PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA LAPORAN
TRAY DRYER
Laporan ini disusun untuk diajukan sebagai tugas mata kuliah laboratorium Teknik Kimia
Dosen Pembimbing : Ir,.Rintis Manfaati,.MT,
Disusun oleh: Kelompok VI Esa Mayasari (131411036) Rd. Yova Salza F (131411045) Rizwan Firzatulloh (131411049) Rahmi Harlen F (131411060) Kelas: 2B
Tanggal Praktikum : 18 Maret 2015
Tanggal Penyerahan Laporan : 25 Maret 2015
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
BAB I PENDAHULUAN
I. LATAR BELAKANG MASALAH
Pengeringan merupakan bagian dalam rangkaian operasi pada industri proses. Pengeringan adalah pemisahan sejumlah kecil air atau zat cair lain dari bahan padat sehingga mengurangi kandungan sisa zat cair di dalam zat padat sampai batas yang dapat diterima.
Zat padat yang akan dikeringkan terdapat dalam berbagai macam bentuk antara lain serpih, biji-bijian, serbuk, kristal, lempeng, atau lembaran sinambung. Untuk mengeringkan bahan-bahan tersebut di industri telah terdapat berbagai bentuk alat pengering. Alat-alat pengering itu antara lain tray dryer, screen conveyor dryer, tower dryer, rotary dryer and spray dryer (Geankoplis, 1993).
II. TUJUAN
Menentukan kandungan air kritik (Xc)
Menentukan laju pengeringan konstan (Rc)
Menentukan kandungan air kesetimbangan (X*)
LANDASAN TEORI III. DASAR TEORI
A. Pengeringan
Pengeringan adalah proses pengeluaran air atau pemisahan air dalam jumlah yang relatif kecil dari bahan dengan menggunakan energi panas. Hasil dari proses pengeringan adalah bahan kering yang mempunyai kadar air setara dengankadar air keseimbangan udara (atmosfir) normal atau setara dengan nilai aktivitas air yang aman dari kerusakan mikrobiologis, enzimatis dan kimiawi.
Proses pengeringan dilakukan dengan cara penguapan air. Cara ini dilakukan dengan menurunkan kelembaban nisbi udara dengan mengalirkan udara panas di sekeliling bahan, sehingga tekanan uap air bahan lebih besar daripada tekanan uap air di udara. Perbedaan tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara.
Tujuan dari pengeringan pada prinsipnya adalah menurunkan kadar air suatu produk sehingga memenuhi rencana penggunaan selanjutnya.
Secara garis besar pengeringan dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu pengeringan secara alami (natural drying) dan pengeringan buatan (artificial drying). Pengeringan secara alami dapat dilakukan dengan cara menjemur di bawah sinar matahari (sun drying). Sedangkan pengeringan secara buatan dilakukan dengan menggunakan alat pengering.
B. Pengeringan Alami
Pengeringan alami atau pengeringan matahari telah digunakan pada daerah beriklim panas untuk memproduksi buah-buahan atau biji-bijian kering. Pengeringan ini dapat dilakukan dengan penyinaran matahari langsung dimana pengeringan dilakukan dengan udara kering panas. Terbukti bahwa buah-buahan kering hanya dihasilkan di daerah dimana keadaan cuaca mendukung seperti temperatur yang relatif tinggi, kelembaban relatif rendah, dan sedikit atau bahkan tidak ada curah hujan.
C. Pengeringan Buatan
Pengeringan adiabatik adalah pengeringan dimana panas dibawa ke alat pengering oleh udara panas. Udara panas ini akan memberikan panas pada bahan pangan yang akan dikeringkan dan mengangkut uap air yang dikeluarkan oleh bahan. Sedangkan pengeringan isotermik adalah pengeringan dimana bahan yang akan dikeringkan berhubungan langsung dengan lembaran atau plat logam panas.
Metoda Umum Pengeringan
Metoda dan proses pengeringan dapat dikelompokkan dengan beberapa cara:
1.Proses partaian (batch)
Jika bahan dimasukkan ke alat pengering dan diproses dalam rentang waktu tertentu.
2.Proses sinambung (continuous)
Jika bahan dialirkan ke alat pengering dan bahan kering dikeluarkan secara terus menerus.Proses pengeringan dapat juga dikelompokkan berdasarkan kondisi untuk mensuplaikalor dan memisahkan air, menjadi :
a. Kalor disuplai dengan cara pengontakkan langsung dengan udara pada tekanan atmosfir, dan uap air yang terbentuk dipisahkan menggunakan udara,
b. Penguapan air dilakukan lebih cepat pada tekanan rendah dan kalor disuplai dengan pengontakkan tidak langsung melalui dinding logam atau radiasi, disebut pengeringan vakum (temperatur rendah dapat juga digunakan untuk bahan yang mudah rusak pada temperatur tinggi), c. Air disublimasikan dari bahan yang dibekukan, disebut pengeringan
beku (freeze drying).
