3

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Definisi 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).

Metode pengeringan secara umum terbagi menjadi dua, pengeringan alami dan

pengeringan buatan. Pengeringan alami membutuhkan lahan yang luas, sangat

tergantung pada cuaca, dan sanitasi hygiene sulit dikendalikan sedangkan pada

pengeringan buatan kendala tersebut dapat diatasi. Kelemahan Pengeringan buatan

adalah memerlukan keterampilan dan peralatan khusus, serta biaya lebih tinggi

dibanding pengeringan alami.

Mekanisme pengeringan ketika benda basah dikeringkan secara termal dan

berlangsung secara simultan ada dua. Mekanisme pertama perpindahan energi dari

lingkungan untuk menguapkan air yang terdapat di permukaan benda padat.

Perpindahan energi dari lingkungan ini dapat berlangsung secara konduksi, konveksi,

radiasi, atau kombinasi dari ketiganya. Proses ini dipengaruhi oleh temperatur,

kelembapan, laju dan arah aliran udara, bentuk fisik padatan, luas permukaan kontak

dengan udara dan tekanan. Proses ini merupakan proses penting selama tahap awal

pengeringan ketika air tidak terikat dihilangkan. Penguapan yang terjadi pada

permukaan padatan dikendalikan oleh peristiwa difusi uap dari permukaan padatan ke

lingkungan melalui lapisan film tipis udara. Mekanisme yang kedua perpindahan massa

air yang terdapat di dalam benda kepermukaan. Ketika terjadi penguapan pada

permukaan padatan, terjadi perbedaan temperatur sehingga air mengalir dari bagian

dalam benda padat menuju ke permukaan benda padat. Struktur benda padat tersebut

akan menentukan mekanisme aliran internal air.

4

2.2 Jenis-jenis pengeringan

Jenis-jenis pengeringan berdasarkan karakteristik umum dari beberapa

pengering konvensional dibagi atas 8 bagian, yaitu :

1. Baki atau wadah

Pengeringan jenis baki atau wadah adalah dengan meletakkan material yang

akan dikeringkan pada baki yang lansung berhubungan dengan media pengering. Cara

perpindahan panas yang umum digunakan adalah konveksi dan perpindahan panas

secara konduksi juga dimungkinkan dengan memanaskan baki tersebut.

2. Rotary

Pada jenis ini ruang pengering berbentuk silinder berputar sementara material

yang dikeringkan jaruh di dalam ruang pengering. Medium pengering, umumnya udara

panas, dimasukkan ke ruang pengering dan bersentuhan dengan material yang

dikeringkan dengan arah menyilang. Alat penukar kalor yang dipasang di dalam ruang

pengering untuk memungkinkan terjadinya konduksi.

3. Flash

Pengering dengan flash (flash dryer) digunakan untuk mengeringkan

kandungan air yang ada di permukaan produk yang akan dikeringkan. Materi yang

dikeringkan dimasukkan dan mengalir bersama medium pengering dan proses

pengeringan terjadi saat aliran medium pengering ikut membawa produk yang

dikeringkan. Setelah proses pengeringan selesai, produk yang dikeringkan akan

dipisahkan dengan menggunakan hydrocyclone.

4. Spray

Teknik pengeringan spray umumnya digunakan untuk mengeringkan produk

yang berbentuk cair atau larutan suspensi menjadi produk padat. Contohnya, proses

pengeringan susu cair menjadi susu bubuk dan pengeringan produk-produk farmasi.

Cara kerjanya adalah cairan yang akan dikeringkan dibuat dalam bentuk tetesan oleh

atomizer dan dijatuhkan dari bagian atas. Medium pengering (umumnya udara panas)

dialirkan dengan arah berlawanan atau searah dengan jatuhnya tetesan. Produk yang

5

dikeringkan akan berbentuk padatan dan terbawa bersama medium pengering dan

selanjutnya dipisahkan dengan hydrocyclone.

5. Fluidized bed

Pengeringan dengan menggunakan kecepatan aliran udara yang relatif tinggi

menjamin medium yang dikeringkan terjangkau oleh udara. Jika dibandingkan dengan

jenis wadah, jenis ini mempunyai luas kontak yang lebih besar.

6. Vacum

Pengeringan dengan memanfaatkan ruangan bertekanan udara rendah. Dimana

pada ruangan tersebut tidak terjadi perpindahan panas, tetapi yang terjadi adalah

perpindahan massa pada suhu rendah.

