Pembahasan Materi Drying

Studi Kasus: Sebuah usaha industri kecil memproduksi gula merah. Pada proses pembuatan gula merah, nira kelapa encer (dianggap terdiri dari gula dan air) dengan kadar gula 10% dipekatkan dengan penguapan airnya sampai kadar gulanya menjadi 60%. Nira encer yang mula – mula bersuhu 30 oC dipanaskan sampai mendidih sehingga terjadi penguapan air. Titik didih nira 105 oC (dianggap tetap). Kapasitas panas gula dan air masing – masing 0,8 kcal/kg/oC dan 1 kcal/kg/oC, serta panas penguapan air 540 kcal/kg. Biaya energi panas Rp. 0,5/kcal. Hitung biaya energi panas minimum yang diperlukan untuk menghasilkan 200 kg nira pekat 60 % tersebut!

Harga untuk biaya energi panas untuk menghasilkan nira pekat 60% sebanyak 200kg. Adalah sebagai berikut:

Biaya energi panas : Rp. 0,5/kcal. Jumlah energi panas yang digunakan untuk memanaskan 1kg Nira pekat

adalah : 540 kcal/kg. Sehingga biaya yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 kg nira adalah :

Rp.0,5/kcal x 540 = Rp.270 Jadi biaya yang dibutuhkan untuk energi panas dalam pembuatan nira

sebanyak 200kg adalah : Rp.270 x 200 = Rp.54.000

Jika ingin dibuat alat pemekat nira ini, mekanisme transfer panas apa saja yang harus dipertimbangkan?

Perpindahan Kalor (Heat Transfer)

Perpindahan panas ada tiga jenis:

1. Konduksi

Perpindahan panas dari partikel yang berenergi lebih besar menuju ke partikel

dengan energi yang lebih kecil, sehubungan dengan hubungan antar partikel

(perpindahan panas tanpa diikuti perpindahan zat perantaranya). Konduksi juga

merupakan perpindahan kalor melalui satu jenis zat sehingga konduksi merupakan

satu proses pendalaman karena proses perpindahan kalor ini hanya terjadi di

dalam bahan. Arah aliran energi kalor adalah dari titik bersuhu tinggi ke titik

bersuhu rendah (Dewitt 2002). Proses perpindahan kalor secara konduksi bila

dilihat secara atomik merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul (atom),

dimana partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk

partikel dengan energi yang lebih tinggi.

Sebelum dipanaskan atom dan elektron dari logam bergetar pada posisi

setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini atom dan

elektron bergetar dengan amplitudi yang makin membesar. Selanjutnya

bertumbukan dengan atom dan elektron disekitarnya dan memindahkan sebagian

energinya. Kejadian ini berlanjut hingga pada atom dan elektron di ujung logam

yang satunya. Konduksi terjadi melalui getaran dan gerakan elektron bebas.

Contoh: perpindahan panas pada batang besi Temperatur tinggi energi molekul

tinggi Terjadi transfer panas

2. Konveksi

Perpindahan panas yang diikuti oleh zat perantaranya.

Konveksi terbagi dua yaitu : konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa

(forced convection). Bila gerakan mencampur berlangsung sebagai akibat dari

perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien temperatur maka disebut

konveksi bebas. Dan bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar,

seperti pompa atau kipas maka prosesnya disebut dengan konveksi paksa.

Keefektifan perpindahan kalor konveksi tergantung sebagian besarnya pada

gerakan mencampur fluida. Apabila kalor berpindah dengan cara gerakan partikel

yang telah dipanaskan dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Bila

perpindahannya dikarenakan perbedaan kerapatan disebut konveksi alami (natural

convection) dan bila didorong, misal dengan fan atau pompa disebut konveksi

paksa (forced convection).

Contoh: Konveksi bebas pada alat penukar panas (heat exchanger) dan aliran air

pada radiator panas, konveksi pada saat merebus air, meniup teh yang panas dan

pemanasan air yang disertai pengadukan merupakan konveksi paksa,.

3. Radiasi

Radiasi panas adalah pancaran gelombang elektromagnetik dari permukaan atau

gas yang beradiasi yang mempunyai temperatur tinggi Radiasi panas tidak

membutuhkan media penghantar seperti halnya pada konduksi atau konveksi

panas.

Media yang berada antara sumber radiasi panas dengan penerima panas

menurunkan intensitas radiasi panas karena adanya penyerapan radiasi panas oleh

media itu. Perpindahan panas radiasi terjadi dari sumber panas pada temperatur

tinggi ke penerima panas dengan temperatur yang lebih rendah yang dibatasi oleh

ruang yang transparan. Contoh: radiasi panas dari api unggun, pemanasan bumi

oleh sinar matahari

Prinsip kerja alat alat pendukung proses produksi berikut :a. Rotary Vacuum Evaporator; merupakan sebuah mesin yang digunakan

untuk mengurangi kadar air dari suatu bahan/produk yang bersifat cair. Prinsp kerja dari mesin ini adalah tanpa pemanasan langsung, suhu dapat diatur sesuai dengan yang kita inginkan. Penggunaan suhu rendah disertai dengan vakum akan menjaga nutrisi/gizi dari produk tidak akan hilang ataupun rusak.

