BAB IITINJAUAN PUSTAKA2.1 PengeringanProses pengeringan merupakan proses perpindahan panas dari sebuah permukaan benda sehingga kandungan air pada permukaan benda berkurang. Perpindahan panas dapat terjadi karena adanya perbedaan temperatur yang signifikan antara dua permukaan. Cabinet Dryer tergolong alat pengering langsung, dimana media pemanas berkontak akrab dengan bahan basah yang akan dikeringkan. Cairan dalam bahan basah akan menguap terbawa bersama media pemanas yaitu udara panas atau gas panas (Silvianita, 2010).Pengeringan merupakan cara untuk menghilangkan sebagian besar air dari suatu bahan dengan bantuan energi panas dari sumber alam (sinar matahari) atau buatan (alat pengering). Biasanya kandungan air tersebut dikurangi sampai batas dimana mikroba tidak dapat tumbuh lagi. Definisi pengeringan dan penguapan hanya dibedakan oleh kuantitas zat cairnya, dimana pada proses penguapan kuantitas zat cair yang akan dieliminasi jauh lebih banyak. Pengeringan merupakan proses yang tidak terpisahkan dalam pembuatan farmasi, selain untuk mendapatkan struktur granul yang stabil dan bebas kelembapan juga untuk mengurangi bobot sehingga memperkecil biaya transportasi dan penyimpanan (Sari dkk, 2012).Proses pengeringan pada prinsipnya menyangkut proses pindah panas dan pindah massa yang terjadi secara bersamaan. Pertama - tama panas harus ditransfer dari medium pemanas ke bahan. Selanjutnya setelah terjadi penguapan air, uap air yang terbentuk harus dipindahkan melalui struktur bahan ke medium sekitarnya. Proses ini akan menyangkut aliran fluida di mana cairan harus ditransfer melalui struktur bahan selama proses pengeringan berlangsung. Jadi panas harus disediakan untuk menguapkan air dan air harus mendifusi melalui berbagai macam tahanan agar supaya dapat lepas dari bahan dan berbentuk uap air yang bebas (Rachmawan, 2001).

2.2 Istilah - Istilah Dalam Proses Pengeringan Air Bebas Air yang berada di permukaan benda padat dan sifatnya mudah diuapkan.

Air Terikat Air yang terikat secara fisik menurut sistem kapiler atau air absorpsi karena adanya tenaga penyerapan. Air Terikat secara Kimia Air yang terikat secara kimia yang berupa air kristal dan air yang terikat dalam sistem dispersi koloid. Aktivitas air (Aw) Banyaknya air seimbang dengan tekanan uap udara sekitar ditinjau dari ketersediaan bagi jasad renik. Basis basah Persen bobot air yang terkandung pada komoditas dibandingkan terhadap bobot komoditas seluruhnya, yaitu bobot bahan kering ditambah bobot air yang terkandung. Basis keringPersen bobot air yang terkandung pada komoditas dibantingkan terhadap bobot bahan kering. Bobot Jenis Nisbah antara bobot per satu satuan volume. Kelembaban relatifPerbandingan antara tekanan parsial uap air terhadap tekanan uap jenuh pada suhu tertentu. Kelembaban mutlak Besaran yang digunakan untuk menentukan jumlah uap air di udara. Kesetimbangan Materi Perbandingan bahan masuk dan bahan keluar, termasuk bagian - bagian dalam setiap proses seperti rendemen, proporsi campuran, kehilangan dalam proses, komposisi bahan awal dan bahan akhir sebagainya. Psikrometer putarAlat pengukur suhu dan kelembaban menggunakan prinsip suhu bola basah dan bola kering dengan cara diputar.

Psychrometer Chart Carta yang memuat grafik suhu bola basah dan bola kering, kurva kelembaban nisbi, dan kandungan udara pada berbagai suhu dan kelembaban tersebut. Vakum Keadaan dimana tidak ada udara dalam suatu kemasan/wadah(Supriyono, 2003).

2.3 Faktor - Faktor dalam Proses PengeringanFaktor - faktor yang berpengaruh dalam kecepatan pengeringan tersebut adalah:a. Luas PermukaanAir menguap melalui permukaan bahan, sedangkan air yang ada di bagian tengah akan merembes ke bagian permukaan dan kemudian menguap. Untuk mempercepat pengeringan umumnya bahan pangan yang akan dikeringkan dipotong-potong atau diiris - iris terlebih dulu. Hal ini terjadi karena: (1) Pemotongan atau pengirisan tersebut akan memperluas permukaan bahan dan permukaan yang luas dapat berhubungan dengan medium pemanasan sehingga air mudah keluar.(2) Potongan - potongan kecil atau lapisan yang tipis mengurangi jarak dimana panas harus bergerak sampai ke pusat bahan pangan. Potongan kecil juga akan mengurangi jarak melalui massa air dari pusat bahan yang harus keluar ke permukaan bahan dan kemudian keluar dari bahan tersebut. Gambar 2.1 Luas Permukaan Bahan

