PENGARUH TEMPERATUR UDARA PENGERING TERHADAP KADAR VITAMIN C DAN B1 PADA PRODUK PENGERING

SEMPROT

Jefrie Ronald (1106139424)

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Kampus UI Depok 16424

Pembimbing: Dr. Ir. Engkos A. Kosasih, MT

Abstrak

Pada proses pengeringan semprot apabila temperatur pengeringan terlalu tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada bahan sensitif terhadap panas, terutama pada vitamin C dan B1. Meskipun demikian, jika temperatur terlalu rendah dapat menyebabkan laju pengeringan produk sangat lambat. Variasi dari debit bahan dan udara masuk serta temperatur udara pengering diharapkan mampu mengeringkan bahan secara efisien di mana kerusakan produk paling rendah dengan konsumsi daya paling efisien pada pengering semprot. Debit bahan menentukan banyak produk yang akan dikeringkan namun jika terlalu besar maka pengeringan tidak tercapai, sedangkan debit udara menentukan kapasitas pengeringan dimana banyaknya udara panas yang digunakan untuk mengeringkan produk. Untuk temperatur pengeringan sangat penting pada laju pengeringan namun dapat menyebabkan kerusakan bahan. Analisa perhitungan yang didapat pengeringan yang efisien dengan tingkat kerusakan produk vitamin C dan B1 paling rendah adalah….

.

Kata kunci: pengering semprot; kerusakan produk; laju pengeringan

Abstrak

In the spray drying process when the drying temperature is too high can cause damage to heat-sensitive materials, especially in vitamins C and B1. However, if the temperature is too low can lead to a very slow rate of drying products. Variations of material and air flow rate and air temperature dryers are expected to drying materials efficiently in which damage to the product with the lowest energy consumption of the most efficient in the spray dryer. Materials flow rate determines the product to be dried a lot but if it is too high then it is not achieved by drying process, while the air flow rate drying determines drying capacity which the amount of hot air used to dry the product. For drying temperature on the drying rate is very important but can cause material damage. Analysis of the calculations obtained efficient drying with the lowest product damage level of vitamin C and B1 is

Keyword : spray dryer; product destruction; drying rate

1. PENDAHULUAN

Pengering semprot merupakan operasi unit untuk mengubah material menjadi serbuk untuk tujuan pengawetan, memudahkan penyimpanan, transportasi, penanganan, dan pertimbangan ekonomi lainnya (Bhandari & Adhikari). Pengering semprot juga dapat didefinisikan sebagai transformasi bahan berbentuk cair menjadi partikulat kering yang mana bahan diatomisasikan terhadap media pengering yang panas yang

menyebabkan terjadi penguapan (Gustavo, Barbosa). Pengering semprot ini umumnya digunakan pengeringan makanan, produk farmasi, dan bahan lainnya yang sensitif terhadap panas (Alysson Leandro Ribeiro Rattes, Zhongxiang Fang dan Bhesh Bhandari ). Hal ini sangat penting dikarenakan vitamin C dapat rusak selama pengeringan dikarenakan panas (Bhesh R. Bhandari and Benu P. Adhikari). Proses pengeringan dimulai dengan memompakan cairan bahan ke atomizer, yang mana

1

memecah bahan menjadi semprotan droplet-droplet halus dan mengeluarkannya ke ruang pengering. Semprotan akan kontak dengan media pengering yang dipanaskan (biasanya udara), yang membuat kandungan air pada bahan akan menguap dan droplet akan diubah menjadi partikel kering yang mana memiliki bentuk dan ukuran yang sama. Pada proses akhir, partikel kering dipisahkan dari udara pengering dan dikumpulkan untuk mendapatkan produk akhir.

Keuntungan dari pengering semprot adalah (Gustavo, Barbosa- Food Powders):1. Mampu untuk menjaga bentuk dan

ukuran serbuk relatif konstan melalui pengering ketika kondisi pengeringan dijaga konstan.

