0

Kode/Nama Rumpun Ilmu : 166/Tek. Pasca Panen Bidang Fokus : Teknik

LAPORAN AKHIR

PENELITIAN TERAPAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

PENGERING SISTIM VAKUM DENGAN MENGGUNAKAN

NOZEL INJECTOR

TIM PENGUSUL

Ir. Suryanto, MSc. PhD. NIDN. 0026085904 Dr. Eng. Akhmad Taufik, ST., MT. NIDN. 0013047610 Ir. Nur Hamzah. MT. NIDN. 0011116308

Dibiayai oleh:

Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat Direktorat Jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan

Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Nomor Kontrak: 066/SP2H/PPM/DRPM/2018, tanggal 9 Maret 2018

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

JULI 2018

1

2

RINGKASAN

Pengeringan sangat banyak dibutuhkan untuk membantu proses berbagai industri pangan

maupun nonpangan. Pada tingkat petani proses pengeringan digunakan untuk meningkatkan

mutu berbagai hasil pertanian atau menghindari kerusakan paska panen. Berbagai proses

pengering diterapkan, mulai dari cara traditional maupun dengan menggunakan teknologi maju.

Tujuan penelitian ini adalah evaluasi yang berkaitan dengan effisiensi penggunaan energi dan

periode pengeringan pada suatu prototype pengering vakum dengan menggunakan efek nozel

injector (ejector) untuk memberikan efek vakum. Metode penelitian meliputi desain, manufaktur

dan uji eksperimen. Kapasitas desain pengering adalah 0,5 m3, sistim batch, dengan range

temperatur chamber dapat disetting antara 20 0C sampai dengan 100 0C, dan tekanan vakum

antara 1 bar sampai dengan 0,2 bar. Objek yang dikeringkan adalah biji kopi dan biji kakao yang

berasal dari hasil perkebunan yang terdapat di Sulawesi Selatan

Hasil uji eksperimen menunjukkan bahwa efek vakum pada sistim pengering dengan

menggunakan nozel injector dapat meningkatkan efisiensi penggunaan energi 5 % jika

dibandingkan dengan kondisi pengering yang tidak diberi efek vakum. Waktu pengeringan

(drying time) lebih cepat 1 jam pada kondisi vakum dibandingkan dengan kondisi tidak vakum.

Desain yang berhubungan dengan kinerja dan realibility sistim pengering vakum yang

dikembangkan masih belum optimal ditinjau dari segi efisien sisistim masih rendah (13 -15)%

dan karakteristik waktu pengeringan masih relative masih lambat (8-9) jam. Selain itu darisegi

konstruksi, kemampuan untuk menahan tekanan masih rendah terutama pada bagian selubung

uap. Sistim pengoperasian masih tidak efektif sehingga ditinjau dari segi reliability dan

kemudahan operasional sistim masih rendah, diperikrakan baru mencapai 60 % dari target desain

ideal. Dari uji eksperimen tersebut diperoleh kenyataan bahwa terdapat beberapa kelemahan dan

perlu koreksi dan pengembangan.

3

DAFTAR ISI

Halaman Judul Halaman Pengesahan 1 Ringkasan 2 Daftar Isi Daftar Lampiran

3 4

BAB 1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

5

5

BAB 2 Tinjauan Pustaka

2.1 The State of the Art

2.2 Pengering Sistim Vakum

6

6

7

BAB 3 Metode Penelitian

3.1. Tahapan Penelitian

3.2. Desain Sistim dan Uji Eksperimental

11

11

12

BAB 4 Hasil dan Luaran yang Dicapai

4.1 Hasil

4.2 Luaran yang Dicapai

15

15

21

BAB 6 Rencana Tahapan Berikutnya 22

BAB 7 Kesimpulan dan Saran 23

Daftar Pustaka 24

LAMPIRAN- LAMPIRAN 25-46

4

DAFTAR LAMPIRAN

No Nama Lampiran hal

1. Lampiran 1 Gambar protitpe dan desain 3D mesin pengering vakum

dengan nozel injector 25-26

2. Lampiran 2 Paper for International Confrence dan Bukti penerimaan 27-34

3. Lampiran 3 Bukti penerimaan paper pada Seminar Nasional 35

4. Lampiran 4 Draft paten sederhana 36-46

5

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Proses pengeringan banyak digunakan di berbagai sektor industri, seperti: petrokimia,

pertanian, bioteknologi, makanan, polimer, keramik, farmasi, pembuatan kertas, proses

pemurnian mineral dan pengering kayu serta pengering hasil pertanian lainnya. Pengeringan

merupakan langkah penting dalam pengolahan makanan. Posisi pengeringan menjadi lebih

strategis karena perubahan kehidupan gaya orang modern yang lebih memilih untuk menemukan

produk kering berkualitas tinggi dan kondisi alami. Produk berupa bubuk berkualitas tinggi

seperti sup, saus, susu, kopi, dan ragi kering lebih disukai karena berguna,

pada tingkat kemurnian tinggi, dan umur simpan yang panjang. Contohnya adalah susu bubuk

yang bisa disimpan untuk jangka waktu lebih lama dari satu tahun, bukan beberapa minggu dan

untuk itu volume transportasi 8-10 kali dikurangi (Birchal et al, 2005; Djaeni,

2008). Di beberapa jenis industri pengolahhan makanan, sebagian besar energi dihabiskan untuk

pengeringan, misalnya, dipengolahan makanan dan farmasi, sekitar 10-20% dari total energi

pemakaian sementara diindustri kayu dan bubur kertas, konsumsinya lebih tinggi sehingga bisa

mencapai 30%. Sementara kegiatan pengeringan pascapanen konsumsi energi sampai 70%, (

Boxtel, et al, 2013) .

Ada beberapa metode pengeringan digunakan, mulai dari pengolahan tradisional hingga

modern: misalnya sinar matahari langsung, konvektif, microwave dan infra merah, ultra sound,

centrifuge, freeze, dan pengeringan vakum. Berbagai desain juga diterapkan mengacu pada

karakteristik produk basah, yaitu; pengering unggun terfluidisasi (fluidized bed dryer) untuk biji-

bijian atau bubuk, pengering semprot (spray dryer) untuk mendapatkan bubuk kering, rotary

untuk biji-bijian, dan tray dyer untuk bahan seperti cocoa dan sayuran. Berbagai desain

dimaksudkan untuk mendapatkan efisiensi dan kualitas produk yang tinggi (produk yang

disempurnakan). Pada pengeringan suhu tinggi, efisiensi energi bisa mencapai 60%. Sedangkan

pada pengering temperature rendah, efisiensinya di bawah 30% (Djaeni, 2008).

6

Pengeringan adalah proses yang menggunakan energi yang signifikan dan memakan

waktu, sehingga meningkatkan efisiensi pengunaan energi menjadi penting dalam sistim

pengering. Hingga saat ini, teknologi pengeringan seringkali tidak efisien dalam hal konsumsi

energi dan memiliki dampak lingkungan yang tinggi akibat pembakaran bahan bakar fosil atau

kayu sebagai sumber energi (Kudra dan Mujumdar, 2002). Sumber bahan bakar fosil terbatas,

harga energi meningkat, penggunaan energi industri di seluruh dunia meningkat, dan kenaikan

emisi gas rumah kaca menjadi isu global. Kebutuhan akan pengembangan industri yang

berkelanjutan dengan modal dan biaya operasional yang rendah terutama untuk penghematan

energi menjadi semakin penting. Dalam konteks ini pengembangan metode pengeringan yang

efisien dengan konsumsi energi rendah merupakan isu penting dalam penelitian teknologi

pengeringan.

Suhu operasional yang lebih tinggi bisa menjadi pilihan untuk meningkatkan efisiensi

energi dan mempercepat waktu pengeringan. Namun, kualitas produk akan terdegradasi terutama

untuk makanan, dan bahan obat-obatan herbal. Sementara itu dehumidifikasi udara berpotensi

untuk meningkatkan gaya penggerak pada suhu rendah atau sedang yang dapat sesuai untuk

produk yang sensitif terhadap panas.

Pengeringan adalah proses dehumidifikasi dimana kelembaban dikeluarkan dari padatan

dengan menggunakan energi panas. Pengeringan melibatkan mekanisme gabungan panas dan

perpindahan massa dan, dalam banyak kasus, menyebabkan perubahan sifat produk. Pengeringan

juga dianggap sebagai proses yang intensif energi, karena memerlukan pasokan panas laten ke

material untuk mengevaporasi kadar air dalam material. Dalam perancangan sistem pengeringan,

kualitas produk, kelayakan ekonomi dan masalah lingkungan menjadi penting untuk

dipertimbangkan.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 The state of the art

7

Istilah pengering yang dideskripsikan secara termal adalah perpindahan material-material

mengambang (volatile) yang berbentuk uap dan air yang berada di dalam suatu benda padat dan

pada bagian permukaan. Ketika suatu benda padat (misalnya biji-bijian) atau material kayu yang

basah mengalami proses pengeringan, maka ada dua fenomena perpindahan kalor atau energi

yang terjadi (Hu et.al. 2006), yakni:

1. Perpindahan energi (kebanyakan adalah energi panas) dari lingkungan sekitar untuk

menguapkan suatu permukaan yang lembab atau basah (faktor eksternal).

2. Perpindahan kalor internal dari material padat ke permukaannya yang diteruskan keudara

sekitar (faktor internal).

