Pengendalian Proses Dan Automatisasi Tahap Pengeringan Pada Proses Pengolahan Teh Hitam Sistem CTC (Crushing, Tearling, Curling) di PTPN VIII
Kebun Kertamanah A. Pendahuluan
Pengeringan merupakan proses pengaliran udara panas pada bubuk hasil fermentasi sehingga diperoleh bubuk yang kering. Pengeringan pada pengolahan teh hitam dilakukan dengan alat VFBD (Vibro Fluid Bed Dryer) untuk sistem CTC.
Udara panas yang digunakan untuk pengeringan berasal dari udara luar yang dipanaskan dengan Heat Exchanger yang menggunakan bahan bakar IDO. Udara segar yang nantinya dibuang keluar, masuk melalui celah pemasukan sebelah bawah. Masuknya udara tersebut karena ditarik oleh Mainfan. Setelah udara masuk, kemudian melalui celah-celah pipa menuju cerobong pengeluaran. Sedangkan untuk udara segar yang digunakan untuk pengeringan, masuk melalui celah bagian atas yang ditarik oleh IDfan. Kemudian udara masuk melalui celah dan melewati bagian bawah VFBD dan digunakan untuk mengeringkan bubuk teh. Pengeringan pada pengolahan teh hitam memiliki tujuan yaitu :
a. Menghentikan proses oksidasi enzimatis.
b. Menjaga sifat-sifat spesifik teh pada saat teh mencapai kualitas optimum.
c. Menurunkan kadar air sampai mencapai 2,5–3,5% sehingga teh hitam mempunyai daya simpan yang lama.
Selain itu, pengeringan pada pengolahan teh hitam juga dapat membunuh adanya mikrobia. Karena pada suhu tinggi mikrobia tidak tahan dan mati. Suhu udara masuk mesin pengering VFBD (suhu inlet) adalah sebesar 90-98 0C dan suhu udara keluar (suhu outlet) 45-550C. Suhu udara masuk yang terlalu tinggi dapat menyebabkan terjadinya bakey, burnt, dan overfried yaitu suatu keadaan dimana air seduhan teh menjadi berasa seperti bahan organik yang terbakar atau gosong. Sedangkan apabila suhu terlalu rendah dapat mengakibatkan bubuk tidak dapat kering sempurna yang nantinya bubuk akan berkadar air
tinggi sehingga bubuk mudah ditumbuhi jamur dan dapat menyebabkan oksidasi enzimatis berlanjut pada bubuk yang telah dikeringkan.
Setelah dilakukan fermentasi, segera bubuk dimasukkan ke alat pengering dengan menggunakan conveyor. Bubuk teh masuk ke plat/tray VFBD. Udara panas akan mengenai bubuk teh dari bagian bawah VFBD dengan bantuan blower. Pada VFBD, terdapat ball breaker yang berfungsi untuk menghancurkan bubuk teh yang masih menggumpal.
Gerakan bubuk teh pada VFBD melalui conveyor bergerak secara osilasi. Yaitu pada VFBD terdapat alat seperti plat segitiga yang berfungsi untuk meratakan bubuk teh sehingga ketebalan bubuk dapat diatur. Gerakan osilator yaitu maju mundur.
Pada VFBD terdapat tiga cyclone (dust collector). Dua cyclone pertama berfungsi untuk menyerap uap air dari bubuk teh sehingga teh menjadi kering. Kemudian uap air tersebut dibuang keluar melalui cerobong. Sedangkan cyclone ketiga berfungsi untuk menyerap uap air dari bubuk sebelum keluar dari VFBD, akibatnya ada sedikit bubuk yang terikut masuk cyclone ketiga. Bubuk ini nantinya direfiring dan menjadi teh mutu III. Bubuk teh yang tidak tersedot ke cyclone akan keluar dari VFBD dan selanjutnya masuk ke sortasi kering melalui conveyor.
Gambar 2. VFBD tampak samping
Gambar 3.1 Burner Heat Exchanger Gambar 3.2 Heat Exchanger
Gambar 3.5 Cyclone Gambar 3.6 Cold Air Blower Gambar 3. VFBD dan kelengkapannya
Perubahan yang terjadi selama proses pengeringan baik sistem CTC maupun Orthodoks meliputi perubahan yang bersifat fisik maupun perubahan yang bersifat kimiawi.
a. Perubahan fisik :
Terjadi pengurangan kadar air pada bubuk teh menjadi 2,5 – 3,5 %.
Warna bubuk teh menjadi coklat kehitaman setelah proses pengeringan.
b. Adapun perubahan kimiawi :
Reaksi oksidasi enzimatis terhenti karena enzim polifenol oksidase terdenaturasi.
Lapisan gel pectin dipermukaan bubuk teh akan mengering sehingga permukaan bubuk teh menjadi mengkilap.
Pembentukan teaflavin dan tehrubigin terhenti. Terjadi karamelisasi karbohidrat.