Kelembaban dan Peta Kelembaban
Kelembaban mutlak (H) campuran uap-air adalah massa uap air yang terkandung dalam 1 kg udara kering. Kelembaban bergantung kepada tekanan parsial uap air (PA) dalam udara dan tekanan total (P). Jika berat molekul air 18,02 dan berat molekul udara 28,97.Kelembaban mutlak jenuh (Hs) adalah
kelembaban pada saat tekanan parsial uap air dalam udara sama dengan tekanan uap air jenuh (PAs).Prosen kelembaban (Hp) adalah perbandingan kelembaban mutlak terhadap kelembaban mutlak jenuh dikalikan 100.Peta kelembaban udara-uap air adalah grafik yang memuat sifat-sifat fisik campuran udara udara-uap-air.Pada gambar peta kelembaban di bawah ini menunjukan H terhadap suhu aktual campuran udara-uap air (suhu bola kering).
Setiap titik pada grafik menunjukkan satu campuran dengan komposisi tertentu antara udara dan air.Garis kurva bertanda 100% menunjukkan kelembaban udarajenuh (Hs) sebagai fungsi temperatur udara. Setiap titik yang terletak pada sebelah bawah garis jenuh menunjukkan udara yang tidak jenuh,dan titik-titik pada sumbu temperatur adalah udara kering. Garis-garis lengkung antara garis jenuh dan sumbu temperatur yang ditandai dengan persen menunjukkan campuran udara-air pada persen kelembaban tertentu.
Temperatur Bola Basah
Sifat-sifat yang dibahas dan yang terlihat pada grafik kelembaban adalah besaran-besaran statik atau kesetimbangan. Disamping itu, yang terpenting adalah laju perpindahaan massa dan kalor antara gas dan zat cair yang tidak berada pada kesetimbangan. Suatu besaran yang bergantung pada kedua laju ini adalah temperatur bola basah.Temperatur penjenuhan adiabatik adalah temperatur pada keadaan tunak yang dapat dicapai jika sejumlah air dikontakkan dengan udara, sehingga temperatur dan kelembaban udara berubah.Temperatur bola basah adalah temperatur yang dapat dicapai pada keadaan tunak tak setimbang jika sejumlah air dikontakkan dengan aliran udara secara sinambung pada keadaan adiabatik.Temperatur dan kelembaban udara tidak berubah karena jumlah airnya kecil.Metoda pengukuran suhu bola basah diilustrasikan dengan sebuah termometer yang dibalut dengan kapas atau tisu yang dibasahi, lalu dialirkan udara. Air dari kapas atau tisu akan teruapkan secara tunak dan suhu tisu akan turun kemudian tetap.
Kandungan Air Kesetimbangan
Pengeringan suatu bahan umumnya dilakukan menggunakan cara pengontakkan dengan campuran udara-uap air. Udara yang digunakan berjumlah
besar sehingga kondisinya dapat dianggap tetap. Pengontakkan yang lama akan menghasilkan kandungan air dalam padatan mencapai nilai tertentu, yang disebut kandungan air kesetimbangan pada H dan T udara tertentu. Kandungan air kesetimbangan untuk beberapa jenis padatan bergantung dari arah mana kesetimbangan didekati. Kandungan air kesetimbangan karena bahan penyerap air akan berbeda dengan kandungan air kesetimbangan karena bahan basah dikeringkan.
Air kesetimbangan dan Air bebas
Udara yang berfungsi sebagai fluida pengering selalu memiliki kandungan air dan mempunyai kelembaban relatif tertentu.Untuk udara dengan kelembaban relatif tertentu, kandungan air yang keluar dari pengering tidak dapat kurang dari air kesetimbangan yang berkaitan dengan kelembaban udara masuk.Ada sebagian air yang terdapat dalam zat padat yang basah tersebut tidak dapat dikeringkan oleh udara masuk karena kandungan air kesetimbangan pada udara pengering tersebut. Air bebas adalah adalah selisih kandungan air total didalam zat padat dengan kandungan air dalam equililbrium moisture.
Jika Xt adalah kandungan moisture total dan X* adalah kandungan air kesetimbangan, Air bebas X dapat dihitung dengan persamaan :
X = Xt – X*
Dimana :Xt : kandungan air total
X* : Kandungan air kesetimbangan
Kandungan air bebas adalah air yang dapat dipisahkan menggunakan cara pengeringan pada kelembaban relative tertentu.
