Laporan Uop-02 Tray Drier Kelompok 2
May 14, 2018 | Author: Titen Pinasti | Category: N/A
Short Description
tray drier...
Description
LAPORAN PRAKTIKUM UOP 2 TRAY DRIER
Disusun Oleh: KELOMPOK 02 M. Hafiz Al Rasyid
1206219161
Reynaldi Rachmat
1206263300
Satrio Bimo Wijardono
1206220636
Titen Pinasti
1306482054
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ............................................. ................................................................... ............................................ ........................................... ..................... i BAB I - PENDAHULUAN......................................... ............................................................... ............................................ ......................... ... 1 1.1 Latar Belakang .......................................... ................................................................ ............................................ .................................... .............. 1 1.2 Tujuan Percobaan .......................................... ................................................................ ............................................ ................................ .......... 2 BAB II - TEORI DASAR ............................................... ..................................................................... ........................................... ..................... 3 2.1 Definisi dan Mekanisme Pengeringan ............................................ ................................................................. ..................... 3 2.2 Kurva Pengeringan ........................................... .................................................................. ............................................. ............................ ...... 5 2.3 Psychrometric Chart ......................................... ............................................................... ............................................. ............................. ...... 9 BAB III - PERCOBAAN ............................................ .................................................................. ............................................ ......................... ... 13 3.1. Alat dan Bahan .......................................... ................................................................ ............................................ .................................... .............. 13 3.2 Variabel-Variabel dalam Percobaan Per cobaan ................................................... .................................................................... ................. 13 3.3 Prosedur Percobaan ......................... ............................................... ............................................ ............................................ ......................... ... 13 BAB IV - DATA DAN PENGOLAHAN DATA ............................................ ...................................................... .......... 15 4.1 Pengaruh diameter partikel par tikel terhadap te rhadap pengeringan ............................................. ............................................... .. 15 4.2 Pengaruh laju alir udara terhadap te rhadap pengeringan .......................................... .................................................... .......... 22 4.3 Pengaruh Perubahan Temperatur terhadap Pengeringan Pengeringan .......................... .................................... .......... 29 BAB V - ANALISIS ................................. ....................................................... ............................................ ........................................... ..................... 37 5.1 Analisis Percobaan .............................. .................................................... ............................................ ........................................... ..................... 37 5.2 Analisis alat dan bahan............................................................. bahan................................................................................... ............................ ...... 39 5.3 Analisis Hasil Percobaan Per cobaan ......................................................... ............................................................................... ............................ ...... 40 5.4 Analisis Perhitungan ................................................. ....................................................................... ........................................... ..................... 41 5.5 Analisis Grafik ......................... ............................................... ............................................ ............................................ ................................ .......... 43 5.6 Analisis Kesalahan ................................. ....................................................... ............................................. ........................................ ................. 46 BAB VI - KESIMPULAN ............................... ..................................................... ............................................ .................................... .............. 47 DAFTAR PUSTAKA .......................................... ................................................................ ............................................ ................................ .......... 48 LAMPIRAN .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................. ......................... .. 49
i
Universitas Indonesia
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ............................................. ................................................................... ............................................ ........................................... ..................... i BAB I - PENDAHULUAN......................................... ............................................................... ............................................ ......................... ... 1 1.1 Latar Belakang .......................................... ................................................................ ............................................ .................................... .............. 1 1.2 Tujuan Percobaan .......................................... ................................................................ ............................................ ................................ .......... 2 BAB II - TEORI DASAR ............................................... ..................................................................... ........................................... ..................... 3 2.1 Definisi dan Mekanisme Pengeringan ............................................ ................................................................. ..................... 3 2.2 Kurva Pengeringan ........................................... .................................................................. ............................................. ............................ ...... 5 2.3 Psychrometric Chart ......................................... ............................................................... ............................................. ............................. ...... 9 BAB III - PERCOBAAN ............................................ .................................................................. ............................................ ......................... ... 13 3.1. Alat dan Bahan .......................................... ................................................................ ............................................ .................................... .............. 13 3.2 Variabel-Variabel dalam Percobaan Per cobaan ................................................... .................................................................... ................. 13 3.3 Prosedur Percobaan ......................... ............................................... ............................................ ............................................ ......................... ... 13 BAB IV - DATA DAN PENGOLAHAN DATA ............................................ ...................................................... .......... 15 4.1 Pengaruh diameter partikel par tikel terhadap te rhadap pengeringan ............................................. ............................................... .. 15 4.2 Pengaruh laju alir udara terhadap te rhadap pengeringan .......................................... .................................................... .......... 22 4.3 Pengaruh Perubahan Temperatur terhadap Pengeringan Pengeringan .......................... .................................... .......... 29 BAB V - ANALISIS ................................. ....................................................... ............................................ ........................................... ..................... 37 5.1 Analisis Percobaan .............................. .................................................... ............................................ ........................................... ..................... 37 5.2 Analisis alat dan bahan............................................................. bahan................................................................................... ............................ ...... 39 5.3 Analisis Hasil Percobaan Per cobaan ......................................................... ............................................................................... ............................ ...... 40 5.4 Analisis Perhitungan ................................................. ....................................................................... ........................................... ..................... 41 5.5 Analisis Grafik ......................... ............................................... ............................................ ............................................ ................................ .......... 43 5.6 Analisis Kesalahan ................................. ....................................................... ............................................. ........................................ ................. 46 BAB VI - KESIMPULAN ............................... ..................................................... ............................................ .................................... .............. 47 DAFTAR PUSTAKA .......................................... ................................................................ ............................................ ................................ .......... 48 LAMPIRAN .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................. ......................... .. 49
i
Universitas Indonesia
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengeringan adalah metoda atau proses perpindahan yang ditujukan untuk memisahkan atau mengurangi kandungan cairan dalam jumlah yang kecil dari zat padat dari permukaan bahan sampai batas tertentu sehingga perkembangan mikroorganisme maupun kegiatan enzim yang merugikan terhambat atau terhenti,dengan bantuan media pengering yang berupa uap panas yang dialirkan melewati suatu bahan yang akan dikeringkan. Media pengering biasanya udara, karena jumlahnya banyak, mudah digunakan, dan dapat dikendalikan. Konsep perpindahan massa dapat diterapkan dalam pengeringan (drying ( drying ). ). Dalam percobaan ini pengeringan akan dilakukan untuk mengeringkan suatu umpan solid/butiran padat berupa pasir dengan berbagai ukuran menggunakan unit operasi yang dinamakan tray dryer. Tray dryer adalah alat pengering yang dirancang untuk pengeringan bahan yang membutuhkan wadah. Pada alat ini terdapat tray yang digunakan sebagai tempat umpan yang dikeringkan. Proses pengeringan dilakukan pada tray kedua dari atas. Pengeringan dilakukan dengan mengalirkan udara yang dipanaskan dengan heater dan kemudian mengalir ke arah tray-tray umpan. Udara panas inilah yang akan menguapkan air yang terkandung dalam umpan yang berupa pasir hingga kering. Pengeringan (drying (drying ) adalah salah satu proses penting dalam industri. Contoh industri yang mengaplikasikan proses ini, yaitu industri semen, farmasi, dan susu. Pada proses ini terjadi perpindahan massa (mass transfer) dan perpindahan kalor (heat transfer) antara udara pengering dengan bahan padat yang akan dikeringkan. Perbedaan pengeringan dan evaporasi adalah pada pengeringan, pemisahan air (yang relatif sedikit) dari bahan padatan, sedangkan pada evaporasi (penguapan), pemisahan air (yang relatif lebih banyak) dari suatu larutan. Keuntungan pengeringan adalah sebagai berikut.
Mengurangi perkembangan
kadar
air
bahan
mikroorganisme
1
sampai dan
batas
kegiatan
dimana enzim
terjadinya
yang
dapat
Universitas Indonesia
menyebabkan pembusukan terhambat atau terhenti sehingga bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu simpan yang lebih lama (lebih awet).
Karena volumenya kecil maka akan mempermudah dan menghemat ruang penyimpanan saat pengepakan.
Lebih ringan karena volume air dalam bahan makin sedikit, sehingga memudahkan pengangkutan.
Biaya produksinya menjadi lebih murah.
1.2 Tujuan Percobaan
Praktikan dapat menentukan kondisi variabel-variabel proses operasi pengeringan yang diperlukan untuk melakukan operasi pengeringan optimum.
Praktikan mampu menggunakan Psychrometric menggunakan Psychrometric Chart.
Praktikan
mampu memprediksi laju pengeringan suatu padatan padatan basah basah
dalam suatu persamaan empiris.
Untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel, variasi temperatur, dan variasi laju alir udara terhadap laju pengeringan.
Praktikan mampu menerangkan tahapan-tahapan pengeringan dalam suatu kurva pengeringan.
Praktikan dapat menerangkan dasar-dasar mekanisme pengeringan.