b. Perbedaan Suhu dan Udara SekitarnyaSemakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan pangan makin cepat pemindahan panas ke dalam bahan dan makin cepat pula penghilangan air dari bahan. Air yang keluar dari bahan yang dikeringkan akan menjenuhkan udara sehingga kemampuannya untuk menyingkirkan air berkurang. Jadi dengan semakin tinggi suhu pengeringan maka proses pengeringan akan semakin cepat. Akan tetapi bila tidak sesuai dengan bahan yang dikeringkan, akibatnya akan terjadi suatu peristiwa yang disebut Case Hardening, yaitu suatu keadaan dimana bagian luar bahan sudah kering sedangkan bagian dalamnya masih basah.Gambar 2.2 Perbedaan Suhu Sekitar

c. Kecepatan Aliran UdaraUdara yang bergerak dan mempunyai gerakan yang tinggi selain dapat mengambil uap air juga akan menghilangkan uap air tersebut dari permukaan bahan pangan, sehingga akan mencegah terjadinya atmosfir jenuh yang akan memperlambat penghilangan air. Apabila aliran udara disekitar tempat pengeringan berjalan dengan baik, proses pengeringan akan semakin cepat, yaitu semakin mudah dan semakin cepat uap air terbawa dan teruapkan. Gambar 2.3 Kecepatan Aliran Udara

d. Tekanan UdaraSemakin kecil tekanan udara akan semakin besar kemampuan udara untuk mengangkut air selama pengeringan, karena dengan semakin kecilnya tekanan berartikerapatan udara makin berkurang sehingga uap air dapat lebih banyak tetampung dan disingkirkan dari bahan pangan. Sebaliknya jika tekanan udara semakin besar maka udara disekitar pengeringan akan lembab, sehingga kemampuan menampung uap air terbatas dan menghambat proses atau laju pengeringan (Supriyono, 2003).

2.4 Macam - Macam Teknik Pengeringan1. Pengeringan dengan udara dan dengan panas Pengeringan di bawah sinar matahari dan ditempat teduhPengeringan ini tidak secara langsung dikeringkan di bawah sinar matahari namum dilakukan ditempat yang teduh, dimana bahan disebarkan diatas nampan lemari atau kotak. Contoh : pengeringan tumbuhan obat. Pengeringan dengan sinar infra merahSinar infra merah ( > 760 nm) memiliki efek yang didominasi oleh kerja panasnya. Sinar infra merah mampu menembus sampai bidang dasar sehingga absorbsinya merata di seluruh lapisan yang akan dikeringkan. Pengeringan dengan bahan pengeringUntuk pengeringan dalam skala kecil digunakan eksikator yang berisi bahan pengering. Umumnya yang digunakan gel silika terutama silika biru. Lemari pengeringUntuk melakukan pengeringan dengan suhu yang tinggi digunakan lemari pengering. Jenis bangunnya sangat bervariasi dan dapat dipanaskan secara elektrik, memiliki alat pengatur suhu udara panas akan bergerak keruang sebelah dalam diatas nampan yang berisi bahan yang akan dikeringkan. Pengeringan di dalam kanal, tong dan silinder pejalPengeringan dilakukan dengan melewatkan bahan ke dalam kanal yang dipanaskan dengan uap panas sacara kontinyu. Juga pengering tong, dimana bahan akan dikeringkan dengan pengaduk. Misalnya pengering siput, pengering sudu dan pengering palung. Pengering silinder pejal cocok untuk pengeringan materi kental seperti esktrak. Pengeringan dilakukan pada permukaan silinder pajal yang diuap panaskan.2. Pengeringan bekuanPengeringan bekuan atau liofilisasi (freezing - drying) merupakan salah satu cara pengeringan untuk bahan obat yang termolabil. Metode ini digunakan khususnya untuk mengeringkan antibiotika, vitamin, hormon, plasma darah, serum, bahan pengimun, bagian dari tumbuhan dan bahan peka yang sejenis. Prinsip dasar pengeringan bekuan adalah bahwa air dalam kondisi membeku masih memiliki tekanan uap, oleh karena itu dapat dihilangkan dari sistem melalui cara sublimasi.3. Pengeringan melalui frekuensi tinggiBahan pada pengeringan ini diletakkan pada sebuah bidang ganti kondensor elektris, dimana terjadi aliran geser elektris di dalam bahan yang secara teratur memanaskannya. Suplai panas dapat diatur melalui tegangan frekuensi tinggi pada generator atau melalui celah udara di antara bahan dengan elektroda.4. Pengering melalui semburanPengering ini menyemburkan cairan sampai larutan sejenis pasta dan bahan basah dalam bentuk tetesan halus ke dalam aliran udara panas, bahan - bahan akan membentuk serpihan yang dalam waktu sedetik berubah menjadi serbuk halus. Penyemburan berlangsung secara mekanis melalui lempeng sembur yang berputar 4000 - 50000 rpm atau secara hidrodinamik melalui pori pipa sembur dengan bantuan tekanan cairan atau udara kencang.5. Pengeringan melalui lapisan berpusingBahan pada pengeringan ini melailui lapisan berpusing, bahn butiran lembab (ukuran butir 0.001 sampai 10 nm) yang berada pada sebuah dasar berpori diujung bawah sebuah corong, ditiup oleh aliran udarapanasyang kencang. Dengan demikian timbunan akan terangkat, berterbangan, menjadi longgar, dan secara kontinyu saling bercampur pada kecepatan aliran yang cukup tinggi.(Sari dkk, 2012)