7. Membekukan

Pengeringan dengan menggunakan suhu yang sangat rendah. Biasanya

digunakan pada produk-produk yang bernilai sangat tinggi, seperti produk farmasi dan

zat-zat kimia lainnya.

8. Batch dryer

Pengeringan jenis ini hanya baik digunakan pada jumlah material yang sangat

sedikit, seperti penggunaan pompa panas termasuk pompa panas kimia.

2.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pengeringan

Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan ada dua golongan yaitu faktor

yang berhubungan dengan udara pengering dan faktor yang berhubungan dengan sifat

bahan yang dikeringkan. Faktor-faktor yang termasuk golongan pertama adalah suhu,

kecepatan volumetrik aliran udara pengering dan kelembaban udara. Faktor-faktor

yang termasuk golongan kedua adalah ukuran bahan, kadar air awal dan tekanan parsial

di dalam bahan. Kelembaban udara berpengaruh terhadap proses pemindahan uap air.

Apabila kelembaban udara tinggi, maka perbedaan tekanan uap air di dalam dan di luar

bahan menjadi kecil sehingga menghambat pemindahan uap air dari dalam bahan ke

luar. Pengontrolan suhu serta waktu pengeringan dilakukan dengan mengatur kotak

alat pengering dengan alat pemanas, seperti udara panas yang dialirkan ataupun alat

6

pemanas lainnya. Suhu pengeringan akan mempengaruhi kelembaban udara di dalam

alat pengering dan laju pengeringan untuk bahan tersebut. Pada kelembaban udara yang

tinggi, laju penguapan air bahan akan lebih lambat dibandingkan dengan pengeringan

pada kelembaban yang rendah.

2.3.1 Luas Permukaan

Air menguap melalui permukaan bahan, sedangkan air yang ada di bagian

tengah akan merembes ke bagian permukaan dan kemudian menguap. Untuk

mempercepat pengeringan umumnya bahan yang akan dikeringkan dipotong-potong

atau dihaluskan terlebih dulu. Hal ini terjadi karena:

1. Pemotongan atau penghalusan tersebut akan memperluas permukaan bahan dan

permukaan yang luas dapat berhubungan dengan medium pemanasan sehingga air

mudah keluar,

2. Partikel-partikel kecil atau lapisan yang tipis mengurangi jarak dimana panas harus

bergerak sampai ke pusat bahan. Potongan kecil juga akan mengurangi jarak melalui

massa air dari pusat bahan yang harus keluar ke permukaan bahan dan kemudian

keluar dari bahan tersebut.

2.3.2 Perbedaan Suhu dan Udara Sekitarnya

Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan, makin

cepat pemindahan panas ke dalam bahan dan makin cepat pula penghilangan air dari

bahan. Air yang keluar dari bahan yang dikeringkan akan menjenuhkan udara sehingga

kemampuannya untuk menyingkirkan air berkurang. Jadi dengan semakin tinggi suhu

pengeringan maka proses pengeringan akan semakin cepat. Akan tetapi bila tidak

sesuai dengan bahan yang dikeringkan, akibatnya akan terjadi suatu peristiwa yang

disebut "Case Hardening", yaitu suatu keadaan dimana bagian luar bahan sudah kering

sedangkan bagian dalamnya masih basah.

2.3.3 Kecepatan Aliran Udara

Udara yang bergerak dan mempunyai gerakan yang tinggi selain dapat

mengambil uap air juga akan menghilangkan uap air tersebut dari permukaan bahan

pangan, sehingga akan mencegah terjadinya atmosfir jenuh yang akan memperlambat

7

penghilangan air. Apabila aliran udara disekitar tempat pengeringan berjalan dengan

baik, proses pengeringan akan semakin cepat, yaitu semakin mudah dan semakin cepat

uap air terbawa dan teruapkan.

