1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sebagai Negara yang kaya akan keanekaragaman hayatinya, Indonesia

mempunyai potensi besar dalam bidang pengolahan bahan pangan olahan. Hal ini

ditunjang pula dengan banyaknya tumbuhan yang khas Indonesia yang bisa dijadikan

bahan pokok yang tumbuh subur dialam maupun yang dibudidayakan.

Namun, dalam pengolahannya sebagian besar bahan pokok yang digunakan harus

melalui proses pengeringan terlebih dahulu sebelum digunakan. Hal ini di karenakan

sebelum sampai pada proses akhir bahan pokok tersebut harus melewati rangkaian proses

sebelumnya yang memakan waktu yang lama. Sehingga proses pengeringan memegang

peranan penting dalam dalam proses pengolahan sebuah bahan pangan.

Pengeringan didefinisikan sebagai proses pemindahan air dengan menggunakan

panas atau aliran udara untuk mencegah atau menghambat pertumbuhan jamur dan

bakteri sehingga tidak dapat berkembang lagi atau menjadi lambat berkembang. Salah

satu jenis pengeringan adalah pengeringan alami atau penjemuran (sun drying). Tujuan

dari pengeringan adalah mengurangi sejumlah kecil air dari bahan padat dimana

pengeringan merupakan langkah terakhir dari sederetan operasi yang hasilnya langsung

dikemas atau diolah ke proses selanjutnya. Selain itu, proses pengeringan juga akan

membantu dalam hal penyimpanan bahan pangan sebelum dilakukan proses akhir.

Sehingga bahan pangan dapat bertahan dalam kurun waktu yang lebih lama. Dan juga

Proses pengeringan juga membantu mempermudah penyimpanan produk dalam rangka

pendistribusian baik dalam skala domestik maupun ekspor.

Di Indonesia, pengeringan bahan pangan pada umumnya masih dilakukan dengan

memanfaatkan tenaga matahari, khusus bagi industry kecil dan menengah. Namun, cara

ini tentunya sangat tergantung pada musim, waktu pengeringan, kondisi cuaca, dan

tempat yang luas. Kondisi ini tentunya selain memakan banyak biaya juga akan

membutuhkan tenaga kerja yang lebih banyak. Sehingga banyak aspek yang harus

dipertimbangkan untuk memperoleh hasil yang maksimal. Misal, pengeringan pada bahan

pangan dengan kadar air tinggi tentu memerlukan waktu yang lebih lama.

2

Selain itu, pengeringan dengan menggunakan cara sinar matahari juga mempunyai

resiko yang cukup besar. Hal biasa yang terjadi adalah pengeringan yang dilakukan

terhadap suatu bahan berlangsung terlalu lama pada suhu yang rendah, sehingga

mempercepat aktivitas mikroorganisme seperti tumbuhnya jamur atau pembusukan

menjadi sangat cepat. Sebaliknya, pengeringan yang dilakukan pada suhu yang terlalu

tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada komponen-komponen bahan yang

dikeringkan, baik secara fisik maupun kimia. Oleh karena itu, perlu dipilih cara

pengeringan yang efektif dan efisien agar tidak terjadi kerusakan pada produk.

Namun seiring dengan perkembangan teknologi, dan tuntutan akan kerja

instrument yang lebih cepat dan lebih teliti, sehingga perlu dilakukan sebuah inovasi baru

dalam pengolahan bahan pangan. Sehingga diperoleh suatu hasil maksimal yang dapat

memenuhi kebutuhan akan bahan pangan yang baik bagi kehidupan semua elemen

masyarakat.

Oleh karena itu dibutuh suatu mekanisme yang dapat membantu proses

pengeringan tanpa harus terbeban ongkos produksi yang lebih besar dan dapat

menghemat penggunaan tenaga kerja yang berlebihan. Untuk tujuan tersebut maka

diperlukan adanya suatu alat pengering yang dapat beroperasi dengan keandalan yang

tinggi, aman dan ekonomis seperti alat rotary dryer.

Oleh karena itu pada tugas desain elemen mesin terpadu ini didesain sebuah alat

pengering makanan dengan system rotary dryer ( Drying Of Foodstuffs With Rotary

Dryers ) untuk memudahkan masyarakat dalam proses pengeringan bahan makanan.

3

1.2 Tujuan

1.2.1 Tujuan Umum

Tujuan umum dari perancangan alat pengering dengan system rotary ( Drying Of

Foodstuffs With Rotary Dryers ) ini adalah untuk membuat suatu system meknisme alat

pengering yang dapan diguakan untuk mengerigkan bahan makanan.

1.2.2 Tujuan Khusus

Adapun tujuan khusus dari perancangan system terpadu desain elemen mesin,

mesin penegering system rotary ( Drying Of Foodstuffs With Rotary Dryers ) adalah:

1. Mendesain Drying Of Foodstuffs With Rotary Dryers

2. Menentukan variabel-variabel yang berpengaruh dalam sistem kerja alat rotary

dryer

3. Menentukan laju perpindahan kalor pada alat pengering

4. Bagimana performance Drying Of Foodstuffs With Rotary Dryers

1.3 Batasan Masalah

Dalam merancang mesin pengolah sagu terpadu, permasalahan yang dibahas

dibatasi sebagai berikut:

1. Merancang sistem kerja alat rotary dryer

2. Menentukan variabel-variabel yang berpengaruh dalam sistem kerja alat rotary

dryer

3. Menentukan laju perpindahan kalor pada alat pegering

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bahan Pangan ( Foodstuffs )

Menurut kamus besar bahasa Indonesia pengertian bahan makanan ( foodstuffs )

adalah bahan yang dapat dijadikan makanan, seperti beras, terigu, jagung, dan ubi,

daging, tepung dan lain-lain. Secara sederhana bahan pangan juga diartikan sebagai

bahan, biasanya berasal dari hewan atau tumbuhan, yang dimakan oleh makhluk hidup

mendapatkan tenaga dan nutrisi yang membantu pertumbuhan badan dan otak. Secara

garis besar bahan pangan dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan dari asalnya yaitu

Bahan makanan Hewani dan Bahan makanan Nabati.

Gambar 2.1 : Bahan makanan ( sumber :www.ibukuhebat.com )

Bahan makanan hewani adalah bahan makanan yang merupakan produk dari

hewan atau bahan makanan olahan yang berasal dari hewan. kebanyakan merupakan

sumber protein dan lemak bagi tubuh. Contohnya : susu, telur ayam, daging hewan, ikan,

cumi, udang dan lain-lain. Bahan makanan nabati adalah bahan makanan yang berasal

dari tumbuhan atau bahan makanan yang berbahan dasar dari tumbuhan. kebanyakan

5

merupakan sumber karbohidrat,vitamin, lemak dan protein. Contohnya : ubi, jagung,

beras, buah-buahan dan lain-lain.

Makanan yang dikonsumsi oleh makhluk hidup mempunyai fungsi untuk :

menghasilkan energi untuk kelangsungan aktivitas

mengganti sel-sel tubuh yang telah usang atau rusak

pertumbuhan tubuh

sebagai zat pelindung dalam tubuh

Secara umum bahan pangan akan melewati serangkaian proses terlebih dahulu

sebelum benar bear dapat diguakan sebagai makanan. Hal ini dilakukan dengan tujuan

agar bahan pangan tersebut sudah sangat aman bagi kesehatan manusia. Adapun

serangkaian proses tersebut seperti Penggilingan, pengendapan, pengeringan, dan lain

sebagainya.

