A. 22
PERANCANGAN PENGERING LARUTAN MALTODEKSTRIN
MENGGUNAKAN SPRAY DRYER DENGAN DEBIT ALIRAN 2 LITER PER JAM Pratomo Setyadi*, Nugroho Gama Yoga, Alfian Luthfi
Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Negeri Jakarta, Jl. Rawamangun Muka No.5 Jakarta, 13220
*E-mail : [email protected]
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk merancang alat pengering larutan maltodekstrin konsentrasi 20% dengan metode spray drying. Larutan rencanananya akan dikeringkan hingga 10% kadar air (w.b) dengan temperatur udara panas 80 oC. Debit aliran bahan yang digunakan untuk merancang spray dryer adalah 2 liter/jam. Menggunakan metode spray drying berarti larutan di kabutkan menjadi butiran halus sebesar 50 mikrometer menggunakan atomiser. Butiran halus tersebut kemudian dikontak langsung dengan udara panas dan waktu pengeringan yang digunakan akan dihitung. Hasil hitungan waktu pengeringan dengan kecepatan jatuh butiran larutan keluar atomiser untuk menetapkan jarak pengeringan, dan debit data aliran bahan digunakan untuk menentukan massa aliran udara dan daya pemanas yang dibutuhkan. Hasil perancangan memberikan data waktu pengeringan total 0.365 detik serta jarak pengeringan 2.5 meter untuk co current flow. Jarak pengeringan dijadikan sebagai tinggi rancangan ruang pengering. Dengan jarak pengeringan yang sama, perhitungan debit aliran maksimal pada bahan co current flow memiliki kebutuhan panas 80oC dengan 0.041 kg/saliran massa udara. Data tersebut jika dikonversikan menjadi daya pemanas menjadi 5890 Watt yang kemudian dijadikan acuan sebagai spesifikasi rancangan pemanas. Spray dryer dirancang menjadi 3 sistem utama yaitu sistem atomiser, sistem suplai udara, dan sistem ruang pengering.
Kata kunci: Pengeringan; Pengeringan Sempro; Spray drying; Spray Dryer; Maltodekstrin.
PENDAHULUAN
Sejak dulu di Indonesia produk bubuk sudah di produksi pada usaha mikro, kecil dan menengah (UMKM) industri pangan. Proses pengeringan hingga menjadi bubuk yang dilakukan UMKM masih menggunakan cara tradisional yang dilakukan dengan menggiling bahan pangan hingga menjadi larutan, lalu memasaknya dalam tungku sambil diaduk hingga menjadi kerak lalu ditumbuk menjadi bubuk. Proses ini memiliki banyak kekurangan yaitu, waktu proses yang relatif lama, membutuhkan banyak tenaga pekerja untuk mengaduk tungku, bahan bakar yang boros dan hasil produksi yang terbatas. Selain itu produk yang terbentuk juga memiliki tingkat kering berbeda serta rawan dari kegosongan yang mempengaruhi hasil nutrisi, rasa, dan warna pada produk. Karena itu
Prosiding Seminar Nasional NCIET Vol.1 (2020) A22-A28 1st National Conference of Industry, Engineering and Technology 2020,
A. 23
dibutuhkan suatu teknologi yang dapat digunakan dalam proses pembuatan pengeringan bahan pangan guna menanggulangi masalah yang ada pada UMKM industri pertanian khususnya bahan pangan tradisional.
Salah satu metode pengeringan yang dianggap efisien dan modern adalah metode
spray drying. Keuntungan menggunakan metode spray drying adalah tingginya laju kecepatan pengeringan, range temperatur operasi yang luas, waktu produksi yang singkat, dan menghasilan produk yang bermutu tinggi. Spray drying juga menghasilkan produk kering yang terminimalisir dari kerusakan perubahan warna, aroma dan rasa. Hal itu terjadi karena proses spray drying relatif sangat singkat sehingga terhindar dari ke gosongan. Sehingga teknologi ini sangat tepat digunakan untuk membuat produk serbuk yang memiliki nilai ekonomi tinggi dan mudah rusak bila temperatur terlalu tinggi atau terkena kondisi panas dalam waktu lama.