2.3.4 Tekanan Udara

Semakin kecil tekanan udara akan semakin besar kemampuan udara untuk

mengangkut air selama pengeringan, karena dengan semakin kecilnya tekanan berarti

kerapatan udara makin berkurang sehingga uap air dapat lebih banyak tetampung dan

disingkirkan dari bahan.Sebaliknya, jika tekanan udara semakin besar maka udara

disekitar pengeringan akan lembab, sehingga kemampuan menampung uap air terbatas

dan menghambat proses atau laju pengeringan. Densitas batubara dapat bervariasi

yang menunjukkan hubungan antara rank dan kandungan karbon. Batubara dengan

kandungan karbon 85% biasanya menunjukkan suatu derajat ciri hidropobik yang lebih

besar dari batubara dengan rank paling rendah. Bagaimanapun, hasil temuan terbaru

pada prediksi sifat hidropobik batubara mengindikasikan bahwa korelasi kharakteristik

kandungan air lebih baik dari pada kandungan karbon dan begitupun rasio kandungan

air/karbon lebih baik daripada rasio atomik oksigen/karbon. Begitupun, terdapat suatu

hubungan antara sifat hidropobik batubara dan kandungan air.(Labuschagne. 1988).

Udara merupakan medium yang sangat penting dalam proses pengeringan,

untuk menghantar panas kepada bahan yang hendak dikeringkan, karena udara satu-

satunya medium yang sangat mudah diperoleh dan tidak memerlukan biaya

operasional. Oleh karena itu untuk memahami bagaimana proses pengeringan terjadi,

maka perlu ditinjau sifat udara.

2.4 Pengaruh Suhu Pengeringan pada Proses Pengeringan

Laju penguapan air bahan dalam pengeringan sangat ditentukan oleh kenaikan

suhu. Semakin besar perbedaan antara suhu media pemanas dengan bahan yang

dikeringkan, semakin besar pula kecepatan pindah panas ke dalam bahan pangan,

sehingga penguapan air dari bahan akan lebih banyak dan cepat (Taib, G. et al., 1988).

8

Makin tinggi suhu dan kecepatan aliran udara pengering makin cepat pula

proses pengeringan berlangsung. Makin tinggi suhu udara pengering makin besar

energi panas yang dibawa udara sehingga makin banyak jumlah massa cairan yang

diuapkan dari permukaan bahan yang dikeringkan. Jika kecepatan aliran udara

pengering makin tinggi maka makin cepat pula massa uap air yang dipindahkan dari

bahan ke atmosfir (Taib, G. et al., 1988).

Makin tinggi suhu dan kecepatan aliran udara pengering makin cepat pula

proses pengeringan berlangsung. Makin tinggi suhu udara pengering makin besar

energi panas yang dibawa udara sehingga makin banyak jumlah massa cairan yang

diuapkan dari permukaan bahan yang dikeringkan. Jika kecepatan aliran udara

pengering makin tinggi maka makin cepat pula massa uap air yang dipindahkan dari

bahan ke atmosfir (Taib, G. et al., 1988).

Semakin tinggi suhu yang digunakan untuk pengeringan, makin tinggi energi

yang disuplai dan makin cepat laju pengeringan. Akan tetapi pengeringan yang terlalu

cepat dapat merusak bahan, yakni permukaan bahan terlalu cepat kering, sehingga tidak

sebanding dengan kecepatan pergerakan air bahan ke permukaan. Hal ini menyebabkan

pengerasan permukaan bahan (case hardenig). Selanjutnya air dalam bahan tidak dapat

lagi menguap karena terhalang. Disamping itu penggunaan suhu yang terlalu tinggi

dapat merusak daya fisiologik biji-bijian/ benih (Taib, G. et al., 1988).

2.5 Kadar Air Bahan

Kadar air bahan menunjukkan banyaknya kandungan air persatuan bobot

bahan. Dalam hal ini terdapat dua metode untuk menentukan kadar air bahan tersebut

yaitu berdasarkan bobot kering (dry basis) dan berdasarkan bobot basah (wet basis).

Dalam penentuan kadar air bahan hasil pertanian biasanya dilakukan berdasarkan

bobot basah (wet basis). Dalam perhitungan ini berlaku rumus sebagai berikut:

MCw.b= 100%

9

Untuk menentukan bobot kering suatu bahan, penimbangan dilakukan setelah

bobot bahan tersebut tidak berubah lagi selama pengeringan berlangsung. Untuk ini

biasanya dilakukan dengan menggunakan suhu 105 ºC minimal selama dua jam.

Untuk memperoleh kadar air basis kering dapat digunakan rumus :

2.6 Mekanisme Pengeringan Bahan

Proses perpindahan panas terjadi karena suhu bahan lebih rendah dari

pada suhu udara yang dialirkan di sekelilingnya. Panas yang diberikan ini akan

menaikkan suhu bahan yang menyebabkan tekanan uap air di dalam bahan lebih tinggi

dari pada tekanan uap air di udara, sehingga terjadi perpindahan uap air dari

bahan ke udara yang merupakan perpindahan massa.