2.5 Alat - Alat Mekanis yang Digunakan dalam Pengeringan1. Spray dryerPengeringan semprot atau spray drying merupakan jenis pengeringan tertua dan sering dipakai dalam industri farmasi. Cara ini digunakan untuk mengubah pasta, bubur atau cairan dengan viskositas rendah menjadi padatan kering. Pengeringan dengan cara ini mampu meminimalisir interupsi karena selama bahan cair yang akan dikeringkan tersedia, maka proses pengeringan akan tetap berjalan secara kontinyu dan produk berupa padatan kering akan terus terbentuk. Dalam beberapa kasus, pengeringan menggunakan cara ini dapat beroperasi selama bulan tanpa perlu dihentikan. Proses pengeringan semprot berlangsung dalam waktu yang sangat singkat, hanya beberapa milidetik hingga beberapa detik tergantung jenis peralatan dan kondisi pengeringan. Hal ini memberi keuntungan bagi bahan yang sensitif terhadap panas. Selain itu mengurangi resiko terjadinya korosi dan abrasi karena minimnya waktu kontak antara peralatan dengan bahan yang dikeringkan. Pengeringan dengan cara ini sangat cost-efective terutama untuk produk dalam jumlah besar selain bisa dioperasikan secara automatis dengan bantuan komputer. Keterbatasan pengeringan dengan cara ini ialah tak dapat digunakan untuk menghasilkan produk granul kering berukuran rata-rata diatas 200 m.

Gambar 2.4 Ilustrasi Proses Pengeringan dengan Cara Pengeringan Semprot

2. Fluidized bed dryerFluidized bed dryer adalah sistem pengeringan yang diperutukan bagi bahan berbobot relatif ringan, misalnya serbuk dan ganular. Prinsipnya bahan yang akan dikeringkan dialiri dengan udara panas yang terkontrol dengan volume dan tekanan tertentu, selanjutnya bagi bahan yang telah kering karena bobotnya sudah lebih ringan akan keluar dari ruang pengeringan menuju siklon untuk ditangkap dan dipisahkan dari udara, namun bagi bahan/material yang halus akan ditangkap oleh pulsejet bag filter. Hal - hal yang perlu diperhatikan dalam sistim fluidized bed dryer adalah pengaturan yang baik antara tekanan udara, tingkat perpindahan panas dan waktu pengeringan, sehingga tidak terjadi gesekan bahan saat proses pengeringan berlangsung. Penentuan dimensi ruang bakar, suhu yang diaplikasikan serta volume dan tekanan udara sangat menentukan keberhasilan proses pengeringan, sehingga perlu diketahui data pendukung untuk merancang sistem ini diantaranya kadar air input, kadar air output, kepadatan dan ukuran bahan, panas maksimum yang diizinkan serta sifat fisikokimianya. Metode ini cocok digunakan untuk serbuk, butiran, aglomerat, dan pelet dengan ukuran partikel rata - rata normal antara 50 dan 5.000 mikron. Kelebihan metode ini ialah perpindahan panas dan kontrol terhadap ukuran partikelnya lebih baik serta pencampuran yang lebih efisien.

