bab ii teori dasar - Perpustakaan Universitas Mercu Buana

5
TUGAS AKHIR
BAB II
TEORI DASAR
2.1 Proses Pengeringan
Pengeringan adalah proses pengurangan kandungan air atau menguapkan air
dalam suatu bahan sehingga mencapai kadar air yang kita inginkan, dalam proses
pengeringan ini memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang
dipindahkan dari permukaan bahan yang dikeringkan oleh media pengering yang
biasanya berupa udara panas. Cara ini dilakukan dengan menurunkan kelembaban
nisbi udara dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan sehingga tekanan
uap air pada bahan lebih besar dari pada tekanan uap air di udara. Perbedaan
tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara.
Proses pengambilan atau penurunan kadar air sampai batas tertentu
bertujuan agar dapat memperlambat laju kerusakan bahan akibat aktifitas biologis
dan kimia sebelum bahan diolah (digunakan). Selanjutnya dijelaskan bahwa
parameter-parameter yang mempengaruhi waktu pengeringan adalah :
UNIVERSITAS MERCU BUANA
6
TUGAS AKHIR
a. Temperatur Udara pengering
Permukaan bahan sangat dipengaruhi oleh pengaturan temperatur udara,
semakin tinggi suhu udara pengering maka semakin banyak jumlah cairan
yang di uapkan dari permukaan bahan yang dikeringkan. Temperatur udara
yang tinggi juga dapat mengakibatkan bahan menjadi rusak.
b.
Kecepatan Udara Pengering
Sistem pengering produksi sangat dipengaruhi oleh sirkulasi udara,
dimana fungsi dari udara pada sistem pengering adalah :
-
Sebagai media perantara perpindahan panas
-
Pembawa uap air keluar dari permukaan produk
Pada prakteknya kecepatan sirkulasi udara sangat menunjang pada proses
pengeringan. Semakin tinggi kecepatan udara pengering maka proses
pengeringan akan berlangsung cepat. Hal ini disebabkan oleh cepatnya massa
uap air yang dipindahkan dari produk keudara sekitar.
c. Kelembaban Relatif Udara Pengering
Kelembaban relatif udara pengering adalah perbandingan tekanan persial
uap air diudara dengan tekanan jenuh uap air pada temperatur campuran.
Untuk mempertahankan kecepatan penguapan air tetap tinggi, udara pengering
yang digunakan harus memiliki kelembaban rendah. Pada kondisi ini akan
terjadi perbedaan tekanan uap air permukaan produk dengan udara pengering.
UNIVERSITAS MERCU BUANA
7
TUGAS AKHIR
d. Dimensi Produk
Dimensi produk akan mempengaruhi proses pengeringan, karena pada saat
permukaan produk mulai kering akan terjadi proses difusi menuju permukaan
produk. Waktu yang diperlukan molekul air mencapai permukaan tergantung
pada dimensi produk. Semakin tebal produk maka proses pengeringan akan
berlangsung lama.
e. Kadar Air Produk
Kadar air produk adalah kandungan air yang terdapat didalam produk.
Semakin tinggi kadar air pada produk semakin lama proses pengeringan
berlangsung.
2.2
Klasifikasi Proses Pengeringan
Proses pengeringan yang biasa kita jumpai dan banyak digunakan secara
umum, dapat kita klasifikasikan menjadi dua jenis yaitu pengeringan alami dan
pengeringan buatan.
2.2.1 Pengeringan Alami
Pengeringan alami adalah pengeringan yang dilakukan ditempat terbuka
dengan cara menghamparkan produk diatas suatu alas, kemudian disinari cahaya
matahari dan dibantu oleh udara disekitarnya. Pada proses pengeringan jenis ini
terdapat berbagai kekurangan diantaranya:
a. Proses pengeringan sangat dipengaruhi oleh keadaan cuaca
b. Memerlukan tempat yang luas dan tenaga kerja yang banyak
UNIVERSITAS MERCU BUANA
8
TUGAS AKHIR
c. Produk yang dikeringkan mudah tercemar
Proses pengeringan jenis ini juga memiliki kelebihan-kelebihan diantaranya:
a. Biaya yang dikeluarkan untuk proses ini relatif lebih kecil
b. Kapasitas pengeringan sangat tidak terbatas
c. Proses lebih mudah.
