VARIASI KETINGGIAN CYCLONE SEPARATOR TERHADAP KUALITAS

HASIL PENGERINGAN FLASH DRYER DENGAN MENGGUNAKAN 1

CYCLONE DAN 2 CYCLONE

PUBLIKASI ILMIAH

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Oleh :

SULAIMAN RASYID

D 200 12 0021

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

i

ii

iii

1

VARIASI KETINGGIAN CYCLONE SEPARATOR TERHADAP KUALITAS HASIL

PENGERINGAN FLASH DRYER DENGAN MENGGUNAKAN 1 CYCLONE DAN 2

CYCLONE

Sulaiman Rasyid, Sartono Putro, Wijianto

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura

Email : sulaimanrasyid35@yahoo.com

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan mengetahui variasi optimal dari ketingian dan jumlah cyclone dalam proses pengeringan

yang dilakukan untuk mengurangi kadar air yang dalam tepung. Variasi ketinggian yang digunakan adalah 1 m,

2 m, 3 m dengan menggunakan 1 cyclone dan 2 cyclone. Dalam alat pengering flash dryer adonan tepung basah

dimasukkan kedalam screw conveyor lalu dihancurkan oleh hammer mill sambil dialiri oleh aliran udara panas

yang didorong oleh blower kemudian menjadi kering, yang mana cyclone separator memisahkan antara aliran

udara panas dengan tepung kering. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi ketinggian dan jumlah cyclone

mempengaruhi kualitas hasil pengeringan. Semakin tinggi cyclone maka tingkat kekeringan tepung semakin

kering. Hasil paling optimal didapatkan pada perbandingan ketingian cyclone 3 m dengan menggunakan 2

cyclone.

Kata kunci : Pengeringan, Flash dryer, Cyclone Separator

ABSTRACT

The aim of this research is to know the optimum variation of the cyclone height and number in the drying

process of flour. The variation of cyclone height used are 1 meter, 2 meters, and 3 meters. Meanwhile the

variation of cyclone number used are 1 cyclone and 2 cyclones. In a flash dryer, the wet flour mass is put into

the screw conveyor then it is dissolved by hammer mill while streamed by hot air stream which is pushed by a

blower so that the mass becomes dry and by using cyclone separator, the dry flour is separated from the hot air

stream. This research show that the variation of the cyclone height and number affect the quality of drying

outcome. The higher cyclone the flour the higher level of dryness. The optimum outcome is reached by applying

2 cyclones 3 meters in height.

Keywords : Drying, Flash Dryer, Cyclone Separator.

2

1. PENDAHULUAN

1.1 Pendahuluan

Tepung merupakan bahan dasar pembuat makanan yang banyak digunakan baik dalam

usaha skala besar maupun kecil. Singkong salah satu bahan sebagai pembuatan tepung. Dari

bahan singkong dapat menghasilkan tepung kasava dan tapioka. Proses dari pembuatan tersebut

berbeda. Untuk membuat tepung kasava, singkong dikupas dari kulitnya setelah itu dipotong

kecil-kecil kemudian dijemur sampai kering baru digiling. Sedang pembuatan tepung tapioka

berasal dari singkong yang diparut, kemudian dialiri air sambil diperas supaya terpisah dengan

ampas organik. Saripati singkong hasil saringan dialirkan air menuju bak pengendapan sampai

air jernih baru air dibuang hingga tapioka basah terlihat sampai lumpur berwarna putih. Setelah

itu tapioka basah dipindahkan untuk dikeringkan.

Pengeringan merupakan proses untuk menghilangkan sebagian air dari suatu bahan

dengan pengunaan energi panas. Sehingga memperlambat pertumbuhan mikroorganisme atau

jamur untuk dapat disimpan dalam waktu cukup lama maupun diolah lebih lanjut. (M. Supli

Effendi, 2012: 15)

Proses pengeringan banyak dilakuakan secara konvensional atau alami adalah

pengeringan dibawah sinar matahari. Cara ini kurang menguntungkan karena kondisi cuaca

yang bisa berubah-ubah sehingga memerlukan waktu yang lama untuk mengeringkan tepung dan

tingkat kehigienisannya tidak terjamin karena terkontaminasi oleh polusi. Perlu adanya mesin

pengering yang dapat mengeringkan tepung dalam waktu yang lebih singkat tanpa terkendala

oleh cuaca dan kehigienisannya terjamin. Salah satu mesin untuk mengeringkan tepung adalah

flash dryer.

