VARIASI KETINGGIAN CYCLONE SEPARATOR TERHADAP KUALITAS HASIL PENGERINGAN FLASH DRYER DENGAN MENGGUNAKAN 1 CYCLONE DAN 2 CYCLONE
PUBLIKASI ILMIAH Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
SULAIMAN RASYID D 200 12 0021
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
i
ii
iii
VARIASI KETINGGIAN CYCLONE SEPARATOR TERHADAP KUALITAS HASIL PENGERINGAN FLASH DRYER DENGAN MENGGUNAKAN 1 CYCLONE DAN 2 CYCLONE Sulaiman Rasyid, Sartono Putro, Wijianto Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura Email :
[email protected] ABSTRAK Penelitian ini bertujuan mengetahui variasi optimal dari ketingian dan jumlah cyclone dalam proses pengeringan yang dilakukan untuk mengurangi kadar air yang dalam tepung. Variasi ketinggian yang digunakan adalah 1 m, 2 m, 3 m dengan menggunakan 1 cyclone dan 2 cyclone. Dalam alat pengering flash dryer adonan tepung basah dimasukkan kedalam screw conveyor lalu dihancurkan oleh hammer mill sambil dialiri oleh aliran udara panas yang didorong oleh blower kemudian menjadi kering, yang mana cyclone separator memisahkan antara aliran udara panas dengan tepung kering. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi ketinggian dan jumlah cyclone mempengaruhi kualitas hasil pengeringan. Semakin tinggi cyclone maka tingkat kekeringan tepung semakin kering. Hasil paling optimal didapatkan pada perbandingan ketingian cyclone 3 m dengan menggunakan 2 cyclone. Kata kunci : Pengeringan, Flash dryer, Cyclone Separator ABSTRACT The aim of this research is to know the optimum variation of the cyclone height and number in the drying process of flour. The variation of cyclone height used are 1 meter, 2 meters, and 3 meters. Meanwhile the variation of cyclone number used are 1 cyclone and 2 cyclones. In a flash dryer, the wet flour mass is put into the screw conveyor then it is dissolved by hammer mill while streamed by hot air stream which is pushed by a blower so that the mass becomes dry and by using cyclone separator, the dry flour is separated from the hot air stream. This research show that the variation of the cyclone height and number affect the quality of drying outcome. The higher cyclone the flour the higher level of dryness. The optimum outcome is reached by applying 2 cyclones 3 meters in height. Keywords : Drying, Flash Dryer, Cyclone Separator.
1
1. PENDAHULUAN 1.1 Pendahuluan Tepung merupakan bahan dasar pembuat makanan yang banyak digunakan baik dalam usaha skala besar maupun kecil. Singkong salah satu bahan sebagai pembuatan tepung. Dari bahan singkong dapat menghasilkan tepung kasava dan tapioka. Proses dari pembuatan tersebut berbeda. Untuk membuat tepung kasava, singkong dikupas dari kulitnya setelah itu dipotong kecil-kecil kemudian dijemur sampai kering baru digiling. Sedang pembuatan tepung tapioka berasal dari singkong yang diparut, kemudian dialiri air sambil diperas supaya terpisah dengan ampas organik. Saripati singkong hasil saringan dialirkan air menuju bak pengendapan sampai air jernih baru air dibuang hingga tapioka basah terlihat sampai lumpur berwarna putih. Setelah itu tapioka basah dipindahkan untuk dikeringkan. Pengeringan merupakan proses untuk menghilangkan sebagian air dari suatu bahan dengan pengunaan energi panas. Sehingga memperlambat pertumbuhan mikroorganisme atau jamur untuk dapat disimpan dalam waktu cukup lama maupun diolah lebih lanjut. (M. Supli Effendi, 2012: 15) Proses pengeringan banyak dilakuakan secara konvensional atau alami adalah pengeringan dibawah sinar matahari. Cara ini kurang menguntungkan karena kondisi cuaca yang bisa berubah-ubah sehingga memerlukan waktu yang lama untuk mengeringkan tepung dan tingkat kehigienisannya tidak terjamin karena terkontaminasi oleh polusi. Perlu adanya mesin pengering yang dapat mengeringkan tepung dalam waktu yang lebih singkat tanpa terkendala oleh cuaca dan kehigienisannya terjamin. Salah satu mesin untuk mengeringkan tepung adalah flash dryer. Flash dryer merupakan mesin pengering untuk mengeringkan adonan basah dengan memisahkan kedalam bentuk serbuk sambil dialiri dengan aliran udara panas berkecepatan tinggi secara berkelanjutan.
