Laporan Tray Dryer.docx

PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA LAPORAN LENGKAP TRAY DRYER Laporan ini disusun untuk diajukan sebagai tugas mata kuliah laboratorium Teknik Kimia Disusun oleh: Annisa Feni Haryati

(171411002)

Dieni Nurul Fathiyyah

(171411003)

Iqbal Muhamad Fariz

(171411015)

Kismiazi

(171411018)

Valentino Sihombing

(171411029)

Kelas: 2A/D3-TEKNIK KIMIA

Tanggal Praktikum : 27 Maret 2019 Tanggal Penyerahan Laporan : 4 Maret 2019

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Kendala dalam hal peningkatan produksi salah satunya oleh proses pengeringan, karena masih mengandalkan sinar matahari. Sehingga ketergantungan pada kondisi iklim saat pengeringan, menjadikan persoalan tersendiri. Ini mengakibatkan tidak bisa mengoptimasi kapasitas produksi,karena proses pengeringan tergantung pada intensitas cahaya matahari, yang memerlukan tempat yang sangat luas. Selain itu hiegenis dari suatu produk juga menjadi hal yang kurang diperhatikan dengan pengeringan yang mengandalkan matahari. Dengan kasus seperti diatas, maka dengan semakin majunya suatu sistem pemprosesan pada industri proses dalam mendukung proses produksi telah terdapat berbagai bentuk alat pengering. Alat-alat pengering tersebut antara lain tray dryer,screen conveyor, tower dryer, rotary dryer dryer dan spray dyer (Geankoplis). 1.2 Tujuan 1) Membuat kurva karakteristik pengeringan 2) Menentukan tiga harga karakteristik pengeringan, yaitu: a. Konstanta laju pengeringan konstan; b. Kandungan air kritik, dan c. Kandungan air kesetimbangan

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Pengeringan Pengeringan merupakan proses pengurangan kadar air suatu bahan hingga mencapai kadar air tertentu. Dasar proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air bahan ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Agar suatu bahan dapat menjadi kering, maka udara harus memiliki kandungan uap air atau kelembaban yang lebih rendah dari bahan yang akan dikeringkan (Trayball E.Robert, 1981). Pengaturan suhu dan lamanya waktu pengeringan dilakukan dengan memperhatikan kontak antara alat pengering dengan alat pemanas baik itu berupa udara panas yang dialirkan maupun alat pemanas lainnya. 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. (Mc. Cabe . 1999) Menurut Brooker, et al., (1974), beberapa parameter yang mempengaruhi waktu yang dibutuhkan

dalam proses pengeringan, antara lain : a) Suhu Udara Pengering Laju penguapan air bahan dalam pengeringan sangat ditentukan oleh kenaikan suhu. Bila suhu pengeringan dinaikkan maka panas yang dibutuhkan untuk penguapan air bahan menjadi berkurang. Suhu udara pengering berpengaruh terhadap lama pengeringan dan kualitas bahan hasil pengeringan. Makin tinggi suhu udara pengering maka proses pengeringan makin singkat. Biaya pengeringan dapat ditekan pada kapasitas yang besar jika digunakan pada suhu tinggi, selama suhu tersebut sampai tidak merusak bahan. b) Kelembaban Relatif Udara Pengering Kelembaban udara berpengaruh terhadap pemindahan cairan dari dalam ke permukaan bahan. Kelembaban relatif juga menentukan besarnya tingkat kemampuan udara pengering dalam menampung uap air di permukaan bahan. Semakin rendah RH udara pengering, maka makin cepat pula proses pengeringan yang terjadi, karena mampu menyerap dan menampung uap air lebih banyak dari pada udara dengan RH yang tinggi. Laju penguapan air dapat ditentukan berdasarkan perbedaan tekanan uap air pada udara yang mengalir dengan tekanan uap air pada permukaan bahan yang dikeringkan. Tekanan uap jenuh ini ditentukan oleh besarnya suhu dan kelembaban relatif udara. Semakin tinggi suhu, kelembaban relatifnya akan turun sehingga tekanan uap jenuhnya akan naik dan sebaliknya. c) Kecepatan Aliran Udara Pengering Pada proses pengeringan, udara berfungsi sebagai pembawa panas untuk menguapkan kandungan air pada bahan serta mengeluarkan uap air tersebut. Air dikeluarkan dari bahan dalam bentuk uap dan harus secepatnya dipindahkan dari bahan. Bila tidak segera dipindahkan maka air akan menjenuhkan atmosfer pada permukaan bahan, sehingga akan memperlambat pengeluaran air selanjutnya. Aliran udara yang cepat akan membawa uap air dari permukaan bahan dan mencegah uap air tersebut menjadi jenuh di permukaan bahan. Semakin besar volume udara yang mengalir, maka semakin besar pula kemampuannya dalam membawa dan menampung air di permukaan bahan. d) Kadar Air Bahan Pada proses pengeringan sering dijumpai adanya variasi kadar air bahan. Variasi ini dapat dipengaruhi oleh tebalnya tumpukan bahan, RH udara pengering serta kadar air awal bahan. Hal tersebut dapat diatasi dengan cara : (1) mengurangi ketebalan tumpukan bahan, (2) menaikkan kecepatan aliran udara pengering, (3) pengadukan bahan. Pengeringan yang terlampau cepat dapat merusak bahan, oleh karena permukaan bahan terlalu cepat kering sehingga kurang bisa diimbangi dengan kecepatan gerakan