2.2.2
Pengeringan Buatan
Pengeringan
buatan
dilakukan
dengan
cara
mengalirkan
atau
mensirkulasikan udara panas yang berasal dari sumber panas kedalam ruangan
pengering yang berfungsi untuk menguapkan kadar air dari produk.
Pada proses pengeringan buatan ini memiliki beberapa kelebihan diantaranya:
a. Proses pengeringan tidak dipengaruhi oleh keadaan cuaca sehingga
proses pengeringan menjadi lebih cepat
b. Tidak memerlukan tenaga kerja yang banyak
Proses pengeringan buatan ini juga memiliki kekurangan, diantaranya:
a. Kapasitas pengeringan terbatas
b. Memerlukan investasi yang relatif besar
Beberapa jenis pengeringan buatan:
a. Trough Circulation Tray
Trough circulation tray hampir sama dengan parallel flow tray, yang
membedakan hanya letak arah aliran udaranya. Pada alat jenis ini aliran
udara pengering dialirkan secara paksa untuk menembus permukaan rak
UNIVERSITAS MERCU BUANA
9
TUGAS AKHIR
dan produk yang dikeringkan.
Raknya berupa lubang-lubang atau
saringan sehingga udara pengering bisa dipaksa untuk menembus produk.
Ruang pengering
Arah aliran udara
Produk
Rak
Gambar 2.4. Trough circulation tray
b. Parallel Flow Tray
Parallel flow tray atau yang disebut dengan compartement dryer terdiri
dari suatu ruangan yang didalamnya tersusun rak-rak tempat meletakkan
produk yang akan dikeringkan. Alat pengering ini biasanya dilengkapi
dengan kipas yang berfungsi untuk mensirkulasikan udara didalam
ruangan dan pemanas yang berfungsi sebagai sumber panas untuk
memanaskan udara didalam ruang pengering. Produk yang dikeringkan
diletakkan diatas rak-rak yang dapat diambil dan dipasang kembali, udara
pengeringan dialirkan secara sejajar dengan permukaan rak.
UNIVERSITAS MERCU BUANA
10
TUGAS AKHIR
Ruang pengering
Arah aliran udara
Produk
Rak
Gambar 2.3. Parallel flow tray
c. Vacum Shelf Dryer
Vacum shelf dryer adalah jenis pengering yang bekerja dibawah
tekanan satu atmosfer.
Alat pengering jenis ini biasanya digunakan
apabila diinginkan pengeringan secara cepat tetapi temperatur pengeringan
dipertahankan rendah.
Ruang pengering
Produk
Rak
Gambar 2.5. Vacuum shelf dryer
UNIVERSITAS MERCU BUANA
11
TUGAS AKHIR
2.3 Grafik Psycrometric
Secara umum yang dikatakan udara adalah campuran antara udara kering
dan uap air. Campuran ini sering disebut udara lembab. Udara lembab erat
kaitannya dengan pengkondisian udara. Suatu kajian tentang sifat-sifat
termodinamika campuran antara udara kering dengan uap air disebut pisikometrik.
Sifat-sifat termodinamika yang penting adalah :
a. Temperatur Udara
Didalam udara lembab biasanya dibedakan oleh dua temperatur yaitu
temperatur bola basa dan temperatur bola kering. Temperatur bola kering
adalah
temperatur
udara
yang
ditunjukkan
pada
saat
pengukuran
temperaturnya tekanan uap persial belum mencapai tekanan jenuh, untuk
menentukan suhu bola kering biasanya digunakan termometer dengan sensor
kering dan terbuka. Sedangkan temperatur bola basah adalah temperatur udara
pada keadaan tekanan uap airnya sama dengan tekanan jenuh, suhu bola basa
ditentukan dengan menggunakan termometer bola basa yang sensornya dibalut
dengan kain basah. Pengaruh kain basah dapat dihilangkan dengan adanya
kain basa tersebut.
b. Tekanan
Karena udara lembab merupakan campuran antara udara kering dan uap
air maka tekanan totalnya merupakan jumlah tekanan persial udara kering dan
uap air. Secara umum tekanan persial uap air jenuh lebih kecil dibandingkan
tekanan persial udara kering.
UNIVERSITAS MERCU BUANA
12
TUGAS AKHIR
Apabila tekanan persial uap air mencapai harga sama dengan tekanan uap
air pada temperatur yang sama, keadaan ini disebut dengan keadaan jenuh.
