Penge Ring A

download Penge Ring A

of 49

description

Proses Pengeringan, Materi SOIP II, Satuan Operasi Industri Pangan II

Transcript of Penge Ring A

  • BAB IIIPENGERINGAN (DRYING)

    3.1. TUJUAN PENGERINGAN1. Mengawetkan bahan pangan2. Memudahkan dalam pengemasan3. Memudahkan dalam penanganan4. Memudahkan dalam transfortasi dan penyimpanan

    3.2. METODE PENGERINGAN1. Batch2. Kontinyu

    3.3. KATAGORI PROSES PENGERINGAN1. Kontak langsung dengan udara panas pada tekanan atmosfir2. Pengeringan vakum3. Pengeringan beku

  • 3.4. ALAT-ALAT PENGERINGAN1. Tray Dryer 4. Vacuum-shelf Dryer2. Tunnel Dryer 5. Rotary Dryer3. Drum Dryer 6. Spray Dryer

    3.5. TEKANAN UAP AIR DAN HUMIDITY1. Tekanan Uap AirPada proses pengeringan terjadinya perpindahan massa uap air ke udara kering

    maka diperlukan perhitungan yang melibatkan sifat-sifat campuran uap air dan udara.Perhitungan ini melibatkan :1. Konsentrasi uap air di udara pada berbagai kondisi suhu dan tekanan,2. Sifat-sifat panas dari campuran uap air dan udara,3. Perubahan yang terjadi bila campuran ini kontak dengan air atau padatan basah

    dalam pengeringan.

  • 2. Tekanan Uap Air dan Keadaan FisikaAir murni dapat berada dalam 3 bentuk fisik yang berbeda, yaitu : Bentuk padat Bentuk cair Bentuk uap

    Sebagai ilustrasi dapat dijelaskan dengan diagram fase air sbb :

    Sepanjang garis AB : Fase cairberdampingan dengan fase uap.Sepanjang garis AC : Fase padat (es)berdampingan dengan fase cair.Sepanjang garis AD : Fase padat (es)berdampingan dengan fase uap.

    A

    BC

    D

    (1) (2)

    (3) (4)

    Pres

    sure

    Vapor region

    Liquid regionSolid region

    Temperature

  • Jika es pada titik (1) dipanaskan pada tekanan konstan, suhu meningkat dankeadaan fisik dari es berubah mengikuti garis horizontal.

    Sepanjang garis AC, padatan mencair dan pada garis AB, cairan menguap. Perpindahan dari keadaan (3) ke (4) 3, es tersublimasi membentuk gas tanpa

    melalui fase cair.

    Sepanjang garis AB, cairan yang berdampingan dengan uap dalam keadaankesetimbangan, dimana garis tersebut garis tekanan uap air. Pendidihan terjadi bilatekanan uap air sama dengan tekanan total di atas permukaan air.Contoh : Pada 100OC (212OF), besarnya tekanan uap air 101,3 kPa (1 atm).

    Pada suhu 65,6OC (150OF), tekanan uap air pada suhu tersebut adalah 25,7 kPa(3,72 psia) dari steam table, maka pada tekanan dan suhu tersebut air akanmendidih.

    Jika air yang ditempatkan di dalam panci pada suhu 65,6OC dalam ruangan yangbertekanan 101,3 kPa abs, tekanan uap air akan menjadi 25,7 kPa.

  • 3.6.Humidity dan Humidity Chart1. Humudity (H)Humidity campuran udara-uap air adalah banyaknya (kg) uap air yang terkandung

    di dalam banyaknya (kg) udara kering. Humidity hanya tergantung pada tekanan parsial(PA) uap air di udara dan tekanan total. Humidity dihitung dengan persamaan :

    H (kg H2O/kg udara kering) = [(PA/P PA)] x [BM uap air/BM udara]H (kg H2O/kg udara kering) = [(PA/P PA)] x [18,02/28,97]

    Udara jenuh adalah udara dimana tekanan uap air yang terkandung di dalamnya dalamkeadaan setimbang dengan cairan (air) pada suhu dan tekanan yang tertentu. Dalamcampuran ini, tekanan parsial uap air di dalam campuran udara-uap air sama dengantekanan uap (PAS) air murni pada suhu yang diketahui. Maka humidity jenuh (HS) dapatditentukan dengan persamaan :

    HS = [(PAS/P PAS)] x [18,02/28,97]

  • 2. Persen Humidity (% Kelembaban)Persen humidity merupakan humidity (H) udara dibagi dengan humidity jenuh (HS)di kali 100%. Jika udara dijenuhkan pada suhu dan tekanan yang sama maka persenhumidity (HP) ditentukan dengan persamaan :

    HP = [H/HS] x 100%

    3. Percentage Relative Humidity (% Kelembaban Relatif)Jumlah campuran udara-uap air jenuh yang dinyatakan sebagai % kelembabanrelatif campuran tersebut (HR).

    HR = [PA/PAS] x 100% Catatan : HR HP , kombinasi persamaan di atas :

    )100(

    97,2802,18

    97,28

    02,18)100(

    100A

    AS

    AS

    A

    AS

    AS

    A

    A

    sp PP

    PP

    P

    P

    PPP

    PP

    P

    H

    HH

  • 4. Titik Embun Campuran Udara-Uap AirSuhu dimana campuran udara dan uap air akan menjadi jenuh.Contoh : Pada suhu 26,7OC (80OF), tekanan uap air jenuh (PAs) sebesar 3,50 Kpa (0,507atm), artinya titik embun campuran yang mengandung uap air memiliki tekanan 3,50kPa pada suhu 26,7OC .