Kedua fenomena perpindahan kalor di atas, menunjukkan bahwa energi yang berpindah

(dalam bentuk panas) ke material padat basah merupakan perpindahan kalor konveksi, konduksi,

radiasi atau gabungan yang terjadi secara terus menerus dalam siklus pengeringan. Fenomena

pertama menjelaskan tentang perpindahan uap air keluar dari permukaan material, tergantung

pada tempertur luar, laju aliran dan kelembaban udara, luas permukaan dan tekanan. Sedangkan,

fenomena kedua mengidentifikasikan tentang pergerakan daerah kelembaban secara internal,

berdasarkan sifat fisik alamiah zat padat, temperatur, dan kandungan uap air dan udara. Prinsip

dan model perpindahan kalor pada pengering menjadikan rancangan dan tipe produk pengering

yang berbeda apabila diaplikasikan pada sektor industri.

Proses pengeringan dapat menyebabkan kehilangan kesetimbangan kimiawi yang

terdapat di dalam mikrostruktur material padatan atau cairan. Salah satu metode untuk

mengendalikan kesetimbangan kimiawa di dalam material adalah dengan menjaga tekanan uap

agar lebih rendah dari tekanan alami cairan/air yang terdapat dalam benda padat atau dikenal

dengan istilah bound moisture. Dengan menurunkan tekanan pada ruang pemanas, maka

temperatur pemanasan untuk mengeringkan produk paska panen dapat diturunkan untuk

menghindari kerusakan struktur dari produk tersebut, ( Hu et.al. 2006). Studi mengenai

penggunaan uap panas lanjut (superheated steam) dan gabungan gas panas yang dilakukan oleh

(Chryat Y. et al. 2017), pada kondisi vakum mendapatkan bahwa efisiensi penggunaan energi

dapat mencapai 40 % lebih tinggi dibanding dengan pengering sistim pada kondisi biasa. Untuk

mengefektifkan terjadinya proses penguapan air dari produk diperlukan sejumah panas

dimasukkan ke material yang basah. Pengeringan langsung (direct dryer) dilakukan dengan

8

memasukkan panas secara konveksi ke dalam ruang pengering. Walaupun pengering direct dryer

cukup efektif, namun hal ini menyebabkan produk dapat terkontaminasi oleh gas panas yang

mengandung sat atau molekul beracun. Jenis pengering ini dihindari untuk produk yang sensitive

terutama berbagai produk bahan pangan.

Pengeringan tidak langsung (undirect dryer) dilakukan melalui perpindahan panas

konduksi melalui bahan atau material yang mudah menghantar panas (konduktifitas thermalnya

tinggi) ke dalam suatu ruang dimana ditempatkan produk. (Munjandar, 2006), fenomena

mekanisme perpindahan kadar air di dalam padatan produk diantaranya dijelaskan melalui proses

sebagai berikut:

a. Difusi cair, proses ini menjelaskan tentang keadaan zat padat yang basah yang memiliki

temperatur dibawah titik didih fasa cair.

b. Difusi uap, penguapan cairan yang berada di dalam material padat.

c. Difusi Knudsen adalah keadaan saat pengering ditempatkan pada temperatur dan tekanan

rendah, misalnya pada alat pengering jenis temperature rendah.

d. Difusi permukaan.

e. Perbedaan tekanan hidrostatis adalah laju penguapan internal yang memberikan dampak pada

perpindahan laju aliran uap zat padat terhadap lingkungan.

f. Kombinasi dari mekanisme-mekanisme yang ada.

Jika suatu cairan berubah fasa menjadi uap kering (superheated steam), maka cairan

tersebut mula-mula akan mengalami proses penguapan (uap saturated), selanjutnya berubah

menjadi fasa uap-gas (uap kerig). Apabila kita mengamati suatu massa uap (mw) yang berada

dalam fasa gas, dan di dalamnya terdapat tekanan parsial dari uap ke cairan, serta kita berasumsi

bahwa kondisi gas adalah gas ideal, maka persamaan uapnya diekspresikan dengan persamaan

Clausius-Clapeyron sebagai:

Estimasi tekanan penguapan dari cairan dan padatan:

ln (P/P°) = H

R

( 1 T° - 1

T )

dimana P adalah tekanan uap pada temperature T, P° adalah tekanan uap pada temperatur T°, H

adalah enthalpy penguapan. R adalah konstanta gas ideal dan T adalah temperatur (dalam

Kelvin).

9

2.2. Pengering Sistim Vakum

Pada umumnya pengering sistim vakum menggunakan satu atau beberapa pompa vakum

untuk memberi efek vakum pada ruang chamber. Hal ini menyerap penggunaan energi pada

sistim pengering cukup banyak yakni berkisar 25 % sampai dengan 40 % dari total penggunaan

energi (Davahastin, et.al, 2014). Pada usulan proposal penelitian ini akan dilakukan usaha

peningkatan penggunaan energi dengan menggunakan sistim pengering tipe vakum tanpa harus

menggunakan pompa vakum. Peneliti yang terlibat pada studi pengering sistim vakum dengan

menggunakan media pemindah panas uap dan gas panas (Coscun et al. 2017), menyimpulkan

bahwa energi dapat direduksi sampai 40 % dengan kualitas produk terjaga karena pemberian

temperature maksimum dijaga maksimum 50 0C. Adapun (Bao et.al, 2017) yang melakukan

studi efek tekanan vakum terhadap produk cedar-wood menyimpulkan kenaikan sifat-sifat fisik

dari produk seperti modulus elastic dan dimension stability.

Beberapa persamaan yang digunakan untuk menganalisis proses pengeringan yang

berhubungan dengan perpindahan kalor dan thermodinamika untuk menghitung kondisi seperti

kapasitas kalor, keseimbagan energi, efisiensi dan ratio ekstraksi moisture dijelaskan sebagai

berikut:

1. Kapasitas pemanasan merupakan jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan

temperatur suatu massa material. Pada tekanan konstan, kapasitas pemanasan dijelaskan

melalui persamaan,

Dimana adalah kemiringan kurva koeksistensi, dan adalah kapasitas kalor.

Untuk perhitungan kalor pengering dengan waktu tertentu digunakan persamaan :

Dimana adalah perbedaan temperature setelah dan sebelum pengeringan.

2. Kesetimbangan Energi (Energy balances), dapat dianalisis dengan mengunakan formula

sebagai berikut (Coskun C. et.al, 2009):

10

, dimana

ṁp = mass flow rate dari produk/material yang dikeringkan

ṁa = mass flow rate uap dan udara

3. Energy Efficiency sistim pengering juga dapat dihitung dengan menggunakan persamaan,

(Coskun C. et.al, 2009),

Energi effisiensi sistim = energi yang digunakan untuk penguapan air pada produk dibagi dengan energi yang disuplai ke pengering + kerja

Dimana energi thermal yang disuplai ke sistim pengering dan kerja yang dibutuhkan untuk alat bantu (misalnya Fan dan Pompa Vakum)

4. Ratio Ekstraksi Moisture Spesifik (The specific moisture extraction ratio, SMER)

dihitung berdasarkaan persamaan sebagai berikut, (Coskun C. et.al, 2009):

Dari persamaan analisis besarnya efisiensi dan SMER di atas, jika penggunaan pompa vakum

pada sistim pengering vakum dihindari, maka konsekuensinya besarnya energi pompa dapat

ditiadakan =0, sehingga efisiensi sistim dan SMER dapat ditingkatkan. Penelitian ini

menawarkan penggunaan injector nozzle sebagai pengganti pompa vakum yang tidak lagi

membutuhkan daya pompa, dengan tujuan untuk meningkatkan efisiensi penggunaan energi.

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

3.1 Tujuan dan Urgensi Penelitian

Proposal penelitian ini akan mengevaluasi suatu jenis pengering vakum dengan

menggunakan injector nozzle sebagai pengganti pompa vakum untuk mengurangi penggunaan

energi pada suatu sitim pengering. Diskusi yang melibatkan desain sistim, manufaktur dan uji

eksperimental mesin pengering dengan uji beberapa material objek yang dikeringkan dianalisis

dan dievaluasi.

11

Secara khusus tujuan penelitian ini adalah merancang bangun dan menguji suatu

prototype alat pengering sistim vakum dengan menggunakan nozzle injector untuk mereduksi

penggunaan energi pada sistim pengering tanpa merusak kualitas material objek yang

dikeringkan. Kapasitas desain mesin 0,5 m3, type fluidized bed yang dapat diterapkan untuk

mengeringkan berbagai hasil pertanian/perkebunan, seperti biji-bijian (biji cocoa, jagung, gabah

dan berbgagai bahan baku obat herbal).

Urgensi dari penelitian iniadalah untuk mereduksi kerusakan atau turunnya mutu hasil

produk pertanian/perkebunan yang kadang dihadapi oleh para petani. Selain itu dengan semakin

mahalnya harga energi, maka diharapkan penelitian ikut membantu usaha penghematan

penggunaan energi. Kontribusi yang diharapkan dari penelitian ini akan berdampak pada

peningkatan kualitas produksi hasil pertanian paska panen sehingga akan meningkatkan nilai jual

yang lebih baik. Hal ini akan meningkatkan pendapatan para petani dan pengusaha dibidang

agroindustri dan pada akhirnya akan meningkatkan perekonomian daerah khususnya dan

nasional secara umum. Selain itu dari penelitian ini, dihasilkan karya ilmiah yang membantu

pengembangan Ipteks khususnya pada bidang teknologi pengering (drying technology) dan juga

diharapkan diperoleh hak patent untuk beberapa klaim invensi dengan adanya inovasi desain

yang bersifat novelty pada bagian-bagian tertentu khususnya dalam peningkatan efisiensi energi

sistim.

3.2 Kaitan dengan Capaian Renstra

Proposal penelitian ini merupakan salah satu bagian atau tema dari isu strategis Renstra UPPM

Politeknik Negeri Ujung Pandang periode 2016-2020, yaitu isu Rekayasa teknologi efisiensi

energi dalam peningkatan proses produksi pasca panen, khususnya tema mengenai

pengembangan rekayasa teknologi pengeringan komoditi pertanian dan perkebunan pasca panen.