Tekanan uap airnya juga disebut tekanan jenuh.
c. Kelembaban
Ada dua kelembaban yang sering dikenal yaitu kelembaban spesifik dan
kelembaban relatif.
Kelembaban spesifik (γ ) adalah kandungan air dalam
udara. Biasanya dinyatakan dalam bentuk massa uap air yang terkandung
dalam setiap satuan massa udara kering, dan ditulis dengan persamaan sebagai
berikut
γ =
Mw
…………………………………………………(2.1)
Ma
dimana,
γ = Kelembaban spesifik
M w = Massa uap air
M a = Massa udara kering
Kelembaban relatif didefinisikan sebagai perbandingan antara tekanan
parsial uap air dengan tekanan jenuh uap air pada temperatur yang sama, dan
ditulis dalam persamaan sebagai berikut:
ϕ=
f
………………………………………………..(2.2)
f'
ϕ = Kelembaban relatif (%)
f = Tekanan persial uap air pada udara t (mmHg)
f ' = tekanan uap air jenuh pada udara t′ (mmHg)
UNIVERSITAS MERCU BUANA
13
TUGAS AKHIR
hubungan antara tekanan persial uap air dan temperatur suhu bola basa dapat
dilihat dari persamaan berikut ini :
f ≤ f ' − 0,5(t − t ' )
tekananatmosfir , mmHg
……………………(2.3)
755
dimana,
t = temperatu bola kering (°C)
t′ = Temperatu bola basa (°C)
f = Tekanan persial uap air pada udara t (mmHg)
f ' = tekanan uap air jenuh pada udara t′ (mmHg)
tekanan dinyatakan dalam mmHg, dimana 1 atmosfir = 760 mmHg
d. Entalpi
Entalpi penting untuk dicantumkan dalam diagram psikometri mengingat
banyak manfaatnya dalam perhitungan energi pada proses termodinamika udara
seperti pendinginan, pemanasan, kelembaban dan lain-lainnya.
Entalpi adalah energi kalor yang dimiliki suatu zat pada suatu temperatur
tertentu. Maka entalpi dari udara lembab dengan perbandingan kelembaban x,
pada temperatur t°C, didefinisikan sebagai sejumlah energi kalor yang diperlukan
untuk memanaskan 1 kg udara kering dan x kg air (dalam pasa cair) dari 0°C
sampai mencapai t°C dan menguapkannya menjadi uap air (pasa gas). Hal
tersebut diatas dapat ditulis dalam persamaan :
h = 0.240t + (597,3 + 0,441t ) H (kJ / kg ' ) ………………….(2.4)
UNIVERSITAS MERCU BUANA
14
TUGAS AKHIR
dimana,
h = Entalpi (kJ/kg ' )
H = Perbandingan kelembaban dari udara lembab (kg/kg′)
1.0008 = Kalor spesifik dari udara kering (kJ/kg°C)
1.8389 = Kalor spesifik rata-rata dari uap air (kJ/kg°C)
2.4907 = Kalor laten dari air pada 0°C (kJ/kg)
Gambar 2.1 Diagram Psycrometric
2.4 Sistem Pengukuran Temperatur
Untuk pengukuran temperatur, alat ukur yang digunakan disarankan dapat
memenuhi kriteria sebagai berikut :
UNIVERSITAS MERCU BUANA
15
TUGAS AKHIR
1. Sangat mudah dalam pemakaiannya
2. Alat tersebut mudah didapat
3. Harganya relatif murah
4. Pembacaan skala yang relatif mudah dan teliti
Berdasarkan kriteria diatas maka penulis memilih alat ukur termometer gelas.
Termometer gelas yang digunakan sebanyak 3 buah, untuk mengukur temperatur
bola basah (Twb) dan untuk mengukur temperatur bola kering (Tdb) di ruang
pengering. Pengukuran temperatur dilakukan dilingkungan sekitar, pada ruang
pemanas sebelum masuk ruang pengering dan setelah keluar dari ruang pengering.