2. Merupakan operasi pengeringan yang bersifat kontinyu dan mudah diaplikasikan.

3. Dapat digunakan untuk larutan yang sensitif terhadap panas, tahan panas, dan korosif..

Sedangkan kerugian dari pengering semprot adalah sebagai berikut (Filkova, Huang dan Mujumdar, 1995) :

1. Tidak fleksibel, dimana sebuah unit didesain untuk atomisasi yang halus tidak dapat menghasilkan produk yang kasar.

2. Unit pengumpulan produk lebih banyak memakan biaya.

3. Fluida bahan harus dapat dipompa.

Untuk mengatasi kerusakan pada material yang sensitif tehadap panas, yang perlu diperhatikan pada proses pengeringan adalah temperatur udara masuk yang dapat digunakan tanpa merusak produk. Temperatur udara masuk sangat mempengaruhi laju pengeringan. Jika temperature udara masuk rendah, maka dapat menyebabkan laju penguapan rendah dan penggumpalan produk serbuk dikarenakan kondisi lembab (L. Medina-Torres). Temperatur juga mempengaruhi“kelengketan produk dengan produk atau produk dengan dinding ruang pengering. Kelengketan ini dikarenakan

temperature bahan melebihi dari temperatur transisi kaca (glass transition temperature). Temperatur transisi kaca adalah properti dari komponen amorf pada polimer seperti pada gula, asam organic, karet dan lainnya. Jika temperatur produk dibawah temperatur transisi kaca maka produk masih dalam kondisi padat sedangkan jika produk di atas temperatur transisi kaca maka produk mulai dalam kondisi cair. Untuk itu digunakan maltodekstrin dalam larutan untuk meningkatkan temperatur transisi kaca pada bahan (Bhesh R. Bhandari and Benu P. Adhikari (Mujumdar, Xiao Dong Chen).

Hal yang mempengaruhi waktu pengeringan selain temperatur adalah diameter droplet bahan (João Vicente). Diameter droplet bahan berfungsi untuk menciptakan permukaan yang luas antara udara kering dan droplet bahan sehingga proses perpindahan panas dan laju penguapan air dapat bekerja secara maksimum (Vaibhav Patil). Selain itu juga, laju aliran udara panas juga mempengaruhi pengeringan dan produk yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan banyak nya panas yang diberikan ke bahan sehingga bahan lebih cepat kering (Tim A. G. Langrish).

2. METODE PENELITIAN

2.1 Alur Penelitian

Alur penelitian yang dijalankan adalah sebagai berikut:

Gambar 2. Skema Alur Penelitian

2.2 Objek, Waktu dan Tempat PenelitianObjek dari eksperimen ini adalah

larutan vitamin C dengan berat larutan bahan 1500 gr yang terdiri dari 30 gr vitamin C atau 2% dari larutan bahan ditambahkan maltodekstrin sebanyak 270 atau 18% dari berat larutan bahan, dan akuades sebanyak 1200 gr atau 80% dari berat larutan. Objek lain dari eksperimen berikutnya adalah larutan vitamin B1

2

Gambar 1. Skema Pengering Semprot

dengan berat larutan bahan 1500 gr yang terdiri dari 15 gr vitamin C atau 1% dari larutan bahan ditambahkan maltodekstrin sebanyak 285 atau 19% dari berat larutan bahan, dan akuades sebanyak 1200 gr atau 80% dari berat larutan.

Yang diamati dari objek tersebut adalah temperatur minimum pengeringan yang dibutuhkan untuk mengeringkan bahan dengan variasi temperatur dehumidifier, temperatur heater, tekanan nosel penyemprot, debit bahan dan udara yang masuk ke ruang pengering. Data tersebut kemudian diolah untuk mengetahui kinerja unit pengering semprot terhadap produk vitamin C dan B1 yang dihasilkan. Produk yang dihasilkan dari beberapa variasi temperatur akan dilakukan analisa pengujian kadar vitamin C dan B1 di laboratorium pengujian analisis SIG (Saraswanti Indo Genetech) yang berada di Bogor. Data yang didapat dari hasil pengujian digunakan mengetahui kadar kerusakan masing-masing vitamin terhadap temperatur pengeringan. Eksperimen dilakukan selama periode waktu Mei 2014 s.d Juni 2014 di Laboratorium Perpindahan Panas, Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia.

2.3 Pengambilan DataData ini diambil dengan variabel

tetap yang telah ditentukan, yaitu: tegangan listrik pompa penekan sebesar 1.5 Volt. Selain itu, variabel berubah juga diatur dimulai dari mengatur variasi temperatur aliaran udara keluar dari dehumidifier dari 10°C, 15°C, dan 20°C yang masing-masing dijaga untuk setiap perubahan tekanan udara nosel penyemprot produk pada 1 bar; laju aliran udara masuk ke ruang pengering pada, 450 lpm, 300 lpm, dan 150 lpm serta putaran pompa peristaltik bahan yang diatur untuk mencapai temperatur minimum pengeringannya.