2
Pada penelitian ini penulis ingin menganalisa ketinggian cyclone separator terhadap hasil pengeringan tepung dengan menggunakan 1 cyclone dan 2 cyclone. Alat pegering yang digunakan tipe flash dryer hasil eksperimen civitas akademika Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 1.2 TUJUAN Tujuan dari penelitian ini mengetahui pengaruh ketinggian dan jumlah cyclone separator tunggal maupun ganda terhadap hasil pengeringan.
1.3 BATASAN MASALAH Berdasarkan rumusan masalah yang ada agar pembahasan terfokus dan tidak melebar terlalu jauh maka yang menjadi prioritas utama adalah : 1.
Alat pengering menggunakan pengering tipe flash dryer
2.
Bahan yang digunakan adalah tepung kanji sebanyak 500 gr dan air 320 ml
3.
Motor listrik dengan daya 0,5 HP
4.
Debit udara yang digunakan 7,2 m3/min dengan tekanan 800 Pa
5.
Aliran udara pengering dengan suhu 115ºC
6.
Indikator penellitian adalah perbandingan variasi ketinggian cyclone sparator 1, 2, dan 3 m
7.
Hasil pengeringan diukur berdasarkan density
1.4 TINJAUAN PUSTAKA Henning Gieseller (2007) “Evaluation of Tunable Diode Laser Absorption Spectroseopy for in Process Water vapor Mass Flux Measurrement During Freeze Drying”. menyatakan bahwa pengeringan menggunakan laser pada tipe alat pengering freeze dryer dapat menurunkan kadar air atau menguapkan air yang lebih baik dari pada pengering pilot. Yang mana perbandingan kecepatan, fluks massa profil dan aliran massa lebih tinggi. Marta Fernanda Zotarelli (2012) “A Convective Multi Flash Drying Process for producing Dehydrated Crispy Fruits”. Menyatakan bahwa penerapan pengeringan multi flash 3
dryer terhadap buah-buahan untuk dijadikan buah renyah dengan tingkat proses pengeringan semakin lama maka tingkat kandungan air pada buah tersebut semakin menurun, hasilnya buah menjadi renyah. K.A. Ibrahim (2013) “Swirling Gas-Solid Flow Through Pneumatic Converyng Dryer”. Menyatakan bahwa penelitian ini menyimulasikan 2 fase berdasarkan bilangan Reynolds dengan menggunakan pengering pilot skala vertikal sistem trasnportasi pneumatic untuk menjadikan bahan padat kering. Tekanan dan suhu diukur pada inlet yang berbeda. Sehingga didapatkan hasil penurunan tekanan aliran berputar lebih tinggi dari non berputar yang meningkatkan proses pengeringan. Ricardo L. Monteiro (2016) “A Microwave Multi Flash Drying Proces for producing Crispy Bananas”. Menyatakan bahwa pengeringan vakum microwave MWVD dan pengeringan beku MWFMFD proses pengeringan yang sama-sama singkat, laju pengeringan dan periode tingkat jatuh semakin tinggi, pengeringan menggunakan microwave lebih efektif MWFMFD dibandingkan MWVD untuk memproduksi pisang kering dan renyah dengan pori-pori lebih besar 20-50% dan waktu pengeringan sangat singkat bila dibandingkan pengeringan beku lainnya. Afnita Nur Amalina (20013) Pengaruh tinggi kolom dan debit aliran udara terhadap kinerja mesin pengering tipe flash dryer untuk pengeringan okara menyatakan bahwa semakin rendah tinggi kolom menghasilkan penurunan kadar air yang lebih cepat karena membutuhkan waktu yang singkat untuk keluar menuju cyclone separator. Semakin besar debit aliran udara yang digunakan maka penurunan kadar air semakin lama karena suhu pengeringan yang dihasilkan lebih rendah. 1.5 LANDASAN TEORI 1.5.1 Proses Pengeringan Proses pengeringan perlu adanya panas yang dibutuhkan, baik itu panas dari sinar matahari maupun dari panas buatan yang dihasilkan oleh alat pengering. Apabila tepung dikeringkan dengan panas matahari kendalanya yaitu cuaca dan kehiegenisannya kurang 4
