i
LAPORAN PRAKTIKUM UNIT OPRERASI BIOPROSES 2
TRAY DRAYING ’
Disusun Oleh KELOMPOK 6
Adithya Fernando Sitorus 1306447764 Fakhri Rafiki 1306447751
Sonia Limoes 1306412142
Ulina Ayu Pangesti 1306447726
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INODNESAI
2016
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan YME, karena berkat rahmat dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan makalah ini. Makalah ini berisikan tentang laporan percobaan pada praktikum ‘Tray Drying’ pada mata kuliah Praktikum Unit Operasi Bioproses. Percobaan ini dilakukan di Laboratorium Proses, Departemen Teknik Kimia, Universitas Indonesia.
Terima kasih kami ucapkan kepada dosen kami yang kami hormati Eny Kusriniselaku pembimbing mata kuliah Praktikum Unit Operasi Bioproses yang telah membimbing kami selama pembuatan makalah ini; asisten laboratorium dan teman-teman Departemen Teknik Kimia khususnya angkatan 2013 yang selalu mendukung dan membantu proses penyelesaian makalah ini; dan semua pihak yang terlibat dalam pembuatan makalah yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu di sini.
Semua ide dan isi dari karya ini terinspirasi dari keadaan masyarakat Indonesia dan kami bermaksud untuk meningkatkan kualitas lingkungan di Indonesia. Semoga makalah ini akan bermanfaat bagi warga Universitas Indonesia pada khususnya dan masyarakat Indonesia pada umumnya disamping sebagai salah satu tugas mata kuliah Pencegahan Pencemaran
Depok, April 2016 Penulis,
ii DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... ii
BAB I - PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Manfaat ... 2
BAB II - TEORI DASAR ... 3
2.1 Definisi dan Mekanisme Pengeringan ... 3
2.2 Tray Drying ... 4
2.3 Persamaan Tray Drying... 6
2.4 Kurva Pengeringan ... 7
BAB III - PERCOBAAN ... 8
3.1. Alat dan Bahan ... 8
3.2 Variabel-Variabel dalam Percobaan ... 8
3.3 Prosedur Percobaan ... 9
BAB IV - DATA DAN PENGOLAHAN DATA ... 11
4.1 Pengaruh ukuran partikel terhadap pengeringan ... 11
4.2 Pengaruh kecepatan udara terhadap pengeringan ... 18
4.3 Pengaruh Perubahan suhu terhadap Pengeringan ... 25
BAB V – ANALISIS ... 32
5.1 Analisis pengaruh ukuran partikel terhadap laju pengeringan ... 32
5.2 Analisis pengaruh kecepatan udara terhadap laju pengeringan ... 37
5.3 Analisis pengaruh suhu terhadap laju pengeringan ... 40
BAB VI - KESIMPULAN ... 42
DAFTAR PUSTAKA ... 43
1 BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Percobaan ini berkaitan dengan teknik pengeringan dengan judul ‘Tray Drying’. Pengeringan adalah proses untuk menghilangkan sejumlah cairan volatil yang terdapat dalam padatan dengan cara evaporasi. Di Industri kimia proses pengeringan adalah salah satu proses yang penting. Proses pengeringan ini dilakukan biasanya sebagai tahap akhir sebelum dilakukan pengepakan suatu produk ataupun proses pendahuluan agar proses selanjutnya lebih mudah, mengurangi biaya pengemasan dan transportasi suatu produk dan dapat menambah nilai guna dari suatu bahan. Dalam industri makanan, proses pengeringan ini digunakan untuk pengawetan suatu produk makanan. Mikroorganisme yang dapat mengakibatkan pembusukan makanan tidak dapat dapat tumbuh pada bahan yang tidak mengandung air, maka dari itu untuk mempertahankan aroma dan nutrisi dari makanan agar dapat disimpan dalam waktu yang lebih lama, kandungan air dalam bahan makanan itu harus dikurangi dengan cara pengeringan. Contoh industri yang mengaplikasikan proses ini, yaitu industri semen, farmasi, dan susu. Pada proses ini terjadi perpindahan massa (mass transfer) dan perpindahan kalor (heat transfer) antara udara pengering dengan bahan padat yang akan dikeringkan.
Konsep perpindahan massa dapat diterapkan dalam pengeringan (drying).
Dalam percobaan ini pengeringan akan dilakukan untuk mengeringkan suatu umpan solid/butiran padat berupa pasir dengan berbagai ukuran menggunakan unit operasi yang dinamakan tray dryer. Tray dryer adalah alat pengering yang dirancang untuk pengeringan bahan yang membutuhkan wadah. Pada alat ini terdapat tray yang digunakan sebagai tempat umpan yang dikeringkan. Proses pengeringan dilakukan pada tray kedua dari atas. Pengeringan dilakukan dengan mengalirkan udara yang dipanaskan dengan heater dan kemudian mengalir ke arah tray-tray umpan. Udara panas inilah yang akan menguapkan air yang terkandung dalam umpan yang berupa pasir hingga kering.