Pompa produk dinyalakan yang telah diatur putarannya. Kemudian, proses pengeringan pada ruang pengering diamati selama 5 - 7 menit. Apabila belum menunjukkan keringnya uap air, masih menunjukkan tanda - tanda uap/basah atau terjadi titik air pada ruang pengering yang transparan, temperatur heater kembali diatur. Tunggu dan amati kembali ruang pengering selama 5 - 7 menit untuk melihat adanya proses pengeringan. Data temperatur heater saat ruang pengering menunjukkan tanda – tanda kering pada temperatur serendah mungkin dicatat.

2.4 Skema Pengering Semprot

3

Gambar 3. Skema Pengering Semprot DTM FT UI

Udara dari lingkungan dihisap oleh blower menuju evaporator. Di evaporator udara didehumidifikasi (dikurangi kelembaban spesifiknya), selanjutnya dialirkan melalui orifice. Beda tekanan terukur di orifice, kemudian dikonversi dalam bentuk beda ketinggian oleh manometer. Udara yang sudah diembunkan dinaikkan temperaturnya oleh heater. Kemudian masuk ke ruang pengering, diruang pengering bahan yang telah diatomisasi oleh pressure nozzle dengan bantuan kompressor disemprotkan dan bercampur dengan udara dari heater. Proses perpindahan kalor dan massa terjadi. Air pada bahan akan menguap, bahan yang telah kering jatuh ke bak penampung yang ada dibawah ruang pengering. Sebagian terbawa oleh udara. Karena adanya gaya sentrifugal akibat pengaruh cyclone sebagian bahan tersebut menumbuk dinding dan jatuh ke bak penampung yang ada di cyclone. Sebagian sisanya lagi terbuang ke lingkungan bersama udara.

2.5 Perhitungan yang Dipergunakan dalam Sistem Pengeringan Eksperimen

Dari temperatur dry bulb dan RH lingkungan didapatkan kelembaban spesifik udara lingkungan. Ketika udara tersebut dialirkan paksa melalui blower yang melewati evaporator dimana proses dehumidifikasi terjadi, udara kembali diukur temperatur dry bulb dan RH udara saat keluar dari evaporator. Hal ini dapat dirumuskan dengan persamaanma=mda+mv (3.1)Persamaan ini dapat digantikan dengan cara dibagi terhadap laju aliran massa udara kering sehingga didapat :

ma

mda

=1+m v

mda

Karena kelembaban spesifik merupakan rasio antara massa uap air dengan massa udara kering, maka kelembaban spesifik dapat diganti dengan :

ω=mv

mda

Oleh karena itu didapatkan persamaan sebagai berikut:

ma

mda

=1+ω

Atau

mda=ma

1+ωPada sistem pengeringan semprot, ada yang perlu diperhatikan yaitu:

1. Laju aliran udara pada blower. 2. Laju aliran udara pada nozzle pneumatik.3. Laju aliran bahan4. Laju aliran udara keluar ruang pengering.

Pada sistem ini, dapat dibuat persamaan kesetimbangan massa, yaitu :

mablower+ma pnum tic+mvb hn=machamber out

Dengan laju aliran massa udara pada blower dapat dideskripsikan sebagai berikut :

mablower=mdablower

+mvblower

ma pneumatic=mdapneumatic

+mvpneumatic

Untuk pengeukuran konsumsi energi terhadap 1 kilogram bahan adalah

H energy consumption(J /kg)=

Ptotal(W )m vbahan

(kg /s)Dengan daya total dari masing-masing komponen pengering semprot, yakniPtotal=Pcomp+Pcondfan

+Pbopump+Ppealtic pump

+Pnozz

3. HASIL & PEMBAHASAN

3.1 Data Eksperimen

Dari hasil percobaan dengan kombinasi variasi - variasi parameter pengeringan yang telah dijelaskan di bab 3 didapatkan data - data eksperimen yang berupa temperatur udara masuk blower, temperatur udara keluar evaporator, temperatur udara setelah dipanaskan heater, debit udara, debit bahan , dan temperatur minimum pengeringan. Hubungan debit bahan pengeringan terhadap debit udara, kelembaban relative dan temperatur udara pengering dapat dilihat pada grafik-grafik pengeringan pada bab ini.

Terlihat pada grafik - grafik tersebut debit bahan berbanding lurus dengan temperatur minimum pengeringan. Semakin tinggi temperatur pengeringan, semakin tinggi debit bahan. Temperatur minimum pengeringan ini juga dipengaruhi oleh debit udara yang masuk ke ruang pengeringan. Semakin tinggi debit udara, semakin tinggi juga debit bahan yang akan dikeringkan.