2.5 Perinsip Dasar Perpindahan Panas
Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu
daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah-daerah
tersebut. Selain itu perpindahan panas terdiri dari beberapa proses, yaitu proses
dalam keadaan stedi dan tak stedi. Proses stedi adalah bila laju aliran panas dalam
suatu sistem tidak berubah dengan waktu, yaitu bila laju itu konstan, maka suhu
dititik manapun tidak berubah. Dengan kondisi stedi, kecepatan pluck masuk
panas pada pada titik mana pun harus tetap sama dengan kecepatan fluck
keluar,dan tidak terdapat atau terjadi perubahan energi dalam. Contohnya adalah
:aliran panas dari hasil-hasli pembakaran air didalam pipa-pipa ketel, pendinginan
bola lampu listrik oleh udara sekitar, atau perpindahan panas dari fluida yang
panas ke pluida yang dingin didalam penukar panas. Sedangkan yang dimaksud
dengan proses tak stedi adalah bila suhu diberbagai titik dari sistem tersebut
berubah dengan waktu. Karena perubahan suhu menunjukkan perubahan energi
UNIVERSITAS MERCU BUANA
16
TUGAS AKHIR
dalam, kita berkesimpulan bahwa penyimpanan energi bagian yang tidak
terpisahkan dari aliran proses tak stedi. Contohnya adalah : waktu pemanasan
pada tanur, ketel dan turbin.
Kepustakaan perpindahan panas pada umumnya mengenal tiga cara
perpindahan panas yang berbeda: konduksi (conduction, juga yang dikenal dengan
istilah hantaran), radiasi (radiation) dan konveksi (convection).
Konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu
tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah didalam suatu medium(padat, cair,
gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara
langsung. Dalam aliran perpindahan panas secara konduksi, perpindahan energi
terjadi karena hubungan molekul yang cukup besar. Menurut teori kinetik, suhu
elemen zat sebanding dengan energi kinetik rata-rata molekul yang membentuk
elemen itu. Energi yang dimiliki oleh suatu elemen zat yang disebabkan oleh
kecepatan dan posisi relatif molekul-molekulnya disebut energi dalam. Jadi,
semakin cepat molekul-molekul bergerak, semakin tinggi suhu maupun energi
dalam elemen zat tersebut.
Persamaan dasar untuk konduksi dalam keadaan stedy dapat dituliskan sebagai
berikut:
q k = −kA
∂T
………………………………………………………(2.5)
∂x
dimana:
qk = Perpindahan panas konduksi (W)
k = Konduktivitas termal bahan (W/m.c˚)
A = Luas penampang yang dilalui aliran panas (m2)
∂T / ∂x = Gradien suhu pada penampang tersebut
UNIVERSITAS MERCU BUANA
17
TUGAS AKHIR
Tabel 2.1 Besaran konduktivitas termal k
Bahan
Btu/h ft K
W/m K
Gas pada tekanan atmosfir
0.004-0.10
0.0069-0.17
Bahan isolasi
0.02-0.12
0.034-0.21
Cairan bukan logam
0.05-0.40
0.086-0.69
Zat padat bukan logam
0.02-1.5
0.034-2.6
Logam cair
5.0-45
8.6-76
Paduan
8.0-70
12-120
Logam murni
30-240
52-410
Persamaan perpindahanpanas secara konduksi dalam keadaan stedi untuk
silinder berlubang :
A = 2.π .r.l
dimana,
A = Luas penampang (m 2 )
r = Jari-jari (m)
l = Panjang silinder (m)
maka laju aliran panas utuk silinder berlubang adalah :
q k = −2k .π .r.l
dT
dr
dimana,
q k = Laju aliran panas untuk silinder berlubang (Watt)
k = Konduktivitas termal bahan (W/m.K)
UNIVERSITAS MERCU BUANA
18
TUGAS AKHIR
Radiasi adalah proses dimana panas mengalir dari benda yang bertemperatur
tinggi ke benda yang bertemperatur rendah tanpa melalui zat perantara, kalor juga
dapat berpindah melalui daerah-daerah hampa. Panas radiasi dipancarkan oleh
suatu benda dalam bentuk kumpulan energi yang terbatas atau kuanta. Gerakan
panas radiasi didalam ruangan mirip perambatan cahaya dan dapat diuraikan
dengan teori gelombang. Bila gelombang radiasi menjumpai benda yang lain,
maka energinya diserap didekat permukaan benda tersebut. Perpindahan panas
secara radiasi semakin penting dengan meningkatkan suhu suatu benda.