Belakangan ini metode spray drying dibantu dengan ditemukanya bahan tambahan maltodekstrin sebagai media pengeringan. Maltodekstrin merupakan zat tambahan yang mampu mengikat kandungan pada zat terlarut, tidak memiliki warna dan aroma. Maltodekstrin juga memiliki nilai kalori yang kecil sehingga cocok sebagai zat pengikat yang tidak merusak karakter zat terlarutserta melindungi nutrisinya(Goula dan Adamopoulos, 2018:727).
Spray dryer sudah digunakan dalam skala besar pada industri pangan global. Menggunakan zat maltodekstrin sebagai media tambahan pengikat dan pembentuk pada
spray drying maka pengeringan dengan mencampur berbagai jenis zat terlarut tanpa merubah sifat zat tersebut. Mengingat kemampuan UMKM industri pangan yang tidak bisa menggunakan spray dryer pada skala industri pangan global. Sehingga, penelitian ini bertujuan untuk membuat rancangan spry dryer kapasitas 4 liter larutan jam menggunakan larutan maltodeksrtin sebagai bahan yang akan dikeringkan.
A. 24
METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan untuk menghasilkan suatu alat pengeringan dengan sistem pengering semprot dengan menggunakan udara panas yang ditiupkan ke dalam ruang pengering untuk mengeringkan bahan yang di semprotkan oleh sistem atomizer ke dalam ruangan pengering.
Dalam tahap perancangan alat pengering semprot ini dimulai dari langkah persiapan, penentuan dimensi alat, detail desain, perhitungan waktu pengeringan, perhitungan kebutuhan aliran udara, perhitungan daya yang dibutuhkan, survey lapangan, dan proses pembuatan serta perakitan alat menjadi satu kesatuan. Setelah alat selesai dibuat dan dirakit, tahap selanjutnya adalah menguji performa alat Spray Drying yang telah dibuat.
Gambar 2. Skema Tahapan Alur Penelitian Mulai
Studi Pustaka
Analisis Kebutuhan dan Persyaratan
Sketsa Alat dan Konsep Desain Perhitungan Waktu Pengeringan
Perhitungan Kebutuhan Aliran Udara dalam Ruang Pengering
Perhitungan Energi yang dibutuhkan
Desain Co Current Flow
A. 25
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Perhitungan Co Current Flow
Untuk desain co current flow yang ditetapkan tinggi 2.5 m maka nilai waktu yang harus dicapai pada setiap debit bahan yang dimasukan, temperatur yang akan diberikan, dan waktu yang berhasil dicapai sesuai hitungan dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 1. Hasil Temperatur yang diberikan dengan Waktu yang Tercapai Aliran Bahan (Liter/Jam) Vaxial (m/s) Waktu Maks yang dibutuhkan(s) Temperatur yang diberikan(ᵒC) Waktu Pengeringan Tercapai(s) 2.00 4.12 0.372 80 0.365
Gambar 3 Skema Tahapan Proses dan Komponen pada Sistem Atomiser B. Sistem Suplai Aliran Udara
Sistem pemanas udara yang akan didesain merupakan sistem pemanas udara yang paling sederhana hanya mengandalkan blower, dan heater saja sebagai alat utamanya tanpa menggunakan tambahan seperti dehumidifier, air filter vacum dsb. Berikut gambar tahapan proses pada sistem pemanas udara.
A. 26
C. Sistem Ruang Pengering
Sistem pengeringan terdiri dari komponen utamanya adalah silo pengering. Dimana tinggi silo ditentukan dari perhitungan kecepatan pengeringan dengan kecepatan jatuh droplet dari semportan atomiser. Sedangkan ukuran sudut, sambungan distribusi udara masuk dan keluar mengikuti standar produk jadi yang ada di industri. Silo pengering memiliki saluran udara panas masuk, bahan masuk, udara keluar, dan kerangka penyangga sebagai tempat berdirinya ruang pengering. Berikut gambar skema sistem pengering yang akan dibuat.