Dari semua proses pengolahan bahan pangan, proses pengeringan adalah proses

yang sering dilakukan. Hampir setiap jenis bahan makan yang beredar dipasaran terutama

bahan makan dari tumbuhan berada pada kondisi kering. Sebuah produk makanan kering

lebih tahan terhadap pembusukan yang disebabkan oleh pertumbuhan bakteri, jamur, dan

serangga. Demikian juga, risiko oksidatif yang tidak menguntungkan dan reaksi

enzimatik yangmemperpendek umur simpan makanan juga akan berkurang. Selain itu

Kemasan, penanganan, dan transportasi kering produk lebih mudah dan lebih murah

karena berat dan volume produk akan berkurang ketika dikeringkan.

2.2 Proses Pengeringan ( Drying )

Pengeringan atau penghidratan atau drying adalah proses menghilangkan

kandungan air dari suatu bahan. Proses pengeringan berlaku apabila bahan yang

6

dikeringkan kehilangan sebahagian atau keseluruhan air yang dikandungnya. Proses

utama yang terjadi pada proses pengeringan adalah penguapan. Penguapan terjadi apabila

air yang dikandung oleh suatu bahan teruap ketika diberikan panas. Panas ini dapat dari

berbagai sumber, seperti kayu api, minyak dan gas, arang baru ataupun tenaga surya.

Proses Pengeringan terjadi denga pengeluaran air atau pemisahan air dalam

jumlah yang relative kecil dari bahan dengan menggunakan energi panas. Hasil dari

proses pengeringan adalah bahan kering yang mempunyai kadar air setara dengan kadar

air keseimbangan udara (atmosfir) normal atau setara dengan nilai aktivitas air (aw) yang

aman dari kerusakan mikrobiologis, enzimatis dan kimiawi. Meskipun demikian ada

kerugian yang ditimbulkan selama pengeringan yaitu terjadinya perubahan sifat fisik dan

kimiawi bahan serta terjadinya penurunan mutu bahan.

Pengeringan juga dapat berlangsung dengan cara lain yaitu dengan memecahkan

ikatan molekul-molekul air yang terdapat di dalam bahan. Apabila ikatan molekul-

molekul air yang terdiri dari unsur dasar oksigen dan hidrogen dipecahkan, maka molekul

tersebut akan keluar dari bahan. Akibatnya bahan tersebut akan kehilangan air yang

dikandungnya.

Cara ini juga disebut pengeringan atau penghidratan. Untuk memecahkan ikatan

oksigen dan hidrogen ini, biasanya digunakan gelombang mikro. Gelombang mikro

merambat dengan frekuensi yang tinggi. Apabila gelombang mikro disesuaikan setara

dengan getaran molekul-molekul air maka akan terjadi resonansi yaitu ikatan molekul-

molekul oksigen dan hidrogen digetarkan dengan kuat pada frekuensi gelombang mikro

yang diberikan sehingga ikatannya pecah. Hal ini yang menyebabkan air tersebut

menguap. Proses yang sama terjadi pada oven gelombang mikro (microwave) yang

digunakan untuk memasak makanan. Pada pembahasan selanjutnya kita tidak akan

menyinggung proses pengeringan menggunakan gelombang mikro, tetapi difokuskan

7

pada pengeringan menggunakan tenaga panas. Hal ini disebabkan sistem pengeringan

gelombang mikro mahal dan tidak digunakan secara luas untuk mengeringkan suatu

bahan makanan.

Dalam industry kecil sistem pengeringan yang umum digunakan adalah tenaga

surya. Pada sistem tenaga surya ini, bahan diexpose ke sinar surya secara langsung

maupun tidak langsung. Uap air yang terjadi dipindahkan dari tempat pengeringan

melalui aliran udara. Proses aliran udara ini terjadi karena terdapat perbedaan tekanan.

Perbedaan tekanan udara ini dapat terjadi secara konveksi bebas maupun konveksi paksa.

Konveksi bebas terjadi tanpa bantuan luar, yaitu pengaliran udara hanya bergantung pada

perbedaan tekanan yang disebabkan oleh perbedaan densitas udara, sedangkan pada

konveksi secara paksa digunakan kipas untuk memaksa gerakan udara.

Pada sistem pengeringan yang bersumberkan tenaga minyak, bahan yang akan

dikeringkan diletakkan di dalam suatu ketel tertutup. Udara panas hasil pembakaran

minyak dialirkan mengenai permukaan bahan tersebut. Akhir-akhir ini, cara tersebut

diatas juga digunakan dalam teknologi tenaga surya. Udara yang dipanaskan oleh

pengumpul surya digunakan untuk menguapkan air pada bahan. 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.

Secara umum tujuan dilakukannya proses pengeringan adalah untuk:

1. Memudahkan penanganan selanjutnya

2. Mengurangi biaya trasportasi dan pengemasan

3. Mengawetkan bahan

4. Mengurangi biaya korosi

8

2.3 Prinsip Dasar Pengeringan

Proses pengeringan pada prinsipnya menyangkut proses pindah panas dan pindah

massa yang terjadi secara bersamaan (simultan). Proses perpindahan panas yang terjadi

adalah dengan cara konveksi serta perpindahan panas secara konduksi dan radiasi tetap

terjadi dalam jumlah yang relative kecil. Pertama-tama panas harus ditransfer dari

medium pemanas ke bahan. Selanjutnya setelah terjadi penguapan air, uap air yang

terbentuk harus dipindahkan melalui struktur bahan ke medium sekitarnya. Proses ini

akan menyangkut aliran fluida dengan cairan harus ditransfer melalui struktur bahan

selama proses pengeringan berlangsung. Panas harusdisediakan untuk menguapkan air

dan air harus mendifusi melalui berbagai macam tahanan agar dapat lepas dari bahan dan

berbentuk uap air yang bebas. Lama proses pengeringan tergantung pada bahan yang

dikeringkan dan cara pemanasan yang digunakan, sedangkan waktu proses

pengeringannya ditetapkan dalam dua periode (Batty dan Folkman. 1984), yaitu:

1. Periode pengeringan dengan laju tetap (Constant Rate Periode)

Pada periode ini bahan-bahan yang dikeringkan memiliki kecepatan pengeringan

yang konstan. Proses penguapan pada periode ini terjadi pada air tak terikat, dimana

suhu pada bahan sama dengan suhu bola basah udara pengering. Periode pengeringan

dengan laju tetap dapat dianggap sebagai keadaan steady.

2. Periode pengeringan dengan laju menurun (Falling Rate Periode)

Periode kedua proses pengeringan yang terjadi adalah turunnya laju pengeringan

batubara (R=0). Pada periode ini terjadi peristiwa penguapan kandungan yang ada di

dalam batubara (internal moisture).