4

(3.2)

(3.3)

(3.4)

(3.5)

(3.6)

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(3.10)

3.2 Debit Bahan Pengeringan terhadap Kelembaban Spesifik, Debit Udara, dan Temperatur Udara Pengering.

Dari data yang didapat dapat dideskripsikan bahwa debit suatu bahan akan berbanding terbalik dengan kelembaban spesifik udara yang melewati evaporator. Hal ini terjadi karena kelembaban spesifik udara yang rendah akan membuat kapasitas pengeringan lebih baik dimana udara dengan kelembaban spesifik rendah mampu mengambil uap air lebih banyak. Debit udara juga berpengaruh pada proses pengeringan dikarenakan dengan debit udara pengering yang tinggi dapat membawa uap air lebih banyak sehingga proses pengeringan lebih cepat. Temperatur udara pengering akan berbanding lurus dengan debit bahan. Hal ini dikarenakan dengan temperatur tinggi akan menyediakan energi yang besar untuk menguapkan uap air pada bahan. Sehingga dengan demikian, jumlah air yang akan kering lebih banyak seiring dengan tingginya temperatur.

Gambar 5 Grafik hubungan, kelembaban spesifik, Qudara

terhadap Qbahan pada temperatur udara pengeringan 60°C

Gambar 6 Grafik hubungan, kelembaban spesifik, Qudara

terhadap Qbahan pada temperatur udara pengeringan 90°C

Gambar 7 Grafik hubungan, kelembaban spesifik, Qudara

terhadap Qbahan pada temperatur udara pengeringan 120°C

Debit bahan pada temperature udara pengering 60°C terhadap kelembaban spesifik cenderung berbanding terbalik. Hal ini dapat dilihat pada gambar 4.1. dengan debit udara yang sama pada 150 lpm. Pada debit udara 150 lpm debit bahan tertinggi berada pada kelembaban spesifik yang rendah dan begitu juga sebaliknya dimana debit bahan terendah berada pada kondisi kelembaban spesifik yang tinggi. Hal ini berlaku juga pada debit udara yang lain seperti 300 lpm dan 450 lpm. Pola debit udara terhadap debit bahan terjadi dikarenakan dengan kelembaban spesifik rendah maka udara pengering akan lebih banyak mengambil uap air sehingga jumlah bahan yang akan dikeringkan jauh lebih besar.

Pada variasi debit udara pengering (150 lpm, 300 lpm, 450 lpm) dapat disimpulkan debit bahan tertinggi adalah pada debit udara 450 lpm. Hal serupa dapat dilihat dari variasi temperature udara pengeringan. Dapat diambil contoh dari variasi temperature pengeringan yang ada dari 60°C, 90°C, dan 120°C, debit bahan tertinggi berada pada debit udara tertinggi juga. Pada debit udara yang tinggi, bahan akan lebih cepat kering dan jumlah bahan akan kering akan lebih bnyak menguap hal ini dikarenakan besarnya jumlah udara yang dialirkan untuk menguapkan uap air pada bahan.

Pada variasi temperatur udara pengering, debit bahan tertinggi berada pada temperatur pengeringan 120°C. Hal ini ditunjukan pada debit udara yang sama, dimisalkan pada debit udara 450 lpm maka debit bahan tertinggi aada pada temperatur 120°C. Hal serupa juga ditunjukan pada debit udara yang lain. Pengaruh temperatur pengeringan dapat mempengaruhi laju pengeringan, dimana temperatur udara yang tinggi menyediakan energi kalor yang disediakan udara untuk menguapkan jumlah bahan lebih .

5

3.3 Konsumsi Energi Pengeringan terhadap Kelembaban Spesifik, Debit Udara, dan Temperatur Udara Pengering. Konsumsi energi tertinggi ada pada debit terendah dan kelembaban spesifik terendah, serta pada tempertur pengeringan terendah. Hal ini dikarenakan daya kompresor akan rendah pada temperatur evaporator yang rendah. Dengan temperatur udara pengering yang pada setiap variasi debit udara (150 lpm, 300 lpm, 450 lpm) sebab debit udara yang rendah akan menyediakan kalor yang rendah pada refrijeran sehingga kalor refrijeran yang akan masuk akan meningkatkan daya dengan tujuan menaikan tekanan kompresor pada temperature yang rendah. Namun dengan debit udara yang tinggi juga akan meningkatkan daya blower akan tetapi relatif kecil karena debit bahan akan semakin besar sehingga laju pengeringan akan lebih besar Pada temperature pengeringan yang tinggi juga akan membuat debit bahan akan besar terhadap laju pengeringan.