2 1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan dikaji dalam penelitian ini adalah mengenai studi karakteristik laju pangeringan partikel pasir basah. Pada percobaan ini akan dilihat pengaruh ukuran partikel, variasi temperatur, dan variasi laju alir terhadap laju pengeringan.
1.3 Tujuan
Tujuan penulisan makalah
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk memenuhi tugas mata kuliah praktikum Unit Operasi Bioproses.
Tujuan percobaan
Adapun tujuan dari percobaan yang dilakukan adalah:
1 Menentukan kondisi variabel-variabel proses operasi pengeringan yang diperlukan untuk melakukan operasi pengeringan optimum pada proses pengeringan menggunakan tray dryer.
2 Mahasiswa mampu menggunakan Psychrometric Chart.
3 Mahasiswa mampu memprediksi laju pengeringan suatu padatan basah dalam suatu persamaan empiris.
4 Untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel, variasi temperatur, dan variasi laju alir udara terhadap laju pengeringan.
1.4 Manfaat penulisan
Manfaat dari penulisan makalah ini adalah untuk mendalami pemahaman terhadap proses pengeringan menggunakan tray dryer. Selain itu penulisan ini juga bisa memberikan informasi mengenai pengaruh ukuran partikel, variasi temperatur, dan variasi laju alir udara terhadap laju pengeringan pada tray dryer.
3 BAB 2 TEORI DASAR
2.1 Teori Pengeringan
Pengeringan adalah suatu peristiwa perpindahan massa dan energi yang terjadi dalam pemisahan cairan atau kelembaban dari suatu bahan sampai batas kandungan air yang ditentukan dengan menggunakan gas sebagai fluida sumber panas dan penerima uap cairan (Sumber: Treybal, 1980) . Dasar proses pengeringan adalah terjadi penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan ada 2 golongan yaitu faktor yang berhubungan dengan udara pengering seperti suhu, kecepatan udara, kelembapan, dimana makin tinggi udara pengering makin cepat pula proses pengeringan berlangsung dan faktor yang berhubungan dengan bahan yang dikeringkan seperti ukuran bahan, kadar air awal bahan. Pengeringan secara mekanis dapat dilakukan dengan 2 metode yaitu:
1. Continuous drying
Suatu pengeringan bahan dimana pemasukan dan pengeluaran bahan dilakukan terus menerus.
2. Batch drying
Suatu pengeringan dimana bahan masuk ke alat pengering sampai pengeluaran hasil kering, kemudian baru dimasukkan bahan yang berikutnya.
Menurut system proses pengeringan dibedakan menjadi 2 yaitu:
1. Direct drying
Pada system ini bahan dikeringkan dengan cara mengalirkan udara pengering melewati bahan sehingga panas yang diserap diperoleh dari sentuhan langsung antara bahan dengan udara pengering, biasanya disebut dengan pengeringan konveksi.
2. Indirect drying
Pada system ini panas pengeringan di dapat dari dinding pemanas yang bersentuhan dengan bahan yang dikeringkan secara konduksi.
4
Pengeringan biasanya merupakan langkah terakhir dari sederetan operasi dan hasil pengeringan biasanya siap dikemas. Kandungan zat cair dalam bahan yang dikeringkan berbeda dari satu bahan ke bahan lain. Ada bahan yang tidak mempunyai kandungan zat cair sama sekali (bone dry). Pada umumnya zat padat selalu mengandung sedikit fraksi air sebagai air terikat. Zat padat yang akan dikeringkan biasanya terdapat dalam bentuk serpih, bijian, kristal, serbuk, lempeng, atau lembaran sinambung dengan sifat-sifat yang berbeda satu sama lain.
Zat cair yang akan diuapkan bisa terdapat pada permukaan zat padat seperti pada kristal, dapat pula seluruh zat cair terdapat di dalam zat padat seperti pada pemisahan pelarut dari lembaran polimer, atau dapat pula sebagian zat cair di luar dan sebagian di dalam. Jika ditarik garis besarnya, tujuan pengeringan antara lain:
1. Agar produk dapat disimpan lebih lama.
2. Mempertahankan daya fisiologik bahan 3. Mendapatkan kualitas yang lebih baik, 4. Menghemat biaya pengangkutan.
Laju pengeringan dipengaruhi oleh kondisi udara pengering, bentuk dan ukuran partikel yang dikeringkan. Perpindahan massa terjadi bila terdapat kontak antara solid dan udara pengering. Prosesnya adalah terjadi perpindahan massa dari permukaan pertikel kedalam aliran udara pengering.