Sebelum proses pengeringan berlangsung, tekanan uap air di dalam bahan

berada dalam keseimbangan dengan tekanan uap air di udara sekitarnya. Pada

saat pengeringan dimuai, uap panas yang dialirkan meliputi permukaan bahan

akan menaikkan tekanan uap air, terutama 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. Peristiwa yang terjadi

selama pengeringan meliputi dua proses yaitu:

a. Proses perpindahan panas, yaitu proses menguapkan air dari dalam bahan

atau proses perubahan bentuk cair ke bentuk gas.

MCdb=

10

b. Proses perpindahan massa, yaitu proses perpindahan massa uap air dari

permukaan bahan ke udara.

Proses pengeringan pada bahan dimana udara panas dialirkan dapat dianggap

suatu proses adiabatis. Hal ini berarti bahwa panas yang dibutuhkan untuk penguapan

air dari bahan hanya diberikan oleh udara pengering tanpa tambahan energi dari luar.

Ketika udara pengering menembus bahan basah, sebagian panas sensibel udara

pengering diubah menjadi panas laten sambil menghasilkan uap air.

Selama proses pengeringan terjadi penurunan suhu bola kering udara, disertai

dengan kenaikan kelembaban mutlak, kelembaban nisbi, tekanan uap dan suhu

pengembunan udara pengering. Entalphi dan suhu bola basah udara pengering tidak

menunjukkan perubahan.

Gambar 2.1 Kurva Psikometrik Proses Pengeringan.

Gambar 2.1 Proses pemanasan dan pengeringan

(Sumber: www.lintas ilmu.com)

Keterangan:

A – B : proses pemanasan udara

B – C : proses pengeringan udara

Tud : suhu udara

Tp : suhu udara pengering

Uk : udara kering.

11

2.7 Periode Laju Pengeringan

Menurut Henderson dan Perry (1955), proses pengeringan mempunyai 2 (dua)

periode utama yaitu periode pengeringan dengan laju pengeringan tetap dan periode

dengan laju pengeringan menurun. Kedua periode utama ini dibatasi oleh kadar air

kritis (critical moisture content) (Taib, G. et al., 1988).

Simmonds et al.(1953) menyatakan bahwa kadar air kritis adalah kadar

air terendah saat mana laju air bebas dari dalam bahan ke permukaan sama dengan

laju pengambilan uap air maksimum dari bahan. Pada biji-bijian umumnya kadar

air ketika pengeringan dimulai lebih kecil dari kadar air kritis. Dengan demikian

pengeringan yang terjadi adalah pengeringan dengan laju pengeringan menurun.

Perubahan dari laju pengeringan tetap ke laju pengeringan menurun terjadi pada

berbagai tingkatan kadar air yang berbeda untuk setiap bahan (Brooker, D.B, et

al 1992).

Henderson dan Perry (1955) menyatakan bahwa pada periode pengeringan

dengan laju tetap, bahan mengandung air yang cukup banyak, hal mana pada

permukaan bahan berlangsung penguapan yang lajunya dapat disamakan dengan laju

penguapan pada permukaan air bebas. Laju penguapan sebagian besar tergantung

pada keadaan sekeliling bahan, sedangkan pengaruh bahannya sendiri relatif kecil.

Taib, G. et al., 1988).

Laju pengeringan akan menurun seiring dengan penurunan kadar air selama

pengeringan. Jumlah air terikat makin lama semakin berkurang. Perubahan dari laju

pengeringan tetap menjadi laju pengeringan menurun untuk bahan yang berbeda

akan terjadi pada kadar air yang berbeda pula.

Pada periode laju pengeringan menurun permukaan partikel bahan yang

dikeringkan tidak lagi ditutupi oleh lapisan air. Selama periode laju pengeringan

menurun, energi panas yang diperoleh bahan digunakan untuk menguapkan sisa air

bebas yang sedikit sekali jumlahnya.

Laju pengeringan menurun terjadi setelah laju pengeringan konstan dimana

kadar air bahan lebih kecil daripada kadar air kritis (Gambar 2.2). Periode laju

12

pengeringan menurun meliputi dua proses yaitu : perpindahan dari dalam ke

permukaan dan perpindahan uap air dari permukaan bahan ke udara sekitarnya.

