BAB II

DRYING

A. Tujuan Percobaan

1. Mempelajari proses drying

2. Mengetahui hubungan antara drying time dengan moisture content, drying

time dengan drying rate, dan moisture content dengan drying rate.

3. Menentukan critical moisture content pada zat padat yang dikeringan di

dalam dryer.

B. Dasar Teori

Pengeringan (drying)

Pengeringan (drying) zat padat berarti pemisahan sejumlah kecil air atau

zat cair lain dari bahan padat, sehingga mengurangi kandungan sisa zat cair di

dalam zat padat itu sampai suatu nilai terendah yang dapat diterima. Pengeringan

biasanya merupakan alat terakhir dari sederetan operasi, dan hasil pengeringan

biasanya siap untuk dikemas (McCabe, 1993). Secara umum, perbedaan

pengeringan (drying) dan peguapan (evaporation) adalah jumlah air yang

diuapkan dari material. Pada proses drying hanya mengurangi sejumlah kecil

kadar air dari material sementara evaporation mengurangi kadar air dari material

dalam jumlah yang besar. Pada beberapa kasus, kadar air dalam padatan dikurangi

secara mekanik dengan proses pemerasan, sentrifuging, dan berbagai cara lain

(Geankoplis, 1993).

Klasifikasi Proses Drying

Menurut pengoprasiannya, drying dibagi menjadi dua proses yaitu

kontinyu (sinambung) dan batch. Operasi drying secara batch dalam kenyataannya

merupakan operasi semibatch, dimana sejumlah bahan yang akan dikeringkan,

ditebarkan dalam suatu aliran udara yang kontinyu sehungga sebagian kandungan

air diuapkan. Dalam operasi secara kontinyu, bahan yang akan dikeringkan dan

udara mengalir secara kontinyu melewati suatu peralatan. Untuk mengurangi suhu

pengeringan, beberapa pengering beroperasi dalam vakum. Beberapa pengering

dapat menangani segala jenis bahan, tetapi ada pula yang sangat terbatas dalam

hal umpan yang ditanganinya. Pokok pengering (dryer) dibagi menjadi dua jenis

yaitu, pengering (dryer) dimana zat yang dikeringkan bersentuhan langsung

dengan gas panas (biasanya udara) disebut pengering adiabatik (adiabatic dryer)

atau pengering langsung (direct dryer) dan 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, 1993).

Prinsip-prinsip Pengeringan.

Berbagai jenis bahan yang dikeringkan di dalam peralatan komersial dan

banyaknya macam peralatan yang digunakan orang, maka tidak ada satu teori pun

mengenai pengeringan yang dapat meliputi semua jenis bahan dan peralatan yang

ada.Variasi bentuk dan ukuran bahan, keseimbangan kebasahannya (moisture),

mekanisme aliran bahan pembasah tersebut, serta metode pemberian kalor yang

diperlukan dipilih sebagai variabel dalam proses pengeringan. Prinsip – prinsip

yang perlu diperhatikan dalam pembuatan alat pengering antara lain :

1. Pola suhu di dalam pengering

2. Perpindahan kalor di dalam pengering

3. Perhitungan beban kalor

4. Satuan perpindahan kalor

5. Perpindahan massa di dalam pengering. (Mc. Cabe, 1993)

Tray Dryer

Tray dryer merupakan jenis pengering langsung, batch, dan konveksi.

Bahan diletakkan di wadah dan disangga. Metode pengeringan dengan  tray dryer

merupakan metode pengeringan yang sudah  lama tetapi sering digunakan untuk

pengeringan bahan padatan, butiran, serbuk atau granul yang jumlahnya tidak

terlalu besar. Umumnya alat berbentuk persegi dan didalamnya berisi rak-rak

yang digunakan sebagai tempat bahan yang akan dikeringkan.Ukuran bahan tetap

selama pengeringan. Kondisi wadah adalah diam, sedangkan cara berkontak gas

adalah dengan aliran sejajar sehingga memungkinkan masuknya aliran gas ke

dalam ruangan antara padatan yang dekat permukaan. Tray dryer memiliki

kelebihan dan kekurangan sebagai berikut:

Kelebihan:

1. Cocok untuk segala jenis bahan.

2. Moisture content akhir lebih rendah.

3. Cocok untuk penelitian skala laboratorium.

Kekurangan:

1. Konsumsi energi lebih tinggi.

2. Loading dan off loading dikerjakan secara manual.

Laju Pengeringan (Drying Kinetic)

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).

