SKRIPSI
UJI PERFORMANSI DAN ANALISA TEKNIK ALAT EVAPORATOR VAKUM
Oleh: ASEP SUPRIATNA F14101008
2008 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
UJI PERFORMANSI DAN ANALISA TEKNIK ALAT EVAPORATOR VAKUM
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : ASEP SUPRIATNA F14101008
2008 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UJI PERFORMANSI DAN ANALISA TEKNIK ALAT EVAPORATOR VAKUM
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : ASEP SUPRIATNA F14101008
Dilahirkan pada tanggal 02 Pebruari 1982 di Sukabumi – Jawa Barat Tanggal lulus : Mei 2008 Menyetujui, Bogor,
Mei 2008
Ir. Agus Sutejo, M.Si. Dosen Pembimbing Akademik Mengetahui,
Dr. Ir. Wawan Hermanan, MS. Ketua Departemen Teknik Pertanian
ASEP SUPRIATNA. F14101008. Uji Performansi dan Analisa Teknik Alat Evaporator Vakum. Dibimbing oleh Ir. Agus Sutejo, M.Si.
RINGKASAN
Salah satu proses kritis dari pengolahan produk pangan adalah mengurangi kadar air bahan sampai batas yang diinginkan. Hal ini ditujukan baik untuk meningkatkan daya simpan bahan, mengurangi resiko kerusakan, menaikkan nilai ekonomis, maupun untuk keperluan proses produksi selanjutnya. Proses yang sering digunakan adalah dengan cara pengeringan, katalisasi, penyaringan membran dan evaporasi. Khusus untuk bahan pangan cair yang sangat sensitif terhadap panas, pada suhu 40 – 70 oC, reaksi katalis enzim dapat mengubah sifat pangan cair hanya dalam beberapa menit saja yang berakibat pada perubahan sifat kimia juga fisik bahan tersebut. Sehingga walaupun diperlukan panas yang salah satunya untuk meng-inaktivasi enzim. Akan tetapi, pada saat yang bersamaan kualitas pangan tersebut harus tetap terjaga. Untuk keperluan tersebut evaporasi dilakukan pada tekanan di bawah tekanan atmosfer (vakum) sehingga titik didih pelarut dapat diturunkan. Evaporator yang biasa digunakan dalam industri diklasifikasikan berdasarkan pada beberapa hal, yaitu berdasarkan tekanan operasinya (vakum atau atmosfer), jumlah efek yang dipakai (tunggal atau jamak), jenis aliran konveksi (alami atau buatan) atau berdasarkan kontinuitas operasi (curah atau sinambung). Evaporator efek tunggal terdiri beberapa komponen utama, yaitu: alat penukar panas (heat exchanger), pemanas awal (preheater), ruang penguapan, kondenser, dan penghasil vakum. Unit heat exchanger merupakan unit penyedia panas. Unit ini terbuat dari plat stainless stee berbentuk silinder dengan diameter 63 cm dan panjang 200 cm yang di dalamnya dipasang susunan pipa-pipa stainless stee sebagai media pindah panas antara udara panas hasil pembakaran dengan fluida. Ada 47 buah pipa stainless stee dengan panjang 180 cm. Unit preheater merupakan tempat pertama kali bahan dipanaskan sampai setting point. Unit ini berbentuk silinder setinggi 205 cm dengan diameter luar 75 cm dan diameter dalam 65 cm. Ruang ini menggunakan model double jacket. Dinding pertama berfungsi sebagai pembatas antara bahan dengan fluida pemanas, sekaligus sebagai tempat penyimpan bahan. Dinding kedua tempat fluida panas berada. Sebagai isolator dipasang glass whole setebal 5 cm di bagian luar double jacket. Unit ruang penguapan (evaporator) merupakan ruangan tempat bahan dievaporasi (diuapkan). Unit ini juga menggunakan prinsip double jacket berbentuk silinder dengan diameter dalam 65 cm dan diameter tengah 75 cm. Ruang penguapan dihubungkan dengan pompa vakum, sehingga alat ini dibuat tertutup dan mampu menahan tekanan vakum 65 kPa di bawah tekanan atmosfer. Unit kondenser terbuat dari plat stainless steel berbentuk silinder dengan diameter 50 cm. Di dalamnya dipasang pipa stainless steel berdiameter 1 inchi. Pada kedua ujungnya dibuat setengah lingkaran. Pada kedua sisi bagian atas dan bawah dipasangkan pipa stainless steel berdiameter 2 inchi sebagai tempat masuk
