6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengeringan
Pengeringan merupakan suatu proses pengurangan kadar air yang dikandung dalam suatu bahan sampai mencapai kadar air yang diinginkan untuk kebutuhan proses lebih lanjut. Proses pengeringan diperoleh dengan cara penguapan air yaitu dengan menurunkan kelembaban (RH) udara dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan, sehingga tekanan uap air bahan akan lebih besar daripada tekanan uap air dari bahan ke udara (Kusnadi, 2015).
Proses pengeringan dilakukan dengan cara penguapan air. Cara tersebut dilakukan dengan menurunkan kelembapan nisbi dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan, sehingga tekanan uap air bahan lebih besar dari tekanan uap air diudara. Perbedaan tekanan itu menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara, tujuannya adalah untuk mengurangi kadar air dalam bahan sehingga mencegah terjadinya pertumbuhan bakteri yang mengakibatkan pembusukan pada bahan dan membuat bahan menjadi lebih awet.
Proses pengeringan pada prinsipnya menyangkut proses perpindahan panas dan perpindahan massa yang terjadi secara bersamaan (simultan). Pertama panas harus di transfer dari medium pemanas ke bahan. Selanjutnya setelah terjadi penguapan air, uap air yang terbentuk harus dipindahkan melalui struktur bahan ke medium sekitarnya (Ratna, 2015).
Pengeringan dipengaruhi oleh 2 faktor yaitu faktor eksternal dan internal.
Untuk faktor eksternalnya pengeringan dipengaruhi oleh suhu, tekanan, tingkat kelembaban, intensitas cahaya, dan kecepatan aliran udara panas. Sedangkan untuk
7
faktor internalnya pengeringan dipengarui oleh luas permukaan dari bahan, intensitas air semula pada bahan, dan keadaan fisik bahan. Setiap kondisi yang berpengaruh diatas dapat menjadi faktor pembatas laju pengeringan (Booker dkk., 1981).
2.1.1. 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 (Tanggasari, 2014).
1) Perbedaan Suhu dan Kadar Air
Menurut Winarno (1995), semakin tinggi suhu pengeringan maka semakin cepat terjadi penguapan, sehingga kandungan air di dalam bahan semakin rendah.
Semakin besar suhu antara medium pemanas dengan bahan pangan makin cepat perpindahan 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 (Rizal, 2012).
8
kadar air suatu bahan menunjukkan besarnya jumlah kandungan air yang dikandung dalam bahan tersebut. Kadar air dibagi menjadi 2 bagian yaitu, kadar air berat basah (b.b) dan kadar air berat kering (b.k). Kadar air berat basah adalah perbandingan antara berat air yang ada dalam bahan dengan berat total bahan (Rachmawan, 2001). Kadar air berat basah dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
m = Wm
Wt+ Wd x 100% = Wm
Wt x 100% ... (2.1) Keterangan :
m = kadar air berat basah (% b.b) Wm = berat air dalam bahan (g)
Wd = berat padatan dalam bahan (g) atau berat bahan kering mutlak Wt = berat total (g)
Sedangkan, kadar air basis kering (b.k) adalah berat bahan setelah mengalami pengeringan dalam waktu tertentu sehingga beratnya konstan. Pada proses pengeringan air yang terkandung dalam bahan tidak dapat seluruhnya diuapkan, meskipun demikian hasil yang diperoleh disebut juga sebagai berat bahan kering (Rachmawan, 2001). Kadar berat air kering dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
m = Wm
Wd x 100% = Wm
Wt−𝑊𝑚 x 100% ... (2.2)
9
2) Kecepatan Volumetrik Aliran Udara Pengering
Udara yang bergerak dan mempunyai gerakan yang tinggi selain dapat mengambil uap air juga akan menghilangkan uap air tersebut dari permukaan bahan pangan. 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 (Rizal, 2012).
