Grafik Kandungan Air vs Laju Penguapan
5.1 Analisis Percobaan Pengaruh Diameter Partikel terhadap Pengeringan .1 Analisis Percobaan
Percobaan Tray Drying dengan variasi ukuran partikel bertujuan untuk mempelajari operasi pengeringan dengan menggunakan tray drier dan menentukan kondisi suatu variabel untuk melakukan operasi pengeringan secara optimum. Pada percobaan ini, variabel yang diamati dalam pengaruhnya terhadap proses pengeringan adalah ukuran partikel yang dikeringkan dan airflow. Pada percobaan pertama digunakan 2 (dua) jenis ukuran partikel (pasir) yaitu 0,3 mm dan 0,5 mm.
Berbagai pengukuran awal dilakukan untuk memperoleh data yang diperlukan dalam pengolahan data agar pengamatan dan analisis dapat berlangsung. Data yang diukur antara lain berat tray kosong yang ditimbang untuk membantu pengukuran berat pasir kering dan berat kandungan air dan diukur luas dari tray sebagai luas permukaan pengeringan atau area penguapan (As), kemudian tray yang diisi pasir kering ditimbang untuk mendapatkan berat dari pasir kering yang digunakan, dan ditimbang kembali setelah dilakukan penyemprotkan air untuk memperoleh berat kandungan air sebelum proses pengeringan. Penyemprotkan air dilakukan dengan menggunakan sprayer agar kandungan air merata di seluruh permukaan pasir sehingga proses pengeringan dapat terjadi secara merata pula.
Sebelum proses pengeringan di dalam tray drier berlangsung, terlebih dahulu dilakukan pengaturan level suhu dan aliran air dengan mengatur pengontrol kecepatan airflow pada skala level 5 dan suhu pengeringan pada skala level 6. Proses ini dilakukan selama 15 menit secara kontinyu untuk masing-masing kuran partikel, dan selama proses berlangsung dilakukan pengambilan beberapa data setiap 3 menit tanpa pemberhentian alat pada interval pengambilan data. Pengambilan ke-lima data tersebut bertujan agar perubahan kandungan air dan keadaan airflow serta suhu selama proses berlangsung dapat diamati dengan baik dan dapat memberikan gambaran mengenai perubahan yang terjadi secara progresif.
33
Data yang diambil pada setiap pengukuran adalah suhu aliran, baik dry maupun wet pada upstream dan downstream, serta laju udara pengering diukur pada 5 (lima) titik. Pengukuran laju udara dilakukan pada titik-titik dengan skema yang digambarkan pada gambar XX, karena diperlukan suatu pengambilan rata-rata sebagai suatu asumsi laju udara pengering seragam disemua titik, sehingga tidak bisa dilakukan pengukuran laju di satu atau dua titik saja. Suhu dry maupun wet diukur untuk memperoleh nilai kelembaban aliran udara dan perbedaan kelembaban udara pada upstream dan downstream.
Gambar 5.1 Skema pengambilan data aliran udara
Proses pengeringan ini dilakukan secara kontinyu dan tidak ada pemberhentian aliran untuk pengambilan data agar udara kering terus dialirkan sehingga gradien konsentrasi tetap terjadi dan proses pengeringan dapat terus berlangsung. Jika udara kering dibiarkan diam maka lama kelamaan akan dicapai kesetimbangan konsentrasi air pada pasir dan udara. Proses perpindahan massa akan berhenti setelah kesetimbangan (baik suhu maupun konsentrasi) telah tercapai. Proses pengeringan juga dilakukan satu persatu untuk tiap variasi agar data aliran dan kandungan air yang berpindah lebih distinctive antar variasi sehingga pengamatan lebih mudah dilakukan.
5.1.2 Analisis Pengolahan Data dan Grafik
Pengolahan data untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel terhadap optimasi proses pengeringan menggunakan tray drier terbagi menjadi 3 (tiga), yaitu perhitungan kandungan air seiring waktu pengeringan, perhitungan laju pengeringan dibandingkan dengan kandungan air, dan laju penguapan yang juga dibandingkan dengan kandungan air, sehingga pada analisis pengolahan data akan dijabarkan dalam tiga sub-part dibawah ini.