BAB 4. METODE PENELITIAN

Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh pengusul, yakni desain dan uji mesin

pengering biji kakao sistim kontinyu (Suryanto dkk 2016) yang menggunakan type pengering

tidak langsung (undirect) yang bekerja pada tekanan atmosfir, diperoleh kenyataan bahwa

12

terdapat keuntungan pada sistim tersebut yakni kapasitas pengering dapat menjadi lebih besar,

namun efisiensi penggunaan energi sangat rendah yakni hanya mencapai maksimum 13 %,

sementara standar minimum efisiensi pengering berkisar 30 sampai dengan 60 % (Jaelani, 2008).

Untuk menurunkan penggunaan energi, maka salah satu metode yang dapat dilakukan adalah

dengan menurunkan tekanan pada drying chamber untuk mereduksi temperatur titik penguapan

air yang terkandung dalam produk uji, yakni dari berbagai jenis biji-bijian. Selain itu akan

dilakukan pengembangan desain pada sistim isolator thermal untuk mengurangi kerugian panas

dan mengefektifkan perpindahan kalor dari fluida panas ke material uji terutama pada bagian

casing chamber dan instalasi pengaliran panas. Berikut tahapan penelitian yang sudah dilakukan

dan rencana target capaian yang sesuai dengan Renstra UPPM PNUP.

Gambar 2. Diagram tahapan yang terkait dengan penelitian rekayasa teknologi pengering

Design dan uji eksperimen prototype pengering coklat, jagung dan gabah sistim batch dan kontinyu

Rekayasa Pengering sistim vakum, skala lab. (prototype)

Rekayasa pengering skala industry yang dapat diterapkan

Efisiensi energi masih rendah dan menggu. energi gas

Peningkatan efisiensi energi, uap panas dan kualitas produk baik

Penggunaan energi efisien, kapasitas produk tinggi, reliable, energi

Usulan Pengembangan

Target Capaian Penelitian yang sudah dilakukan

13

4.1 Tahapan Penelitian

Untuk mencapai tujuan yang ingin dicapai seperti yang telah diuraikan sebelumnya, maka

kegiatan penelitian yang dilakukan meliputi; desain, manufaktur, dan uji eksperimental

(pengujian kinerja alat, pengujian kualitas produk dan analisis hasil). Berikut diuraikan tahapan

penelitian sebagai berikut:

a. Tapap I, Tahap Desain:

Kapasitas pengering didesain kurang lebih 0,5 m3. Desain untuk komponen mekanik meliputi

antara lain nozzle injector, drying chamber, isolator thermal, dan instalasi saluran fluida

pemanas (direncanakan sumber panas berupa uap saturated yang diperoleh dari suatu boiler).

Parameter yang cukup menentukan untuk perencanaan drying chamber adalah kemampuan

material untuk menahan kondisi vakum (sampai tekanan 0,2 bar) tanpa terdeformasi, hal ini

menyangkut desain jenis material dan dimensi. Selain itu kemampuan material drying

chamber mentransfer energi thermal dari uap yang menyelubungi. Hal itu terkait dengan

waktu objek uji berada dalam mesin pengering dan besarnya perpindahan kalor dari gas

panas ke material objek yang akan dikeringkan.

Desain komponen nozzle injector untuk memberi efek vakum pada sistim pengering ini

adalah fungsi dari tekanan dan uap masuk serta dimensi nozzle injector itu sendiri. Hal lain

yang terkait dengan perencaan material adalah pemilihan bahan untuk isolator thermal yang

sesuai untuk mengurangi rugi-rugi energi sehingga proses perpindahan panas dijamin

berlangsung dengan baik dan efisien.

Untuk mengontrol sistim bekerja secara otomatis dan lebih akurat serta fleksibel, maka

sistim dilengkapi dengan suatu kontroller yang bekerja secara otomatik untuk mengatur

tekanan, temperatur dan penyaluran uap panas (steam flow input –out put) sesuai setting

pengujian dalam sistim pengering. Untuk memastikan kontrol bekerja dengan baik maka

akan dilakukan uji simulasi dengan menggunakan software arduino dan Matlab.

Capaian pada tahap I: Desain prototype mesin pengering dalam bentuk gambar 2 dimensi

(2D) dan 3 dimensi (3D), seperti pada lampiran 1.

b. Tahap II, Proses Manufaktur:

14

Untuk memvalidasi kinerja prototype desain mesin pengering kontinyu tersebut, maka perlu

dilakukan proses manufaktur untuk menghasikan suatu mesin yang didasarkan pada hasil

desain pada tahap I. Proses manufaktur dilakukan dengan menggunakan peralatan

permesinan standard yang tersedia pada Jurusan Teknik Mesin PNUP. Jenis komponen yang

dimanufaktur antara lain: nozzle injector, orifice, drying chamber, casing dan instalasi

saluran pemanas serta base plant. Beberapa komponen diadakan sesuai dengan spesifikasi

yang dibutuhkan misalnya katup solenoid valve, isolator thermal, dan sensor serta peralatan

control.

Capain tahap II: Protipe mesin pengering type vakum yang dapat beroperasi secara normal

yang dapat diuji sesuai fungsinya.

c. Tahap III, Uji Eksperimental

Uji eksperimental dilakukan untuk melihat secara nyata kinerja mesin dan produk yang

dihasilkan. Pada tahap ini dilakukan analisis dan uji laboratorium produk sebelum dan

sesudah dikeringkan dan mengevaluasi keandalan dan efektifitas mesin pengering. Beberapa

formula/persamaan untuk menganalisis hal tersebut seperti yang telah dibahas pada bab 2.

Target capaian pada tahap III: data hasil kinerja mesin dan data hasil pengukuran untuk

beberpa objek uji produk disertai dengan hasil analisisnya.

4.2 Desain Sistim and Uji Experimental

Gambar 3 adalah skema pengering vakum dengan menggunakan nozzle injector untuk

mendapatkan efek vacuum menggantikan pompa vakum. Uap saturated bertekanan dari boiler

sebagai fluida panas mengantar kalor terlebih dahulu melewati nozzle injector sebelum dialirkan

ke selubung ruang pengering (the steam jacket). Uap bertekanan dengan kecepatan tertentu

dipercepat pada injector sebelum dilewatkan ke nozzle. Uap terus meningkat kecepatannya pada

leher nozzle (nozzle throat). Hal tersebut menyebabkan tekanan fluida uap turun drastis pada

daerah throat sampai kondisi tekanan vakum atau tekanan dibawah tekanan atmosfir (P < 1bar).

Fenomena tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut; pada daerah menyempit nozzle

berlaku persamaan Bernoulli yakni:

Dimana: ρ =density fluida pada titik 1 dan 2 dapat dianggap konstan

15

V1 dan V2 adalah kecepatan pada daerah input nozzle sedang V2 adalah kecepatan fluida

pada daerah leher nozzle. Pada saat fluida memasuki leher nozzle kecepatan meningkat

disbanding kecepatan masuk nozzle (V2>V1), sebagai konsekuensi tekanan P2 turun. Δp atau (P1-

P2) adalah kondisi dimana terjadi tekanan vakum dan itu terjadi di daerah penyempitan/leher

nozzle.

Gambar 3. Skema pengering vakum dengan menggunakan nozzle injector.

Pada Gambar 3, terdapat suatu saluran penghubung antara drying chamber dengan nozzle

throat yang menyebabkan udara dan uap air yang ada di dalam drying chamber akan terhisap ke

arah leher nozzle. Hal ini menyebabkan ruang chamber juga mengalami kondisi vakum. Uap

panas (steam) yang keluar dari nozzle diteruskan ke selubung uap (bagian luar drying chamber)

sebagai fluida pemanas. Terdapat suatu orifice untuk menurunkan tekanan dan kecepatan uap

pada saluran masuk ke selubung uap. Hal ini diperlukan untuk menghindari tekanan uap yang

masuk ke selubung uap pada drying chamber tidak tanpa mengurangi enthalpy uap.

Terdapat beberapa sensor tekanan dan temperatur pada ruang drying chamber dan

selubung uap untuk mendeteksi kondisi tekanan dan temperatur ruang. Feedback sinyal dari

sensor-sensor tersebut akan dihubungkan ke suatu kontroller kemudian diteruskan ke aktuator

16

solenoid valve V0 , V1 dan V2 untuk mengatur aliran uap masuk dan keluar pada sistim

pengering bekerja secara otomatis. Setting tekanan dan temperature dapat diatur secara fleksibel

sehingga memungkinkan penyesuaian terhadap karakteristik jenis produk uji yang dikeringkan

tanpa merusak kualitas. Hal ini sangat penting untuk maksud penggunaan pada berbagai jenis

material hasil pertanian yang mempunyai karakteristik berbeda-beda dalam hal batasan

kemampuan pengeringan, hal ini akan merujuk ke studi yang dilakukan oleh (Jafari et.al. 2017),

Chryat et.al 2017) dan (Aktas et.al. , 20017).

Uji eksperimental dilakukan untuk menguji kinerja mesin pengering dengan 3 jenis

objek uji kering yaitu; biji kakao, biji jagung dan gabah dengan kadar air antara 10 sampai

dengan 40 %. Material objek akan ditempatkan pada rak-rak (tray) di dalam drying chamber dan

ditutup rapat. Eksperimen akan dilakukan pada berbagai tekanan vakum dan temperatur yang

sesuai kondisi yang tidak merusak kualitas material uji yang dikeringkan untuk melihat laju

pengeringan. Selain itu juga akan dianalisis keseimbangan energi untuk mengevaluasi efisiensi

penggunan energi dan efektifitas nozzle injector memberi efek vakum pada sistim pengering.