terjamin. Maka perlu adanya alat pengering yang dapat mengeringkan tepung tanpa gangguan, sehingga proses pengeringannya cepatkering. Adapun jenis-jenis alat pengering yang digunakan antara lain : 1. Spray Dryer Pengeringan Spray Dryer digunakan untuk mengubah pasta, bubur atau cairan dengan viskositas rendah menjadi padatan kering. Pengeringan dengan cara ini mampu meminimalisir karena selama bahan cair yang akan dikeringkan tersedia. (Sagita Savita Sari dkk : 2012)
Gambar 1. Spray Dryer 2. Fluidized Bed Dryer Fluidized bed dryer digunakan untuk pengeringan bahan yang berbobot ringan dengan dialiri udara panas. bahan yang telah kering akan keluar melalui siklon untuk dipisahkan dengan udara, sedangkan bahan yang halus keluar melalui pulsejet /bag filter. (Sagita Savita Sari dkk : 2012)
Gambar 2. Fluidized Bed Dryer 3. Vacum Dryers Vakum digunakan untuk mengeringkan buah maupun sayur yang diiris, dengan mengendalikan suhu yang dikehendaki untuk pemanasan yang seragam agar meningkatkan kualitas buah-buahan dan sayuran kering. (Ricardo Lemos Monteiro : 2015)
Gambar 3. Vacum Dryer
5
4. Rotary Dryers Pengering rotary digunakan untuk bahan granular kering dan diproses, dengan pengeringan ini bahan/material dari bagian bawah dibolak-balik oleh silinder bersayap sambil dialiri udara panas sehingga materal kering dapat jatuh kebawah didorong oleh aliran udara panas. (Dennis R. Van Puyvelde : 2008)
Gambar 4. Rotary Dryer 5. Conduction Dryers Conduction Dryers dapat mengeringkan semacam bubur, pasta, dengan menggunakan suhu yang rendah. Sehingga perpindahan panas secara konduksi dapat menjamin proses pengeringan. (Sagita Savita Sari dkk : 2012)
Gambar 5. Conduction Dryer 6. Flash Dryer Hasil Civitas Akademika Teknik Mesin UMS Flash dryer adalah mesin pengering yang digunakan untuk mengeringkan adonan basah dengan memisahkan adonan tersebut kedalam bentuk serbuk dan mengeringkannya dengan mengalirkan udara panas berkecepatan tinggi secara berkelanjutan. (Sagita Savita Sari dkk : 2012)
Gambar 6. Flash Dryer
6
1.5.2 Pengeringan dalam Flash Dryer Dalam pengeringan kalor yang dibutuhkan sangat berpengaruh terhadap kadar air tepung yang dihasilkan, berdasarkan rumus : (Paul A. Tipler, 1998: 598)
........(1) Keterangan : Q : banyaknya kalor (J)
m : massa benda (kg)
cp: kalor jenis (J / kg ºC)
∆T: kenaikan suhu (ºC)
Dalam proses pengeringan di flash dryer, terjadi kontak langsung antara aliran udara panas dengan adonan tepung basah. Terjadi kesetimbangan kalor karena memiliki perbedaan suhu yaitu antara panas yang diterima dan panas yang dilepas, berdasarkan teori Azas Black dengan rumus : (Donald. R. Pitts : 1983)
Keterangan : ṁ : aliran massa (kg/s)
cp: kalor jenis (J/ kg ºC)
∆Th: kenaikan suhu udara panas (ºC)
∆Tc:kenaikan suhu adonan tepung (ºC)
Dalam proses pengeringan tepung, baik itu dalam kondisi basah maupun kering dapat dinyatakan dengan rumus density : (Ranald V Giles B.S., M.S, 1993:2)