Adapun persamaan perpindahan panas secara radiasi adalah sebagai berikut :
qr = σAT 4 …………………………………………………(2.6)
dimana:
qr = jumlah energi radiasi yang dipancarkan (W)
σ = Konstanta Boltzman ( 5.67 x10−8 )
A = Luas permukaan (m2)
T = Beda temperatur antara permukaan dengan temperatur fluida
Konveksi adalah proses perpindahan energi dengan kerja gabungan dari
konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur.perpindahan panas
dengan cara konveksi dari suatu permukaan yang suhunya diatas suhu fluida
sekitarnya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, panas akan panas akan
mengalir secara konduksidari permukaan prtikel-partikel fluida yang terbatas.
Energi berpindah dengan cara demiian akan menaikan suhu dan energi dalam
prtikel-partikel fluida. Kemudian partikel-partikel fluida tersebut akan bergerak ke
daerah yang bersuhu yang lebih rendahdidalam fluida diman mereka akan
UNIVERSITAS MERCU BUANA
19
TUGAS AKHIR
bercampur dengan, dan memindahkan sebagian energinya kepada partikel-partikel
lainnya.
Perpindahan panas konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas dan
konveksi paksamenurut cara pergerakan alirannya. Maka bila gerakan mencampur
berlangsung semata-mata sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang
disebabkan oleh gradien suhu disebut dengan konveksi bebas. Dan bila gerakan
mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa atau kipas, maka
prosesnya disebut konveksi paksa.
Laju perpindahan panas dengan cara konveksi antara suatu permukaan dengan
suatu fluida dapat dihitung dengan hubungan:
_
qc = hc . A.∆T ……………………………………………….(2.7)
dimana:
qc = Perpindahan panas konveksi (W)
hc = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2.c°)
A = Luas perpindahan panas (m2)
∆T = Beda suhu antara suhu permukaan dengan suhu fluida.
Tabel 2.2 Besaran koefisien perpindahan panas konveksi
Udara, Konveksi bebas
Uap panas lanjut atau udara
konveksi paksa
Minyak, konveksi paksa
Air, konveksi paksa
Air, mendidih
Uap, mengembun
Btu/h ft 2 F
W/m 2 K
1.0-5.0
5.0-50
30-300
10-300
50-2000
500-10000
1000-20000
60-1800
300-6000
3000-60000
6000-120000
UNIVERSITAS MERCU BUANA
20
TUGAS AKHIR
2.6 Analisa Energi
2.6.1
Pengaruh Suhu Udara Pada Proses Pengeringan
Laju penguapan air bahan dalam pengeringan sangat ditentukan oleh
kenaikan suhu. Bila suhu pengeringan dinaikan maka panas yang dibutuhkan
untuk penguapan air bahan menjadi berkurang.
Pada proses pengeringan diperlukan adanya penghantar panas udara dalam
pengeringan secara mekanis pengerak panas udara ini dapat dibantu dengan
menggunakan pipa-pipa penghantar panas. Pada proses pengeringan, udara
berfungsi untuk :
a. Mengambil uap disekitar penguapan
b. Sebagai penghantar panas kedalam bahan yang dikeringkan
c. Sebagai zat pembakar
d. Sebagai tempat membuang uap yang telah diambil dari tempat
pengeringan
Pada proses pengeringan harus diperhatikan suhu udara pengering. Semakin
besar perbedaan antara suhu media pemanas dengan bahan yang dikeringkan,
semakin besar pula kecepatan perpindahan panas kedalam bahan sehingga
penguapan air dari bahan akan lebih banyak dan cepat. Karena air yang
dikeluarkan dari dalam bahan dalam bentuk uap air tersebut harus segera
dipindahkan dan dijauhkan dari bahan. Jika tidak, uap air tersebut akan
menjenuhkan atmosfir pada permukaan bahan sehingga memperlambat proses
penguapan selanjutnya.
Proses pengeringan yang menggunakan suhu tinggi dalam waktu singkat
lebih kecil kemungkinannya merusak bahan dari pada proses pengeringan dengan
UNIVERSITAS MERCU BUANA
21
TUGAS AKHIR
suhu rendah dalam waktu yang lama. Jadi bahan yang dikeringkan dalam oven
selama empat jam akan lebih baik mutunya dari pada pengeringa dengan sinar
matahari selama dua hari.