Lokasi penelitian untuk proses desain dan manufaktur serta uji eksperimental mesin

dilakukan di bengkel dan laboratorium khususnya di bengkel Jurusan Teknik Mesin dan

Laboratorium Teknik Kimia dan Energi Politeknik Negeri Ujung.

BAB 5. HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI

5.1 Hasil

Hasil dari penelitian yang sudah dicapai adalah;

1. Desain sistim prototype pengering vakum yang dituangkan dalam bentuk gambar 3

dimensi dan gambar 2 dimensi.

Gambar prototype mesin pengering vakum dengan nozel injector terlampir

2. Uji experimental untuk melihat kinerja mesin

Berikut adalah hasil uji eksperimen untuk mengalisis efisiensi penggunaan energi dan

karakteristik laju pengeringan dari material.

a. Keseimbangan Energy dan efisiensi

17

Merujuk pada Gambar 2, persamaan keseimbangan energi dan keseimbangan energi sperti pada

persamaan berikut

(2)

Where are the input mass of steam and products,

are the output mass of steam, product and water content evaporated respectively. Enthalpy

are the input energy of steam and product where are the output

energy of product, steam and energy latent respectively, and is heat losses to surrounding.

Gambar 2. Skema Thermodynamics Input Output Proses pengeringan

Energy Efficiency of the dryer system can also be calculated using equations, [1], where

Energy efficiency system is the total energy required for drying of beans divided by thermal

energy supplied to dryer. The drying efficiency can be expressed as follow,

(3)

Where the total energy required for drying of beans is calculated using equation presented by [7]

and [5],

(4)

Drying Chamber 1 2

Hot saturated steam + Wet product

Dry product + moisture (air + water)

Heat losses to surrounding (

18

Where, is the mass dry beans, is the specific heat of beans is the ambient air

temperature, ,is the chamber temperature, is the product mass initial water content, is

the mass of water to be removed, is the specific heat water , and is the latent heat of

vaporization of water content.

Energy thermal supplied Energy comes from hot saturated steam and is calculated by using

equation

+ (5)

Where, is mass flow rate of steam, is the fluid enthalpy, is the fluid gas enthalpy of

steam and is the steam dryness fraction.

b. Specific moisture extraction ratio (SMER)

SMER is defined as the ratio of mass flow rate of the moist to the total energy rate input to the

dryer or in other words, the reciprocal of the total energy required to remove 1 kg of water

(moisture) from the wet (moist) product, [1]. Total energy input to the dryer also includes the

fan-motor power. Specific Moisture Extraction Ratio (SMER) is calculated by the following

equations, it refers to [8] and [9].

(6)

From the equation of SMER above, the use of vacuum pumps at the dryer system is avoided,

therefore the magnitude of the pump energy is negligible, or =0.

(7)

Hasil dan Diskusi

19

Sample per batch was 3 kg by placing on 3 trays in chamber (1 kg for each tray). The saturated

steam was used as energy input for drying process. The saturated steam condition was 2.5 bar

gauge on average, with the temperature in the steam jacket being around 120 0C and the steam

dryness (x) was 0.32. The temperature in the chamber ranges from 60 to 65 0C. Drying process

per batch had been carried out during 9 hours and consumed 4 kg hot saturated steam. The

vacuum pressure condition in chamber was between 970 to 97.2 kPa.

The drying time versus the moisture content of coffee and cocoa beans can be seen in Figure 5

and Figure 6. The Sankey diagram, showing the example of energy input and output terms and

energy efficiency values, is drawn for the drying system and given in Figure 3. Total energy

input of the hot steam and wet product (cocoa beans) was obtained as 15.451,3 kJ (100%),

whereas the total energy useful was 2278 kJ (13%) and the energy losses to surrounding was

13306 kJ (87%).

Figure 3. The Sankey diagram for the energy balance

Figure 4 shows the efficiency of a vacuum dryer by using the ejector compared with a dryer

without the ejector. Testing has been carried out by taking samples of cocoa beans and coffee

beans. The test results show that there is an increase of the energy efficiency when utilized the

Dry product (cocoa beans)

Hot steam from boiler

Q latent + evaporation

Heat losses to surrounding

Input Wet Product/cocoa )

Eff. Systemvakum =13 % (cocoa) =15 % (coffee)

20

dryer with a vacuum effect compared to a dryer without a vacuum effect (the dryer at

atmospheric pressure).

Figure 4. The comparison of the energy

efficiency

The process of drying coffee beans, with the effect of vacuum pressure in the chamber, the

overall drying efficiency reaches 15%, whereas in the absence of vacuum pressure effect the

overall system efficiency is 10.4%. Meanwhile the drying process of coffee beans, overall drying

efficiency was obtained 13% under vacuum pressure conditions and 12% which was close

conditions to atmospheric pressure The difference in energy use is relatively high for drying

coffee beans, where with the vacuum effect; efficiency is 4.5% higher than without vacuum

effect. While the process of drying cocoa beans, the energy used in the vacuum conditions is

only 1% higher than in the atmospheric pressure. This phenomenon might be caused by the

characteristics of the outer surface of cocoa beans which contain lots of fiber and sugar.

Table 1, shows the Specific Moisture Extraction Ratio (SMER) of Cocoa and Coffee Beans. The

SMER value obtained for the two types of material depends on the performance of the drying

machine used and other parameters such as temperature and pressure in the chamber.

In general there was a lot of heat lost to surrounding (it was between 85% and 87% of the total

energy input) as shown in Sankey diagram. The thermal insulation and the steam circulation in

Table 1. Specific Moisture Extraction

Ratio (SMER) of Cocoa and

Coffee Beans

(kg/s)

x10-5

(kJ/s)

SMER

x10-5 Mater

Chamber

Conditions

2.1 0.472 4.45 Cocoa Vacuum

2.0 0.472 4.42 Cocoa atmospheric

2.31 0.472 4.89 Coffee Vacuum

1.94 0.472 4.13 Coffee atmospheric

21

the steam jacket seem ineffective. The condition of saturated vapor with low steam dryness

causes the phase change of steam to saturated liquid to take place relatively quickly in the water

jacket. This causes the heat distribution to be not distributed properly in the chamber. In order to

reduce heat losses due to low quality steam conditions, the steam drying process is needed to

change the saturated phase to superheated steam, while maintaining low pressure conditions. In

addition, it is necessary to review material design and specification of thermal insulation.

Karakeristik Laju Pengeringan

Gambar 5 dan 6 memperlihatkan memperlihatkan perbandingan laju pengeringan sebagai fungsi

dari penurunan kadar air dan waktu pengeringan. Material uji dilakukan pada dua jenis hasil

perkebunan yang banyak dihasilkan di Sulawesi yaitu biji kopi dan biji kakao. Kondisi tekanan

pada ruang chamber diperlakukan dalam dua keadaan yang berbeda yaitu kondisi pada tekanan

vakum (tekanan negatif) dan kondisi pada tekanan atmosphere.

Gambar 5. Drying period of cocoa beans Gambar 6. The drying period of coffee beans

It shows that there are the differences in drying time for different pressure conditions for the two

sample materials tested. For example, to achieve the condition of both cocoa and coffee beans

with a moisture content of 5% as shown in Figure 5 and Figure 6, for the vacuum conditions, it

took 8 hours while for the conditions at atmospheric pressure it took 9 hours. That means the

drying process with vacuum conditions (97 kPa) was 1 hour faster than the drying conditions at

atmospheric pressure. Drying rate was declined at the last stage when the material moisture

22

below 10 % as the characteristic of drying process for generally posts harvesting matter [3].

Compared with the results of a study conducted by [5], the drying time of the cocoa beans from

the condition of 38% to 7.5% moisture content was 7 hours using hot gas in the batch tray dryer

type, the drying time was almost the same as that obtained in the drying system tested.

5.2. Luaran yang dicapai

Luaran yang sudah dicapai sampai saat ini adalah:

a. Desain prototype mesin pengering vakum dengan menggunakan nozel injector

b. International journal/prosiding, sudah submitted (paper terlampir)

c. Jurnal nasional/prosiding, submitted/accepted

d. Draft patent (terlampir)

e. Proyek akhir dua mahasiswa tingkat akhir Prodi Teknik Konversi Energi

Luaran penelitian dan indikator capaian sampai saat ini dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Capaian Luaran Tahun 2018 (Tahun 1).

No Jenis Luaran Indikator Capaian

Kategori Sub Kategori Tahun 2018

1 Artikel ilmiah dimuat

dijurnal

Internasional Draft

Nasional Accepted

2 Artikel dimuat

diprosiding

International terindeks Accepted

Nasional terindeks Accepted

3 Hak kekayaan intelektual Paten sederhana Draft

4 Model/Prototipe Draft

BAB 6. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA

Pengembangkan prototype mesin vakum untuk mendapatkan kinerja optimum dari mesin yang

berhubungan dengan efisiensi, efektifitas pengeringan dan keandalan. Redesain pada beberapa

komponen yang dilanjutkan dengan kaji eksperimen merupakan prioritas yang akan dilakukan

untuk mencapai target. Secara teknis target yang ingin dicapai adalah a) efisiensi penggunaan

energi lebih besar dari 30 %, dan waktu pengeringan objek dapat dipersingkat dari 9 jam menjadi

23

6 jam. Selain itu model operasional mesin akan dilengkapi dengan control sehingga hasil

pengukuran lebih akurat dan stabil serta mudah dalam pengoperasiannya.

Untuk mencapai luaran maka penyelesaian karya ilmiah untuk didesiminasikan pada seminar

international dan national, jurnal diikuti dengan penyelesaian dokumen paten untuk didaftarkan.