2
Universitas Indonesia
BAB II TEORI DASAR
2.1 Definisi dan Mekanisme Pengeringan Pengeringan
Pengeringan adalah suatu peristiwa perpindahan massa dan energi yang terjadi dalam pemisahan cairan atau kelembaban dari suatu bahan sampai batas kandungan air yang ditentukan dengan menggunakan gas sebagai fluida sumber panas dan penerima uap cairan (Treybal, 1980). Dalam proses pengeringan terjadi pemakaian panas dan pemindahan air dari bahan yang dikeringkan yang berlangsung secara serentak. Proses pengeringan melibatkan metode perpindahan panas konduksi, konveksi dan atau radiasi. Pada sistem pengering konduksi, medium pemanas yang digunakan biasanya uap panas dan terpisah dari bahan padat yang akan dikeringkan, contohnya pada drum dryer, yang kadang kala dikombinasi dengan sistem vakum. Pada sistem pengering tipe konveksi, medium pemanas yang dipakai biasanya udara yang mengalami kontak langsung dengan bahan pangan padat yang dikeringkan. diker ingkan. Pada sistem ini terjadi difusi uap air dari dan di dalam produk. Contoh pengering tipe konveksi misalnya pengering oven, pengering semprot ( spray dryer ), fluidized ), fluidized bed dryer, rotary dryer . Pengering tipe radiasi memakai sumber panas dari radiant energy, misalnya alat pengering yang menggunakan energi microwave untuk mengeringkan suatu produk. Pengeringan merupakan proses penghilangan sejumlah air dari material. Dalam pengeringan, air dihilangkan dengan prinsip perbedaan kelembaban antara udara pengering dengan bahan yang dikeringkan. Material biasanya dikontakkan dengan udara kering yang kemudian terjadi perpindahan massa air dari material ke udara pengering. Dalam beberapa kasus, air dihilangkan secara mekanik dari material padat dengan cara di-press, sentrifugasi dan lain sebagainya. Cara ini lebih murah dibandingkan pengeringan dengan menggunakan panas. Kandungan air dari bahan yang sudah dikeringkan bervariasi bergantung dari produk yang ingin dihasilkan. Sebagai contoh, garam kering mengandung 0.5% air, batu bara mengandung 4% air dan produk makanan mengandung sekitar 5% air. Biasanya pengeringan merupakan proses akhir sebelum pengemasan pengemasan dan membuat beberapa
3
Universitas Indonesia
benda lebih mudah untuk ditangani. Ketika benda basah dikeringkan secara termal, ada dua proses yang berlangsung secara simultan (Rohman, 2008), yaitu : 1. Perpindahan energi dari lingkungan untuk menguapkan air yang terdapat di permukaan benda padat. Perpindahan energi dari lingkungan ini dapat berlangsung secara konduksi, konveksi, radiasi, atau kombinasi dari ketiganya. Proses ini dipengaruhi oleh temperatur, kelembaban, laju dan arah aliran udara, bentuk fisik padatan, luas permukaan kontak dengan udara dan tekanan. Proses ini merupakan proses penting selama tahap awal pengeringan ketika air tidak terikat dihilangkan. Penguapan yang terjadi pada permukaan padatan dikendalikan oleh peristiwa difusi uap dari permukaan padatan ke lingkungan melalui lapisan film tipis udara. 2. Perpindahan massa air yang terdapat di dalam benda ke permukaan. Ketika terjadi penguapan pada permukaan padatan, terjadi perbedaan temperatur sehingga air mengalir dari bagian dalam benda padat menuju ke permukaan benda padat. Struktur benda padat tersebut akan menentukan mekanisme aliran internal air. Beberapa mekanisme aliran internal air yang dapat berlangsung diantaranya adalah: a. Difusi, pergerakan ini terjadi bila kandungan air pada padatan berada di bawah titik jenuh atmosferik dan padatan dengan cairan di dalam sistem bersifat mutually soluble. Contoh: pengeringan tepung, kertas, kayu, tekstil dan sebagainya. b. Capillary flow, cairan bergerak mengikuti gaya gravitasi dan kapilaritas. Pergerakan ini terjadi bila equilibrium moisture content berada di atas titik jenuh atmosferik. Contoh: pada pengeringan tanah, pasir, dll. Benda padat basah yang diletakkan dalam aliran gas kontinyu akan kehilangan kandungan air sampai suatu saat tekanan uap air di dalam padatan sama dengan tekanan parsial uap air dalam gas. Keadaan ini disebut equilibrium dan kandungan air yang berada dalam padatan disebut equilibrium moisture content. Pada kesetimbangan, penghilangan air tidak akan terjadi lagi kecuali apabila material
4
Universitas Indonesia
diletakkan pada lingkungan (gas) dengan relative humidity yang lebih rendah (tekanan parsial uap air yang lebih rendah). Beberapa produk mempunyai kandungan kelembaban awal yang tinggi. Karena itu, terjadi pengurangan awal linear dari kandungan kelembaban rata-rata produk sebagai fungsi waktu dapat diamati dalam waktu singkat. Jika pengeringan dilanjutkan, kemiringan kurva laju pengeringan menjadi kurang tajam (falling rate periode) dan pada akhirnya cenderung menjadi horizontal dan pada waktu yang sangat panjang menjadi setimbang dengan media dehidrasi. Pada falling rate periode, perpindahan air dari produk ke permukaan terjadi karena difusi molekular. Hal ini berbarti bahwa air dipindahkan dari zona dengan kelembaban yang lebih tinggi menuju ke zona dengan nilai yang lebih rendah, sebuah fenomena yang dijelaskan dengan hukum kedua termodinamika. 2.2 Kurva Pengeringan
Karakteristik proses pengeringan suatu bahan bergantung pada waktu yang diperlukan, sehingga kurva kandungan air bahan terhadap waktu yang diperlukan untuk mengeluarkan air dari bahan tersebut dapat digambarkan seperti dalam Gambar 2, yang dinamakan kurva pengeringan. Pada proses pengeringan berlaku dua proses, yaitu pada permulaan proses air dipermukaan bahan akan diuapkan, seperti yang digambarkan pada kurva pengeringan yang berkemiringan rendah, kemudian barulah berlaku proses pemindahan air dari bahagian dalam bahan ke permukaaannya. Semakin lama semakin sedikit air yang diuapkan. Proses ini berlangsung sampai air yang terikat saja yang tinggal di dalam bahan tersebut, seperti digambarkan oleh kurva asimptot di sebelah kanan grafik.
5
Universitas Indonesia
Gambar 2.1. Kurva Pengeringan
Kurva penting lainnya yang dapat menjelaskan mekanisme pengeringan dengan lebih baik adalah kurva kadar pengeringan, seperti ditunjukkan pada gambar 3, yang menggambarkan kadar perubahan kandungan air bahan terhadap kandungan air bahan mulamula. Untuk semua bahan, seperti yang disebutkan di atas, tahap awal pengeringan merupakan tahap kadar pengeringan konstan. Pada keadaan ini air pada permukaan bahan diuapkan pada kadar yang ditentukan oleh kualitas udara yang ditempatinya yaitu suhu, kelembaban relatif, tekanan, dan kadar aliran udara seperti yang telah dibicarakan sebelumnya, oleh sebab itu kadar pengeringan tetap. Tahap berikutnya pemindahan air dari bahan ke permukaan luar, air dipermukaan bahan diuapkan dan air yang dikandung bahan dialirkan keluar melalui proses resapan. Semakin jauh air dipindahkan dari permukaan bahan, kadar resapan semakin berkurang sehingga mengakibatkan kadar pengeringan berkurang. Gambar 3 menunjukkan kadar pengeringan bahan bukan higroskopik berkurang pada peringkat kedua pengeringan dan seterusnya sehingga semua air yang dikandungnya habis keluar. Untuk bahan higroskopik pula, pada awal pengeringan mempunyai bentuk yang sama dengan bahan bukan higroskopik jika kualitas udara sama. Kadar pengurangannya juga akan sama sampai semua air yang tak terikat menguap. Setelah itu kadar pengeringan akan berkurang lagi apabila air yang terikat menguap, sampai tahap air tidak dapat lagi dikeluarkan
6
Universitas Indonesia
dari bahan tersebut. Pada tahap ini terjadi kesetimbangan antara uap air yang dikandung oleh bahan dengan medium udara. Pada Gambar 3 keadaan ini ditunjukkan dengan kadar pengeringannya menjadi nol. Untuk bahan higroskopik, kadar pengeringan pada tahap ketiga ini harus dikurangi, hal ini penting agar permukaan bahan tidak pecah atau retak akibat resapan air ke permukaan yang terlalu perlahan. Dimana permukaan bahan kering sedangkan air masih ada di dalam bahan. Seandainya hal ini terjadi dalam proses pengeringan hasil pertanian, maka mutu bahan yang dihasilkan akan merosot
Gambar 2.2. Kurva Kadar Pengeringan
Laju pengeringan suatu bahan yang dikeringkan antara lain ditentukan oleh sifat bahan tersebut seperti bulk density, kadar air awal, serta hubungannya dengan kadar air kesetimbangan pada kondisi pengeringan. Laju pengeringan maksimum biasanya tidak dipakai. Hal ini untuk mengurangi dan mencegah terjadinya pengkerutan, pengerasan permukaan, retak permukaan bahan serta akibat lain yang tidak diinginkan terjadi pada pengeringan produk pangan padat.
7
Universitas Indonesia
Gambar 2.3. Kurva Laju Pengeringan
Laju pengeringan tetap
Periode laju pengeringan tetap dicirikan dengan penguapan air dari suatu permukaan yang jenuh basah suatu produk atau permukaan air di dalam produk yang dikeringkan. Laju pengeringan tetap ini akan berlangsung terus selama migrasi air ke permukaan (ke tempat penguapan berlangsung) lebih besar dari pada air yang menguap dari permukaan. Suhu permukaan bahan yang dikeringkan pada kondisi ini relatif tetap, mendekati suhu bola basah udara pengering, dan laju pengeringan tetap ini tidak bergantung kepada produk yang dikeringkan.
Laju pengeringan menurun
Bila proses pengeringan diteruskan, air di dalam produk akan berkurang, migrasi air ke permukaan tidak mampu mengimbangi cepatnya air menguap dari permukaan ke udara sekitar. Dimulainya fase ini merupakan akhir dari periode pengeringan dengan laju tetap dan disebut kadar air kritis (critical moisture content), tanda dimulainya periode laju pengeringan menurun pertama. Pada keadaan tersebut, permukaan bahan yang dikeringkan sudah tidak jenuh dan mulai kelihatan ada bagian yang mengering. Faktor yang mengendalikan laju pengeringan pada periode ini adalah hal-hal yang mempengaruhi perpindahan air di dalam bahan padat
8
Universitas Indonesia
yang dikeringkan. Bergantung dari produk yang dikeringkan, produk pangan yang tidak higroskopis biasanya hanya memiliki satu periode laju pengeringan menurun, sedangkan produk pangan higroskopis memiliki dua periode laju pengeringan menurun. Periode laju pengeringan menurun biasanya merupakan periode operasional pengeringan terpanjang. Pada pengeringan biji-bijian, kadar air awal biji yang dikeringkan biasanya sudah berada di bawah kadar air kritisnya, sehingga hanya periode laju pengeringan menurun yang bisa teramati. Pada periode laju pengeringan menurun, laju pengeringan terutama bergantung kepada suhu udara pengering dan ketebalan tumpukan bahan yang dikeringkan.Pada periode laju pengeringan menurun kedua, laju pengeringan dikendalikan oleh perpindahan air didalam bahan padat produk, tidak dipengaruhi oleh kondisi diluar bahan padat tersebut. Bermacam mekanisme perpindahan air dalam produk bisa terjadi karena kombinasi berbagai faktor seperti difusi cairan, perpindahan cairan karena tenaga kapiler dan difusi uap air.
