273,15 K (0ºC). Air merupaka
pelarut yang kuat, melarutkan banyak zat kimia. Zat-zat yang larut dengan baik dalam
air (misalnya garam-garam) disebut sebagai zat-zat “hidrofilik” (pencinta air), dan zat-
N=-
20
zat yang tidak mudah tecampur dengan air (misalnya lemak dan minyak), disebut
sebagai zat-zat “hidrofobik” (takut air) (Wulanriky, 2011).
Meskipun sering diabaikan, air merupakan salah satu unsur penting dalam
makanan. Air sendiri meskipun bukan merupakan sumber nutrien seperti bahan
makanan lain, namun sangat esensial dalam kelangsungan proses biokimia organisme
hidup. Salah satu pertimbangan penting dalam penentuan lokasi pabrik pengolahan
bahan makanan adalah adanya sumber air yang secara kualitatif memenuhi syarat.
Dalam pabrik pengolahan pangan, air diperlukan untuk berbagai keperluan misalnya :
pencucian, pengupasan umbi atau buah, penentuan kualitas bahan (tenggelam atau
mengambang), bahan baku proses, medium pemanasan ataupendinginan, pembentukan
uap, sterilisasi, melarutkan dan mencuci bahan sisa (Sudarmadji,2003).
Air dalam bahan pangan berperan sebagai pelarut dari beberapa komponen di
samping ikut sebagai bahan pereaksi, sedangkan bentuk air dapat ditemukan sebagai
air bebas dan air terikat. Air bebas dapat dengan mudah hilang apabila
terjadipenguapan atau pengeringan, sedangkan air terikat sulit dibebaskan dengan cara
tersebut. Sebenarnya air dapat terikat secara fisik, yaitu ikatan menurut sistem kapiler
dan air terikat secara kimia, antara lain air kristal dan air yang terikat dalam sistem
dispersi (Purnomo,1995). Air dalam suatu bahan makanan terdapat dalam berbagai
bentuk :
1. Air bebas, air ini terdapat dalam ruang-ruang antar sel dan inter-granular dan pori-
pori yang terdapat pada bahan.
2. Air yang terikat secara lemah, air ini teradsorbsi pada pemukaan kolloid
makromolekuler seperti protein, pektin pati, sellulosa. Selain itu air juga
terdispersi diantara kolloid tersebut dan merupakan pelarut zat-zat yang ada dalam
sel. Air yang ada dalam bentuk ini masih tetap mempunyai sifat air bebas dan dapat
dikristalkan pada proses pembekuan. Ikatan antara air bebas dengan kolloid
tersebut merupakan ikatan hidrogen.
21
3. Air dalam keadaan terikat kuat, air ini membentuk hidrat. Ikatannya bersifat ionik
sehingga relatif sukar dihilangkan atau diuapkan. Air ini tidak membeku meskipun
pada 0ºF.
Air yang terdapat dalam bentuk bebas dapat membantu terjadinya proses
kerusakan bahan makanan misalnya proses mikrobilogis, kimiawi, ensimatik, bahkan
oleh aktivitas serangga perusak (Sudarmadji,2003).
2.12 Psicometric Chart
Psikrometrik adalah bidang yang mempelajari tentang bagaimana menentukan
sifat-sifat fisis dan termodinamika suatu gas yang didalamnya terdapat campuran
antara gas-uap. Sebagai contoh adalah menentukan sifat-sifat dari campuran udara dan
uap air.
Psicometri merupakan kajian tentang sifat-sifta campuran udara dan uap air,
yang mempunyai arti penting didalam bidang teknis pendingin, karena udara atmosfer
tidak kering betul tetapi merupakan campuran antara udara dan uap air. Pada beberapa
proses, kandungan air sengaja disingkirkan dari udara, tetapi pada proses yang lain air
ditambahkan.
Pada beberapa alat terdapat proses perpindahan kalor dan massa antara udara
dan permukaan bagian yang basah. Sebagai contohnya adalah beberapa jenis alat
pelembab udara (humidifier), penurun kelembaban (dehumidifying) dank oil pendingin
serta peralatan penyemprot air (water spray), seperti menara pendingin dan kondensor
penguapan. Dengan menggunkan potensial entalpi, beberapa hubungan yang mudah
untuk menentukan laju perpindahan kalor dapat dikembangkan.
Psychrometric chart atau bagan psikrometrik merupakan hasil karya jenius
peninggalan kakek moyang kita yang berhubungan dengan karakteristik udara. Dengan
adanya chart ini maka perencanaan tata udara menjadi lebih sederhana, karena tidak
perlu menggunakan hitungan matematis yang rumit.
Bagan psikrometrik merupakan tampilan secara grafikal sifat thermodinamika
udara antara lain suhu, kelembaban, enthalpi, kandungan uap air dan volume spesific.
22
Dalam chart ini dapat langsung diketahui hubungan antara berbagai parameter udara
secara cepat dan presisi, baik yang berkaitan dengan sifat fisik udara maupun sifat
thermiknya.
Ada dua hal yang penting yang harus diperhatikan dalam mempelajari bagan
psikometrik yakni penguasaan akan dasar-dasar bagan dan kemampuan menentukan
sifat-sifat pada kelompok-kelompok keadaan yang lain, misalnya tekanan baromterik
yang tidak standar.
Dalam pengembangan bagan psikomterik, selangkah demi selangkah akan
digunakan anggapan-anggapan yang disederhanakan. Bagan yang dikembangkan dari
persamaan-persamaan, cukup teliti dan dapat digunakan dalam perhitungan-
perhitungan keteknikan, tapi tentu sajan bagan yang paling teliti atau data yang tersedia
perlu digunakan.
23
Gambar 2.8 Bagan psikometrik