Persamaan untuk menghitung moisture content basis kering adalah:

Dimana,

Xt = moisture content basis kering

W = berat bahan basah (kg)

Ws = berat bahan kering (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

menurut Treybal (1981) adalah:

R = -

Dimana,

R = laju pengeringan (kg H2O yang diuapkan / jam m2)

Ws = berat bahan kering (kg)

A = luas permukaan bahan (m2)

Xt = moisture content basis kering (kg H2O/kg bahan kering)

T = waktu (jam)

Untuk mengetahui laju pengeringan perlu mengetahui waktu yang

dibutuhkan untuk mengeringkan suatu bahan dari kadar air tertentu sampai kadar

air yang diinginkan pada kondisi tertentu , maka bisa dilakukan dengan cara :

1. Drying test yaitu hubungan antara moisture content suatu bahan vs

waktu pengering pada temperatur, humidity, dan kecepatan pengering

tetap. Kandungan air dari suatu bahan akan menurun karena adanya

pengeringan, sedangkan kandungan air yang hilang akan semakin

meningkat seiring dengan penambahan waktu hingga pada waktu (t)

tertentu padatan mencapai keseimbangan kadar air dan proses

pengeringanpun berhenti. Untuk hubungan antara laju pengeringan

(drying rate) terhadap waktu adalah pada tahap awal, laju pengeringan

akan berjalan meningkat untuk selanjutnya menuju pada level konstan

dan menurun bahkan berhenti dikarenakan padatan telah mencapai

keseimbangan dengan air.

Gambar B.1 kurva hubungan moisture content suatu bahan dan drying rate

terhadap waktu.

2. Kurva Laju Pengeringan menunjukkan hubungan antara laju

pengeringan vs kandungan air, kurva ini terdiri dari 2 bagian yaitu

periode kecepatan tetap dan pada kecepatan menurun.

Gambar B.2 kurva hubungan laju pengeringan terhadap moisture content suatu bahan.

Dalam penelitian tentang pengeringan bunga rosella oleh Yuariski dan Suherman

(2012), laju pengeringan konstan (Constant Drying Rate) tidak diperoleh. Yang diperoleh

hanyalah falling rate (hubungan antara x (moisture content) vs dx/dt (laju pengeringan)

pada berbagai suhu). Hal ini terjadi karena kelopak bunga Rosela yang dikeringkan

termasuk jenis tanaman agrikultur. Dimana pada umumnya pengeringan tanaman

agrikultur tidak diperoleh laju pengeringan konstan. Periode falling rate banyak ditemukan

pada pengeringan produk biologikal. Laju pengeringan selama periode falling rate

disebabkan karena gradien konsentrasi dari kandungan air di dalam matrix buah.

Pergerakan kandungan air internal ini sebagai hasil dari beberapa mekanisme yaitu difusi

cairan, aliran kapilari, aliran yang disebabkan shrinkage, dan gradien tekanan.

C. Alat dan Bahan

1. Alat

a. Krus 200 mL

b. Oven

c. Neraca analitik

d. Loyang

2. Bahan

Kentang

3. Skema Kerja

KentangVariabel p x l x t

0.5x0.5x21x1x21.5x1.5x22x2x2

Dioven dengan interval waktu 5 menit selama 50 menitT = 165-170°C

Ditimbang massa sampel mula-mula

Kentang

Kentang

Kentang kering

Ditimbang massa sampel setelah pengeringanDihitung kandungan air yang teruapkanDihitung drying rate sampel

Gambar C.1 Skema Kerja Drying

D. Data Pengamatan dan Pembahasan

1. Data Pengamatan

Tabel D.1 Data Pengamatan

CARA KERJA HASIL PENGAMATAN1. Menyiapkan alat bahan kentang dengan variabel dimensi :

0,5 cm X 0,5 cm X 2,0 cm1,0 cm X 1,0 cm X 2,0 cm1,5 cm X 1,5 cm X 2,0 cm1,0 cm X 1,0 cm X 2,0 cm

2. Menyiapkan oven dan mengatur suhu hingga konstan

Suhu pengeringan 165-170oC

3. Menimbang berat awal sampel Tabel 24. Memasukkan bahan ke dalam

oven5. Menimbang sampel untuk

mengetahui kandungan air yang teruapkan untuk setiap interval waktu 5 menit selama 50 menit.

