Praktikum Drying [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK PEMISAHAN



MATERI : DRYING



Disusun Oleh :



Nama



: Tri Ilma Humairah



NIM



: 011600458



Jurusan



: Teknokimia Nuklir



Kelompok



:F



Rekan Kerja



:1. Muhammad Dzuhri Ferianto 2. Muhammad Fauzi Sati Rambe 3. Uray Ayu Pricila



Asisten



: Harum Azizah Darojati, ST, M.T



SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL YOGYAKARTA 2018



DRYING



I.



TUJUAN Tujuan pembelajaran umum: Mahasiswa dapat memahami prinsip drying (pengeringan). Tujuan pembelajaran khusus: Setelah melakukan praktikum ini, mahasiswa diharapkan dapat: 1.



Mengetahui pengaruh kecepatan pengeringan terhadap kadar air dalam padatan.



2.



Mengetahui pengaruh waktu pengeringan terhadap kadar air dalam padatan.



3.



Menentukan koefisien perpindahan massa H2O dari padatan ke udara (ky) pada periode kecepatan pengeringan tetap



II.



DASAR TEORI Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan panas untuk menguapkan air dari permukaan bahan tanpa mengubah sifat kimia dari bahan tersebut. Dasar dari proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan kandungan air dari bahan akan mengakibatkan berkurangnya kadar air dalam bahan tersebut. Faktor- Faktor Yang Mempengaruhi Pengeringan a. Luas Permukaan Makin luas permukaan bahan makin cepat bahan menjadi kering. Air menguap melalui permukaan bahan, sedangkan air yang ada di bagian tengah akan merembes ke bagian permukaan dan kemudian menguap. b. Perbedaan Suhu dan Udara Sekitarnya Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan makin cepat pemindahan panas ke dalam bahan dan makin cepat pula penghilangan air dari bahan. Air yang keluar dari bahan yang dikeringkan akan menjenuhkan udara sehingga kemampuannya untuk menyingkirkan air berkurang. Jadi dengan



semakin tinggi suhu pengeringan maka proses pengeringan akan semakin cepat. Akan tetapi bila tidak sesuai dengan bahan yang dikeringkan, akibatnya akan terjadi suatu peristiwa yang disebut "Case Hardening", yaitu suatu keadaan dimana bagian luar bahan sudah kering sedangkan bagian dalamnya masih basah. c. Kecepatan Aliran Udara Makin tinggi kecepatan udara, makin banyak penghilangan uap air dari permukaan bahan sehinngga dapat mencegah terjadinya udara jenuh di permukaan bahan. Udara yang bergerak dan mempunyai gerakan yang tinggi selain dapat mengambil uap air juga akan menghilangkan uap air tersebut dari permukaan bahan, sehingga akan mencegah terjadinya atmosfir jenuh yang akan memperlambat penghilangan air. Apabila aliran udara disekitar tempat pengeringan berjalan dengan baik, proses pengeringan akan semakin cepat, yaitu semakin mudah dan semakin cepat uap air terbawa dan teruapkan. d. Tekanan Udara Semakin kecil tekanan udara akan semakin besar kemampuan udara untuk mengangkut air selama pengeringan, karena dengan semakin kecilnya tekanan berarti kerapatan udara makin berkurang sehingga uap air dapat lebih banyak tetampung dan disingkirkan dari bahan pangan. Sebaliknya jika tekanan udara semakin besar maka udara disekitar pengeringan akan lembab, sehingga kemampuan menampung uap air terbatas dan menghambat proses atau laju pengeringan. e. Kelembapan Udara Makin lembab udara maka Makin lama kering sedangkan Makin kering udara maka makin cepat pengeringan. Karena udara kering dapat mengabsobsi dan menahan uap air Setiap bahan mempunyai keseimbangan kelembaban nisbi masing-masing. kelembaban pada suhu tertentu dimana bahan tidak akan kehilangan air (pindah) ke atmosfir atau tidak akan mengambil uap air dari atmosfir f.



