MODEL SISTEM DAN ANALISA PENGERING PRODUK MAKANAN

MODEL SISTEM DAN ANALISA PENGERING PRODUK MAKANAN Abstrak Pengeringan adalah sebuah proses dimana kelembaban dari sebuah produk makanan dikurangi agar rasa, dan bentuk tetap terjaga dengan meningkatnya kemampuan untuk disimpan lebih lama dan juga kemudahan pengakutannya. Produk makanan yang sangat membutuhkan proses lanjut seperi proses pengeringan ini adalah antara lain produk makanan bentuk bubuk seperti susu bubuk, tepung roti, dan juga produk makanan kering seperti kismis. Berbagai model system pengeringan yang telah dikembangkan telah dapat menjaga kualitas produk makanan seperti yang diharapkan. Pada tulisan ini akan dijelaskan beberapa model sistim pengeringan seperti Drum Drier, Tray Dries. Tunnel Drier dan Belt Drier yang telah diterapkan pada industri makanan.

1. Konsep dasar sistem pengeringan Proses pengeringan merupakan proses perpindahan panas dari sebuah permukaan benda sehingga kandungan air pada permukaan benda berkurang. Perpindahan panas dapat terjadi karena adanya perbedaan temperatur yang signifikan antara dua permukaan. Perbedaan temperatur ini ditimbulkan oleh adanya aliran udara panas diatas permukaan benda yang akan dikeringkan yang mempunyai temperatur lebih dingin. Aliran udara panas merupakan fluida kerja bagi sistim pengeringan ini. Komponen aliran udara yang mempengaruhi proses pengeringan adalah kecepatan, temperatur, tekanan dan kelembaban relati£ Proses pengeringan sebuah produk makanan membutuhkan waktu untuk mendapatkan produk kering yang diinginkan, bila berat sebuah produk diperhitungan sebagai fungsi waktu maka akan diperoleh bentuk grafik sebagai berikut :

Mahadi : Model Sistem dan Analisa Pengering Produk Makanan, 2007

USU Repository © 2007

1

1

Moisture Content 2

3

Gambar 1. Grafik Proses Pengeringan Makanan

Dan gambar 1 diatas dapat dijelaskan bahwa proses 1 ke 2 memperlihatkan pada proses awal aliran udara panas dapat menguapkan sejumlah air dalam produk makanan sebanding lurus dengan bertambahnya waktu pemanasan. Sedangkan pada proses 2 ke 3 dengan bertambahnya waktu kapasitas proses penguapan air malah berkurang disebabkan oleh telah menurunnya temperatur aliran udara panas dan naiknya kelembaban relatif udara sehingga udara panas menjadi jenuh dan tidak mampu lagi menguapkan air. Untuk alasan inilah proses pengeringan dengan aliran udara panas ini harus disediakan udara dalam jumlah besar agar kualitas produk makanan yang akan dikeringkan sesuai dengan yang ditetapkan. Grafik pada gambar 1 dapat dimodifikasi sehingga akan diperoleh sebuah grafik yang dapat menjelaskan jenis kondisi pengeringan sehingga akan mempermudah membuat model persamaannya. Laju kandungan air yang diuapkan dimodifikasi menjadi laju pengeringan terhadap waktu sehingga diperoleh grafik sebagai berikut :



2

Time Gambar 2. Grafik Laju Pengeringan Terhadap Waktu Titik 1 sampai titik 2 pada gambar diatas disebut sebagai constant-rate period, sedangkan titik 2 sampai titik 3 disebut dengan falling-rate period. Titik 2 disebut sebagai critical moisture content. Constant-rate period disebut juga sebagai kondisi pengeringan konstan yang dianggap mampu menjelaskan persamaan proses pengeringan pada sistim pengeringan ini. Selama kondisi ini berlangsung, kandungan air selalu mengumpul di permukaan produk yang akan dikeringkan disebabkan laju difusi ke permukaan benda lebih cepat daripada laju penguapannya serta sifat produk tidak mempengaruhi laju pengeringan. Laju pengeringan pada kondisi ini dapat dibedakan menjadi dua mekanisme perpindahan panas, yaitu konveksi dan konduksi. Pada pengeringan konveksi panas yang dibutuhkan untuk menguapkan kandungan air dari produk diberikan oleh udara suhu permukaan mendekati suhu wet bulb dari udara masuk. Besarnya laju pengeringan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

M =

hA(Tα − Ts ) h fg



3

dimana : M

= Laju pengeringan (kJ s)

h

= koefisien konveksi (kW! m2.°C)

A

= Luas pindahan panas (M2)

Tα

= Temperatur aliran udara (°C)

Ts

=Temperatur permukaan(°C)

hfg

= Panas laten yang diukur pada suhu TS (kJ/ kg)

Proses pindahan panas yang lain adalah konduksi. Model proses pindahan panas konduksi dapat digambarkan sebagai berikut :

