PENGERINGAN ZAT PADAT

1. TUJUAN PERCOBAAN

Untuk mengeringkan bahan padat dan mengalirkan udara panas dan menentukan laju alir pengeringan

2. ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN

a. Alat yang digunakan

i. Termometer

ii. Termometer bola basah

iii. Plate dryer

iv. Water batch

v. Neraca analitik

b. Bahan yang digunakan

i. Kemplang

3. DASAR TEORI

Pengeringan zat padat adalah pemisahan sejumlah kecil air atau zat cair dari bahan padat. Pengeringan biasanya merupakan langkah akhir dari sederetan operasi. Hasil pengeringan lalusiap dikemas. Zat padat yang akan dikeringkan mungkin berbentuk biji, serbuk, kristal, lempengan/lembaran.

Klasifikasi pengeringan meliputi pengeringan adiabatik, non adiabatik, atau gabungan keduanya. Pengeringan adiabatik dimana zat padat bersentuhan langsung dengan gas panas sebagai media pengeringa. Pengering non adiabatik dimana perpindahan kalor langsung dari medium luar atau pengering tak langsung.

Udara memasuki ruang pengering jarang sekali berada dengan keadaan benar kering. Tapi selalu mengandung air dan kelembaban relative. Air bebas adalah selisih antara kandungan air total didalam zat padat dalam keadaan kering

X=Xt-X*

Dalam perhitungan kg menjadi pekdian adalah X, bukan Xt pada basis kering.

X=kg H2O/kg zat padat kering tulang

Dengan berjalannya waktu, kandungan kebasahan akan berkurang seperti contoh yang ditunjukan pada gambar A. Selanjutnya saat umpan dipanaskan sampai suhu penguapan dan sesudah itu grafik menjadi linier. Untuk kemudian melengkung lagi kearah horizontal dan akhirnya mendatar. Lalu pengeringan menunjukkan laju pengeringan kemudian melengkung kebawah.

Sesudah periode penyesuaian masing-masing kurva mempunyai segmentasi horizontal AB kg dinamakan laju pengeringan periode konstan. Periode ini diartikan oleh laju pengeringan yang tidak bergantung pada kandungan kebasahan.

Selama periode konstan, laju pengeringan persatuan luas adalah

RC=

Bila udara panas mengalir sejajar permukaan zat padat, maka koefisien perpindahan panas (h):

H= 0,002040,8

Dimana : h= W/m C dan G= kg/jam m2

Humiditi volume udara panas dapat ditaksir dengan persamaan:

Vh=(2,8 X10-3 + 4,56 X10-3 H)T

Density udara ()

=kg/m3

Kecepatan massa

G= V kg/jam m2

Waktu pengeringan selama periode konstan

Tc=

Bila difusi zat cair terkendali oleh laju pengeringan pada periode menurun, maka saat laj pengeringan berkurang berlaku hukum ficks II tentang difusi

=DL

Bila diasumsi kandngan kebasahan terdistribusi merata pada saat t=0 maka integral

Bila difusi dimulai dari X1=X2 maka persamaan menjadi

=e

Sehingga waktu pengeringan adalah

T=

Drying adalah suatu proses pemisahan sejumlah kecil air atau zat laninya darei bahan padatan, sehingga mengurangi kandungan sisa air yang masiih terikat pada zat padat tersebut. Pengeringan ini merupakan salah satu langkah downstream dari suatu proses yang hasilnya merupakan produk dari proses tersebut.

Pada umumnya pengeringan ini dilakukan pada slurry yang memiliki viscositas yang sangat tinggi dapat dikeringkan dengan cara mengalirkan udara panas yang tidak jenuh pada bahan yang akan dikeringkan. Sebagai conth lain adalah pengeringan air pada kayu, kapas, kertas dan lainnya. Pada bahan tersebut mengandung air yang terikat yaitu air yang ada pada suatu bahan yang sulit dipisahkan, walaupun sudah dipisahkan tetap ada. Bond dry adalah suatu bahan yang tidak mengandung zat cair lagi.

Pada proses drying tidak merusak zat atau senyawa yang dikeringkan. Evaporasi memiliki jumlah air diupakan lebih besar dari tadah medium pembawa air. Sedangkan drying memiliki jumlah air diuapkan lebih sedikit karena sudah terjadi evaporasi pada awalnya (untuk mendapatkan yang lebih pekat).