Banyaknya kadar air yang harus dikeluarkan dari bahan dapat dihitung
dengan menggunakan rumus berikut :
m = ma − mb ……………………………………………….(2.8)
Dimana,
m = banyaknya kadar air yang harus dikeluarkan (kg)
ma = Kadar air sebelum pengeringan (kg)
mb = Kadar air sesudah pengeringan (kg)
Dengan diketahui kadar air yang dikeluarkan dari bahan maka laju
perpindahan air dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
W =
M
………………………………………………..…..(2.9)
t
dimana,
W = Laju perpindahan air (kg/s)
m = Kadar air yang keluar dari bahan (kg)
t = Waktu pengeringan (s)
Kebutuhan aliran udara kering untuk membebaskan uap air dapat dihitung
dengan menggunakakn rumus :
V =
W
× vs ………………………………………….(2.10)
(H b − H a )
dimana,
V = Laju aliran udara kering (m 3 /s)
UNIVERSITAS MERCU BUANA
22
TUGAS AKHIR
W = Laju perpindahan air (kg/s)
vs = volume spesifik udara pengering (m 3 /kg)
H b = Kelembaban udara akhir (kg/kg′)
H a = kelembaban udara awal (kg/kg′)
Dengan menggunakan grafik pisikometrik, kebutuhan udar pengeringan
dapat dicari dengan menggunakan rumus sebagai berkut :
Q=
V
× (hb − ha ) ……………………………………….(2.11)
vs
dimana,
Q = kebutuhan udara pengering (kJ/s)
vs = volume spesifik udara pengering (m 3 /kg)
V = Laju aliran udara kering (m 3 /s)
ha = Entalpi udara pada lingkungan (kJ/kg)
hb = Entalpi udara pada ruang pengering (kJ/kg)
2.6.2
Panas Pengeringan
Panas pengeringan adalah panas yang dibutuhkan atau panas yang digunakan
untuk mengeringkan suatu produk. Pada setiap pengeringan ikan, pasokan energi
dibutuhkan untuk
1. Menaikan temperatur ikan
2. Menaikan temperatur air ke temperatur operasi pengeringan.
3. Menguapkan air
Jumlah dari yang disebutkan pertama dan kedua dapat dihitung dengan
persamaan berikut :
UNIVERSITAS MERCU BUANA
23
TUGAS AKHIR
Qt = M × C h × (Tb − Ta ) ……………………………………..(2.12)
dimana :
Qt = panas untuk memanaskan ikan
(kJ)
M = Massa ikan
(kg)
C h = Panas jenis ikan
(kJ/kg°C)
Tb = Temperatur udara pengeringan
(°C)
Ta = Temperatur udara lingkungan
(°C)
Qw = M ×
Ka
× (Tb − Ta ) …………………………………..(2.13)
100
dimana :
Qw = Panas untuk memanaskan ikan
(kJ)
M = Massa ikan
(kg)
K a = Kadar air awal
(%)
Tb = Temperatur udara pengeringan
(°C)
Ta = Temperatur udara lingkungan
(°C)
Ql = ma × hl ……………………………………..……….(2.14)
dimana :
Ql = Panas untuk menguapkan air
(kJ)
m = Massa air yang dikeluarkan dari ikan (kg)
Dari persamaan (2.6), (2.7), (2.8) maka didapat jumlah panas pengeringan dan
dirumuskan sebagai berikut :
Q = Qt + Qw + Ql …………………………………………….(2.15)
UNIVERSITAS MERCU BUANA
24
TUGAS AKHIR
dimana,
Qt = Panas untuk memanasskan ikan
(kJ)
Qw = Panas untuk memanaskan air
(kJ)
Ql = Panas untuk menguapkan air
(kJ)
Sedangkan kalor yang dilepaskan oleh udara pengering dirumuskan sebagai
berikut :
q = ρ × Cp × v × (Tb − Ta ) ……………………………………..(2.16)
dimana,
q = Kalor yang dilepaskan udara pengering
(kJ)
ρ = Kerapatan udara pada temperatur pengeringan
(kg/m 3 )
Cp = Panas jenis pada temperatur pengeringan
(kJ/kg.°C)
v = Laju udara pengering selama proses pengeringan
(m 3 /kg)
Tb = Temperatur udara pengeringan
(°C)
Ta = Temperatur udara lingkungan
(°C)
2.5.3
Laju Perpindahan Panas Dari Tungku ke Ruang Pengering
Dalam alat pengering yang dirancang, panas yang dihasilkan oleh tungku