Sifat bahan, diantaranya: 1. Ukuran bahan Semakin kecil ukuran bahan, pengeringan akan makin cepat 2. Kadar air



Semakin sedikit air yang dikandung, pengeringan akan makin cepat. Mekanisme keluarnya air dari dalam bahan selama pengeringan adalah sebagai berikut: 1. Air bergerak melalui tekanan kapiler. 2. Penarikan air disebabkan oleh perbedaan konsentrasi larutan disetiap bagian bahan. 3. Penarikan air ke permukaan bahan disebabkan oleh absorpsi dari lapisanlapisan permukaan komponen padatan dari bahan. 4. Perpindahan air dari bahan ke udara disebabkan oleh perbedaan tekanan uap. Metode Umum Pengeringan Metode dan proses pengeringan dapat diklasifikasikan dalam berbagai cara yang berbeda. Proses pengeringan dapat dikelompokkkan sebagai: 1.



Batch; bahan dimasukkan ke dalam peralatan pengering dan pengering



berlangsung selama periode waktu tertentu. 2.



Kontinu; bahan ditambahkan secara terus-menerus ke dalam pengering dan



bahan kering dipindahkan secara terus-menerus. Drying banyak digunakan dalam berbagai macam industri, baik industri besar maupun kecil. Proses pengeringan sangat erat hubungannya dengan alat pengering. Pemilihan alat pengering berdasarkan pertimbangan kondisi operasi, kebutuhan energi, biaya perawatan, hasil yang diinginkan, kapasitas, bahan yang diolah, jenis sumber energi alat, efisiensi energi serta pertimbangan-pertimbangan ekonomis. Di industri alat-alat drying sangat bervariasi tergantung pada kebutuhan industri yang bersangkutan. Mekanisme transfer panas pada alat pengering dapat secara langsung ataupun tak langsung. Jenis-jenis alat pengering yang terdapat di industri dapat dilihat dilihat pada daftar. Pada proses pengeringan cairan yang dapat diuapkan adalah cairan bebas. Cairan bebas yaitu cairan total dalam bahan dikurangi cairan kesetimbangan. Cairan kesetimbangan adalah cairan yang terkandung dalam bahan yang setimbang dengan tekanan uap parsial dalam udara setelah bahan dikenai proses pengeringan yang cukup lama pada kondisi pengeringan konstan. (Ginanjar, 2011)



Pada proses drying terjadi dua proses perpindahan massa, yaitu perpindahan massa H2O dari dalam padatan ke permukaan padatan dan perpindahan massa H2O dari permukaan padatan ke udara. Kecepatan perpindahan massa H2O untuk masing-masing proses dapat ditulis dengan persamaan: Kecepatan perpindahan massa H2O dari dalam ke permukaan padatan: 𝑔 H2O



𝑑𝑋



𝑁 (𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑥 𝑙𝑢𝑎𝑠) = −𝐷𝑒 . 𝑑𝑟



(1)



Kecepatan perpindahan massa H2O dari permukaan padatan ke udara: 𝑔 H2O



𝑁 (𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑥 𝑙𝑢𝑎𝑠) = 𝑘𝑦 . (𝑌 ′ − 𝑌)



(2)



Selain perpindahan massa, pada proses drying juga terjadi perpindahan panas karena untuk penguapan H2O diperlukan panas. Misal mula-mula suhu bahan yang dikeringkan sama dengan suhu udara sekitarnya. Karena penguapan H2O memerlukan panas dan tidak ada perpindahan panas dari udara ke bahan, maka panas untuk penguapan diambil dari bahan itu sendiri sehingga suhu bahan turun menjadi lebih rendah dari suhu udara. Akibatnya, terjadi perpindahan panas dari udara ke bahan tersebut. Setelah proses terjadi cukup lama maka jumlah panas yang ditransfer dari udara ke bahan tepat sama dengan yang diperlukan untuk penguapan H2O sehingga suhu bahan akan tetap dan suhu ini lebih rendah dari suhu udara. Menurut Geankoplis (2003), kecepatan pengeringan dapat dihitung dari data berat kering sampel (Ws), berat basah sampel (W) dan waktu (t) pada pengeringan tetap, dengan mula-mula menghitung kadar air (X) dalam sampel terlebih dahulu, dengan persamaan: 𝑋=



𝑊−𝑊𝑠 𝑊𝑠



(3)



Dari persamaan tersebut, dapat dibuat grafik hubungan kadar air dan waktu, sedangkan untuk kecepatan pengeringan (R) dapat dihitung setelah penentuan luas permukaan sampel (A), dengan persamaan: 𝑅=



III.