Flash dryer merupakan mesin pengering untuk mengeringkan adonan basah dengan

memisahkan kedalam bentuk serbuk sambil dialiri dengan aliran udara panas berkecepatan tinggi

secara berkelanjutan.

3

Pada penelitian ini penulis ingin menganalisa ketinggian cyclone separator terhadap hasil

pengeringan tepung dengan menggunakan 1 cyclone dan 2 cyclone. Alat pegering yang

digunakan tipe flash dryer hasil eksperimen civitas akademika Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

1.2 TUJUAN

Tujuan dari penelitian ini mengetahui pengaruh ketinggian dan jumlah cyclone separator

tunggal maupun ganda terhadap hasil pengeringan.

1.3 BATASAN MASALAH

Berdasarkan rumusan masalah yang ada agar pembahasan terfokus dan tidak melebar

terlalu jauh maka yang menjadi prioritas utama adalah :

1. Alat pengering menggunakan pengering tipe flash dryer

2. Bahan yang digunakan adalah tepung kanji sebanyak 500 gr dan air 320 ml

3. Motor listrik dengan daya 0,5 HP

4. Debit udara yang digunakan 7,2 m3/min dengan tekanan 800 Pa

5. Aliran udara pengering dengan suhu 115ºC

6. Indikator penellitian adalah perbandingan variasi ketinggian cyclone sparator 1, 2, dan 3 m

7. Hasil pengeringan diukur berdasarkan density

1.4 TINJAUAN PUSTAKA

Henning Gieseller (2007) “Evaluation of Tunable Diode Laser Absorption Spectroseopy

for in Process Water vapor Mass Flux Measurrement During Freeze Drying”. menyatakan

bahwa pengeringan menggunakan laser pada tipe alat pengering freeze dryer dapat menurunkan

kadar air atau menguapkan air yang lebih baik dari pada pengering pilot. Yang mana

perbandingan kecepatan, fluks massa profil dan aliran massa lebih tinggi.

Marta Fernanda Zotarelli (2012) “A Convective Multi Flash Drying Process for

producing Dehydrated Crispy Fruits”. Menyatakan bahwa penerapan pengeringan multi flash

4

dryer terhadap buah-buahan untuk dijadikan buah renyah dengan tingkat proses pengeringan

semakin lama maka tingkat kandungan air pada buah tersebut semakin menurun, hasilnya buah

menjadi renyah.

K.A. Ibrahim (2013) “Swirling Gas-Solid Flow Through Pneumatic Converyng Dryer”.

Menyatakan bahwa penelitian ini menyimulasikan 2 fase berdasarkan bilangan Reynolds dengan

menggunakan pengering pilot skala vertikal sistem trasnportasi pneumatic untuk menjadikan

bahan padat kering. Tekanan dan suhu diukur pada inlet yang berbeda. Sehingga didapatkan

hasil penurunan tekanan aliran berputar lebih tinggi dari non berputar yang meningkatkan proses

pengeringan.

Ricardo L. Monteiro (2016) “A Microwave Multi Flash Drying Proces for producing

Crispy Bananas”. Menyatakan bahwa pengeringan vakum microwave MWVD dan pengeringan

beku MWFMFD proses pengeringan yang sama-sama singkat, laju pengeringan dan periode

tingkat jatuh semakin tinggi, pengeringan menggunakan microwave lebih efektif MWFMFD

dibandingkan MWVD untuk memproduksi pisang kering dan renyah dengan pori-pori lebih

besar 20-50% dan waktu pengeringan sangat singkat bila dibandingkan pengeringan beku

lainnya.

