BAB II
TEORI DASAR
2.1 Proses Pengeringan
Pengeringan adalah proses pengurangan kandungan air atau menguapkan air dalam suatu bahan sehingga mencapai kadar air yang kita inginkan, dalam proses pengeringan ini memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa udara panas. Cara ini dilakukan dengan menurunkan kelembaban nisbi udara dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan sehingga tekanan uap air pada bahan lebih besar dari pada tekanan uap air di udara. Perbedaan tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara.
Proses pengambilan atau penurunan kadar air sampai batas tertentu bertujuan agar dapat memperlambat laju kerusakan bahan akibat aktifitas biologis dan kimia sebelum bahan diolah (digunakan). Selanjutnya dijelaskan bahwa parameter-parameter yang mempengaruhi waktu pengeringan adalah :
a. Temperatur Udara pengering
Permukaan bahan sangat dipengaruhi oleh pengaturan temperatur udara, semakin tinggi suhu udara pengering maka semakin banyak jumlah cairan yang di uapkan dari permukaan bahan yang dikeringkan. Temperatur udara yang tinggi juga dapat mengakibatkan bahan menjadi rusak.
b. Kecepatan Udara Pengering
Sistem pengering produksi sangat dipengaruhi oleh sirkulasi udara, dimana fungsi dari udara pada sistem pengering adalah :
- Sebagai media perantara perpindahan panas - Pembawa uap air keluar dari permukaan produk
Pada prakteknya kecepatan sirkulasi udara sangat menunjang pada proses pengeringan. Semakin tinggi kecepatan udara pengering maka proses pengeringan akan berlangsung cepat. Hal ini disebabkan oleh cepatnya massa uap air yang dipindahkan dari produk keudara sekitar.
c. Kelembaban Relatif Udara Pengering
Kelembaban relatif udara pengering adalah perbandingan tekanan persial uap air diudara dengan tekanan jenuh uap air pada temperatur campuran. Untuk mempertahankan kecepatan penguapan air tetap tinggi, udara pengering yang digunakan harus memiliki kelembaban rendah. Pada kondisi ini akan terjadi perbedaan tekanan uap air permukaan produk dengan udara pengering.
d. Dimensi Produk
Dimensi produk akan mempengaruhi proses pengeringan, karena pada saat permukaan produk mulai kering akan terjadi proses difusi menuju permukaan produk. Waktu yang diperlukan molekul air mencapai permukaan tergantung pada dimensi produk. Semakin tebal produk maka proses pengeringan akan berlangsung lama.
e. Kadar Air Produk
Kadar air produk adalah kandungan air yang terdapat didalam produk. Semakin tinggi kadar air pada produk semakin lama proses pengeringan berlangsung.
2.2 Klasifikasi Proses Pengeringan
Proses pengeringan yang biasa kita jumpai dan banyak digunakan secara umum, dapat kita klasifikasikan menjadi dua jenis yaitu pengeringan alami dan pengeringan buatan.
2.2.1 Pengeringan Alami
Pengeringan alami adalah pengeringan yang dilakukan ditempat terbuka dengan cara menghamparkan produk diatas suatu alas, kemudian disinari cahaya matahari dan dibantu oleh udara disekitarnya. Pada proses pengeringan jenis ini terdapat berbagai kekurangan diantaranya:
a. Proses pengeringan sangat dipengaruhi oleh keadaan cuaca b. Memerlukan tempat yang luas dan tenaga kerja yang banyak
c. Produk yang dikeringkan mudah tercemar
Proses pengeringan jenis ini juga memiliki kelebihan-kelebihan diantaranya: a. Biaya yang dikeluarkan untuk proses ini relatif lebih kecil
b. Kapasitas pengeringan sangat tidak terbatas c. Proses lebih mudah.
2.2.2 Pengeringan Buatan
Pengeringan buatan dilakukan dengan cara mengalirkan atau mensirkulasikan udara panas yang berasal dari sumber panas kedalam ruangan pengering yang berfungsi untuk menguapkan kadar air dari produk.