Tabel 3

Tabel D.2 Berat Awal Sampel

No Dimensi Sampel Berat Awal (gram)I 0,5 cm X 0,5 cm X 2,0 cm 0,827II 1,0 cm X 1,0 cm X 2,0 cm 2,723III 1,5 cm X 1,5 cm X 2,0 cm 5,365IV 1,0 cm X 1,0 cm X 2,0 cm 9,519

Tabel D.3 Berat Sampel Selama Pengeringan

Waktu pengeringan (menit)

Massa sampel (gram)I II III IV

0 0,827 2,723 5,365 9,5195 0,698 2,581 5,265 9,433

10 0,629 2,466 5,156 9,35015 0,541 2,364 5,008 9,21620 0,464 2,213 4,800 8,96325 0,372 2,042 4,622 8,74330 0,328 2,032 4,576 8,61135 0,287 1,876 4,395 8,43040 0,220 1,763 4,261 8,27245 0,188 1,653 4,124 8,10350 0,108 1,486 3,931 7,832

Tabel D.4 Kandungan Air (Xt) dalam Sampel

Waktu pengeringan (menit)

Xt (gram)I II III IV

0 6.6574 0.8324 0.3648 0.21545 5.463 0.7369 0.3394 0.204410 4.8241 0.6595 0.3116 0.193815 4.0093 0.5908 0.274 0.176720 3.2963 0.4892 0.2211 0.144425 2.4444 0.3742 0.1758 0.116330 2.037 0.3674 0.1641 0.099535 1.6574 0.2624 0.118 0.076440 1.037 0.1864 0.0839 0.056245 0.7407 0.1124 0.0491 0.034650 0 0 0 0

Tabel D.5 Data Free Moisture Content (X) dan Drying Rate (R) terhadap waktu

t (menit)

I II III IVX R X R X R X R

0 0 0 0 0 0 0 0 05 5.9167 0.0284 0.7201 0.0214 0.3157 0.015 0.1808 0.011810 4.7222 0.0227 0.6245 0.0186 0.2903 0.0138 0.1698 0.011115 4.0833 0.0196 0.5471 0.0163 0.2625 0.0125 0.1592 0.010420 3.2685 0.0157 0.4785 0.0142 0.2249 0.0107 0.1421 0.009325 2.5556 0.0123 0.3769 0.0112 0.172 0.0082 0.1098 0.007230 1.7037 0.0082 0.2618 0.0078 0.1267 0.006 0.0817 0.005335 1.2963 0.0062 0.255 0.0076 0.115 0.0055 0.0649 0.004240 0.9167 0.0044 0.1501 0.0045 0.0689 0.0033 0.0418 0.002745 0.2963 0.0014 0.074 0.0022 0.0349 0.0017 0.0216 0.001450 0 0 0 0 0 0 0 0

2. Pembahasan

Bab kedua dari praktikum Operasi Teknik Kimia II kali ini

adalah membahas tentang salah satu phenomena proses operasi yaitu

drying. Drying adalah suatu proses dimana terjadi pindah massa dan

pindah panas secara simultan dari bahan ke lingkungannya.

Kandungan air tersebut dikurangi sampai batas tertentu sehingga

mikroorganisme tidak dapat tumbuh lagi didalamnya. Drying

bertujuan untuk identifikasi dan memahami pengaruh pengeringan

yang berguna mengurangi risiko kerusakan karena kegiatan mikroba,

menghemat ruang penyimpanan, untuk mendapatkan produk yang

sesuai dengan penggunanya. Prinsip utama pengeringan adalah

penurunan kadar air.