Afnita Nur Amalina (20013) Pengaruh tinggi kolom dan debit aliran udara terhadap

kinerja mesin pengering tipe flash dryer untuk pengeringan okara menyatakan bahwa semakin

rendah tinggi kolom menghasilkan penurunan kadar air yang lebih cepat karena membutuhkan

waktu yang singkat untuk keluar menuju cyclone separator. Semakin besar debit aliran udara

yang digunakan maka penurunan kadar air semakin lama karena suhu pengeringan yang

dihasilkan lebih rendah.

1.5 LANDASAN TEORI

1.5.1 Proses Pengeringan

Proses pengeringan perlu adanya panas yang dibutuhkan, baik itu panas dari sinar

matahari maupun dari panas buatan yang dihasilkan oleh alat pengering. Apabila tepung

dikeringkan dengan panas matahari kendalanya yaitu cuaca dan kehiegenisannya kurang

5

terjamin. Maka perlu adanya alat pengering yang dapat mengeringkan tepung tanpa

gangguan, sehingga proses pengeringannya cepatkering. Adapun jenis-jenis alat pengering

yang digunakan antara lain :

1. Spray Dryer

Pengeringan Spray Dryer digunakan untuk mengubah pasta, bubur atau cairan

dengan viskositas rendah menjadi padatan kering. Pengeringan dengan cara ini mampu

meminimalisir karena selama bahan cair yang akan dikeringkan tersedia. (Sagita Savita

Sari dkk : 2012)

Gambar 1. Spray Dryer

2. Fluidized Bed Dryer

Fluidized bed dryer digunakan untuk pengeringan bahan yang berbobot ringan

dengan dialiri udara panas. bahan yang telah kering akan keluar melalui siklon untuk

dipisahkan dengan udara, sedangkan bahan yang halus keluar melalui pulsejet /bag

filter. (Sagita Savita Sari dkk : 2012)

Gambar 2. Fluidized Bed Dryer

3. Vacum Dryers

Vakum digunakan untuk mengeringkan buah maupun sayur yang diiris, dengan

mengendalikan suhu yang dikehendaki untuk pemanasan yang seragam agar

meningkatkan kualitas buah-buahan dan sayuran kering. (Ricardo Lemos Monteiro :

2015)

Gambar 3. Vacum Dryer

6

4. Rotary Dryers

Pengering rotary digunakan untuk bahan granular kering dan diproses, dengan pengeringan

ini bahan/material dari bagian bawah dibolak-balik oleh silinder bersayap sambil dialiri udara

panas sehingga materal kering dapat jatuh kebawah didorong oleh aliran udara panas. (Dennis R.

Van Puyvelde : 2008)

Gambar 4. Rotary Dryer

5. Conduction Dryers

Conduction Dryers dapat mengeringkan semacam bubur, pasta, dengan menggunakan suhu

yang rendah. Sehingga perpindahan panas secara konduksi dapat menjamin proses pengeringan.

(Sagita Savita Sari dkk : 2012)

Gambar 5. Conduction Dryer

6. Flash Dryer Hasil Civitas Akademika Teknik Mesin UMS

Flash dryer adalah mesin pengering yang digunakan untuk mengeringkan adonan basah

dengan memisahkan adonan tersebut kedalam bentuk serbuk dan mengeringkannya dengan

mengalirkan udara panas berkecepatan tinggi secara berkelanjutan. (Sagita Savita Sari dkk :

2012)

Gambar 6. Flash Dryer

7

1.5.2 Pengeringan dalam Flash Dryer

Dalam pengeringan kalor yang dibutuhkan sangat berpengaruh terhadap kadar air

tepung yang dihasilkan, berdasarkan rumus : (Paul A. Tipler, 1998: 598)

........(1)

Keterangan :

Q : banyaknya kalor (J) m : massa benda (kg)

cp: kalor jenis (J / kg ºC) ∆T: kenaikan suhu (ºC)

Dalam proses pengeringan di flash dryer, terjadi kontak langsung antara aliran udara

panas dengan adonan tepung basah. Terjadi kesetimbangan kalor karena memiliki perbedaan

suhu yaitu antara panas yang diterima dan panas yang dilepas, berdasarkan teori Azas Black

dengan rumus : (Donald. R. Pitts : 1983)

