modul pengeringan

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

Departemen Teknik Kimia ITB

1/46

MODUL 2.02 Pengeringan

I. Pendahuluan

Pengeringan zat padat adalah pemisahan sejumlah kecil air atau zat cair dari

bahan sehingga mengurangi kandungan sisa zat cair di dalam zat padat itu sampai suatu

nilai rendah yang dapat diterima. Pengeringan biasanya merupakan langkah terakhir dari

sederetan operasi dan hasil pengeringan biasanya merupakan langkah terakhir dari

sederetan operasi, dan hasil pengeringan biasanya siap dikemas.

Pemisahan air dari bahan padat dapat dilakukan dengan memeras zat tersebu

secara mekanik sehingga air keluar, dengan pemisah sentrifugal, atau dengan pengauapan

termal. Pemisahan air secara mekanik biasanya lebih murah biayanya, sehingga biasanya

kandungan zat cair itu diturunkan terlebih dahulu sebanyak-banyaknya dengan cara

mekanik sebelum diumpankan ke dalam pengering termal.

Kandungan zat cair dalam bahan yang dikeringkan berbeda dari satu bahan ke

bahan lain. Ada bahan yang tidak mempunyai kandungan zat cair sama sekali (bone dry).

Pada umumnya zat padat selalu mengandung sedikit fraksi air sebagai air terikat.

Zat padat yang akan dikeringkan biasanya terdapat dalam bentuk serpih (flake),

bijian (granule), kristal (crystal), serbuk (powder), lempeng (slab), atau lembaran

sinambung (continous sheet) dengan sifat-sifat yang berbeda satu sama lain. Zat cair yang

akan diuapkan mungkin terdapat pada permukaan zat padat seperti pada kristal; dapat

pula seluruh zat cair terdapat di dalam zat padat seperti pada pemisahan pelarut dari

lembaran polimer; atau dapat pula sebagian zat cair sebagian di luar dan sebagian di

dalam. Umpan pengering mungkin berupa zat cair di mana zat padat melayang sebagai

partikel, atau dapat pula berbentuk larutan. Hasil pengeringan ada yang tahan terhadap

penanganan mekanik kasar dan berada dalam lingkungan yang sangat panas, ada pula

yang memerlukan penanganan hati-hati pada suhu rendah atau sedang. Perbedaan

pengering terutama terletak dalam hal cara memindahkan zat padat di dalam zona

pengering dan dalam proses perpindahan kalornya.

Dalam praktikum ini dilakukan operasi pengeringan sederhana, yaitu pengeluaran

sejumlah kecil kandungan air dari suatu bahan dengan menggunakan panas. Bahan yang

digunakan biasanya bahan-bahan makanan (ubi, kentang, singkong, atau lainnya) yang

dipotong-potong dengan ukuran yang sama (agar luas permukaan pengeringan sama).



Modul 2.02 Pengeringan Halaman 2 dari 46

Kemudian bahan yang akan dikeringkan tersebut disusun rapi pada sebuah pelat, dengan

jarak yang seragam antar bahan. Bahan tersebut dikeringkan dalam Compartment Dryer,

dimana dialirkan udara panas dengan berbagai variasi temperatur. Aliran gas panas ini

menyebabkan perbedaan tekanan uap air antara gas pengering dan bahan yang

dikeringkan sehingga terjadilah penguapan. Dari praktikum ini akan diidentifikasi

pengaruh temperatur medium pengering (udara panas) terhadap laju pengeringan, dan

kurva karakteristik pengeringan. Umumnya, semakin tinggi temperatur medium

pengering, akan makin besar laju pengeringan. Kandungan air kritik tidak dipengaruhi

oleh temperatur.

II. Tujuan

Tujuan pelaksanaan praktikum Modul Pengeringan adalah:

1. Praktikan mengetahui kurva karakteristik pengeringan suatu bahan,

2. Praktikan mengetahui pengaruh kurva karakteristik suatu bahan terhadap kondisi

dan/atau konfigurasi aliran gas pengering.

III. Sasaran

Sasaran praktikum ini adalah:

1. Praktikan dapat membuat kurva pengeringan suatu bahan pada kondisi operasi

pengeringan tertentu

2. Praktikan dapat menghitung koefisien perpindahan panas dan massa pada proses

pengeringan.

IV. Tinjauan Pustaka

IV.1 Definisi-Definisi

Dalam operasi pengeringan pada sistem udara-air ada beberapa definisi yang

lazim digunakan. Perhitungan teknis boasanya didasarkan pada satuan massa gas bebas

uap. Uap yang dimaksud adalah bentuk gas dari kompoenen yang juga terdapat dalam

fasa cair. Sedangkan gas adalah komponen yang hanya terdapat dalam bentuk gas saja.




Kelembaban (humidity) ψ adalah massa uap yang dibawa oleh satu satuan massa

gasa bebas uap. Menurut definisi ini, kelembaban hanya bergantung pada tekanan parsial

uap di dalam campuran bila tekanan total dibuat tetap. Jadi, jika tekanan parsial uap

komponen A adalah pA atm, rasio molal antara uap dan gas pada 1 atm adalah pA/ 1- pA.

Jadi kelembaban adalah:

)p1(M.pM

AB

AA

−=ψ (1)

dimana MA dan MB adalah massa molekul relatif komponen A dan komponen B.

Kelembaban dihubungkan dengan fraksi mol di dalam fasa gas oleh persamaan:

AB

A

MM1

My

ψ

ψ

+= (2)

Karena ψ/MA biasanya sangat kecil dibandingkan 1/MB, y biasanya dianggap berbanding

lurus dengan ψ.

Gas jenuh (saturated gas) adalah gas dimana uap berada dalam kesetimbangan

dengan zat cair pada suatu gas. Tekanan parsial uap di dalam gas jenuh sama dengan

tekanan uap zat cair pada temperatur gas. Jika ψs adalah kelembaban jenuh dan P’A

adalah tekanan uap zat cair:

)P'1(M.P'M

AB

AA

−=sψ (3)

Kelembaban relatif (relative humidity) ψR adalah rasio antara tekanan parsial uap

dan tekanan uap zat cair pada temperatur gas. Besaran ini biasanya dinyatakan dalam %.

Kelembaban 100% berarti gas jenuh, sedang kelembaban 0% berartu gas bebas uap,

sesuai dengan definisi:

A

AR '

p100.

P=ψ (4)

Persentase kelembaban ψA adalah rasio kelembaban nyata terhadap kelembaban

jenuh ψs pada temperatur gas.

A

A

A

A

A

A

A p-1'-1

.

)'1('

)p-(1p

.100100.P

PP R

S

ωψψψ =

−

== (5)

Persentase kelembaban selalu kurang dari kelembaban relatif.




Kalor lembab (humid heat) cs adalah energi kalor yang diperlukan untuk

menaikkan suhu 1 lb atau 1 g gas beserta semua uap yang dikandungnya sebesar 1 0F atau

1 0C. Jadi: cs = cpB + cpA.ψ, dimana cpB dan cpA adalah kalor spesifik gas dan aklor

spesifik uap.

Volume lembab (humid volume) vH adalah volume total satu satuan massa gas

bebas uap beserta semua uap yang dikandungnya, pada tekanan 1 atm dan temperatur gas.

Sesuai dengan hukum gas, vH dihubungkan dengan kelembaban dan temperatur oleh

persamaan:

+=

ABH M

ψM1

492359.Tv (6)

dimana T adalahh temperatur absolut dalam derajat Renkine. Dalam SI persamaan

tersebut menjadi:

+=

ABH M

ψM1

2730,0224.Tv (7)

dimana vH dalam m3/g dan T dalam K. Untuk gas bebas uap (ψ=0) vH adalah volume

spesifik gas tetap. Untuk gas jenuh (ψ= ψs) vH adalah volume jenuh (saturated volume).

Titik embun (dew point) adalah suhu pendinginan campuran uap-gas (pada

kelembaban tetap) agar menjadi jenuh. Titik embun fasa gas jenuh sama dengan

temperatur gas tersebut.

Entalpi total (total enthalpy) Hy adalah entalpi satu satuan massa gas ditambah

uap yang terkandung di dalamnya. Untuk menghitung Hy diperlukan 2 keadaan rujukan,

untuk gas dan untuk uap. Dipilih To sebagai acuan dan entalpi komponen B pada fasa cair

didasarkan pada temperatur To ini. Jika suhu gas adalah T dan kelembaban ψ, entalpi total

adalah jumlah ketiga faktor, yaitu kalor sensibel uap, kalor laten zat cair pada To, dan

kalor sesnsibel gas bebas uap. Jadi:

)T-.(T.C.)T-(TCH 0pA00pBy ψλψ ++= (8)

dimana λ0 adalah kalor laten zat cair pada suhu To. Persmaan ini dapat ditulis lebih

sederhana:

00Sy .)T-(TCH λψ+= (9)




IV.2 Kesetimbangan Fasa

Dalam operasi pengeringan, fasa cair adalah komponen tunggal. Tekanan parsial

kesetimbangan zat terlarut di dalam fasa gas merupakan fungsi tunggal dari temperatur

bila tekanan total sistem tersebut dibuat konstan. Demikian pula pada tekanan menengah,

tekanan parsial kesetimbangan hampir tidak bergantung pada tekanan total dan dapat

dikatakan sama dengan tekanan uap zat cair. Menurut Hukum Dalton, tekanan parsial

kesetimbangan dapat dikonversikan menjadi fraksi mol kesetimbangan ye dalam fasa gas.

Oleh karena zat cairnya murni xe selalu 1. Data kesetimbangan biasanya disajikan sebagai

grafik ye terhadap temperatur pada suatu tekanan total tertentu. Fraksi mol kesetimbangan

ye dihubungakan dengan kelembaban jenuh oleh persamaan:

AB

Ae

MM1

Mys

s

ψ

ψ

+= (10)

IV.3 Temperatur Jenuh Adiabatik

Perhatikan proses pada gambar 1. Gas dengan kelembaban ψ dan temperatur T

mengalir secara kontinue melalui ruang yang dialiri udara pengering A. Kamar tersebut

diisolasi sehingga prosesnya adiabatik. Zat cair itu disirkulasikan oleh pompa B dari

reservoar pada dasar ruang pengering melalui penyemprot udara kering C dan kembali ke

dalam reservoar. Gas yang mengalir mellaui ruang pengering tersebut menjadi lebih

dingin dan lembab. Temperatur zat cair tersebut akan mencapai suatu temperatur tunak

yang disebut temperatur jenuh adiabtik Ts. Kecuali jika gas yang masuk tersebut jenuh,

temperatur jenuh adiabatik selalu lebih rendah dari temperatur gas masuk. Jika kontak

antara zat cair dan gas tersebut cukup baik sehingga zat cair dan gas keluar berada dalam

kesetimbangan, gas yang keluar akan jenuh pada suhu Ts. Oleh karena zat cair yang

menguap ke dalam gas itu hilang dari ruang pengering tersebut, diperlukan tambahan zat

cair pengganti. Untuk menyederhanakan analisis, diasumsikan zat cair yang ditambahkan

ke dalam reservoar berada pada temperatur Ts.