    5. Panas Lengas Campuran Udara-Uap AirHumid heat (Cs) adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikan suhu setiap 1 Katau 1OC dari 1 kg udara kering + uap air. Kapasitas panas udara dan uap airdiasumsikan konstan pada rentang suhu di atas dan kapasitas panas udara dan uap airmasing-masing adalah 1,005 kJ/kg udara kering K dan 1,88 kJ/kg uap air K.Besarnya humid heat adalah :

    CS = 1,005 + 1,88 H (kJ/kg udara kering K) (SI)CS = 0,24 + 0,45 H (btu/lbm udara kering OF) (Inggeris)

    Dalam banyak hal CS juga dapat ditentukan dengan persamaan :CS = (1,005 + 1,88 H) 103 J/kg K

  • 6. Volume Lengas Campuran Udara-Uap AirHumid volume (VH) adalah volume total (m3) dari 1 kg udara kering + uap air yangterkandung di dalamnya pada tekanan 101,325 kPa abs dan pada suhu gas yangdiketahui. Menggunakan hukum gas ideal, humid volume campuran udara-uap airdapat ditentukan sebagai berikut :VH = [22,41/273] T K [(1/28,97) + (1/18,02) H] (m3/kg udara kering)VH = (2,83 x 10-3 + 4,56 x 10-3 H) T KVH = [359/492] T OR [(1/28,97) + (1/18,02) H] (ft3/lbm udara kering)VH = (0,0252 + 0,0405 H) T OR

    7. Entalpi Total Campuran Udara-Uap AirEntalphi total campuran 1 kg udara + uap air adalah Hy (J/kg ; kJ/kg) udara kering.Jika TO adalah suhu dasar untuk kedua komponen (udara dan uap air), maka entalphitotal adalah panas sensibel campuran udara-uap air + panas laten O (J/kg ataukJ/kg uap air) dari uap air pada suhu TO. Catatan : (T TO)OC = (T TO) K

  • Hy = CS (T TO) + HO = (1,005 + 1,88 H) (T TOOC) + H O (kJ/kg u kering)Hy = (0,24 + 0,45 H) (T TOOF) + H O (btu/kg udara kering)

    Jika entalphi total pada suhu dasar TO dari 0OC (32OF), persamaan untuk Hy menjadi :Hy = (1,005 + 1,88 H) (TOC 0) + 2501,4 H (kJ/kg udara kering)

    Hy = (0,24 + 0,45 H) (TOF 32) + 1075,4 H (btu/lbm udara kering)

    8. Kurva Kelembaban Campuran Udara-Uap AirPenentuan sifat-sifat udara kering dan campuran udara-uap air digunakan kurvapsychrometrix, lihat kurva psychrometrix.Contoh :Campuran udara-uap air dengan suhu 26,7OCHumidity jenuh (HS) udara hasil perhitungan : 0,02226 kg H2O/kg udaraHumidity jenuh (HS) udara hasil pembacaan kurva psychrometrix : 0,02226 kg H2O/kgudara

  • Kurva Psychrometrix

  • 3.7. Suhu Penjenuhan Adiabatik

    Jika gas yang masuk ke alat penjenuhan pada suhu T dengan humidity H dalamkeadaan tidak jenuh, TS akan lebih kecil dari pada T. Jika kontak antara gas dan air didalam alat penjenuhan cukup lama, maka gas dan cairan mencapai keadaankesetimbangan dan gas yang keluar telah jenuh pada suhu TS dan humidity HS.

    Air

    Inlet gas Outlet gas

    Makeup H2O

    H, T HS, TS

    TS

    TS

    Adiabatic air-water vapor saturator

    Keterangan Gambar :Gas yang merupakan campuran udara-uap airdikontakkan dengan air yang disemburkan di dalamruang penjenuhan, gas yang keluar memilikihumidity dan suhu yang berbeda dengan gas yangmasuk. Suhu air yang sedang disirkulasi mencapaisuhu dalam keadaan tunak yang disebut : saturationtemperature, TS.

  • Neraca entalphi proses di atas dengan suhu dasar yang digunakan adalah TS. Entalphidari H2O untuk makeup adalah nol.

    Entalphi total campuran gas masuk = Entalphi campuran gas yang keluar.

    CS (T TS) + H S = CS (TS TS) + HSS Menyusun kembali persamaan maka C S, dapat ditentukan :

    SS

    S

    SS

    s

    s

    s

    H

    TT

    HH

    HC

    TT

    HH

    45,024,0

    88,1005,1

  • 3.8. Suhu Bola Basah

    Suhu penjenuhan adiabatik adalah suhu keadaan tunak dicapai bila sejumlah besar airdikontakkan dengan gas yang masuk.Suhu bola basah adalah suhu keadaan tunak tidak setimbang dicapai bila sejumlah kecilair dikontakkan pada kondisi adiabatik dengan aliran gas secara terus-menerus.Selanjutnya sejumlah kecil cairan, suhu dan humidity dari gas tidak berubah,kontroversi dengan penjenuhan adiabatik, dimana suhu dan humidity gas berubah.