Keterangan :

ṁ : aliran massa (kg/s) cp: kalor jenis (J/ kg ºC)

∆Th: kenaikan suhu udara panas (ºC) ∆Tc:kenaikan suhu adonan tepung (ºC)

Dalam proses pengeringan tepung, baik itu dalam kondisi basah maupun kering

dapat dinyatakan dengan rumus density : (Ranald V Giles B.S., M.S, 1993:2)

1.5.3 Gaya sentrifugal pada cyclone

Gambar 7. Konsep gaya sentrifugal pada cyclone

..............(4)

Keterangan :

Fs : gaya sentrifugal (kg m/s2) an : percepatan aliran udara (m/s

2)

m : massa ( kg )

8

pemisah siklon beroperasi berdasarkan gaya sentrifugal, gravitasi, dan inersia untuk

menghilangkan partikel halus di udara. Cyclone berfungsi memisahkan partikel material dari

aliran gas. Biasanya, partikel material memasuki pemisah siklon pada sudut tegak lurus

terhadap aliran arus, dan kemudian berputar cepat. Sebuah gaya sentrifugal dibuat oleh aliran

udara melingkar yang melempar partikel material menuju dinding siklon. Setelah partikel

material menabrak dinding, maka partikel itu jatuh ke dalam lubang bawah cyclone.

1.5.4 Kerugian dalam aliran fluida

kerugian dalam aliran fluida terdiri atas head losses mayor dan head losses minor.

1. Head losses mayor

Disebabkan karena kerugian gesek di dalam pipa. Untuk menghitung kerugian gesek antara

dinding pipa dengan aliran fluida tanpa adanya perubahan luas penampang di dalam pipa

dipakai rumus : ( sularso. 1987 : 28 )

.....................(5)

Keterangan :

: koefisien gesekan L : panjang pipa (m)

D : diameter pipa (m) V : kecepatan aliran dalam pipa (m/s)

g : percepatan gravitasi (m/s²)

2. Head losses minor

Disebabkan karena kerugian dalam belokan-belokan, reduser, katup-katup dan sebagainya.

Secara umum head losses minor dinyatakan dengan rumus :

........ (6)

Keterangan :

K : koefisien resisten V : kecepatan aliran dalam pipa (m/s)

g : percepatan gravitasi (m/s²)

9

2. METODE PENELITIAN

Gambar 8. Diagram alir penelitian

2.1 Alat dan Bahan

2.1.1 Alat – alat pengujian

Alat –alat yang digunakan dalam pengujian antara lain:

1. Blower

2. Air Heater

3. Screw Conveyor

4. Hammer Mill

5. Cyclone

6. Puli dan Vanbelt

7. Kompor

Gambar 9. Mesin flash dryer

10

Alat-alat ukur yang digunakan antara lain :

2.1.2 Bahan yang digunakan

Blower Hammer Mill Screw Conveyor Air Heater

Kompor Vanbelt Pulli Cyclone Separator

Anemometer Thermokopel Stopwatch

Timbangan Gelas Ukur Thermometer

Tepung setelah dicampur dengan air Tepung kanji/tapioka

11

2.2 Waktu dan Tempat Pengujian

Hari/tangal : Jumat, 25 Maret 2016

Pukul : 08.00 WIB

Tempat : Laboratorium Sekolah Vokasi, UMS

2.3 Langkah – Langkah Pengujian

1. Mempersiapkan alat yang mencakup semua komponen flash dryer dan bahan tepung

tapioka yang akan digunakan.

2. Memasang semua komponen flash dryer yang akan digunakan dan memastikan semua

terpasang dengan benar.

3. Menyalakan kompor pemanas untuk memanaskan air heater.

4. Menunggu temperatur hingga mendekati suhu yang diinginkan.

5. Menyalakan blower sebagai penyuplai udara agar panas dari air heater dapat mengalir

dan menyalakan motor listrik untuk menggerakkan hummer mill dan screw conveyor.