Tabel 2. Rencana Target Capaian Luaran Tahun 2019 (Tahun 2).

No Jenis Luaran Indikator Capaian

Kategori Sub Kategori Tahun 2019

1 Artikel ilmiah dimuat

dijurnal

Internasional Accepted

Nasional Published

2 Artikel dimuat

diprosiding

International terindeks Published

Nasional Published

3 Hak kekayaan intelektual Paten sederhana Terdaftar

4 Model/Prototipe Ada

BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN

7.1 Kesimpulan The effect of the vacuum dryer using the ejector was investigated. Shorter drying times and lower temperatures increase energy efficiency which is caused with employing the ejector on the dryer comparing to drying at atmospheric pressure. Since the drying operation utilized the ejector, there is no need to introduce the vacuum pump.

Experimental tests on the development of a vacuum dryer design using an ejector showed a low overall efficiency. The initial investigation concluded that there were two causative factors, namely a low steam quality condition and the thermal insulation system used was not appropriate.

7.2 Saran-Saran

Untuk mencapai hasil yang optimal khusunya yang berhubungan dengan efisiensi penggunaan

energi dan akselerasi proses pengeringan maka diperlukan koreksi dan modifikasi atau redesain

prototype mesin pengering vakum dengan menggunakan nozel injector.

24

DAFTAR PUSTAKA

Bao Y & Zhou Y., 2017, Comparative study of moisture absorption and dimensional stability of Chinese cedar wood with conventional drying and superheated steam drying, Journal Drying Technology, Volume 35 - Issue 6.

Birchal, V.S. , Passos, M.L., Wildhagen, G.R.S. and Mujumdar, A.S. 2005, Effect of spray-dryer operating variables on the whole milk powder quality, Drying Technology, 23(3), 611-636.

Coskun C., Bayraktar M., Oktay Z., Dincer I., 2009, Energy and Exergy Analyses of an

Industrial Wood Cips Drying Process, Int Journal Low-Carbon Tech (2009) 4 (4): 224-229.

Djaelani M. and A.J.B. Van Boxtel, Development of A Novel Energy- Efficient Adsorption Dryer with Zeolite for Food Product, Drying Technology, vol. 25, issue 6; 1063-1077.

Van Boxtel, 2013, Processing and Drying of Foods, Vegetables and Fruits , Journal of Drying

Technology, Vol 25. Hu, Q. G.; Zhang, M.; Mujumdar, A. S.; Xiao, G. N.; Sun, J. C., 2006, Drying of edamames by

hot air and vacuum microwave combination. Journal of Food Engineering, 77, p.977 – 982. Davahastin, S., P. Suvarnakuta, S. Soponronnarit and A.S. Mujumdar (2014), A comparative

study of low-pressure superheated steam and vacuum drying of a heat-sensitive material, Drying Technology, Vol. 22, No 8, pp. 1845-1867.

Panchariya P.C. , Popovic D., Sharma A.L., 2002, Thin-layer modelling of black tea drying

process, Journal of Food Engineering, Volume 52, Issue 4, Pages 349–357.

Suryanto, Rahman A. , Pangkung A.,2016, Desain dan Uji Experimental Pengering Kakao Sistim Kontinyu, Prosiding Seminar Sehari Hasil Penelitian, Vol.1 p.

Zhen-Xiang Gong and Arun S. Mujumdar, 2008, Software for Design and Analysis of Drying Systems, Journal of Drying Technology, P 884–894, Taylor & Francis Group, DOI: 10.1080/07373930802142390.

25

LAMPIRAN-LAMPIRAN

LAMPIRAN 1. GAMBAR PROTIPE DAN GAMBAR DESAIN 3D OBJEK PENELITIAN

Gambar 1- L. Prototipe pengering vakum dengan menggunakan nozel injector

26

Gambar 2-L.Desain prototype mesin penegering vakum

27

LAMPIRAN 2. PAPER FOR INTERNATIONAL CONFRENCE (ACCEPTED) EXPERIMENTAL STUDY ON VACUM DRYING USING THE STEAM EJECTOR

Suryanto 1, Nur Hamzah 2, Akhmad Taufik 3 1, 2, 3 Mechanical Engineering Department , The State Polytechnic of Ujung Pandang, Km 10 Tamalanrea, Makassar, Indonesia 90245.

Abstract The present study investigated the performance of a vacuum tray dryer using ejector. The performance observed was related to energy efficiency and drying period of using the ejector comparing with the dryer with atmosphere pressure. The drying process experiment was carried out at temperature ranging from 60 to 65 0C, while vacuum pressure ranging from 970 to 972 kPa. The drying process applied for solid materials e.g. cocoa and coffee beans where its moisture ranging from 28 to 35 %. It was found that energy efficient of using the vacuum dryer was lower 5 % and the drying time tend to be faster 1 hour than using dryer with atmosphere pressure. The energy consumption at a vacuum drying conditions revealed a potential energy reduction by about 5 % using assisted the ejector steam.

Keywords: Vacuum dyer, ejector, drying period, process, efficiency, performance

1. Introduction

In industries, a large part of energy is spent for drying. For example, in food processing and pharmaceutical, it is about 10-20% of the total energy usage. In the wood and pulp, the consumption is higher that can round 30%. Event, at postharvest treatment, the drying takes up to 70% of total energy required [2]. Currently, several drying method are used, from traditional to modern processing: e.g. direct sun, convective, microwave and infrared, ultra sound, centrifuge, freeze, and vacuum drying [9]. The various designs are also applied referring to the wet product characteristic, i.e.; fluidized bed dryer for grain or powder, spray dryer, for getting dry powder from liquid, rotary dryer for grains, and tray dryer for higher size material such as cocoa and vegetables. The various designs are objected to get higher efficiency as well as product quality. At high temperature drying, energy efficiency can reach 60%, while at freeze dryer is below 30% [2]. In this context the development of efficiency drying with low energy consumption is an important issue for research in drying technology.

Higher operational temperature can be an option for increasing energy efficiency and speeding up drying time. However, the product quality will degrade especially for food, and pharmaceutical. Air dehumidification and evaporation which is potential for improving driving force for low or medium temperature could be suitable for heat sensitive product. Vacuum drying method might be the best optional to speed up air dehumidification and evaporation. Another advantage of drying material in this way is less damaging during drying process. Some materials can experience problems at high temperatures. For foods and pharmaceuticals, this can be valuable, as other drying process can degrade quality and make the food less appealing or affect potency of heat-sensitive pharmaceutical products.

This paper discusses the potential of the use of ejector in vacuum drying with medium and low temperature dryer related to energy efficiency and drying period. This study offers the use of a nozzle injector instead of a vacuum pump, with the aim of increasing the efficiency of energy use. The vacuum

28

dryer is maintaining an air pressure lower than the atmospheric pressure. The boiling point of water is reduced by these conditions, which increases rate of evaporation at the surface and results in temperature and total pressure gradients favorable to the flow of humidity through the thickness of object materials dried.

2. Materials and Methods

2.1 Materials

The drying process was subjected for solid materials e.g. cocoa and coffee beans. It was obtained from south Sulawesi, Indonesia. The moisture content of materials varies from 30 to 35% (kg water/kg dry matter).

2.2 Experimental Apparatus and Procedures

Figure 1 is the vacuum drying scheme using a nozzle injector to obtain the vacuum effect of replacing the vacuum pump. The pressurized saturated steam from the boiler first passes through the injector nozzle before being fed to the steam jacket of the dryer. The pressurized steam with a certain speed accelerated on the injector before being passed to the nozzle. As a result the speed of steams increases in the nozzle throat. This causes the pressure of the steam in the throat region of ejector drops dramatically to become vacuum (lower than atmospheric pressure, <1bar). The phenomenon can be explained as follows; on the region of the nozzle's throat it can be applied Bernoulli equation, by assumption head at the region 1 and 2 is the same,

(1)

Where ρ = the density of fluid at points 1 and 2 can be considered constant; whereas V1 is the steam velocity at the input injector region, V2 is the velocity of the fluid at the nozzle throat region (point 2). Since the fluid enters the nozzle throat, the fluid speed increases compared to the entry speed, therefore , as consequences the P2 pressure drops at point 2. As a result is a condition in which reaches vacuum pressure.

It can be seen in Figure 1, the steam coming out of the ejector goes to the steam jacket (the space surrounding the drying chamber) as the heating fluid. There is a connecting pipe between the drying chamber and the nozzle throat that causes air and moisture in the drying chamber can be sucked toward the nozzle neck. This causes the room chamber to also experience a vacuum condition. There is an orifice in order to decrease the vapor pressure and velocity of the inlet to the steam jacket. It is necessary to reduce the vapor pressure that enters the steam jacket over the drying chamber. The dryer employs pressure and temperature sensors in the drying chamber and in the steam jacket to detect the pressure and temperature conditions of the chamber. The signal feedback from those sensors are connected to a controller and then transmitted to the solenoid valve as actuators (V0, V1 and V2) to regulate the incoming and outgoing steam streams in the drying system. Pressure and temperature in the chamber can be adjusted to allow the material characteristics that are dried without damaging the quality. This is particularly important for the purposes of use on different types of agricultural material which have different characteristics in terms of drying constraints, this refer to studies conducted by author [4] and [ 6].

Experimental test was conducted to assess the performance of the dryer. Material objects were placed on the shelves (tray) in the drying chamber and closed tightly. The experiments were carried out at the certain vacuum pressures and temperatures according to conditions which do not impair the quality of the

29

test material being dried to evaluate the drying rate. It also analyzed the energy balance to evaluate the efficiency of energy use and the effectiveness of injector nozzles giving a vacuum effect on the dryer system.