1.5.3 Gaya sentrifugal pada cyclone
Gambar 7. Konsep gaya sentrifugal pada cyclone
..............(4) Keterangan : Fs m
: gaya sentrifugal (kg m/s2) : massa ( kg )
an
7
: percepatan aliran udara (m/s2)
pemisah siklon beroperasi berdasarkan gaya sentrifugal, gravitasi, dan inersia untuk menghilangkan partikel halus di udara. Cyclone berfungsi memisahkan partikel material dari aliran gas. Biasanya, partikel material memasuki pemisah siklon pada sudut tegak lurus terhadap aliran arus, dan kemudian berputar cepat. Sebuah gaya sentrifugal dibuat oleh aliran udara melingkar yang melempar partikel material menuju dinding siklon. Setelah partikel material menabrak dinding, maka partikel itu jatuh ke dalam lubang bawah cyclone.
1.5.4
Kerugian dalam aliran fluida kerugian dalam aliran fluida terdiri atas head losses mayor dan head losses minor. 1.
Head losses mayor
Disebabkan karena kerugian gesek di dalam pipa. Untuk menghitung kerugian gesek antara dinding pipa dengan aliran fluida tanpa adanya perubahan luas penampang di dalam pipa dipakai rumus : ( sularso. 1987 : 28 ) .....................(5) Keterangan
2.
: : koefisien gesekan
L
: panjang pipa (m)
D
: diameter pipa (m)
V
: kecepatan aliran dalam pipa (m/s)
g
: percepatan gravitasi (m/s²)
Head losses minor
Disebabkan karena kerugian dalam belokan-belokan, reduser, katup-katup dan sebagainya. Secara umum head losses minor dinyatakan dengan rumus :
........ (6) Keterangan
:
K
: koefisien resisten
V
: kecepatan aliran dalam pipa (m/s)
g
: percepatan gravitasi (m/s²)
8
2. METODE PENELITIAN
Gambar 8. Diagram alir penelitian 2.1 Alat dan Bahan 2.1.1 Alat – alat pengujian Alat –alat yang digunakan dalam pengujian antara lain: 1. Blower 2. Air Heater 3. Screw Conveyor 4. Hammer Mill 5. Cyclone 6. Puli dan Vanbelt 7. Kompor Gambar 9. Mesin flash dryer
9
Blower
Air Heater
Cyclone Separator
Screw Conveyor
Pulli
Hammer Mill
Vanbelt
Kompor
Alat-alat ukur yang digunakan antara lain :
Thermometer
Gelas Ukur
Stopwatch
Thermokopel
Timbangan
Anemometer
2.1.2 Bahan yang digunakan
Tepung kanji/tapioka
Tepung setelah dicampur dengan air
10
2.2
2.3
Waktu dan Tempat Pengujian Hari/tangal
: Jumat, 25 Maret 2016
Pukul
: 08.00 WIB
Tempat
: Laboratorium Sekolah Vokasi, UMS
Langkah – Langkah Pengujian 1. Mempersiapkan alat yang mencakup semua komponen flash dryer dan bahan tepung tapioka yang akan digunakan. 2. Memasang semua komponen flash dryer yang akan digunakan dan memastikan semua terpasang dengan benar. 3. Menyalakan kompor pemanas untuk memanaskan air heater. 4. Menunggu temperatur hingga mendekati suhu yang diinginkan. 5. Menyalakan blower sebagai penyuplai udara agar panas dari air heater dapat mengalir dan menyalakan motor listrik untuk menggerakkan hummer mill dan screw conveyor. 6. Menimbang tepung tapioka dengan komposisi
500 gr dan air 320 ml, kemudian
dicampur antara tepung dengan air sehingga menjadi adonan tepung basah. 7. Setelah temperatur sudah sesuai dengan yang diinginkan, memasukkan adonan tepung basah ke inlet screw conveyor. 8. Menyalakan stopwatch untuk menghitung waktu tepung dari awal masuk inlet screw conveyor sampai tepung selesai keluar outlet cyclone. 9. Mengulangi percobaan untuk variasi ketinggian dan penggunaan jumlah cyclone yang berbeda. 3.