3) Kelembaban Udara
Kelembaban sangat mempengaruhi lamanya pengeringan dimana saat kelembaban udara tinggi maka suhu ruangan menjadi rendah yang mengakibatkan waktu pengeringan semakin lama. Begitu pun sebaliknya saat kelembaban udara rendah maka suhu ruangan menjadi tinggi yang mengakibatkan waktu pengeringan menjadi lebih cepat ( Rahayuningtyas dan Seri Intan Kuala, 2016).
Menurut Winarno dkk. (2019), kelembaban udara ada tiga jenis, yaitu:
a) Kelembaban relatif
Kelembaban relatif menunjukkan perbandingan jumlah uap air di udara dengan jumlah uap air maksimum yang bisa dikandung oleh udara pada suhu yang sama.
Kelembaban relatif dinyatakan dalam satuan presentase. Jumlah kelembaban relatif paling besar adalah 100 persen.
RH = P
Ps x 100% ... (2.3)
10 Keterangan :
RH = relative humadity (%)
P = tekanan parsial uap air pada suhu T (atm) Ps = tekanan uap air jenuh pada suhu T (atm) T = suhu atmosfir (°C)
b) Kelembaban absolut (mutlak)
Kelembaban absolut merupakan massa uap air yang berada dalam satu satuan udara. Kelembaban ini dinyatakan dalam satuan gram per meter kubik.
Kelembaban absolut dipengaruhi oleh suhu udara di sekitarnya karena berkaitan dengan kekuatan udara dalam menampung uap air.Pengukuran kelembaban absolut (mutlak) ditentukan dengan menggunakan kurva psikometrik, dengan mengukur suhu udara basah dan suhu udara kering.
c) Kelembaban spesifik
Kelembaban spesifik adalah perbandingan massa uap air di udara dengan satuan massa di udara. Kelembaban ini dinyatakan dalam satuan gram atau kilogram.
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 semakin berkurang sehingga uap air dapat lebih banyak tertampung dan disingkirkan dari bahan pangan. Sebaliknya jika tekanan udara semakin besar maka udara disekitar pengeringan akan lembab, sehingga
11
kemampuan menampung uap air terbatas dan menghambat proses laju pengeringan (Rizal, 2012).
5) Luas Permukaan
Menurut Rizal (2012), 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 pangan yang akan dikeringkan dipotong-potong atau diiris-iris terlebih dahulu. Hal ini terjadi karena:
a) Pemotongan atau pengirisan tersebut akan memperluas permukaan bahan dan permukaan yang luas dapat berhubungan dengan medium pemanasan sehingga air mudah keluar.
b) Potongan-potongan kecil atau lapisan yang tipis mengurangi jarak dimana panas harus bergerak sampai ke pusat bahan pangan. Potongan kecil juga akan mengurangi jarak melalui massa air dari pusat bahan yang harus keluar ke permukaan bahan dan kemudian keluar dari bahan tersebut.
2.1.2. Klasifikasi Pengeringan
Pengeringan berdasarkan medianya dibedakan menjadi 2 macam yaitu : 1) Pengering Sinar Matahari
Pengering sinar matahari merupakan proses pengeringan dengan menggunakan matahari langsung sebagai komponen utama dalam proses pengeringan. Dimana kecepatan pengeringannya sangat bergantung pada cuaca.
Pengeringan sinar matahari dikenal juga dengan pengeringan alam atau dalam penjemuran yaitu dengan menggunakan bahan-bahan yang disediakan alam seperti angin dan sinar matahari. Penjemuran adalah pengeringan menggunakan energi
12
langsung dari sinar matahari. Pengeringan dengan sinar matahari memang bisa efektif, dengan suhu sekitar 35 oC sampai 45 oC. Penggunanan sinar matahari kadang-kadang kurang menguntungkan karena kondisi cuaca yang bisa berubah- ubah (Effendi, 2009).