    Makeup water

    Thermometer reads, Tw

    Tw Tw

    T, H T, H

    Gas Gas

    wick

  • Metode penentuan suhu bola basah seperti gambar di atas, penentuannya sbb : 1 unit termometer pada bagian bawahnya dibalut dengan kain basah atau kapas

    basah dan 1 unit termometer lainnya bagian bawahnya tanpa dibalut kain basah. Selanjutnya kedua termometer tersebut dibiarkan pada aliran udara uap air

    sampai suhu yang ditunjukkan kedua termometer konstan. Suhu yang ditunjukkan oleh termometer yang bagian bawahnya tidak dibalut kain

    basah adalah suhu bola kering : Td dan humiditynya : H. Sedangkan suhu yangditunjukkan oleh termometer yang bagian bawahnya dibalut kapas basah adalahsuhu bola basah : Tw.

    Panas laten penguapan seimbang dengan panas konveksi yang mengalir dari aliran gaspada suhu : T ke kapas pada suhu : Tw yang lebih rendah. Neraca panas pada kain basahdengan suhu dasar Tw , maka jumlah panas pada penguapan dapat ditentukan danperubahan panas sensibel diabaikan. Panas untuk penguapan sebagai berikut :

    q = MA NA W A

  • Dimana :q = Panas untuk penguapan (kW atau kJ/detik)MA = Berat molekul airNA = Laju penguapan (kg mol H2O diuapkan/detik m2)A = Luas permukaan perpindahan panas (m2)W = Panas laten penguapan pada suhu TW (kJ/kg H2O)Laju penguapan air :

    NA = [ky/XBM] [yW y] = ky (yW y)

    ky = Koefisien perpindahan panas (kg mol/detik m2)XBM = Fraksi mole rata-rata logaritma udara/gasyW = Fraksi mole uap air di dalam gas pada permukaany = Fraksi mole gas

    Untuk campuran gas terlarut : XBM 1 dan ky ky. Hubungan antara H dan y adalah :Y = [(H/MA)]/[(1/MB + H/MA)]

    MA adalah BM H2O dan MB adalah BM udara.

  • Fraksi mole gas adalah :y [H MB/MA]

    Substitusi persamaan di atas maka banyaknya panas untuk penguapan adalah :q = MB ky W (HW H) A .. (1)

    Laju perpindahan panas konveksi dari gas pada suhu T ke kapas basah pada suhu TWadalah :

    q = h (T TW) A .. (2)Substitusi persamaan (1) ke persamaan (2) diperoleh persamaan :

    Dimana :h/MB ky = Psychrometric ratio

    W

    yB

    W

    WkMh

    TT

    HH

    /

  • 3.9.Kadar Air Kesetimbangan BahanBahan basah yang dikontakkan dengan udara kering yang memiliki humidity dan suhukonstan dalam waktu yang cukup lama untuk dicapai kesetimbangan, sehingga bahanakan memiliki kadar air tertentu.Kadar air bahan dapat ditentukan dengan 2 metode, yaitu :1. Kadar air basis basah (wet basis moisture content)2. Kadar air basis kering (dry basis moisture content)

    Kadar Air Basis Basah (Wet Basis Moisture Content)Kadar air = Berat air dalam produk/Berat sampel x 100%Kadar Air Basis Kering (Dry Basis Moisture Content)Kadar air = Berat air dalam produk/Berat bahan kering dalam sampel x 100%atau :Kadar air = Kadar air basis basah/1 kadar air basis basah x 100%

  • Contoh :Biji-bijian sebanyak 100 kg dikeringkan dari kadar air 18% menjadi 13% basis basah,tentukan banyaknya air yang diuapkan pada proses pengeringan tersebut.Jawab :Biji-bijian sebanyak : 100 kg, kadar air awal : 18% basis basahKandungan air dalam biji-bijian : 0,18 x 100 = 18 kgKandungan bahan kering dalam biji-bijian : 100 18 = 82 kgBahan dikeringkan sampai kadar air akhir 13% basis basah, maka kandungan air dalamproduk akhir adalah :

    0,13 = Berat air/Berat air + 82Berat air = 0,13 x Berat air + 82Berat air = 0,13 berat air + (0,13)(82) = 12,25 kgBanyaknya air yang diuapkan untuk 100 kg biji-bijian : 18 12,25 = 5,75 kg

  • Contoh :Padi sebanyak 500 kg dengan kadar air 22% (basis basah) dikeringkan sampai kadar air14% (basis basah), tentukan banyaknya air yang diuapkan dalam pengeringan tersebut.Jawab :Metode I dengan menggunakan data basis basah :Jumlah air pada keadaan awal dalam padi : 0,22 x 500 kg = 110 kgJumlah bahan kering dalam padi : 500 kg 110 kg = 390 kgKadar air akhir padi setelah kering 14%, maka jumlah air dalam padi adalah :0,14 = Berat air Ww/Berat air Ww + Bahan kering0,14 = Ww/Ww +390Ww = 63,488 kgatau : Ww = 0,14 x 390/0,86 = 63,488 kgJumlah air yang diuapkan : 110 63,488 = 46,51 kg

  • Metode II dengan menggunakan basis kering :Kadar air awal padi (basis kering)Kadar air (db) = Kadar air (basis basah)/1 kadar air (basis basah) x 100%Kadar air (db) = 0,22/1 0,22 x 100% = 28,20%Kadar air akhir padi (basis kering)Kadar air (db) = 0,14/1 0,14 x 100% = 16,27%Jumlah air yang diuapkan pada proses pengeringan :Ww = 390 x 28,20 16,27/100 = 46,51 kg

    Jenis Air Dalam Bahan Padat1. Air terikat : Air yang terdapat di dalam bahan padat yang menggunakan tekanan uap

    lebih rendah dari pada tekanan uap air pada suhu yang sama.2. Air yang tidak terikat : Air yang terdapat di dalam bahan yang menggunkan

    tekanan uap lebih besar dari pada tekanan uap air pada suhu yang sama.