9

Prinsip pengeringan biasanya akan melibatkan dua kejadian yaitu panas harus

diberikan pada bahan, dan air harus dikeluarkan dari bahan. Dua fenomena ini

menyangkut pindah panas ke dalam dan pindah massa ke luar. Yang dimaksudkan

dengan pindah panas adalah peristiwa perpindahan energi dari udara ke dalam bahan

yang dapat menyebabkan berpindahnya sejumlah massa (kandungan air) karena gaya

dorong untuk keluar dari bahan (pindah massa). Dalam pengeringan umumnya

diinginkan kecepatan pengeringan yang maksimum, oleh karena itu semua usaha dibuat

untuk mempercepat pindah panas dan pindah massa. Perpindahan panas dalam proses

pengeringan dapat terjadi melalui dua cara yaitu pengeringan langsung dan

pengeringan tidak langsung. Pengeringan langsung yaitu sumber panas berhubungan

dengan bahan yang dikeringkan, sedangkan pengeringan tidak langsung yaitu panas dari

sumber panas dilewatkan melalui permukaan benda padat (conventer) dan konventer

tersebut yang berhubungan dengan bahan pangan. Setelah panas sampai ke bahan maka

air dari sel-sel bahan akan bergerak ke permukaan bahan kemudian keluar. Mekanisme

keluarnya air dari dalam bahan selama pengeringan adalah sebagai berikut:

1. Air bergerak melalui tekanan kapiler.

2. Penarikan air disebabkan oleh perbedaan konsentrasi larutan disetiap bagian

bahan.

3. Penarikan air ke permukaan bahan disebabkan oleh absorpsi dari lapisan-lapisan

3. Perpindahan air dari bahan ke udara disebabkan oleh perbedaan tekanan uap

2.3 Faktor-faktor yang berpengaruh dalam kecepatan pengeringan

Proses pengeringan suatu material padatan dipengaruhi oleh beberapa factor

antara lain: luas permukaan kontak antara padatan dengan fluida panas, perbedaan

10

temperature antara padatan dengan fluida panas, kecepatan aliran fluida panas serta

tekanan udara. Berikut ini dijelaskan tentang factor-faktor tersebut.

a. 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 initerjadi 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.

b. 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.

11

c. 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 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.

d. Tekanan Udara

Semakin kecil tekanan udara akan semakin besar kemampuan udara untuk

mengangkutair 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).

12

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.

2.4 Klasifikasi Pengeringan

Dalam beberapa kasus Pengeringan terdapat berbagai cara yang dilakukan unutk

mengeringkan suatu bahan makanan. Seperti Pengeringan dapat dilakukan dengan

penjemuran yang memanfaatkan sinar matahari atau dengan cara buatan. Pengeringan

buatan disamping untuk mengatasi pengaruh cuaca, kelembaban nisbi yang tinggi

sepanjang tahun juga dimaksudkan untuk meningkatkan mutu hasil pengeringan. Dengan

adanya klasifikasi dari sistempengeringan ini maka dapat dipilih cara yang tepat untuk

untuk proses pengeringan suatu bahan. Namun secara sederhana pengeringan dibagi atas

berbagai aspek sebagai berikut.

Berdasarkan prosesnya dikenal dua macam pengeringan, yaitu :

1. Pengeringan Alami, Pengeringan alami adalah pengeringan yang dilakukan

dengan memanfaatkan sinar matahari. Pengeringan di tingkat petani Indonesia

sebagian besar dilakukan dengan bantuan sinar matahar dan diletakkan diatas lantai

yang terbuat dari semen.

2. Pengeringan Buatan, Pengeringan buatan adalah pengeringan dengan

menggunakan udara yang dipanaskan. Udara yang dipanaskan tersebut dialirkan ke

bahan yang akan dikeringkan dengan menggunakan alat yang dirancang dengan

mekanisme dan konsep dari perpindahan panas.

Ditinjau dari pergerakan bahan padatnya, pengeringan dapat dibagi menjadi dua,

yaitu pengeringan batch dan pengeringan kontinyu. Pengeringan batch adalah

13

pengeringan dimana bahan yang dikeringakan dimasukan ke dalam alat pengering dan

didiamkan selama waktu yang ditentukan. Pengeringan kontinyu adalah pen eringan

dimana bahan basah masuk secara sinambung dan bahan kering keluar secara sinambung

dari alat pengering.

Pembagian pokok pengering (dryer) :

1. Pengering (dryer) dimana zat yang dikeringkan bersentuhan langsung dengan gas

panas (biasanya udara) disebut pengering adiabatik (adiabatic dryer) atau

pengering langsung (direct dryer).

2. Pengering (dryer) dimana kalor berpindah dari zat ke medium luar, misalnya uap

yang terkondensasi, biasanya melalui permukaan logam yang bersentuhan disebut

pengering non adiabatik (non adiabatic dryer) atau pengering tak langsung

(indirect dryer). (Mc. Cabe, 2002)

Berdasarkan kondisi fisik yang digunakan untuk memberikan panas pada sistem

dan memindahkan uap air, proses pengeringan dapat dibagi menjadi tiga, yaitu: (Sumber:

Geankoplis, 1993)

1. Pengeringan vakum, Menggunakan logam sebagai medium pengontak panas

atau menggunakan efek radiasi. Pada proses ini penguapan air berlangsung lebih

cepat pada tekanan rendah.

2. Pengeringan beku, Pengeringan yang melibatkan proses sublimasi air dari suatu

material beku.

Sedangkan berdasarkan tipe dan cara kerjanya pengering dibagi menjadi beberapa

bagian yang antara lain :

14

1. Fluidized Bed Dryers

Gambar 2.2 : Fluidized Bed Dryers ( sumber : www.imtechventilex.com )

Pengering fluidized bed (FBD) digunakan secara ekstensif untuk pengeringan

partikulat basah dan bahan granular yang dapat fluidized, dan bahkan lumpur, pasta, dan

suspensi yang dapat fluidized di tempat tidur dari lembam padatan. Mereka umumnya

digunakan dalam pengolahan produk seperti bahan kimia, karbohidrat, bahan

makanan,biomaterial, produk minuman, keramik, obat-obatan dalam bentuk bubuk atau

diaglomerasi, kesehatan produk, pestisida dan bahan kimia pertanian, zat warna dan

pigmen, deterjen dan bahan aktif permukaan, pupuk, polimer dan resin, tanin, produk

untuk kalsinasi, pembakaran, pembakaran, pengelolaan limbah proses, dan proses

perlindungan lingkungan.

2. Drum Dryer

Pengeringan dengan drum (Drum Drying) secara luas digunakan dalam

pengeringan komersial di industri pangan untuk berbagai jenis produk makanan berpati,

makanan bayi, maltodekstrin, suspensi dan pasta dengan viskositas tinggi (heavy pastes),

dan dikenal sebagai metode pengeringan yang paling hemat energi untuk jenis produk

15

tersebut. Karena terpapar pada suhu tinggi hanya dalam beberapa detik, drum drying

sangat cocok untuk kebanyakan produk yang sensitif terhadap panas.

Gambar 2.3 : Drum Dryer ( sumber : www.wlimg.com )

Tujuan utama dari pengeringan ini adalah memecah struktur granula pati sehingga

meningkatkan daya larut (solubility) produk dan penyerapan air (water absorption) dalam

air dingin pada pasta dari pati (Panuwat S. and Athapol N., 2003).