2) Pengering Buatan atau Mekanis
Pengeringan buatan atau mekanis dilakukan dengan menggunakan alat buatan ataupun hasil pembakaran sebagai komponen utama dalam proses pengeringan. Media udara dihembus melalui pemanas atau kontak langsung ke produk yang dikeringkan sampai tingkat kekeringan yang dinginkan.
Pengering buatan Pengeringan buatan atau mekanis dapat menggunakan udara dipanaskan. Alat pengering ini berupa suatu ruang atau kabinet dengan udara panas yang ditiupkan di dalamnya. Udara yang dipanaskan tersebut dialirkan ke bahan yang akan dikeringkan dengan menggunakan alat penghembus fan.
Pengeringan dengan menggunakan alat mekanis atau pengeringan dapat dipilih sesuai dengan yang diperlukan, tidak memerlukan tempat yang luas, serta kondisi pengeringan dapat dikontrol (Effendi, 2009).
2.1.3. Proses Pengeringan
Proses pengeringan hasil pertanian adalah suatu proses pengeluaran atau menghilangkan sebagian air dari suatu bahan sampai kadar air keseimbangan dengan udara lingkungan atau sampai kadar air tertentu dimana jamur, enzim dan serangga yang bersifat merusak tidak dapat lagi aktif (Hall, 1957).
Dasar pengeringan adalah terjadinya penguapan air dari bahan ke udaran karena perbedaan kandungan uap air antara udara dengan bahan yang
13
dikeringkan,dalam hal ini udara mengandung uap air atau kelembapan nisbi yang lebih rendah sehingga terjadi penguapan (Taib et al., 1988).
Pengeringan menyangkut perpindahan massa (uap) dari bahan dan energi panas ke bahan secara simultan. Proses pindah panas yang terjadi dari lingkungan sekitar bahan akan menguapkan air dipermukaan bahan. Air dapat dipindahkan ke permukaan produk dan kemudian diuapkan, atau secara internal pada sebuah interfasa uap dan cair, kemudian dibawa sebagai uap ke permukaan (Okos et al., 1992).
Enam mekanisme fisik untuk penjelasan gerakan air di dalam bahan, yaitu;
1) gerakan cairan karena gaya permukaan (aliran kapiler), 2) difusi cairan karena adanya perbedaan konsentrasi, 3) difusi permukaan, 4) difusi uap air di dalam pori- pori yang berisi udara, 5) aliran karena adanya perbedaan tekanan, 6) aliran karena terjadinya penguapan dan kondensasi. Udara pengering sangat berpengaruh terutama suhu, kelembapan relatif dan kecepatan aliran udara pada proses pengeringan. Proses pengeringan dapat mempengaruhi mutu produk yang dikeringkan (Balmer Siallagan, 2009).
14
Tabel 2.1. Faktor – faktor yang mempengaruhi mutu produk selama pengeringan.
Kimiawi Fisik Nilai Gizi
Reaksi Pencoklatan Rehidrasi Kehilangan Vitamin
Oksidasi Lemak Kelarutan Kerusakan Protein
Kehilangan Warna Tekstur Kerusakan Mikrobiologis Kehilangan Aroma
(Susanto, 2011)
Proses pengeringan berpengaruh terhadap mutu produk kering, terutama oleh penggunaan suhu yang tinggi dan nilai aktifitas air dari produk yang dikeringkan.
Beberapa alat pengering untuk produk pertanian adalah oven kabinet, pengering semprot, pengering drum, pengering vakum, dan pengering beku (Aman et al, Ed., 1992). Pengeringan dengan tekanan vakum yang tinggi dan suhu beku dapat menghasilkan produk dengan tekstur,warna, rehidrasi, serta parameter lain yang baik (Eshtiaghi et al, Ed., 1994). Pengeringan beku dapat mempertahankan kandungan tokoferol pada beberapa jenis sayuran (Mercylia, Ed., 1995).