Bahan yang digunakan pada parktikum ini adalah kentang,

dengan menggunakan variabel ukuran kentang. Perbadaan ukuran

kentang yang digunakan ada empat, yaitu kentang dengan ukuran 0,5

cm X 0,5 cm X 2 cm ( sampel I); 1 cm X 1 cm X 2 cm (sampel II); 1,5

cm X 1,5 cm X 2 cm (sampel III) dan 2 cm X 2 cm X 2 cm (sampel

IV). Pada praktikum ini, suhu yang ingin digunakan dalam proses

drying ini adalah kisaran 165-170oC dan pada menit ke 50

diasumsikan bahwa bahan sudah berada pada keseimbangan sehingga

mengalami berat yang konstan.

Dari Tabel D.3 dapat diketahui bahwa pengovenan dapat

berlangsung dengan baik dan air yang terkandung pada kentang dapat

berkurang karena panas yang diberikan oleh oven mengakibatkan air

pada kentang menguap sedikit demi sedikit. Proses pengeringan

terjadi melalui penguapan air karena perbedaan tekanan dan potensial

uap air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Penguapan

kandungan air yang terdapat dalam bahan juga terjadi karena adanya

panas yang dibawa oleh media pengering yaitu udara. Uap air tersebut

akan dilepaskan dari permukaan bahan ke udara pengering.

Proses pengeringan dapat dilihat dari grafik kadar moisture

content terhadap waktu seperti di bawah ini:

Gambar D.1 Kurva moisture content vs waktu sampel I

Gambar D.2 Kurva moisture content vs waktu sampel II

Gambar D.3 Kurva moisture content vs waktu sampel III

Gambar D.4 Kurva moisture content vs waktu sampel IV

Gambar D.5 Kurva perbandingan moisture content vs waktu semua sampel

Dari Gambar D.6 hingga D.9 dapat dilihat tren dari semua grafik sama, hal ini

disebabkan proses penguapan air berjalan dengan baik. Semakin lama dilakukan

pengeringan, kandungan air pada bahan semakin sedikit akibat semakin

banyaknya air yng menguap. Proses keseimbangan kandungan air di dalam bahan

terjadi setelah menit ke 50 sehingga penurunan kurva tidak lagi terjadi dan

selanjutnya kurva berjalan konstan. Sedangkan gambar D.5 menunjukkan

perbandingan dari keseluruhan sampel dan dapat dilihat bahwa semakin besar

luas permukaan bahan, semakin banyak air yang teruapkan dalam waktu yang

sama dengan bahan yang memiliki luas permukaan lebih kecil serta semakin kecil

moisture contentnya dikarenakan kadar air di dalamnya sudah mendekati

keseimbangan sehingga air yang teruapkan semakin sedikit.

Gambar D.6 Kurva perbandingan free moisture content vs waktu sampel I

Gambar D.7 Kurva perbandingan free moisture content vs waktu sampel II

Gambar D.8 Kurva perbandingan free moisture content vs waktu sampel III

Gambar D.9 Kurva perbandingan free moisture content vs waktu sampel IV

Gambar D.10 Kurva perbandingan free moisture content vs waktu semua sampel

` Dari Gambar D.6 hingga D.9 dapat dilihat tren dari semua grafik sama, hal

ini disebabkan proses pengeringan air berjalan dengan baik. Semakin lama

dilakukan pengeringan, air yang dibebaskan semakin sedikit akibat semakin

sedikitnya kaandungan air yang terdapat pada padatan. Proses keseimbangan

kandungan air di dalam bahan terjadi setelah menit ke 50 sehingga penurunan

kurva tidak lagi terjadi dan selanjutnya kurva berjalan konstan. Sedangkan gambar

D.10 menunjukkan perbandingan dari keseluruhan sampel dan dapat dilihat

bahwa semakin besar luas permukaan bahan, semakin banyak air yang dibebaskan

dalam waktu yang sama dengan bahan yang memiliki luas permukaan lebih kecil

serta semakin besar free moisture contentnya dikarenakan kadar air di dalamnya

sudah mendekati keseimbangan sehingga air yang teruapkan semakin sedikit.