HASIL DAN PEMBAHASAN Dari pengujian tersebut diperoleh data sebagai berikut :
Percobaan
H1m
H2m
H3m
m (kg)
Tepung Masuk v ρ (liter) (kg/liter)
m cylone 1 (kg)
Tepung Keluar m cylone 2 m total (kg) (kg)
v (liter)
ρ (kg/liter)
1 cyclone
0.82
0.7
1.1714
0.44
-
0.44
0.75
0.5867
2 cyclone
0.82
0.7
1.1714
0.49
0
0.49
0.84
0.5833
1 cyclone
0.82
0.7
1.1714
0.42
-
0.42
0.73
0.5753
2 cyclone
0.82
0.7
1.1714
0.47
0
0.47
0.82
0.5732
1 cyclone
0.82
0.7
1.1714
0.39
-
0.39
0.69
0.5652
2 cyclone
0.82
0.7
1.1714
0.45
0
0.45
0.80
0.5625
11
Density (kg/liter)
1. Hubungan antara variasi ketinggian dan jumlah cyclone terhadap density tepung dan kapasitas tepung adalah sebagai berikut : 0,5900 0,5800 0,5700
1 cyclone
0,5600
2 cyclone
0,5500 H1
H2
H3
Ketinggian cyclone (meter)
Gambar 10. Grafik Hubungan antara variasi ketinggian dan jumlah cyclone terhadap density tepung
Kapasitas tepung keluar (kg)
Berdasarkan gambar 10, density paling rendah 0,5625 kg/liter pada ketinggian 3 m dengan menggunakan 2 cyclone, sedangkan tertinggi 0,5867 kg/liter pada ketinggian 1 m dengan menggunakan 1 cyclone. 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2
1 cyclone
0,1
2 cyclone
0 H1m
H2m
H3m
Ketinggian cyclone (meter)
Gambar 11. Grafik Hubungan antara variasi ketinggian dan jumlah cyclone terhadap kapasitas tepung Berdasarkan gambar 11, kapasitas paling tinggi 0,49 kg pada ketinggian 1 m dengan menggunakan 2 cyclone, sedangkan paling rendah 0,39 kg pada ketinggian 3 m dengan 1 cyclone. Dari data diatas yaitu density dan kapasitas tepung dipengaruhi oleh : a) Ketinggian dan jumlah cyclone separtor ketinggian pipa menjadi kontak saling bertemunya udara panas dengan adonan tepung basah, semakin tinggi ketinggian pipa maka kontak proses pengeringan semakin lama sehingga hasilnya tepung akan lebih kering. Sedangkan pada jumlah cyclone yang digunakan, ketika menggunakan 1 cyclone maka aliran udara panas menjadi bebas sehingga penurunan kadar air lebih cepat, berbeda dengan menggunakan 2 cyclone. Sambungan antara cyclone 1 dan 2 memberikan 12
hambatan pada aliran udara panas, sehingga waktu yang dibutuhkan semakin lama dan tepung tidak banyak yang keluar melalui lubang ats cyclone. Hasilnya tepung semakin kering dengan lamanya proses pengeringan.