Pengeringan vakum merupakan salah satu cara pengeringan bahan dalam suatu ruangan yang tekanannya lebih rendah dibanding tekanan udara atmosfir, pengeringan dapat berlangsung dalam waktu relatif cepat walaupun pada suhuyang lebih rendah daripada pengeringan atmosfir. Proses pengeringan dengan tekanan uap air dalam udara yang lebih rendah, air pada bahan akan menguap pada suhu rendah (Aman et al, Ed., 1992).
Dalam proses pengeringan juga terdapat proses akhir yang dinamanakan proses evaporasi (penguapan) dimana pada proses I ni terdapat perubahan molekul dari keadaan awal cair menjadi gas atau uap. Penguapan dapat dilihat dari
15
lenyapnya cairan secara berangsur- angsur pada objek yang sedang dikeringkan sehingga massa objek dapat berkurang. Untuk menghitung laju evaporasi pengeringan pada objek yang sedang dikeringkan dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :
ṁ𝑒𝑣 = −𝑑𝑚
𝑑𝑡 =𝑚𝑖−𝑚𝑑
𝑡0−𝑡1 ... (2.4) Keterangan :
ṁev = Laju evaporasi pengeringan (gram/menit) mi = Massa awal objek (gram)
md = Massa akhir objek setelah dikeringkan (gram) t0 = Waktu awal pengeringan (menit)
t1 = Waktu akhir pengeringan (menit)
2.1.4. Laju Pengeringan
Laju pengeringan adalah proses pengeringan dengan mengurangi kadar air atau bisa juga menguapkan kadar air terhadap sebuah objek/benda dengan memperhatikan pengurangan massa terhadap perubahan waktu sehingga memberikan gambaran bagaiamana kecepatan pengeringan terjadi.
Mekanisme pengeringan sering diterangkan melalui teori tekanan uap. Air yang dapat diuapkan dari bahan yang akan dikeringkan terdiri dari air bebas dan air terikat. Air bebas berada di permukaan dan yang pertama kali mengalami penguapan. Laju penguapan air bebas sebanding dengan perbedaan tekanan uap pada permukaan air terhadap uap air pengering (Henderson dan Pabis, Ed., 1961), setelah air permukaan habis, maka selanjutnya difusi air dan uap air dari bagian dalam bahan terjadi karena perbedaan konsentrasi atau tekanan uap antara bagian
16
dalam dan bagian luar bahan (Henderson dan Perry, Ed., 1976). Laju pengeringan pada periode ini sebanding dengan perbedaan tekanan uap antara bagian dalam dan luar biji,pada laju pengeringan konstan, perbedaan tekanan uapnya juga konstan, tetapi dengan adanya penguapan maka tekanan uap di dalam bahan semakin rendah, oleh karena itu laju pengeringannya semakin menurun.
Pada kurva laju aliran uap dimana, periode antara A dan B biasanya singkat dan sering diabaikan dalam analisis waktu pengeringan. Periode B-C disebut juga laju pengeringan konstan yang mewakili proses pengeluaran air tidak terikat dari produk yaitu air yang terdapat di permukaan produk (Geankoplis, Ed., 1983).
Laju pengeringan konstan terjadi awal proses pengeringan yang kemudian diikuti oleh pengeringan menurun (titik C), kedua periode laju pengering ini dibatasi oleh kadar air kritis (Mc). Periode laju pengeringan menurun dibagi atas dua subperiode yaitu: 1) laju pengeringan menurun I, yang terjadi jika air dipermukaan produk sudah habis dan permukaan mulai mengering, 2) laju pengeringan II, dimulai dari titik D ketika permukaan sudah kering sempurna (Geankoplis, Ed., 1983).
Waktu yang dibutuhkan oleh bahan untuk melewati keempat periode pengeringan ini berbeda-beda tergantung dari kadar air awal bahan dan kondisi pengeringan. Berikut gambar kurva laju pengeringan dari titik A sampai titik E.