34
Dalam percobaan ini, pertama-tama ingin diamati pengaruh ukuran partikel terhadap kandungan air selama proses pengeringan sehingga digunakan 2 (dua) jenis ukuran partikel sebagai variabel bebasnya yaitu partikel berukuran 0.3 mm dan 0.5 mm. Analisis percobaan ini dilakukan dengan mengabaikan perbedaan kandungan air pada kedua variasi sejumlah 1 gr, sehingga diterapkan asumsi kandungan air awal berjumlah sama, agar dapat dibandingkan bagaimana pengaruh ukuran partikel terhadap proses pengeringan yang dilakukan dengan indikator kandungan air dalam partikel tersebut diiringi dengan perbandingan pola pengeringan kedua ukuran partikel berbeda dalam proses pengeringan. Berdasarkan grafik yang dihasilkan dari perhitungan kandungan air seiring waktu pengeringan dapat dilihat bahwa tren yang dihasilkan oleh kedua kurva dapat dikatakan sama, dimana keduanya menunjukkan penurunan kandungan air seiring berlangsungnya proses pengeringan. Hal ini membuktikan bahwa dalam percobaan terjadi perpindahan massa air dari pasir ke aliran udara kering yang mengakibatkan kandungan air dalam partikel terus berkurang seiring berlangsungnya proses pengeringan. Perpindahan massa yang terjadi disebabkan oleh peristiwa perpindahan panas, yaitu peristiwa perpindahan energi dari udara ke dalam bahan yang dapat menyebabkan berpindahnya sejumlah massa, dimana massa tersebut dalam proses pengeringan ini berupa kandungan air.
Air dalam pasir yang mengalami proses tray drying berada pada dua keadaan, yaitu unbounded water dan bounded water. Unbounded water ialah sejumlah air yang berada di sela-sela padatan karena adanya tegangan permukaan, dan memiliki tekanan uap dan panas laten penguapan yang sama dengan air murni. Sebaliknya, bounded water ialah air yang berada dalam bahan padat dan mempunyai interaksi dengan zat padat tersebut, yang memiliki tekanan uap lebih rendah dibandingkan air murni. Pada proses pengeringan, yang menguap pertama kali adalah unbounded water meskipun tekanan uap dari bounded water lebih kecil daripada tekanan uap air murni sehingga seharusnya energi untuk menguapkannya lebih rendah dibandingkan dengan unbounded water. Namun, akibat dari letak dari
bounded water yang tertutup oleh unbounded water, serta adanya gaya adhesi
antara bounded water dan partikel pasir, bounded water memerlukan energi lebih besar untuk mengalami penguapan.
35
Pada grafik yang dihasilkan, dapat dilihat bahwa penurunan kandungan air benar-benar mengalami perubahan yang sama hingga pada menit ke 15 dimana perununan secara konstan tetap terjadi seperti pada menit-menit sebelumnya untuk partikel berukuran 0.3 mm, namun pada partikel berukuran 0.5 mm tidak terjadi penurunan air yang diindikasikan nilai Xi yang sama dengan menit ke-12-nya. Perbedaan ini menunjukan bahwa semakin kecil ukuran partikel, maka nilai kandungan air dalam partikel pasir juga semakin kecil dalam interval waktu proses pengeringan. Nilai penurunan kandungan air yang lebih konstan tersebut menunjukkan banyaknya kandungan air yang teruapkan selama proses pengeringan dan mengalami perpindahan massa ke udara, dengan perbandingan 5:4 untuk partikel berukuran 0.3 mm dan 0.5 mm. Hal ini disebabkan oleh ukuran partikel yang lebih kecil memiliki kandungan bounded water lebih sedikit daripada partikel dengan ukuran lebih besar sehingga akan lebih cepat menguapkan kandungan airnya. Selain itu, partikel halus memiliki luas permukaan kontak yang lebih besar dibandingkan dengan partikel sedang dan besar sehingga kontak antara air yang ada dalam partikel dan udara panas yang dialirkan pun akan semakin banyak. Hal ini tentunya dapat mempercepat proses pengeringan yang dilakukan.
