model sistem dan analisa pengering produk makananlibrary.usu.ac.id/download/ft/07002561.pdf ·...
Post on 05-Feb-2018
214 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
1
MODEL SISTEM DAN ANALISA PENGERING PRODUK MAKANAN
Abstrak
Pengeringan adalah sebuah proses dimana kelembaban dari sebuah produk makanan
dikurangi agar rasa, dan bentuk tetap terjaga dengan meningkatnya kemampuan untuk
disimpan lebih lama dan juga kemudahan pengakutannya. Produk makanan yang sangat
membutuhkan proses lanjut seperi proses pengeringan ini adalah antara lain produk
makanan bentuk bubuk seperti susu bubuk, tepung roti, dan juga produk makanan kering
seperti kismis. Berbagai model system pengeringan yang telah dikembangkan telah
dapat menjaga kualitas produk makanan seperti yang diharapkan. Pada tulisan ini akan
dijelaskan beberapa model sistim pengeringan seperti Drum Drier, Tray Dries. Tunnel
Drier dan Belt Drier yang telah diterapkan pada industri makanan.
1. Konsep dasar sistem pengeringan
Proses 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.
Perbedaan temperatur ini ditimbulkan oleh adanya aliran udara panas diatas permukaan
benda yang akan dikeringkan yang mempunyai temperatur lebih dingin.
Aliran udara panas merupakan fluida kerja bagi sistim pengeringan ini. Komponen
aliran udara yang mempengaruhi proses pengeringan adalah kecepatan, temperatur,
tekanan dan kelembaban relati£ Proses pengeringan sebuah produk makanan
membutuhkan waktu untuk mendapatkan produk kering yang diinginkan, bila berat
sebuah produk diperhitungan sebagai fungsi waktu maka akan diperoleh bentuk grafik
sebagai berikut :
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
2
Moisture Content
Gambar 1. Grafik Proses Pengeringan Makanan
Dan gambar 1 diatas dapat dijelaskan bahwa proses 1 ke 2 memperlihatkan pada proses
awal aliran udara panas dapat menguapkan sejumlah air dalam produk makanan
sebanding lurus dengan bertambahnya waktu pemanasan. Sedangkan pada proses 2 ke 3
dengan bertambahnya waktu kapasitas proses penguapan air malah berkurang
disebabkan oleh telah menurunnya temperatur aliran udara panas dan naiknya
kelembaban relatif udara sehingga udara panas menjadi jenuh dan tidak mampu lagi
menguapkan air. Untuk alasan inilah proses pengeringan dengan aliran udara panas ini
harus disediakan udara dalam jumlah besar agar kualitas produk makanan yang akan
dikeringkan sesuai dengan yang ditetapkan.
Grafik pada gambar 1 dapat dimodifikasi sehingga akan diperoleh sebuah grafik yang
dapat menjelaskan jenis kondisi pengeringan sehingga akan mempermudah membuat
model persamaannya. Laju kandungan air yang diuapkan dimodifikasi menjadi laju
pengeringan terhadap waktu sehingga diperoleh grafik sebagai berikut :
2
1
3
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
3
Time
Gambar 2. Grafik Laju Pengeringan Terhadap Waktu
Titik 1 sampai titik 2 pada gambar diatas disebut sebagai constant-rate period,
sedangkan titik 2 sampai titik 3 disebut dengan falling-rate period. Titik 2 disebut
sebagai critical moisture content.
Constant-rate period disebut juga sebagai kondisi pengeringan konstan yang dianggap
mampu menjelaskan persamaan proses pengeringan pada sistim pengeringan ini.
Selama kondisi ini berlangsung, kandungan air selalu mengumpul di permukaan
produk yang akan dikeringkan disebabkan laju difusi ke permukaan benda lebih cepat
daripada laju penguapannya serta sifat produk tidak mempengaruhi laju pengeringan.
Laju pengeringan pada kondisi ini dapat dibedakan menjadi dua mekanisme
perpindahan panas, yaitu konveksi dan konduksi.