air di dalam bahan yang menuju permukaan bahan tersebut. Adanya pengeringan cepat menyebabkan pengerasan pada permukaan bahan, selanjutnya air di dalam bahan tersebut tidak dapat lagi menguap karena terhambat. Dalam pengeringan, keseimbangan kadar air menentukan batas akhir dari proses pengeringan. Kelembaban udara nisbi serta suhu udara pada bahan kering biasanya mempengaruhi keseimbangan kadar air. Pada saat kadar air seimbang, penguapan air pada bahan akan terhenti dan jumlah molekul - molekul air yang akan diuapkan sama dengan jumlah molekul air yang diserap oleh permukaan bahan. Laju pengeringan amat bergantung pada perbedaan antara kadar air bahan dengan kadar air keseimbangan. Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan semakin cepat pindah panas ke bahan dan semakin cepat pula penguapan air dari bahan. Pada proses pengeringan, air dikeluarkan dari bahan dapat berupa uap air. Uap air tersebut harus segera dikeluarkan dari atmosfer di sekitar bahan yang dikeringkan. Jika tidak segera keluar, udara di sekitar bahan pangan akan menjadi jenuh oleh uap air sehingga memperlambat penguapan air dari bahan pangan yang memperlambat proses pengeringan.

2.2 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. 2.3 Mekansime Pengeringan

Mekanisme pengeringan diterangkan melalui teori tekanan uap. Air yang diuapkan terdiri dari air bebas dan air terikat. Air bebas berada di permukaan dan yang pertama kali mengalami penguapan. Bila air permukaan telah habi, maka terjadi migrasi air dan uap air dari bagian dalam bahan secara difusi. Migrasi air dan uap terjadi karena perbedaan tekanan uap pada bagian dalam dan bagian luar bahan (Handerson dan Perry, 1976). Sebelum proses pengeringan berlangsung, tekanan uap air di dalam bahan berada dalam keseimbangan dengan tekanan uap air di udara sekitarnya. Pada saat pengeringan dimulai, uap panas yang dialirkan meliputi permukaan bahan akan menaikkan tekanan uap air, teruatama pada daerah permukaan, sejalan dengan kenaikan suhunya. Pada saat proses ini terjadi, perpindahan massa dari bahan ke udara dalam bentuk uap air berlangsung atau terjadi pengeringan pada permukaan bahan.

Setelah itu tekanan uap air pada permukaan bahan akan menurun. Setelah kenaikan suhu terjadi pada seluruh bagian bahan, maka terjadi pergerakan air secara difusi dari bahan ke permukaannya dan seterusnya proses penguapan pada permukaan bahan diulang lagi. Akhirnya setelah air bahan berkurang, tekanan uap air bahan akan menurun sampai terjadi keseimbangan dengan udara sekitarnya. Selama proses pengeringan terjadi penurunan suhu bola kering udara, disertai dengan kenaikan kelembaban mutlak, kelembaban nisbi, tekanan uap dan suhu pengembunan udara pengering. Entalpi dan suhu bola basah udara pengering tidak menunjukkan perubahan sebagaimana yang ditunjukkan Gambar 1.