  • 3.10. Kadar Air Bebas dan Kadar Air Kesetimbangan Bahan1. Kadar air bebas adalah kadar air bahan di atas kadar air kesetimbangan dan air

    jenis ini dapat dipindahkan dari bahan degan cara pengeringan.2. Kadar air kesetimbangan adalah kadar air bahan yang memiliki kesetimbangan

    dengan kadar air udara kering pada humidity dan suhu yang konstan.Kedua jenis air ini didapatkan dari percobaan pengeringan bahan, baik bahan-bahananorganik maupun bahan-bahan biologis (organik)

    3.11. KURVA LAJU PENGERINGANDalam pengeringan bahan untuk menurunkan kadar air dari kadar air awal ke kadar airtertentu, diperlukan untuk memperkirakan atau menentukan :

    1. Ukuran pengering yang diperlukan2. Kondisi operasi udara yang digunakan yaitu humidity dan suhu3. Waktu operasi pengeringan yang digunakan4. Kadar air kesetimbangan bahan

  • Mekanisme Penguapan Air Pada Pengeringan Bahan Padat

    Penguapan Air dari Bahan Melalui Kapiler-Kapiler BahanA : Distribution of moisture incrystalline solids in first stageB : Distribution of moisture in solids in middleC : Distribution of moisture in solids at the end of drying

    Aliran udara keringatau udara panas

    A

    B

    Aliran udara keringatau udara panas

    C

    Aliran udara keringatau udara panas

  • Falling Rate Constant Rate A

    A

    BC

    D

    EXC

    0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,60

    0,8

    1,2

    1,6

    2,0

    0,4Dryin

    g rate

    R ( k

    g H2O

    /jam

    m2 )

    Free moisture X (kg H2O/kg dry solid)

    Free

    Mois

    ture X

    ( kg

    H2O

    /kg d

    ry so

    lid)

    Time t (h)0 2 4 6 8 10 12

    0

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,1

    14

    AA

    B

    C

    D

    E

    Figure : Typical drying-rate curve for constant Drying conditions.Figure a. Plot of data as free moisture versus time

    Figure b. Rate of drying curve as rate versus free moisture content

  • Laju Pengeringan Terbagi Dalam 2 bagian, yaitu :1. Laju pengeringan konstan2. Laju pengeringan menurun

    Penentuan Laju Pengeringan Konstan Menggunakan Data Percobaan :Percobaan hubungan kadar air bebas terhadap waktu pengeringan, dan kadar air setiapwaktu pengamatan dihitung dari selisih berat bahan basah dikurangi berat bahan keringdibagi berat bahan basah.

    Kadar air setiap waktu pengamatan (Xt) :

    WS : Berat bahan kering (kg)W : Berat bahan basah (kg total air + bahan kering)

    s

    st W

    WWX

    kg total air kg bahan kering

  • Kadar air bebas (X : kg H2O/kg bahan kering) : X = Xt X*

    Laju Pengeringan Periode Konstan :

    LS : Berat bahan kering (kg)A : Luas permukaan pengeringan ( m2 )dX : Perubahan kadar airdt : Perubahan waktu

    Waktu Pengeringan Konstan (tC) :

    Penentuan Laju Pengeringan Konstan Menggunakan Metode PrediksiKoefisien Pindah Panas :Panas untuk pengeringan : q = h(T TW)ALaju penguapan air pada pengeringan : NA = ky(yW y)

    dt

    dX

    A

    LR SC

    )( 21 XXAR

    Lt

    C

    S

  • Laju penguapan air pada pengeringan : NA = ky[MB/MA][HW H]Panas untuk penguapan air : q = MA NA W ALaju pengeringan konstan :

    Persamaan yang lebih baik untuk menghitung laju pengeringan konstan adalah :

    Pers. ini digunakan karena pengaruh (T TW) lebih kecil dari pada pengaruh (HW H)pada suhu antar muka TW .Waktu pengeringan periode konstan :

    )()(

    HHMkTTh

    A

    qR WBy

    W

    W

    WC

    )(

    )3600)((

    0

    0

    FTTh

    R

    CTTh

    R

    WW

    C

    WW

    C

    )(

    )(

    )(

    )( 2121HHMAk

    XXL

    TTAh

    XXLt

    WBy

    S

    W

    WSC

  • Untuk memprediksi laju pengeringan konstan (RC), koefisien perpindahan panas harusdiketahui. Bila udara mengalir secara paralel di atas permukaan bahan yangdikeringkan, suhu udara kering berkisar antara 45OC 150OC, laju alir massa udara (G)berkisar antara 2450 29300 kg/jam m2 (500 6000 lbm/jam ft2) atau laju alir linier(v) udara kering 0,61 7,6 m/detik (2 25 ft/detik), maka koefisien perpindahanpanas (h) ditentukan dengan persamaan :

    h = 0,0204 G0,8 (SI)h = 0,0128 G0,8 (Inggeris)