Figure 1. Scheme of the vacuum dryer using the nozzle injector

2.3 Energy balances and efficiency

Referring to Figure 2, mass and energy balance equations for the dryer are given as follows:

(2)

Where are the input mass of steam and products, are the output mass of steam, product and water content evaporated respectively. Enthalpy are the input energy of steam and product where are the output energy of product, steam and energy latent respectively, and is heat losses to surrounding.

Figure 2. Thermodynamics scheme of the drying process showing input and output terms

1

Steam Out

Steam Jacket

2

Drying Chamber 1 2

Hot saturated steam + Wet product

Dry product + moisture (air + water)

Heat losses to surrounding (

30

Energy Efficiency of the dryer system can also be calculated using equations, [1], where Energy efficiency system is the total energy required for drying of beans divided by thermal energy supplied to dryer. The drying efficiency can be expressed as follow,

(3)

Where the total energy required for drying of beans is calculated using equation presented by [7] and [5], (4)

Where, is the mass dry beans, is the specific heat of beans is the ambient air temperature, ,is the chamber temperature, is the product mass initial water content, is the mass of water to be removed, is the specific heat water , and is the latent heat of vaporization of water content. Energy thermal supplied Energy comes from hot saturated steam and is calculated by using equation

+ (5)

Where, is mass flow rate of steam, is the fluid enthalpy, is the fluid gas enthalpy of steam and is the steam dryness fraction.

2.4 Specific moisture extraction ratio (SMER)

SMER is defined as the ratio of mass flow rate of the moist to the total energy rate input to the dryer or in other words, the reciprocal of the total energy required to remove 1 kg of water (moisture) from the wet (moist) product, [1]. Total energy input to the dryer also includes the fan-motor power. Specific Moisture Extraction Ratio (SMER) is calculated by the following equations, it refers to [8] and [9].

(6)

From the equation of SMER above, the use of vacuum pumps at the dryer system is avoided, therefore the magnitude of the pump energy is negligible, or =0.

(7)

3. Results and Discussion

Sample per batch was 3 kg by placing on 3 trays in chamber (1 kg for each tray). The saturated steam was used as energy input for drying process. The saturated steam condition was 2.5 bar gauge on average, with the temperature in the steam jacket being around 120 0C and the steam dryness (x) was 0.32. The temperature in the chamber ranges from 60 to 65 0C. Drying process per batch had been carried out during 9 hours and consumed 4 kg hot saturated steam. The vacuum pressure condition in chamber was between 970 to 97.2 kPa.

31

The drying time versus the moisture content of coffee and cocoa beans can be seen in Figure 5 and Figure 6. The Sankey diagram, showing the example of energy input and output terms and energy efficiency values, is drawn for the drying system and given in Figure 3. Total energy input of the hot steam and wet product (cocoa beans) was obtained as 15.451,3 kJ (100%), whereas the total energy useful was 2278 kJ (13%) and the energy losses to surrounding was 13306 kJ (87%).

Figure 3. The Sankey diagram for the energy balance

In Figure 4 shows the efficiency of a vacuum dryer by using the ejector compared with a dryer without the ejector. Testing has been carried out by taking samples of cocoa beans and coffee beans. The test results show that there is an increase of the energy efficiency when utilized the dryer with a vacuum effect compared to a dryer without a vacuum effect (the dryer at atmospheric pressure).

Figure 4. The comparison of the energy efficiency

Table 1. Specific Moisture Extraction Ratio (SMER) of Cocoa and Coffee Beans

(kg/s) x10-5

(kJ/s) SMER x10-5 Mater Chamber

Conditions

2.1 0.472 4.45 Cocoa Vacuum

2.0 0.472 4.42 Cocoa atmospheric

2.31 0.472 4.89 Coffee Vacuum

1.94 0.472 4.13 Coffee atmospheric

Dry product (cocoa beans)

Hot steam from boiler

Q latent + evaporation

Heat losses to surrounding

Input Wet Product/cocoa ) Eff. Systemvakum =13 % (cocoa)

=15 % (coffee)

32

In the process of drying coffee beans, with the effect of vacuum pressure in the chamber, the overall drying efficiency reaches 15%, whereas in the absence of vacuum pressure effect the overall system efficiency is 10.4%. Meanwhile in the drying process of coffee beans, overall drying efficiency was obtained 13% under vacuum pressure conditions and 12% in close conditions to atmospheric pressure The difference in energy use is relatively high for drying coffee beans, where with the vacuum effect; efficiency is 4.5% higher than without vacuum effect. While the process of drying cocoa beans, the energy used in the vacuum conditions is only 1% higher than in the atmospheric pressure. This phenomenon might be caused by the characteristics of the outer surface of cocoa beans which contain lots of fiber and sugar.

Table 1, shows the Specific Moisture Extraction Ratio (SMER) of Cocoa and Coffee Beans. The SMER value obtained for the two types of material depends on the performance of the drying machine used and other parameters such as temperature and pressure in the chamber.

In general there was a lot of heat lost to surrounding (it was between 85% and 87% of the total energy input) as shown in Sankey diagram. The thermal insulation and the steam circulation in the steam jacket seem ineffective. The condition of saturated vapor with low steam dryness causes the phase change of steam to saturated liquid to take place relatively quickly in the water jacket. This causes the heat distribution to be not distributed properly in the chamber. In order to reduce heat losses due to low quality steam conditions, the steam drying process is needed to change the saturated phase to superheated steam, while maintaining low pressure conditions. In addition, it is necessary to review material design and specification of thermal insulation.

Drying Characteristic

Figures 5 and 6 show a comparison of the rate of decrease in moisture in the dried material under vacuum and atmospheric pressure for two types of two materials; cocoa and coffee beans.

Figure 5. Drying period of cocoa beans Figure 6. The drying period of coffee beans

It shows that there are the differences in drying time for different pressure conditions for the two sample materials tested. For example, to achieve the condition of both cocoa and coffee beans with a moisture content of 5% as shown in Figure 5 and Figure 6, for the vacuum conditions, it took 8 hours while for the conditions at atmospheric pressure it took 9 hours. That means the drying process with vacuum conditions

33

(97 kPa) was 1 hour faster than the drying conditions at atmospheric pressure. Drying rate was declined at the last stage when the material moisture below 10 % as the characteristic of drying process for generally posts harvesting matter [3]. Compared with the results of a study conducted by [5], the drying time of the cocoa beans from the condition of 38% to 7.5% moisture content was 7 hours using hot gas in the batch tray dryer type, the drying time was almost the same as that obtained in the drying system tested.

4. Conclusions

The effect of the vacuum dryer using the ejector was investigated. Shorter drying times and lower temperatures increase energy efficiency which is caused with employing the ejector on the dryer comparing to drying at atmospheric pressure. Since the drying operation utilized the ejector, there is no need to introduce the vacuum pump.

Experimental tests on the development of a vacuum dryer design using an ejector showed a low overall efficiency. The initial investigation concluded that there were two causative factors, namely a low steam quality condition and the thermal insulation system used was not appropriate.

Acknowledgements The researchers wish to thank to Rustam, Arum and Hardianti for involving during the study, Director of the State Polytechnic Ujung Pandang for providing facilities, and The Higher Education Ministry of Indonesia (Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat, DRPM) for supporting the research funding, under contract No.:043/SP2H/LT/DRPM/2018.

References [1] Coskun C., Bayraktar M., Oktay Z., Dincer I., (2009),Energy and Exergy Analyses of an Industrial

Wood Cips Drying Process, Int Journal Low-Carbon Tech 4 (4): 224-229. [2] Djaelani M. and A.J.B. Van Boxtel, 2014, Development of A Novel Energy- Efficient Adsorption

Dryer with Zeolite for Food Product, Drying Technology, vol. 25, issue 6; 1063-1077. [3] Davahastin, S., P. Suvarnakuta, S. Soponronnarit and A.S. Mujumdar, (2014), A comparative study of

low-pressure superheated steam and vacuum drying of a heat-sensitive material, Drying Technology, Vol. 22, No 8, pp. 1845-1867.

[4] Franck J. A. A.E., Gaston Z., Steve C. Z., Robert N., (2015), Optimization of drying parameters for mango, seed kernels using central composite design, Bioresources and Bioprocessing 2:8 DOI 10.1186/s 40643-015-0036-x

[5] Komolafe C.A, Adejumo A.O.D, Awogbemi O, Adeyeye A.D, 2014, Development of cocoa beans batch dryer, American Journal of Engineering Research (AJER), Vol. 3 issue 9, pp 171-176.

[6] Milly A. P., Zhongli P., Griffiths G. A., Gary S., James F. T. Drying characteristics and quality of bananas under infrared radiation heating, (2013), Int J Agric & Biol Eng. Vol. 6 No.3.

[7] Seveda M.C., (2012), Design and development of walk-In, Type of Hemi cylindrical solar tunnel dryer for industrial use, Int. Scholar research Network, , Vol.2012.

[8] Schmidt EL, Klocker K, Flacke N, Steimle F. (1998), Applying the transcritical CO2 process to a drying heat pump, Int J Refrig, vol. 21.

[9] Jia X, Jolly P, Clemets S. , (1990), Heat pump assisted continues drying. Part 2: simulation results, Int J Energy Res, , vol. 14.

[10] Van Boxtel, (2013), Processing and Drying of Foods, Vegetables and Fruits, Journal of Drying Technology , Vol 25.