B. Tujuan Pengendalian
Tujuan dari pengendalian proses secara umum adalah mencapai atribut produk yang diinginkan dengan memanipulasi variable-variable proses. Pada proses pengeringan pembuatan teh hitam, pengendalian
proses bertujuan untuk menjaga suhu pengeringan inlet dan outlet untuk mendapatkan teh hitam sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan oleh pabrik atau sesuai dengan standar yang ada. Proses pengeringan bertujuan untuk menurunkan kadar air bubuk teh hasil oksidasi enzimatis hingga mencapai 2,5 – 3,5 %.
C. Skema Model Proses Pengeringan
Gambar 4. Skema model proses pengeringan teh hitam secara manual Skema diatas menunjukkan konsep pengendalian pada proses pengeringan teh hitam. Input dari pengering berupa bubuk teh basah hasil fermentasi dan udara panas yang berasal dari heat exchanger. Pada alat pengering VFBD terdapat indikator moisture meter, termometer inlet dan outlet. Alat ini yang digunakan oleh operator untuk mengontrol kadar air dari bubuk teh yang dihasilkan (output) sesuai dengan nilai yang dikehendaki. Apabila indikator moisture meter menunjukkan nilai lebih rendah atau lebih tinggi dari nilai yang diinginkan (setpoint), operator akan mengurangi kecepatan aliran
bubuk teh hitam dengan mengatur (menutup – membuka) main dumper yang ada pada VFBD. Apabila indikator termometer inlet atau outlet lebih tinggi atau rendah dari setpoint, operator akan mengatur pintu heat exchanger sampai didapatkan suhu sesuai dengan setpoint. Model pengaturan diatas belum otomatis karena masih menggunakan operator (manusia) untuk mengatur penyesuaian yang diperlukan.
D. Manipulated Variable
Manipulated variable pada pengolahan teh hitam adalah suhu inlet (100-120 0C), suhu outlet (80-105 0C), suhu bubuk teh yang masuk ke dalam VFBD (25-27 0C), kecepatan bubuk teh dalam VFBD, laju udara panas yang masuk ke dalam VFBD.
E. Controlled Variable
Controlled variable pada pembuatan teh hitam adalah bubuk teh hitam kering berwarna coklat mengkilap, kadar air dari bubuk teh hitam sudah mencapai 2,5 – 3,5 %.
F. Set Point
Set point pada pengolahan teh hitam adalah nilai kadar air bubuk teh hitam (output) pada moisture meter 2,5 – 3,5 % dan suhu inlet sebesar 90 – 98 0C dan suhu outlet sebesar 45 – 55 0C pada termometer.
G. Mekanisme Pengendalian
Mekanisme pengendalian yang diunakan adalah closed loop dan feedback. Pada sistem closed loop, sinyal output memiliki pengaruh langsung pada aksi pengendalian, berbasis pada perbedaan antara nilai nyata dan setpoint yang dikehendaki (controlled variable). Pengendali feedback menghitung perubahan yang perlu dilakukan pada input (manipulated variable) untuk membawa output sistem ke setpoint, sehingga mengurangi error. Pada pengolahan teh hitam, mekanisme pengendalian pada proses pengeringan adalah terdapatnya indikator moisture meter untuk menyediakan informasi ke operator besarnya nilai kadar air outlet bubuk teh hitam kering (controlled variable) yang
sebenarnya dan termometer untuk memberikan informasi ke operator besarnya suhu inlet dan suhu outlet. Suhu udara masuk mesin pengering VFBD (suhu inlet) adalah sebesar 90-98 0C dan suhu udara keluar (suhu outlet) 45-550C.
H. Aksi Controller
Apabila operator menemukan bahwa kadar air outlet bubuk teh hitam lebih tinggi atau lebih rendah dari setpoint, operator akan mengurangi kecepatan aliran bubuk teh hitam dengan mengatur (menutup – membuka) main dumper. Apabila operator menemukan suhu inlet atau outlet lebih tinggi atau rendah dari set point, operator akan mengatur pintu heat exchanger sampai didapatkan suhu sesuai dengan setpoint.
I. Automatisasi Proses
Gambar 5. Skema model proses pengeringan teh hitam otomatis Pada skema diatas, proses pengeringan teh hitam telah dibuat otomatis. Peran dari operator digantikan oleh controller dan control
auger. Kadar air teh hitam yang sebenarnya diukur oleh moisture meter, dibandingkan dengan nilai setpointnya. Kadar air output dionversikan ke unit yang sama dengan setpoint oleh sebuah transducer. Berdasarkan nilai acting error, controller menghitung perubahan-perubahan yang diperlukan dalam control auger untuk membuka atau menutup main dumper atau pintu heat exchanger dan selanjutnya menghilangkan error tersebut. Pada skema ini, mata operator serupa dengan peralatan acting error, otak berkaitan dengan engendali otomatis dan otot operator serupa dengan actuator.