    Dimana :G = v x (kg/jam m2 ; lbm/jam ft2) ; h : (W/m2 k ; btu/jam ft2 OF)Bila udara mengalir perpendicular pada permukaan bahan dengan laju alir massa udara(G) antara 3900 19500 kg/jam m2 atau laju alir linier udara antara 0,9 4,6 m/detik(3 15 ft/detik), maka koefisien perpindahan panas (h) ditentukan sbb :

    h = 1,17 G0,37 (SI)h = 0,37 G0,37 (Inggeris)

  • Pengaruh Variabel Proses Pada Periode Pengeringan Laju Konstan1. Pengaruh Laju Alir UdaraBila perpindahan panas konduksi dan radiasi tidak ada pada proses pengeringan,maka laju pengeringan pada daerah konstan (RC) merupakan proporsi dari h dan G0,8

    untuk udara kering yang mengalir secara paralel pada permukaan bahan.2. Pengaruh Humidity Gas atau Udara KeringBila humidity (H) udara kering berkurang pada suhu (T) udara yang digunakan,dengan menggunakan humidity chart dapat ditentukan suhu bola basah (TW) udarayang nilainya juga berkurang. Laju pengeringan konstan (RC) juga akan berkurang.Contoh :Jika kondisi mula-mula RC1, T1, TW1, H1 dan HW1, kemudian H1 berubah menjadi H2 danHW1 berubah menjadi HW2, maka RC2 adalah :

    11

    221

    2

    1

    1

    212 HH

    HHR

    TT

    TTRR

    W

    WC

    W

    W

    W

    WCC

  • Tetapi W1 W2, sehingga :

    3. Pengaruh Suhu Udara KeringJika suhu gas T meningkat, TW juga meningkat tetapi as much as sebagaimeningkatnya suhu T, selanjutnya RC meningkat sitentukan sebagai berikut :

    4. Pengaruh Bahan Padat yang Sedang DikeringkanPerpindahan panas hanya konveksi, laju pengeringan konstan RC tidak tergantung padaketebalan bahan padat x1, tetapi waktu pengeringan dari kadar air X1 dan X2merupakan proporsi terhadap ketebalan x1 bahan padat. Meningkatnya ketebalanbahan dengan A konstan secara langsung meningkatnya jumlah padatan kering, LS(kg).

    11

    221

    1

    212 HH

    HHR

    TT

    TTRR

    W

    WC

    W

    WCC

    11

    221

    11

    2212 HH

    HHR

    TT

    TTRR

    W

    WC

    W

    WCC

  • 5. Pengaruh Variabel Proses PercobaanData percobaan cenderung to bear out kesimpulan yang dicapai pada pengaruh dariketebalan bahan, humidity, laju alir udara dan T TW

    Penentuan Laju Pengeringan Pada Periode Menurun :Pada periode pengeringan laju menurun, laju pengeringan R tidak konstan tetapimenurun bila pengeringan dilanjutkan melewati kadar air bebas kritis (XC). Bila kadarair bebas (X) adalah nol, maka laju pengeringan menurun hingga nol.Waktu pengeringan untuk kadar air antara X1 dan X2 dapat ditentukan denganpersamaan :

    Jika laju pengeringan konstan persamaan di atas dapat langsung diintegrasi, tetapipada pengeringan laju menurun nilai R bervariasi yang tergantung pada bentuk kurvalaju pengeringan menurun. Mengalurkan hubungan antara 1/R Versus X maka luasdaerah dari kurva ditentukan secara integrasi.

    1

    2

    X

    X

    S

    R

    dX

    A

    Lt

  • Kurva periode laju pengeringan menurun :

    Graphical integration for falling-rate periodLuas daerah di bawah garis kurva (luas keseluruhan) = A1 + A2 + A3Luas keseluruhan = (2,5 x 0,024) + (1,18 x 0,056) + (0,84 x 0,075) = 0,189

    1/R

    X

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    0 0,1 0,2 0,3

    D

    CA1 A2 A3

    X2 X1

  • Penentuan Laju Periode Pengeringan Menurun Untuk Hal-hal Spesial1. Laju pengeringan (R) merupakan fungsi linier dari kadar air

    Jika X1 dan X2 lebih kecil dari pada XC dan laju pengeringan fungsi linier darikadar air, maka : R = aX + ba : adalah slope garis dan b adalah konstanta, bila persamaan di atas dideferensiasimaka dR = a dX dan persamaan ini disubstitusi ke dalam persamaan waktupengeringan, diperoleh waktu pengeringan untuk periode laju menurun adalah :

    R1 = aX1 + b dan R2 = aX2 + b dan a = R1 R2/X1 X2Nilai a disubstitusi ke dalam persamaan waktu pengeringan di atas, dihasilkan :

    1

    2 2

    1lnR

    R

    SS

    R

    R

    aA

    L

    R

    dR

    aA

    Lt

    2

    1

    21

    21 ln)(

    )(

    R

    R

    RRA

    XXLt S

  • 2. Laju pengeringan (R) merupakan fungsi linier kadar air awalDalam beberapa hal laju pengeringan setelah melewati kadar air awal selanjutnyamenurun secara tajam dari kadar air kritis dan periode ini disebut laju pengeringanmenurun yang membentuk garis lurus, seperti pada gambar di bawah ini.