Gambar 2.2 Grafik hubungan kadar air dengan waktu.

(Sumber: www.lintas ilmu.com)

Gambar 2.2 Periode laju pengeringan

Keterangan :

AB = periode pemanasan

BC = periode laju pengeringan konstan

CD = periode laju pengeringan menurun pertama

DE = periode laju pengeringan menurun kedua

2.8 Alat Pengeringan

Dalam memilih alat pengering yang akan digunakan, serta menentukan

kondisi pengeringan harus diperhitungkan jenis bahan yang akan dikeringkan.

Juga harus diperhitungkan hasil kering dari bahan yang diinginkan. Setiap bahan

yang akan dikeringkan tidaklah sama kondisi pengeringannya, karena ikatan air

dan jaringan ikatan dari tiap bahan akan berbeda.

Selanjutnya dikemukakan bahwa pengeringan yang dilakukan dengan

menggunakan alat mekanis (pengeringan buatan) akan mendapatkan hasil yang baik

bila kondisi pengeringan ditentukan dengan tepat dan selama pengeringan dikontrol

dengan baik. Setiap alat pengeringan digunakan untuk jenis bahan tertentu, misalnya

13

tray dryer untuk pengeringan bahan padat atau lempengan yang dikeringkan dengan

sistem batch.

2.8.1 Alat Pengering Tipe Rak (Tray Dryer)

Tray dryer atau alat pengering berbentuk rak, mempunyai bentuk persegi dan

di dalamnya berisi rak-rak, yang digunakan sebagai tempat bahan yang akan

dikeringkan. Bahan diletakkan di atas rak (tray) yang terbuat dari logam dengan alas

yang berlubang-lubang. Kegunaan dari lubang-lubang ini untuk mengalirkan udara

panas dan uap air. Luas rak yang digunakan bermacam-macam. Luas rak dan besar

lubang-lubang rak tergantung pada bahan yang akan dikeringkan. Apabila bahan yang

akan dikeringkan berupa butira halus, maka lubangnya berukuran kecil. Pada alat

pengering ini, bahan selain di tempatkan langsung pada rak-rak dapat juga

ditebarkan pada wadah lain misalnya baki dan nampan. Kemudian baki atau nampan

ini disusun di atas rak yang ada dalam alat pengering.

Selain alat pemanas udara, biasanya digunakan juga kipas (fan) untuk

mengatur sirkulasi udara dalam alat pengering. Udara setelah melewati kipas masuk ke

dalam alat pemanas, pada alat ini udara dipanaskan lebih dahulu kemudian

dialirkan diantara rak-rak yang sudah berisi bahan. Suhu yang digunakan serta waktu

pengeringan ditentukan menurut keadaan bahan, kadar air awal dan kadar air akhir

yang diharapkan. Arah aliran udara panas di dalam alat pengering bisa dari atas ke

bawah dan bisa juga dari bawah ke atas, sesuai dengan ukuran bahan yang

dikeringkan. Bila ukuran bahan yang dikeringkan agak halus, maka digunakan arah

aliran udara panas dari atas ke bawah agar bahan tidak berserakan. Untuk menentukan

arah aliran udara panas ini maka letak kipas juga harus disesuaikan.

14

Gambar 2.3 Mesin pengering tipe rak.

(Sumber: www.elsafta.com)

2.8.2 Alat Pengering Fluidized Bed

Fluidisasi terjadi ketika partikel-partikel padat yang kecil terambangkan

dalam aliran fluida ke atas. Kecepatan fluida cukup untuk mengambangkan

partikelpartikel, tetapi tidak cukup untuk membawanya keluar dari tabung. Partikel-

partikel padat berputar di sekeliling bed dengan cepat, membuat pencampuran yang

sempurna diantara mereka. Material fluidisasi selalu dalam bentuk padatan dan media

fluidisasi dapat dalam bentuk cairan atau gas.