−𝑊𝑠 𝑑𝑥 𝐴



𝑑𝑡



(4)



BAHAN DAN ALAT A. Bahan 1. Kacang Tanah 2. Air B. Alat 1. Bekker 100 ml 2. Cawan Petri 3. Oven 4. Desikator 5. Timbangan 6. Sarung Tangan



IV.



LANGKAH KERJA 1. Dimensi cawan petri diukur dan ditimbang massanya 2. Kacang tanah dimasukkan kedalam cawan petri sampai memenuhi luasan cawan petri 3. Kacang tanah ditimbang sebelum direndam 4. Kacang tanah direndam di dalam air selama 15 menit, kemudian massanya ditimbang 5. Kacang tanah dipanaskan di dalam oven selama 10 menit 6. Kacang tanah dimasukkan ke dalam desikator selama 1 menit dan massanya ditimbang 7. Langkah 5-6 diulangi lagi sampai didapatkan massa yang stabil (konstan) dengan selisih 0.1



V.



DATA PENGAMATAN Sampel



: Kacang Tanah



Dimensi (D)



: 5.7



Berat kering (Ws)



: 12.6472 gr



Berat basah mula-mula (W)



: 15.0219 gr



Temperatur oven (dijaga konstan) : 80



cm



ºC



Data pengamatan percobaan pengeringan :



Waktu No. t (menit)



Berat bahan W (gram)



Berat air W-Ws (gram)



Kadar air (X) 𝑋=



𝑊 − 𝑊𝑠 𝑊𝑠



1



0



15.0219



2.3747



0.1878



2



10



14.5246



1.8774



0.1484



3



20



14.1522



1.5050



0.1189



4



30



13.8625



1.2153



0.0961



5



40



13.5862



0.9390



0.0742



6



50



13.3536



0.7064



0.0558



7



60



13.1807



0.5335



0.0422



8



70



12.9867



0.3395



0.0268



9



80



12.8583



0.2111



0.0167



10



90



12.7557



0.1085



0.0086



VI.



PERHITUNGAN 1.



Luas Permukaan Sampel A = A =



1 4 1 4



𝜋 D2 3.14 (5.7)2



A = 25.50465 cm2



2.



Kadar Air



Kadar air (X) 𝑋=



𝑊 − 𝑊𝑠 𝑊𝑠



0.1878 0.1484 0.1189 0.0961 0.0742 0.0558 0.0422 0.0268 0.0167 0.0086



3.



Kecepatan Pengeringan Kecepatan Pengeringan (R)



𝑅=



−𝑊𝑠 𝑑𝑥 𝐴



𝑑𝑡



(gram/cm2menit) 0



0,001954 0,001463 0,001131 0,001086 0,000912 0,000674 0,000764 0,000501 0,000402



4. Grafik kecepatan pengeringan (R) vs kadar air (X) dalam padatan Grafik Hubungan Kadar Air (X) vs Kecepatan Pengeringan (R)



Kecepatan Pengeringan (R)



0.0025 y = 0.01x + 0.0003 R² = 0.957



0.002 0.0015 0.001 0.0005 0 0



0.02



0.04



0.06



0.08



Kadar Air (X)



0.1



0.12



0.14



0.16



5. Koefisien perpindahan massa H2O dari padatan ke udara (Ky) Dari grafik hubungan kadar air (x) dan kecepatan pengeringan (R) diperoleh persamaan : y = 0,01x + 0,0003 Ky= Slope Ky = 0,01



6. Grafik kadar air (X) vs waktu pengeringan (t) Grafik Hubungan Kadar Air (X) vs Waktu Pengeringan (t) 0.2



Kadar Air (x)



0.15 0.1 y = -0.0019x + 0.1641 R² = 0.9549



0.05 0 0



10



20



-0.05



30



40



50



60



70



80



90



100



waktu pengeringan (t)



7. Kecepatan pengeringan (R) vs waktu pengeringan (t)



Grafik Hubungan Kecepatan Pengeringan (R) vs Waktu Pengeringan (t) Kecepatan Pengeringan (R)



0.0025 0.002 0.0015



y = -2E-05x + 0.0018 R² = 0.9085



0.001 0.0005 0 0



20



40



60



Waktu pengeringan (t)



80



100



VII.