Pada proses pengeringan buatan ini memiliki beberapa kelebihan diantaranya: a. Proses pengeringan tidak dipengaruhi oleh keadaan cuaca sehingga
proses pengeringan menjadi lebih cepat b. Tidak memerlukan tenaga kerja yang banyak
Proses pengeringan buatan ini juga memiliki kekurangan, diantaranya: a. Kapasitas pengeringan terbatas
b. Memerlukan investasi yang relatif besar
Beberapa jenis pengeringan buatan: a. Trough Circulation Tray
Trough circulation tray hampir sama dengan parallel flow tray, yang membedakan hanya letak arah aliran udaranya. Pada alat jenis ini aliran udara pengering dialirkan secara paksa untuk menembus permukaan rak
dan produk yang dikeringkan. Raknya berupa lubang-lubang atau saringan sehingga udara pengering bisa dipaksa untuk menembus produk.
Arah aliran udara Ruang pengering
Produk
Rak
Gambar 2.4. Trough circulation tray
b. Parallel Flow Tray
Parallel flow tray atau yang disebut dengan compartement dryer terdiri dari suatu ruangan yang didalamnya tersusun rak-rak tempat meletakkan produk yang akan dikeringkan. Alat pengering ini biasanya dilengkapi dengan kipas yang berfungsi untuk mensirkulasikan udara didalam ruangan dan pemanas yang berfungsi sebagai sumber panas untuk memanaskan udara didalam ruang pengering. Produk yang dikeringkan diletakkan diatas rak-rak yang dapat diambil dan dipasang kembali, udara pengeringan dialirkan secara sejajar dengan permukaan rak.
Arah aliran udara
Rak Produk
Ruang pengering
Gambar 2.3. Parallel flow tray c. Vacum Shelf Dryer
Vacum shelf dryer adalah jenis pengering yang bekerja dibawah tekanan satu atmosfer. Alat pengering jenis ini biasanya digunakan apabila diinginkan pengeringan secara cepat tetapi temperatur pengeringan dipertahankan rendah.
Ruang pengering
Produk
Rak
2.3 Grafik Psycrometric
Secara umum yang dikatakan udara adalah campuran antara udara kering dan uap air. Campuran ini sering disebut udara lembab. Udara lembab erat kaitannya dengan pengkondisian udara. Suatu kajian tentang sifat-sifat termodinamika campuran antara udara kering dengan uap air disebut pisikometrik. Sifat-sifat termodinamika yang penting adalah :
a. Temperatur Udara
Didalam udara lembab biasanya dibedakan oleh dua temperatur yaitu temperatur bola basa dan temperatur bola kering. Temperatur bola kering adalah temperatur udara yang ditunjukkan pada saat pengukuran temperaturnya tekanan uap persial belum mencapai tekanan jenuh, untuk menentukan suhu bola kering biasanya digunakan termometer dengan sensor kering dan terbuka. Sedangkan temperatur bola basah adalah temperatur udara pada keadaan tekanan uap airnya sama dengan tekanan jenuh, suhu bola basa ditentukan dengan menggunakan termometer bola basa yang sensornya dibalut dengan kain basah. Pengaruh kain basah dapat dihilangkan dengan adanya kain basa tersebut.
b. Tekanan
Karena udara lembab merupakan campuran antara udara kering dan uap air maka tekanan totalnya merupakan jumlah tekanan persial udara kering dan uap air. Secara umum tekanan persial uap air jenuh lebih kecil dibandingkan tekanan persial udara kering.
Apabila tekanan persial uap air mencapai harga sama dengan tekanan uap air pada temperatur yang sama, keadaan ini disebut dengan keadaan jenuh. Tekanan uap airnya juga disebut tekanan jenuh.