Untuk proses ini dapat dibuat neraca entalpi yang didasarkan pada Ts dengan

mengabaikan kerja pompa. Karena berada pada Ts (sama dengan temperatur acuan),

entalpi zat cair penambah adalah 0 dan entalpi total gas masuk sama dengan gas keluar.

Karena total gas keluar berada pada temperatur acuan, maka entalpinya adalah ψS.λS,




dimana ψS adalah kelembaban jenuh dan λS kalor laten penguapan yan keduanya berada

pada TS. Maka neraca entalpi total adalah:

SSSS . . )T-(TC λψλψ S=+ (11)

atau:

S

Ap,Bp,

S

S

S

S .CC-

C-

T-T-

λψ

λψψ +

== (12)

IV.4 Grafik Kelembaban

Diagarm praktis yang menunjukkan sifat-sifat campuran gas permanen dan gas

yang dapat terkondensasi disebut grafik kelembaban (humidity chart). Diagram untuk

campuran udara dan air pada tekanan 1 atm disajikan pada gambar 2.

Pada gambar 2 temperatur dipetakan sebagai absis sedang ordinatnya adalah

kelembaban. Setiap titik pada grafik menunjukkan satu campuran dengan komposisi

tertentu antara udara dan air. Garis kurva bertanda 100% menunjukkan kelembaban udara

jenuh sebagai fungsi temperatur udara. Dengan menggunakan tekanan uap air, koordinat

titik-titik pada garis ini dapat dihitung dari persamaan: )p1(M

.pM

AB

AA

−=ψ . Setiap titik

yang terletak di atas dan sebelah kiri garis jenuh tersebut menunjukkan suatu campuran

udara-air. Daerah ini hanya penting untuk memeriksa pembentukan kabut (fog). Setiap

titik yang terletak pada sebelah bawah garis jenuh menunjukkan udara yang tidak jenuh,

dan titik-titik pada sumbu temperatur adalah udara kering. Garis-garis lengkung antara

garis jenuh dan usmbu temperatur yang ditandai dengan persen menunjukkan campuran

udara-air pada persen kelembaban tertentu. Dari persamaan:

A

A

A

A

A

A

A p-1'-1

.

)'1('

)p-(1p

.100100.P

PP R

S

ωψψψ =

−

== terlihat bahwa interpolasi lurus

antara garis jenuh dan sumbu temperatur dapat digunakan untuk menentukan letak garis-

garis dengan kelembaban konstan.

Garis-garis miring ditarik ke bawah dan ke kanan garis jenuh disebut garis-garis

pendinginan adiabatik. Garis-garis ini merupakan pemetaan dari persamaan neraca

entalpi gas pengering, di mana masing-masingnya menunjukkan satu nilai konstan

temperatur jenuh adiabtik. Untuk setiap nilai TS tertentu, HS dan λS tetap, dan garis ψ




terhadap T dapat dipetakan dengan memberi nilai-nilai pada ψ dan menghitung nilai-nilai

T yang bersangkutan. Pemeriksaan terhadap neraca entalpi gas penhgering tersebut

menunjukkan bahwa kemiringan garis pendinginan adiabtik, jika digambar pada

koordinat yang benar-benar siku-siku adalah –CS/λS. Kemiringan ini bergantung pada

kelembaban pada koordinat siku-siku. Oleh karena itu, garis-garis pendinginan adiabtik

tidak lurus dan tidak sejajar satu sama lain. Pada gambar 2 ordinat telah dimodifikasi

sedemikian sehingga mempermudah ionterpolasi di antara garis-garis tersebut.

Pada gambar 2 tertera pula garis-garis volume spesifik udara kering dan

volume jenuh. Kedua garis itu merupakan grafik volume terhadap temperatur. Volume

dibaca pada skala sebelah kiri. Koordinat titik-titik pada garis ini dihitung dengan

menggunakan persamaan

+=

ABH M

ψM1

492359.Tv . Interpolasi antara garis, atas dasar

persen kelembaban memberikan volume lembab udara tak jenuh. Demikian pula,

hubungan antara kalor lembab CS dan kelembaban juga digambarkan sebagai satu garis

lurus pada grafik kelembaban. Garis ini adalah penggambaran dari persamaan cs = cpB +

cpA.ψ. Skala untuk CS dicantumkan pada bagian atas diagram.

IV.5 Penggunaan Grafik Kelembaban

Manfaat grafik kelembaban sebagai sumber data mengenai campuran air-udara

tertentu dapat ditunjukkan dengan mengacu pada gambar 3 yang merupakan bagian

penting dari gambar 2. Andaikan suatu aliran tertentu udara yang belum jenuh berada

pada temperatur T’ dan persen kelembaban ψA1. Udara ini ditunjukkan oleh titik A pada

grafik. Titik ini merupakan titik potong antara garis temperatur tetap T’ dan garis persen

kelembaban tetap ψA1 . Kelembaban ψA1 pada udara ditunjukkan oleh titik b, yaitu

koordinat kelembaban dari titik a. Titik embun didapatkan dengan mengikuti garis

adiabatik melalui titik a sampai ke perpotongannya e pada garis 100%, dan membaca

kelembaban ψS pada titik f pada skala kelembaban. Kadang-kadang interpolasi di antara

garis-garis adiabtik itu diperlukan. Temperatur jenuh adiabatik TS ditunjukkan titik j. Jika

udara semula dijenuhkan pada temperatur tetap, kelembaban sesudah penjenuhan

didapatkan dengan mengikuti garis temperatur tetap melalui titik a ke titik h pada garis

100% kelembaban dan membaca kelembaban pada titik j.




Gambar 2 Grafik Kelembaban Sistem Udara-Air pada 1 atm




Gambar 3 Penggunaan Grafik Kelembaban

Volume lembab udara semula didapatkan dengan menentukan letak titik k dan l

masing-masing pada kurva volume jenuh dan volume kering yang sehubungan dengan

temperatur T1. Titik m didapatkan dengan bergerak di sepanjang garis lk sejauh (ψA/100)

kl dari titik l, dimana kl adalah segmen garis antara l dan k. Volume lembab vH diberikan

oleh titik n pada skala volume. Kalor beban udara didapatkan dengan menentukan letak

titik o, yaitu perpotongan antara garis kelembaban melalui titik a dan garis kalor lembab

dan membaca kalor lembab cs pada titik p pada skala sebelah atas.

IV.6 Temperatur Bola Basah dan Pengukuran Kelembaban

Sifat-sifat yang dibahas dan yang terlihat pada grafik kelembaban adalah

besaran-besaran statik atau kesetimbangan. Di samping itu, yang terpenting adalah laju

perpindahan massa dan kalor antara gas dan zat cair yang tidak berada pada

kesetimbangan. Suatu besaran yang bergantung pada kedua laju ini adalah temperatur

bola basah.

Temperatur bola basah adalah suatu temperatur peralihan dari keadaan tak

setimbang menjadi keadaan tunak yang dicapai bila suatu massa yang kecil dari zat cair

dicelupkan dalam keadaan adiabatik di dalam suatu arus gas yang kontinu. Massa zat cair

itu sedemikian kecil dilembabkan dengan fasa gas, sehingga perubahan sifat-sifat gas

kecil sekali dan dapat diabaikan sehingga pengeruh proses ini hanya terbatas pada zat cair




saja. Metoda pengukuran temperatur bola basah terlihat pada Gambar 4. Sebuah

termometer atau suatu piranti pengukur temperatur seperti termokopeldibalut dengan

sumbu yang dijenuhkan dengan zat cair murni dan dicelupkan di dalam aliran gas yang

mempunyai temperatur tertentu T dan kelembaban ψ. Diasumsikan awalnya temperatur

zat cair tersebut kira-kira sama dengan gas. Karena gas tidak jenuh, zat cair lalu menguap

dan karena proses adiabatik, kalor laten didapatkan dari pendinginan zat cair. Jika

temperatur zat cair telah turun sampai di bawah temperatur gas, kalor sensibel akan

berpindah dari gas ke zat cair. Akhirnya akan tercapai suatu keadaan kesetimbangan pada

temperatur zat cair, dimana kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat cair dan

memanaskan uap sampai ke temperatur gas menjadi bersis sama dengan kalor sensibel

yang mengalir dari gas ke zat cair. Temperatur ini adalah temperatur dalam keadaan

tunak, ditandai dengan TW, dan disebut temperatur bola basah. Temperatur ini merupakan

fungsi T’ dan ψ.

Gambar 4 Prinsip Pengukuran Temperatur Bola Basah

Untuk mengukur temperatur bola basah secara teliti, ada 3 hal yang harus

diperhatikan:

1. sumbu harus basah seluruhnya dan tidak ada bagian sumbu yang kering yang

kontak dengan gas

2. kecepatan gas harus cukup besar sehingga laju alir kalor radiasi dari lingkungan

yang panas ke bola basah itu dapat diabaikan terhadap laju aliran kalor sensibel

yang disebabkan oleh konduksi dan konveksi dari gas ke bola basah




3. jika harus ditambahkan zat cair pengganti ke bola basah itu, zat cair yang

ditambahkan tersebut harus berada pada temperatur bola basah.

Bila ketiga hal tersebut dipenuhi, temperatur bola basah tidak akan bergantung pada

kecepatan gas dalam rentang laju alir yang cukup luas.

Untuk campuran udara-air temperatur bola basah hampir sama dengan tempertur

jenuh adiabatik TS. Pada dasarnya temperatur bola basah berbeda dari temperatur jenuh

adiabatik.. Pada temperatur jenuh adiabatik, temperatur dan kelembaban gas berubah

selama berlangsungnya proses pengukuran dan titik akhirnya adalah suatu kesetimbangan

yang tetap dan keadaan tunak yang dinamik.

Umumnya bersama dengan termometer yang dibalut sumbat basah digunakan

pula termometer tanpa dibalut yang mengukur temperatur T, yaitu temperatur gas nyata.

T tersebut dinamakan temperatur bola kering.

IV.7 Pengukuran Kelembaban

Kelembaban suatu aliran massa gas didapatkan dengan mengukur titik embun

atau temperatur bola basah atau dengan cara absorpsi langsung.