Pengering drum dikembangkan pada awal tahun 1900-an dan hampir digunakan

pada semua bahan makanan cair sebelum penggunaan pengeringan semprot. Saat ini

pengering drum digunakan dalam industri makanan untuk mengeringkan berbagai produk

seperti produk susu, makanan bayi, sereal, buah dan sayur, pure kentang, dan pati masak.

2. 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.

16

Bahan yang digunakan dalam pengeringan spry drying dapat berupa suspensi, dispersi

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 2.4 : Spray Dryer ( sumber : www.masontechnology.com )

Prinsip dasar Spray drying adalah memperluas permukaan cairan yang akan

dikeringkan dengan cara pembentukan droplet yang selanjutnya dikontakkan dengan

udara pengering yang panas. Udara panas akan memberikan energi untuk proses

penguapan dan menyerap uap air yang keluar dari bahan. Bahan (cairan) yang akan

dikeringkan dilewatkan pada suatu nozzle (saringan bertekanan) sehingga keluar dalam

bentuk butiran (droplet) yang sangat halus. Butiran ini selanjutnya masuk kedalam ruang

pengering yang dilewati oleh aliran udara panas. Hasil pengeringan berupa bubuk akan

berkumpul dibagian bawah ruang pengering yang selanjutnya dialirkan ke bak

penampung.

17

3. Rotary dryer

Gambar 2.5 : Rotary Dryer ( sumber : www.masontechnology.com )

Rotary dryer merupakan alat pengering berbentuk sebuah drum yang berputar

secara kontinyu yang dipanaskan dengan tungku atau gasifier. Secara umum, alat rotary

dryer terdiri dari sebuah silinder yang berputar di atas sebuah bearing dengan kemiringan

yang kecil menurut sumbu horisontal, rotor, gudang piring, perangkat transmisi,

perangkat pendukung, cincin meterai, dan suku cadang lainnya.. Panjang silinder

biasanya bervariasi dari 4 sampai lebih dari 10 kali diameternya (bervariasi dari 0,3

sampai 3 m). Feed padatan dimasukkan dari salah satu ujung silinder dan karena rotasi,

pengaruh ketinggian dan slope kemiringan, produk keluar dari salah satu ujungnya.

Pengering putar ini dipanaskan dengan kontak langsung gas dengan zat padat atau dengan

gas panas yang mengalir melalui mantel luar, atau dengan uap yang kondensasi di dalam

seperangkat tabung longitudinal yang dipasangkan pada permukaan dalam selongsong.

4. Tray dryer

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. 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

18

dan perpindahan panas secara konduksi juga dimungkinkan dengan memanaskan baki

tersebut.

Gambar 2.6 : Tray Dryer ( sumber : www.equipmentsexporters.com )

2.5 Rotary Dryer

2.5.1 Rotary Dryer

Rotary dryer atau bisa disebut drum dryer merupakan alat pengering berbentuk

sebuah 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.

19

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 scrubber dan penangkap air elektrostatis.

Secara umum, alat rotary dryer terdiri dari sebuah silinder yang berputar di atas

sebuah bearing dengan kemiringan yang kecil menurut sumbu horisontal, rotor, gudang

piring, perangkat transmisi, perangkat pendukung, cincin meterai, dan suku cadang

lainnya.. Panjang silinder biasanya bervariasi dari 4 sampai lebih dari 10 kali diameternya

(bervariasi dari 0,3 sampai 3 m). Feed padatan dimasukkan dari salah satu ujung silinder

dan karena rotasi, pengaruh ketinggian dan slope kemiringan, produk keluar dari salah

satu ujungnya. Pengering putar ini dipanaskan dengan kontak langsung gas dengan zat

padat atau dengan gas panas yang mengalir melalui mantel luar, atau dengan uap yang

kondensasi di dalam seperangkat tabung longitudinal yang dipasangkan pada permukaan

dalam selongsong.

Pengering rotary telah menjadi andalan bagi banyak industri yang menghasilkan

produk dalam tonase yang tinggi. Pengeringan ini biasanya membutuhkan modal yang

besar dan kurang efisien, tetapi sangat fleksibel. Penggunaan tabung uap yang

dibenamkan dalam sel yang berputar membuat pengeringan pancuran (cascanding rotary

dryer) lebih efisien secara termal.

Pengering rotary memiliki keuntungan dari struktur yang wajar, manufaktur yang

sangat baik, output tinggi, konsumsi energi yang rendah, operasi yang mudah digunakan

dan sebagainya. Pengering rotary berlaku untuk bahan partikel, dan juga berlaku untuk

20

bahan pasta dan kental yang bercampur dengan bahan partikel, atau bahan yang kadar air

tinggi. Ini memiliki keuntungan dari volume produksi yang besar, berbagai aplikasi,

hambatan aliran kecil, rentang disesuaikan besar, dan operasi yang mudah digunakan, dll.

Secara umum, unit pemanas langsung merupakan unit yang sederhana dan paling

ekonomis. Unit ini digunakan pada saat kontak langsung antara padatan dan flue gas

dapat ditoleransi. Karena beban panas total harus diberikan dan diambil, sejumlah volume

total gas yang besar dan kecepatan yang tinggi diperlukan. Kecepatan gas yang ekonomis

biasanya kurang dari 0,5 m/s.

Bagian dalam alat yang berbentuk silindris ini, semacam sayap yang banyak.

Melalui antara sayap-sayap tersebut dialirkan udara panas yang kering sementara silinder

pengering berputar. Dengan adanya sayap-sayap tersebut bahan seolah-olah diaduk

sehinga pemanasan meratadan akhirnya diperoleh hasil yang lenih baik. Alat ini

dilengkapi 2 silinder, yang satu ditempatkan di bagian dekat pemasukan bahan yang akan

dikeringkan, dan yang satu lagi di bagian dekat tempat pengeluaran bahan hasil

pengeringan. Masing- masing silinder tersebut berhubungan dengan sayap-sayap (kipas)

yang mengalirkan secara teratur udara panas disamping berfungsi pula sebagai pengaduk

dalam proses pengeringan, sehingga dengan cara demikian pengeringan berlangsung

merata.

Keuntungan penggunaan rotary/drum dryer sebagai alat pengering adalah :

Penanganan bahan yang baik sehingga menghindari terjadinya atrisi

Proses pencampuran yang baik, memastikan bahwa terjadinya proses pengeringan

bahan yang seragam/merata

Efisiensi panas tinggi

21

Operasi sinambung

Instalasi yang mudah

Menggunakan daya listrik yang sedikit

Kekurangan dari penggunaan pengering rotary diantaranya adalah :

Karakteristik produk kering yang inkonsisten

Efisiensi energi rendah

Perawatan alat yang susah

Tidak ada pemisahan debu yang jelas

2.5.2 Prinsip Kerja Rotary Dryer

Pada alat pengering rotary dryer terjadi dua hal yaitu kontak bahan dengan

dinding dan aliran uap panas yang masuk ke dalam drum. Pengeringan yang terjadi akibat

kontak bahan dengan dinding disebut konduksi karena panas dialirkan melalui media

yang berupa logam. Sedangkan pengeringan yang terjadi akibat kontak bahan dengan

aliran uap disebut konveksi karena sumber panas merupakan bentuk aliran. Pada

pengeringan dengan menggunakan alat ini penyerapan panas mudah dilakukan dan terjadi

penyusutan bobot yang lebih tajam dibandingkan dengan penurunan pembobotan yang

dialami tray dryer.