34

Dear Suryanto -, ISMME 2018 Participant, A pleasant day to you. The 5th ISMME 2018 is fast approaching and we are so excited to welcome you in Gowa-Makassar! On this occasion, attached, is the reminder for your kind reference and payment. Please be advised that the deadline for full payment is October 30, 2018. Please make a payment before the payment deadline. Please ignore this email if you already have done the payment. If you have any questions, feel free to contact us. Thank you. With our best, ISMME 2018

35

LAMPIRAN 3. PENERIMAAN PAPER PADA PROSIDING SEMINAR NASIONAL (Accepted)

Seminar Nasional Hasil Penelitian dan Pengabdian PNUP <snp2m@poliupg.ac.id>

10 Oktober 2018 20.44

Kepada: suryanto@poliupg.ac.id

Yang Kami Hormati

Bapak Ir. Suryanto, M.Sc., Ph.D. (ID: SNP2M-063)

Terima kasih atas registrasi Bapak via ONLINE SUBMISSION pada Seminar Nasional Hasil Penelitian dan Pengabdian (SNP2M) 2018. SNP2M 2018 Insyaa Allah akan dilaksanakan pada tanggal 10-11 November 2018 di Hotel Karebosi Kondotel Makassar. Artikel (full paper) penelitian dan bukti registrasi SNP2M 2018 yang dilampirkan sudah kami terima dan Bapak telah kami daftarkan sebagai Peserta Pemakalah Seminar Nasional Penelitian.

Judul artikel: Pengembangan Desain Pengering Vakum dengan Menggunakan Nozel Injector

Artikel tersebut masih dalam proses review. Letter of Acceptance (LoA) akan segera kami kirimkan jika sudah ada hasil review dan artikel tersebut tidak memerlukan major revision.

Info lengkap SNP2M 2018:

http://snp2m.poliupg.ac.id/2018/

Demikian kami informasikan untuk diketahui.

Atas perhatian dan kerjasamanya kami ucapkan terima kasih.

Hormat kami,

Panitia SNP2M 2018

36

LAMPIRAN 4. DRAFT PATEN SEDERHANA

Deskripsi

PENGERING SISTIM VAKUM MENGGUNAKAN EJECTOR

Bidang Teknik Invensi

Invensi ini berhubungan dengan pengering vakum dengan menggunakan

ejector untuk menggantikan pompa mekanik untuk memberikan efek vakum

pada ruang pengering (chamber), yang dapat digunakan untuk

mengeringkan berbagai material padat hasil pertanian dan atau berbagai

bahan baku obat herbal.

Latar Belakang Invensi

Pengering vakum mempunyai kelebihaan dibandingkan dengan

pengering biasa yakni proses pengeringan bisa berlangsung lebih cepat,

penggunaan energi lebih efisien dan temperature pengering dapat

berlangsung lebih rendah. Pengeringan merupakan proses unit penting

dalam berbagai sektor industri. Makanan, farmasi, kimia, plastik,

kayu, kertas dan industri lainnya menggunakan peralatan pengeringan

untuk menghilangkan kelembaban selama pemrosesan produk. Kebanyakan

pengering diklasifikasikan sebagai Pengering Langsung (direct dryers),

di mana udara panas (pada tekanan atmosfer) digunakan untuk memasok

panas untuk menguapkan air atau pelarut lain dari produk. Kategori

pengering penting lainnya, yakni pengering vakum, melibatkan

penggunaan kondisi tekanan rendah pada ruang chamber. Pengeringan

adalah salah satu bagian proses yang paling cukup banyak menggunakan

energi, karena panas laten yang tinggi dari penguapan air dan

inefisiensi dari alat pengering itu sendiri. Tergantung pada

karakteristik produk tertentu yang diperlukan, maka sektor industri

yang berbeda memerlukan berbagai jenis teknologi pengeringan. Proses

pengeringan produk bernilai tinggi yang cenderung peka terhadap panas

37

seperti makanan, obat-obatan dan produk biologi lainnya, menuntut

perhatian khusus. Ketika dikeringkan pada suhu yang lebih tinggi,

umumnya produk-produk yang peka panas dapat berubah warna, penampilan

dan kandungan vitamin atau nutrisi. Pengering vakum menawarkan sistim

pengering dengan temperature lebih rendah dan laju pengeringan yang

cepat.

Proses pengeringan terjadi ketika cairan diuapkan dengan memasok panas

ke material padatan basah. Cairan yang dikeluarkan pada proses

pengeringan dapat berupa kelembaban bebas (tidak terikat)atau terikat

dalam struktur material padatan. Kelembaban yang tidak terikat

biasanya ada sebagai film cairan pada permukaan dan mudah menguap.

Sementara kelembaban yang terikat terperangkap dalam mikro struktur

pada material padatan. Dalam hal ini uap air harus bergerak

kepermukaan untuk diuapkan. Pelepasan kadar air (cairan) tergantung

pada kondisi eksternal dari padatan itu berada misalnya temperature,

tekanan, kelembaban dan area permukaan serta sifat padatan yang

dikeringkan.

Invensi yang berhubungan dengan pengering vakum yang digunakan untuk

material padat dengan menggunakan udara bertekanan tinggi telah

diungkapkan terdapat pada paten No. US6470593 B1 Tanggal 29 Oktober

2002 dengan judul Ejector Device for Vacuum Drying, dimana udara

bertekanan yang dipasok oleh suatu pompa dialirkan masuk kedalam suatu

ejector dan pada ujung ejector dihubungkan dengan suatu Chamber.

Terdapat dua chamber yang saling berhubungan dengan posisi saling

tegak lurus. Tekanan udara yang melewati ejector akan menyebabkan

ruang chamber 1 mengalami kondisi tekanan rendah, sehingga udara dan

kandungan air yang ada di chamber 2 terhisap ke chamber 1. Objek yang

dikeringkan berada pada chamber 2. Sebagai media fluida pembawa energi

adalah uap. Invensi ini menggunakan pompa untuk memberikan efek vakum

sehingga ada tambahan energi yang diperlukan.

Invensi lainnya sebagaimana yang dijelaskan pada paten No. US.3460269,

tanggal 12 Agustus 1969, dengan judul Process And Apparatus For Wacuum-

Drying Bulk Materials. Fluida pengantar kalor untuk proses pengeringan

38

adalah uap. Seperti pada paten yang dibahas sebelumnya (No. US6470593),

maka invensi ini juga menggunakan suatu pompa untuk menurunkan tekanan di

dalam ruang pengering (chamber) dan ini berarti dibutukan energi

tambahan untuk mengoperasikan pompa vakum. Jadi kelemahan invensi dari

kedua paten diatas adalah adanya tambahan energi untuk memberikan efek

vakum terutama diruang pengeringan.

Solusi yang dilakukan dengan invensi ini adalah pemanfaatan uap

sebagai fluida pengantar kalor sekaligus dimanfaatkan untuk memberikan

efek vakum dengan melewatkan pada suatu atau lebih ejector sehingga

tidak diperlukan pompa vakumd pada pengering sistim vakum.

Ringkasan Invensi

Invensi ini pada prinsipnya adalah pemanfaatan satu atau lebih

ejector yang dialiri suatu fluida untuk menghasilkan tekanan negative

atau tekanan lebih kecil dari tekanan atmosfir. Fluida yang digunakan

untuk memberikan efek vakum dapat berupa uap air panas (hot saturated

steam) atau gas panas yang dihasilkan dari suatu boiler atau tungku

pembakaran. Suatu ejector terdiri dari suatu injector dan nozel yang

dikonstruksi dalam suatu komponen yang kompak sehingga mampu menahan

tekanan dan temperature sampai 10 bar dan temperature 200 0C. Efek dari

perubahan energi kinetik fluida uap yang bergerak di dalam ejector

pada bagian nozel khususnya pada bagian sisi leher (throat)

menyebabkan tekanan menjadih negative atau vakum. Jika bagian throat

pada ejector tersebut dihubungkan dengan suatu chamber pengering, maka

udara dan uap air yang ada di dalam chamber akan terisap ke sisi

thorat ejector. Pengisapan molekul udara dan air dari ruang chamber ke

sisi ejector menyebabkan ruang pengering, chamber tekanannya menjadi

negative pula. Uap panas yang melewati ejector diteruskan masuk ke

dalam bagian selubung uap dan sebagainnya masuk kedalam pipa berongga

pada ruang chamber sehingga distribusi panas uap dapat menjamin proses

pengeringan dapat berlangsung dengan efektif. Uap panas yang masuk

39

kedalam ruang selimut uap (water jacket) dikontrol melalui suatu katup

berdasarkan kondisi temperatur pada ruang chamber yang diinginkan.

Untuk menjamin kalor berpindah ke bagian dalam chamber maka

penggunaan material yang mudah menghantar panas dan tahan karat

seperti bahan stainless steel digunakan. Pada bagian luar selubung uap

terdapat lapisan isolator thermal untuk mengurangi kerugian kalor

kesekiling. Dengan menggunakan prinsip thermosiphon maka air yang

terpanasi di dalam tabung kolektor dapat disirkulasi ke suatu

penampung air yang levelnya lebih tinggi dari posisi kolektor yang

terpasang melingkar di saluran gas buang tanpa bantuan pompa. Hal ini

sebagai pembeda dari patent sebelumnya (patent China, dll) yang

menggunakan pompa untuk mengalirkan air dari kolektor panas ke tangki

air. Sirkulasi air dari kolektor panas ke tangki air yang lebih tinggi

dapat dimungkinkan dengan adanya dua pipa pengalir yang menghubungkan

antara kolektor panas dan tangki. Material pipa pengalir juga terbuat

dari bahan tahan karat yang diisolasi untuk mengurangi kerugian panas.