Laju Pengeringan
Laju pengeringan diperlukan untuk merencanakan jadwal (waktu) pengeringan dan untuk memperkirakan ukuran alat yang digunakan untuk pengeringan suatu bahan tertentu. Dalam kaitan dengan ini perlu diketahui berapa lama diperlukan untuk mengeringkan suatu bahan dari suatu kandungan air tertentu sampai kandungan air yang lain dan bagaimana pula pengaruh kondisi udara pengering terhadap waktu tersebut.
Seperti halnya kandungan air kesetimbanagan, laju pengeringan suatu bahan juga tidak dapat diramalkan tetapi harus dengan diamati dan ditentukan
dengan percobaan.Percobaan pengeringan dilakukan dengan cara mengeringkan suatu bahan dengan kondisi (suhu, kelembaban dan laju alir) udara yang tetap. Berat bahan diamati pada tiap selang waktu tertentu.Dari data berat bahan pada berbagai waktu selama pengeringan dapat ditentukan laju pengeringan pada berbagai saat.Percobaan pengeringan ini dilakukan sampai bahan tidak mengalami perubahan berat.
Kurva laju pengeringan konstan
Data yang diperoleh dari percobaan pengeringan batch biasanya berupa berat total pada berbagai waktu. Data tersebut dikonversi menjadi laju pengeringan dengan langkah berikut ini.
Xt = (W – Ws) / Ws = kg air/kg padatan kering Dimana :
Xt = kandungan air setiap saat W = berat bahan setiap saat Ws = berat bahan bebas air
Kandungan air kesetimbangan pada kondisi tertentu dapat ditentukan, misalnya X* selanjutnya dihitung kandungan air bebasnya dengan menggunakan persamaan:
X = Xt – X*
X diplot terhadap waktu,kemudian dihitung laju pengeringan R dan diplot terhadap X.Dimana : R : laju pengeringan, kg air/kg padatan
A : luas permukaan yang kontak padatan dengan udara pemanas. Jenis Jenis Alat Pengering
1. Pengering Baki
Pengering baki (tray dryer) disebut juga pengering rak atau pengering kabinet, dapat digunakan untuk mengeringkan padatan bergumpal atau pasta, yang ditebarkan pada baki logam dengan ketebalan 10-100 mm.
2. Vacuum-Shelf Indirect Dryers
Pengering rak vakum adalah pengering partaian (batch) dengan pemanasan tak langsung, sama dengan pengering baki. Pengering terdiri dari
kabinet yang terbuat dari besi cor atau pelat baja, dengan pintu yang rapat sehingga dapat dioperasikan pada keadaan vakum..Pengering ini digunakan untuk mengeringkan bahan yang mahal, sensitif terhadap suhu atau mudah teroksidasi. 3. Pengering Terowongan Sinambung
a.pengering terowongan dengan gerobak dan udara berlawanan arah b.pengering konveyer dengan sirkulasi
4. Pengering Putar
Pengering putar terdiri dari sebuah silinder yang diputar dan dipasang sedikit miring.
5. Pengering Drum
Pengering drum digunakan untuk mengeringkan bahan padat yang berupa slurry atau pasta.
6. Spray Dryer
Cairan yang akan dikeringkan disemprotkan kedalam aliran gas panas dalam pengering, membentuk tetesan yang halus. Air menguap sangat cepat dan padatan kering bergerak ke bawah.Aliran gas dan cairan dapat searah, berlawanan atau kombinasi.
Per
siapan
• pot ong -po ton g r oti kup as sam pai be ruk ura n 2 -3 mm hi ngga b. mba i le rot ga ing seh kit edi ir s n a tka pra ci dan an kur a u sam • tim ban g b era t tr ay kos ong • Let akk an bah an pad a tra y . • Pas ang tra y ke da lam pe ngg ant ung nya , p asa ngk
an rik ist si l nek ko mua se kan ung hub an , d gan ban tim . • Cat at b era t y ang di tun juk kan ol eh tim ban gan se bag ai b era t al. aw
Pen
ga
mat
an
ring
ke
rat
be
ji. rlo a a kac ah ebu g s ban Tim •• Am bil sep oto ng sam pel ya ng sud ah dik eta hui lu asn
ya. era g b ban tim an i d loj ar aca s k ata di pel sam an akk Let tny a. • Pan ask an dal am ov en ber suh u 1 00 0 C s am pai te rca pai be
rat n. sta kon
• Set ela h s ele sai la ngk ah dia tas , ti mba ng ber at c aw an pija
r ng. eri l k mpe sa isi ber
Per
cob
aan
• Nya lak an blo wer de nga n b uka an yan g s esu ai d engan . san uga pen
• Set te mpe rat ure T =65 °C k em udi an nya lak an pem ana s. • Cat at b era t tra y be ris i b aha n s etia p 1 0 m eni t. • Jik a te lah te ram ati ber at k ons tan , h ent ika n p eng am ata n. • Mat ika n p em ana s, b iar kan bl ow er tet ap hid up set ida kny a 5 it. men • Lep ask an tra y da n b ers ihk an. ke mud ian m atik an blo wer .