Gambar 7 Grafik hubungan, kelembaban spesifik, Qudara

terhadap konsumsi energi pada temperatur udara pengeringan 60°C

Gambar 8 Grafik hubungan, kelembaban spesifik, Qudara

terhadap konsumsi energi pada temperatur udara pengeringan 90°C

Gambar 9 Grafik hubungan, kelembaban spesifik, Qudara terhadap konsumsi energi pada temperatur udara pengeringan 120°C

3.4 Kerusakan Vitamin C dan B 1 terhadap Temperatur Udara Pengering.Dari hasil analisa uji sampel di laboratorium yang didapat, didapat kadar kerusakan vitamin C dan B1

pada variasi temperature pengeringan terhadap sampel bahan tanpa proses pengeringan. Berikut adalah hasil data yang didapat dari laboratorium :

Gambar 10 Tabel data kadar bahan dan kerusakan produk terhadap temperatur pengering

Dari grafik dibawah data dapat disimpulkan persentase tertinggi adalah temperature 120 dengan kerusakan vitamin C 14.6 %. Temperatur kritis dari vitamin C adalah 90°C karena dibawah 90°C kerusakan tidaklah terlalu signifikan.

Gambar 11 Grafik kerusakan vitamin C

Dari grafik dibawah data dapat disimpulkan persentase tertinggi adalah temperature 140°C dengan kerusakan vitamin B1 sebesar 14.6 %. Temperatur kritis dari vitamin B1 tidak dapat diketahui secara pasti sebab pada temperatur pengujian terendah, yaitu 80°C pada kondisi kerusakan yang signifikan terhadap temperatur.

6

Gambar 12 Grafik kerusakan vitamin C

4. PENUTUP

4.1 KesimpulanHasil pengujian pengering semprot dan

kombinasinya dengan dehumidifier dengan mengguna sisi dinging evaporator pada sistem refrijerasi dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Karakteristik daya masing-masing komponen

pengering semprot perlu diketahui aga pengering semprot dapat dioptimasi. Konsumsi energi terendah adalah pada debit udara 450 lpm, temperatur udara pengering 120°C, dan kelembaban spesifik yang rendah.

2. Kerusakan vitamin C tertinggi adalah pada temperatur 120 dengan kerusakan 14.6% dengan tempertur kritis 90°C dmana produk akan rusak secara signifikan. Untuk vitamin B1

, kerusakan terjadi pada temperature 140°C dengan persentase 27.5% .

3. Identifikasi karakteristik dan kinerja pengering semprot dengan pemanfaatan dehumidifier ini diperlukan untuk mendapatkan pengeringaan yang efektif sehingga dengan temperatur yang rendah sekalipun bahan dapat kering tanpa kerusakan akibat dari pemanasan.

4. Semakin tinggi temperatur pengeringan dan semakin rendah kelembaban relatif udara pengering semakin tinggi juga debit bahan. Temperatur minimum pengeringan ini juga dipengaruhi oleh debit udara yang masuk ke ruang pengeringan. Semakin tinggi debit udara, semakin tinggi juga debit bahan yang akan dikeringkan.

4.2 SaranAdapun beberapa saran yang dapat

dilakukan untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut:1. Pada ruang pengering sebaiknya dibuat

pengumpul produk yang efisien karena seringnya produk ikut terbawa udara yang keluar dari pengering. Hal ini dapat dilakukan

dengan dua atau lebih siklon untuk dikumpulkan.

2. Proses pengambilan data RH dan temperature harus diukur hingga dalam keadaan steady dikarenakan alat ukur yang dipergunakan memiliki respon yang kurang cepat dalam pengukuran.temperatur minimum pengeringan dan aliran udara di nozel penyemprot bahan sebaiknya dilakukan dengan menggunakan data akuisisi yang terkalibrasi. Kemudian, nozel penyemprot dipasangi juga dengan sensor kelembaban yang dapat mendeteksi tingkat kebasahan dinding ruang pengering, sehingga data yang diambil dapat lebih terkontrol dan lebih akurat.

3. Tekanan nozzle yang tinggi dapat menyebabkan adanya tekanan balik pada nozzle sehingga akan ada kemungkinan udara dari nozzle akan masuk ke saluran dimana bahan akan mengalir. Hal ini akan menyebabkan ada udara yang akan terjebak yang mana akan terjadi penyemprotan aliran bahan tidak akan kontinyu.

7