2.3 Psychrometric Chart
Psychrometric chart adalah sebuah diagram yang menggambarkan kesetimbangan sebuah cairang dalam udara/gas yang berdasarkan pada fungsi suhu,tekanan dan volume spesifik. Diagram ini dapat digunakan menentukkan kandungan cairan yang ada didalam gas tersebut untuk kondisi dan parameter tertentu. Psychrometric chart yang sudah paling umum digunakan dan dibuat adalah Psychrometric chart uap air-udara. Psikometrik merupakan suatu bahasan tentang sifat-sifat campuran udara dengan uap air, dan ini mempunyai arti yang sangat penting dalam pengkondisian udara karena udara pada atmosfir merupakan percampuran antara udara dan uap air, jadi tidak benar benar kering. Kandungan uap air dalam udara pada untuk suatu keperluan harus dibuang atau malah ditambahkan. Pada bagan psikometrik ada dua hal yang penting, yaitu penguasaan akan dasar-dasar bagan dan kemampuan menentukan sifat-sifat pada kelompok-kelompok keadaan lain, misalnya tekanan barometrik yang tidak standar. Untuk memahami proses-proses yang
9
Universitas Indonesia
terjadi pada karta psikometrik perlu adanya pemahaman tentang hukum Dalton dan sifat-sifat yang ada dalam karta psikometrik, antara lain:
Gambar 2.4. Psychrometric Chart
1. Temperatur bola kering. Temperatur bola kering merupakan temperatur yang terbaca pada termometer sensor kering dan terbuka, namun penunjukan dari temperatur ini tidak tepat karena adanya pengaruh radiasi panas. 2. Temperatur bola basah. Temperatur bola basah merupakan temperatur yang terbaca pada termometer dengan sensor yang dibalut dengan kain basah. Untuk mengukur temperatur ini diperlukan aliran udara sekurangnya adalah 5 m/s. Temperatur bola basah sering disebut dengan temperatur jenuh adiabatic.
10
Universitas Indonesia
Gambar 2.5. Termometer Suhu Bola Basah dan Suhu Bola Kering
3. Titik embun. Titik embun adalah temperatur air pada keadaan dimana tekanan uapnya sama dengan tekanan uap air dari udara. Jadi pada temperatur tersebut uap air dalam udara mulai mengembun dan hal tersebut terjadi apabila udara lembab didinginkan. Pada tekanan yang berbeda titik embun uap air akan berbeda, semakin besar tekanannya maka titik embunnya semakin besar. 4. Kelembaban relatif. Kelembaban relatif didefinisikan sebagai perbandingan fraksi molekul uap air di dalam udara basah terhadap fraksi molekul uap air jenuh pada suhu dan tekanan yang sama, atau perbandingan antara tekanan persial uap air yang ada di dalam udara dengan tekanan jenuh uap air yang ada pada temperatur yang sama. Kelembaban relatif dapat dikatakan sebagai kemampuan udara untuk menerima kandungan uap air, jadi semakin besar RH semakin kecil kemampuan udara tersebut untuk menyerap uap air. Kelembaban ini dapat dirumuskan:
dimana: Pw = Tekanan parsial uap air Pws = Tekanan jenuh uap air
11
Universitas Indonesia
5. Kelembaban spesifik (rasio kelembaban) Kelembaban spesifik (w) adalah berat atau massa air yang terkandung didalam setiap kilogram udara kering, atau perbandingan antara massa uap air dengan massa udara kering yang ada didalam atmosfir. Kelembaban spesifik dapat dirumuskan:
dimana : W = Kelembaban spesifik Mw = Massa uap air Ma = Massa udara kering 6. Entalpi Entalpi merupakan energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada temperatur tertentu, atau jumlah energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg udara kering dan x kg air (dalam fasa cair) dari 0oC sampai mencapai t oC dan menguapkannya menjadi uap air (fasa gas). 7. Volume spesifik Volume spesifik merupakan volume udara campuran dengan satuan meterkubik per kilogram udara kering.
12
Universitas Indonesia
BAB III PERCOBAAN 3.1. Alat dan Bahan 3.1.1 Alat
1. Mesin tray Drier 2. Tray 3. Timbangan 4. Psychrometer 5. Anemometer 6. Stopwatch 3.1.2 Bahan
1. Pasir dengan 3 ukuran (0.3 mm, 0.5 mm, dan 0.7 mm) 2. Air 3.2 Variabel-Variabel dalam Percobaan
1. Diameter Partikel (pasir) 2. Temperatur 3. Laju alir udara 4. Waktu 3.3 Prosedur Percobaan 3.3.1 Prosedur Umum
1. Mengisi tray dengan pasir (bahan non porous granular solid) dengan diameter 0.7 mm dengan tebal kira-kira 10 mm. 2. Menimbang dulu berat pasir kering sebelum dijenuhkan dengan air. 3. Menyemprotkan air ke pasir sampai agak basah, kemudian menimbang berat nya. 4. Mengatur pengontrol kecepatan udara pengering dan pemanas 5. Mencatat berat pasir pada tiap interval waktu 3 menit selama 15 menit, selama operasi pengeringan.
13
Universitas Indonesia
6. Setiap 3 menit mengukur dan mencatat suhu wet bulb dan dry bulb di titik upstream dan titik downstream. 7. Mengukur dan mencatat laju alir udara keluar dan temperaturnya pada 5 titik ( tengah, kanan atas, kiri atas, kiri bawah, dan kanan bawah) 3.3.2 Pengaruh ukuran partikel
1. Mengisi tray dengan pasir (bahan non porous granular solid) dengan diameter 0.5 mm dengan tebal kira-kira 10 mm. 2. Menimbang dulu berat pasir kering sebelum dijenuhkan dengan air. 3. Menyemprotkan air ke pasir sampai agak basah, kemudian menimbang berat nya. 4. Mengatur pengontrol kecepatan udara pengering dan pemanas 5. Mencatat berat pasir pada tiap interval waktu 3 menit selama 15 menit selama operasi pengeringan. 6. Setiap 3 menit mengukur dan mencatat suhu wet bulb dan dry bulb di titik upstream dan titik downstream. 7. Mengukur dan mencatat laju alir udara keluar dan temperaturnya pada 5 titik ( tengah, kanan atas, kiri atas, kiri bawah, dan kanan bawah). 8. Melakukan percobaan diatas untuk pasir dengan diameter 0.3 mm.
14
Universitas Indonesia
BAB IV DATA DAN PENGOLAHAN DATA
4.1 Pengaruh diameter partikel terhadap pengeringan
Percobaan 1: Diameter partikel = 0,7 mm.
Skala laju alir
=8
Skala temperatur
=5
Berat tray kosong
= 221 g
Berat tray dengan pasir
= 569 g
Berat pasir
= 348 g
Luas Tray
= 600 cm2
Tabel 4.1. Tabel Data Pengamatan Percobaan 1 – Variasi Diameter (0,7 mm) T
T
(g)
downstream o ( C)
Upstream o ( C)
0
596
Wet 27
Dry 28,5
Wet 27
Dry 28,5
3 6
593 592
27 27
28,5 28,5
26,7 26,5
28 28
3,1 3,6 3,4 3,5 3,1 3,1 3,6 3,5 3,5 3
3,34 3,34
9 12 15
590 590 590
27 27 27
28,5 28,5 28,5
26,5 26,5 26,5
28 28 28
3,1 3,6 3,5 3,5 3 2,9 3,5 3,5 3,3 2,9 3 3,5 3,5 3,4 3
3,34 3,22 3,28
t
W
(min)
v
1 3,1
(m/s)
2 3 4 5 3,5 3,3 3,4 3,1
Average 3,28
Keterangan
t
= waktu
W
= berat tray + pasir + air
T
= suhu
v
= laju alir udara
15
Universitas Indonesia
Dari data diatas, maka pertama dapat ditentukan kandungan air terhadap waktu dengan menggunakan persamaan berikut:
Dengan X i
= kandungan air dalam pasir (g H 2O/g padatan kering)
W i
= berat pasir dalam tray selama pengamatan (g)
W st
= berat pasir kering dengan tray (g)
W s
= padatan kering (g) Setelah itu, dicari nilai laju pengeringan melalui metode penurunan berat.
Laju pengeringan diukur dari berat massa air yang berpindah selama proses pengeringan. Laju pengeringan mengikuti persamaan berikut:
| | | |
Dengan Ri
= laju pengeringan (g/m2s)
ΔW
= perubahan berat pasir dalam tray selama pengamatan (g)
Δt
= interval pengambilan data (s)
A s
= luas permukaan tray = 600 cm2 Sebagai perbandingan, diukur pula laju pengeringan dengan metode
perubahan kelembaban. Pada metode ini, laju pengeringan diukur berdasarkan suhu wetbulb dan drybulb pada downstream dan outstream yang memiliki hubungan terhadap kelembapan yang dapat dicari dari psychometric chart . Laju pengeringan mengikuti persamaan berikut:
Dengan m
= laju pengeringan (g/s)
v
= kecepatan rata-rata udara pengering (m/s)
16
Universitas Indonesia
= densitas udara (g/m3)
A
= luas permukaan tray = 600 cm2
ΔH
= selisih kelembaban pada downstream dan upstream
Untuk mencari nilai densitas udara, dapat digunakan melalui persamaan ga s ideal, yaitu sebagai berikut
Dengan P
= tekanan sistem (atm)
Mr
= berat molekul udara (g/mol)
= konstanta gas ideal (l.atm/mol.K)
T
= suhu (yang digunakan adalah suhu inlet/suhu drybulb upstream) (K)
Seluruh perhitungan ditabulasikan ke dalam tabel berikut: Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Percobaan 1 – Variasi Diameter (0,7 mm)
t
W i
X i
R i
0
596
0,077586
3 6
593 592
0,068966 0,000798 1172,997 0,00206 0,02173 4,623799 0,066092 0,000266 1172,997 0,00206 0,02138 4,541525
9 12 15
590 590 590
0,060345 0,000532 1172,997 0,00206 0,02138 4,541525 0,060345 0 1172,997 0,00206 0,02138 4,378356 0,060345 0 1172,997 0,00206 0,02138 4,45994
0
H in
H out
1172,997 0,00206 0,00206
m
0
Percobaan 2: Diameter partikel = 0,5 mm.