2.4 Laju Pengeringan Data dari proses pengeringan batch biasanya dapat di konversi ke dalam data laju pengeringan sesuai dengan cara berikut. Pertama, data dihitung kembali jika W (kg) adalah berat dari padatan basah (total berat padatan kering + berat air yang terkandung dalam padatan tersebut) dan Ws (kg) adalah berat padatan kering.

Untuk kandungan pengeringan konstan, kandungan air kesetimbangan (X*) dalam kg keseimbangan kandungan air per kg padatan kering ditentukan. Kemudian kelembaban air bebas (X) dalam kg air bebas per kg padatan kering dihitung untuk masing-masing harga X. X = Xt – X*

X diplot terhadap waktu seperti gambar 2. Untuk memperoleh kurva laju pengeringan dari grafik gambar 2, slope dari yang digambarkan pada kurva tersebut dapat dihitung dimana diberikan harga X pada harga t tertentu. Laju R dihitung dengan cara :

Dimana R adalah laju pengeringan dalam kg.H2O/h.m2, Ls (kg) dari padatan kering yang digunakan, dan A menunjukan daerah permukaan untuk pengeringan dalam m2. (Geankoplis, 1993)

Gambar 2. Hubungan Kadar Air dan Waktu Pengeringan dengan

Gambar 3. Kurva laju Periode Konstan

Pada Gambar 3 ditunjukkan kurva laju pengeringan konstan. Pada t=0, kandungan air bebas ditunjukkan pada titik A. Pada permulaan temperature padatan biasanya lebih dingin daripada temperature akhir, dan laju penguapan akan meningkat. Pada titik B temperature permukaan meningkat ke harga kesetimbangannya, tapi jika padatan temperatur awalnya agak panas laju mungkin akan dimulai pada titik A’. keadaan unsteady-state biasanya agak pendek dan itu sering diabaikan pada analisis waktu pengeringan. Dari titik B ke C dihubungkan garis lurus, dikarenakan slope dan laju adalah konstan pada periode ini. Constan-rate period pada gambar 3 ditunjukkan oleh garis BC. Pada titik C dikedua kurva, laju pengeringan menurun ke fallin-rate period hingga mencapai titik D. Pada tiitk D laju pengeringan jauh lebih cepat sampai mencapai titik E, dimana kandungan air pada kesetimbangan adalah X* dan X*-X*=0. Pada beberapa material yang dikeringkan, daerah CD mungkin tidak ada, Perhitungan waktu pengeringan pada periode laju konstan. 𝜽𝒕 = −

𝑳𝒔(𝑿𝒐 − 𝑿𝒄) 𝑨. 𝑹𝒄

Keterangan: 𝜽 = Waktu pengeringan

Ls = Produk Pengeringan

Xo = Kebasahan Awal

Xc =Kebasahan Kritis

A =Luas Permukaan pengeringan

Rc = Laju Pengeringan

2.5 Tray Dryer Tray Dryer merupakan salah satu alat pengering yang terdiri atas beberapa komponen utama yaitu tray, pemanas (heater), timbangan dan blower. Pengeringan menggunakan alat ini dilakukan dengan cara adiabatic, yaitu bahan yang akan dikeringkan dikontakkan langsung dengan udara panas. Bahan yang akan dikeringkan harus dalam bentuk lembaran padatan yang mengandung air. Bahan tersebut dihamparkan pada tray. Proses pengeringan terjadi saat pemanas mulai menyala, panas yang dihasilkan dialirkan dengan menggunakan blower sehingga udara panas tersebut melintasi permukaan padatan yang dihamparkan di atas tray. Udara panas tersebut kondisinya belum jenuh, kemudian pada saat udara panas tersebut bersinggungan dengan padatan akan mencapai kondisi jenuh. Perbedaan kondisi permukaan padatan dengan dasa ruah, dimana padatan memiliki konsentrasi yang lebih tinggi dari fasa ruah menyebabkan terjadinya gaya dorong perpindahan massa, maka air yang terkandung dalam padatan akan berpindah ke udara. Untuk mengetahui berapa massa air yang hilang, dapat diketahui dengan cara menghitung selisih antara massa padatan sebelum dikeringkan dan massa padatan setelah dikeringkan.