    Gambar. A Gambar. b

    Figure : Rate of drying curve as rate versus free moisture content

    Falling Rate Constant Rate A

    A

    BC

    D

    EXC

    0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,60

    0,8

    1,2

    1,6

    2,0

    0,4Dryin

    g rate

    R ( k

    g H2O

    /jam

    m2 )

    Free moisture X (kg H2O/kg dry solid)

    Dryin

    g rate

    R ( k

    g H2O

    /jam

    m2 )

    Free moisture X (kg H2O/kg dry solid)

    Falling Rate Constant Rate A

    A

    BC

    E

    XC

    0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,60

    0,8

    1,2

    1,6

    2,0

    0,4

  • Pada gambar tersebut menunjukkan laju pengeringan merupakan proporsi secaralangsung terhadap kadar air bebas, maka :

    R = a XDiferensiasi persamaan ini : dX = dR/a kemudian disubstitusikan ke dalam persamaanwaktu pengeringan, diperoleh waktu pengeringan pada periode menurun, yaitu :

    a : slope dari garis RC/XC untuk X1 = XC pada R1 = RC sehingga waktu pengeringanadalah :

    Catatan bahwa RC/R2 = XC/X2 sehingga waktu pengeringan dapat pula ditentukan sbb :

    1

    2 2

    1lnR

    R

    SS

    R

    R

    aA

    L

    R

    dR

    aA

    Lt

    2

    lnR

    R

    AR

    XLt C

    C

    CS

    CC

    C

    C

    CS

    X

    XRR

    X

    X

    AR

    XLt

    2

    ln

  • Pengeringan Laju Menurun Oleh Aliran Difusi dan KapilerPada periode pegeringan laju menurun, permukaan padatan yang sedang dikeringkantidak sempurna terbasahi oleh air dan laju pengeringan secara tunak menurundengan bertambahnya waktu. Untuk memprediksi waktu pengeringan digunakanmetode empirik. Satu metode yang aktual penentuan waktu pengeringan dilakukandengan mengintegrasi kurva laju pengeringan yang dibagi dalam beberapa segmen.Metode lainnya yaitu pendekatan garis lurus dari kadar air kritis sampai origin padakadar air bebas diasumsikan nol. Laju pengeringan R diasumsikan menjadi fungsilinier dari kadar air bebas, sehingga laju pengeringan adalah :

    R merupakan fungsi linier dari X pada periode laju pengeringan menurun, R = aX,dimana a merupakan konstanta, sehingga laju pengeringan :

    dt

    dX

    A

    LR S

    XL

    aA

    dt

    dX

    aXdt

    dX

    A

    LR

    S

    S

  • Perpindahan Air melalui Kapiler dalam PengeringanAir yang terdapat di dalam bahan mengalir dari bagian yang berkonsentrasi tinggi kebagian yang memiliki konsentrasi rendah sebagai aksi dari kapiler yang agak lebih baikdari pada proses difusi jika ukuran pori-pori granula bahan lebih baik. Aliran airmelalui kapiler-kapiler dalam bahan dan laju pengeringan R akan bervariasi secaralinier dengan X. Mekanisme penguapan air selama periode ini sama dengan padaperiode pengeringan laju konstan, pengaruh dari laju alir gas, suhu gas, humidity gasdan lainnya sama seperti pada periode pengeringan laju konstan.Laju pengeringan :

    Laju pengeringan R bervariasi secara linier dengan X yang diberikan sebelumnya yaitu :

    dt

    dX

    A

    LR S

    2

    lnX

    X

    AR

    XLt

    X

    XRR

    C

    C

    CS

    CC

  • Bila t adalah waktu pengeringan jika X = X2, maka berat bahan kering :LS = x1 A S

    S adalah kerapatan bahan padat (kg padatan kering/m3), substitusi persamaan beratbahan kering dan X =X2 ke dalam persamaan waktu pengeringan maka diperolehpersamaan penentuan waktu pengeringan sebagai berikut :

    X

    X

    TTh

    Xxt

    maka

    TThR

    X

    X

    R

    Xxt

    C

    W

    CWS

    W

    WC

    C

    C

    CS

    ln)(

    :

    )(

    ln

    1

    1

  • PERSAMAAN PENGERINGAN UNTUK BERBAGAI TIPE PENGERINGPengeringan Sirkulasi Melalui Packed Beds

    Penerunan persamaan untuk hal ini denganmengasumsikan tidak ada panas yang hilangsehingga sistem dipandang adiabatik. Air yangtidak terikat pada granula-granula bahan padatyang basah akan menguap.Bed (unggun) dengan luas permukaan yangseragam : A m2, laju alir gas yang masuk kepengering : G kg gas kering/jam m2, denganhumidity : H1. Gas keluar dengan humidity : H2.