1. Metoda titik embun

Jika sebuah piring mengkilap yang dingin dimasukkan ke dalam gas yang

kelembabannya tidak diketahui dan temperatur piringan itu berangsur-angsur

diturunkan sehingga piringan tersebut akan mencapai temperatur dimana terjadi

kondensasi kabut pada permukaan mengkilap itu. Pada waktu kabut itu pertama

kali terbentuk, temperatur adalah temperatur kesetimbangan antara uap di dalam

fasa gas dan fasa cair. Karena itu, titik tersebut adalah titik embun. Skala

termometer diperiksa sambil menaikkan temperatur piringin itu perlahan-laan

dan mencatat temperatur dimana kabut menghilang. Kelembaban lalu dibaca dari

grafik kelembaban pada temperatur rata-rata di mana kabut tersebut mulai

terbentuk dan temperatur dimana kabut mulai menghilang.

2. Metoda Psikometerik

Suatu cara yang umum digunakan untuk mengukur kelembaban adalah dengan

menentukan temperatur bola basah dan temperatur bola kering secara bersamaan.

Dari kedua bacaan itu, kelembaban didapatkan dengan menentukan garis

psikometerik yang memotong garis jenuh pada temperatur bola basah sesuai




dengan pengamatan dan mengikuti garis itu sampai memotong ordinat pada

temperatur bola kering.

3. Metoda Langsung

Kandungan uap di dalam gas dapat ditentukan secara langsung dengan analisis di

mana gas yang volumenya tertentu dilewatkan melalui suatu piranti analisis yang

semestinya.

IV.8 Klasifikasi Pengering

Banyak metoda digunakan untuk mengelompokan alat pengering. Ada jenis

pengering yang beroperasi secara kontinu, ada pula pengering yang beroperasi secara

batch. Ada pengering yang menerapkan proses pengadukan adapula yang tidak. Untuk

menurunkan temperatur proses pengeringan, beberapa pengering beroperasi secara

vakum.

Gambar 5 macam-macam interaksi zat padat di dalam pengeringan

Namun, dalam literatur teknik kimia, umumnya pengering dikelompokkan

menjadi:

1. pengering-pengering dimana zat padat bersentuhan langsung dengan gas panas

(umumnya berupa udara panas). Jenis pengering ini disebut pengering adiabatik

(adiabatic dryer) atau pengering langsung (direct dryer).




2. pengering-pengering dimana kalor berpindah ke zat padat dari suatu medium

luar, seperti uap yang terkondensasi, biasanya melalui permukaan logam yang

bersentuhan dengan zat padat tersebut. Pengering jenis ini sering disebut

pengering nonadiabatik (nonadiabatic dryer) atau pengering tak-langsung

(indirect dryer). Contoh pengering nonadiabatik adalah pengering yang

pemanasannya dilakukan dengan energi elektrik, radiasi, atau gelombang mikro.

3. Pada beberapa unit terdapat gabungan pengeringan adiabatik dan nonadiabatik

yang disebut pengering langsung-tak-langsung.

IV.9 Pemrosesan Zat Padat dalam Pengering

Kebanyakan pengering di industri mengangani zat padat butiran. Pada bagian ini

diuraikan berbagai pola pergerakan partikel zat padat dalam peralaan pengering.

Dalam penegring adiabatik, zat padat bersebtuhan dengan gas menurut salah satu

cara berikut:

1. gas ditiupkan melintasi permukaan hamparan atau lembaran zat padat, atau

melintas satu atau dua sisi lembaran atau film sinambung. Proses ini disebut

pengeringan dengan sirkulasi silang (cross circulation drying).

2. gas ditiupkan melalui hamparan zat padat butiran kasar yang ditempatkan di atas

ayakan pendukung. Cara ini disebut pengeringan sirkulasi silang. Di sini

kecepatan gas harus rendah untuk mencegah terjadinya halangan aliran terhadap

partikel zat padat.

3. Zat padat disiramkan ke bawah melalui suatu arus gas yang bergerak perlahan-

lahan ke atas. Terkadang pada proses ini terjadi pengahalangan aliran partikel

halus oleh gas yang tidak dikehendaki.

4. Gas dialirkan melalui zat padat dengan kecepatan yang cukup untuk

memfluidisasikan hamparan.

5. Zat padat seluruhnya dibawa ikut dengan arus gas kecepatan tinggi dan diangkut

secara pnematik dari piranti pencampuran ke pemisahan mekanik.

Dalam pengering nonadiabtik, satu-satunya gas yang harus dikeluarkan adalah

uap air ataupun pelarut. Pengering nonadiabtik dibedakan terutama menurut caranya zat

padat itu berkontak dengan permukaan panas atau sumber kalor lainnya, seperti berikut:

1. Zat padat dihamparkan di atas suatu permukaan horisontal yang stasioner atau

bergerak lambat dan dipanaskan hingga kering. Pemanasan permukaan itu dapat




dilakukan dengan listrik atau dengan fluida perpindahan kalor seperti uap atau air

panas. Atau, pemberian kalor itu dapat pula dilakukan dengan pemanas radiasi

yang ditempatkan di atas zat padat itu.

2. Zat padat itu bergerak di atas permukaan panas, yang biasanya berbentuk

silinder, dengan bantuan pengaduk atau screw conveyor ataupun paddle

conveyor.

3. Zat padat penggelincir dengan gaya gravitasi di atas permukaan panas yang

miring atau dibawa naik bersama permukaan itu selama suatu waktu tertentu dan

kemudian dihancurkan lagi.

IV.10 Prinsip-Prinsip Pengeringan

IV.10.1 Pola suhu di dalam pengering

Gejala perubahan suhu dalam pengering ditentukan oleh sifat bahan umpan dan

kandungan zat cairnya, temperatur medium pemanas, waktu pengeringan, serta

temperatur akhir yang dapat ditoleransi dalam peneringan zat padat tersebut. Pola

perubahan suhu tersebut dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6 Pola suhu dalam pengering a) batch, b) kontinue

Dalam penegring batch yang menggunakan medium pemanas dengan suhu tetap

(Gambar 6a), temperatur zat padat yang basah itu meningkat dengan cepat dari nilai awal

Tsa menjadi temperatur penguapan Tv. Pada pengering nonadiabatik yang tidak

menggunakan gas pengering, Tv dapat dikatakan sama dengan titik didih zat cair pada

tekanan yang terdapat dalam pengering. Jika digunakan gas pengering, atau jika

pengeringan berlangsung adiabatik, Tv adalah temperatur wet bulb (yang sama dengan

temperatur jenuh adiabatik apabila gasnya adalah udara dan zat cair yang diuapkan

adalah air. Pengaupan berlangsung pada Tv selama beberapa waktu. Artinya, sebagian

besar zat cair itu diuapkan pada temperatur jauh di bawah temperatur medium pemanas.




Menjelang tahap akhir pemanasan itu, temperatur zat padat naik sampai Tsb yang dapat

lebih tinggi sedikit atau bahkan jauh lebih tinggi dari Tv.

Waktu pengeringan yang ditunjukkan pada Gambar 6-a, mungkin hanya

beberapa detik saja, tapi mungkin pula mencapai beberapa jam. Zat padat tersebut dapat

berada ada temperatur Tv selama sebagian besar siklus pengeringan, atau mungkin pula

hanya pada sebagian kecil dari siklus tersebut. Temperatur medium pengering dapat

konstan, namun dapat pula diprogram untuk berubah selama berlangsungnya proses

pengeringan.

Dalam pengeringan kontinu, setiap partikel atau elemen zat padat tersebut

mengalami suatu siklus yang serupa dengan Gambar 6-b selama proses pengeringannya

dari masuk pengering sampai keluar. Dalam operasi keadaan tunak, temperatur pada

setiap titik di dalam pengering kontinu selalu konstan, tetapi berubah sepanjang

pengering itu. Pada gambar 6-b terlihat pola temperatur dalam pengering counter current

adiabatik. Pemasukan zat padat serta pengeluaran gas berlangsung di sebelah kiri, sedang

pemasukan gas dan pengeluaran zat padat di sebelah kanan. Di sini pun zat padat

mengalami pemanasan cepat dari temperatur Tsa ke Tv. Temperatur penguapan Tv juga

konstan karena temperatur bola basah tidak berubah. Hal ini tidak berlaku jika ada kalor

yang ditambahkan secara tidak langsung pada zat padat. Di dekat pemasukan gas, zat

padat itu mungkin dipanaskan sampai melebihi Tv. Gas panas masuk pengering pada suhu

Tha biasanya dengan kelembaban (humidity) rendah. Gas tersebut mendingin, mula-mula

cepat, tetapi lalu agak perlahan karena gaya dorong perbedaan temperatur makin

berkurang. Kelembabannya meningkat dengan teratur berhubung makin banyaknya zat

cair yang menguap ke dalam gas tersebut.

IV.10.2 Perpindahan Kalor di dalam Pengering

Pengeringan zat pdat basah menurut definisinya adalah suatu proses termal.

Walaupun prosesnya bertambah rumit karena adanya difusi di dalam zat padat atau

melalui gas, pengeringan bahan dapat dilakukan dengan terus memanaskannya sampai di

atas titik didih zat cair, misalnya dengan mengontakkan zat padat tersebut dengan uap

yang sangat panas (superheated steam). Dalam sebagian besar proses peneringan

adiabtik, difusi selalu ada, tetapi biasanya laju pengerting itu dibatasi oleh perpindahan

kalor, bukan perpindahan massa. Karena itu, sebagian besar pengering dirancang hanya

atas dasar perpindahan kalor saja.




IV.10.3 Perhitungan Beban Kalor

Kalor diberikan pada pengering dengan tujuan:

1. memanaskan umpan (zat padat dan zat cair) sampai temperatur penguapan

2. menguapkan zat cair

3. memanaskan zat padat sampai temperatur akhirnya

4. memanaskan uap sampai suhu akhirnya.

Dalam kasus umum, laju total perpindahan kalor dapat dihitung sebagai berikut.

Jika ms adalah massa zat padat bone dry yang akan dikeringkan per satuan waktu, dan xa

dan xb adalah kandungan zat cair awal dan akhir dinyatakan dalam massa zat cair per

massa zat padat bone dry, maka kuantitas kalor yang berpindah per satuan massa zat

padat (qT/ms) adalah:

)T-(T*C*)X-(X)T-(T*.CX

*)X-(X)T-(T*C*X)T-(T*Cmq

vvbpvbavsbplb

basavplasasbpss

T

+

+++= λ (13)

dimana:

Tsa = temperatur umpan

Tv = temperatur penguapan

Tsb = temperatur akhir zat padat

Tvb = temperatur akhir uap

d = kalor penguapan

CpS = kalor spesifik zat padat

CpL = kalor spesifik zat cair

CpV = kalor spesifik uap

λ = kalor laten penguapan

Dalam persamaan tersebut, diasumsikan semua kalor spesifik dan kalor

penguapan adalah konstan dan seluruh penguapan berlangsung pada temperatur konstan

Tv. Pendekatan ini memuaskan jika temperatur diketahui atau dapat diperkirakan.