17
Gambar 2.1. Kurva Laju Pengeringan Sumber: Shinta Rosalla Dewi, 2012
2.1.5. Jenis- jenis Alat Pengering
1) Tray dryer (alat pengering berbentuk rak)
Tray dryer merupakan alat pengering buatan yang tersusun atas rak-rak bertingkat yang bersirkulasi panas dan udara melalui blower. Prinsip kerjanya adalah rak - rak yang tersusun bertingkat dan dari bawah keatas dialırkan panas secara zig zag menggunakan blower / kipas. Panas berasal dari listrik, kumparan koil dan steam. Biasanya panas diatur menggunakan thermostat pada suhu 50 - 70
°C.
Gambar 2.2. Tray dryer Sumber : Paisal dkk., 2018.
18 2) Rotary Dryer (Pengering berputar)
Rotary drum dryer merupakan salah satu alat pengering yang berbentuk silinder atau drum yang berputar yang dibawahnya diberi sumber panas. Prinsip kerjanya adalah menggunakan drum panjang horizontal yang berputar, dimana bagian bawah sedikit turun sehingga produk akan berjalan secara bergerak mengikuti putaran drum. Panas yang dihembuskan dengan baik secara co - current dan counter current yang berasal dari sistem pembakaran batu bara, minyak bumi dan gas.
Gambar 2.3 Rotary drum dryer Sumber : Beny, 2018
3) Freeze dryer (Pengering beku)
Freeze dryer merupakan suatu alat pengeringan yang 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. Prinsip dasar pengeringan beku (freeze Dryer) adalah proses menghilangkan kandungan air
19
dalam suatu bahan atau produk yang telah beku (es) tanpa melalui fase cair terlebih dahulu.
Gambar 2.4 Frezee dryer Sumber : Labfreez, 2019 4) Spray dryer (pengering semprot)
Spray Dryer adalah metode menghasilkan bubuk kering dari cairan atau bubur dengan pengeringan cepat menggunakan gas panas. Ini adalah metode pengeringan yang disukai dari banyak bahan yang sensitif terhadap panas seperti makanan dan obat - obatan . Distribusi ukuran partikel yang konsisten adalah alasan untuk pengeringan semprot beberapa produk industri seperti katalis. Udara adalah media pengering yang dipanaskan; namun, jika cairan adalah pelarut yang mudah terbakar seperti etanol atau produk yang peka terhadap oksigen, maka digunakan nitrogen (AS Mujumdar, 2007).
20
Gambar 2.5 Spay dryer Sumber : Mufarida, 2016.
2.2. Perpindahan Panas
2.2.1. Pengertian Perpindahan Panas
Perpindahan panas (heat transfer) adalah proses berpindahnya energi kalor atau panas (heat) karena adanya perbedaan temperatur. Dimana, energi kalor akan berpindah dari temperatur media yang lebih tinggi ke temperatur media yang lebih rendah. Proses perpindahan panas akan terus berlangsung sampai ada kesetimbangan temperatur yang terjadi pada kedua media tersebut. Pada system pengeringan buatan proses terjadinya perpindahan panas dapat terjadi secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
1) Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas yang terjadi pada suatu media padat, atau pada media fluida yang diam. Konduksi terjadi akibat adanya perbedaan temperatur antara permukaan yang satu dengan permukaan yang lain pada media tersebut.
21
Gambar 2.6 Proses perpindahan panas secara konduksi Sumber : Maslatip, 2014
Persamaan laju konduksi dikenal dengan Hukum Fourier (Fourier Law of Heat Conduction) tentang konduksi yang persamaan matematikanya dituliskan sebagai berikut (Frank dan Arko, 1997).
qkond = −kA dT
dx ... (2.5) Keterangan :
qkond = Laju perpindahan panas konduksi (W) k = Konduktivitas thermal bahan (W/m.K)
A = luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m2)
dT
dx = Gradien temperature pada penampang tersebut (K/m)
Tanda (-) diselipkan agar memenuhi hukum Thermodinamika II, yang menyebutkan bahwa, panas dari media bertemperatur lebih tinggi akan bergerak menuju media yang bertemperatur lebih rendah.