dan keluarnya air pendingin dari chiller. Di bagian atas alat ini dipasang pressure gauge sebagai pengukur tekanan vakum. Sementara di bagian bawah alat ini dihubungkan dengan pompa vakum melalui sebuah pipa stainless steel berdiameter 3 inchi. Unit pompa vakum mampu menghasilkan tekanan vakum pada ruang evaporasi dengan kekuatan hingga 65 kPa di bawah tekanan atmosfer. Artinya mampu mengurangi tekanan ruang sebesar 65 kPa dari kondisi normal tekanan atmosfer. Pompa yang digunakan adalah pompa gear berdaya 5.5 HP. Sebagai reservoar digunakan air yang ditampung di dalam bak berukuran 50 x 50 x 75 cm. Air ini berfungsi untuk membawa uap panas yang berasal dari kondenser. Dalam pengujian awal terjadi kendala dalam mempertahankan kondisi tekanan operasi disebabkan masih banyaknya kebocoran baik pada unit ruang evaporasi, kondenser, maupun pada sambungan pipa di unit pompa vakum. Setelah dilakukan perbaikan dengan mengencangkan mur-mur pengikat dan menambahkan silikon pada setiap sambungan, tekanan vakum kembali normal. Proses pengujian dilakukan dengan 3 setting point, yaitu pada suhu bahan awal 60 oC, 65 oC, dan 70 oC. Dari ketiga perlakukan di atas, proses evaporasi dengan setting point 70 oC memiliki laju evaporasi lebih besar yaitu 90.98 liter air perjam. Dari hasil pengujian menunjukkan kinerja unit evaporator vakum yang diuji cukup optimal. Nilai dari laju penguapan rata-rata alat sebesar 64.81 kg/jam (perlakuan I), 74.77 kg/jam (perlakuan II), dan 90.98 kg/jam (perlakuan III). Konsumsi bahan bakar minyak tanahnya adalah: 2.73 kg/jam (perlakuan I), 2.51 kg/jam (perlakuan II), dan 2.59 kg/jam (perlakuan III). Nilai ekonomis bahan bakarnya adalah: 23.70 (perlakuan I), 29.80 (perlakuan II), dan 35.11 (perlakuan III). Dari hasil pengujian juga didapatkan bahwa alat ini mampu beroperasi pada tekanan -65 kPa. Pada tekanan operasi ini titik didih air mengalami penurunan dari 100 oC pada tekanan atmosfer menjadi 73.69 oC. Sehingga pada suhu ini proses evaporasi aman bagi bahan yang sensitif terhadap perlakuan panas. Efisiensi alat dianalisis dalam 3 pembahasan. Pertama, efisiensi pada unit preheater (pemanas awal bahan). Kedua, efisiensi pada unit evaporator, dan ketiga efisiensi sistem secara keseluruhan. Nilai efisiensi unit preheater masingmasing: 0,09 (perlakuan I), 0,18 (perlakuan II), dan 0,29 ( perlakuan III). Sedangkan nilai efisiensi pada unit evaporator adalah masing-masing 0,24 (perlakuan I), 0,10 (perlakuan II), dan 0,12 (perlakuan III). Sementara itu, nilai efisiensi sistem keseluruhan adalah masing-masing 0,04 (perlakuan I), 0,05 (perlakuan II), dan 0,05 (perlakuan III). Kata kunci: Evaporasi, Evaporator, Laju Evaporasi, Vakum
KATA PENGANTAR
Bismillâhirrahmânirrahîm, Segala puji milik Allah Swt., Dzat yang Maha Bijaksana dengan segala keputusanNya. Shalawat dan salam semoga senantiasa dilimpahkan atas Rasulullah Muhammad Saw., juga kepada keluarganya, para sahabat serta umatnya hingga akhir zaman. Syukur Alhamulillah berkat pertolongan Allah Swt. Akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul: “Uji Performansi dan Analisa Teknik Alat Evaporator Vakum”. Skripsi ini berisi hasil uji kinerja alat evaporator dan analisa teknik yang meliputi laju penguapan, konsumsi bahan bakar, nilai ekonomis, kemampuan tekanan vakum serta efisiensi alat. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus kepada: 1. Ir. Agus Sutejo, M.Si. selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan arahan juga bimbingan selama penulis menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 2. Dr. Ir. Suroso, M.Agr. dan Lenny Saulia, STP, M.Si. yang telah meluangkan waktunya selaku dosen penguji. 3. Ibunda dan Ayahanda (alm.) tercinta yang telah berkorban dan tulus mendidik dan membesarkan penulis dengan penuh kasih sayang. Walaupun dalam ketiadaanya, cinta sucinya akan selalu ada. 4. Istrinda Lisna Puspita Marliany tersayang dan ananda Hilmy yang telah menemani penulis dengan penuh kesabaran dan perhatian. 5. Sahabat-sahabat HTI dan BKIM yang telah memberikan arti hidup dan perjuangan, Insya Allah Khilafah akan segera berdiri. Terakhir, tentunya skripsi ini jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang konstruktif sangat penulis harapan. Semoga skripsi ini bermanfaat.