Dalam pengering adiabatik, Tv adalah temperatur bola basah gas, sedangkan Tvb

adalah temperatur gas keluar yang sama dengan Thb. Kalor yang berpindah ke zat padat,

zat cair, dan uap berasal dari pendinginan gas. Pada pengering adiabatik kontinu, neraca

kalor menghasilkan:

)(**)1(* hbhasaagT TTCmq −Ψ+= (14)




dimana:

mg = laju massa gas kering

ψ = kelembaban gas pada waktu masuk

Csa = kalor lembab gas pada kelembaban pada waktu masuk

Perubahan entalpi di dalam pengering adiabatik dapat pula dihitung langsung dari

grafik psikometerik.

IV.10.4 Koefisien Peprindahan Kalor

Dalam perhitungan pengering berlaku persamaan dasar perpindahan kalor seperti

persamaan:

TAUqT ∆= ** (15)

dimana:

U = koefisien perpindahan kalor overall

A = luas perpindahan kalor

∆T = beda temperaur rata-rata

Terkadang A dan ∆T diketahui dan kapasitas pengering dapat diperkirakan dari

nilai U menurut perhitungan ataupun pengukuran, tetapi sering terdapat suatu

ketidakpastian yang tidak dapat diabaikan karena luas nyata perpindahan kalor. Fraksi

perpindahan panas yang berada dalam kontak dengan zat padat di dalam pengering

umpamanya sudah diperkirakan; luas total permukaan zat padat yang terkena pada

permukaan panas, atau gas panas pun sulit diperkirakan.

Oleh karena itu, banyak pengering yang dirancang atas dasar koefisien

perpindahan kalor volumeterik Ua, dimana a adalah luas bidang peprindahan kalor per

satuan volume pengering. Persamaan yang menentukan adalah:

TVUaqT ∆= ** (16)

dimana:

Ua = koefisien perpindahan kalor volumetrik

V = Volume pengering

∆T = beda temperaur rata-rata

Oleh karena pola suhu cukup kompleks, beda suhu rata-rata untuk pengering

tersebut secara keseluruhan sulit didefinisikan. Karena itu koefisien perpindahan kalor

sulit ditaksir dan terbatas penggunaannya. Suatu persamaan umum yang sangat berguina




untuk perhitungan ini adalah perpindahan kalor dari gas ke partikel bola tunggal atau bola

tersisih seperti berikut: 3/15,0

.*6,02

.

+=

f

fp

f

p

f

po

kCGD

kDh µ

µ (17)

Terlihat bahawa untuk kebanyakan pengering tidak ada suatu korelasi umum

yang dapat digunakan, dan setiap koefisiennya harus ditentukan melalui eksperimen.

Koefisien-koefisien empirik biasanya didasarkan atas definisi yang bersifat agak

sembarang mengenai luas permukaan perpindahan kalor dan perbedaan suhu rata-rata.

IV.10.5 Satuan perpindahan kalor

Beberapa pengering adiabatik, terutama rotary dryer dinilai menurut jumlah

satuan perpindahan kalor yang terdapat di dalamnya. Satuan perpindahan kalor adalah

bagian peralatan di mana perubahan suhu dalam satu fasa sama dengan driving force

(beda temperatur) rata-rata dalam bagian itu. Satuan perpindahan dapat didasarkan atas

perubahan temperatur di dalam salah satu fasa, tetapi di dalam pengering satuan ini selalu

didasarkan atas fasa gas. Jumlah satuan perpindahan panas dalam pengering adalah:

∫=haT

hbT sh

ht T-T

dTN (18) atau TTT

N hbhat ∆

−= (19)

Bila kandungan awal zat cair di dalam zat padat tinggi, sehingga sebagaian besar kalor

dipindahkan untuk penguapan, ∆T dapat dianggap sebagai rata-rata logaritmik antara

temperatur bola kering dan temperatur bola basah. Sehingga:

−−

−−−=∆=∆

)T(T)T(T

ln

)T(T)T(TTT

wbhb

waha

wbhbwahaL (20)

Untuk sistem air-udara, Twb = Twa, sehingga satuan perpindahan panas pengering menjadi

wahb

waha

TTTT

lnN−−

= (21)

IV.10.6 Perpindahan massa di dalam pengering

Dalam semua pengering di mana gas dialirkan di atas atau melalui zat padat,

perpindahan massa selalu terjadi dari permukaan zat padat ke dalam gas, dan terkadang

melalui saluran-saluran berpori yang terdapat di dalam zat padat. Dalam hal ini laju




pengeringan mungkin ditentukan oleh tahanan terhadap perpindahan massa, bukan

perpindahan kalor. Dipandang dari fasa gas, pengringan ini serupa dengan humidifikasi

adiabatik. Dari fasa padat, proses ini merupakan evaporasi bila zat padat sangat basah dan

seperti desorpsi dari adsorber bila zat padat mendekati kering.

Laju rata-rata perpindahan massa mv, dapat dengan mudah dihitung dari

hubungan:

)(* basv XXmm −= (22)

jika gas masuk pada kelembaban ψa, kelembaban keluar ψb, dihitung dari:

g

vab

g

basab

mm

mXXm

+=

−+=

ψψ

ψψ)(*

(23)

Untuk menggunakan persamaan ini diperlukan perngetahuan mengenai mekanisme

gerakan zat cair dan uap di dlaam zat padat dan melalui zat padat itu, serta pengetahuan

mengenai keseimbangan fasa yang agak rumit mengenai zat padat basah dan gas lembab.

IV.11 Kesetimbangan Fasa Uap da Fasa Cair dalam Pengeringan

Data kesetimbangan fasa untuk zat padat lembab umumnya diberikan sebagai

hubungan antara kelembaban relatif gas dan kandungan zat cair di dalam zat padat, dalam

massa zat cair per satuan massa zat padat bone dry. Contoh hubuangan kesetimbangan

tersebut dapat dilihat pada Gambar 7. Hubuangan kesetimbangan ini tidak bergantung

pada temperatur. Absis kerva tersebut dapat dengan mudah dikonversikan menjadi

kelembaban absolut dalam massa uap per satuan massa gas kering.

Bila suatu zat padat basah dikontakkan dengan udara yang humiditasnya lebih

rendah dari kandungan moisture zat padat tersebut, seperti terlihat pada kurva

kesetimbangan kelembaban, zat padat tersebut akan melepaskan sebagian kandungan

moisture-nya dan semakin kering sehingga kelembabannya sama dengan kelembaban

udara. Bila udara itu lebih lembab dari zat padat yang berada dalam kesetimbangan

dengan udara tersebut, zat padat akan menyerap moisture dari udara sampai tercapai

kesetimbangan.




Gambar 7 Kurva Kesetimbangan Moisture pada 25 0C

Dalam fasa fluida pengering, difusi ditentukan oleh perbedaan konsentrasi,

dinyatakan dalam fraksi mol. Dalam fasa zat padat basah, perhitungan-perhitungan

pengeringan selalu dinyatakan dalam massa air per satuan massa zat padat bone dry.

IV.11.1 Equilibrium Moisture dan Free Moisture

Udara yang berfungsi sebagai fluida pengering selalu memiliki kandungan

moisture dan mempunyai humiditas relatif tertentu. Untuk udara dengan humiditas relatif

tertentu, kandungan moisture yang keluar dari pengering tidak dapat kurang dari

equilibrium moisture yang berkaitan dengan kelembaban udara masuk. Ada sebagian air

yang terdapat dalam zat padat yang basah tersebut yang tidak dapat dikeringkan oleh

udara masuk karena kandungan equilibrium moisture pada udara pengering tersebut.




Free moisture adalah selisih antara kandungan air total di dalam zat padat dan

kandungan air dalam equilibrium moisture. Jika XT adalah kandungan moisture total, dan

X* adalah kandungn equilibrium moisture, free moisture X dihitung dengan:

X = XT – X* (24)

Dalam perhitungan pengeringan yang digunakan adalah X, bukan XT.

IV.11.2 Air Terikat dan Air Tak Terikat

Jika kurva kesetimbangan pada Gambar 7 dilanjutkan hingga memotong sumbu

kelembaban 100%, kandungan moisture yang didapat adalah moisture minimum yang

harus dikandung bahan tersebut dan masih meberikan tekanan uap yang sama dengan

yang diberikan zat cair pada temperatur yang sama. Jika bahan tersebut mengandung air

lebih banyak daripada yang ditunjukkan titik potong tersebut, tekanan uap yang diberikan

bahan tersebut pun masih sama dengan tekanan uap air pada temperatur zat padat

tersebut. Hal ini memungkinkan pembedaan dua jenis kandungan air yang ada dalam

setiap bahan tertentu. Air sampai konsentrasi terendah yang berada dalam kesetimbangan

dengan udara jenuh (ditentukan oleh perpotongan antara kurva pada Gambar 2 dengan

garis kelembaban 100%) disebut air terikat (bound water) karena memberikan tekanan

uap yang lebih kecil daripada air pada temperatur tertentu.Bahan-bahan yang

mengandung air biasa disebut bahan higroskopik.

IV.12 Mekanisme Pengeringan

Bila perpindahan kalor dan perpindahan massa terjadi bersama-sama, mekanisme

pengeringan bergantung pada sifat zat padat serta pada metoda yang digunakan untuk

mengontakkan zat padat dan gas. Ada 3 macam zat padat: kristal, zat padat berpori dan

zat padat tidak berpori. Partikel kristal tidak mengandung zat cair sampai ke dalam

partikelnya sehingga pengringan hanya berlangsung pada permukaan zat padat saja. Zat

padat berpori, seperti katalis, mengandung zat cair di dalam saluran-saluran di dalam

partikelnya.

Laju pengeringan zat padat yang mengandung zat cair sampai ke dalam pori-

porinya juga bergantung pada cara zat cair itu bergerak serta jarak yang harus ditempuh

untuk sampai ke permukaan. Hal ini sangat penting terutama dalam pengeringan cross

flow zat padat. Pengeringan metoda cross flow biasanya sangat lambat dan dilaksanakan

dengan system batch.




IV.12.1 Konsisi Pengeringan Konstan

Kondisi pengeringan konstan adalah pengeringan pada hamparan zat padat

dengan ukuran dan susunan tertentu yang dikeringkan dengan temperatur, kelembaban,

dan kecepatan serta arah aliran udara yang konstan. Kenyataanya yang dapat dijaga

konstan adalah laju udara pengering saja. Kandungan moisture dan faktor-faktor lain di

dalam zat padat tersebut selalu berubah.

IV.12.2 Laju Pengeringan

Dengan berjalannya waktu, kandungan moisture XT berkurang seperti

ditunjukkan grafik A Gambar 8. Selama beberapa saat zat padat yang akan dikeringkan

dipanaskan sampai temperatur penguapan. Setelah itu grafik menjadi linear dan

melengkung lagi ke arah horizontal hingga akhirnya mendatar.