Klasifikasi

Alat pengering dapat diklasifikasikan dalam 3 kelompok:

1. Berdasarkan proses

Proses batch yaitu material dimasukkan ke dalam pengering dan dikeringkan sampai waktu tertentu yang diinginkan.

Proses continue yaitu materila dimasukkan ke dalam pengering dan bahan kering diambil secara sinambung.

2.Berdasarkan sistem kontak

Pengeringan adiabatik yaitu bahan bersentuhan langsung dengan media pengering uap air yang terbentuk dipindahkan oleh udara.

Pengeringan nonadiabatik yaitu perpindahan kalor berlangsung dari suatu medium diluar penyaring.

Pengering adiabatik dan nonadiabatik yaitu kombinasi antara pengering adiabatik dan nonadiabatik.

3.Berdasarkan keadaan fisik bahan yang dikeringkan:

Pengering hampa yaitu pengeringan pada tekanan rendah dan proses penguapan berlangsung cepat.

Pengering beku (freezing drying) yaitu air disublimasikan dari bahan yang dibekukan sebgai contohnya N2cair dan seperti silika gel tetapi menjaga bahan tetap beku agar bahan tidak rusak seperti protein yang rentang terhadap suhu.

Pengeringan dan Aplikasinya

Dalam pengeringan adiabatik zat padat itu bersentuhan dengan gas menurut salah satu cara berikut:

1. Gas ditiupkan menlintas zat permukaan hamparan atau lembaran zat padat atau melintas satu atau kedua sisi lembaran atau film sinambung. Proses ini dapat disebut juga pengeringan dengan sirkulasi silang.

2. Gas yang ditiupkan melalui hamparan zat padat butiran besar yang ditempatkan diatas awak pendukung.

3. Zat padat disiramkan disiram ke bawah melalui suatu arus gas yang bergerak perlahan-lahan ke atas, terkadang dalam hal ini terdapat pembawa ikutan yang tidak dikehendaki dari partikel halus oleh gas.

4. Gas dialirkan melaluizat padat dan dengan kecepatan yang cukup membuat bahan terfluidisasikan.

5. Zat padat seluruhnya dibawa ikut dengan arus gas kecepatan tinggi dan diangkat secara pneumatik dari piranti percampuran ke pemisah mekanik.

Pengeringan adiabatik dibedakan menurut zat padatnya itu berkontak dengan permukaan panas sumber kalor lainnya. Zat padat dihamparkan diatas permukaan bersama dengan permukaan horizontal, yang stasioner atau bergerak lambat dan dimasak hingga kering. Sedangkan yang satu lagi yaitu zat padat tersebar diatas permukaan panas biasanya berbentuk silinder dengan batuan pengaduk.

Ada beberapa Faktor yang berpengaruh terhadap laju pengeringan diantaranya adalah sebagai berikut:

Sifat fisika dari bahan yang dikeringkan

Pengaturan geometris bahan pada permukaan alat atau media perantara perpindahan panas

Sifat fisik lingkungan pengering.

Operasi pengeringan zat padat yang mengandung cairan (dalam hal ini air) dapat dilakukan pada alat-alat pengering dengan udara sebagai media pengeringan. Operasi ini dapat ditempatkan di dalam alat itu sendiri atau di luar alat pengering. Untuk pekerjaan ini dicapai tray dryer dengan sumber energi udara panas dari electric heater yang dipasang diluar alat percobaan, sebagai penghembus udara dipakai blower yang terpasang satu unit dengan electric heater itu. Alat itu memakai x tray yang nantinya untuk menempatkan zat yang akan dikeringkan secara batch. Saat pengeringan berlangsung, permukaan kontak antara permukaan dengan udara yang selalu basah dengan cairan sampai cairan habis teruapkan seluruhnya.

4. LANGKAH KERJA

a. Menegringan zat padat dengan ukuran tebal tertentu dalam oven 2jamhingga tidak mengandung air lagi, dinginkan lalu timbang ini adalah zat padat kernig tulang

b. Merebus zat padat dalam air mendidih selam 15 menitdan dinginkan hingga suhu runag timbang beratnya

c. Selisih berat zat padat basah kering tulang dengan zat padat kering adalah kadar air awal zat padat yang akan dikeringkan

d. Menyiapkan alat pengering, menghidupkan blower dan elemen pemanas hingga suhu konstan 70C

e. Mencatat volume humidity suhu bola basah udara masuk ruang panggang menentukan dew point udara dengan menggunakan humidity chart

f. Membaca tekanan uap air dari tabel tekanan uap dengan temperatur dew point

g. Mancatat laju alir udara

h. Menetukan laju alir udara kering masuk ruang pengering dengan persamaan :

i. (Nt-Nh2O) X BM adalah massa udara kering masuk ruang panggang

j. Mencatat relative humidity setiap 15menit

k. Mengulangi percobaan diatas

l. Laju alir udara dan suhu pengering selama percobaan dijaga konstan

5. DATA PENGAMATAN

Data Primer

Waktu Operasi (menit)