Uap air

Produk yang dikeringkan

Qkonduksi Gambar 3. Model Proses Pindahan Panas Konduksi Pada pengeringan konduksi suhu permukaan produk yang dikeringkan akan mendekati suhu titik didih dari udara masuk. Besarnya laju pengeringan dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini :



4

M = kmA(Pg - Pv ) dimana : km

= Koefisien pindahan massa (kg/ s.m2.kPa)

A

= Bergantung pada rancangan sistim pengering

Pg

= Tekanan jenuh air yang diukur pada suhu permukaan (kPa)

Pv

= Tekanan parsial uap air dalam udara (kPa)

Persamaan lain yang dapat digunakan untuk menghitung laju pengering pada proses konduksi adalah sebagai berikut :

M =

UA(Tsumber − Ts ) h fg

dimana : U

= Koefisien pindahan panas seluruhnya diantara sumber panas dengan permukaan (W/m2.°C)

Tsumber = Suhu sumber panas (°C) TS

= Suhu permukaan (°C)

2. Analisa Model Sistim Pengeringan

2.1 Drum Drier Gambaran model pengering Drum Drier adalah sebagai berikut :



5

DRUM DRIER

Water vapor

…

…..

..

…..

..

….

…… … … .

Knife removes

…

.. …

… .

…

..

…. ….

..

….

. …..

…

…..

…....

…………………………..

……………………………………………………….

dried product

…………………………………………………….. ……………………………………………………

Tank containing

………………………………………………… ……………………………………………….. ……………………………………………..

liquid material

………………………………………….. ………………………………………… ……………………………………….

Steam condenses

for drying

inside drum

Gambar 4. Model Pengering Drum Drier Model pengering ini menggunakan proses konduksi untuk menguapkan air dari produk yang akan dikeringkan. Model ini terdiri dari tiga komponen utama, yaitu :

1. Tangki Fungsi : Sebagai tempat produk yang akan dikeringkan. Produk yang akan dikeringkan ditampung dan dikumpulkan di tempat ini. Bentuk tangki dibuat sedemikian rupa agar semua produk dapat



6

dikeringkan dengan sempurna. 2. Drum Fungsi : Sebagai alat pengering dimana ditempatkan uap panas ke dalam drum MI. Drum mempunyai konstruksi sedemikian rupa sehingga dapat dimasukan uap panas ke dalamnya. Saat drum berputar maka proses pengeringan yang dilakukan pada drum ini merupakan proses pengeringan lapis batas dimana produk akan bersinggungan dengan permukaan panas dan menempel pada drum sehingga dapat terangkut mengikuti putaran drum. Selama pengangkutan ini kandungan air dalam produk akan menguap sehingga saat drum berputar menyelesaikan siklus putarnya produk telah mencapai kadar air yang diinginkan. Putaran Drum dan panas uap yang dimasukkan diatur sedemikian rupa untuk mendapatkan produk dengan kadar air yang ditetapkan. 3. Pisau Skrap Fungsi: Memisahkan produk yang telah kering. Produk yang diinginkan dan masih menempel di drum dipisahkan dan ditampung ke dalam tangki keluaran. Proses pemisahan ini dilah-ukan dengan sebuah pisau skrap yang dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat memisahkan produk dari drum dengan sempurna. Aliran massa pada sistim Drum Drier dapat dianalisa untuk mendapatkan besarnya total energi yang digunakan. Pemasukan material ke sistim dapat dianggap sebagai pemasukkan dua jenis aliran massa, yaitu aliran massa produk dan aliran massa air. Saat

berada

dalam

sistim

kedua

aliran

terpisah

dan

kemudian

keluar

kelingkungannya dengan cara berbeda sesuai dengan sifat-sifat zatnya. Persamaan kesetimbangan aliran massa ini dapat digambarkan dan dijelaskan sebagai berikut :



7

MH2O(cair)

MH20(cair)

QLoss

Drum Drier

Mproduk

Mproduk

Q Gambar 5. Aliran Massa Pada Sistim Drum Drier Kesetimbangan Kesetimbangan aliran massa sistim ini adalah sebagai berikut : o

o

Q=M

o

produk

o

C produk (Te −T i ) + M H 20 (he − hi ) + Q Loss

dimana : o

= Laj u pindahan panas

Q o

M

produk

= Laju aliran massa produk jadi

C produk

= Panas jenis dari produk jadi

Te

= Suhu keluar produk

Ti

= Suhu masuk produk

o

M H 20

= Laju penguapan air

he

= Entalpi air (dalam bentuk uap) saat keluar

hi

= Entalpi air (dalam bentuk cair) saat masuk

o

Q Loss

= Kerugian panas yang keluar sistim

Alat ini dapat menjadi sangat efisien bila besar kerugian panas tidak melebihi 10% dari jumlah total enegi yang dibutuhkan. Banyaknya produk yang akan dikeringkan dibatasi oleh tingginya suhu pengeringan yang tersedia dan kemampuan produk tersebut agar terjadinya proses pengeringan lapisan batas pada drum pengering.