2) Konveksi
Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari suatu permukaan media padat atau fluida yang diam menuju fluida yang mengalir atau bergerak, begitu pula sebaliknya, yang terjadi akibat adanya perbedaan temperatur.
22
Gambar 2.7 Perpindahan panas konveksi dari permukaan media padat ke fluida yang mengalir,
sumber ; Incropera dan De Witt, 1999.
Laju perpindahan panas konveksi mengacu pada Hukum Newton tentang pendinginan (Newton’s Law of Cooling) (Incropera and De Witt, 1996), dimana : qkonv = h. As. (Ts− T∞) ... (2.6) Keterangan :
qkonv = Laju perpindahan panas konveksi (W)
h = Koefisien perpidahan panas konveksi (W/m2.K) As = Luas perpindahan panas (m2)
Ts = Temperatur permukaan (K) Tꝏ = Temperatur fluida (K)
Aliran fluida pada perpindahan panas secara konveksi dibagi menjadi dua jenis yaitu;
a) Konveksi Paksa (forced convection). Terjadi bila fluida yang mengalir disebabkan oleh gaya luar. Seperti ; pompa, blower, kipas angin, dll.
b) Konveksi alamiah (natural convection). Tejadi bila fluida yang mengalir disebabkan oleh efek gaya apung (buoyancy forced effect).
23
Dimana temperatur berbanding terbalik dengan massa jenis (density) pada fluida.
3) Radiasi
Perpindahan panas radiasi dapat dikatakan sebagai proses perpindahan panas dari satu media ke media lain akibat perbedaan temperatur tanpa memerlukan media perantara. Ilustrasi perpindahan panas secara radiasi digambarkan seperti gambar 2.5.
Gambar 2.8. Proses perpindahan panas secara radiasi Sumber : maslatip,2014
Besarnya radiasi yang dipancarkan oleh permukaan suatu benda nyata (real)(qrad.g), adalah :
qrad.g= ε. σ. Ts4. A ... (2.7) Sedangkan, untuk benda hitam sempurna (black body), dengan nilai emisivitas (ε = 1) memancarkan radiasi (qrad.b), sebesar :
qrad.b = σ. Ts4. A ... (2.8) Untuk laju pertukaran panas radiasi keseluruhan, antara permukaan dengan sekelilingnya (surrounding) dengan temperatur sekeliling (Tsur), adalah:
qrad.g= ε. σ. (Ts4− Tsur4). A ... (2.9) Keterangan :
qrad = Laju pertukaran panas radiasi (W)
24
ε = Nilai emivitas suatu benda (0 ≤ ε ≤ 1)
σ = Konstanta proporsionalitas, disebut ufga konstanta Stefan Boltzmann.
Dengan nilai 5,67 x 10-8(W/m2K4) A = Luas bidang permukaan (m2) Ts = Temperatur benda (K)
2.2.2. Proses Perpindahan Panas Pada Alat Pengering
Proses perpindahan panas terjadi karena adanya perbedaan suhu udara pengering dengan suhu bahan yang akan dikeringkan, dimana suhu udara pengering lebih tinggi dari suhu bahan. Udara panas yang dialirkan melalui menggunakan Fan akan meningkatkan suhu bahan, sehingga air dalam bahan berubah wujud menjadi uap air. Pada proses perpindahan panas kalor yang masuk dan keluar pastimya akan berbeda karena adanya losses yang terjadi pada saat proses refrigeran. Untuk menghitung energi atau daya yang dipakai dapat digunakan persamaan berikut dimana
𝑄𝑖𝑛= 𝑊𝑓𝑎𝑛+ 𝑄̇Kondensor ... (2.10)
Keterangan :
Win = Daya yang diapakai untuk mengeringkan (Kwatt)