    Air yang diuapkan dari bed (unggun) oleh gas sama dengan laju pengeringan, yaitu :R = G (H2 H1)

    T2, H2

    T1, H1

    T, H

    T + dT, H + dH

    dz

    z

    Heat and material balances in a through circulation dryer in a packed bed

  • Gas atau udara kering yang masuk ke dryer pada suhu : T1 dan humidity : H1 dan gasyang keluar pada suhu : T2 dan humidity : H2. Suhu : T dan humidity : H udara yangmelalui bed bervariasi.Neraca panas pada bed dengan ketebalan : dz m adalah : dq = G cs A dT . (1)A : Luas permukaan (m2), q : Laju perpindahan panas, W (J/s), cs : Panas lengas(humid heat) campuran udara-uap air, G : laju alir massa udara per satuan luaspermukaan perpindahan panas (kg/detik m2).Persamaan perpindahan panas melalui unggun (bed) : dq = h a A dz (T Tw) . (2)Tw : suhu bola basah bahan padat, h : koefisien perpindahan panas (W/m2 K), a : luaspermukaan bahan padat (m2)/volume unggun (m3). Substitusi persamaan (1) kepersamaan (2), diperoleh persamaan :

    w

    w

    S

    T

    Tw

    z

    S

    TT

    TT

    Gc

    haz

    TT

    dTdz

    Gc

    ha

    2

    1

    0

    ln

    2

    1

    ..... (3)

  • z adalah ketebalan unggun (bed) = x1 mUntuk pengeringan periode laju konstan dengan udara mengalir secara paralel di ataspermukaan bahan yang dikeringkan, waktu pengeringan sebagai berikut :

    Nilai : a ditentukan dengan persamaan : LS/A = S/aSubstitusi kedua persamaan tersebut dan di seting X2 = XC untuk pengeringan sampaiXC, maka diperoleh persamaan untuk waktu pergeringan sirkulasi pada periode lajukonstan adalah :

    Cara yang sama untuk periode pengeringan laju menurun, diasumsikan R adalahproporsi terhadap kadar air, X maka waktu pengeringan adalah :

    )(

    )(

    )(

    )( 2121HHMAk

    XXL

    TTAh

    XXLt

    wBy

    S

    w

    wS

    )(

    )(

    )(

    )( 11HHMak

    XX

    TTah

    XXt

    wBy

    CS

    w

    CwS

    )(

    )/ln(

    )(

    )/ln(

    HHMak

    XXX

    TTah

    XXXt

    wBy

    CCS

    w

    CCwS

  • Persamaan waktu pengeringan pada laju konstan dan laju menurun hanya untuk satutitik pada unggun (bed), seperti yang ditunjukkan pada gambar, sedangkan suhu T gasbervariasi melalui bed (unggun). Maka perbedaan suhu keseluruhan di dalam unggundigunakan perbedaan suhu rata-rata logaritma, yaitu :

    Substitusi persamaan (3) untuk penyebut pada persamaan di atas dan jugamensubstitusi nilai T2 dari persamaan (3) ke dalam persamaan di atas pula maka bedasuhu rata-rata logaritma adalah :

    Substitusi persamaan suhu rata-rata logaritma ke persamaan laju pengeringansirkulasi periode konstan dan di seting x1 = z, maka waktu pengeringan konstan :

    )]/()ln[()]/()ln[(

    )()()(

    21

    21

    21

    21

    wwww

    wwLMw TTTT

    TT

    TTTT

    TTTTTT

    S

    Gchazw

    LMw Gchaz

    eTTTT

    S

    /

    )1)(()(

    /1

    )1)((

    )(/

    1

    11

    1 SGchaxwS

    CwS

    eTTGc

    XXxt

  • Cara yang sama maka waktu pengeringan laju menurun melalui unggun (bed)ditentukan dengan persamaan :

    Koefisien Perpindahan PanasUntuk pengeringan dengan udara yang disirkulasi dimana gas melalui unggun granula-granula padatan basah, untuk mengestimasi koefisien perpindahan panas (h) denganproses penguapan air secara adiabatik, maka h dapat ditentukan sebagai berikut :

    )1)((

    )/ln(/

    1

    1

    1 SGchaxwS

    CCwS

    eTTGc

    XXXxt

    )(15,0

    )(214,0

    )(11,0

    )(151,0

    51,0

    49,0

    51,0

    49,0

    41,0

    59,0

    41,0

    59,0

    InggerisD

    Gh

    SID

    Gh

    InggerisD

    Gh

    SID

    Gh

    p

    t

    p

    t

    p

    t

    p

    t

    DpGt/ 350

    DpGt/ 350

  • h : koefisien perpindahan panas (W/m2 K), Dp : Diameter partikel dengan luaspermukaan sama dalam unggun (m), Gt : Laju alir massa total gas masuk (kg/jam m2),dan : viskositas (kg/m jam).Faktor Bentuk Dalam Bed (Unggun)Menentukan nilai a (luas permukaan, m2/volume bed, m3) pada unggun untukpartikel-partikel berbentuk bola dengan diameter DP (m), nilai a :

    a= 6(1 - )/DP] dimana : fraksi kosong dalam unggunUntuk pertikel yang berbentuk silinder, nilai a ditentukan dengan persamaan :

    a = 4(1 - )(h + 0,5 DC)/DChDC : diameter partikel berbentuk silinder (m), h : tinggi partikel silinder (m). Untuksilinder dengan diameter seperti bola mempunyai luas permukaan sama sepertisilinder, maka :

    DP = (DC h + 0,5 DC2)1/2

  • Pengeringan Baki (Tray) Dengan Kondisi Udara BervariasiPengeringan bahan basah menggunakan tray dryer, udara mengalir secara paralel diatas permukaan baki (tray), kondisi udara tidak konstan. Membuat persamaan neracapanas dan bahan yang sama dengan pengeringan yang disirkulasi, maka suhu danhumidity gas (udara) yang keluar dapat ditentukan.