Skala laju alir
=8
Skala temperatur
=5
Berat tray kosong
= 221 g
Berat tray dengan pasir = 446 g
Berat pasir
= 225 g
Luas Tray
= 600 cm2
17
Universitas Indonesia
Tabel 4.3. Tabel Data Pengamatan Percobaan 2 – Variasi Diameter (0,5 mm) T t
W
(min)
(g)
0 3 6
457 457 456
9 12 15
456 455 454
T
downstream o ( C)
Upstream o ( C)
v
1 3,2
(m/s)
Wet 27,5
Dry 32
Wet 27,5
Dry 32
2 3 4 5 3,8 3,2 3,1 2,2
27,5 27,5
32 32
27 27
30 30
3,3 3,7 3,3 3,3 3,8 3
2,2 2,3
3,1 3,08
27,5 27,5 27,5
32 32 32
27 27 27
30 30 30
3,2 3,8 3,1 2,9 2,4 3,4 2,7 3,3 2,9 2,4 3,3 4,1 3 2,8 2,1
3,08 2,94 3,06
3 3
Average 3,1
Keterangan
t
= waktu
W
= berat tray + pasir + air
T
= suhu
v
= laju alir udara Menggunakan algoritma seperti pada percobaan 1, maka dapat dihitung
nilai kandungan air dalam pasi ( X i) yang kemudian dapat digunakan untuk menghitung laju pengeringan dengan metode perubahan berat ( Ri). Hasil Ri kemudian dibandingkan dengan laju pengeringan yang dihitung dari perubahan kelembaban (mi). Perhitungan ditabulasikan ke dalam tabel berikut: Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Percobaan 2 – Variasi Diameter (0,5 mm)
t
W i
X i
R i
0
457
0,048889
3 6 9
457 456 456
0,048889 0 1159,536 0,02148 0,02142 0,01294 0,044444 0,000412 1159,536 0,02148 0,02142 0,012857 0,044444 0 1159,536 0,02148 0,02142 0,012857
12 15
455 454
0,04 0,035556
0
0,000412 0,000412
H in
H out
1159,536 0,02148 0,02148
m
0
1159,536 0,02148 1159,536 0,02148
0,02142 0,012273 0,02142 0,012773
18
Universitas Indonesia
Percobaan 3: Diameter partikel = 0,3 mm.
Skala laju alir
=8
Skala temperatur
=5
Berat tray kosong
= 221 g
Berat tray dengan pasir = 558 g
Berat pasir
= 337 g
Luas Tray
= 600 cm2
Tabel 4.5. Tabel Data Pengamatan Percobaan 2 – Variasi Diameter (0,5 mm) T t
W
(min)
(g)
T
downstream o ( C)
Upstream o ( C)
Wet 27
Dry 29,5
Wet 27
Dry 29,5
1 2,9
v
(m/s)
2 3 4 5 4,1 3,5 3,8 2,7
Average 3,4
0 3 6
581 580 579
27 26,5
29 29
26,5 26,5
29 29,5
3,1 4,2 3,6 3,7 3,7 3,1 3,8 3,5 3,6 3,7
3,66 3,54
9 12
578 578
27 27
29 29
26,5 27
31 31,5
3 3,1
3,7 3,5 3,6 3 4,2 3,7 4 3,1
3,36 3,62
15
578
27
29
25
30
3,1 3,9 3,6 3,6 3,1
3,46
Keterangan
t
= waktu
W
= berat tray + pasir + air
T
= suhu
v
= laju alir udara Menggunakan algoritma seperti pada percobaan 1, maka dapat dihitung
nilai kandungan air dalam pasi ( X i) yang kemudian dapat digunakan untuk menghitung laju pengeringan dengan metode perubahan berat ( Ri). Hasil Ri kemudian dibandingkan dengan laju pengeringan yang dihitung dari perubahan kelembaban (mi). Perhitungan ditabulasikan ke dalam tabel berikut:
19
Universitas Indonesia
Tabel 4.6. Hasil Perhitungan Percobaan 3 – Variasi Diameter (0,3 mm) X i
t
W i
R i
0 3
581 580
0,068249 0 1169,119 0,02163 0,02163 0 0,065282 0,000275 1171,055 0,02184 0,02095 0,228876
6 9 12
579 578 578
0,062315 0,000275 1171,055 0,02095 0,02074 0,052234 0,059347 0,000275 1171,055 0,02184 0,0201 0,410787 0,059347 0 1171,055 0,02184 0,02078 0,269614
15
578
0,059347
0
H in
H out
m
1171,055 0,02184 0,01797 0,940839
Dari hasil ketiga percobaan variasi diameter ini, dapat dibuat hubungan kandungan air terhadap waktu, kandungan air terhadap laju penguapan (dengan metode perubahan berat), dan kandungan air terhadap laju penguapan (dengan metode perbedaan kelembaban) yang disajikan dalam grafik berikut: 0,09 0,08 0,07 0,06 X
0,05
0,7 mm
0,04 0,5 mm 0,03 0,3 mm
0,02 0,01 0 0
5
10
15
20
t (menit)
Gambar 4.1. Grafik hubungan kandungan air terhadap waktu untuk setiap
diameter partikel
20
Universitas Indonesia
0,0009 0,0008 0,0007 0,0006 0,0005
0,7 mm
R 0,0004
0,5 mm
0,0003
0,3 mm
0,0002 0,0001 0 -0,0001
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
X
Gambar 4.2. Grafik hubungan kandungan air terhadap laju pengeringan dihitung
dengan metode perubahan berat untuk setiap diameter partikel
1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5
0,3 mm
0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,058
0,06
0,062
0,064
0,066
21
0,068
0,07
Universitas Indonesia
0,016 0,014 0,012 0,01 0,008
0,5 mm
0,006 0,004 0,002 0 0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,7 mm
0,08 0,06 0,04 0,02 0 0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
Gambar 4.3. Grafik hubungan kandungan air terhadap laju pengeringan dihitung
dengan metode perubahan kelembaban untuk setiap diameter partikel 4.2 Pengaruh laju alir udara terhadap pengeringan
Percobaan 1: Skala laju udara 5
Diameter partikel
= 0,7 mm
Skala temperatur
=2
Berat tray kosong
= 221 g
Berat tray dengan pasir = 558 g
22
Universitas Indonesia
Berat pasir
= 337 g
Luas Tray
= 600 cm2
Tabel 4.7. Tabel Data Pengamatan Percobaan 1 – Variasi Skala Laju Udara (5) T
T
(g)
downstream o ( C)
0 3
591 591
Wet 26 26
Dry 27,5 27,5
Wet 26 26
Dry 27,5 27,5
1 2 3 4 5 1,9 2 2,3 2,2 2 1,8 2,1 2,3 2,2 1,9
6 9 12 15
591 590 590 590
26 26 26 26
27,5 27,5 27,5 27,5
26,5 26,5 26,5 26,5
27,5 28 28 28
1,8 1,9 1,7 1,7
t
W
(min)
Upstream o ( C)
v
2,1 2,2 2,1 2,2
(m/s)
2,5 2,2 1,9 2,5 2,3 1,8 2,2 2 1,9 2,1 2 1,8
Average 2,08 2,06
2,1 2,14 1,98 1,96
Keterangan
t
= waktu
W
= berat tray + pasir + air
T
= suhu
v
= laju alir udara
Dari data diatas, seperti pada percobaan variasi diameter, pertama dapat ditentukan kandungan air terhadap waktu dengan menggunakan persamaan berikut:
Dengan X i
= kandungan air dalam pasir (g H 2O/g padatan kering)
W i
= berat pasir dalam tray selama pengamatan (g)
W st
= berat pasir kering dengan tray (g)
W s
= padatan kering (g)
23
Universitas Indonesia
Setelah itu, dicari nilai laju pengeringan melalui metode penurunan berat. Laju pengeringan diukur dari berat massa air yang berpindah selama proses pengeringan. Laju pengeringan mengikuti persamaan berikut:
| | | |
Dengan Ri
= laju pengeringan (g/m2s)
ΔW
= perubahan berat pasir dalam tray selama pengamatan (g)
Δt
= interval pengambilan data (s)
A s
= luas permukaan tray = 600 cm2 Sebagai perbandingan, diukur pula laju pengeringan dengan metode
perubahan kelembaban. Pada metode ini, laju pengeringan diukur berdasarkan suhu wetbulb dan drybulb pada downstream dan outstream yang memiliki hubungan terhadap kelembapan yang dapat dicari dari psychometric chart . Laju pengeringan mengikuti persamaan berikut:
Dengan m
= laju pengeringan (g/s)
v
= kecepatan rata-rata udara pengering (m/s)
= densitas udara (g/m3)
A
= luas permukaan tray = 600 cm2
ΔH
= selisih kelembaban pada downstream dan upstream Untuk mencari nilai densitas udara, dapat digunakan melalui persamaan
gas ideal, yaitu sebagai berikut
Dengan P
= tekanan sistem (atm)
Mr
= berat molekul udara (g/mol) 24
Universitas Indonesia
= konstanta gas ideal (l.atm/mol.K)
T
= suhu (yang digunakan adalah suhu inlet/suhu drybulb upstream) (K)
Seluruh perhitungan ditabulasikan ke dalam tabel berikut: Tabel 4.8. Hasil Perhitungan Percobaan 1 – Variasi Skala Laju Udara (5) X i
t
W i
R i
0 3 6 9
591 591 591 590
0,063218 0 0,063218 0 0,063218 0 0,060345 0,000266
1176,9 1176,9 1176,9 1176,9
0,02072 0,02072 0,02072 0,02072
12 15
590 590
0,060345 0,060345
1176,9 1176,9
0,02072 0,02138 0,092278 0,02072 0,02138 0,091346
0 0
H in
H out
m
0,02072 0 0,02072 0 0,02159 0,129012 0,02138 0,099735
Percobaan 2: Skala laju udara 8
Diameter partikel
= 0,7 mm
Skala temperatur
=2
Berat tray kosong
= 221 g
Berat tray dengan pasir = 558 g
Berat pasir
= 337 g
Luas Tray
= 600 cm2
Tabel 4.9. Tabel Data Pengamatan Percobaan 2 – Variasi Skala Laju Udara (8) T t
(min)
W
T
downstream
Upstream
o
(m/s)
o
( C)
(g)
v
( C)
Wet
Dry
Wet
Dry
1
2
3
4
5
Average
0
592
27
28
27
28
3,4 3,4 3,6 3,3 3,3
3,4
3
592
27
28
26,5
28
3,1 3,6 3,6 3,6
3,38
6
591
27
28
26,5
28
3,2 3,7 3,6 3,5 3,2
3,44
9
590
27
28
26,5
28
3,2 3,5 3,5 3,5 3,4
3,42
12
590
27
28
26,5
28
15
590
27
28
26,5
28
25
3
3
3,5 3,5 3,5 3,1
3,32
3,4 3,1 3,5 3,4 3,2
3,32
Universitas Indonesia
Keterangan
t
= waktu
W
= berat tray + pasir + air
T
= suhu
v
= laju alir udara Menggunakan algoritma seperti pada percobaan 1, maka dapat dihitung
nilai kandungan air dalam pasi ( X i) yang kemudian dapat digunakan untuk menghitung laju pengeringan dengan metode perubahan berat ( Ri). Hasil Ri kemudian dibandingkan dengan laju pengeringan yang dihitung dari perubahan kelembaban (mi). Perhitungan ditabulasikan ke dalam tabel berikut: Tabel 4.10. Hasil Perhitungan Percobaan 2 – Variasi Skala Laju Udara (8) t