Pada proses pengeringan dalam tray dryer aliran udara panas yang dialirkan harus merata agar proses pengeringan pada setiap tray dapat berlangsung merata. BAB III METODOLOGI 3.1 Alat dan Bahan Bahan

Alat Tray Dryer

Kentang

Termometer bola basah dan kering Jam digital yang dapat di-reset

3.2 Prosedur Percobaan 3.2.1

Persiapan

1) Mengiris kentang dengan ketebalan tidak lebih dari 3 mm sebaiknya kotak 2) Menimbang berat tray kosong. 3) Meletakan bahan dalam tray dan mengukur luasnya 4) Memasangkan tray ke dalam penggantungannya, memasangkan timbangan dan menghubungkan

semua koneksi listrik. 5) Catat berat yang ditunjukkan oleh timbangan, sebagai berat awal.

3.2.2

Pengamatan Berat Kering

1) Menimbang cawan pijar 2) Mengambil sepotong sampel yang sudah diketahui luasnya, meletakkan sampel di atas cawan pijar dan menimbang beratnya 3) Memanaskan dalam oven dengan suhu 100˚C sampai berat konstan. 4) Menimbang berat cawan pijar berisi sampel kering

3.2.3

Start Up

1) Menyalakan blower 2) Mengatur temperatur

3) Menyalakan pemanas, catat tempertaur TI1, TI2, dan kelembaban H1, H2 4) Tempatkan bahan yang akan dikeringkan ke dalam tray. 5) Masukan tray yang sudah terisi bahan ke dulem tunnel dan tutup kembali. 6) Mulai menyalakan stop-watch, catat temperatur, kelembaban dan berat secara periodic

3.2.4

Pengamatan

1) Mencatat berat tray setiap 5 menit 2) Menghentikan pengamatan jika telah teramati berat konstan selama 20 menit berturut-turut

3.2.5

Shut Down

1) Matikan pemanas, blower, dan E.L.C.B. 2) Buka pintu tunnel dan pindahkan tray 3) Bersihkan tray

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Pengamatan

1) Objek pengamatan a. Jenis sampel

: Kentang

2) Variabel operasi a. Laju alir udara diukur di keluaran tray dryer : dm3/detik b. Set point temperatur pemanas : 32-34 ℃ c. Tray yang dipakai : atas 3) Pengukuran berat kering solid a. Berat basah sampel

: 23,2 gram

b. Berat kering sampel

: 8,85 gram

4) Pengamatan berat dalam tray dryer a. Berat tray kosong : 334,35 gram b. Berat tray awal setelah diisi sampel: 355,55 c. Perkembangan berat total sampel dan tray sepanjang waktu sesuai tabel berikut

Wakt u

Berat Tray + kentang (gr)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

355,55 355 353,9 352,7 351,4 350,3 349,2 347,9 346,1 345,7 344,8 344,5 343,7 343,2 343,2 343,2 343,2

Temperatur (0C) Udara Udara Masuk Keluar 32 30,4 33 30,7 33 31 33 31,1 33 31,1 34 31,7 34 31,7 34 32 34 31,7 34 29,5 34 29,3 34 28,6 34 29,2 34 31,6 34 31,2 34 29,7 34 27,5

Kelembaban Masuk

Keluar

43,1 32,8 32 31,8 32,2 32,3 32,3 31,6 30,5 30,9 30,5 30,9 30,5 29,8 31,2 30,1 30,4

57,8 54,4 55,1 55,4 55,6 55,3 55,4 55,2 54,3 54,9 54,8 54,3 54,3 54,3 54,5 54,7 55,1

Berat Kenta ng (gr) 21,2 20,65 19,55 18,35 17,05 15,95 14,85 13,55 11,75 11,35 10,45 10,15 9,35 8,85 8,85 8,85 8,85

5) Grafik Berat bersih Terhadap Waktu

Berat bersih vs waktu 25

Berat

20 15 10 5 0 0

10

20

30

40

50

60

70

waktu

Gambar 4. Kurva berat bersih terhadap waktu 6) Berat Kering Bahan Ls = 𝟖, 𝟖𝟓 𝒈𝒓

80

90

7) Grafik Kadar Air terhadap Waktu Waktu 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

X (Kadar Air) 1,3955 1,3333 1,2090 1,0734 0,9266 0,8023 0,6780 0,5311 0,3277 0,2825 0,1808 0,1469 0,0565 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

Kadar Air (X) vs waktu (t) 1.6 1.4

kadar air (X)

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

10

20

30

40

50

60

70

waktu (t)