PEMBAHASAN Setelah melaksanakan praktikum drying ini, mahasiswa dapat memahami prinsip drying (pengeringan), mengetahui pengaruh kecepatan pengeringan terhadap kadar air dalam padatan, mengetahui pengaruh waktu pengeringan terhadap kadar air dalam padatan dan dapat menentukan koefisien perpindahan massa H2O dari padatan ke udara (ky) pada periode kecepatan pengeringan tetap. Dari hasil praktikum dapat dipahami bahwa drying (pengeringan) merupakan proses pemindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan panas untuk menguapkan air dari permukaan bahan tanpa mengubah sifat kimia dari bahan tersebut. Dengan prinsip yaitu terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Dalam hal ini kandungan uap air udara lebih sedikit atau udara mempunyai kelembaban nisbi yang rendah sehingga terjadi penguapan. Pada praktikum ini bahan yang digunakan oleh kelompok kami adalah kacang tanah, dimana massa kering kacang tanah tersebut sebelum direndam adalah 12.6472 gr dan setelah direndam dengan air selama 15 menit, maka massa kacang tanah menjadi 15.0219 gr. Hal ini dikarenakan kacang tanah telah menyerap air sehingga massa kacang tanah bertambah. Dan untuk menghilangkan air yang terperangkap dalam kacang tanah tersebut maka diperlukan pemanasan. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan oven pada suhu 80°C dan dalam waktu 10 menit, pemanasan ini dilakukan untuk menguapkan air yang terdapat dibahan kacang tanah. Kecepatan pengeringan suatu bahan dipengaruhi oleh sifat bahan dan kondisi operasi pengeringan. Sifat bahan meliputi luas permukaan bahan, kandungan cairan bahan, bentuk bahan, porositas bahan, difusivitas air dalam bahan, viskositas dan rapat massa fluida. Salah satu contoh pengaruh dari sifat bahan pada praktikum ini yaitu terbukti dari perbandingan hasil praktikum kelompok kami dengan hasil praktikum kelompok lain yang menggunakan cawan petri yang lebih besar sehingga memiliki luas permukaan bahan yang besar dan menyebabkan



kecepatan pengeringan lebih cepat dibandingkan dengan kelompok kami yang menggunakan cawan petri yang berukuran lebih kecil sehingga luas permukaan bahannya kecil dan menyebabkan kecepatan pengeringannya lebih lambat dan percobaan ini sesuai dengan teori yang mengatakan bahwa semakin luas permukaan bahan maka semakin cepat bahan menjadi kering. Selain itu juga dipengaruhi oleh kepadatan bahan dimana ketika dibandingkan dengan kelompok yang menggunakan kacang yang memiliki kepadatan lebih besar (keras) seperti kacang hijau maka kecepatan pengeringannya lebih lama dibanding dengan kelompok kami yang menggunakan kacang tanah dengan tekstur yang tidak terlalu keras (padat) sehingga pengeringannya lebih cepat. Dari hasil perhitungan dimensi cawan petri maka diperoleh luas permukaan kacang tanah yaitu 25.50465 cm2. Sesuai dengan tujuan praktikum ini dan dari pengolahan data, dibuatlah grafik hubungan antara kadar air (X) dan kecepatan pengeringan (R), grafik hubungan antara kadar air (X) dan waktu pengeringan (t), serta grafik hubungan antara kecepatan pengeringan (R) dan waktu pengeringan (t). Dari grafik hubungan antara kadar air (X) dan kecepatan pengeringan (R) dapat dilihat bahwa nilai kadar air dan kecepatan pengeringan berbanding lurus yaitu semakin besar nilai kadar air maka nilai kecepatan pengeringan juga semakin besar. Dan dapat juga dilihat dari tabel berikut : Kadar air (X) 𝑋=



𝑊 − 𝑊𝑠 𝑊𝑠



Kecepatan Pengeringan (R) 𝑅=



−𝑊𝑠 𝑑𝑥 𝐴



𝑑𝑡



(gram/cm2menit)