Temperature

Stack

Relative Humidity

Temperature Bola Basah

Berat Setelah Pengeringan

0

44

48

33

56,05

15

46

38

32

46,57

30

48

27

30

40,86

45

52

25

32

35,83

60

54

27

34

32,30

75

58

25

36

29,76

90

58

40

42

27,95

Data Sekunder

Waktu (T)

Menit

Tebal z = 0,3367

Humidity (H)

Kg H2O/kg udara kering

Free moisture (x)

Kg H2O/kg zat kering

0

0,028

0,1735

15

0,025

0,3413

30

0,019

0,3417

45

0,022

0,5343

60

0,026

0,7238

75

0,029

0,8534

90

0,048

0,9753

Laju kecepatan udara: 2,5 m/s

Diameter cerobong: 3,88 cm

Tebal kemplang: 0,3367 cm

Berat kemplang kering: 27,02 gr

Berat kemplang basah: 56,05 gr

6. PERHITUNGAN

a. Menghitung XT

XT =

Pada 0 menit= XT= 0

Pada 15 menit

XT = = 0,2035

Pada 30 menit

XT = = 0,3717

Pada 45 menit

XT = = 0,5643

Pada 60 menit

XT = = 0,7538

Pada 75 menit

XT = = 0,8834

Pada 90 menit

XT = = 1,0053

b. Menghitung free moisture (X)