Perhitungan Laju Pengeringan terhadap Kandungan Air
Berdasarkan grafik dapat dilihat bahwa trend yang diperoleh untuk kedua ukuran partikel kembali menunjukkan pola yang sama. Pada data pun terlihat adanya penurunan konstan untuk kedua variasi ukuran partikel. Namun, pada ukuran 0.5 mm yang mengandung air 1 gram lebih sedikit dari variasi ukuran partikel 0.3 mm, pada akhir proses pengeringan mengalami penurunan laju pengeringan (Ri) hingga bernilai 0. Hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil kandungan air dalam pasir maka semakin kecil juga laju pengeringannya. Hal ini disebabkan karena semakin sedikitnya partikel air yang terkandung dalam pasir maka udara akan semakin sulit mengambil partikel air di dalam pasir. Turunnya laju pengeringan dapat disebabkan karena semakin kecilnya jumlah kandungan air dalam partikel sehingga jumlah air yang dapat diuapkan oleh udara panas yang dialirkan pun menjadi semakin kecil.
36
Namun, saat menerapkan pengabaian perbedaan 1 gram kandungan air awal seperti halnya pada asumsi dalam pengamatan parameter kandungan air, tercapainya nilai Ri 0 pada partikel berukuran 0.5 mm saat partikel berukuran 0.3 mm tidak mencapai nilai tersebut, menunjukkan bahwa partikel yang berukuran lebih besar mencapai batas pengeringan terlebih dahulu dibandingkan yang lebih kecil. Berdasarkan perbedaan ukuran partikel yang dtunjukkan dalam grafik diatas menunjukkan bahwa semakin besar ukuran partikel, laju pengeringannya semakin besar pula sehingga mencapai batas pengeringan terlebih dahulu. Hal ini disebabkan ukuran partikel besar memiliki porositas yang lebih besar pula, sehingga kandungan unbounded water semakin besar, dalam proses penguapan yang menguap pertama kali adalah unbounded water, dan sebagian bounded water.
Laju Penguapan terhadap Kandungan Air
Grafik dengan plot antara laju penguapan dan kandungan air menunjukkan bahwa secara umum untuk partikel berukuran 0.3 mm dan 0.5 mm, laju penguapan mengalami fluktuasi dengan pola yang sama sekali berbeda. Peningkatan laju penguapan yang terjadi pada beberapa bagian proses pengeringan dapat dikarenakan pada bagian proses pengeringan tersebut jumlah air yang dapat diuapkan atau terekspos oleh aliran udara berjumlah lebih banyak sehingga molekul air yang terbawa oleh aliran lebih banyak dan laju penguapan pun naik seiring dengan berkurangnya kandungan air dalam partikel berukuran 0.3 mm dan 0.5 mm. Sedangkan, saat laju penguapan mengalami penurunan pada beberapa bagian proses, maka kandungan air yang terekspos oleh aliran udara juga lebih sedikit. Yang seharusnya terjadi seiring proses pengeringan adalah penurunan laju dari nilai yang awalnya relatif tinggi karena pada awal proses terdapat banyak air yang teruapkan, kemudian seiring waktu laju penguapan pun turun seiring dengan berkurangnya kandungan air dalam partikel, sesuai dengan jumlah air yang terbawa aliran udara semakin lama semakin sedikit.
5.1.3 Analisis Kesalahan
Pada percobaan ini, perhitungan laju penguapan menggunakan metode kelembaban sehingga menggunakan pengukuran suhu (dry dan wet) untuk
37
upstream dan downstream. Seharusnya, suhu upstream akan selalu lebih tinggi
dibandingkan suhu downstream. Hal ini dikarenakan udara kering yang melewati
tray akan menyerap air dari partikel pasir sehingga suhu udara yang mengalir ke downstream akan mengalami penurunan. Akan tetapi, pada percobaan ini, suhu upstream yang didapat tidak selalu lebih tinggi dibandingkan downstream. Hal ini
yang mungkin menyebabkan grafik laju penguapan yang didapat mengalami fluktuasi sehingga kurang tepat dan kurang valid. Pengukuran suhu dilakukan dengan thermometer alkohol. Kondisi ruangan praktikum dengan kondisi suhu
upstream maupun downstream berbeda beberapa derajat Celcius sehingga pada saat
pengukuran suhu diperlukan waktu yang cukup lama sampai suhu yang ditunjukan thermometer konstan
5.2 Analisis Percobaan Pengaruh Laju Alir Udara terhadap Pengeringan