b. Solid Liquid Extractor; merupakan sebuah sistem ekstraksi padat-cair, dimana bahan yang diekstraksi berwujud padat dan pengekstraksinya berbentuk cair. Ekstraksi padat-cair paling banyak ditemui dalam usaha mengisolasi substansi berkhasiat yang terkandung didalam bahan dari alam. Sifat-sifat bahan alam tersebut merupakan faktor yang berperan sangat penting terhadap sempurna atau mudahnya ekstraksi dijalankan.

c. Spray Dryer; merupakan pengeringan dengan metode semprot yang penggunaannya untuk pengeringan bahan pangan yang bersifat cair seperti susu dan kopi (dikeringkan dalam bentuk larutan ekstrak kopi). Prinsip kerja dari spray dryer ini dimana seluruh air dari bahan yang ingin dikeringkan, diubah ke dalam bentuk butiran-butiran air dengan cara diuapkan menggunakan atomizer.

Air dari bahan yang berbentuk tetesan-tetesan tersebut kemudian dikontakkan udara panas. Peristawa pengontakan ini yang menyebabkan air dalam bentuk tetesan-tetesan tersebut mengering dan berubah menjadi serbuk. Selanjutnya proses pemisahan antara uap panas dengan serbuk dilakukan dengan cyclone atau penyaring. Setelah di pisahkan, serbuk kemudian kembali diturunkan suhunya sesuai dengan kebutuhan produksi.

d. Decanter; merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memisahkan liquid-liquid dengan prinsip perbedaan densitas dan kelarutan yang rendah. Prinsip kerjanya yaitu cairan atau suspensi dimasukkan dalam dekanternya yang berbentuk silinder dari bagian porosnya, lalu decanter diputar dengan kecepatan tertentu tergantung bahan yang akan dipisahkan.Dengan proses pemutaran tersebut akan menciptakan gaya sentrifugal pada cairan atau suspensi tersebut, serta makin besar massa zat maka makin besar pula gaya sentrifugal yang diperlukan, sehingga zat yang berat jenisnya lebih besar akan terdesak ke arah dinding decanter dimana terdapat outlet untuk mengeluarkan zat tersebut. Dan dengan berat jenis yang lebih kecil akan tertahan dibagian poros yang di bagian tersebut juga dibuat outlet untuk mengeluarkan zat dengan massa yang lebih ringan.

e. Centrifuge; merupakan alat untuk memutar sampel pada kecepatan tinggi, dengan teknis memaksa partikel yang lebih berat terkumpul ke dasar tabung centrifuge. Pemakaian centrifuge yang paling sering digunakan adalah untuk pemisahan komponen sel darah dari cairannya, sehingga cairannya dapat digunakan untuk pemeriksaan.

f. Rotary Drum Vacuum Filter; merupakan sebuah filter yang bekerja secara berkelanjutan dimana bagian yang solid dari sebuah campuran dipisahkan oleh filter yang dapat dilalui oleh liquid atau gas, sehingga dalam hal ini keadaan vakum diperlukan untuk mengakumulasi zat padat dipermukaan.Prinsip kerjanya tekanan di luar drum adalah tekanan atmosferik tetapi di dalam drum mendekati vakum. Drum dimasukkan kedalam cairan yang mengandung suspensi padatan, lalu diputar dengan kecepatan rendah. Cairan tertarik melewati filter cloth karena adanya tekanan vakum, sedangkan padatan tertinggal di permukaan luar drum membentuk cake.

g. Klasifier; merupakan sebuah alat untuk memisahkan partikel solid yang terdapat dalam campuran solid-liquid menurut ukuran partikel atau densitasnya dengan metode penyaringan. Prinsip kerja dari klasifier ini yaitu pemisahan dengan sorting classifier dengan metode Sink and Float. Metode ini menggunakan suatu medium pemisahan liquid yang densitasnya berada diantara densitas material berat dan material ringan. Jadi, secara prinsip pemisahan tergantung pada densitas dari dua substansi dan tidak tergantung pada ukuran partikel. Metode ini disebut metode heavy-fluid separation.

Prinsip perancangan tray dryer dan kurva kecepatan pengeringan bahan mulai dari keadaan basah sampai kering.

Prinsip perancangan tray dryer yaitu sistem pengoperasian dalam vakum dan dengan proses pemanasan tak langsung. Uap yang dihasilkan dari zat padat dikeluarkan dengan ejector atau pompa vakum. Pada  tray  dryer,  yang  juga disebut  rak,  ruang  atau  pengering kompertement,  bahan  dapat  berupa  padatan kental  atau  padatan  pasta, disebarkan merata pada tray logam yang dapat dipindahkan di dalam ruang (cabinet). Uap panas disirkulasi melewati permukaan tray secara sejajar, panas listrik juga digunakan khususnya untuk menurunkan muatan panas sekitar 10-20 % udara yang melewati atas tray adalah udara murni, sisanya menjadi udara sirkulasi. Setelah pengeringan, ruang atau kabinet dibuka dan tray diganti dengan pengering tumbak (batch) tray.