Gambar D.11 Kurva perbandingan drying rate vs waktu sampel I

Gambar D.12 Kurva perbandingan drying rate vs waktu sampel II

Gambar D.13 Kurva perbandingan drying rate vs waktu sampel III

Gambar D.14 Kurva perbandingan drying rate vs waktu sampel I

Gambar D.15 Kurva perbandingan drying rate vs waktu semua sampel

Dari Gambar D.11 hingga D.14 dapat dilihat tren dari semua grafik sama, hal ini

disebabkan. Proses keseimbangan kandungan air di dalam bahan terjadi setelah

menit ke 50 sehingga penurunan kurva tidak lagi terjadi dan selanjutnya kurva

berjalan konstan. Sedangkan gambar D.15 menunjukkan perbandingan dari

keseluruhan sampel dan dapat dilihat bahwa semakin besar luas permukaan

bahan, semakin efektif pengeringan yang dilakukan. Proses pengeringan berjalan

semakin lambat, karena semakin lama dilakukan pengeringan, air yang teruapkan

semakin sedikit akibat semakin sedikitnya kandungan air yang terdapat pada

padatan dan semakin sedikit kandungan air pada padatan menakibatkan semakin

sulitnya pengeringan karena air akan semakin sulit teruapakan dibandingkan

dengan bahan yang memiliki luas permukaan lebih kecil sehingga kandungan air

semakin setimbang.

Gambar D.16 Kurva perbandingan drying rate vs free moisture content sampel I

Gambar D.17 Kurva perbandingan drying rate vs free moisture content sampel II

Gambar D.18 Kurva perbandingan drying rate vs free moisture content sampel III

Gambar D.19 Kurva perbandingan drying rate vs free moisture content sampel IV

Gambar D.20 Kurva perbandingan drying rate vs free moisture content semua

sampel

Dari Gambar D.16 hingga D.19 dapat dilihat tren dari semua grafik sama, hal ini

disebabkan proses penguapan air berjalan dengan baik sehingga semakin lama

dilakukan pengeringan, air yang teruapkan semakin sedikit akibat semakin

sedikitnya kaandungan air yang terdapat pada padatan. Proses keseimbangan

kandungan air di dalam bahan terjadi setelah menit ke 50 sehingga penurunan

kurva tidak lagi terjadi dan selanjutnya kurva berjalan konstan. Sedangkan gambar

D.20 menunjukkan perbandingan dari keseluruhan sampel dan dapat dilihat

bahwa semakin besar luas permukaan bahan, semakin banyak air yang truapkan

dalam waktu yang sama dengan bahan yang memiliki luas permukaan lebih kecil

dan semakin evektif proses pengeringan yang dilakukan serta semakin besar free

moisture contentnya dikarenakan kadar air di dalamnya sudah mendekati

keseimbangan sehingga air yang teruapkan semakin sedikit.

E. Penutup

1. Kesimpulan

a. Pengeringan (drying) zat padat adalah pemisahan sejumlah kecil

air atau zat cair lain dari bahan padat, sehingga mengurangi

kandungan sisa zat cair di dalam zat padat itu sampai suatu nilai

terendah yang dapat diterima.

b. Seiring berjalannya waktu, massa bahan semakin kecil hingga pada

saat tertentu didapatkan massa bahan konstan.

c. Kecepatan pengeringan pada awalnya meningkat tetapi kemudian

menurun seiring dengan berkurangnya kadar air dalam bahan.

d. Critical moisture content pada semua sampel berturut-turut adalah

0.7407, 0.1124, 0.0491, dan 0.0346.

2. Saran

a. Range waktu dalam pengeringan lebih panjang sehingga

didapatkan data yang lebih akurat.

b. Pengeringan dilakukan sampai berat bahan benar-benar konstan

sehingga titik keseimbangan bisa lebih mudah ditentukan.

F. Daftar Pustaka

Geankoplis, C.J. 1993. Transport Process and Unit Operation 3rd edition.

Prentice-Hall Inc. USA.

Mujumdar, A. Handbook of Industrial Drying 3rd edition. CRC Press.

Singapura.

Mc Cabe, W.L., Smith, J.C., and Harriot, P. 1993. Unit Operation of

Chemical Engineering 5th edition. Mc Graw-Hill. USA.

Treybal, R.E. 1981. Mass Transfer Operations, Mc. Graw Hill Book

Company. USA.

Yuariski, Oki dan Suherman. 2012. Pengeringan Bunga Rosella (Hibiscus

Sabdariffa) Menggunakan Pengering Rak Udara Bersirkulasi. Jurusan

Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universiras Diponegoro. Semarang