c. Kelembaban
Ada dua kelembaban yang sering dikenal yaitu kelembaban spesifik dan kelembaban relatif. Kelembaban spesifik
( )
γ adalah kandungan air dalam udara. Biasanya dinyatakan dalam bentuk massa uap air yang terkandung dalam setiap satuan massa udara kering, dan ditulis dengan persamaan sebagai berikut a w M M = γ ………(2.1) dimana, γ = Kelembaban spesifik wM = Massa uap air
a
M = Massa udara kering
Kelembaban relatif didefinisikan sebagai perbandingan antara tekanan parsial uap air dengan tekanan jenuh uap air pada temperatur yang sama, dan ditulis dalam persamaan sebagai berikut:
' f f = ϕ ………..(2.2) ϕ = Kelembaban relatif (%)
f = Tekanan persial uap air pada udara t (mmHg)
'
hubungan antara tekanan persial uap air dan temperatur suhu bola basa dapat dilihat dari persamaan berikut ini :
755 , ) ( 5 , 0 ' ' tekananatmosfir mmHg t t f f ≤ − − ………(2.3) dimana,
t = temperatu bola kering (°C) t′ = Temperatu bola basa (°C)
f = Tekanan persial uap air pada udara t (mmHg)
'
f = tekanan uap air jenuh pada udara t′ (mmHg)
tekanan dinyatakan dalam mmHg, dimana 1 atmosfir = 760 mmHg
d. Entalpi
Entalpi penting untuk dicantumkan dalam diagram psikometri mengingat banyak manfaatnya dalam perhitungan energi pada proses termodinamika udara seperti pendinginan, pemanasan, kelembaban dan lain-lainnya.
Entalpi adalah energi kalor yang dimiliki suatu zat pada suatu temperatur tertentu. Maka entalpi dari udara lembab dengan perbandingan kelembaban x, pada temperatur t°C, didefinisikan sebagai sejumlah energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg udara kering dan x kg air (dalam pasa cair) dari 0°C sampai mencapai t°C dan menguapkannya menjadi uap air (pasa gas). Hal tersebut diatas dapat ditulis dalam persamaan :
) / ( ) 441 , 0 3 , 597 ( 240 . 0 t t H kJ kg' h= + + ……….(2.4)
dimana,
h = Entalpi (kJ/kg')
H = Perbandingan kelembaban dari udara lembab (kg/kg′) 1.0008 = Kalor spesifik dari udara kering (kJ/kg°C) 1.8389 = Kalor spesifik rata-rata dari uap air (kJ/kg°C) 2.4907 = Kalor laten dari air pada 0°C (kJ/kg)
Gambar 2.1 Diagram Psycrometric
2.4 Sistem Pengukuran Temperatur
Untuk pengukuran temperatur, alat ukur yang digunakan disarankan dapat memenuhi kriteria sebagai berikut :
1. Sangat mudah dalam pemakaiannya 2. Alat tersebut mudah didapat
3. Harganya relatif murah
4. Pembacaan skala yang relatif mudah dan teliti
Berdasarkan kriteria diatas maka penulis memilih alat ukur termometer gelas. Termometer gelas yang digunakan sebanyak 3 buah, untuk mengukur temperatur bola basah (Twb) dan untuk mengukur temperatur bola kering (Tdb) di ruang
pengering. Pengukuran temperatur dilakukan dilingkungan sekitar, pada ruang pemanas sebelum masuk ruang pengering dan setelah keluar dari ruang pengering.
2.5 Perinsip Dasar Perpindahan Panas
Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah-daerah tersebut. Selain itu perpindahan panas terdiri dari beberapa proses, yaitu proses dalam keadaan stedi dan tak stedi. Proses stedi adalah bila laju aliran panas dalam suatu sistem tidak berubah dengan waktu, yaitu bila laju itu konstan, maka suhu dititik manapun tidak berubah. Dengan kondisi stedi, kecepatan pluck masuk panas pada pada titik mana pun harus tetap sama dengan kecepatan fluck keluar,dan tidak terdapat atau terjadi perubahan energi dalam. Contohnya adalah :aliran panas dari hasil-hasli pembakaran air didalam pipa-pipa ketel, pendinginan bola lampu listrik oleh udara sekitar, atau perpindahan panas dari fluida yang panas ke pluida yang dingin didalam penukar panas. Sedangkan yang dimaksud dengan proses tak stedi adalah bila suhu diberbagai titik dari sistem tersebut berubah dengan waktu. Karena perubahan suhu menunjukkan perubahan energi
dalam, kita berkesimpulan bahwa penyimpanan energi bagian yang tidak terpisahkan dari aliran proses tak stedi. Contohnya adalah : waktu pemanasan pada tanur, ketel dan turbin.
Kepustakaan perpindahan panas pada umumnya mengenal tiga cara perpindahan panas yang berbeda: konduksi (conduction, juga yang dikenal dengan istilah hantaran), radiasi (radiation) dan konveksi (convection).
Konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah didalam suatu medium(padat, cair, gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Dalam aliran perpindahan panas secara konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan molekul yang cukup besar. Menurut teori kinetik, suhu elemen zat sebanding dengan energi kinetik rata-rata molekul yang membentuk elemen itu. Energi yang dimiliki oleh suatu elemen zat yang disebabkan oleh kecepatan dan posisi relatif molekul-molekulnya disebut energi dalam. Jadi, semakin cepat molekul-molekul bergerak, semakin tinggi suhu maupun energi dalam elemen zat tersebut.
Persamaan dasar untuk konduksi dalam keadaan stedy dapat dituliskan sebagai berikut: x T kA qk ∂ ∂ − = ………(2.5) dimana:
qk= Perpindahan panas konduksi (W) k= Konduktivitas termal bahan (W/m.c˚)
A= Luas penampang yang dilalui aliran panas (m2)
x
T ∂
Tabel 2.1 Besaran konduktivitas termal k
Bahan Btu/h ft K W/m K
Gas pada tekanan atmosfir Bahan isolasi
Cairan bukan logam Zat padat bukan logam Logam cair Paduan Logam murni 0.004-0.10 0.02-0.12 0.05-0.40 0.02-1.5 5.0-45 8.0-70 30-240 0.0069-0.17 0.034-0.21 0.086-0.69 0.034-2.6 8.6-76 12-120 52-410
Persamaan perpindahanpanas secara konduksi dalam keadaan stedi untuk silinder berlubang : l r A=2.π. . dimana, A = Luas penampang (m2) r = Jari-jari (m) l = Panjang silinder (m)
maka laju aliran panas utuk silinder berlubang adalah :
dr dT l r k qk =−2 .π. . dimana,
qk = Laju aliran panas untuk silinder berlubang (Watt) k = Konduktivitas termal bahan (W/m.K)
Radiasi adalah proses dimana panas mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah tanpa melalui zat perantara, kalor juga dapat berpindah melalui daerah-daerah hampa. Panas radiasi dipancarkan oleh suatu benda dalam bentuk kumpulan energi yang terbatas atau kuanta. Gerakan panas radiasi didalam ruangan mirip perambatan cahaya dan dapat diuraikan dengan teori gelombang. Bila gelombang radiasi menjumpai benda yang lain, maka energinya diserap didekat permukaan benda tersebut. Perpindahan panas secara radiasi semakin penting dengan meningkatkan suhu suatu benda.
Adapun persamaan perpindahan panas secara radiasi adalah sebagai berikut :
4
AT
qr =σ ………(2.6)
dimana:
qr = jumlah energi radiasi yang dipancarkan (W) σ = Konstanta Boltzman (5.67x10−8)
A = Luas permukaan (m2)
T= Beda temperatur antara permukaan dengan temperatur fluida
Konveksi adalah proses perpindahan energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur.perpindahan panas dengan cara konveksi dari suatu permukaan yang suhunya diatas suhu fluida sekitarnya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, panas akan panas akan mengalir secara konduksidari permukaan prtikel-partikel fluida yang terbatas. Energi berpindah dengan cara demiian akan menaikan suhu dan energi dalam prtikel-partikel fluida. Kemudian partikel-partikel fluida tersebut akan bergerak ke daerah yang bersuhu yang lebih rendahdidalam fluida diman mereka akan
bercampur dengan, dan memindahkan sebagian energinya kepada partikel-partikel lainnya.
Perpindahan panas konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas dan konveksi paksamenurut cara pergerakan alirannya. Maka bila gerakan mencampur berlangsung semata-mata sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien suhu disebut dengan konveksi bebas. Dan bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa atau kipas, maka prosesnya disebut konveksi paksa.
Laju perpindahan panas dengan cara konveksi antara suatu permukaan dengan suatu fluida dapat dihitung dengan hubungan:
T A h qc= c. .∆ _ ……….(2.7) dimana:
qc = Perpindahan panas konveksi (W)
hc= Koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2.c°) A = Luas perpindahan panas (m2)
T
∆ = Beda suhu antara suhu permukaan dengan suhu fluida.