Pada pengeringan konveksi panas yang dibutuhkan untuk menguapkan kandungan air
dari produk diberikan oleh udara suhu permukaan mendekati suhu wet bulb dari udara
masuk. Besarnya laju pengeringan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
fg
s
hTThA
M)( −
= α
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
4
dimana :
M = Laju pengeringan (kJ s)
h = koefisien konveksi (kW! m2.°C)
A = Luas pindahan panas (M2)
Tα = Temperatur aliran udara (°C)
Ts =Temperatur permukaan(°C)
hfg = Panas laten yang diukur pada suhu TS (kJ/ kg)
Proses pindahan panas yang lain adalah konduksi. Model proses pindahan panas
konduksi dapat digambarkan sebagai berikut :
Uap air
Produk yang
dikeringkan
Qkonduksi
Gambar 3. Model Proses Pindahan Panas Konduksi
Pada pengeringan konduksi suhu permukaan produk yang dikeringkan akan
mendekati suhu titik didih dari udara masuk. Besarnya laju pengeringan dapat
dihitung dengan persamaan dibawah ini :
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
5
M = kmA(Pg - Pv )
dimana :
km = Koefisien pindahan massa (kg/ s.m2.kPa)
A = Bergantung pada rancangan sistim pengering
Pg = Tekanan jenuh air yang diukur pada suhu permukaan (kPa)
Pv = Tekanan parsial uap air dalam udara (kPa)
Persamaan lain yang dapat digunakan untuk menghitung laju pengering pada
proses konduksi adalah sebagai berikut :
fg
ssumber
hTTUA
M)( −
=
dimana :
U = Koefisien pindahan panas seluruhnya diantara sumber panas dengan
permukaan (W/m2.°C)
Tsumber = Suhu sumber panas (°C)
TS = Suhu permukaan (°C)
2. Analisa Model Sistim Pengeringan
2.1 Drum Drier
Gambaran model pengering Drum Drier adalah sebagai berikut :
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
6
Water vapor
… …..
.. …..
.. ….
…… …
… .. …
… … . …
. .. ….
…. .. ….
. ….. … …..
….... …………………………..
……………………………………………………….
……………………………………………………..
……………………………………………………
…………………………………………………
………………………………………………..
……………………………………………..
…………………………………………..
…………………………………………
……………………………………….
Gambar 4. Model Pengering Drum Drier
Model pengering ini menggunakan proses konduksi untuk menguapkan air
dari produk yang akan dikeringkan. Model ini terdiri dari tiga komponen utama, yaitu
:
1. Tangki
Fungsi : Sebagai tempat produk yang akan dikeringkan. Produk yang
akan dikeringkan ditampung dan dikumpulkan di tempat ini.
Bentuk tangki dibuat sedemikian rupa agar semua produk dapat
DRUM DRIER
Knife removes
dried product Tank containing
liquid material
for drying Steam condenses
inside drum
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
7
dikeringkan dengan sempurna.
2. Drum
Fungsi : Sebagai alat pengering dimana ditempatkan uap panas ke
dalam drum MI. Drum mempunyai konstruksi sedemikian rupa
sehingga dapat dimasukan uap panas ke dalamnya. Saat drum
berputar maka proses pengeringan yang dilakukan pada drum ini
merupakan proses pengeringan lapis batas dimana produk akan
bersinggungan dengan permukaan panas dan menempel pada drum
sehingga dapat terangkut mengikuti putaran drum. Selama
pengangkutan ini kandungan air dalam produk akan menguap
sehingga saat drum berputar menyelesaikan siklus putarnya produk
telah mencapai kadar air yang diinginkan. Putaran Drum dan panas uap
yang dimasukkan diatur sedemikian rupa untuk mendapatkan produk
dengan kadar air yang ditetapkan.
3. Pisau Skrap
Fungsi: Memisahkan produk yang telah kering. Produk yang diinginkan
dan masih menempel di drum dipisahkan dan ditampung ke dalam
tangki keluaran. Proses pemisahan ini dilah-ukan dengan sebuah
pisau skrap yang dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat
memisahkan produk dari drum dengan sempurna.
Aliran massa pada sistim Drum Drier dapat dianalisa untuk mendapatkan besarnya
total energi yang digunakan. Pemasukan material ke sistim dapat dianggap sebagai
pemasukkan dua jenis aliran massa, yaitu aliran massa produk dan aliran massa air.
Saat berada dalam sistim kedua aliran terpisah dan kemudian keluar
kelingkungannya dengan cara berbeda sesuai dengan sifat-sifat zatnya. Persamaan
kesetimbangan aliran massa ini dapat digambarkan dan dijelaskan sebagai berikut
:
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
8
MH20(cair) QLoss
Mproduk Mproduk
Q
Gambar 5. Aliran Massa Pada Sistim Drum Drier Kesetimbangan
Kesetimbangan aliran massa sistim ini adalah sebagai berikut :
LossieHieprodukproduk QhhMTTCMQoooo
+−+−= )()( 20
dimana : o
Q = Laj u pindahan panas
produkMo
= Laju aliran massa produk jadi
produkC = Panas jenis dari produk jadi
eT = Suhu keluar produk
iT = Suhu masuk produk
20HMo
= Laju penguapan air
eh = Entalpi air (dalam bentuk uap) saat keluar
ih = Entalpi air (dalam bentuk cair) saat masuk
LossQo
= Kerugian panas yang keluar sistim
Alat ini dapat menjadi sangat efisien bila besar kerugian panas tidak melebihi 10%
dari jumlah total enegi yang dibutuhkan. Banyaknya produk yang akan dikeringkan
dibatasi oleh tingginya suhu pengeringan yang tersedia dan kemampuan produk
tersebut agar terjadinya proses pengeringan lapisan batas pada drum pengering.