Alat ini digunakan untuk mengeringkan bahan-bahan berbentuk butiran dan

tepung. Pada alat ini udara panas dipaksakan naik ke atas melewati wadah yang

berlubang-lubang kemudian menembus bahan. Udara panas berfungsi sebagai media

bahan yang dikeringkan. Kecepatan aliran udara panas diatur sedemikian rupa

sehingga mengakibatkan bahan melayang-layang dan terjadi fluidisasi. Keuntungan

penggunaan alat ini antara lain: laju pengeringan tinggi, mudah dioperasikan. Akan

tetapi penggunaan alat ini memerlukan biaya yang cukup tinggi untuk pengoperasian

dan perawatannya dan penggunaannya terbatas pada bahan-bahan tertentu.

15

Gambar 2.4 Alat Pengering Fluidized Bed.

(sumber: www.kf-machinery.en.alibaba.com)

2.8.3 Drum (Rotary) Dryer

Rotary dryer atau bisa disebut drum dryer merupakan alat pengering

berbentuksebuah drum yang berputar secara kontinyu yang dipanaskan dengan tungku

atau gasifier.Alat pengering ini dapat bekerja pada aliran udara melalui poros silinder

pada suhu 1200-1800 ºF tetapi pengering ini lebih seringnya digunakan pada suhu 400-

900 ºF.Rotary dryer sudah sangat dikenal luas di kalangan industri karena proses

pengeringannya jarang menghadapi kegagalan baik dari segi output kualitas maupun

kuantitas. Namun sejak terjadinya kelangkaan dan mahalnya bahan bakar minyak dan

gas, maka teknologi rotary dryer mulai dikembangkan untuk berdampingan dengan

teknologi bahan bakar substitusi seperti burner batubara, gas sintesis dan sebagainya.

Pengering rotary dryer biasa digunakan untuk mengeringkan bahan yang berbentuk

bubuk, granula, gumpalan partikel padat dalam ukuran besar. Pemasukkan dan

pengeluaran bahan terjadi secara otomatis dan berkesinambungan akibat gerakan

vibrator, putaran lubang umpan, gerakan berputar dan gaya gravitasi. Sumber panas

yang digunakan dapat berasal dari uap listrik, batubara, minyak tanah dan gas. Debu

yang dihasilkan dikumpulkan oleh scrubberdan penangkap air elektrostatis

16

Gambar 2.5 Drum (Rotary) Dryer.

(Sumber: rotarydrumsdryer.com)

2.8.4 Spray dryer

Spray drying merupakan suatu proses pengeringan untuk mengurangi kadar air

suatu bahan sehingga dihasilkan produk berupa bubuk melalui penguapan cairan. Spray

drying menggunakan atomisasi cairan untuk membentuk droplet, selanjutnya droplet

yang terbentuk dikeringkan menggunakan udara kering dengan suhu dan tekanan yang

tinggi. Bahan yang digunakan dalam pengeringan spry drying dapat berupa suspensi,

disperse maupun emulsi. Sementara produk akhir yang dihasilkan dapat berupa bubuk,

granula maupun aglomerat tergantung sifat fisik-kimia bahan yang akan dikeringkan,

desain alat pengering dan hasil akhir produk yang diinginkan.

Gambar 2.6 Spray dryer

(Sumber: www.directindustry.com)

17

2.8.5 Freeze dryer

Frees Driyer merupakan suatu alat pengeringan yang termasuk kedalam

Conduction Dryer/ Indirect Dryer karena proses perpindahan terjadi secara tidak

langsung yaitu antara bahan yang akan dikeringkan (bahan basah) dan media pemanas

terdapat dinding pembatas sehingga air dalam bahan basah / lembab yang menguap

tidak terbawa bersama media pemanas. Hal ini menunjukkan bahwa perpindahan panas

terjadi secara hantaran (konduksi), sehingga disebut juga Conduction Dryer/ Indirect

Dryer. Pengeringan beku (freeze drying) adalah salah satu metode pengeringan yang

mempunyai keunggulan dalam mempertahankan mutu hasil pengeringan, khususnya

untuk produk-produk yang sensitif terhadap panas. Keunggulan pengeringan beku,

dibandingkan metoda lainnya, antara lain adalah :

a. Dapat mempertahankan stabilitas produk (menghindari perubahan aroma, warna,

dan unsur organoleptik lain)

b. Dapat mempertahankan stabilitas struktur bahan (pengkerutan dan perubahan bentuk

setelah pengeringan sangat kecil)

c. Dapat meningkatkan daya rehidrasi (hasil pengeringan sangat berongga

danlyophile sehingga daya rehidrasi sangat tinggi dan dapat kembali ke sifat

fisiologis, organoleptik dan bentuk fisik yang hampir sama dengan sebelum

pengeringan).