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
V. DATA PENGAMATAN 1. Objek pengamatan
a. Jenis sampel : roti tawar
b. Luas permukaan : 2 x 0.022 m2 = 0.044 m2
2. Variabel operasi
a. Laju alir udara diukur di keluaran tray dryer : meter3/detik
b. Set point temperatur pemanas : 65 ℃
c. Tray yang dipakai : atas dan bawah 3. Kondisi udara lingkungan
a. Suhu bola kering : 28.68 ℃ (rata-rata)
b. Suhu bola basah : 24 ℃ (rata-rata)
4. Pengukuran berat kering solid
a. Berat basah sampel : 5.42 gram
b. Berat kering sampel : 3.2 gram
c. Temperatur oven : 100 ℃
d. % pengeringan : 61.24%
5. Pengamatan berat dalam tray dryer
a. Berat tray kosong : 190.9 gram
b. Berat tray awal diisi sampel : 245.6 gram
Perkembangan berat total sampel dan tray sepanjang waktu sesuai tabel berikut: Wakt u (men it) Bera t tray (gra m) Temperatur Bera t roti (gra m) % Humidi ty (X*) Keseti m-banga n air Udara masuk ( ℃ ) Sebel um Tray Udara keluar ( ℃ ) Keri ng Basah ℃ Keri ng Basah 0 245.6 0 26 22.7 35 28 23 54.70 60 8 10 242.5 0 27 24.5 47 30 24 51.60 60 8 20 238.7 0 27 26 46 34 24 47.80 40 6 30 235.9 0 28 26 48 38 25 45.00 34 3.8 40 234.1 0 28 26 48 38 25 43.20 34 3.8 50 232.6 0 28 25 48 38 25 41.70 31 3 60 229.1 0 31 27 49 38 25 38.20 31 3 70 228.0 1 29 26 50 38 25 37.11 31 3 80 226.9 0 29 26 48 38 26 36.00 35 4 90 225.4 0 29 26 51 38 26 34.50 35 4 100 224.8 0 29 26 49 36 25 33.90 58 8 110 224.5 0 29 26 49 36 25 33.60 58 8 120 224.4 0 29 26 49 36 25 33.50 58 8 130 224.4 0 29 26 49 36 25 33.50 58 8 140 224.4 0 29 26 49 36 25 33.50 58 8
0 50 100 150 0 10 20 30 40 50 60 f(x) = - 0.15x + 50.32 R² = 0.88
Berat roti
Berat rotiLinear (Berat roti)
Waktu (menit) Berat roti (gram)
Grafik Berat roti kering terhadap waktu
Kadar pengeringan = 33.5 54.7×100=61.24 Xt X* X 0.632 84 60 59.367 -2 0.540 3 60 59.459 -7 0.426 87 40 39.573 -1 0.343 28 34 33.656 -7 0.289 55 34 33.710 -4 0.244 78 31 30.755 -2 0.140 3 31 30.859 -7 0.107 76 31 30.892 -2 0.074 63 35 34.925
-4 0.029 85 35 34.970 -1 0.011 94 58 57.988 -1 0.002 99 58 -57.997 0 58 -58 0 58 -58 0 58 -58
Dengan menggunakan rumus X = Xt-X* hasilnya negative jadi kami menggunakan X = Xt.