W i
0 3 6 9 12 15
592 592 591 590 590 590
X i
R i
0,066092 0 0,066092 0 0,063218 0,000266 0,060345 0,000266 0,060345 0 0,060345 0
1174,945 1174,945 1174,945 1174,945 1174,945 1174,945
H in
0,02227 0,02227 0,02227 0,02227 0,02227 0,02227
H out
0,02227 0,02138 0,02138 0,02138 0,02138 0,02138
m
0 0,212068 0,215833 0,214578 0,208304 0,208304
Percobaan 3: Skala laju udara 11
Diameter partikel
= 0,7 mm
Skala temperatur
=2
Berat tray kosong
= 221 g
Berat tray dengan pasir = 558 g
Berat pasir
= 337 g
Luas Tray
= 600 cm2
26
Universitas Indonesia
Tabel 4.11. Tabel Data Pengamatan Percobaan 3 – Variasi Skala Laju Udara (11) T t
W
(min)
(g)
T
downstream o ( C)
Upstream o ( C)
Wet 26,5
Dry 28
Wet 26,5
Dry 28
v
1 4
(m/s)
2 3 4 5 4,1 4,3 4,5 4,4
Average 4,26
0 3 6
592 583 583
26,5 26,5
28 28
26 26
28 28
4,1 4,8 4,6 4,6 4,2 4 4,7 4,6 4,5 4,4
4,46 4,44
9 12 15
583 582 581
26,5 26,5 26,5
28 28 28
26 26 25,5
28 28 28
4,1 4,5 4,3 4,4 4,1 4,4 4,8 4,7 4,6 4,2 4,2 4,7 4,7 4,5 4,2
4,28 4,54 4,46
Keterangan
t
= waktu
W
= berat tray + pasir + air
T
= suhu
v
= laju alir udara Menggunakan algoritma seperti pada percobaan 1, maka dapat dihitung
nilai kandungan air dalam pasi ( X i) yang kemudian dapat digunakan untuk menghitung laju pengeringan dengan metode perubahan berat ( Ri). Hasil Ri kemudian dibandingkan dengan laju pengeringan yang dihitung dari perubahan kelembaban (mi). Perhitungan ditabulasikan ke dalam tabel berikut: Tabel 4.12. Hasil Perhitungan Percobaan 3 – Variasi Skala Laju Udara (8) t
W i
0 3 6 9 12 15
592 583 583 583 582 581
X i
R i
H in
H out
m
0,066092 0 1174,945 0,02138 0,02138 0 0,04023 0,002395 1174,945 0,02138 0,0205 0,276686 0,04023 0 1174,945 0,02138 0,0205 0,275445 0,04023 0 1174,945 0,02138 0,0205 0,265519 0,037356 0,000266 1174,945 0,02138 0,0205 0,281648 0,034483 0,000266 1174,945 0,02138 0,0205 0,276686
27
Universitas Indonesia
Dari hasil ketiga percobaan variasi skala laju udara ini, dapat dibuat hubungan kandungan air terhadap waktu, kandungan air terhadap laju penguapan (dengan metode perubahan berat), dan kandungan air terhadap laju penguapan (dengan metode perbedaan kelembaban) yang disajikan dalam grafik berikut: 0,07 0,06 0,05 0,04
5 8
0,03
11 0,02 0,01 0 0
5
10
15
20
Gambar 4.4. Grafik hubungan kandungan air terhadap waktu untuk setiap skala
laju alir udara
0,003 0,0025 0,002 5
0,0015
8 0,001
11
0,0005 0 0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
-0,0005
Gambar 4.5. Grafik hubungan kandungan air terhadap laju pengeringan dihitung
dengan metode perubahan berat untuk setiap skala laju alir udara
28
Universitas Indonesia
0,35 0,3 0,25 0,2
5
0,15
8 11
0,1 0,05 0 0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
-0,05
Gambar 4.6. Grafik hubungan kandungan air terhadap laju pengeringan dihitung
dengan metode perubahan kelembaban untuk setiap skala laju alir udara 4.3 Pengaruh Perubahan Temperatur terhadap pengeringan Tabel 4.13. Tabel Data Pengamatan Percobaan Pengaruh Perubahan Temperatur
Skala (suhu)
Laju alir
Berat Tray (gram)
2 5
8 8
221 221
11
8
221
Ukuran partikel (mm) 0,7
Berat pasir kering + Tray (gram) 569
0,7
569
0,7
569
Tabel 4.14. Tabel Data Pengamatan Percobaan Pengaruh Perubahan
Temperatur skala 2 T (menit)
V (m/s)
Wts (gram)
2 3,4
3 3,6
4 3,3
5 3,3
V ratarata
T downstream o ( C)
T upstream o ( C)
0
592
1 3,4
3 6 9
592 591 590
3,1 3,2 3,2
3,6 3,7 3,5
3,6 3,6 3,5
3,6 3,5 3,5
3,0 3,2 3,4
3,38 3,44 3,42
27 27 27
28 28 28
26,5 26,5 26,5
28 28 28
12 15
590 590
3,0 3,4
3,5 3,1
3,5 3,5
3,5 3,4
3,1 3,2
3,32 3,32
27 27
28 28
26,5 26,5
28 28
29
3,40
Wet 27
Dry 28
Wet 27
Dry 28
Universitas Indonesia
Tabel 4.15. Tabel Data Pengamatan Percobaan Pengaruh Perubahan
Temperatur skala 5 T (menit)
V (m/s)
Wts (gram)
2 3,5
3 3,3
4 3,4
5 3,1
V ratarata
T downstream o ( C)
T upstream o ( C)
0
596
1 3,1
3,28
Wet 27
Dry 28,5
Wet 27
Dry 28,5
3 6 9
593 592 590
3,1 3,1 3,1
3,6 3,6 3,6
3,4 3,5 3,5
3,5 3,5 3,5
3,1 3,0 3,0
3,34 3,34 3,34
27 27 27
28,5 28,5 28,5
26,7 26,5 26,5
28 28 28
12 15
590 590
2,9 3,0
3,5 3,5 3,5 3,5
3,3 3,4
2,9 3,0
3,22 3,28
27 27
28,5 28,5
26,5 26,5
28 28
Tabel 4.16. Tabel Data Pengamatan Percobaan Pengaruh Perubahan
Temperatur skala 11 T (menit)
0 3 6 9 12 15
V (m/s)
Wts (gram)
596 595 593 591 589 588
1 2,0
2 3,7
3 3,4
4 4,0
5 3,0
3,3 3,3 3,3 3,3 3,2
4,1 3,8 4,0 3,8 3,8
3,8 3,7 3,6 3,7 3,6
3,8 3,1 3,0 3,0 3,0
3,1 2,4 2,3 2,3 2,5
V ratarata
T downstream o ( C)
3,22 3,62 3,26 3,24 3,22 3,22
T upstream o ( C)
Wet 28
Dry 38
Wet 28
Dry 38
32 32 32 32 32
43 43 43 43 43
29 30 30 30 30
40 41 41 41 41
Mencari banyaknya kandungan air dalam pasir (x i)
Kandungan air dalam pasir dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
Dimana:
= kandungan air dalam pasir (gram air/ gram pada tan kering) = berat pasir dalan tray selama pengamatan (gram) = berat pasir kering dengan tray (gram) = padatan kering (gram) 30
Universitas Indonesia
Data kandungan air dalam pasir: Tabel 4.17. Tabel Kandungan Air dalam Pasir pada saat
Temperatur skala 2 T (menit) 0
Wst (g) 569
Ws (g) 348
Wi (g) 592
Xi 0,0661
3 6 9
569 569 569
348 348 348
592 591 590
0,0661 0,0632 0,0603
12 15
569 569
348 348
590 590
0,0603 0,0603
Tabel 4.18. Tabel Kandungan Air dalam Pasir pada saat
Temperatur skala 5 T (menit)
Wst (g)
Ws (g)
Wi (g)
Xi
0 3
569 569
348 348
596 593
0,0776 0,0690
6 9 12
569 569 569
348 348 348
592 590 590
0,0661 0,0603 0,0603
15
569
348
590
0,0603
Tabel 4.19. Tabel Kandungan Air dalam Pasir pada saat
Temperatur skala 11 T (menit) 0
Wst (g) 569
Ws (g) 348
Wi (g) 596
Xi 0,0776
3 6
569 569
348 348
595 593
0,0747 0,0690
9 12
569 569
348 348
591 589
0,0632 0,0575
15
569
348
588
0,0546
Dari data tersebut dapat disajikan dalam bentuk grafik hubungan kandungan air (xi) terhadap waktu, sebagai berikut:
31
Universitas Indonesia
0,0800 0,0750 0,0700 i X0,0650
skala temperatur 2 skala temperatur 5
0,0600 skala temperatur 11 0,0550 0,0500 0
5
10
15
20
waktu (menit)
Gambar 4.7. Grafik hubungan kandungan air untuk setiap skala temperatur Mencari laju pengeringan yang terjadi
Persamaan yang digunakan untuk mencari besarnya laju pengeringan adalah:
| | | |
Dimana:
= laju pengeringan (gram air/ menit. cm 2) = luas permukaan pengeringan (cm 2) t = waktu pengamatan (menit) Tabel 4.20. Tabel laju pengeringan air dalam Pasir pada saat temperatur skala 2 2
2
T (menit) 0
Wi (g) 592
As (cm ) 588
R (gram air/ menit. cm ) -
3 6 9 12
592 591 590 590
588 588 588 588
0 0,00057 0,00057 0
15
590
588
0
Tabel 4.21. Tabel laju pengeringan air dalam Pasir pada saat temperatur skala 5 T (menit) 0
Wi (g) 596
As (cm ) 588
R (gram air/ menit. cm ) -
3
593
588
0,00170
32
Universitas Indonesia
6 9
592 590
588 588
0,00057 0,00113
12 15
590 590
588 588
0 0
Tabel 4.22. Tabel laju pengeringan air dalam Pasir pada saat temperatur skala 11 2
2
T (menit) 0
Wi (g) 596
As (cm ) 588
R (gram air/ menit. cm ) -
3
595
588
0,00057
6
593
588
0,00113
9
591
588
0,00113
12
589
588
0,00113
15
588
588
0,00057
Hubungan antara laju pengeringan terhadap waktu digambarkan oleh kurva dibawah ini: 0,0018 0,0016 0,0014 n a g n i r e g n e p u j a l
0,0012 0,001
skala temperatur 2
0,0008
skala temperatur 5
0,0006
skala temperatur 11
0,0004 0,0002 0 -0,0002
0
5
10
15
20
waktu (menit)
Gambar 4.8. Grafik laju pengeringan untuk setiap skala temperatur Menghubungkan kandungan air dengan laju pengeringan Tabel 4.23. Tabel hubungan kandungan air dengan laju pengeringan
untuk setiap skala temperatur Skala temperatur 2
Skala temperatur 5
Skala temperatur 11
Xi
Xi
Xi
0,0661
R (gram air/ 2 menit. cm ) -
0,0776
R (gram air/ 2 menit. cm ) -
33
0,0776
R (gram air/ 2 menit. cm ) -
Universitas Indonesia
0,0661 0,0632 0,0603 0,0603 0,0603
0 0,00057 0,00057 0 0
0,069 0,0661 0,0603 0,0603 0,0603
0,0017 0,00057 0,00113 0 0
0,0747 0,069 0,0632 0,0575 0,0546
0,00057 0,00113 0,00113 0,00113 0,00057
0,0018 0,0016 0,0014 0,0012 0,001
skala temperatur 2
R 0,0008
skala temperatur 5
0,0006
skala temperatur 11
0,0004 0,0002 0 -0,0002
0,05
0,055
0,06
0,065
0,07
0,075
0,08
xi
Gambar 4.8. Grafik hubungan kandungan air dengan laju pengeringan Mencari laju penguapan yang terjadi
Persamaan yang digunakan untuk mencari laju penguapan:
Dimana: m = laju penguapan (g/s) vi = kecepatan rata-rata udara pengering (cm/s) ρ = densitas udara (g/L) A = luas penampang (cm2) ΔH = selisih kelembapan upstream dan downstream Nilai densitas udara (ρ), diperoleh melalui perhitungan berikut:
34
Universitas Indonesia
Tabel 4.24. Tabel laju penguapan air dalam Pasir pada saat temperatur skala 2
t (menit)
V ratarata
T downstream (oC)
T upstream (oC)
Wet
Dry
Wet
Dry
downstream
upstream
% relative humidity ΔH
m
0
3,4
27
28
27
28
92,6
92,6
0
0
3
3,38
27
28
26,5
28
92,6
89
3,6
8,94348
6
3,44
27
28
26,5
28
92,6
89
3,6
9,10224
9
3,42
27
28
26,5
28
92,6
89
3,6
9,04932
12
3,32
27
28
26,5
28
92,6
89
3,6
8,78472
15
3,32
27
28
26,5
28
92,6
89
3,6
8,78472
Tabel 4.25. Tabel laju penguapan air dalam Pasir pada saat temperatur skala 5
t (menit)
V ratarata
T downstream (oC)
T upstream (oC)
Wet
Dry
Wet
Dry
downstream
upstream
% relative humidity ΔH
m
0
3,28
27
28,5
27
28,5
89,1
89,1
0
0
3
3,34
27
28,5
26,7
28
89,1
89
0,1
0,24549
6
3,34
27
28,5
26,5
28
89,1
89
0,1
0,24549
9
3,34
27
28,5
26,5
28
89,1
89
0,1
0,24549
12
3,22
27
28,5
26,5
28
89,1
89
0,1
0,23667
15
3,28
27
28,5
26,5
28
89,1
89
0,1
0,24108
Tabel 4.26. Tabel laju penguapan air dalam Pasir pada saat temperatur skala 11
t (menit)
V ratarata
T downstream o ( C)
T upstream o ( C)
Wet
Dry
Wet
Dry
downstream
upstream
% relative humidity ΔH
m
0
3,22
28
38
28
38
47
47
0
0
3
3,62
32
43
29
40
46,79
44,62
2,17
5,773719
6
3,26
32
43
30
41
46,79
45,37
1,42
3,402462
9
3,24
32
43
30
41
46,79
45,37
1,42
3,381588
12
3,22
32
43
30
41
46,79
45,37
1,42
3,360714
15
3,22
32
43
30
41
46,79
45,37
1,42
3,360714
35
Universitas Indonesia
12 10 8 skala temperatur 2
m 6
skala temperatur 5 4 skala temperatur 11 2 0 0
5
10
15
20
t
Gambar 4.10. Grafik laju penguapan untuk setiap skala temperatur
36
Universitas Indonesia
BAB V ANALISIS
5.1 Analisis Percobaan
Berdasarkan modul Tray Dryer , terdapat 2 prosedur percobaan dengan masingmasing percobaan memvariasikan variabelnya. Percobaan yang pertama yaitu pengeringan dengan variasi suhu dan laju udara dan yang kedua yaitu variasi ukuran partikel. Pada prosedur percobaan pertama variabel yang divariasikan adalah laju alir udara dan temperatur. Laju alir udara yang divariasikan adalah 5, 8, 11 dan temperatur yang divariasikan adalah 2, 5, dan 11. Tujuan dari adanya perbedaan laju alir udara tersebut adalah mengetahui pengaruh laju alir udara terhadap penegringan. Langkah awal yang dilakukan adalah menimbang tray kosong, dari hasil penimbangan ini diperoleh berat tray kosong. Penimbangan dilakukan dengan menggunakan timbangan digital. Selanjutnya, mengisi tray yang sudah ditimbang dengan pasir yang berukuran 0,7 mm lalu menimbang kembali tray yang berisi pasir. Dari penimbangan tray tersebut, akan diperoleh berat pasir kering dengan selisih berat tersebut dan tray kosong. Setelah itu, menyemprotkan air secara merata ke seluruh permukaan pasir dan menimbang kembali tray tersebut untuk diperoleh berat basah pasir. Penimbangan tray yang berisi pasir basah dilakukan setelah mengontrol skala temperatur dan laju udara pengering pada alat tersebut. Setelah mengontrol skala temperatur dan laju udara pengering pada alat, maka dilakukan pengambilan data pada waktu ke-0. Data yang diambil pada waktu tersebut yaitu wet bulb temperature, dry bulb temperature pada posisi upstream dan downstream, serta laju udara dan temperatur pengering di 5 titik pada alat tersebut dan juga berat pasir. Pengambilan data pada waktu ke-0 bertujuan untuk mengetahui kondisi awal percobaan. Selanjutnya, percobaan dimulai dengan interval waktu 3 menit dan berakhir pada menit ke-15. Di setiap interval waktu dilakukan hal yang sama dalam mengambil data seperti pada waktu ke-0. Hal ini bertujuan untuk mengamati kenaikan atau penurunan temperatur yang terjadi pada posisi upstream dan downstream, karena penurunan dan kenaikannya sangat sedikit sehingga membutuhkan waktu lebih lama agar diperoleh temperatur yang akurat. Di saat yang sama juga dilakukan pengambilan data laju udara pengering dan berat yang dihasilkan selama proses berlangsung pada
37
Universitas Indonesia
waktu tersebut.. Dalam percobaan ini, kami mengatur skala temperatur dan laju udara pengering. Dengan laju udara pengering yang cepat mengakibatkan aliran menjadi turbulen atau terjadi turbulensi pada aliran sehingga proses pengeringan meningkat dan laju pengeringan pun lebih cepat. Sedangkan dengan laju udara pengering yang lambat mengakibatkan pola aliran laminer sehingga laju pengeringan tidak secepat pada aliran turbulen. Data yang diambil pada percobaan kedua sama seperti percobaan pertama. Analisis percobaan ini berdasarkan hasil percobaan akan dibahas lebih lanjut pada sub bab berikutnya. Selanjutnya, percobaan kedua yaitu pengeringan dengan variasi ukuran partikel. Pada prosedur ini variabel yang divariasikan adalah ukuran partikel. Prosedur yang dilakukan sama seperti pada percobaan pertama. Tetapi, pada percobaan kedua ini menggunakan ukuran partikel pasir kecil yaitu 0,5 dan 0.3 mm. Tujuannya adalah mengetahui seberapa besar ukuran diameter partikel terhadap laju pengeringan. Berdasarkan teori, ukuran partikel pasir yang kecil yaitu 0,3 mm memiliki luas permukaan yang besar sehingga memungkinkan untuk mengalami pengeringan jauh lebih besar dan laju pengeringan menjadi labih cepat. Sedangkan untuk ukuran partikel pasir 0,5 dan 0,7 mm memliki luas permukaan yang kecil sehingga air yang terdapat di dalam partikel pasir tersebut sukar mengalami pengeringan yang cepat dan laju pengeringan menjadi lebih lambat dibandingkan dengan laju pengeringan ukuran partikel pasir yang kecil. Berdasarkan percobaan ini, kami dapat mengetahui seberapa besar laju pengeringan yang terjadi terhadap variasi ukuran partikel pasir tersebut. Bila berdasarkan teori, seharusnya laju pengeringan dengan ukuran partikel pasir kecil menghasilkan laju pengeringan yang labih cepat dibandingkan dengan laju pengeringan dengan ukuran partikel besar. Analisis percobaan ini berdasarkan hasil percobaan akan dibahas Pada percobaan ini terdapat variasi temperatur pada percobaan pertama. Variasi temperatur pemanas ini berhubungan dengan titik didih. Dengan temperatur pemanas yang tinggi maka air yang terkandung pada bahan padat akan lebih cepat mencapai titik didihnya. Sehingga proses pengeringan berlagsung cepat dan laju pengeringan meningkat. Sedangkan untuk temperatur pemanas yang lebih rendah, maka air yang terkandung pada bahan padat untuk mencapai titik didihnya membutuhkan waktu yang lebih lama. Sehingga proses pengeringan berlangsung lama dan laju pengeringannya 38
Universitas Indonesia
rendah. Analisis percobaan ini berdasarkan hasil percobaan akan dibahas lebih lanjut pada sub-bab berikutnya. Selain dengan prosedur percobaan di atas, adapun pengaruh humidity terhadap laju pengeringan. Humidity ini berpengaruh terhadap kejenuhan air yang terkandung di dalam udara. Semakin tinggi humidity maka kandungan uap air yang terdapat di udara semakin banyak. Sehingga kondisi udara pada alat tray dryer manjadi jenuh. Kondisi yang baik itu adalah dengan humidity rendah sehingga masih terdapat tempat untuk air menguap karena uap air yang terkandung di udara masih sedikit. 5.2 Analisis alat dan bahan
Pada praktikum ini digunakan sebuah mesin pengering dengan jenis tray dryer yang merupakan salah satu alat pengeringan yang tersusun dari beberapa buah tray di dalam satu rak. Alasan tray dryer digunakan karena tray dryer penggunaannya cocok untuk bahan yang berbentuk padat dan butiran, da n sering digunakan untuk produk yang jumlahnya tidak terlalu besar dan sesuai untuk percobaan praktikum. Selain itu bahan yang akan dikeringkan berkontak langsung dengan udara panas. Tray dryer termasuk kedalam sistem pengering konveksi menggunakan aliran udara panas untuk mengeringkan bahan. Proses pengeringan terjadi saat aliran udara panas ini bersinggungan langsung dengan permukaan bahan yang akan dikeringkan. Bahan ditempatkan pada setiap rak yang tersusun sedemikan rupa agar dapat dikeringkan dengan sempurna. Waktu pengeringan yang dibutuhkan bervariasi tergantung dari dimensi alat yang digunakan dan banyaknya bahan yang dikeringkan. Bagian-bagian dari tray dryer antara lain :
Rak berfungsi sebagai tempat bahan yang akan dikeringkan.