8

2.2. Sistim Pengering Konveksi Sistim pengering konveksi menggunakan aliran udara panas untuk mengeringkan produk. Proses pengeringan terjadi saat aliran udara panas ini bersinggungan lansung dengan permukaan produk yang akan dikeringkan. Model pengering yang menggunakan sistim pengering ini adalah :

2.2.1. Tray Drier Gambaran model pengering Tray Drier adalah sebagai berikut :

Gambar 6. Model Pengering Tray Drier Pada model ini, produk ditempatkan pada setiap rak yang tersusun sedemikian rupa agar dapat dikeringkan dengan sempurna. Udara panas sebagai fluida kerja bagi model ini diperoleh dari pembakaran bahan bakar, panas matahari. atau listrik. Kelembaban relatif udara yang mana sebagai faktor pembatas kemampuan udara menguapkan air dari produk, diperhatikan dengan mengatur pemasukan dan pengeluaran udara ke dan dari alat pengering ini melalui sebuah alat pengalir.



9

2.2.2. Tunnel Drier . Gambaran model pengering Tunnel Drier adalah sebagi berikut :

Gambar 7. Model Pengenng Tunnel Drier

Konstruksi model pengering ini hampir serupa dengan Tray Drier. Perbedaan mendasar terletak pada penempatan produk yang akan dikeringkan. Pada model ini produk yang akan dikeringkan ditempatkan pada sebuah rak yang tersusun sedemikian rupa dan susunan rak ini ditempatkan diatas sebuah kereta dorong sehingga mempermudah pemasukan dan pengelurannya. Proses pemasukan dan pengeluran udara panas hampir mirip dengan Tray Drier tetapi sedikit berbeda dalam hal pengaturan aliran udara didalam sistim. Pada model ini aliran udara dapat diatur sehingga mempunyai aliran dalam arah yang sama (aliran paralel), aliran lawan arah (aliran counter) atau aliran silang (aliran cross) dengan letak susunan kereta. .



10

2.2.3. Belt Drier Gambaran model pengering Belt Drier adalah sebagai berikut :

Gambar 8. Model Pengering Belt Drier Model pengering ini menggunakan penghantar sabuk yang ergerak secara kontinu membawa produk yang akan dikeringkan- Konstruksi sabuk dibuat berlubang pada sisi-sisinya agar aliran udara panas yang bergerak menyilang paralel atau counter dapat mencapai semua permukaan produk sehingga kering dengan sempurna. Untuk proses pengeringan konveksi ini, besar energi yang dibutuhkan dapat dihitung bila semua komponen dari aliran massa yang masuk dan keluar sistim dapat diketahui. Gambaran aliran massa dari sistim ini adalah sebagai berikut : Udara

Drier

Udara Uap air

Produk basah Produk kering Q Gambar 9. Aliran Massa Pada Sistim Pengeringan Konversi Kesetimbangan aliran massa sistim ini adalah sebagai berikut :



11

o

o

o

o

Q = M pe C pe (TPe − TPi ) + M a [C a (Tae − Tai ) + ω ai (hve − hvi )] + M evap (hve − hli ) + Q loss

dimana : o

Q o

M pe Cpe Tpe Tpi o

Ma Ca Tae Tai

ω ai

hve hvi o

M evap hli o

Q loss

= Energi panas yang dibutuhkan = Laju aliran massa produk yang keluar sistem = Panas j enis produk yang keluar sistim = Suhu keluar produk = Suhu masuk produk = Laju aliran massa udara kering yang masuk sistim = Panas jenis udara kering pada tekanan konstan = Suhu keluar udara . = Suhu masuk udara = Kelembaban absolut udara masuk = Entalpi uap air dari udara keluar = Entalpi uap air dari uadara masuk = Laju penguapan dalam sistim = Entalpi air dari produk yang masuk = Kerugian panas pada dinding dan kebocoran udara

Untuk sistim ini kerugian panas yang mencapai 20% dari total energi yang digunakan dianggap sebagai kerugian yang signifikan dan menurunkan efisiensi sistim. Memanfaatkan udara buang untuk digunakan kembali sebagai fluida kerja dapat menurunkan ongkos operasional, tetapi akan menaikkan kelembaban dalam sistim sehingga laju penguapan akan turun dan proses pengeringan tidak sempurna. Perhitungan yang akurat dan teknik yang tepat dibutuhkan untuk mendapatkan proses pengeringan yang sempurna dengan biaya operasional yang tidak tinggi.



12

Referensi : 1. Batty, J. Clair, Steven L. Folkman, Food Engineering Fundamentals , John Wiley & Sons, New York, 1983. 2. Incropera, Frank P., David P. Dewitt, Fundamental of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, Singapore, 1981.



13

MODEL SISTEM DAN ANALISA PENGERING PRODUK MAKANAN

Recommend Documents