2.2 Tray Drying
Dalam percobaan ini pengeringan akan dilakukan untuk mengeringkan suatu umpan solid/butiran padat berupa pasir dengan berbagai ukuran menggunakan unit operasi yang dinamakan tray dryer. Tray dryer adalah alat pengering yang dirancang untuk pengeringan bahan yang membutuhkan wadah/pan. Pada alat ini terdapat tray-tray yang digunakan sebagai tempat umpan yang dikeringkan. Proses pengeringan dilakukan pada tray kedua dari atas.
Pengeringan dilakukan dengan mengalirkan udara yang dipanaskan dengan heater dan kemudian mengalir ke arah tray-tray umpan. Udara panas inilah yang akan menguapkan air yang terkandung dalam umpan hingga kering.
5
Alat pengering tipe rak (tray dryer) mempunyai bentuk persegi dan di dalamnya berisi rak-rak yang digunakan sebagai tempat bahan yang akan dikeringkan. Pada umumnya rak tidak dapat dikeluarkan. Beberapa alat pengering jenis itu rak-raknya mempunyai roda sehingga dapat dikeluarkan dari alat pengering. Ikan-ikan diletakkan di atas rak yang terbuat dari logam dengan alas yang berlubang-lubang. Kegunaan dari lubang tersebut untuk mengalirkan udara panas dan uap air.
Alat tersebut juga digunakan untuk mengeringkan hasil pertanian berupa biji-bijian. Bahan diletakkan pada suatu bak yang dasarnya berlubang-lubang untuk melewatkan udara panas. Bentuk bak yang digunakan ada yang persegi panjang dan ada juga yang bulat. Bak yang bulat biasanya digunakan apabila alat pengering menggunakan pengaduk, karena pengaduk berputar mengelilingi bak. Kecepatan pengadukan berputar disesuaikan dengan bentuk bahan yang dikeringkan, ketebalan bahan, serta suhu pengeringan. Biasanya putaran pengaduk sangat lambat karena hanya berfungsi untuk menyeragamkan pengeringan. Keuntungan dari alat pengering jenis tray ini adalah : laju pengeringan lebih cepat, kemungkinan terjadinya over drying lebih kecil, dan tekanan udara pengering yang rendah dapat melalui lapisan bahan yang dikeringkan.
Gambar 2.1 Tray Drier yang digunakan di laboratorium Departemen Teknik Kimia UI
6
Alat pengering tipe bak terdiri atas beberapa komponen sebagai berikut : 1. Bak pengering yang lantainya berlubang-lubang serta memisahkan bak
pengering dengan ruang tempat penyebaran udara panas (plenum chamber).
2. Kipas, digunakan untuk mendorong udara pengering dari sumbernya ke plenum chamber dan melewati tumpukan bahan di atasnya.
3. Unit pemanas, digunakan untuk memanaskan udara pengering agar kelembapan nisbi udara pengering menjadi turun sedangkan suhunya naik.
2.3 Persamaan Tray Drying
Persamaan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:
Menghitung kandungan air:
(1) dengan
Xi = kandungan air dalam pasir (gram air/gr padatan kering) Wst = berat pasir kering dengan tray (g)
Wi = berat pasir dalam tray selama pengamatan (g) Ws = padatan kering (g)
Menghitung laju pengeringan air:
(2) dengan, R = laju pengeringan (g H2O/menit.cm2)
A = luas permukaan pengeringan (cm2) t = waktu pengamatan (menit)
A = 20,3 cm x 30 cm =609 cm2
Menghitung laju penguapan
(3) dengan, m = laju penguapan (g/s)
vi = kecepatan rata-rata udara pengering (cm/s)
7 ρ = densitas udara (g/cm3) A = luas permukaan (cm2)
H= selisih kelembaban downstream – upstream
Menghitung nilai densitas udara
Densitas udara dicari dengan menggunakan persamaan gas ideal:
(4)
(5)
2.4 Kurva Pengeringan
Karakteristik proses pengeringan suatu bahan bergantung pada waktu yang diperlukan, sehingga kurva kandungan air bahan terhadap waktu yang diperlukan untuk mengeluarkan air dari bahan tersebut dapat digambarkan seperti dalam Gambar 2, yang dinamakan kurva pengeringan. Pada proses pengeringan berlaku dua proses, yaitu pada permulaan proses air dipermukaan bahan akan diuapkan, seperti yang digambarkan pada kurva pengeringan yang berkemiringan rendah, kemudian barulah berlaku proses pemindahan air dari bahagian dalam bahan ke permukaaannya. Semakin lama semakin sedikit air yang diuapkan. Proses ini berlangsung sampai air yang terikat saja yang tinggal di dalam bahan tersebut, seperti digambarkan oleh kurva asimptot di sebelah kanan grafik.
Gambar 2.2 Kurva Pengeringan