Kadar air terhadap waktu Waktu
(menit) Berat roti(gram) Xt
0 54.7 0.632835821 10 51.6 0.540298507 20 47.8 0.426865672 30 45 0.343283582 40 43.2 0.289552239 50 41.7 0.244776119 60 38.2 0.140298507 70 37.11 0.107761194 80 36 0.074626866 90 34.5 0.029850746 100 33.9 0.011940299 110 33.6 0.002985075 120 33.5 0 130 33.5 0 140 33.5 0
0 100 200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 f(x) = - 0x + 0.5 R² = 0.88 Xt terhadap t Linear (Xt terhadap t) Waktu (menit) Xt (kg H2O/kg kering)
Grafik Xt terhadap waktu
Grafik antara laju pengeringan (R) terhadap kadar air (X)
Xt R 0.632836 0 0.540299 0.113183 0.426866 0.13874 0.343284 0.128 0.289552 0.129 0.244776 0.127 0.140299 0.127787 0.107761 0.061 0.074627 0.06 0.029851 0.054766 0.01194 0.021906 0.002985 0.010953 0 0.003651 0 0 0 0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 0.05 0.1 0.15
R terhadap Xt
R terhadap Xt Xt (kg H2O/kg solid) R ( kg H2O/jam.m2)Tabel Pengamatan Berat Kering
Waktu (menit)
Berat Roti dan Kaca Arloji (gram) 0 26.95 10 26.49 20 25.85 30 25.25 40 24.93 50 24.78 60 24.74 70 24.74 80 24.73 90 24.73
VI. PEMBAHASAN
Esa Mayasari 131411036
Pada praktikum kali ini adalah pengeringan dengan metode tray dryer menggunakan sampel roti tawar. Pengeringan dengan metode tray dryer ini menggunakan tray dan pemanas (heater) sebagai komponen utama untuk mengeringkan sampel. Metode ini juga menggunakan blower dan timbangan sebagai komponen utamanya dengan prinsip sampel yang akan dikeringkan dilewtkan udara panas. Roti tawar yang digunakan berbentuk lembaran yang menutupi tray. Udara panas yang melewati roti dalam tray menguapkan air yang ada dalam roti ke udara, sehingga kadar air dalam roti berkurang. Walaupun begitu udara yang digunakan untuk mengeringkan roti juga berasal dari udara sekitar yang telah mengandung uap air dari roti sehinga akan terjadi kesetmbangan kadar air antara roti dan udara yang berada sekitar system tray dryer. Tujuan dari percobaan ini sendiri adalah untuk mendapatkan nilai kandungan air kritik (Xc), laju pengeringan konstan (Rc) dan kandungan air kesetimbangan (X*).
Seperti yang terlihat pada grafik berat roti kering terhadap waktu, berat roti terlihat berkurang seiring dengan lama waktu pemanasan. Hal ini menunjukkan hilangnya berat air ke udara sekitar system dan terjadi kesetimbangan kelembaban pada system sekitar tray dryer dan roti. Sehingga sebenarnya roti yang telah mengalami pengeringan tidak benar-benar kering hanya saja kadar airnya sudah mengalami kesetimbangan dan jenuh. Massa air yang hilang pada roti setelah mengalami pemanasan adalah 61,24%. Kandungan air keseimbangan yang terkandung dalam roti tawar menurut percobaan adalah 0,15.
Setelah terjadi kontak antara roti dan udara panas dari heater suhu roti akan menyesuaikan diri sampai terjadi keadaan steady atau konstan . Suhu bahan padat dan laju pengeringan akan naik atau turun mencapai kondisi steady. Pada kondisi ini suhu bola basah dari media pengering, dan akibatnya suhu dalam bahan padat juga akan sama dengan suhu bola basah dari udara. Apabila suhu tersebut mencapai suhu bola basah dari udara, maka akan didapat suatu kondisi yang cukup stabil, dan laju pengeringan juga akan konstan. Keadaan ini disebut periode pengeringan dengan laju konstan atau disebut dengan constant rate drying period. Laju pengeringan konstan yang di dapat adalah 13 m3/s.
VII. KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut :
Kandungan air kritik (Xc) : 0.1
Laju pengeringan konstan (Rc) : 13 m3/s
Kandungan air kesetimbangan (X*) : 0.15
Mekanisme yang terjadi pada percobaan ini adalah perpindahan energi dari lingkungan untuk menguapkan air yang terdapat di permukaan benda padat dan perpindahan massa air yang terdapat di dalam benda ke permukaan.
Semakin lama waktu yang digunakan dalam pengeringan metoda tray dryer, berat sampel akan semakin konstankarena air yang terdapat dalam sampel telah berada pada keseimbangannya dengan kelembaban udara pengering yang digunakan.
VIII. DAFTAR PUSTAKA
Anonim. Tanpa tahun. Teknologi Pengolahan Bahan Pangan. Bogor : http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Teknik%20Pengolahan
%20Pangan/bab8.php
Rohman, Saeful. 2008. Teknologi Pengeringan Bahan Makanan. Tanpa kota : http://majarimagazine.com/2008/12/teknologi-pengeringan-bahan-makanan/
Sianipar, Roy. 2009. Pengeringan. Tanpa kota :