    Gambar disamping menjelaskan :Udara mengalir di atas tray (baki), suhu danhumidity udara masuk ke dalam tray dryer : T1dan H1 dan udara keluar dari tray dryer padasuhu T2 dan humidity H2.Laju alir udara kering : G kg udara kering/s m2.Jarak antara tray : b (m)

    Neraca panas di atas tray dengan panjang tray dLt untuk lebar tray 1 meter, yaitu :dq = G cS (1 x b) dT

    x1

    b

    Lt

    wet solid

    udara keringT1, H1

    udara lembabT2, H2

    Figure . Heat and material balances in a tray dyer

  • Panas yang berpindah pada proses pengeringan :dq = h (1 x dLt)(T TW)

    Substitusi persamaan di atas kemudian dilakukan integrasi diperoleh persamaan :

    Waktu pengeringan untuk periode laju konstan pada tray dryer adalah :

    Waktu pengeringan untuk periode laju menurun pada tray dyer adalah :

    w

    w

    S

    t

    TT

    TT

    bGc

    hL

    2

    1ln

    )1)((

    )(/

    1

    11bGchL

    wS

    CwtS

    SteTTbGc

    XXLxt

    )1)((

    )/ln(/

    1

    1bGchL

    wS

    CCwtS

    SteTTbGc

    XXXLxt

  • Neraca Bahan dan Panas Untuk Pengeringan KontinyuDiagram alir untuk tipe pengering kontinyu seperti pada gambar berikut ini, udarapengering mengalir berlawanan arah dengan bahan padatan yang dikeringkan.

    Bahan padat masuk ke dalam pengering dengan kandungan padatan : LS kg padatankering/jam dan kadar air bebas : X1 serta suhu bahan TS1.Bahan keluar dengan kadar air : X2 dan suhu bahan TS2.Gas masuk ke dalam pengering dengan laju : G kg udara kering/jam dengan humidity :H2 kg H20/kg udara kering dan suhu udara : TG2.Udara keluar pada suhu : TG1 dengan humidity : H1.

    Q

    Drying chamber Solid

    LS, TS1, X1Solid TS2, X2

    Gas TG1, H1

    Gas G, TG2, H2

    Figure . Process flow for a countercurrent continuous dryer

  • Neraca kadar air bahan : GH2 + LSX1 = GH1 + LSX2Untuk neraca panas dipilih suhu dasar T00CEntalphi bahan padatan basah = Entalphi bahan padatan kering + Entalphi air bebasEntalphi gas HG (kJ/kg udara kering) adalah : HG = cS (TG T0) + H00 : panas laten air pada suhu T00C : 2501 kJ/kg (1075,4 btu/lbm) pada O0C.cS : humid heat (panas lengas), kJ/kg udara kering K, dicari dengan persamaan :

    cS = 1,005 + 1,88 HEntalphi padatan basah : HS (kJ/kg padatan kering), dimana (TS T0)0C = (TS T0)K,maka entalphi bahan padatan basah ditentukan sebagai berikut :HS = cpS (TS T0) + X cpA (TS T0)cpS : kapasitas panas padatan kering (kJ/kg padatan kering K)cpA : kapasitas panas air (kJ/kg H20 K), panas yang diadsorpsi bahan basah diabaikanNeraca panas pada dryer adalah :

    GHG2 + LSHS1 = GHG1 + LSHS2 + Q

  • Pengeringan Dengan Udara yang DisirkulasikanSelama pengeringan bahan, pengontrolan suhu bola basah udara diperlukan padabeberapa alat pengering. Sirkulasi udara sangat penting untuk menghemat biayapengeringan dan mengontrol humidity udara. Udara basah (lembab) yang keluar daridryer dipanaskan kembali bersama-sama udara segar kemudian digunakan kembali untukmedia pengering seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

    Udara segar mempunyai suhu : TG1 dan humidity : H1 dicampur dengan udara yangdisirkulasi dengan suhu : TG2 dan humidity : H2. Udara yang telah bercampur memilikisuhu : TG3 dengan humidity : H3.

    Heater Dryer

    (1) Fresh air

    (3) (5)Moist air

    (4) (2)

    Recirculated air (6)

    Wet solid X1, TS1

    Dry solidX2, TS2

    Figure. Process flow for air recirculation in drying

  • Selanjutnya campuran udara ini dipanaskan sampai mencapai suhu : TG4 denganhumidity H4 = H3. Setelah pengeringan udara yang keluar dari dryer memiliki suhulebih rendah yaitu : TG2 dan humidity lebih tinggi yaitu : H2.Neraca air pada pemanasan udara dapat ditentukan dengan catatan H6 = H5 = H2,sehingga persamaan neraca air :

    G1H1 + G6H2 =(G1 + G6)H4Neraca air pada pengering (dryer) adalah :

    (G1 + G6)H4 + LSX1 = (G1 + G6)H2 + LSX2 Dengan cara yang sama neraca panas dapat ditentukan pada pemanasan udara (heater)dan pengering (dryer) pada keseluruhan sistem.