Gambar 2.7 Freeze dryer

(Sumber: frezzedrying.com)

18

2.9 Efisiensi Pengeringan

Efisiensi pengeringan adalah hasil perbandingan antara panas yang secara

teoritis dibutuhkan dengan penggunaan panas yang sebenarnya dalam pengeringan.

Jumlah kalor (panas) yang digunakan untuk pengeringan dapat dihitung dengan

menggunakan rumus berikut :

Dimana: Q1 (jumlah panas yang digunakan untuk memanaskan bahan) didapat

dari:

Q2 (Panas sensible air) yaitu panas yang digunakan untuk menaikkan suhu air di dalam

bahan yang didapat dari rumus :

Q3 (Panas laten penguapan air) yaitu jumlah panas yang digunakan untuk

menguapkan air bahan yang didapat dari :

Untuk menentukan banyaknya kalor (panas) yang diberikan oleh udara panas pada

bahan yang dikeringkan digunakan rumus sebagai berikut:

Untuk menentukan efisiensi pengeringan dapat digunakan rumus :

Q = Q1 + Q2 + Q3

Q1 = mk . cp . (Tp – T~)

Q2 = ma . ca . (Tp – T~)

Q3 = mw . hfg

q = r . V . cu (T1 – T2)

= 100%

19

2.10 Kinetika Pengeringan

Setiap material yang akan dikeringkan memiliki karakteristik kinetika

pengeringan yang berbeda-beda bergantung terhadap struktur internal dari material

yang akan dikeringkan. Kinetika pengeringan memperlihatkan perubahan kandungan

air yang terdapat dalam material untuk setiap waktu saat dilakukan proses pengeringan.

Dari kinetika pengeringan dapat diketahui jumlah air dari material yang telah diuapkan,

waktu pengeringan, konsumsi energy. Parameteri-parameter dalam proses

pengeringan untuk mendapatkan data kinetika pengeringan adalah :

1. Moisture Content (X) menunjukkan kandungan air yang terdapat dalam material

untuk tiap satuan massa padatan. Moisture content (X) dibagi dalam 2 macam

yaitu basis kering (X) dan basis basah (X’). Moisture content basis kering (X)

menunjukkan rasio antara kandungan air (kg) dalam material terhadap berat

material kering (kg). Sedangkan moisture content basis basah (X’) menunjukka

rasio antara kandungan air (kg) dalam material terhadap berat material basah (kg)

2. Drying rate (N, kg/m2.s ) menunjukkan laju penguapan air untuk tiap satuan luas

dari permukaan yang kontak antara material dengan fluida panas. Persamaan yang

digunakan untuk menghitung laju pengeringan adalah:

Ms: Massa padatan tanpa air (kg)

A: Luas permukaan kontak antara fluida panas dengan padatan (m2)

2.11 Air dalam bahan pangan

Air bersifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar,

yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan temperature 273,15 K (0ºC). Air merupaka

pelarut yang kuat, melarutkan banyak zat kimia. Zat-zat yang larut dengan baik dalam

air (misalnya garam-garam) disebut sebagai zat-zat “hidrofilik” (pencinta air), dan zat-

N=-

20

zat yang tidak mudah tecampur dengan air (misalnya lemak dan minyak), disebut

sebagai zat-zat “hidrofobik” (takut air) (Wulanriky, 2011).

Meskipun sering diabaikan, air merupakan salah satu unsur penting dalam

makanan. Air sendiri meskipun bukan merupakan sumber nutrien seperti bahan

makanan lain, namun sangat esensial dalam kelangsungan proses biokimia organisme

hidup. Salah satu pertimbangan penting dalam penentuan lokasi pabrik pengolahan

bahan makanan adalah adanya sumber air yang secara kualitatif memenuhi syarat.

Dalam pabrik pengolahan pangan, air diperlukan untuk berbagai keperluan misalnya :

pencucian, pengupasan umbi atau buah, penentuan kualitas bahan (tenggelam atau

mengambang), bahan baku proses, medium pemanasan ataupendinginan, pembentukan

uap, sterilisasi, melarutkan dan mencuci bahan sisa (Sudarmadji,2003).