6. Menimbang tepung tapioka dengan komposisi 500 gr dan air 320 ml, kemudian

dicampur antara tepung dengan air sehingga menjadi adonan tepung basah.

7. Setelah temperatur sudah sesuai dengan yang diinginkan, memasukkan adonan tepung

basah ke inlet screw conveyor.

8. Menyalakan stopwatch untuk menghitung waktu tepung dari awal masuk inlet screw

conveyor sampai tepung selesai keluar outlet cyclone.

9. Mengulangi percobaan untuk variasi ketinggian dan penggunaan jumlah cyclone yang

berbeda.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari pengujian tersebut diperoleh data sebagai berikut :

Percobaan

Tepung Masuk Tepung Keluar

m

(kg)

v

(liter)

ρ

(kg/liter)

m cylone 1

(kg)

m cylone 2

(kg) m total (kg)

v

(liter)

ρ

(kg/liter)

H 1 m 1 cyclone 0.82 0.7 1.1714 0.44 - 0.44 0.75 0.5867

2 cyclone 0.82 0.7 1.1714 0.49 0 0.49 0.84 0.5833

H 2 m 1 cyclone 0.82 0.7 1.1714 0.42 - 0.42 0.73 0.5753

2 cyclone 0.82 0.7 1.1714 0.47 0 0.47 0.82 0.5732

H 3 m 1 cyclone 0.82 0.7 1.1714 0.39 - 0.39 0.69 0.5652

2 cyclone 0.82 0.7 1.1714 0.45 0 0.45 0.80 0.5625

12

1. Hubungan antara variasi ketinggian dan jumlah cyclone terhadap density tepung dan

kapasitas tepung adalah sebagai berikut :

Gambar 10. Grafik Hubungan antara variasi ketinggian dan jumlah cyclone terhadap

density tepung

Berdasarkan gambar 10, density paling rendah 0,5625 kg/liter pada ketinggian 3

m dengan menggunakan 2 cyclone, sedangkan tertinggi 0,5867 kg/liter pada ketinggian 1

m dengan menggunakan 1 cyclone.

Gambar 11. Grafik Hubungan antara variasi ketinggian dan jumlah cyclone terhadap

kapasitas tepung

Berdasarkan gambar 11, kapasitas paling tinggi 0,49 kg pada ketinggian 1 m dengan

menggunakan 2 cyclone, sedangkan paling rendah 0,39 kg pada ketinggian 3 m dengan 1

cyclone.

Dari data diatas yaitu density dan kapasitas tepung dipengaruhi oleh :

a) Ketinggian dan jumlah cyclone separtor

ketinggian pipa menjadi kontak saling bertemunya udara panas dengan adonan

tepung basah, semakin tinggi ketinggian pipa maka kontak proses pengeringan

semakin lama sehingga hasilnya tepung akan lebih kering. Sedangkan pada

jumlah cyclone yang digunakan, ketika menggunakan 1 cyclone maka aliran udara

panas menjadi bebas sehingga penurunan kadar air lebih cepat, berbeda dengan

menggunakan 2 cyclone. Sambungan antara cyclone 1 dan 2 memberikan

0,5500

0,5600

0,5700

0,5800

0,5900

H 1 H 2 H 3

Den

sit

y (

kg

/lit

er)

Ketinggian cyclone (meter)

1 cyclone

2 cyclone

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

H 1 m H 2 m H 3 m Kap

asit

as t

epu

ng

kel

uar

(kg

)

Ketinggian cyclone (meter)

1 cyclone

2 cyclone

13

hambatan pada aliran udara panas, sehingga waktu yang dibutuhkan semakin lama

dan tepung tidak banyak yang keluar melalui lubang ats cyclone. Hasilnya tepung

semakin kering dengan lamanya proses pengeringan.