Pengeringan pada rotary dryer dilakukan pemutaran berkali-kali sehingga tidak

hanya permukaan atas yang mengalami proses pengeringan, namun juga pada seluruh

bagian yaitu atas dan bawah secara bergantian, sehingga pengeringan yang dilakukan

oleh alat ini lebih merata dan lebih banyak mengalami penyusutan. Selain itu rotary ini

mengalami pengeringan berturut-turut selama satu jam tanpa dilakukan penghentian

22

proses pengeringan. Pengering rotary ini terdiri dari unit-unit silinder, dimana bahan

basah masuk diujung yang satu dan bahan kering keluar dari ujung yang lain.

Proses pengeringan terjadi ketika bahan dimasukkan ke dalam silinder yang

berputar kemudian bersamaan dengan itu aliran panas mengalir dan kontak dengan bahan.

Didalam drum yang berputar terjadi gerakan pengangkatan bahan dan menjatuhkannya

dari atas ke bawah sehingga kumpulan bahan basah yang menempel tersebut terpisah dan

proses pengeringan bisa berjalan lebih efektif. Pengangkatan memerlukan desain yang

hati-hati untuk mencegah dinding yang asimetri. Selain itu bahan bergerak dari bagian

ujung dryer keluar menuju bagian ujung lainnya akibat kemiringan drum. Bahan yang

telah kering kemudian keluar melalui suatu lubang yang berada di bagian belakang

pengering drum. Sumber panas didapatkan dari gas yang diubah menjadi uap panas

dengan cara pembakaran.

Kontak yang terjadi antara padatan dan gas pada alat pengering rotary dryer

dilengkapi dengan flights, yang diletakkan di sepanjang silinder rotary dryer. Volume

material yang ditransport oleh flights antara 10 sampai 15 % dari total volume material

yang terdapat di dalam rotary dryer. Mekanismenya sebagai berikut, pada saat silinder

pengering berputar, padatan diambil keatas oleh flights, terangkat pada jarak tertentu

kemudian terhamburkan melalui udara. Kebanyakan pengeringan terjadi pada saat seperti

proses ini, dimana padatan berkontak dengan gas. Flights juga berfungsi untuk

mentransfer padatan melalui silinder.

Proses yang terjadi di dalam rotary dryer sangat kompleks dan masih sedikit

dimengerti dengan baik sehingga menjadi obyek penelitian dari banyak peneliti. Untuk

dapat menganalisis dan mendesain sistem rotary dryer secara benar dan meyakinkan,

perlu difahami fenomena perpindahan panas, perpindahan massa dan transportasi partikel

23

padat di dalam rotary dryer. Mula-mula panas dipindahkan dari gas ke padatan basah,

karena adanya driving force suhu, dan temperatur padatan akan naik dan kehilangan uap

air. Uap air berpindah ke aliran gas karena adanya gradien tekanan uap. Hal ini

merupakan proses simultan dari perpindahan massa dan perpindahan panas yang terjadi

pada saat partikel padat bergerak secara kontinyu membentuk pancaran berputar di

seluruh silinder dari masukan sampai keluaran (Earle,1989). Metoda perpindahan panas

yang terjadi adalah konveksi dan konduksi.

Pada umumnya kebanyakan alat pengering, panas dipindahkan dengan lebih dari

satu cara, tetapi pengering industri tertentu (misalnya pengeringan makanan) mempunyai

satu metoda perpindahan panas yang dominan. Sedangkan pada rotary dryer, perpindahan

panas yang dominan adalah perpindahan panas konveksi, panas yang diperlukan biasanya

diperoleh dari kontak langsung antara gas panas dengan padatan basah. Pengeringan

dalam rotary dryer menggunakan suhu tidak lebih dari 70oC dengan lama pengeringan

80-90 menit, dan putaran rotary dryer 17-19 rpm. Untuk memperoleh hasil pengeringan

yang baik selain ditentukan oleh suhu dan putaran mesin juga ditentukan oleh kapasitas

mesin pengering. Kapasitas per batch mesin pengering ditentukan oleh diameter mesin

itu.

Dalam merencanakan alat pengering rotary dryer hendaklah diketahui kadar air

input, kadar air output, densiti material, ukuran material, maksimum panas yang diijinkan,

sifat fisika atau kimia, kapasitas output, dan ketersediaan jenis bahan bakar sehingga

dapat ditentukan dimensi rotary dryer, sistem pemanas (langsung atau tidak langsung),

arah gas panas (co-current atau counter current), volume dan tekanan udara, kecepatan

dan tenaga putar, dan dimensi siklon.

2.5.3 Tipe Rotary Dryer

24

Pengering rotary diklasifikasikan sebagai langsung, tidak langsung-langsung,

tidak langsung, dan khusus tipe. Klasifikasi ini didasarkan pada metode perpindahan

panas yang langsung ketika panas ditambahkan ke atau dihapus dari padatan pertukaran

langsung antara gas dan padatan, dan menjadi tidak langsung ketika media pemanas

dipisahkan dari kontak dengan padatan oleh dinding logam atau tabung. Ada yang tak

terbatas jumlah variasi, yang karakteristik operasi ini cocok untuk pengeringan, reaksi

kimia, pencampuran, pemulihan pelarut, dekomposisi termal, sintering, dan aglomerasi

padatan. Secara khusus, rotary dryer debedakan menajadi :

1. Direct rotary dryer, yaitu berbentuk silinder kosong tanpa menggunakan sirip.

Tipe ini sangat cocok untuk pengeringan dengan suhu rendah dan suhu sedang dan

bahan denaan karakteristik tertentu

2. Direct rotary kiln, yaitu pengering rotary berbentuk silinder dengan blok

berisolasi. Tipe pengeringan ini sangat cocok untuk pengeringan dengan suhu

tinggi.

3. Indirect steam-tube dryer, yaitu berbentuk silender dengan tabung lugam yang

dipasang longitudinal didalamnya. Pengering dengan tipe ini memerlukan air

sebagai media pendinginnya.

4. Direct Roto-Louvre dryer, tipe pengering ini merupakan tipe khusus yang sangat

cocok untuk pengeringan dengan suhu rendah.

2.5.4 Desain Rotary Dryer

Perancangan rotary dryer pada dasarnya adalah proses penerapan formula

theotritical dan factor tertentu yang dijadikan sebagai landasan untuk perancangan

sebuah alat yan beroperasi dengan baik. Kadang-kadang. Dalam perancangan desainya

25

semua elemen yang menjadi dasar konsep pengeringan harus menjadi pertimbangan dan

menjadi patokan dasar. Adapun factor yang harus diperhatikan dalam mendesain sebuah

alat rotary dryer adalah sebagai berikut.

1. Desain Flight

Dalam silinder sebuah rortary dryer terdapat lifting flight yang menempel pada

dinding sepanjang dryer yang berfungsi mengangkat bahan dan menebarkannya melewati

udara panas. Bahan yang akan dikeringkan masuk pada ujung pengering yang tinggi,

dengan adanya perputaran dari pengering serta didukung oleh adanya lifting flight di

dalamnya. Produk akan keluar secara perlahan-lahan pada ujung yang lebih rendah.