Tabel 2.2 Besaran koefisien perpindahan panas konveksi Btu/h ft2F W/m2K Udara, Konveksi bebas 1.0-5.0
Uap panas lanjut atau udara konveksi paksa
5.0-50 30-300
Minyak, konveksi paksa 10-300 60-1800
Air, konveksi paksa 50-2000 300-6000
Air, mendidih 500-10000 3000-60000
2.6 Analisa Energi
2.6.1 Pengaruh Suhu Udara Pada Proses Pengeringan
Laju penguapan air bahan dalam pengeringan sangat ditentukan oleh kenaikan suhu. Bila suhu pengeringan dinaikan maka panas yang dibutuhkan untuk penguapan air bahan menjadi berkurang.
Pada proses pengeringan diperlukan adanya penghantar panas udara dalam pengeringan secara mekanis pengerak panas udara ini dapat dibantu dengan menggunakan pipa-pipa penghantar panas. Pada proses pengeringan, udara berfungsi untuk :
a. Mengambil uap disekitar penguapan
b. Sebagai penghantar panas kedalam bahan yang dikeringkan c. Sebagai zat pembakar
d. Sebagai tempat membuang uap yang telah diambil dari tempat pengeringan
Pada proses pengeringan harus diperhatikan suhu udara pengering. Semakin besar perbedaan antara suhu media pemanas dengan bahan yang dikeringkan, semakin besar pula kecepatan perpindahan panas kedalam bahan sehingga penguapan air dari bahan akan lebih banyak dan cepat. Karena air yang dikeluarkan dari dalam bahan dalam bentuk uap air tersebut harus segera dipindahkan dan dijauhkan dari bahan. Jika tidak, uap air tersebut akan menjenuhkan atmosfir pada permukaan bahan sehingga memperlambat proses penguapan selanjutnya.
Proses pengeringan yang menggunakan suhu tinggi dalam waktu singkat lebih kecil kemungkinannya merusak bahan dari pada proses pengeringan dengan
suhu rendah dalam waktu yang lama. Jadi bahan yang dikeringkan dalam oven selama empat jam akan lebih baik mutunya dari pada pengeringa dengan sinar matahari selama dua hari.
Banyaknya kadar air yang harus dikeluarkan dari bahan dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut :
m = ma −mb……….(2.8)
Dimana,
m = banyaknya kadar air yang harus dikeluarkan (kg) a
m = Kadar air sebelum pengeringan (kg)
b
m = Kadar air sesudah pengeringan (kg)
Dengan diketahui kadar air yang dikeluarkan dari bahan maka laju perpindahan air dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
t M
W = ………..…..(2.9)
dimana,
W = Laju perpindahan air (kg/s)
m = Kadar air yang keluar dari bahan (kg) t = Waktu pengeringan (s)
Kebutuhan aliran udara kering untuk membebaskan uap air dapat dihitung dengan menggunakakn rumus :
vs H H W V a b × − = ) ( ……….(2.10) dimana,
W = Laju perpindahan air (kg/s)
vs = volume spesifik udara pengering (m3/kg) b
H = Kelembaban udara akhir (kg/kg′)
a
H = kelembaban udara awal (kg/kg′)
Dengan menggunakan grafik pisikometrik, kebutuhan udar pengeringan dapat dicari dengan menggunakan rumus sebagai berkut :
) (hb ha vs V Q= × − ……….(2.11) dimana,
Q = kebutuhan udara pengering (kJ/s)
vs = volume spesifik udara pengering (m3/kg) V = Laju aliran udara kering (m3/s)
a
h = Entalpi udara pada lingkungan (kJ/kg)
b
h = Entalpi udara pada ruang pengering (kJ/kg)
2.6.2 Panas Pengeringan
Panas pengeringan adalah panas yang dibutuhkan atau panas yang digunakan untuk mengeringkan suatu produk. Pada setiap pengeringan ikan, pasokan energi dibutuhkan untuk
1. Menaikan temperatur ikan
2. Menaikan temperatur air ke temperatur operasi pengeringan. 3. Menguapkan air
Jumlah dari yang disebutkan pertama dan kedua dapat dihitung dengan persamaan berikut :
) ( b a h t M C T T Q = × × − ………..(2.12) dimana : = t
Q panas untuk memanaskan ikan (kJ) M = Massa ikan (kg)
h
C = Panas jenis ikan (kJ/kg°C)
b
T = Temperatur udara pengeringan (°C)
a
T = Temperatur udara lingkungan (°C)
) ( 100 b a a w T T K M Q = × × − ………..(2.13) dimana : = w