2. Hubungan antara variasi ketinggian dan jumlah pengeringan, di dapatkan data sebagai berikut : Percobaan H1m H2m
Waktu tepung ( detik)
H3m
1 cyclone 2 cyclone 1 cyclone 2 cyclone 1 cyclone 2 cyclone
Waktu Tepung Keluar (detik) 310 322 388 398 432 434
cyclone terhadap waktu proses
Kecepatan Aliran Udara m/s 16,9 16,9 16,9 16,9 16,9 16,9
500 400 300 200
1 cyclone
100
2 cyclone
0 H1
H2
H3
Ketinggian cyclone (meter)
Gambar 12. Grafik hubungan antara variasi ketinggian dan jumlah cyclone terhadap waktu tepung keluar cyclone Berdasarkan gambar 12, waktu tepung keluar paling cepat 310 detik pada ketinggian 1 m dengan menggunakan 1 cyclone,sedangkan paling lama 434 detik pada ketinggian 3 m dengan menggunakan 2 cyclone. Hal ini dsebabkan ketinggian dan jumlah cyclone semakin tinggi da semakin banyak jumlah cyclone maka proses pengeringan semakin lama.
4. PENUTUP 4.1 Kesimpulan Hasil dari data yang telah dianalisa dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Variasi ketinggian dan jumlah cyclone yang digunakan terhadap hasil pengeringan tepung, semakin besar ketinggian cyclone semakin kering tepung yang dihasilkan dan waktu yang dibutuhkan untuk proses pengeringan semakin lama.
13
4.2 Saran Dari hasil pengujian yang telah dilakukan ada kekurangannya maka saran untuk penelitian kedepan adalah : 1. Dalam penelitian yang telah dilakukan diukur dengan density. Hal ini kurang akurat karena massa dan volume butiran tepung kering berbeda-beda sehingga perlu dibutuhkan alat ukur kelembaban untuk mengukur kadar air suatu zat.
DAFTAR PUSTAKA
Amalina, Afnita Nur. 2013. Analisa Matematis Pengaruh Tinggi Aliran Kolom dan Debit Aliran Udara Terhadap Kinerja Mesin Pengering Tipe Flash Dryer untuk Pengeringan Okara. Jurnal. Fakultas Teknik Pertanian Universitas Gajah Mada. Effendi,M Supli. 2012. Teknologi Pengolahan dan Pengawetan Pangan. Bandung : Penerbit Alfabeta. Gieseler , Henning. 2007. Evaluation of Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy for in Process Water Vapor Mass Flux Measurement During Freeze Drying. Jurnal. Department of Pharmaceutics. University of Erlanger Germany Giles V, Ranald. 1998. MEKANIKA FLUIDA dan HIDRAULIKA. Jakarta : Penerbit Erlangga Ibrahim K.A. 2013. Swirling Gas Solid Flow Through Pneumatic Conveying Dryer. Jurnal. Faculty of Engineering, Menoufiya University, Egypt. Monteiro L, Ricardo. 2015. How to Make a Microwave Vacuum Dryer with Turntable. Jurnal. Department of Chemical and food Engineering, Federal University of Santa Catarina, Brazil 2016. A Microwave Multi Flash drying process for Producing Cryspy Bananas. Jurnal. Department of Chemical and food Engineering, Federal University of Santa Catarina, Brazil. Pitts, Donald R, dkk. 1983. HEAT TRANSFER. Singapore : McGraw-Hill Book Company. Sari, Sagita Savita, dkk. 2012. Mengenal Metode Pengeringan dalam Bidang Farmasi. Fakultas Ilmu Kesehatan Universitas Jenderal Soedirman. Sularso, Tahara Haruo. 1987. POMPA DAN KOMPRESOR. Jakarta : PT Pradnya Paramita. Tipler A, Paul. 1998. FISIKA Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Penerbit Erlangga. Van Puyvelde R Dennis. 2008. Modelling The Hold Up of Liffers in Rotary Dryers. Jurnal. Canberra, Australia. Zotarelli Fernanda, Marta. 2012. A Convective Multi Flash drying process for Producing dehydrated Crispy Fruits. Jurnal. Department of Chemical and food Engineering, Federal University of Santa Catarina, Brazil.
14