Gambar 2.5 Skema kerja Fluidized bed dryer

Gambar 2.6 Penampang Fluidized bed dryer

3. Vacuum DryersVakum ialah proses menghilangkan air dari suatu bahan, bersama dengan penggunaan panas maka vakum dapat menjadi suatu metode pengeringan yang efektif. Pengeringan dapat dicapai dalam suhu yang lebih rendah sehingga lebih hemat energi. Metode ini cocok untuk mengeringkan bahan yang sensitif terhadap panas atau bersifat volatil karena waktu pengeringannya yang singkat. Kelebihan yang lain dari pengeringan menggunakan vakum ialah dapat digunakan untuk mengeringkan bahan yang tak bisa dikeringkan jika terdapat kehadiran air. Sistem ini terdiri dari ruang vakum (bisa stationer atau berputar), pompa dengan katup dan gauge serta sumber panas. Proses pengeringan vakum sering melibatkan beberapa langkah penerapan panas dan vakum. Mengurangi tekanan pada permukaan cairan akan membuat cairan tersebut menguap tanpa perlu diikuti kenaikan suhu. Ada dua tipe pengering vakum, yaitu Double cone Rotary Vacuum Dryer dan Cylindrical shell rotary vacuum dryer. Pada Double cone Rotary Vacuum Dryer ruang pengering dipasang pada poros yang berputar. Proses pengeringan melibatkan pemusingan dari ruang chamber yang memungkinkan gerakan jatuh turun. Pada Cylindrical shell rotary vacuum dryer, di dalam ruang pengering dipasangi dengan alat pemusing untuk mencampur dan mengaduk. Tipe ini digunakan biasanya untuk produksi batch dalam jumlah besar.

Gambar 2.7 Penampang Double cone Rotary Vacuum Dryer

Gambar 2.8 Penampang Cylindrical shell rotary vacuum dryer

4. Flash dryersFlash Dryer adalah sebuah instalasi alat pengering yang digunakan untuk mengeringkan adonan basah dengan mendisintregasikan adonan tersebut kedalam bentuk serbuk dan mengeringkanya dengan mengalirkan udara panas secara berkelanjutan. Proses pengeringan yang terjadi di Flash dryer berlangsung dengan sangat cepat secara instan. Seperti asal katanya flash yang berarti kilat. Maka alat ini mengeringkan bahan yang dikeringkan dengan sangat cepat, dalam hitungan milisekon. Flash Dryer cocok digunakan untuk mengeringkan bahan yang sensitif terhadap panas. Flash Dryertidak cocok digunakan untuk material yang dapat menyebabkan erosi pada alat dan berminyak (Sari dkk, 2012).

2.6 Aplikasi Dalam Industri2.6.1 Teknik Pengeringan Sediaan FarmasiSetiap proses dalam pembuatan sediaan farmasi baik dalam skala kecil maupun besar (industri) hampir selalu melibatkan transfer panas, terutama pada proses pembuatan tablet secara granulasi basah. Panas disini dibutuhkan dalam proses pengeringan sehingga di hasilkan massa granul yang kering dan dapat di kempa menjadi tablet. Proses pengeringan menggunakan pemanasan secara umum, berlangsung dalam 3 tahap stimultan, yaitu : proses transfer energi dari sumber luar ke dalam material yang mengandung air, fase transformasi dari air / solvent dari bentuk cair menjadi bentuk uap, dan transfer uap dari material keluar dari alat pengering / material yang dikeringkan.Pengeringan merupakan suatu proses pemisahan sejumlah kecil air atau zat cair dari bahan sehingga mengurangi kandungan/sisa cairan di dalam zat padat itu sampai suatu nilai yang dikehendaki. Proses pengeringan dapat dilakukan dengan cara penguapan. Penguapan terjadi apabila air yang dikandung oleh suatu bahan teruap, yaitu apabila panas diberikan kepada bahan tersebut. Selain dengan penguapan, pengeringan dapat dilakukan dengan cara memecahkan ikatan molekul-molekul air yang terdapat di dalam bahan.Teknik pengeringan pengeringan dalam teknologi farmasi dapat digolongkan dalam 2 cara berdasarkan sistem pengeringan:a) Pengeringan kontinyu / berkesinambungan (continuous drying) merupakan teknik dimana pemasukan dan pengeluaran bahan berjalan terus-menerus.b) Pengeringan tumpukan (batch drying) merupakan pengeringan bahan yang masukke alat pengering sampai pengeluaran bahan kering, kemudian baru dimasukkan bahan berikutnya.Teknik tersebut banyak di aplikasikan dalam beberapa peralatan yang sering digunakan dalam industri farmasi yang secara umum prinsipnya pemberian panas yang relatif konstan terhadap bahan obat, sehingga proses pengeringan dapat berlangsung dengan cepat dan mendapatkan hasil yang maksimal.

2.6.2 Peralatan dan Flowchart Freezy DryingFreeze drying merupakan alat pengeringan yang prinsip kerjanya adalah berdasarkan proses liofilisasi.

Gambar E.1 Skematik Alat Freezy Drying(Heriana, 2009)

Mulai

Produk yang akan dikeringkan dibekukan terlebih dahulu

Produk diletakkan dibawah vakum

Panas diterapkan pada produk beku untuk mempercepat sublimasi

Kondensor dengan suhu rendah akan menghapus pelarut didalam ruang vakum

Produk kembali kebentuk padat

Selesai Gambar E.2 Flowchart Pada Alat Freezy Drying (Heriana, 2009)