MH2O(cair)
Drum Drier
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
9
2.2. Sistim Pengering Konveksi
Sistim pengering konveksi menggunakan aliran udara panas untuk
mengeringkan produk. Proses pengeringan terjadi saat aliran udara panas
ini bersinggungan lansung dengan permukaan produk yang akan
dikeringkan. Model pengering yang menggunakan sistim pengering ini
adalah :
2.2.1. Tray Drier
Gambaran model pengering Tray Drier adalah sebagai berikut :
Gambar 6. Model Pengering Tray Drier
Pada model ini, produk ditempatkan pada setiap rak yang tersusun sedemikian rupa
agar dapat dikeringkan dengan sempurna. Udara panas sebagai fluida kerja bagi model
ini diperoleh dari pembakaran bahan bakar, panas matahari. atau listrik.
Kelembaban relatif udara yang mana sebagai faktor pembatas kemampuan udara
menguapkan air dari produk, diperhatikan dengan mengatur pemasukan dan
pengeluaran udara ke dan dari alat pengering ini melalui sebuah alat pengalir.
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
10
2.2.2. Tunnel Drier
.
Gambaran model pengering Tunnel Drier adalah sebagi berikut :
Gambar 7. Model Pengenng Tunnel Drier
Konstruksi model pengering ini hampir serupa dengan Tray Drier. Perbedaan
mendasar terletak pada penempatan produk yang akan dikeringkan. Pada model ini
produk yang akan dikeringkan ditempatkan pada sebuah rak yang tersusun
sedemikian rupa dan susunan rak ini ditempatkan diatas sebuah kereta dorong
sehingga mempermudah pemasukan dan pengelurannya. Proses pemasukan dan
pengeluran udara panas hampir mirip dengan Tray Drier tetapi sedikit berbeda dalam
hal pengaturan aliran udara didalam sistim. Pada model ini aliran udara dapat diatur
sehingga mempunyai aliran dalam arah yang sama (aliran paralel), aliran lawan arah
(aliran counter) atau aliran silang (aliran cross) dengan letak susunan kereta.
.
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
11
2.2.3. Belt Drier
Gambaran model pengering Belt Drier adalah sebagai berikut :
Gambar 8. Model Pengering Belt Drier
Model pengering ini menggunakan penghantar sabuk yang ergerak secara kontinu
membawa produk yang akan dikeringkan- Konstruksi sabuk dibuat berlubang pada
sisi-sisinya agar aliran udara panas yang bergerak menyilang paralel atau counter
dapat mencapai semua permukaan produk sehingga kering dengan sempurna.
Untuk proses pengeringan konveksi ini, besar energi yang dibutuhkan dapat dihitung
bila semua komponen dari aliran massa yang masuk dan keluar sistim dapat diketahui.
Gambaran aliran massa dari sistim ini adalah sebagai berikut :
Udara Udara
Uap air
Produk basah
Produk kering
Q
Gambar 9. Aliran Massa Pada Sistim Pengeringan Konversi
Kesetimbangan aliran massa sistim ini adalah sebagai berikut :
Drier
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
12
[ ] lossliveevapviveaiaiaeaaPiPepepe QhhMhhTTCMTTCMQoooo
+−+−+−+−= )()()()( ω
dimana : o
Q = Energi panas yang dibutuhkan
peMo
= Laju aliran massa produk yang keluar sistem Cpe = Panas j enis produk yang keluar sistim Tpe = Suhu keluar produk Tpi = Suhu masuk produk
aMo
= Laju aliran massa udara kering yang masuk sistim aC = Panas jenis udara kering pada tekanan konstan
Tae = Suhu keluar udara . Tai = Suhu masuk udara
aiω = Kelembaban absolut udara masuk hve = Entalpi uap air dari udara keluar hvi = Entalpi uap air dari uadara masuk
evapMo
= Laju penguapan dalam sistim hli = Entalpi air dari produk yang masuk
lossQo
= Kerugian panas pada dinding dan kebocoran udara
Untuk sistim ini kerugian panas yang mencapai 20% dari total energi yang
digunakan dianggap sebagai kerugian yang signifikan dan menurunkan efisiensi
sistim. Memanfaatkan udara buang untuk digunakan kembali sebagai fluida kerja
dapat menurunkan ongkos operasional, tetapi akan menaikkan kelembaban dalam
sistim sehingga laju penguapan akan turun dan proses pengeringan tidak
sempurna. Perhitungan yang akurat dan teknik yang tepat dibutuhkan untuk
mendapatkan proses pengeringan yang sempurna dengan biaya operasional yang
tidak tinggi.
Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007 USU Repository © 2007
13
Referensi :
1. Batty, J. Clair, Steven L. Folkman, Food Engineering Fundamentals, John
Wiley & Sons, New York, 1983.
2. Incropera, Frank P., David P. Dewitt, Fundamental of Heat and Mass Transfer,
John Wiley & Sons, Singapore, 1981.
top related