2. Hubungan antara variasi ketinggian dan jumlah cyclone terhadap waktu proses

pengeringan, di dapatkan data sebagai berikut :

Percobaan

Waktu Tepung

Keluar

(detik)

Kecepatan Aliran

Udara m/s

H 1 m 1 cyclone 310 16,9

2 cyclone 322 16,9

H 2 m 1 cyclone 388 16,9

2 cyclone 398 16,9

H 3 m 1 cyclone 432 16,9

2 cyclone 434 16,9

Gambar 12. Grafik hubungan antara variasi ketinggian dan jumlah cyclone terhadap

waktu tepung keluar cyclone

Berdasarkan gambar 12, waktu tepung keluar paling cepat 310 detik pada ketinggian 1 m

dengan menggunakan 1 cyclone,sedangkan paling lama 434 detik pada ketinggian 3 m

dengan menggunakan 2 cyclone. Hal ini dsebabkan ketinggian dan jumlah cyclone

semakin tinggi da semakin banyak jumlah cyclone maka proses pengeringan semakin

lama.

4. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Hasil dari data yang telah dianalisa dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Variasi ketinggian dan jumlah cyclone yang digunakan terhadap hasil pengeringan

tepung, semakin besar ketinggian cyclone semakin kering tepung yang dihasilkan dan

waktu yang dibutuhkan untuk proses pengeringan semakin lama.

0

100

200

300

400

500

H 1 H 2 H 3

Wak

tu t

ep

un

g (

de

tik)

Ketinggian cyclone (meter)

1 cyclone

2 cyclone

14

4.2 Saran

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan ada kekurangannya maka saran untuk penelitian

kedepan adalah :

1. Dalam penelitian yang telah dilakukan diukur dengan density. Hal ini kurang akurat

karena massa dan volume butiran tepung kering berbeda-beda sehingga perlu

dibutuhkan alat ukur kelembaban untuk mengukur kadar air suatu zat.

DAFTAR PUSTAKA

Amalina, Afnita Nur. 2013. Analisa Matematis Pengaruh Tinggi Aliran Kolom dan Debit Aliran

Udara Terhadap Kinerja Mesin Pengering Tipe Flash Dryer untuk Pengeringan Okara.

Jurnal. Fakultas Teknik Pertanian Universitas Gajah Mada.

Effendi,M Supli. 2012. Teknologi Pengolahan dan Pengawetan Pangan. Bandung : Penerbit

Alfabeta.

Gieseler , Henning. 2007. Evaluation of Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy for in

Process Water Vapor Mass Flux Measurement During Freeze Drying. Jurnal. Department

of Pharmaceutics. University of Erlanger Germany

Giles V, Ranald. 1998. MEKANIKA FLUIDA dan HIDRAULIKA. Jakarta : Penerbit Erlangga

Ibrahim K.A. 2013. Swirling Gas Solid Flow Through Pneumatic Conveying Dryer. Jurnal.

Faculty of Engineering, Menoufiya University, Egypt.

Monteiro L, Ricardo. 2015. How to Make a Microwave Vacuum Dryer with Turntable. Jurnal.

Department of Chemical and food Engineering, Federal University of Santa Catarina, Brazil

2016. A Microwave Multi Flash drying process for Producing Cryspy Bananas. Jurnal.

Department of Chemical and food Engineering, Federal University of Santa Catarina, Brazil.

Pitts, Donald R, dkk. 1983. HEAT TRANSFER. Singapore : McGraw-Hill Book Company.

Sari, Sagita Savita, dkk. 2012. Mengenal Metode Pengeringan dalam Bidang Farmasi. Fakultas

Ilmu Kesehatan Universitas Jenderal Soedirman.

Sularso, Tahara Haruo. 1987. POMPA DAN KOMPRESOR. Jakarta : PT Pradnya Paramita.

Tipler A, Paul. 1998. FISIKA Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Penerbit Erlangga.

Van Puyvelde R Dennis. 2008. Modelling The Hold Up of Liffers in Rotary Dryers. Jurnal.

Canberra, Australia.

Zotarelli Fernanda, Marta. 2012. A Convective Multi Flash drying process for Producing

dehydrated Crispy Fruits. Jurnal. Department of Chemical and food Engineering, Federal

University of Santa Catarina, Brazil.