Laju pengeringan ditunjukkan pada kurva B Gambar 8. Grafik ini horizontal pada

sebagian panjangnya, yang menunjukkan bahwa laju pengeringan konstan. Setelah itu

grafik melengkung ke arah bawah. Akhirnya, jika bahan telah mencapai kandungan

moisture setimbang, maka grafik akan menunjukkan laju pengeringan 0.

Gambar 9 menunjukkan laju pengering per satuan luas R dipetakan terhadap

kandungan kebasahan XT-X*. Perbedaan bentuk kurva yang mungkin terjadi disebabkan

oleh perbedaan mekanisme aliran moisture dalam bahan.

Gambar 8 Karaktersitik Total Moisture dan Laju Pengeringan terhadap Waktu Pengeringan




IV.12.3 Perioda Laju Konstan

Setelah perioda adaptasi yang tidak terlihat pada Gambar 8, kurva perngeringan

akan memiliki segmen A-B yang berkaitan dengan perioda pengeringan yang pertama.

Periode ini mungkin tidak ada bila kandungan moisture awal zat padat kurang dari suatu

nilai minimum tertentu. Periode ini disebut perioda laju konstan. Periode ini

dikarajterisasi oleh laju pengeringan yang tidak bergantung pada kandungan kebasahan.

Selama perioda ini, zat cair itu berperilaku seakan-akan tidak ada zat padat. Dalam zat

padat berpori, kebanyakan air yang dikeluarkan pada perioda laju konstan berasal dari

bagian dalam (interior) zat padat. Penguapan moisture dari bahan berpori berlangsung

menurut mekanisme yang sama seperti penguapan dari termometer bola basah. Proses

yang berlangsung pada termometer bola basah pada umumnya adalah penguapan pada

laju konstan. Dalam keadaan tidak ada perpindahan kalor melalui kontak langsung

dengan permukaan panas, temperatur zat padat tersebut selama pengeringan laju konstan

adalh temperatur bola basah udara.

Selama periode laju konstan, laju pengering per satuan luas R dapat ditaksir

dengan ketelitian yang memadai dari korelasi-korelasi yang dikembangan untuk proses

evaporasi dari permukaan zat cair bebas. Perhitungan biasa didasarkan pada perpindahan

massa atau atas dasar perpindahan kalor seperti berikut:

( )L

iyvv y)-(1

y-y..kMm

A= (25)

atau

( )i

iyv

T-T.hm

λA

= (26)

dimana:

mv = laju penguapan

A = luas permukaan

hy = koefisien perpindahan kalor

ky = koefisien perpindahan massa

Mv = berat molekul relatif uap

T = temperatur gas

Ti = temperatur antar muka

y = fraksi mol uap di dalam udara pengering




yi = fraksi mol uap dalam lapisan antar muka

λi = kalor laten penguapan pada temperatur Ti

Gambar 9 Kurva laju pengeringan untuk lempeng tanah liat tak berpori

Bila udara pengering mengalir sejajar dengan permukaan zat padat, koefisien

perpindahan kalor dapat ditaksir dengan persamaan dimensional: 8,0*0128,0 Ghy = (29)

dimana:

hy = koefisien perpindahan kalor

G = laju alir massa (lb/ft2.jam)

Bila aliran itu tegak lurus terhadap permukaan, persamaan tersebut adalah: 37,0*37,0 Ghy = (30)




Laju pengeringan konstan Rc adalah:

i

iyvc λ

)T.(ThA

mR

−== (31)

Pada banyak kasus, Ti dapat diasumsikan sama dengan temperatur bola basah udara. Bila

radiasi dari lingkungan panas serta konduksi dari permukaan padat yang kontak dengan

padatan yang dikeringkan dapat diabaikan, maka temperatur pada lapisan antar muka itu

akan lebih besar daripada temperatur bola basah udara, dan yi akan bertambah besar dan

laju pengeringan akan meningkat pula.

IV.12.4 Kandungan Moisture Kritis dan Periode Laju Menurun

Dengan menurunnya kandungan moisture zat padat, perioda laju konstan akan

berakhir pada suatu kandungan moisture tertentu, dan dalam siklus pengeringan

selanjutnya laju tersebut akan terus berkurang. Titik akhir perioda laju konstan yang

ditunjukkan titik B pada Grafik 9 disebut titik kritis. Titik ini menandai saat kandungan

moisture pada permukaan tidak lagi mencukupi untuk memelihara suatu film kontinue

yang menutupi keseluruhan permukaan pengeringan. Dalam zat padat tidak berpori, titik

kritis berlangsung pada waktu yang hampir bersamaan dengan saat menguapnya moisture

permukaan. Dalam zat padat berpori, titik kritis ini dicapai bila laju aliran moisture ke

permukaan tidak lagi sama dengan laju penguapan yang diperlukan oleh proses

penguapan bola basah.

Jika kandungan moisture awal di dalam zat padat itu berada di bawah titik kritis,

perioda pengeringan laju tetap tidak ada. Kandungan moisture kritis berubah-ubah

menurut tebal bahan dan menurut laju pengeringan; jadi titik kritis bukan sifat bahan.

Perioda pengeringan setelah titik kritis disebut perioda pengeringan laju

menurun. Kurva laju penegringan dalam perioda laju menurun berbeda-beda antara satu

bahan dengan bahan lainnya. Bentuk kurva tersebut pun bergantung pada tebal bahan dan

variabel-variabel lingkungan. Ada kondisi pengeringan tertentu yang menyebabkan bahan

mengalami titik kritis kedua sehingga terjadi perubahan mekanisme pengeringan dan

kurva laju pengeringan mengalami patahan pada laju menurun.

Metoda untuk menaksir laju pengeringan dalam perioda laju menurun bergantung

pada karakteristik pori bahan. Dalam bahan tak berpori, segera setelah habisnya

kandungan moisture di permukaan, pengeringan selanjutnya hanya dapat berlangasung

dengan laju yang ditentukan oleh difusi moisture ke permukaan. Dalam bahan berpori,




berlangsung mekanisme lain, dan penguapan dapat terjadi juga di dalam zat padat, bukan

hanya dipermukaannya.

IV.13 Zat Padat Tak Berpori dan Teori Difusi

Distrubusi moisture di dalam zat padat yang memebrikan kurva laju menurun

seperti Gambar 8 diperjelas pada Gambar 9, di mana kandungan moisture setempat

dipetakan terhadap jarak dari permukaan zat padat. Bentuknya secara kualitataif

konsisten dengan yang semestinya andai moisture tersebut mengalir secara difusi melalui

zat padat. Kurva 5 tersebut agak berbeda dengan kurva teoretis. Laju difusi tersebut

dinyatakan dengan:

2

2

bXv.D'

tX

∂∂

=∂∂

(31)

dimana:

X = konsentrasi zat terlarut di dalam larutan yang terkandung dalam zat padat

D’v = difusivitas

b = jarak yang diukur menurut arah difusi.

Persamaan tersebut digunakan sebagai dasar perhitungan kuantitatif mengenai laju

pengeringan zat padat tak berpori. Bahan-bahan yang mengering dengan cara ini

dikatakan mengering dengan difusi, walaupun mekanismenya sebenarnya jauh lebih

rumit daripada difusi saja.

Gambar 10 Distribusi Moisture di dalam lempeng kering terdiri dari 2 bidang. Aliran moisture

melalui difusi




Difusi merupakan ciri bagi bahan-bahan yang lambat kering. Tahanan terhadap

perpindahan massa uap air dari permukaan zat padat ke udara biasanya dapat diabaikan

dan difusi di dalam zat padat itulah yang mengendalikan laju pengeringan keseluruhan.

Kandungan moisture pada permukaan pada kondisi ini akan berada pada nilai

kesetimbangn atau sangat berdekatan dengan nilai tersebut. Kecepatan udara hampir tidak

berpengaruh, sedang kelembaban udara mempengaruhi proses pengeringan terutama

melalui pengaruhnya terhadap kandungan equilibrium moisture. Oleh karena difusivitas

meningkat bersanaab dengan temperatur, laju pengeringan juga meningkat jika

temperatur meningkat.

IV.14 Persamaan Difusi

Diasumsikan hukum difusi di atas berlaku walaupun kandungan moisture X

didasarkan pada massa (bukan volume), maka bentuk integrasi persamaan ini akan

digunakan untuk menghubungkan waktu pengeringan dengan kandungan moisture awal

dan akhir. Jadi, jika semua pengandaian yang digunakan dalam pengintegrasian

persamaan difusi tersebut berlaku, maka hasil integrasi untuk proses pengeringan akan

berbentuk:

ndikeringkaakan yangpadatan lempeng/ ebalsetengah t spadatzat dalam di sdifusivitaD'

awal kandungan 0 waktu tpadaan perngeringpermukaan pada awal kandungan

kandungan*jam waktu tpada rata-rata kandungan jam waktu tpada rata-rata totalkandungan

21

s.tD':dimana

....25.a-e251.9.a-e

91.a-e8

XX

*X-X*X-X

v

1

1

T

T

2

2Tv

1112

1T1

T

===

=====

=

=

+++==

moisturemoisturefreeX

moistureXmoistureum equilibriX

moisturefreeXmoistureX

a

T

T

π

β

βββπ




Semua kandungan moisture di atas dunyatakan dalam massa air per satuan massa zat

padat bone dry.

Ketelitian teori difusi untuk pengeringan menjadi berkurang karena difusivitas

tidak onstan dan bergantung pada kandungan moisture dan sangat mudah tereduksi. Nilai

D’v lebih kecil pada kandungan moisture rendah dibandingkan kandungan moisture

tinggi dan dapat menjadi sangat kecil di dekat permukaan pengeringan. Jadi, distribusi

moisture yang diperlukan untuk teori difusi dengan difusivitas konstan adalah

sebagaimana ditunjukkan oleh garus penuh pada gambar 5. Dalam praktiknya, yang

digunkan adalah rata-rata D’v yang ditentukan dari eksperimen dengan bahan yang akan

dikeringkan.

Bila β lebih besar dari 0,1, hanya suku pertama pada ruas kanan persamaan

ekspansi tersebut yang signifikan, sedangkan suku-suku selebihnya dalam deret tak

berhingga dapat diabaikan. Penyelesaian persamaan yang diperoleh untuk mendapatkan

waktu pengeringan akan menghasilkan:

XX.1.8ln

.D'4.st 2

v2

2

T ππ= (32)

Diferensiasi persamaan diferensial orde 2 untuk difusi terhadap waktu dan penyusunan

kembali akan menghasilkan:

XsD v .

'.

2dtdX- 2

2

=π

(33)

Persamaan ini menunjukkan bahwa bila difusi menjadi faktor penentu, laju pengeringan

berbending lurus dengan kandungan free moiture dan berbanding terbalik dengan pangkat

dua ketebalan. Persamaan ini menunjukkan bahwa jika waktu dipetakan terhadap

kandungan free moisture akan didaptkan garis lurus dan D’v dapat dihitung dari

gradiennya.