Wfan = Daya fan sebagai alat bantu penyaluran udara panas (Watt)
𝑄̇Kondensor = Laju energi panas pada kondensor (kj/s)
Dari persamaan 2.10 dapat diketahui
𝑊𝑓𝑎𝑛 = 𝑉 𝑥 𝐼 ... (2.11)
25 Keterangan :
Wfan = Daya fan sebagai alat bantu penyaluran udara panas (Watt) V = Tegangan Listrik (V)
I = Arus Listrik (A)
𝑄̇Kondensor= M ̇x Cp x ∆t ... (2.12)
Keterangan :
𝑄̇Kondensor = Laju aliran panas kondensor (Kj/s)
𝑀̇ = Laju aliran massa refrigerant (Kg/s)
Cp = Kalor jenis refrigerant (A)
∆𝑡 = Beda Temperatur
Setelah proses pegeringan terjadi untuk memperoleh daya output digunakan persamaan
𝑄̇𝑂𝑢𝑡 = 𝑀̇. ℎ𝑓𝑔 ... (2.13)
Keterangan :
𝑄̇Out = Laju energi hasil pengeringan (kj)
Ṁ = Laju aliran massa bahan uji (kg/s)
26
hfg = Entalpi penguapan (kj/kg) (diperoleh dari tabel uap saturated water Tabel A2 (liquid-vapor))
2.3. Performa AC
Setiap mesin pendingin seperti AC menggunakan siklus kompresi uap. Untuk terjadinya siklus tersebut terdapat beberapa bagian penting yaitu :
• Kondensor
• Evaporator
• Kompresor
• Katup ekspansi
Untuk mengetahui kerja AC perlu dipahami hubungan COP (Coefficient of Perfomance) terhadap diagram P-h siklus kompresi uap seperti gambar 2.9.
Gambar 2.9 Diagram P-h Siklus Kompresi Uap pada AC
Berdasarkan gambar diatas, menurut Majanasastra S (2015) berikut proses- proses selama siklus kompresi uap terjadi :
27
• Proses 1-2 terjadi pada kondensor, uap panas refrigeran dari kompresor didinginkan oleh udara luar sampai pada temperatur kondensasi dan uap tersebut dikondensasikan. Pada titik 1‟ merupakan titik refrigeran pada kondisi uap superheated dengan tekanan yang tinggi . sedangkan pada titik 2 merupakan proses pandinginan temperatur kompresi menuju temperatur kondensasi dimana selama proses ini meskipun terjadi penurunan suhu dari titik 1 ke titik 2 namun tekanan yang ada tetap dalam kondisi konstan(bertekanan tinggi).
• Proses ekspansi berlangsung dari titik 2 ke titik 4. Pada proses tersebut terjadi suatu proses penurunan tekanan refrigeran dari tekanan kondensasi (titik 2) menjadi tekanan evaporasi (titik 4).
• Proses 3-1 kompresi berlangsung dari titik 3 ke titik 1. Pada siklus sederhana diasumsikan refrigeran tidak mengalami perubahan kondisi selama mengalir di jalur hisap. Proses kompresi diasumsikan isentropik sehingga pada diagram tekanan-entalpi titik 3 dan titik 1 berada pada satu garis entropi konstan, dan titik 1 berada pada kondisi super panas.
• Proses evaporasi terjadi pada siklus 4-3. Proses evaporasi adalah proses penguapan refrigerasi pada evaporator serta berlangsung pada tekanan konstan. Pada titik 3 seluruh refrigeran berada pada kondisi uap jenuh.
Selama proses 4-3 entalpi refrigeran naik akibat penyerapan kalor dari ruang refrigerasi. Besarnya kalor yang diserap adalah beda entalpi antara titik 3 dan titik 4 dan biasa disebut efek pendinginan. Penyerapanan kalor
28
bagi benda / ruangan yang akan didinginkan oleh evaporator. Perpindahan kalor pada proses ini terjadi pada tekanan konstan (isobarik).