Gambar 2.7 : Flight ( sumber : inovasibiomasa.blogspot.com )

Direct rotary dryer panas biasanya dilengkapi dengan lifting flight untuk

mengangkat dan bahan yang masuk dalam bentuk padatan melalui aliran gas selama

perjalanan melalui silinder. Lifting flight ini biasanya berjarak antara 0,6-2 m. Bentuk

lifting flight tergantung pada karakteristik bahan. Untuk bahan mengalir bebas, radial

lifting flight bersudut 90.

26

Gambar 2.8 : Tipe Flight ( Sumber : Handbook of Industrial Drying )

Pada berbagai kasus flight disesuaikan dengan bahan yang akan dikeringkan. Pada

kasus rotary dryer dengan flight bersudut makan besarnya sudut menjadi factor yang

harus diperhatikan agar memperoleh kesetimbangan pada system rotary. Schofield dan

Glikin menentukan sudut ini dari keseimbangan keseimbangan gaya yang bekerja pada

partikel, Keseimbangan kekuatan menghasilkan persamaan berikut:

= + ( )

( + )

Dimana, =

= (

2

)

27

System flight yang berbagai bentuk ini bertujuan untuk memastikan bahwa bahan akan

mengalami kontak dengan gas pengering. Selain itu desain flight ini juga menentukan

jumlah dan bentuk flight dalam system pengering.

2. Residence time

Sebuah studi Residence Time distribusi padatan dalam rotary dryer (Miskell &

Marshall 1956, Hirosue & Shinohara 1982, Hallstrm 1985) menunjukkan bahwa

pergerakan padatan dapat diibaratkan sebagai aliran plug dengan sejumlah kecil dispersi

axial. Sehigga Alat pengering modern dapat digunakan sebagai pencampuran reaktor

yang ideal dengan tingkat pencampuran baik. Oleh karena itu Residence time dapat

digunakan untuk mengukur kecepatan partikel. Meskipun demikian kecepatan partikel

dipengaruhi beberapa faktor-faktor yang menyebabkan beberapa partikel bergerak lebih

cepat atau lebih lambat melalui drum daripada yang lain.

Secara matematis Residence Time dirumuskan sebagai

=

Dimana, =

=

=

Selain persamaan tersebut resistence time juga dapat ditentukan berdasarkan geometry

dari silinder rotary dryer,

=

tan +

60

28

Dimana, =

=

=

=

= ( )

=

=

=

K m

0,275 for 6 flight 177 -532 (cocurrent flow)

0,375 for 12 flight 236 -945 ( countercurrent flow )

29

3. Heat And Mass Transfer

Selama pengeringan, panas dipasok ke bahan untuk proses penguapan air.

Sehingga dalam proses ini panas akan mengalami pergerakan dari suatu bagian ke bagian

lainnya. Penting untuk diketahui bahwa dalam perancangan alat pengering system rotary

adalah perlunya untuk diketahui nilai dari koefisien panas keseluruhan sehinnga panas

yang ditransfer melalu silinder dapat didefinisikan. Secara matematis, perpindahan panas

didefenisikan sebagai berikut

=

Dimana, =

=

=

=

Sedangkan kofisien perpindahan panas volumetric dijabarkan dalam bentuk :

=

Dimana, = 44

= ( 0.16 )

Flight rotary dryer memiliki peranan penting dalam hal perpindahan panas yang

terjadi. Hal ini dikarenakan pergerakan bahan didalam silinder tergantung pada posisi dan

jumlah flightnya. Secara matematis hubungan antara flight dengan perpindaha panas

antara lain.

30

= 1,02 ( 1 )

2 0,46 6

= 0,228 ( 1 )

2 0,46 12

= 0,652 1 1 0,46 6

= 0,145 1 1 0,46 6

Dimana, =

Bila kuantitas uap yang diinginkan dipindah dari permukaan material dan

temperatur material tidak diketahui, pendekatan yang baik untuk D tm adalah rata-rata

logaritmik antara wet bulk udara pengering di inlet dan outlet pengering. Hubungan yang

direkomendasikan untuk pengering komersial yang di produksi di United States yang

biasanya mempunyai flight count per circle 2.4 sampai 3.0 D dan kecepatan shell

peripheral 60 sampai 75 ft/min :

= 0,5 0,67

31

= 0,4 0,67

Karakteristik material dibatasi temperatur gas, temperatur masuk biasanya

ditetapkan oleh medium pemanas (400 K sampai 450 K untuk uap dan 800 K sampai

1100 K untuk pemanas gas atau minyak).

4. Analis biaya dan Energi

Dalam sebuah perancangan penggunaan biaya dan energy adlah hal yang harus

diperhatikan. Sebuah pengering yang baik adalah pengering yang mampu melakukan

kerja maksimal dengan kapasitas energy yang optimal. Sehingga dapat menghemat biaya

produksi. Dalam sebuah alat pengering hubungan antara biaya dan penggunaan eergi

dihubungkan dengan rumus

= ( 4.75 + 0.1952 + 0.33 )

100000

Dimana, = ( 1 = 0.75 )

=

=

= + 2

=

W = berat total

32

5. Desain Geometri dryer

Sebuah alat pengering dirancang dalam model dan bentuk yang sesuai agar terjadi

kesetimbangan system dan system dapat berjala dengan maksimal. Oleh karena itu dalam

perancangan pembuat harus mengikuti ketentuan yang telah ditentukan secara matematis.

Adapun ketentuan yang harrus diperhatikan antara lain

5% <

< 15%

2 <

< 20

5 <

< 15

Dimana , =

=

=

=

Rasio L/D yang paling efisien untuk keperluan komersial berada antara 4 sampai

10. Rotary Dryer biasanya dioperasikan dengan 10 sampai 15 % dari volumenya diisi

dengan material. Dan Waktu yang dibutuhkan untuk melalui Rotary Dryer dapat

diestimasikan menggunakan hubungan Friedman dan Marshall :

= 0.23

0.9 0.6

33

= 5 0,5

Dimana, =

=

=

=

=

=

=

=

+ =

=

Dalam sebuah perancangan system rotary tentu dibutuhkan sebuah motor listrik

yang digunakan untuk memutar siilinder, daya motor listrik yang dibutuhkan sebuah alat

pengering system rotary dirumuskan dalam bentuk

= +

Dimana, =

=

=

34

BAB III

METODE PENELITIAN

1.1. Alur Penelitian

Pertama yaitu, penulis mengumpulkan sebanyakbanyaknya referensi atau

literatur dari buku buku ataupun internet. Studi literatur sebanyak banyaknya dilakukan

agar dapat mengkompilasi seluruhnya sehingga didapat suatu hasil yang baik. Studi

literatur dilakukan secara terusmenurus sehingga penulis memahami betul tentang

perancangan yang akan dibuat. Setelah mendapatkan literatur, tahap selanjutnya adalah

mulai mendesain benda kerja yang akan dirancang sehingga tercapai tujuan perancangan.

1.2. Tempat dan Waktu

1.1.1. Tempat

Kegiatan perancangan ini dilaksanakan di Departemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara dan di rumah penulis. Tempat pelaksanaan membuat

alat ini di bengkel produksi.