IV.15 Zat Padat Berpori dan Aliran karena Kapilaritas

Aliran zat cair melalui zat padat berpori tidak sesuai dengan penyelesaian

persamaan difusi yang telah disebutkan sebelumnya. Hal tersebut dapat dilihat dengan

membandingkan distribusi moisture di dalam zat padat jnis ini selama pengeringan

dengan distribusi moisture dalam difusi.

Moisture mengalir melalui zat padat berpori karena kapilaritas. Bahan berpori

mengandung jaringan pori-pori dan saluran yang saling berhubungan dan sangt rumit,




yang luas penampangnya sangat beragam. Pada permukaan terdapat mulut-mulut pori

yang ukurannya bermacam-macam.Pada waktu air keluar karena penguapan, terjadi

meniskus melintasi masing-masing pori, yang mengakibatkan timbulnya gaya kapiler

karena tegangan antarmuka antara air dan zat padat. Gaya-gaya kapiler itu mempunyai

komponen pada arah tegak lurus terhadap permukaan zat padat. Gaya inilah yang

menimbulkan gaya dorong yang menggerakkan air melalui pori ke permukaan.

Kekuatan gaya kapiler pada setiap titik tertentu di dalam pori ditentukan oleh

kelengkungan meniskus, yang juga merupakan fungsi dari penampang pori. Pori kecil

membangkitkan daya kapiler yang lebih besar dari pori besar, sehingga pori kecil dapat

menarik air dari pori besar. Dengan berkurangnya air pada permukaan, pori-pori besar

akan kosong lebih dahulu. Air itu digantikan udara. Udara akan masuk melalui mulut-

mulut pori besar pada permukaan pengeringan atau dari sisi dan belakang bahan jika

pengeringan berlangsung dari satu sisi saja.

Kurva laju pengeringan untuk contoh umum zat padat berpori kecil ditunjukkan

pada Gambar 11. Selama penyerapan air dari bagian dalam ke permukaan masih cukup

untuk membuat permukaan itu basah sama sekali, laju pengeringan akan konstan. Pori itu

berangsur-angsur kehabisan air, dan pada titik kritis, lapisan permukaan air mulai mundur

ke dalam zat padat. Hal ini bermula pada pori-pori besar. Titik-titik tinggi pada

permukaan zat padat mulai meninjol dari zat cair, dan luas yang tersedian untuk

perpindahan massa dari zat padat ke udara pun berkurang. Jadi, walaupun laju penguapan

per satuan luas basah tidak berubah, laju atas dasar luas total, termasuk luas basah dan

luas kering, kurang dari laju pada periode laju tetap. Laju ini terus berkurang bersamaan

dengan bertambahnya permukaan kering.

Bagian pertama dari periode laju menurun dinyatakan oleh garis BC pada

Gambar 11. Laju pengeringan selama periode ini bergantung pada faktor-faktor yang

sama dengan faktor yang aktif pada peridode laju konstan, karena mekanisme penguapan

tidak berubah sedang zone penguapan berada oada atau dekat permukaan. Air dari pori-

pori itu merupakan fasa kontinu, sedang udara fasa terdispersi. Dalam periode laju

menurun yang pertama kali, kurva laju pengeringan tersebut biasanya linier. Dengan

berkuranganya air secara berangsur-angsur dari zat padat, fraksi volum pori yang berisi

udara akan bertambah. Bila fraksi ini telah mencapai suatu batas tertentu, maka air yang

tersissa tidak cukup lagi untuk membuat film kontinu melintas pori-pori, dan pori-pori itu

akan menjadi penuh dengan udara, dan udara inilah yang sekarang merupakan fasa




kontinu. Sisa air akan menyusut menjadi gelembung-gelembung terpisah pada sudut-

sudut jaringan pori. Bila keadaan ini terjadi, laju pengeringan berkurang lagi secara tiba-

tiba seperti ditunjukkan pada garis CD. Kandungan moisture pada waktu terjadinya

kepatahan ini yaitu titik C dinamakan titik kritis kedua, dan periode yang diawalinya

dinamakan periode laju menurun kedua.

Gambar 11 Free moisture (lb/lb) zat padat kering

Pada periode peneringan akhir ini, laju pengeringan praktis tidak bergantung

pada kecepatan udara. Uap air harus mendifusi melalui zat padat dan kalor penguapan

harus ditransmisikan ke dalam zona penguapan dengan cara konduksi melalui zat padat

itu. Dalam zat padat itu akan terbentuk gradien temperatur, dan temperatur permukaan zat

padat akan mendekati temperatur bola basah udara. Pada pori-pori kecil, kurva laju

pengeringan dalam periode laju menurun kedua itu sesuai dengan model difusi, dan kurva

laju penegringan itu cekung ke atas.

IV.16 Menghitung Waktu Pengeringan pada Kondisi Pengeringan Konstan

Dalam merancang pengering, besaran yang penting adalah waktu yang

diperlukan untuk mengeringkan bahan dalam kondisi yang terdapat pada pengering,

karena hal ini akan menetapkan ukuran peralatan yang diperlukan untuk suatu kapasitas

tertentu. Untuk pengeringan pada kondisi pengeringan konstan, waktu pengeringan dapat




ditentukan dari kurva laju pengeringan. Kurva laju penegringan terkadang dimodifikasi

untuk kondisi lain, sehingga dapat dihitung kembali dari kurva laju pengeringan ke waktu

pengeringan menurut persamaan:

dTdX.

Am

A.dtdm

-R sv −== (34)

Integrasi persamaan tersebut antara X1 dan X2 yaitu kandungan free moisture awal dan

akhir akan memberikan:

∫−=1X

2X

s

RdX.

Am

tT (35)

dimana tT adalah waktu pengeringan total. Persamaan tersebut dapat diintegrasikan secara

numerik dengan kurva laju pengeringan atau secara analitk jika ada persamaan yang

menyatakan R sebagai fungsi X.

Dalam periode laju konstan, R=Rc dan waktu pengeringan menjadi:

C

21s

A.R)(m

tXX

T−

−= (36)

Dalam periode laju menurun, bila difusi menjadi faktor pembatas, waktu

pengeringan tT bila R linear terhadap X sehinga R = aX + b, dimana a dan b adalah

konstanta dan dR = adX. Substitusi dX ke dalam persamaan waktu pengeringan untuk

periode laju menurun menjadi:

2

1s1X

2X

s lna.Am

RdX.

Am

tRR

T =−= ∫ (37)

dimana R1 dan R2 adalah ordinat dari kandungan moisture awal dan akhir. Konstanta a

adalah kemiringan kurva laju pengeringan dan dapat ditulis sebagai:

'X'R

C

C

XRa

−−

−= (38)

dimana:

Rc = laju pada titi kritis pertama

R = laju pada titik kritis kedua

Xc = kandunagn free moisture pada titik kritis pertama

X = kandungan free moisture pada titik kritis kedua

Substitusi a akan mengasilkan persamaan:




ln)'A(R)'(Xm

t2

1

C

Cs

RR

RX

T −−

= (39)

Laju pengeringan suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:

1. temperatur udara pengering

2. kelembaban udara pengering

3. laju alir udara pengering

IV.17 Peralatan Penegringan

Di antara berbagai macam pengering komersial yang ada, hanya beberapa yang

pemanfaatannya dalam skala industri sangat luas. Kelompok yang paling banyak

penggunaannya adalah pengering untuk zat padat tak terdeformasi atau bijian. Contoh

pengering untuk keperluan tersebut adalah try dryer, screen conveyor dryer, tower dryer,

rotary dryer, screw conveyor dryer, fluid-bed dryer, dan flash dryer.

IV.17.1 Try Dryer

Contoh try dryer ditunjukkan pada Gambar 11. Pengering ini terdiri dari sebuah

ruang dari logam lembaran yang berisi dua buah truk yang mengandung rak-rak H. Setiap

rak mempunyai sejumlah piringan sebagai penapis tempat bahan yang akan dikeringkan

diletakkan. Piringan ini umumnay berukuran 30 in2, dengan ketebalan 2 sampai 6 in.

Udara panas disirkulasikan pada kecepatan 7 sampai 15 ft/detik di antara piringan dengan

bantuan kipas C dan motor D, mengalir melalui pemanas E. Sekat-sekat G membagi

udara tersebut secara seragam di atas susunan talam tadi. Sebagian udara basah

diventilasikan keluar melalui talang pembuang B; sedangkan udara segar masuk melalui

pemasuk A. Rak-rak itu disusun di atas roda truk I sehingga pada akhir siklus

pengeringan truk itu dapat ditarik keluar dari ruang pengering dan dibawa ke bagian akhir

untuk off loading bahan yang selesai dikeringkan.




Gambar 11 Skema Try Dryer

Try dryer sangat bermanfaat bila laju produksi bahan kering kecil. Alat ini dapat

digunakan untuk mengeringkan segala macam bahan, tetapi karena memerlukan tenaga

kerja manual untuk loading dan off loading, biaya operasi agak mahal. Alat ini biasanya

diterapkan untuk pengeringan bahan-bahan mahal seperti zat warna dan bahan farmasi.

Pengeringan dalam sirkulasi udara menyilang lapisan zat padat biasanya lambat sehingga

siklus pengeringan pun panjang, sekitar 4 sampai 48 jam per batch. Terkadang digunakan

juga sirkulasi tembus, namun cara ini biasanya tidak ekonomis dan bahan tidak perlu

pada pengeringan batch. Pemendekan siklus pengeringan tidak mengurangi biaya tenaga

kerja, namun akan terjadi penghematan energi yang cukup signifikan.

Try dryer dapat beroperasi dalam vakum, terkadang dengan pemanasan tidak

langsung. Masing-masing try terdiri atas pelat-pelat logam bolong yang dilalui uap atau

air panas atau terkadang dilengkapi ruang khusus untuk fluida pemanas. Uap dari zat

padat dikeluarkan dengan ejektor atau pun pompa vakum. Pengering beku (freeze drying)

terdiri dari sublimasi es dari es pada tekanan vakum dan pada temperatur di bawah 0 oC.

Freeze drying dilakukan khusus untuk mengeringkan vitamin dan berbagai bahan yang

peka terhadap panas.

IV.17.2 Screen Conveyor Dryer

Contoh umum screen conveyor dryer dengan sirkulasi tembus ditunjukkan pada

Gambar 12. Lapisan bahan yang akan dikeringkan setebal 1 sampai 6 in diangkut

perlahan di atas lapisan screen logam melalui ruang lurus seperti pengering. Selama

pergerakan itu bahan dikeringkan. Ruang/ terowongan tersebut terdiri dari sederetan




bagian terpisah, yang masing-masing mempunyai kipas dan pemanas udaranya sendiri.