Gambar 5. Kurva Kadar Air (X) terhadap Waktu

80

90

8) Periode Laju Konstan (Rc)

Kadar Air Vs Waktu 1.6

1.4 y = -0,0232x + 1,392 R² = 0,979

Kadar Air

1.2 1

0.8 0.6 0.4

0.2 0 -0.2 0

10

20

30

40

50

60

70

Waktu

Gambar 6. Kurba Kadar Air terhadap Waktu (Diambil dari gambar 5 yang membentuk garis lurus) Rc = 𝟎, 𝟐𝟑𝟕 𝐊𝐠 𝐇𝟐𝐎/𝐣𝐚𝐦. 𝒎𝟐 9) Titik Kesetimbangan Pengeringan di menit ke 65 hingga di menit ke 80 pada grafik X vs waktu didapatkan titik kesetimbangan atau kadar air (X*) sudah konstan yang nilainya X*=0. 10) Grafik R vs X

Gambar 7. Kurva Karakteristik Pengeringan X* : Titik Kesetimbangan Xc : Kebasahan kritis Xo : Kebasahan Awal

nilainya X* = 0 nilainya Xc = 1,2090 nilainya Xo = 1,3333

4.2 Pembahasan

BAB V SIMPULAN 5.1 Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut : 1) Sampel : Apel Kandungan air kritik (XC) : 1,2090 2) Laju pengeringan konstan (Rc) : 0,237 kg H2O/jam.m2 3) Kandungan air kesetimbangan (X*) : 0 5.2 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. 5.3 Semakin lama waktu yang digunakan dalam pengeringan metoda tray dryer, berat sampel akan semakin konstan karena air yang terdapat dalam sampel telah berada pada keseimbangannya dengan kelembaban udara pengering yang digunakan.

DAFTAR PUSTAKA Brooker DB, Bakker-arkemaand FW, Hall CW. 1974. Drying Cereal Grains. The AVI publishing Company. Inc. Wesport Departemen Teknik Kimia ITB. No Date. “Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II”. akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/.../modul-202-pengeringan.pdf Geankoplis, J, Christie, 1993,”Transport Process and Unit Operation 3rd Edition”, New Jersey: University of Minnesota, chapter: drying of process material Henderson SM, Perry RL. 1976. Agricultural Process Engineering 3th. Edition, The AVI Publishing Company.Inc. Wesport Connecticut. USA Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill Book Co., New York, 1993, Chapter: Humidification and Drying Polsri. No date. TINJAUAN PUSTAKA http://eprints.polsri.ac.id/1965/3/FIX%20BAB%20II.pdf Sugiono. 1989. “Pengantar Teknologi Makanan dan Minuman”. Yogyakarta. Treybal, R.E., Mass Transfer Operations, McGraw-Hill, 1981, Chapter: Humidification and Drying Undip. No date. TINJAUAN PUSTAKA. http://eprints.undip.ac.id/45498/6/BAB_2.pdf [ 27 Maret 2016]

LAMPIRAN Perhitungan 1. Berat Kering Bahan 𝐿𝑠 =

𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑥 (𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑑𝑖 𝑡𝑟𝑎𝑦 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑡 = 0 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑠𝑎ℎ

𝐿𝑠 =

8,85 𝑔𝑟 𝑥 21,2 𝑔𝑟 = 8,85 𝑔𝑟 21,2 𝑔𝑟

2. Perhitungan Kadar Air 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑏𝑒𝑟𝑠𝑖ℎ 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑑𝑖 𝑇𝑟𝑎𝑦 − 𝐿𝑠 𝐿𝑠 21,2 − 8,85 𝑋= = 1,3955 8,85 𝑋=

3. Laju periode konstan Dari grafik Kadar air (X) vs waktu (t) didapatkan persamaan linier: y = -0,0232x + 1,392 R² = 0,979 𝑑𝑥

dengan 𝑑𝑡 = −0,0232𝑥 A tray = 520 cm2 = 0,052 m2 Maka laju pengeringan 𝐿𝑠 𝑑𝑥 𝑅𝑐 = − 𝑥 𝐴 𝑑𝑡 (−0,0232) 8,85 𝑥10−3 𝐾𝑔 𝑅𝑐 = − 0,052 𝑚2 𝑥 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 x

60 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 1 𝐽𝑎𝑚

= 0,237 Kg H2O/jam. 𝑚2