X*= 0,03

X= XT - X*

Pada 0 menit

X = 0 0,03

= -0,003

Pada 15 menit

X = 0,3713 0,03

= 0,3413

Pada 30 menit

X = 0,3717 0,03

= 0,3417

Pada 45 menit

X = 0,5643 0,03

= 0,5343

Pada 60 menit

X = 0,7538 0,03

= 0,7238

Pada 75 menit

X = 0,8834 0,03

= 0,8534

Pada 90 menit

X = 1,0053 0,03

= 0,9753

c. Menghitung debit udara kering

Q= V x A

= 2,8 m/s . 3600 s/jam . 3,14 (0,0194)2

= 11,9122 m3/jam

d. Menghitung flowrate udara kering

V = P udara x Q

= 1,2 kg/ m3 . 11,9122 m3/jam

= 14,2946

e. Mencari Vh

Vh = [2,83.10-3 + 4,56 x 10-3 .H] T

i. Vh 0 menit

=(2,83x10-3+4,56x10-3(0,028)) 333 K

=0,9849

ii. Vh 15 menit

=(2,83x10-3+4,56x10-3(0,025)) 333 K

= 0,9803

iii. Vh 30 menit

=(2,83x10-3+4,56x10-3(0,019)) 333 K

= 0,9712

iv. Vh 45 menit

=(2,83x10-3+4,56x10-3(0,022)) 333 K

=0,9757

v. Vh 60 menit

=(2,83x10-3+4,56x10-3(0,0026)) 333 K

=0,9818

vi. Vh 75 menit

=(2,83x10-3+4,56x10-3(0,029)) 333 K

=0,9864

vii. Vh 90 menit

=(2,83x10-3+4,56x10-3(0,048)) 333 K

=1,015

f. Mencari g

g=

i. 0 menit

=Kg/m3

=1,0437 kg/m3

ii. 15 menit

=Kg/m3

=1,0455 kg/m3

iii. 30 menit

=Kg/m3

=1,0492 kg/m3

iv. 45 menit

=Kg/m3

=1,047 kg/m3

v. 60 menit

=Kg/m3

=1.045 kg/m3

vi. 75 menit

=Kg/m3

=1,043 kg/m3

vii. 90 menit

=Kg/m3

=1,032 kg/m3

g. Mencari harga G

G= V. Pg kg/jam m2

i. 0 menit

=2,8 m/s . 3600 s/jam x 1,0437 kg/m2

=10520,496 kg/m2jam

ii. 15 menit

=2,8 m/s . 3600 s/jam x 1,0455 kg/m2

=10538,64 kg/m2jam

iii. 30 menit

=2,8 m/s . 3600 s/jam x 1,0492 kg/m2

=10575,936 kg/m2jam

iv. 45 menit

=2,8 m/s . 3600 s/jam x 1,047 kg/m2

=10553,76 kg/m2jam

v. 60 menit

=2,8 m/s . 3600 s/jam x 1,045 kg/m2

=10533,6 kg/m2jam

vi. 75 menit

=2,8 m/s . 3600 s/jam x 1,043 kg/m2

=10513,44 kg/m2jam

vii. 90 menit

=2,8 m/s . 3600 s/jam x 1,032 kg/m2

=10402,56 kg/m2jam

h. Mencari h(heat tranfer)

H = 0,0204 G0,8

i. 0 menit

=0,0204(10520,496)0,8

=33,6712 W/ m K

ii. 15 menit

=0,0204(10538,64)0,8

= 33,7176 W/ m K

iii. 30 menit

=0,0204(10575,936)0,8

= 33,8131 W/ m K

iv. 45 menit

=0,0204(10553,76)0,8

= 33,7563 W/ m K

v. 60 menit

=0,0204(10533,6)0,8

=33,7047 W/ m K

vi. 75 menit

=0,0204(10513,44)0,8

= 33,6531 W/ m K

vii. 90 menit

=0,0204(10402,56)0,8

= 33,3689 W/ m K

i. Mencari Rc

Rc =

i. 0 menit

=

=1,3581 KJ/jam m2

ii. 15 menit

=

=1,4104 KJ/jam m2

iii. 30 menit

=

=1,5154 KJ/jam m2

iv. 45 menit

=

=1,4120 KJ/jam m2

v. 60 menit

=

=1,3091 KJ/jam m2

vi. 75 menit

=

=1,2066 KJ/jam m2

vii. 90 menit

=

=0,8973 KJ/jam m2

j. Mencari Tc

Tc=

i. 0 menit

= 0

ii. 15 menit

=

=5,6953 jam

iii. 30 menit

=

=3,1928 jam

iv. 45 menit

=

=3,0195 jam

v. 60 menit

=

=2,2844 jam

vi. 75 menit

=

=1,7838 jam

vii. 90 menit

=

=1,7097 jam

k. Mencari nilai t

T =

i. 0 menit

= ln

=1,5209.10-9 jam

ii. 15 menit

= ln

=6,3772.10-11 jam

iii. 30 menit

= ln

= 1,4706 . 10-9 jam

iv. 45 menit

= ln

=0,3598.10-9 jam

v. 60 menit

= ln

=5,6129 . 10-9 jam

vi. 75 menit

= ln

= 8,8653 . 10-9 jam

vii. 90 menit

= ln

= 1,9654 . 10-8 jam

7. ANALISA PERCOBAAN

Percobaan kali ini yaitu pengeringan zat padat menggunakan bahan kemplang basah yang telah direndam selama 2 jam dan dioven selama 1 jam pada suhu 60 0 C. Pada saat melakukan percobaan, ada parameter yang harus diperhatikan diantaranya adalah kelembaban, laju, jenis bahan, waktu, dan suhu. Dan selanjutnya percobaan ini menggunakan blower yang memiliki fungsi sebagai pengeluar atau menghembuskan udara panas dan mengeluarkan udara lembab yang terdapat pada ruang pengeringan agar bahan yang akan dikeringkan tidak menjadi lembab kembali.

Dari pengamatan, semakin lama waktu yang digunakan untuk mengeringkan, kandungan air yang didalam padatan akan menguap dansaat kondisi tertentu, humidity akan konstan dan kembali menurun dikarenakan berkurangnya kadar air dalambahan padat. Untuk mengetahuinya, dapat dilakukan dengan pemisahan terhadap humiditi dan free moisture yaitu dengan mencatat relative humidity setiap 15 menit untuk mengetahui suhu udara keluar pengering.

8. KESIMPULAN

Parameter yang harus diperhatikan adalah kelembaban udara, laju, jenis bahan, waktu dan suhu

Blower digunakan untuk mengeluarkan udara lembab diruang pendingin

Waktu pengeringan semakin lama maka kandungan uap air dalam bahan semakin kecil

Relative humidity dicatat tiap 15 menit untuk mengetahui suhu udara keluar ruang pengering