1.1.2. Waktu

Waktu perancangan ini selama satu semester ganjil dan genap tahun akademik

2013/2014

35

BAB IV

PEMBAHASAN

Pada perancangan Drying Of Foodstuffs With Rotary Dryers ini penulis

melakukan perancangan dengan tujuan untuk menghasilkan alat pengering yang

berkualitas dengan meningkatkan efisiensi dan efektifitas alat pengering. Dalam proses

ini memanfaatkan efek sebaik mungkin dengan menganalisa komponen komponen

pendukung.

Dalam perancangan rotary dryer hanya atas dasar prinsip fundamental sangatlah

sulit. Karena Beberapa korelasi yang tersedia untuk mendesain tidak terbukti mencukupi

untuk banyak sistem. Desain pengering rotary lebih baik dilakukan dengan menggunakan

pilot plant uji data dan data operasi skala penuh pengering jenis yang sama jika tersedia,

bersama-sama dengan persamaan desain yang tersedia. Sebuah jumlah yang cukup besar

variabel yang terlibat seperti bahan untuk dikeringkan per jam, inlet dan kelembaban

keluar isi padat, kandungan air kritis dan keseimbangan, suhu dan kelembaban gas

pengeringan. Prosedur desain berdasarkan prinsip-prinsip dasar dan korelasi tersedia

dibahas di bawah. Dalam kasus ini kita asumsikan bahwa bahan hanya memiliki

kelembaban terikat dan seperti yang ditunjukkan pada gambar

36

Pada tugas perancangan ini akan dibahas sebuah alat pengerig bahan makanan

dengan system rotary ( Drying Of Foodstuffs With Rotary Dryers ) . Semua bahan

makanan mengandung kadar air tertentu, Berikut adalah table kadar air beberapa

komoditi bahan makanan menurut berbagai sumber :

Nama Kadar Air Nama Kadar Air

Tomat* 94% Selada (Lactuca sativa) *** 95%

Semangka* 93% Kubis*** 92%

Kol* 92% Jeruk*** 87%

Nenas** 85% Biji Kopi, Panggang*** 5%

Kacang hijau* 90% Kentang*** 78%

Susu sapi** 88% Pisang*** 75%

Ikan teri kering** 38% Ayam*** 70%

Daging sapi* 66% Keju*** 37%

Roti* 36% Selai*** 28%

Buah kering* 28% Madu*** 20%

Susu bubuk** 14% Mentega dan Margarin*** 16%

Tepung ** 12% Beras*** 12% Sumber : Hartley, 1970; **Poerwosoedarmo, 1977 ***John M deMan 1997

Pada perancangan ini Bahan makan yang dikeringka di fokuskan pada bahan

makanan berupa tepung seperti terigu, tapioca, tepung sagu dan sebagainya. Berdasarkan

data diatas tepug dikatakan kering jika kadar air yang dimilikinya adalah sekitar 12 %.

Oleh karena itu akan dirancang sebuah alat pengering yag digunakan untuk mengeringkan

tepung hingga kadar air 12 %.

5.1 Persyaratan Kondisi Sistem

Pada perancangan alat pengering system Rotary ini ( Drying Of Foodstuffs With

Rotary Dryers ) diasumsikan pada beberapa kondisi untuk mempermudah perancangan

system ini.

37

Kapasitas Pengering 1000 kg / jam

Temperatur Bahan 26 0C

Kadar Air Awal 28%

Kadar Air Kering 0,3 %

Temperatur Udara keluar 1500C

Kelembaban udara keluar 0,015

Cps 1.54 KJ/KgK

Kecepatan Udara 1,5 m/s

Berdasarkan kondisi diatas akan dilakukan perhitungan secara matematis untuk

memperoleh panjang, diameter serta parameter parameter lain sebuah rotary dryer.

Sihingga alat pengering yang akan dirancang sesuai dengan secara model fisik dan model

matematis.

5.2 Desain Sistem

Perhitungan matematis adalah hal dasar dalam perancangan sebuah system.

Sebuah system yang baik haruslah dapat dilakukan perhitungan matematis, pada pada

peracangan system pengering rotary ini akan dilakukan semua perhitungan matematis

seluruh komponen system. Adapun perhitungan ini diasumsikan system bekerja dalam

satu jam kerja. Berikut Adalah Perhitungan semua Parameter Pembangun Sistem.

5.1.1 Dryer

38

Silinder dryer adalah merupakan tempat terjadinya proses pengeringan suatu

bahan. Dididalm silinder ini terjadi proses pertukanran panas dari bahan dengan gas

bertemparatur yang dilewatkat didalam silinder. Pada perancangannya terdapat berbagai

hal yang menentuan besarnya sebuah silinder dryer.

1. Massa Dan Moisture Balance

Tingkat kelembaban adalah kontrol kualitas, produksi, inspeksi masuk pada

sebuah produk. Penentuan kadar air dalam bahan baku, merupakan faktor kunci dalam

memberikan produk yang seragam konsisten dalam aplikasi produksi. Dalam

perancangan alat pengering kesitimbangan tingkat kelembaban suatu produk adalah kunci

awal perancang system.

39

Berdasarkan Kondisi yang telah diasumsikan diatas maka:

=

Dimana, =

=

=

Sehingga Kelembaban kondisi bahan berdasarka kondisi yang telah diasumsikan untuk

membantu proses perancangan adalah sebagi berikut:

1. Kelembapan bahan pada saat basah ( 1 )

1 = 28

72= 0,38

2. Kelembapan bahan pada saat kering ( 2 )

2 = 0,3

99,7= 0,00301

3. Massa Bahan Kering ( Ms )

= 1000 1 0,4 = 600 /

3. Tingkat Penguapan ( ms)

= 1 2

= 600 0,38 0,00301

= 226,194

40

2. Enthalpy Balance

Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi dari

suatu sistem termodinamika. Entalpi terdiri dari energi dalam sistem, termasuk satu dari

lima potensial termodinamika dan fungsi keadaan, juga volume dan tekanannya. Jika kita

hubungkan entalpi dengan hukum termodinamika yang pertama, kita akan tahu bahwa

entalpi secara global tidak pernah berubah. Energi hanya bergerak, namun tidak

bertambah atau sehingga menyebabkan kesetimbangan system.

Berdasarkan data, maka kesetimbangan Entalpi system adalah:

1 = 260 1 = 135

0 2 = 0,015 = 0,8 /

Sehingga, ( diasumsikan bahwa suhu gas masuk 2 = 600 dan bahan 2 = 100

0

* 1 = + 4,187 1 1 0

1 = 0,8 + 4,187 0,38 26 0

1 = 62,16 /

* 2 = + 4,187 2 2 0

2 = 0,8 + 4,187 0,00301 100 0

2 = 81,2 /

* 2 = + 1,88 2 2 0 + 2 ( 2500 )

2 = 1,005 + 1,88 0,015 135 0 + 0,015( 2500 )

2 = 177 /

* 1 = + 1,88 1 2 0 + 1 ( 2500 )

41

1 = 1,005 + 1,88 1 60 0 + 1 ( 2500 )

1 = 60,3 + 2612,8 1

Karena terjadi kesetimbangan massa, maka berlaku

1 2 = 1 2

Sehingga,

1 0,015 = 600 0,38 0,00301

= 600 ( 0,380,00301 )