0.1878



0



0.1484



0,001954



0.1189



0,001463



0.0961



0,001131



0.0742



0,001086



0.0558



0,000912



0.0422



0,000674



0.0268



0,000764



0.0167



0,000501



0.0086



0,000402



Kadar air bahan menunjukan banyaknya kandungan air persatuan bobot bahan. Dari table diatas dapat dilihat bahwa semakin sedikit air yang dikandung, pengeringan akan semakin cepat, hal ini dikarenakan jumlah air yang diuapkan keudara tinggal sedikit karena mengalami penurunan kadar air dalam bahan. Dan dari grafik tersebut juga diperoleh persamaan y = 0,01x + 0,0003. Dimana hasil slope dari grafik tersebut merupakan nilai koefisien perpindahan massa H2O dari padatan ke udara (Ky) dan nilainya yaitu 0,01. Untuk grafik hubungan antara kadar air (X) vs waktu pengeringan (t), dapat diketahui pengaruh waktu pengeringan terhadap kadar air dalam padatan adalah semakin lama waktu pengeringan maka kadar air yang tertinggal didalam padatan akan semakin sedikit karena mengalami penurunan secara teratur disebabkan oleh pemanasan sehingga air menguap. Dan dapat juga dilihat dari table berikut : Waktu t (menit)



Kadar air (X) 𝑋=



𝑊 − 𝑊𝑠 𝑊𝑠



0



0.1878



10



0.1484



20



0.1189



30



0.0961



40



0.0742



50



0.0558



60



0.0422



70



0.0268



80



0.0167



90



0.0086



Dan dari table diatas dapat dilihat bahwa semakin lama waktu pengeringan maka kadar air dalam kacang tanah semakin kecil. Untuk grafik kecepatan pengeringan (R) vs waktu pengeringan (t) juga mengalami penurunan namun penurunan yang terjadi tidak teratur dan sedikit fluktuatif pada bagian akhir grafik tersebut. Penurunan yang terjadi pada grafik ini terjadi sesuai dengan hubungan antara kecepatan pengeringan vs kadar air dimana kecepatan pengeringan terus menurun karena kadar air yang dikandung dalam bahan juga menurun terhadap waktu pengeringan yang semakin lama. Dan dapat juga dilihat pada table dibawah ini : Waktu t (menit)



Kecepatan Pengeringan (R) 𝑅=



−𝑊𝑠 𝑑𝑥 𝐴



𝑑𝑡



(gram/cm2menit)



0



0



10



0,001954



20



0,001463



30



0,001131



40



0,001086



50



0,000912



60



0,000674



70



0,000764



80



0,000501



90



0,000402



Dan dari table diatas dapat dilihat bahwa semakin lama waktu pengeringan maka kecepatan pengeringan akan semakin cepat. Hal ini dikarenakan waktu pengeringan mempengaruhi kadar air dalam kacang tanah seperti yang dibahas sebelumnya bahwa semakin lama waktu pengeringan maka kadar air dalam kacang tanah akan semakin menurun dan kadar air dalam kacang tanah



akan mempengaruhi kecepatan pengeringan yaitu semakin sedikit kadar air dalam kacang tanah maka kecepatan pengeringan akan semakin cepat.



VIII. KESIMPULAN 1. Prinsip drying yaitu terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Dalam hal ini kandungan uap air udara lebih sedikit atau udara mempunyai kelembaban nisbi yang rendah sehingga terjadi penguapan. 2. Pengaruh kecepatan pengeringan terhadap kadar air dalam padatan adalah semakin banyak kadar air di dalam bahan maka kecepatan pengeringan akan semakin lama. 3. Pengaruh waktu pengeringan terhadap kadar air dalam padatan adalah semakin lama waktu pengeringan maka kadar air yang tertinggal didalam padatan akan semakin sedikit. 4. Koefisien perpindahan massa H2O dari kacang tanah ke udara (ky) pada praktikum ini adalah 0,01.



IX.



DAFTAR PUSTAKA http://eprints.polsri.ac.id/3452/3/BAB%20II.pdf diakses pada 2 Mei 2018 http://coretanmbon.blogspot.co.id/2013/02/pengertian-dan-prinsip-dasarpengeringan.html diakses pada 2 Mei 2018 Astuti.2007. PetunjukPraktikumAnalisisBahanBiologi.Yogyakarta :Jurdik Bi ologi FMIPA UNY 2018. Petunjuk Praktikum OTK, Drying. Yogyakarta; STTN-BATAN Petunjuk Praktikum Operasi Teknik Kimia I. Jawa Timur. UPN Veteran



Yogyakarta, 4 April 2018 Dosen Pembibing,



Praktikan,



Harum Azizah Darojati, ST, M.T



Tri Ilma Humairah