Air dalam bahan pangan berperan sebagai pelarut dari beberapa komponen di

samping ikut sebagai bahan pereaksi, sedangkan bentuk air dapat ditemukan sebagai

air bebas dan air terikat. Air bebas dapat dengan mudah hilang apabila

terjadipenguapan atau pengeringan, sedangkan air terikat sulit dibebaskan dengan cara

tersebut. Sebenarnya air dapat terikat secara fisik, yaitu ikatan menurut sistem kapiler

dan air terikat secara kimia, antara lain air kristal dan air yang terikat dalam sistem

dispersi (Purnomo,1995). Air dalam suatu bahan makanan terdapat dalam berbagai

bentuk :

1. Air bebas, air ini terdapat dalam ruang-ruang antar sel dan inter-granular dan pori-

pori yang terdapat pada bahan.

2. Air yang terikat secara lemah, air ini teradsorbsi pada pemukaan kolloid

makromolekuler seperti protein, pektin pati, sellulosa. Selain itu air juga

terdispersi diantara kolloid tersebut dan merupakan pelarut zat-zat yang ada dalam

sel. Air yang ada dalam bentuk ini masih tetap mempunyai sifat air bebas dan dapat

dikristalkan pada proses pembekuan. Ikatan antara air bebas dengan kolloid

tersebut merupakan ikatan hidrogen.

21

3. Air dalam keadaan terikat kuat, air ini membentuk hidrat. Ikatannya bersifat ionik

sehingga relatif sukar dihilangkan atau diuapkan. Air ini tidak membeku meskipun

pada 0ºF.

Air yang terdapat dalam bentuk bebas dapat membantu terjadinya proses

kerusakan bahan makanan misalnya proses mikrobilogis, kimiawi, ensimatik, bahkan

oleh aktivitas serangga perusak (Sudarmadji,2003).

2.12 Psicometric Chart

Psikrometrik adalah bidang yang mempelajari tentang bagaimana menentukan

sifat-sifat fisis dan termodinamika suatu gas yang didalamnya terdapat campuran

antara gas-uap. Sebagai contoh adalah menentukan sifat-sifat dari campuran udara dan

uap air.

Psicometri merupakan kajian tentang sifat-sifta campuran udara dan uap air,

yang mempunyai arti penting didalam bidang teknis pendingin, karena udara atmosfer

tidak kering betul tetapi merupakan campuran antara udara dan uap air. Pada beberapa

proses, kandungan air sengaja disingkirkan dari udara, tetapi pada proses yang lain air

ditambahkan.

Pada beberapa alat terdapat proses perpindahan kalor dan massa antara udara

dan permukaan bagian yang basah. Sebagai contohnya adalah beberapa jenis alat

pelembab udara (humidifier), penurun kelembaban (dehumidifying) dank oil pendingin

serta peralatan penyemprot air (water spray), seperti menara pendingin dan kondensor

penguapan. Dengan menggunkan potensial entalpi, beberapa hubungan yang mudah

untuk menentukan laju perpindahan kalor dapat dikembangkan.

Psychrometric chart atau bagan psikrometrik merupakan hasil karya jenius

peninggalan kakek moyang kita yang berhubungan dengan karakteristik udara. Dengan

adanya chart ini maka perencanaan tata udara menjadi lebih sederhana, karena tidak

perlu menggunakan hitungan matematis yang rumit.

Bagan psikrometrik merupakan tampilan secara grafikal sifat thermodinamika

udara antara lain suhu, kelembaban, enthalpi, kandungan uap air dan volume spesific.

22

Dalam chart ini dapat langsung diketahui hubungan antara berbagai parameter udara

secara cepat dan presisi, baik yang berkaitan dengan sifat fisik udara maupun sifat

thermiknya.

Ada dua hal yang penting yang harus diperhatikan dalam mempelajari bagan

psikometrik yakni penguasaan akan dasar-dasar bagan dan kemampuan menentukan

sifat-sifat pada kelompok-kelompok keadaan yang lain, misalnya tekanan baromterik

yang tidak standar.

Dalam pengembangan bagan psikomterik, selangkah demi selangkah akan

digunakan anggapan-anggapan yang disederhanakan. Bagan yang dikembangkan dari

persamaan-persamaan, cukup teliti dan dapat digunakan dalam perhitungan-

perhitungan keteknikan, tapi tentu sajan bagan yang paling teliti atau data yang tersedia

perlu digunakan.

23

Gambar 2.8 Bagan psikometrik