Pada dasarnya prinsip thermosiphon adalah aliran fluida secara

natural dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi

karena adanya perbedaan temperatur yang selanjutnya mempengaruhi

perbedaan massa jenis fluida (density) sehingga terdapat perbedaan

tekanan antara daerah fluida yang lebih tingi temperaturnya pada

kolektor panas dibanding dengan daerah fluida yang lebih rendah

temperaturnya pada tangki air. Air yang bertemperatur rendah pada

bagian tangki air mempunyai density yang lebih besar akan mendesak air

yang bertemperatur tinggi pada bagian kolektor sehingga air yang

bertemperatur tinggi naik ke bagian atas tangki bagian permukaan atas.

Sirkulasi air secara natural akan berlangsung terus menerus selama ada

perbedaan temperatur di dalam kedua bagian sistim tersebut.

Konsep invensi pemanas air ini adalah memanfaatkan energi panas

yang terbuang melewati saluran gas buang pada mesin pembakaran dalam

(internal combustion engine) untuk memanaskan air yang dapat

dipergunakan pada berbagai keperluan yang bermanfaat seperti keperluan

makan minum dan pembersih pada peralatan kendaraan. Temperatur air

40

yang dipanaskan dapat mencapai titik didih yakni sekitar 100 0C.

Kendaraan yang dimaksud disini dapat berupa kendaraan mobil penumpang,

truk atau kendaraan alat berat. Jenis mesin dapat berupa mesin diesel

dan atau jenis mesin petrol. Pemanfaatan panas gas buang khususnya

yang diserap pada bagian luar saluran gas buang tidak akan

mempengaruhi kinerja mesin bahkan dapat membantu memperbaiki kondisi

lingkungan disekitar mesin dengan penyerapan sebagian panas yang

dibuang ke udara sekitar.

Uraian Singkat Gambar

Untuk memperjelas mengenai inti invensi ini, selanjutnya akan

diuraikan perwujudan invensi melalui gambar-gambar terlampir.

Gambar 1, adalah tampak keseluruhan dari dari pengering vakum

dengan nozel injector sesuai dengan invensi ini.

Gambar 2, adalah tampak bagian instalasi saluran fluida pemanas sesuai dengan invensi ini.

Uraian Lengkap Invensi

Prinsip kerja dari sistem pengering vakum pada invensi ini adalah

dengan menggunakan satu atau lebih nozel ejector untuk memberikan efek

vakum pada ruang chamber. Fluida pemanas yang digunakan adalah uap

panas dengan tekanan dantemperatur tertentu yang dihasilkan dari suatu

boiler. Uap yang dihasilkan dari boiler adalah dalam kondisi uap

saturated (saturated steam) kemudian dilewatkan pada suatu superheater

(9) untuk dipanasi lanjut sehingga berubah menjadi uap kering

(superheated steam). Uap setelah melewati superheater kemudian

dialirkan ke dalam nozel injector (4) sehingga mengalami kenaikan

kecepatan dan mengakibatkan tekanan pada daerah throat nozel menjadi

41

negative (tekanan dibawa atmosfir) mengikuti hukum Bernoulli yakni

prinsip kekekalan energi dari mekanika aliran fluida dalam suatu

saluran tertutup. Pada bagian sisi throat nozel terdapat lubang yang

sumbunya tegak lurus dengan sumbu nozel. Lubang tersebut disambungkan

dengan suatu saluran yang terhubung dengan chamber.

Uap yang keluar dari lubang nozel diteruskan ke ruang chamber

melalui pipa tray dan diteruskan ke ruang selubung uap. Untuk

menurunkan tekanan uap yang dilepas di dalam ruang selubung uap tanpa

mengurangi enthalpy uap maka dipasang suatu orifice (5) pada saluran

antara nozel injector dan unit chamber.

Sebagaimana fungsi dari invensi ini yakni pengering material

padatan, maka energi uap yang akan diserap hanyalah energi panas yang

masuk kepipa berlubang pada ruang chamber (8) yang berfungsi ganda

sebagai tray tempat produk yang akan dikeringkan diletakkan (21).

Panas atau kalor uap panas akan menaikkan temperatur di dalam ruang

chamber sehingga uap air yang ada di dalam produk yang dikeringkan

dimungkinkan melepas dan diserap atau terisap kesaluran yang terhubung

ke nozel. Pada kondisi tekanan negative di dalam ruang chamber

mempercepat proses pelepasan uap air dari produk yang dikeringkan.

Untuk mengoptimalkan perpindahan kalor dari uap ke material yang akan

dikeringkan, maka sebelum dibuang ke drain, uap dibiarkan berada

disekeliling chamber di dalam ruang yang disebut selubung uap. Pada

bagian selubung uap terdapat isolator panas (14) untuk mengurangi

kerugian kalor (energy losses) kesekeliling.

Tray yang juga berfungsi sebagai pemindah panas seperti pada

Gambar 2, terdiri dari pipa berlubang dengan diameter tertentu yang

dibentuk sesuai dengan alir yang memungkinkan uap akan mengalir secara

kontinyu di dalam ruang chamber dan berakhir dibuang pada suatu ujung

saluran (11) di ruang selubung uap diluar chamber. Untuk menghubungkan

air di dalam kedua bagian kolektor panas tersebut, maka terdapat suatu

lubang pada sisi ujung masing-masing kolektor yang dibubungkan oleh

suatu pipa melengkung yang dapat dilepas dan dibuka (5) untuk

memudahkan pemasangan. Pada kolektor panas juga terdapat beberapa

42

pengancing (6) untuk menjamin kedua bagian kolektor dapat dipasang

secara erat pada saluran gas buang mesin (20). Pembagian kolektor

panas menjadi dua bagian tersebut memungkinkan untuk memasang dan

melepasnya dari saluran gas buang mesin secara mudah tanpa harus

membongkar atau melepas saluran gas buang (knalpot mesin).

Untuk menjamin saluran dapat berlangsung dengan baik terdapat

beberapa katup pengatur. Pada sisi saluran masuk terdapat katup (17)

yang mengatur uap yang keluar dari superheater ke bagian nozel

injector. Pada saluran pipa yang menghubungkan nozel dengan chamber

juga terdapat katup (20) yang jika uap tidak mengalir pada bagian

nozel katup tersebut tertutup dan terbuka jika ada uap yang mengalir

di bagian nozel. Untuk membuang uap yang sudah terkondensasi di ruang

selubung uap maka terdapat saluran buang (12) pada sisi bawah ruang

selubung terdapat katup buang (18). Kondisi tekanan dalam ruang

selubung uap dipantau oleh suatu alat pengukur tekanan (22) sementara

pada kondisi tekanan negative pada ruang chamber dipantau dengan alat

ukur tekanan (23) yang dipasang pada sisi saluran antara nozel dan

chamber. Chamber dan ruang selubung uap juga dilengkapi dengan sensor

temperatur (17) dan (18) untuk mengetahui kondisi temperatur air di

dalam kedua ruang tersebut. Sinyal dari sensor temperatur dan sensor

tekanan dihubungkan ke suatu monitor LCD (16) yang ditempatkan di

dalam suatu panel kelistrikan dan kontrol.

Hasil eksperimen yang dilakukan inventor dengan implementasi

hasil invensi diperoleh data seperti pada tabel 1. Terlihat bahwa

waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan sampai kadar air 7 % kurang

lebih 7 jam.

43

Klaim

1. Suatu pegering vakum menggunakan nozel injector yang terdiri dari ruang chamber (2) sebagai ruang pengering dan pada bagian luar

terdapat suatu selubung uap (3)yang diisolasi dan sebuah atau

lebih nozel injector (4) sebagai komponen yang memberi efek fakum

dan sebuah orifice (5) terpasang seri dengan nozel yang terhubung

dengan suatu saluran pipa penyalur yang diisolasi (6).

2. Pengering vakum menggunakan nozel injector sesuai dengan klaim 1, dimana sirkulasi uap panas dialirkan ke dalam ruang chamber

melalui pipa berongga (7) yang sekaligus berfungsi sebagai tray

(8) untuk menjamin perpindahan kalor dari fluida atau uap panas

ke material berlangsung dengan mudah.

3. Pengering vakum menggunakan nozel injector sesuai dengan klaim 1, dimana terdapat satu atau lebih nozel injector yang memberi efek

fakum dan dipasang seri dengan suatu orifice untuk menurukan uap

panas yang masuk ke dalam ruang selubung uap tanpa mengurangi

kalor atau enthalpy yang dipasok ke dalam ruang chamber dan

selubung uap.

4. Pengering vakum menggunakan nozel injector sesuai dengan klaim 1, dimana terdapat superheater (9) untuk merubah fase uap basah yang

dihasilkan suatu boiler menjadi uap kering dan sekaligus

menaikkan jumlah kalor yang akan dialirkan ke dalam chamber dan

selubung uap.

Abstrak

44

PENGERING SISTIM VAKUM MENGGUNAKAN EJECTOR

Pengering vakum menggunakan satu atau lebih nozel injector (ejector)

untuk memberi efek vakum pada ruang chamber. Uap panas yang merupakan

media pengantar kalor yang digunakan untuk mengeringkan material

dilewatkan terlebih dahulu pada suatu atau lebih ejector sehingga uap

tersebut berfungsi ganda yakni sebagai media pengantar kalor dan

pemberi efek vakum. Efisiensi penggunaan energi mmenjadi lebih baik

karena tidak diperlukan pompa vakum. Terdapat suatu orifice yang

dipasang seri dengan nozel injector pada saluran uap masuk untuk

mereduksi tekanan uap. Sebelum uap dialirkan ke ruang chamber, maka

uap saturated dilewatkan pada suatu superheater untuk meningkatkan

kualitas uap dan kandungan kalor.

45

1 2 3

4

5

6

7

8

10911

13

12

14

15

16

17

18

19

20

21

2223

24

25

26

27

27

GAMBAR PATEN SEDERHANA.