Blower berfungsi untuk mengalirkan udara ke seluruh ruangan rak.
Panel control blower berfungsi menentukan kecepatan udara yang dialirkan.
Panel control suhu berfungsi untuk menentukan suhu pengeringan.
Dry bulb temperature berfungsi mengukur suhu dry bulb.
Wet bulb temperature berfungsi mengukur suhu wet bulb.
39
Universitas Indonesia
Pada praktikum ini juga digunakan anemometer untuk mengukur laju udara saat proses pengeringan. Stopwatch diperlukan untuk menentukan selang wajtu selama 3 menit setiap pengambilan data. Tray sebagai penampang bahan yang akan dikeringkan dan timbangan untuk mengukur berat bahan sebelum dan sesudah pengeringan. Sedangkan bahan yang digunakan adalah pasir (butiran) dengan alasan mudah didapat, harga dapat dijangkau, dan sesuai dengan keperluan laboratorium. Pasir yang digunakan mempunyai diameter bervariasi yaitu 0,3 mm, 0,5 mm, dan 0,7 mm. Hal ini bertujuan untuk mengetahui hubungan diameter partikel dengan laju pengeringan. 5.3 Analisis Hasil Percobaan
Pada percobaan variasi diameter, hasil yang diperoleh pada setiap diameter berbeda. Pada diameter 0,3 mm, terjadi fluktuasi suhu yang lebih besar dibandingkan dengan percobaan pada diameter yang lebih besar. Hal ini disebabkan oleh luas permukaan yang terjadi lebih besar pada diameter yang lebih kecil, sehingga menyebabkan transfer panas yang lebih sensitif terhadap diameter yang kecil. Namun, karena percobaan dilaksanakan pada skala laju alir dan skala temperatur yang sama, fluktuasi suhu drybulb dan wetbulb pada downstream dan upstream dan fluktuasi laju alir fluida yang terjadi tidak terlalu besar. Dari hasil yang diperoleh, dapat dilihat bahwa berat pasir turun seiring dengan berjalannya proses drying . Hal ini disebabkan oleh proses perpindahan massa dan perpindahan kalor yang terjadi pada sistem, sehingga air berpindah dari pasir ke udara. Pada pecobaan variasi laju alir, hasil yang diperoleh pada setiap laju alir juga berbeda. Perbedaan yang paling signifikan terjadi pada laju alir fluida yang disebabkan oleh skala laju alir fluida. Suhu drybulb dan wetbulb pada upstream dan downstream juga tidak terlalu berbeda karena skala suhu yang digunakan sama untuk setiap percobaan. Laju alir fluida yang berbeda ini akan mempengaruhi hasil laju pengeringan berdasarkan metode perbedaan kelembaban, karena laju pengeringan berbanding lurus dengan laju alir fluida. Pada percobaan variasi suhu pangering, hasil yang diperoleh pada setiap suhu berbeda. Perbedaan tersebut karena skala temperatur yang digunakan berbeda yaitu semakin besar. Skala temperatur udara pengering yang digunakan adalah 2, 5 dan 11. Perubahan suhu akan mempengaruhi temperatur bola basah dan bola kering pada saat
40
Universitas Indonesia
percobaan sehingga akan berpengaruh terhadap perhitungan laju pengeringan dari sampel. Laju pengeringan seharusnya berbanding lurus dengan temperatur udara pengering. Semakin besar temperatur udara pengering maka laju pengeringannya akan semakin cepat. Namun, yang terjadi pada percobaan ini tidak sesuai dengan teori. Hasil berat tray kosong, berat tray dengan pasir, dan berat tray dengan pasir dan air didapatkan dari hasil penimbangan langsung dengan menggunakan timbangan yang tersedia. Berat pasir kering didapatkan dari pengurangan berat tray dengan pasir dengan berat tray kosong. Luas permukaan tray telah disediakan besarannya, yaitu 600 cm2. Waktu yang digunakan adalah sebanyak 15 menit dengan komposit selama 3 menit interval. 5.4 Analisis Perhitungan
Perhitungan yang dilakukan pada setiap percobaan kurang lebih sama, yaitu menghitung kandungan air dalam padatan kering, laju pengeringan yang dihitung dengan metode perubahan massa, dan laju pengeringan yang dihitung dengan metode perubahan kelembaban. Kandungan air dalam padatan kering dihitung dengan mengurangi berat selama pengamatan dengan berat tray dengan pasir lalu membagi hasil substraksi dengan berat pasir. Pada percobaan variasi diameter, nilai delta kandungan air terbesar berada pada diameter 0,7 mm. Hal ini disebabkan oleh pada diameter yang lebih besar, ruang yang dihasilkan untuk air akan semakin besar, sehingga air dapat lebih mudah berpindah dari fasa cair ke fasa gas karena kontak yang dialami juga semakin besar pada diameter yang lebih besar. Pada variasi laju alir, skala laju alir 11 menghasilkan delta kandungan air yang terbesar. Hal ini disebabkan oleh pada kecepatan fluida yang besar, terjadi kontak yang lebih baik antara fasa cair dan fasa gas. Selain itu, kecepatan fluida yang besar juga memperbesar kalor yang terjadi, sehingga perpindahan kalor yang terjadi pada skala laju alir 11 lebih baik dibandingkan dengan pada skala yang lebih kecil, sehingga delt kandungan air yang terjadi semakin besar. Perhitungan yang dilakukan selanjutnya adalah menghitung laju pengeringan dengan metode perbedaan massa. Hal ini dilakukan dengan membandingkan perbedaan berat pada saat pengamatan dengan inteval pengambilan data dan kemudan membaginya dengan luas permukaan tray. Hasil yang didapatkan adalah fluks massa
41
Universitas Indonesia
yang berpindah. Pada percobaan variasi diameter, laju pengeringan yang tertinggi didapatkan pada diameter 0,7 mm. Sama seperti sebelumnya, ruang yang dihasilkan untuk air pada diameter yang besar akan semakin besar, sehingga memudahkan kontak antara fasa cair dan udara yang akan menyebabkan perpindahan massa lebih baik. Pada variasi laju alir, laju pengeringan tertinggi didapatkan pada skala laju alir 11 dengan alasan sama seperti pada percobaan sebelumnya, yaitu terjadinya kontak yang lebih baik pada laju alir yang lebih besar dan juga memperbesar perpindahan kalor yang terjadi. Perhitungan yang dilakukan selanjutnya adalah menghitung laju pengeringan dengan metode perbedaan kelembaban. Hal ini dilakukan dengan mengalikan kecepatan fluida rata-rata, dengan densitas udara, luas permukaan tray, dan perbedaan kelembaban pada downstream dan upstream. Nilai densitas udara dicari dengan persamaan gas ideal pada suhu downstream (T downstream,dry), dengan nilai berat molekul yang digunakan adalah 29 g/mol dan tekanan 1 atm. Nilai densitas udara yang dihasilkan adalah dalam g/dm3 sehingga butuh dikonversi ke dalam g/m 3 untuk dapat digunakan dalam menghitung laju pengeringan (yang satuannya dalam g/s). Pada perhitungan laju pengeringan dengan variasi diameter, laju pengeringan terbesar dihasilkan pada diameter 0,3 mm. Hal ini didapatkan dari delta suhu yang terlalu besar pada suhu wetbulb dan drybulb pada upstream dibandingkan dengan pada downstream. Namun, hal ini menurut penulis tidak bersesuaian dengan hasil yang seharusnya, karena seharusnya laju pengeringan tertinggi didapatkan pada diameter 0,7 mm. Hal ini disebabkan oleh pada diameter 0,7 mm, rongga yang dihasilkan antar partikel besar, sehingga air menempati rongga-rongga yang lebih besar yang kemudian akan menyediakan kontak antarfasa yang lebih besar dan menyebabkan laju pengeringan semakin besar. Kesalahan ini akan dibahas lebih dalam pada subbab analisis kesalahan. Pada percobaan variasi laju alir, laju pengeringan terbesar didapatkan pada skala laju alir 11. Hal ini disebabkan oleh terjadinya kontak yang lebih baik pada laju alir yang lebih besar dan juga besar kalor yang terpindahkan semakin besar karena gesekan yang terjadi pada kecepatan fluida yang besar. Pada variasi suhu, laju pengeringan terbesar dihasilkan oleh skala suhu 5. Seharusnya nilai laju pengeringan terbesar ini dihasilkan oleh skala suhu 11. Hal tersebut karena semakin besar temperatur udara pengering maka semakin besar laju pengeringan. Namun, terjadi kesalahan pada saat percobaan. Kesalahan ini akan dibahas pada subbab analisis kesalahan.