Dengan memahami proses-proses yang terjadi selama siklus kompresi uap pada mesin pendingin maka dapat diketahui performa kerja yang ada pada mesin pendingin tersebut yang biasa disebut COP (Coefficient of Perfomance). Seperti yang ada pada persamaan berikut:
COP = 𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟
𝑊𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = ℎ3−ℎ4
ℎ1−ℎ3 ... (2.14)
Keterangan :
• h1 didapatkan pada table uap A-9 superheated refrigerant 22 vapor, h :
• h3 didapatkan pada table uap A-7 saturated refrigerant 22 ( Liquid-Vapor):
Temperature Table, hg :
• h4 didapatkan pada table uap A-7 saturated refrigerant 22 ( Liquid-Vapor):
Temperature Table, hfg :
2.4. Heat Pump Dryer
Sistem pengering heat pump udara panas dihasilkan setelah melalui kondesor masuk ke dalam ruang pengering kemudian menjadi lembab setelah melewati produk yang dikeringkan, kemudian disirkulasi kembali ke unit dehumidifier (evaporator) kandungan air dalam udara lembab tersebut di kondensasi menjadi titik air dan dikeluarkan dari ruang pengering dalam bentuk air, sehingga kelembaban udara pengeringan menjadi turun dan selanjutnya disirkulasikan kembali kedalam ruang pengering (Rizal, 2012)
29
Gambar 2.10 Heat pump Dryer pada mesin cuci Sumber : BTO Peer Presentation, 2017
2.5. Standar Kekeringan Pada Bahan Uji (Biji Kakao)
Biji kakao adalah sebuah biji yang dihasilkan oleh tanaman kakao / cocoa (Theobroma Cacao Linn), yang telah diolah terlebih dahulu dengan cara difermentasi, dibersihkan dan dikeringkan. Biji kakao yang diekspor kemudian dikelompokan berdasarkan jenis tanaman, mutu, dan ukuran serta berat biji (Fitra dan Sukmawati, 2018).
Berdasarkan jenis tanaman, biji kakao dikelompokan menjadi dua, yaitu jenis kakao mulia (Fine Cocoa) dan jenis biji kakao lindak (Bulk Cocoa).
Penentuan standar mutu diklasifikasikan dalam dua syarat mutu, yaitu; Syarat umum merupakan syarat yang harus dipenuhi oleh setiap bagian biji kakao yang akan diekspor, dan syarat khusus merupakan syarat yang harus dipenuhi dalam setiap klasifikasi jenis mutu (SNI 01-2323-1991). Untuk standar jenis mutu biji kakao yang diperlukan.
30
Untuk kadar air biji kakao yang dinyatakan dalam jumlah biji per 100 gram.
biji kakao baru bisa dikatakan kering jika kadar air yang dikandung antara 6 – 7 %.
yang diukur menggunakan alat pengukur kadar air biji kakao (Fitra & Sukmawati, 2018).
31 Tabel 2.2. Standar Mutu Biji Kakao
Sumber : Wibowo, 2019
Syarat umum biji kakao yang dinyatakan dalam jumlah biji/100 gram, biji kakao dikelompokkan menjadi 5 golongan yaitu
1) Golongan AA : Maksimal 85 biji/ 100 gram.
2) Golongan A : 86 – 100 biji/ 100 gram.
3) Golongan B : 101 – 110 biji/ 100 gram.
4) Golongan C : 111 – 120 biji/ 100 gram.
5) Golongan S : > 120 biji/ 100 gram.
Dari 5 penggolongan jenis biji berdasarkan ukuran yang dinyatakan dalam jumlah /100 gram, ukuran biji kakao yang memenuhi kriteri standar eksport adalah golongan AA, A, dan B (SNI 01-2323-2008).
Karakteristik Persyaratan
Kadar Air (b/b)* Maks 7,5%
Biji berbau asap dan atau abnormal dan atau berbau asing
Tidak ada
Serangga hidup Tidak ada
Kadar biji pecah dan atau pecahan biji dan atau pecahan kulit (b/b)
Maks 3%
Kadar benda-benda asing (b/b) Maks 0%