1 0,015

= 226,194

1 0,015

Jika,

2 1 = 1 2

600 81,2 62,16 = 226,194 1 0,015

177 60,3 + 2612,8 1

11424 = 226,194

1 0,015 116,7 2612,8 1

114241 171,36 = 26396,8 590999,68 1

602423,68 1 = 26568,16

1 = 0,044

42

Maka massa kering gas dapat diperoleh ( )

= 226,194

0,044 0,015

= 7799,79 /

3. Dryer Diameter

Shell adalah bagian utama dari sebuah rotary dryer. Diameter dari shell ini

ditentukan dengan cara menghitung volume lengas, yaituselisi Volume campuran udara

dengan uap air pada kondisi kelembaban relatif dan temperature tertentu., sehingga

* 1350 2 = 0,015

, = ( 2,83 103 + 4,56 103 )

, = ( 135 + 273 )( 2,83 103 + 4,56 103 0,015 )

= 1,183 3

* 600 1 = 0,044

, = ( 2,83 103 + 4,56 103 )

, = ( 135 + 273 )( 2,83 103 + 4,56 103 0,044 )

= 1,236 3

*

= 4

3600 = 0,85

43

= 4(545,045 )

3600 0,85 1,5

= 0,38 = 38 40

Dalam perancangan ini secara matematis diameter dryer yang akan dibuat untuk

menegringkan bahan dengan kapasistas 600 kg/ jam adalah 38 cm, namun pada

pembuatan diameter dibuat dengan diameter 40 cm.

4. Panjang Dryer

Dalam perancangan, panjang dari dryer secara matematis ditentukan sebagai

berikut:

Stage III

Pada kondisi ini diasumsikan =

= = 410

Maka, tingkat kelembaban Pada titik SB diperoleh,

= + 4,187 2 0

= 0,8 + ( 4,187 ) 0,00301 ( 41 0 )

= 33, 31 /

Jika panas spesifik gas Pada kondisi diatas adalah

= 1,005 + 1,88 0,015 = 1,003

Sehingga proses kesetimbnagan yang terjadi adalah:

44

2 1 = ( 135 )

600 81,2 62,16 = 7799,79 1,003 ( 135 )

= 133,530

Dengan diperolehnya maka suhu pada stage III diperoleh secara keseluruha,

sehingga LMTD-nya adalah:

= 133,53 41 = 92,53

2 = 135 100 = 35

= 92,5335

ln92 ,53

35

= 59,17

Sehingga, panjang dryer pada proses ini dirumuskan dengan

=2

=

135 133 ,53

59,17

= 0,024

Stage II

Karena , = 0,015

* = + 1,88 2 0 + 2 ( 2500 )

= 1,005 + 1,88 0,015 133,53 0 + 0,015( 2500 )

= 175,46 /

45

* = + 1,88 1 0

= 0,8 + 4,187 0,38 41 0

= 98,03 /

Sehingga, proses kesetimbangan yang terjadi adalah :

=

600 33, 31 98,03 = 7799,79 ( 175,46 )

= 180,43 /

Dengan diketahuinya nilai dari maka temperature gas pada titik A dapat dihitung

dengan cara berikut:

= + 1,88 1 0 + 1 ( 2500 )

180,43 = 1,005 + 1,88 0,044 0 + 0,044( 2500 )

= 64,750

Dengan diperolehnya maka suhu pada stage III diperoleh secara keseluruha,

sehingga LMTD-nya adalah

= 64,75 41 = 50,45

= 92,53

= 92,5323,75

ln92,53

23,75

= 47,8

Sehingga, panjang dryer pada proses ini dirumuskan dengan

46

=

=

133,5364,75

47,8 =1,43

Stage I

1 = 60 26 = 34

= 50,45

= 50,4534

ln50,45

34

= 41,68

Sehingga, panjang dryer pada proses ini dirumuskan dengan

= 1

=

64,7560

41,68 =0,11

Dari seluruh proses pada setiap stage maka dapat diperoleh total dari system, yaitu

= 0,024 + 1,43 + 0,11 = 1,564

Untuk menentukan panjang Dari sebuah dryer harus terlebih dahulu meencari panjang

unit transfer yaitu dengan cara berikut.

. =7799,79 1,015 + 7799,79 ( 1,044)

2

. = 16059,76

47

=16059 ,76

3600

4 0,4 2

= 0,56 /2

Koefisien perpindahan panas volumentric

=237( )0,67

=237( 0,56 )0,67

0,4

= 401,76 /3

Kelembaban udara akhir

1 = 1,005 + 1,88 0,015 = 1,033

2 = 1,005 + 1,88 0,044 = 1,087

. =1,033+1,087

2= 1,06

Sehingga, panjang daerah transfer Lt

= .

=

0,56 1060

401,76= 1,47

Maka Panjang dari dryer adalah

= . = 1,564 1,47 = 2,31

48

5. Heat Transfer

Sebuah pengering secara bekerja dengan memanfaatkan konsep perpidahan panas.

Yaitu dengan mengalirkan suatu energy panas melewati bahan melalu sebuah system

tertutup. Dalam perancangan ini konsep perpindahan panas akan dijabarkan sebagai

berikut:

=

2 = 135 100 = 35

1 = 60 26 = 34

=3534

ln35

34

= 34,9

= 401,76 4 0,42 2,31 0,4 34,9

= 401,76 4 2,31 0,4 34,9

= 1609,29 /

6. Flight Desain

Dalam silinder sebuah rortary dryer terdapat lifting flight yang menempel pada

dinding sepanjang dryer yang berfungsi mengangkat bahan dan menebarkannya melewati

udara panas. Perancangan flight adalah dengan cara berikut:

Jumlah Flight

= 0, 4 = 1,28

= 3

49

= 3 1,28

= 3,84

Karena = 3,84 maka jumlah flight bisa dikatakan adalah 4

Panjang radial Flight

= 1 8

= 1 8 1,28

= 0,16 = 5

7. Check Variabel Sistem

Dalam peranacangan semua variable diatas haruslah sesuai dengan ketentuan yang

telah ditetapkan, agar system berjalan denga baik. Berikut ini adalah pemeriksaan

variable system agar berjalan dengan baik:

<

< <

<

2 <

< 20

= 2,31 = 0,4

=

2,31

0,4= 5,775 sistem memenuhi syarat

5 <

< 15

= 4 = 0,4

=

4

0,4= 10 sistem memenuhi syarat

50

5.1.2 Motor Penggerak

Sebuah rotary Dryer tentu harus memiliki sebuah motor listrik yang digunakan

untuk memutar silider dryer sehingga terjadi prose pengeringan secara merata. Dalam

Perancagan rotary dryer pemilihan motor listrik yang tepat sangat diperlukan. Hal ini

dikarenakan adalah untu mendapatkan kerja yang optiamal dan dapat menghindarkan

kerugian kerugian yang sia sia.

Gambar 4.1 : Motor Listrik ( Sumber : www.ebay.com )

Kecepatan putar silinder dryer :

=

= ( 30-90 / asumsi 30 )

= 30

1,3

= 7,4 7

Dalam pemilihan motor listrik haruslah terlebih dahulu kita harus mengetahui

perputaran silinder yang diinginkan.

Kecepatan putar Silinder : 7 rpm

Kecepatan Motor : 1200 rpm

Daya Motor : 1 HP

51