Pada ujung masuk ke perngering itu, udara biasanya mengalir ke atas melalui lapisan

screen dan zat padat. Di dekat ujung jeluar di mana bahan sudah kering dan umumnya

jadi berdebu, udara dialirkan ke bawah melalui screen tersebut. Temperatur udara dan

kelembaban mungkin tidak sama pada masiung-masing bahan, sehingga terdapat kondisi

pengeringan yang optimum pada setiap titik.

Gambar 12 Screen Conveyor Dryer

Pengering screen conveyor biasanya mempunyai lebar 6 ft dan panjang 12

sampai 150 ft dan waktu pengeringannya 5 sampai 120 menit. Ukuran anyaman pada

lapisan scree kira-kira 30 mesh. Bahan-bahan bijian kasar, serpih, atau bahan berserat

dapat dikeringkan dengan sirkulasi tembus tanpa sesuatu proses pretreatment dan tanpa

ada bahan yang lolos dari lapisan screen. Akan tetapi, Akan tetapi bahan saring yang

halus harus dicetak terlebih dahulu untuk dapat dikeringakan dengan screen conveyor

dryer. Agregat tersebut biasanya tidak kehilangan bentuknya pada waktu dikeringkan dan

sangat sedikit yang tiris menjadi debu melalui lapisan screen tersebut. Terkadang screen

conveyor dryer juga dilengkapi fasilitas untuk mengambil dan mencetak kembali

partikel-partikel halus yang tertapis oleh lapisan screen tersebut.

Screen conveyor dryer dapat menangani berbagai zat padat secara kontinu dan

tanpa proses yang kasar. Konsumsi uap untuk mengeringkan pun umumnya sangat

rendah, sekitar 2 lb uap per pon air yang menguap. Udara dapat disirkulasikan ulang dan

diventilasikan keluar dari masing-masing bagian secara terpisah atau dilewatkan dari satu

bagian ke bagian lain secara berlawanan arah terhadap zat padat. Pengering ini sangat

cocok untuk kondisi pengeringan yang karakteristik bahannya sangat signifikan

perubahannya terhadap berkurangnya kandungan moisture zat padat.




IV.17.3 Tower Dryer

Tower dryer terdiri dari sederetan piringan bundar yang dipasang bersusun ke

atas pada suatu poros tengah yang berputar. Umpan padat dijatuhkan pada piringan

teratas dan dikenakan pada arus udara panas atau gas yang mengalir melintasi setiap

piringan. Zat padat tersebut lalu didorong keluar dan dijatuhkan pada piringan berikut di

bawahnya. Proses tersebut terus dialami zat padat yang dikeringkan sampai keluar dari

piringan terbawah sebagai hasil yang kering pada dasar menara. Aliran zat padat dan gas

pengering tersebut dapats earah dan dapat pula berlawanan arah.

Turbo dryer pada Gambar 13 adalah salah satu contoh tower dryer dengan

resirkulasi-dalam pada gas pemanas. Kipas-kipas turbin digunakan untuk

mensirkulasikan udara atau gas je arah luar di antara beberapa piringan, di atas elemen

pemanas, dan ke arah dalam di antara piringan-piringan lain. Kecepatan gas biasanya 2

sampai 8 ft/detik. Dua piringan terbawah pada pengering gambar.... merupakan bagian

pendinginan untuk zat padat kering. Udara yang dipanaskan terlebih dahulu biasanya

masuk dari bawah menara dan keluar dari atas sehingga terdapat aliran berlawanan arah.

Turbo dryer berfungsi sebagian dengan pengeringan sirkulasi silang, seperti pada try

dryer dan sebagian dengan mengontakkan partikel-partikel melalui gas panas pada waktu

partikel itu jatuh dari piringan yang satu ke piringan berikutnya.

Gambar 13 Turbo Dryer




IV.17.4 Rotary Dryer

Rotary dryer terdiri dari sebuah selongsong berbentuk silinder yang berputar,

horisontal, atau agak miring ke bawah ke arah luar. Umpan basah masuk dari satu ujung

silinder sedangkan bahan kering keluar dari ujung yang satu lagi. Pada waktu selongsong

berputar, sayap-sayap yang terdapat di dalam mengangkat zat padat tersebut dan

mendorong padatan jatuh melalui bagian dalam selongsong. Rotary dryer ada yang

dipanaskan dengan kontak langsung gas dengan zat padat, dengan gas panas yang

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

tabung longitudinal yang dipasangkan pada permukaan dalam selongsong. Jenis yang

dirancang sedemikian rupa dinamakan rotary dryer dengan tabung uap. Dalam rotary

dryer tipe direct-indirect gas panas terlebihd ahulu dilewatkan melalui mantel dan

kemudian masuk ke dalam selongsong, di mana gas tersebut berada pada kontak dengan

zat padat yang dikeringkan.

Keterangan Alat:

A selongsong pengering

B selongsong bantalan rol

C roda gigi penggerak

D tudung pembuang udara

E kipas pembuang

F peluncur umpan

G sayap-sayap pengangkut

H pengeluaran produk

J pemanas udara

Gambar 14 Rotary Dryer arus counter current A

Contoh rotary dryer adiabatik dengan pemanasan udara berlawanan arah terlihat

pada Gambar 14. Selongsong putar A yang terbuat dari baja lembaran didukung oleh 2




pasang rol B dan digerakkan oleh roda gigi dan pinyon C. Pada ujung atas terdapat

tabung D yang dihubungkan dengan cerobong oleh kipas E, dan celah F dimana bahan

basah dimasukkan dari loper umpan. Sayap-sayap G yang mengangkat bahan tersebut

kemudian akan menjatuhkannya sehingga kontak dengan arus udara panas, terpasang

pada selongsong. Produk kering keluar dari ujung bawah dan masuk ke dalam screew

conveyor H. Tidak jauh dari ujung screew conveyor terdapat pipa dengan permukaan

diperluas yang dipanaskan dengan uap yang berfungso untuk memnaskan udara. Udara

bergerak melalui pengering itu dengan bantuan kipas yang dapat membuang pemanas ke

udara sehingga keseluruhan sistem berada dalam beda tekanan positif. Kipas tersebut ada

yang ditempatkan di dalam cerobong sehingga menyedot udara melalui pengering dan

membuat pengering dalam keadaan sedikit vakum. Hal ini lebih disukai bila bahan itu

cenderung menjadi debu jika terlalu panas. Rotary dryer jenis ini banyak digunakan

untuk mengeringkan garam, gula, berbagai macam bahan bijian, dan bahan kristal yang

harus selalu bersih dan tidak boleh terkene gas pembakaran yang sangat panas secara

langsung.

Laju massa yang diperbolehkan untuk gas panas dalam rotary dryer tipe direct

contact bergantung pada karakteristik zat padat yang dikeringkan, umumnya berkisar

antara 1950-24400 lb/ft2.jam untuk partikel kasar. Temperatur gas masuk biasanya adalah

120 sampai 175 0C untuk udara yang dipanaskan dengan uap dan 540 sampai 815 0C

untuk gas pembakaran dari tungku. Diameter pengering berkisar antara 1 sampai 3 m,

kecepatan putar selongsong biasanya antara 20 sampai 25 m/menit.

Rotary dryer dirancang atas dasar perpindahan kalor. Persamaan dimensional

empirik untuk koefisien perpindahan kalor volumetrik Ua adalah:

DGU a

67,0.5,0= (40)

sehingga:

∆T..D.L.G.125,0q

∆T.V.D

0,5.Gq

0,67T

0,67

T

π=

= (41)

di mana G adalah laju alir massa gas, D diameter selongsong, dan qT adalah laju

perpindahan kalor, V adalah volume pengering, L adalah panjang pengering, dan ∆t

adalah beda temperatur rata-rata (diambil sebagai rata-rata logaritmik antara penurunan

temperatur bola basah pada waktu masuk pengering dan pda waktu keluar pengering).




IV.17.5 Screw Conveyor Dryer

Screw conveyor dryer adalah pengering kontinu dengan sistem kontak tidak

langsung. Pada pokoknya pengering ini terdiri dari sebuah screw conveyor horisontal

yang terletak di dalam selongsong bermantel berbentuk silinder. Zat padat yang

dioumpankan di satu ujung diangkut perlahan melalui zona panas dan dikeluarkan dari

ujung yang satu lagi. Uap yang keluardisedot melalui pipa yang dipasang pada atap

selongsong. Selongsong umumnya berdiameter 75 sampai 600 mm dan panjangnya dapat

sampai 20 ft. Bila diperlukan selongsong panjang, digunkaan beberapa selongsong yang

dipasang bersusun satu di atas yang lain. Sering pula unit paling bawah dalam susunan itu

merupakan pendingin di mana air atau bahan pendingin lain yang dialirkan dalam mantel

itu untuk menurunkan temperatur zat pdat yang telah dikeringkan tersebut sebelum keluar

dari pengering.

Laju putar selongsong umumnya rendah, antara 2 sampai 30 putaran per menit.

Koefisien perpindahan jkalor didasarkan atas keseluruhan permukaan dalam selongsong,

biarpun selongsong tersebut hanya 10 sampai 60 persen terisi. Koefisien itu bergantung

pada pembebanan di dalam selongsong dan kecepatan conveyor. Nilainya untuk

kebanyakan zat padat berkisar antara 17 sampai 57 W/m2.0C.

Screw conveyor dryer dapat menangani zat pdat yang terlalu halus atau terlalu

lengket bila dikeringkan pada rotary dryer. Pengering ini tertutup seluruhnya, dan

memnungkinkan recovery uap zat pelarut tanpa terlalu banyak pengenceran oleh udara

atau bahkan tanpa pengenceran sama sekali. Bila dilengkapi dengan pengumpan yang

sesuai, pengering ini dapat dioperasikan dalam vakum. Jadi sangat sesuai untuk

mengeluarkan zat pelarut yang mudah menguap dari zat padat yang basah dengn pelarut,

seperti sisa dari operasi pengurasan.

V. Rancangan Percobaan

V.1 Perangkat dan Alat Ukur

1. Set perangkat Compartment Dryer

2. Termometer

3. Anemometer




V.2 Bahan/ Zat Kimia

Praktikan dapat memilih sendiri, seperti singkong basah, kentang basah, bengkuang

basah, potongan kayu basah, dan sebagainya.

V.3 Variabel Percobaan

Variabel percobaan ini adalah:

1. Jenis bahan padat, berkaitan dengan bentuk, ukuran dan jumlah pori, serta

kandungan moisture, air bebas dan terikat

2. Ukuran bahan padat, berkaitan dengan luas permukaan perpindahan panas

dan perpindahan massa

3. Laju alir udara pengering

4. Temperatur udara pengering

V.4 Data Pengamatan

V.4.1 Kalibrasi Neraca

W (terukur)

dalam gram

W (nyata)

dalam gram

V.4.2 Kalibrasi Termometer

T air mendidih (K) T es mencair (K)

Td1

Td2

Tw1

Tw2

T

V.4.3 Penentuan Kadar Airdalam Sampel

Massa sampel basah (W) = g

Massa sampel kering (Wk) = g

Sampel basah dikeringkan dalam oven selama beberapa jam. Sampel ditimbang

setiap jam. Berat kering adalah massa saat tiga kali penimbangan sampel

menunjukkan hasil konstan.