Bogor, Mei 2008 Penulis,
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR .................................................................................... i DAFTAR ISI.................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... iv DAFTAR TABEL............................................................................................ vi DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... vii I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG ........................................................................... 1 B. TUJUAN ................................................................................................ 2 II. TINJAUAN PUSTAKA A. EVAPORASI ......................................................................................... 3 B. EVAPORATOR EFEK TUNGGAL ..................................................... 11 1. Ruang Penguapan .............................................................................. 12 2. Kondenser........................................................................................... 13 3. Heat Exchanger ................................................................................. 13 C. ALIRAN MASA DAN ENERGI PADA EVAPORATOR.................... 15 1. Aliran dan Distribusi Temperatur pada Evaporator ........................... 17 2. Aliran dan Distribusi Temperatur pada Kondenser............................ 18 3. Kenaikan Titik Didih Bahan .............................................................. 19 4. Laju Evaporasi ................................................................................... 20 D. MINYAK TANAH ................................................................................ 20 III.METODE PENELITIAN A. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN .............................................. 23 B. BAHAN DAN ALAT ........................................................................... 23 C. PROSEDUR PENELITIAN .................................................................. 23 1. Pengukuran dan Pengamatan ........................................................... 23 2. Parameter
...................................................................................... 25
3. Langkah-Langkah Pengujian ........................................................... 28 D. TITIK-TITIK PENGUJIAN .................................................................. 30 IV.HASIL DAN PEMBAHASAN A. DESKRIPSI ALAT ............................................................................... 32
1. Pengamatan Fungsional ..................................................................... 32 2. Pengamatan Struktural ....................................................................... 35 3. Mekanisme Alat ................................................................................. 41 B. ANALISA TEKNIK DAN PENGHITUNGAN .................................... 42 1. Suhu ................................................................................................... 43 2. Tekanan Vakum Alat ........................................................................ 44 3. Laju Evaporasi ................................................................................... 45 4. Suhu Evaporasi .................................................................................. 46 5. Konsumsi Bahan Bakar ..................................................................... 48 6. Nilai Ekonomis Bahan baker ............................................................. 50 7. Efisiensi Sistem ................................................................................. 50 V. KESIMPULAN DAN SARAN A. KESIMPULAN ...................................................................................... 54 B. SARAN .................................................................................................. 55 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 56 LAMPIRAN ................................................................................................... 58
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Skema evaporator pipa pendek ..................................................... 5 Gambar 2. Skema evaporator pipa panjang vertikal, dengan lapisan naik ..... 6 Gambar 3. Skema evaporator pipa panjang vertikal, dengan lapisan turun .... 8 Gambar 4. Skema evaporator aliran bertenaga ................................................ 8 Gambar 5. Skema evaporator lapisan tipis teraduk/lapisan tersapu ................ 9 Gambar 6. Skema evaporator pelat datar ......................................................... 10 Gambar 7. Diagram skematis dari single-effect-evaporator ............................ 12 Gambar 8. Diagram aliran masa dan energi pada evaporator .......................... 15 Gambar 9. Distribusi temperatur panjang (luas) tube pada evaporator aliran paralel .................................................................................. 17 Gambar 10. Distribusi temperatur panjang (luas) tube pada evaporator aliran berlawanan . ......................................................................... 18 Gambar 11. Distribusi temperatur panjang (luas) tube pada kondenser aliran pararel ................................................................................. 19 Gambar 12. Distribusi temperatur panjang (luas) tube pada kondenser aliran berlawanan .......................................................................... 19 Gambar 13. Skema penyulingan minyak bumi ............................................... 21 Gambar 14. Diagram alir pelaksanaan penelitian ........................................... 30 Gambar 15. Titik-titik pengukuran ................................................................. 31 Gambar 16. Diagram skematis alat evaporator vakum ................................... 32 Gambar 17. Unit heat exchanger dan kompor ray .......................................... 36 Gambar 18. Unit ruang penguapan ................................................................. 37 Gambar 19. Unit kondenser ............................................................................ 38 Gambar 20. Unit pompa vakum ...................................................................... 38 Gambar 21. Salah satu unit pompa (bagian distribusi air kondenser .............. 39 Gambar 22. Unit panel listrik........................................................................... 40 Gambar 23. Pengamatan fungsional dan struktural dari alat evaporator vakum .......................................................................................... 41
Gambar 24. Grafik perubahan suhu (oC) bahan di ruang preheater terhadap waktu (menit) pada masing-masing setting point......... 43 Gambar 25. Grafik laju pemakuman ruang evaporasi (kPa) terhadap waktu pemakuman (menit).......................................................... 44