Gambar 5. Skema Tahapan Proses dan Komponen pada Sistem Ruang Pengering
D.Gambar Hasil Rancangan Assembly Spray Dryer Co Current Flow
Bentuk hasil rancangan yang telah di assembly ke 3 sistemnya pada aliran co current flow dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
A. 27
Gambar 6. Ruang Pengering Keseluruhan
KESIMPULAN
Dari hasil perancangan dan perhitungan alat Spray Drying diatas dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Perancangan yang dihitung”adalah aliran Up Draft co current flow.
a. Waktu total yang dibutuhkan:untuk mengeringkan droplet hingga memiliki kelembapan 11.11% (d.b) pada suhu 80oC adalah 0.453 detik.
b. Aliran udara yang dibutuhkan pada aliran bahan 2”Liter/jam adalah 0.046 kg/s untuk co current flow. Dengan nilai aliran udara tersebut jika dipanaskan dari suhu lingkungan (32 oC) menjadi 80oC dibutuhkan daya 2056 Watt untuk co current flow.
c. Dengan kecepatan axial droplet:sebesar 3.77 m/s pada debet aliran bahan 2 Liter/jam tinggi ruang pengering untuk aliran searah didapat 2.507 m ≈ 2.5 m, dan dengan kecepatan udara yang searah dalam ruang pengering 0.29 m/s tinggi pengeringan pada aliran searah didapatkan 1.69 ≈ 1.7 m. Nilai tersebut akan digunakan sebagai acuan tinggi ruang pengering dan perhitungan pada variasi aliran bahan yang ditambahkan.
d. Dengan variasi suhu udara panas pada desain co current flow didapatkan temperatur yang pas untuk desain tersebut adalah 80 oC.
2. Rancangan alat spray dryer telah dibuat berdasarkan proses yang dibutuhkan. a. Rancangan alat pengering spray dengan menggunakan udara sebagai media
pemanasnya terbagi menjadi tiga sistem utama yaitu sistem atomiser bahan, sistem suplai udara pengering, dan sistem ruang pengering.
A. 28
b. Pada sistem atomiser komponen-komponen yang digunakan adalah kompresor, tanki bertekanan, pressure switch, pressure gauge, regulator, dan nozzle
atomiser. Pada sistem suplai udara panas komponen yang digunakan adalah
blower, exhaust fan, elemen panas, box heater, termocopel, manumeter u. c. Pada sistem ruang pengering, ruang pengering dan arah pencampuran udara
dengan bahan menjadi poin penting yang diperhatikan sedangkan kerangka penyangga hanya sebagai dudukan berdirinya ruang pengering..
3. Telah berhasil dibuat alat yang mudah untuk dibuat, digunakan, ringkas dan tidak memakan banyak tempat serta limbah yang dihasilkan ramah lingkungan dan juga mudah dalam melakukan perawatan berkala pada mesin ini.
DAFTAR PUSTAKA
Delgado, A. Y. C. Velasquez, H. J. C. & Molina, D. A. R. (2015). Thermal and Thermodynamic Characterization of a Dye Powder from Liquid Turmeric Extracts by Spray Drying. Rev. Fac. Nac, Agron. Medellin. 69(1):7845-7854.
Kho, D. (2018). Pengertian Termokopel (Thermocouple) dan Prinsip Kerjanya. Komponen Elektronika. https://teknikelektronika.com/pengertian-termokopel-thermocouple-dan-prinsip-kerjanya. Diakses 4 Mei 2018.
Mufarida, N. A. (2016). Perpindahan Panas & Massa pada Spray Dryer. Jember:Pustaka Abadi.
Mujumdar, A. S. (2015). Handbook of Industrial Drying. Ed ke-4. eBook : CRC Press. Saavedra, Z. Leyva, C. Araujo, B. A. Toxqui, A. & Borras, A. (2015). Technologycal
Application of Maltodextrins According to the Degree of Polymerization. Molecules,