V.4.4 Data Percobaan Utama

t (menit) W (gram) Td1 (0C) Td2 (0C) Tw1 (0C) Tw2 (0C) T (0C)

Percobaan ini dilakukan berulang dalam berbagai tempuhan sesuai variasi variabel yang

diinginkan.

V.4.5 Pembuatan Grafik Massa Bahan setiap Waktu

Pada kertas grafik dibuat plot antara waktu (t) di sumbu X dan massa W (g) di

sumbu Y.

V.5 Contoh Perhitungan

V.5.1 Kalibrasi Termometer (dalam 0C)

Misalkan untuk termometer Td1 didapat data:

T air mendidih Tnyata T es mencair Tnyata Td1 99 (0C) 100 (0C) 5 (0C) 0 (0C)

Dari data tersebut, hubungan kalibrasi untuk termometer Td1 adalah:

Kalibrasi Termometer Td1

y = 1.0638x - 5.3191

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120

T terukur (0C)

Tem

pera

tur (

0C)

Maka persamaan kalibrasinya adalah: Tnyata = 1.0638*Tterukur – 5.3191

Persamaan kalibrasi seperti di atas harus dicari untuk kelima termometer: Td1

(0C), Td2 (0C), Tw1 (0C), Tw2 (0C), T (0C)

V.5.2 Kurva Kalibrasi Neraca

Misal diperoleh data kalibrasi bacaan neraca di set dryer terhadap bacaan neraca




digital adalah sebagai berikut:

Wterukur Wnyata 81 88.358

52.5 56.918 32.5 35.046

24 25.964 19 20.581

Maka didapat kurva kalibrasi neraca:

Kurva Kalibrasi Neraca

y = 1.09x - 0.1378R2 = 1

010

2030

405060

7080

90100

0 20 40 60 80 100W terukur

W n

yata

Maka persamaan kalibrasi neraca adalah: Wnyata = 1,09*Wterukur – 0,1378

V.5.3 Penentuan Kadar Air Total dalam Sampel

Pengeringan dilakukan dalam desikator dan oven.

Jika diketahui

- massa sampel basah = 1,244 g

- massa sampel kering = 0,266 g

Maka:

%62,787862,0244,1

0,266)-(1,244 air totalKadar ===

V.5.4 Penentuan Berat Kering Sampel

Massa kering sampel (Wks) = Massa Basah * (1-kadar air total)

Jika sampel yang sama (kadar air total = 78,62%) dikeringkan sehingga dari

massa sampel basah awal 18,39 g, maka massa kering sampel yang dapat dicapai

dengan sistem dan kondisi pengeringan tersebut adalah:

Wks = 18,39 * (1-0,7862)

Wks = 3,93 gram




V.5.5 Penentuan Kurva Massa Bahan (yang dikeringkan) terhadap Waktu

Kurva ini diperoleh dengan pengaluran data massa bahan (pada sumbu Y)

terhadap waktu pengeringan (pada sumbu X) dan digunakan untuk memperoleh

kurva karakteristik laju pengeringan terhadap waktu.

V.5.6 Penentuan Kurva Laju Pengeringan Terhadap Kadar Air

Persamaan yang digunakan:

kering sampel massakering) sampel massa -basah sampel (massa (X)air Kadar =

A1.

dXdWN 0;tuntuk sehingga

,A1.

∆X∆Wn)pengeringa(laju N

A

A

−=→∆

−=

V.5.7 Contoh Data Praktikum dan Pembuatan Kurva Karakteristik Pengeringan

t (menit)

W (gram)

W' (gram)

Td1 (0C)

Tw1 (0C)

Td2 (0C)

Tw2 (0C)

T (0C)

5 16 17.3022 50 33.5 43 30 48 10 15 16.2122 51 36.5 43.5 31 48.5 15 14.5 15.6672 50.5 37.5 44 32 48.5 20 14 15.1222 50.5 38 43.5 33.5 485 25 13.5 14.5772 51 30 44 29 49 30 13.5 14.5772 51 30.5 44 30.36 49 35 13 14.0322 51 32 44 33 48.5 40 12.5 13.4872 51 29 44 35 49 45 12.5 13.4872 51 29.5 44 37 49 50 12 12.9422 51 30.5 44 34 49 55 11.5 12.3972 50.5 28.5 44.5 34 48.5 60 11 11.8522 51 29.5 44 30 48.5 65 11 11.8522 5.5 30.5 44 31 48.5 70 10.5 11.3072 50.5 32 44 29 48.5 75 10.5 11.3072 50 28 44 29.5 48.5 80 10.5 11.3072 50 29 44 30 48 85 10.5 11.3072 50 30 44 30 48 90 10 10.7622 50 31 44 31.5 48 95 10 10.7622 50 28.5 43 30 48

100 9.5 10.2172 50 29.5 43 30.5 48 105 9.5 10.2172 50 30.5 43 31 47 110 9.5 10.2172 49 29 43 31 47 115 9 9.6722 49 30 42.5 32 47 120 9 9.6722 49 31 42.5 29.5 47 125 9 9.6722 49 29 42.5 30 47




130 9 9.6722 49 30 42 30 47 135 8.5 9.1272 48.5 31 42 30 47 140 8.5 9.1272 48.5 31 42 30 47 145 8.5 9.1272 48.5 31 42 31 47

t (menit) Td1’ (0C)

Tw1’ (0C)

Td2’ (0C)

Tw2’ (0C)

T (0C) X NA

5 47.8709 33.7026 42.6968 41.10686 45.8349 3.4025954 26.16 10 48.9347 37.0176 43.2586 41.64776 46.35575 3.1252417 13.08 15 48.4028 38.1226 43.8204 42.18866 46.35575 2.9865649 7.812 20 48.4028 38.6751 43.2586 41.64776 501.0578 2.847888 7.812 25 48.9347 29.8351 43.8204 42.18866 46.8766 2.7092112 7.812 30 48.9347 30.3876 43.8204 42.18866 46.8766 2.7092112 7.812 35 48.9347 32.0451 43.8204 42.18866 46.35575 2.5705344 7.812 40 48.9347 28.7301 43.8204 42.18866 46.8766 2.4318575 7.812 45 48.9347 29.2826 43.8204 42.18866 46.8766 2.4318575 7.812 50 48.9347 30.3876 43.8204 42.18866 46.8766 2.2931807 7.812 55 48.4028 28.1776 44.3822 42.72956 46.35575 2.1545038 7.812 60 48.9347 29.2826 43.8204 42.18866 46.35575 2.015827 7.812 65 0.5318 30.3876 43.8204 42.18866 46.35575 2.015827 7.812 70 48.4028 32.0451 43.8204 42.18866 46.35575 1.8771501 7.812 75 47.8709 27.6251 43.8204 42.18866 46.35575 1.8771501 7.812 80 47.8709 28.7301 43.8204 42.18866 45.8349 1.8771501 7.812 85 47.8709 29.8351 43.8204 42.18866 45.8349 1.8771501 7.812 90 47.8709 30.9401 43.8204 42.18866 45.8349 1.7384733 7.812 95 47.8709 28.1776 42.6968 41.10686 45.8349 1.7384733 4.416

100 47.8709 29.2826 42.6968 41.10686 45.8349 1.5997964 4.176 105 47.8709 30.3876 42.6968 41.10686 44.7932 1.5997964 3.936 110 46.8071 28.7301 42.6968 41.10686 44.7932 1.5997964 3.696 115 46.8071 29.8351 42.135 40.56596 44.7932 1.4611196 3.456 120 46.8071 30.9401 42.135 40.56596 44.7932 1.4611196 3.216 125 46.8071 28.7301 42.135 40.56596 44.7932 1.4611196 2.976 130 46.8071 29.8351 41.5732 40.02506 44.7932 1.4611196 2.736 135 46.2752 30.9401 41.5732 40.02506 44.7932 1.3224427 2.496 140 46.2752 30.9401 41.5732 40.02506 44.7932 1.3224427 2.256 145 46.2752 30.9401 41.5732 40.02506 44.7932 1.3224427 2.016

Berikut adalah kurva pengeringannya:




Kurva Karakteristik Pengeringan

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

0 20 40 60 80 100 120 140 160t (menit)

W (g

ram

)

Dalam kurva pengeringan berikut terlihat pembagian zona pengeringan:

Kurva Pengeringan

y = -0.0651x + 16.291R2 = 0.9638

y = 0.0002x2 - 0.0748x + 16.027R2 = 0.9356

y = 0.0109x2 - 0.3815x + 18.937R2 = 1

02

468

10

121416

1820

0 20 40 60 80 100 120 140 160

t (menit)

W (g

ram

)




Kurva Laju Pengeringan

0

5

10

15

20

25

30

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

X (kg H2O/kg massa kering)

NA

(g H

2O/m

2-m

enit)

V.5.8 Penentuan Koefisien Peprindahan Panas

Persamaan yang digunakan:

)(hN 11Ac TwTd −=λ

)Tw-(Td.N

h11

Ac λ=

Dimana:

Td1= temperatur bola kering (0C) yang didekati dengan temperatur gas pengering

Tw1 = temperatur bola basah (0C) yang diasumsikan mendekati temperatur

interface fasa cair dan fasa uap

λ = kalor laten penguapan air (kJ/kg)

NAc = laju pengeringan konstan (g H2O/ m2-menit)

Jika diperoleh data:

NAc = 7.812

Td = 47,68 0C

Tw = 31,05 0C

maka:

31,05)-(47,6889,2392*7,812h =

h = 1.1261 kJ/m2-menit-K




V.5.9 Penentuan Koefisien Perpindahan Massa

)(N Ac YYk i −=

Yi diperoleh dari humidity chart pada Tw (relative humidity 100%) saat P=700

mmHg (umumnya rata-rata tekanan praktikum di Lab. Instruksional)

Y diperoleh dengan mengasumsikan konduksi operasi adiabatik. Nilai koefisien

perpindahan massa tersebut dapatr dihitung:

)(N

k Ac

YYi −=

Jika diperoleh data:

Yi = 0,029 dan Y = 0,023

min.-kg/m 302.1)023,0029,0(

7.812k

2=

−=

k

Daftar Pustaka

1. Treybal, R.E., Mass Transfer Operations, McGraw-Hill, 1981, Chapter:

Humidification and Drying

2. Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill

Book Co., New York, 1993, Chapter: Humidification and Drying

3. Buku-buku Unit Operations lainnya yang memuat topik Pengeringan.

modul pengeringan

Documents