model sistem dan analisa pengering produk makananlibrary.usu.ac.id/download/ft/07002561.pdf ·...

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 :


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


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


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 :


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 :


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


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

:


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


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.


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.

.


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


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.


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.

model sistem dan analisa pengering produk makananlibrary.usu.ac.id/download/ft/07002561.pdf ·...

Documents