42
Universitas Indonesia
5.5 Analisis Grafik
Dalam praktikum Tray Drier , secara umum akan dihasilkan 3 buah grafik, yaitu grafik waktu versus kandungan air, kandungan air versus laju pengeringan yang diukur dengan metode perubahan berat, dan kandungan air versus laju pengeringan yang diukur dengan metode perubahan kelembaban. Untuk percobaan variasi diameter, pada grafik waktu versus kandungan air, terlihat penurunan kandungan air seiring dengan berjalannya waktu. Hal ini menunjukan perpindahan massa terjadi pada fasa cair ke fasa gas akibat adanya gradien konsentrasi dan gradien temperatur ( driving force perpindahan massa dan perpindahan kalor). Hal ini sesuai dengan tujuan tray drier yaitu untuk mengeringkan dengan mengurangi kandungan air pada suatu padatan dalam waktu tertentu. Sesuai dengan hasil, penurunan terbanyak terjadi pada partikel dengan diameter 0,7 mm karena pada diameter ini terbentuk rongga yang paling besar diantara partikel, yang menyebabkan area kontak fasa cair dan fasa gas menjadi semakin besar, sehingga proses perpindahan massa yang terjadi akan semakin besar. Pada grafik kandungan air versus laju pengeringan yang diukur dengan metode penurunan berat, terjadi kejanggalan berupa tidak dapat ditentukannya daerah constant rate period dan falling rate period dari grafik yang dihasilkan. Constant rate period adalah waktu dimana laju pengeringan konstan dan falling rate period adalah waktu dimana laju pengeringan menurun. Hal ini disebabkan oleh kandungan unbounded water yang ada pada sistem. Apabila masih terdapat unbounded water , maka pengeringan akan selalu konstan hingga titik kering kritis. Apabila melewati titik kering ritis, maka seluruh unbounded water telah menguap dan laju pengeringan akan menurun bounded water . Tidak dapat ditentukannya constant rate period dan falling rateperiod disebabkan oleh kondisi-kondisi pada sistem yang tidak dapat dipenuhi. Menurut Treybal (1981), untuk memperoleh kurva pengeringan yang sempurna, kondisi-kondisi seperti ukuran partikel yang tidak terlalu kecil, penyanggaan padatan yang serupa pada tray di seluruh permukannya (padatan tersebar rata), rasio permukaan drying dan nondrying yang sama, kondisi perpindahan panas secara radiasi yang sama, dan kesamaan suhu, kelembaban, dan kecepatan udara harus terpenuhi. Pada percobaan, padatan tidak tersebar secara merata pada tray, yang kemudian menyebabkan perpindahan panas tidak sama disemua titik, dan mengakibatkan hasil yang fluktuatif sehingga ketika di plot, tidak dapat ditentukan periode contant rate dan periode falling rate dari sistem. Pada grafik
43
Universitas Indonesia
kandungan air versus laju pengeringan yang dihitung berdasarkan metode perubahan kelembaban, hasil yang fluktuatif didapatkan. Namun, variasi diameter membentuk tren grafik yang sama, yaitu akan naik pesat pada awal pengambilan data dan kemudian akan stabil. Kejanggalan diamati pada grafik kandunagn air versus laju pengeringan pada diameter 0,3 mm. Kejanggalan ini berhubungan dengan yang terjadi pada perhitungan laju pengeringan dengan metode perubahan kelembaban yang dilakukan yang telah dibahas pada subbab sebelumnya. Kesalahan akan dijelaskan dengan lebih merinci pada subbab Analisis Kesalahan Pada percobaan variasi laju alir, grafik waktu versus kandungan air yang terbentuk serupa dengan yang seharusnya, yaitu terlihat adanya penurunan kandungan air terhadap waktu akibat adanya pengeringan. Hal ini menunjukan perpindahan massa terjadi pada fasa cair ke fasa gas akibat adanya gradien konsentrasi dan gradien temperatur (driving force perpindahan massa dan perpindahan kalor). Hal ini sesuai dengan tujuan tray drier yaitu untuk mengeringkan dengan mengurangi kandungan air pada suatu padatan dalam waktu tertentu. Penurunan kandungan air terbanyak terdapat pada skala laju alir 11 dan hal ini sesuai karena pada skala laju alir 11, kecepatan fluida lebih tinggi dibandingkan yang lainnya, sehingga kontak antara fasa gas dan cair yang terjadi semakin baik. Disamping itu, pengaruh gesekan juga memberikan kalor sehingga proses perpindahan kalor berlangsung lebih baik pada kecepatan fluida yang tinggi. Pada grafik kandungan air versus laju pengeringan yang dihitung dengan metode perubahan berat, terdapat kejanggalan berupa tidak dapat ditentukannya constant rate period dan falling rate period dari sistem pengeringan. Seperti pada percobaan variasi diameter, tidak dapat ditentukannya periode-periode tersebut disebabkan oleh tidak meratanya padatan yang tersebar pada tray, sehingga menyebabkan perpindahan kalor yang tidak merata dan menyebabkan hasil yang fluktuatif sehingga ketika di plot, periode constant rate dan periode falling rate tidak dapat ditentukan. Di luar hal tersebut, laju pengeringan terbesar terdapat pada sistem pengeringan dengan skala laju alir fluida 11. Pada grafik kandungan air versus laju pengeringan yang dihitung dengan metode perubahan kelembaban, hasil yang fluktuatif didapatkan. Dari ketiga variasi skala laju alir, ketiga grafik yang dihasilkan memiliki tren yang sama, yaitu akan naik pesat pada awal pengambilan data dan kemudian akan stabil. Laju pengeringan terbesar
44
Universitas Indonesia
yang diamati terdapat pada sistem pengeringan yang berada pada skala laju alir udara 11. Pada percobaan variasi temperatur udara pengering dihasilkan 3 grafik yaitu grafik kandungan air vs waktu, grafik laju pengeringan dan grafik laju penguapan. Grafik kandungan air vs waktu menggambarkan banyaknya kandungan air yang berkurang seiring dengan bertambahnya waktu pengeringan. Untuk kandungan air pada skala temperatur 2, kandungan air yang berkurang tidak begitu signifikan sedangkan pengurangan kandungan air pada skala temperatur 11 berkurang begitu banyak. Setelah menghitung kandungan air dilakukan perhitungan laju pengeringan. Laju pengeringan ditentukan oleh laju transfer panas ke permukaan atau dapat dihitung pula dengan menggunakan rumus pengurangan berat sampel pada percobaan per satuan waktu. Kurva laju pengeringan menggambarkan perbandingan laju pengeringan dengan kandungan air selama proses pengeringan. Kurva laju pengeringan yang benar ditunjukan pada kurva untuk skala temperatur 2 dan skala temperatur 11 dimana kurva akan naik, tetap kemudian turun. Hal seperti ini menggambarkan laju pengeringan naik, laju pengeringan tetap dan laju pengeringan menurun. Pada skala temperatur 5 kurva yang terbentuk tidak beraturan sehingga kemungkinan terjadi kesalahan pada saat pengambilan data percobaan. Semakin tinggi suhu udara pengering, maka semakin tingi pula laju pengeringannya karena semakin tinggi suhu udara pengering menyebabkan kelembapan relatif udara semakin kecil sehingga dapat meningkatkan besarnya gaya pendorong perpindahan massa uap air dari permukaan bahan ke udara. Kurva laju penguapan air untuk setiap perbedaan skala temperatur. Semakin besar temperatur udara pengering seharusnya semakin besar laju penguapannya, sedangkan yang terjadi pada percobaan ini adalah laju penguapan yang didapatkan tidak beraturan. Laju penguapan untuk skala temperatur 2 sangat tinggi dibandingkan dengan laju penguapan skala temperatur 5 yang hampir mendekati nol. Hal ters ebut dikarenakan terjadi kesalahan pada saat pengambilan data percobaan. Hal ini akan dibahas pada analisis kesalahan.
45
Universitas Indonesia
5.6 Analisis Kesalahan
Dari seluruh rangkaian percobaan diatas, dapat terjadi beberapa kesalahankesalahan yang menyebabkan data yang diperoleh tidak sesuai dengan teori yang seharusnya. Kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi adalah sebagai berikut:
Pembacaan suhu drybulb dan suhu wetbulb yang kurang tepat. Selain karena faktor teknis pembacaan (skala yang terlalu kecil, dan sebagainya), kesalahan mungkin terjadi karena pada saat mengambil data, suhu pada permukaan bola termometer belum mencapai kondisi steady, sehingga masih ada perubahan suhu (walaupun kecil) yang seharusnya teramati
Tray yang tergoyang saat percobaan dilaksanakan. Tray tergoyang karena aliran fluida yang mengalir pada saat proses pengeringan menyebabkan adanya sebagian permukaan pasir yang terpindah sehingga menyebabkan permukaan padatan tida merata. Hal ini kemudian menyebabkan tidak dapat ditentukannya periode constant rate dan falling rate pada grafik kandungan air versus laju pengeringan yang dihitung dengan metode perubahan massa.
Pengukuran suhu wetbulb dan drybulb yang tidak terautomasi sehingga ketika alat pengukur suhu diletakan pada tray drier , terjadi perubahan profil aliran fluida yang dapat mengganggu proses perpindahan massa dan perpindahan kalor. Selain itu, hal ini juga berpengaruh terhadap pembacana suhu wetbulb dan drybulb.
Timbangan yang tidak terkalibrasi dengan baik. Timbangan yang digunakan terkadang mengalami fluktuasi dalam pembacaan berat pada saat percobaan dilaksanakan. Fluktuasi yang dihasilkan tak jarang besar, hingga mencapai satuan. Hal ini menyebabkan pembacaan massa kurang presisi.
Bola pada wetbulb yang tidak terbasahi secara sempurna. Untuk menghitung suhu wetbulb, maka bola termometer harus berada pada kondisi jenuh (terbasahi 100%) karena pengukuran suhu wetbulb merepresentasikan suhu pada saat keadaan lembab jenuh. Ketika pengukuran bola termometer wetbulb tidak berada pada kondisi jenuh, maka hasilnya akan berpengaruh terhadap tidak tepantnya pembacaan psychrometric chart .
46
Universitas Indonesia
BAB VI KESIMPULAN
Berdasarkan hasil percobaan dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu: 1. Pengaruh perubahan ukuran partikel menghasilkan kenaikan laju pengeringan. Semakin besar ukuran pastikel, semakin besar pula laju pengeringan. Pada perhitungan dengan menggunakan metode perpindahan massa, ukuran partikel 0,7 mm memiliki laju pengeringan paling besar dibandingkan dengan 0,3 mm dan 0,5 mm. Hal ini sesuai dengan teori, sedangkan perhitungan dengan menggunakan metode kelembapan, laju pengeringan terbessar dihasilkan oleh ukuran partikel 0,3 mm. 2. Pengaruh perubahan laju alir menghasilkan kenaikan laju pengeringan. Semakin besar laju alir maka semakin besar laju pengeringan. Pada hasil percobaan didapatkan laju pengeringan terbesar pada skala laju alir 11. Hal ini disebabkan oleh terjadinya kontak yang lebih baik pada laju alir yang lebih besar dan juga besar kalor yang terpindahkan semakin besar karena gesekan yang terjadi pada kecepatan fluida yang besar. 3. Pengaruh perubahan temperatur udara pengering menghasilkan kenaikan laju pengeringan. Semakin tinggi temperatur udara pengering akan menghasilkan laju pengeringan yang semakin besar. Pada hasil percobaan, laju pengeringan terbesar didapatkan pada skala temperatur 5, hal ini tidak sesuai dengan teori yang ada. Seharusnya skala temperatur 11 memiliki laju pengeringan yang terbesar. Sedangkan untuk kandungan air, semua skala temperatur menyebabkan penurunan kandungan air selama proses pengeringan berlangsung
47
Universitas Indonesia
DAFTAR PUSTAKA Hasibuan, Rosdanelli. 2004. Mekanisme Pengeringan. USU Digital Librar y. Dryer. A STEMPJE Analysis of the drum dryer used in the potato flake line manufactured by Tummers Methodic. Eindhowen, Netherland. TIM PENYUSUN. 1995. Buku Petunjuk Praktikum Proses & Operasi Teknik II. Fakultas Teknik: Teknik Gas & Petrokimia. Treybal, Robert. 1981. Mass-Transfer Operation 3rd Edition, Singapire, McGraw-Hill Book Co.
48
Universitas Indonesia
View more...
Comments