Q Panas untuk memanaskan ikan (kJ) M = Massa ikan (kg)
=
a
K Kadar air awal (%)
b
T = Temperatur udara pengeringan (°C)
a
T = Temperatur udara lingkungan (°C)
l a l m h Q = × ………..……….(2.14) dimana : = l
Q Panas untuk menguapkan air (kJ) m = Massa air yang dikeluarkan dari ikan (kg)
Dari persamaan (2.6), (2.7), (2.8) maka didapat jumlah panas pengeringan dan dirumuskan sebagai berikut :
dimana, t
Q = Panas untuk memanasskan ikan (kJ)
w
Q = Panas untuk memanaskan air (kJ)
l
Q = Panas untuk menguapkan air (kJ)
Sedangkan kalor yang dilepaskan oleh udara pengering dirumuskan sebagai berikut : ) (Tb Ta v Cp q=ρ× × × − ………..(2.16) dimana,
q = Kalor yang dilepaskan udara pengering (kJ)
ρ = Kerapatan udara pada temperatur pengeringan (kg/m3
)
Cp= Panas jenis pada temperatur pengeringan (kJ/kg.°C) v = Laju udara pengering selama proses pengeringan (m3/kg)
b
T = Temperatur udara pengeringan (°C)
a
T = Temperatur udara lingkungan (°C)
2.5.3 Laju Perpindahan Panas Dari Tungku ke Ruang Pengering
Dalam alat pengering yang dirancang, panas yang dihasilkan oleh tungku pengering dialirkan keruang pengering dengan menggunakan penghantar pipa tembaga. Dalam rancang-bangun serta analisa penukar panas perlu mengerahui koefisien perpindahan panas, koefisien perpindahan panas konveksi bebas ha dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut :
d N K h u a × = ………..(2.17)
Dimana,
a
h = Koefisien perpindahan panas (W/m2°C) Nu = Bilangan Nusselt
d = Diameter silinder (m)
k = Konduktivitas termal (W/m°C)
bilangan Nusselt dihitung dari bilangan Reynold, Re sebagai berikut :
33 . 0 8 . 0 Pr 027 , 0 × × = e u R N ……….(2.18)
dan bilangan Reynold dirumuskan sebagai berikut :
µ ρ L v
Re = × × ………(2.19)
dimana,
µ= Viskositas udara (kg/m.det) v = Kecepatan udara (m/det)
ρ= Kerapatan udara (kg/m3) L = Panjang silinder (m)
Maka laju perpindahan kalor dari ruang tungku ke ruang pengering adalah ) (T T1 A h q= a× × ∞ − ……….(2.20) dimana,
q = Laju perpindahan panas (W)
a
h = Koefisien perpindahan panas (W/m2°C) A = Luas pipa tembaga (m2)
∞
T = Temperatur tungku (°C)
1
2.5.4 Laju Perpindahan Panas Dari Ruang pengering Ke Ruang Arsorber Koefisien perpindahan panas konveksi bebas hc dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
L N K h u c × = ……….(2.21) Dimana, c
h = Koefisien perpindahan panas (W/m2°C) Nu = Bilangan Nusselt
L = Dimensi karekteristik (m) k = Konduktivitas termal (W/m°C)
Bagi aliran didalam pipa atau saluran, hal terpenting dalam bilangan Nusselt ialah garis tengah hidroliknya (DH), yang berdefinisi:
keliling
Aliran Penampang
Luas
DH =4 ………..….(2.22)
untuk pipa, luas penampang alirannya adalah:
4
2
D
A=π ………(2.23)
Bilangan Reynolds yang berdasarkan garis tengah hidroliknya serta sifat-sifat suhu curahan fluida, dapat didefinisikan sebagai berikut:
µ ρ H D D V H = Re ………...(2.24) dimana,
µ= Viskositas udara (kg/m.det) v = Kecepatan udara (m/det)
ρ= Kerapatan udara (kg/m3
DH = Garis tengah hidrolik (m)
Sementara untuk bilangan nusselt sendiri, dipilih secara cepat rumus yang tepat guna memperoleh koefisien perpindahan panas konveksi bebas untuk aliran dalam saluran. 33 . 0 8 . 0 Pr 027 , 0 × × = e u R N ………..(2.25)
Maka laju perpindahan kalor dari ruang pengering ke ruang arsober adalah : ) (T T1 A h q= a× × ∞ − dimana,
q = Laju perpindahan panas (W)
a
h = Koefisien perpindahan panas (W/m2°C) A = Luas pipa tembaga (m2)
∞
T = Temperatur tungku (°C)
1
T = Temperatur ruang pengering (°C)
2.5.5 Perhitungan Kadar Air
Perhitungan kadar air dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu berdasarkan berat kering dan berdasarkan berat basah. Pada umumnya yang dimaksud dengan kadar air benih adalah kadar air yang dihitung berdasarkan berat basah.
a. Perhitungan kadar air berdasarkan berat kering
Untuk menghitung kadar air berdasarkan berat kering, digunakan rumus sebagai berikut: % 100 x W w KA = ………..(2.26)
dimana: A
K = kadar air berdasarkan berat kering (%) W= Berat kering benih (kg)
w= jumlah air yang diuapkan dalam proses pengeringan (kg)
dan dapat diperoleh dengan cara mengurangi berat basah produk dengan berat kering produk setelah dikeringkan.
b. Perhitungan kadar air berdasarkan berat basah
Untuk menghitung kadar air berdasarkan berat basah, digunakan rumus sebagai berikut: % 100 x M m KA= ………(2.27) dimana:
KA = kadar air berdasarkan berat basah m = jumlah air yang diuapkan (kg)
M = berat produk sebelum dikeringkan (kg)
Nilai m dapat diperoleh dengan cara mengurangi berat produk sebelum dikeringkan dengan berat produk setelah dikeringkan.
2.6 Briket Batubara
Briket batu bara adalah bahan bakar padat yang terbuat dari batubara dengan campuran tanah liatdan tapioka (molas).dan merupakan bahan bakar alternatif.
Briket batubara bermacam-macam bentuknya tergantung dari bentuk cetakannya. Adayang berbentuk silinder, kubus, telur, jengkol, bantal, atau tiram yang ukurannya agak kecil.
Keuntungan penggunaan briket batubara dalam proses pengeringan dalah daya tahan briket batubara lebih lama, nyala bara lebih bersih dan tidak berjelaga, tidak berbau dan berasap. Untuk menghitung konsumsi briket batubara yang digunakan untuk mengeringkan bahan dapat dihitung dengan rumus berikut dimana diketahui nilai kalori briket batubara adalah 23.860 kJ/kg.
Konsumsi briket batubara
briket kalori Q . = ……….(2.28) Dimana,
Q = Kalor yang dibutuhkan selama proses pengeringan berlangsung (kJ)
2.7 Batu zeolit
Batu zeolit adalah bahan alam yang banyak terdapat di indonesia,sehingga banyak diperlukan pengetahuandan penelitian mengenai batu zeolit alam itu sendiri serta cara-cara pengolahannya.
Batu zeolit merupakan bahan pengembang yang banyak digunakan sekarang ini, zeolit terdiri dari gugusan alumina dan gugusan silika dan air. Air yang terdapat didalam batu zeolit dapat dilepas dengan panas temperatur tertentu, dengan panas temperatur itu air dapat keluar sehingga batu zeolit dapat berpungsi sebagai penyerap gas atau cair. Jumlah air dalam batu zeolit sesuai dengan banyaknya pori-pori atau volume pori-pori batu zeloit tersebut.
Batu zeolit sangat mudah didapat dan keberadaannya sangat melimpah sehingga harganya cukup murah.
2.8 Effisiensi Termal
Effisiensi termal adalah perbandingan antara panas penguapan dengan panas yang dihasilkan dari sumber panas , dan ditulis dalam persamaan sebagai berikut:
100 × = q Q p η ……….(2.29) dimana: p η = effisiensi pengeringan (%)
Q = Jumlah panas yang digunakan untuk memanaskan dan penguapan air (kJ)
.