pengering dialirkan keruang pengering dengan menggunakan penghantar pipa
tembaga. Dalam rancang-bangun serta analisa penukar panas perlu mengerahui
koefisien perpindahan panas, koefisien perpindahan panas konveksi bebas ha
dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut :
ha =
K × Nu
………………………………………..(2.17)
d
UNIVERSITAS MERCU BUANA
25
TUGAS AKHIR
Dimana,
ha = Koefisien perpindahan panas (W/m 2 °C)
Nu = Bilangan Nusselt
d = Diameter silinder (m)
k = Konduktivitas termal (W/m°C)
bilangan Nusselt dihitung dari bilangan Reynold, Re sebagai berikut :
N u = 0,027 × Re
0.8
× Pr 0.33 ……………………….(2.18)
dan bilangan Reynold dirumuskan sebagai berikut :
Re =
v× ρ × L
µ
……………………………………(2.19)
dimana,
µ = Viskositas udara (kg/m.det)
v = Kecepatan udara (m/det)
ρ = Kerapatan udara (kg/m 3 )
L = Panjang silinder (m)
Maka laju perpindahan kalor dari ruang tungku ke ruang pengering adalah
q = ha × A × (T∞ − T1 ) ………………………….(2.20)
dimana,
q = Laju perpindahan panas (W)
ha = Koefisien perpindahan panas (W/m 2 °C)
A = Luas pipa tembaga (m 2 )
T∞ = Temperatur tungku (°C)
T1 = Temperatur ruang pengering (°C)
UNIVERSITAS MERCU BUANA
26
TUGAS AKHIR
2.5.4
Laju Perpindahan Panas Dari Ruang pengering Ke Ruang Arsorber
Koefisien perpindahan panas konveksi bebas hc dapat dihitung dengan
persamaan sebagai berikut :
hc =
K × Nu
…………………………………………….(2.21)
L
Dimana,
hc = Koefisien perpindahan panas (W/m 2 °C)
Nu = Bilangan Nusselt
L = Dimensi karekteristik (m)
k = Konduktivitas termal (W/m°C)
Bagi aliran didalam pipa atau saluran, hal terpenting dalam bilangan Nusselt ialah
garis tengah hidroliknya (DH), yang berdefinisi:
DH = 4
Luas Penampang Aliran
…………………..….(2.22)
keliling
untuk pipa, luas penampang alirannya adalah:
A=
π D2
4
………………………………………………(2.23)
Bilangan Reynolds yang berdasarkan garis tengah hidroliknya serta sifat-sifat
suhu curahan fluida, dapat didefinisikan sebagai berikut:
Re DH =
ρ V DH
…………………………………….....(2.24)
µ
dimana,
µ = Viskositas udara (kg/m.det)
v = Kecepatan udara (m/det)
ρ = Kerapatan udara (kg/m 3 )
UNIVERSITAS MERCU BUANA
27
TUGAS AKHIR
D H = Garis tengah hidrolik (m)
Sementara untuk bilangan nusselt sendiri, dipilih secara cepat rumus yang tepat
guna memperoleh koefisien perpindahan panas konveksi bebas untuk aliran dalam
saluran.
N u = 0,027 × Re
0.8
× Pr 0.33 ……………………………..(2.25)
Maka laju perpindahan kalor dari ruang pengering ke ruang arsober adalah :
q = ha × A × (T∞ − T1 )
dimana,
q = Laju perpindahan panas (W)
ha = Koefisien perpindahan panas (W/m 2 °C)
A = Luas pipa tembaga (m 2 )
T∞ = Temperatur tungku (°C)
T1 = Temperatur ruang pengering (°C)
2.5.5
Perhitungan Kadar Air
Perhitungan kadar air dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu berdasarkan
berat kering dan berdasarkan berat basah. Pada umumnya yang dimaksud dengan
kadar air benih adalah kadar air yang dihitung berdasarkan berat basah.
a. Perhitungan kadar air berdasarkan berat kering
Untuk menghitung kadar air berdasarkan berat kering, digunakan rumus
sebagai berikut:
KA =
w
x100% …………………………………………..(2.26)
W
UNIVERSITAS MERCU BUANA
28
TUGAS AKHIR
dimana:
K A = kadar air berdasarkan berat kering (%)
W = Berat kering benih (kg)
w = jumlah air yang diuapkan dalam proses pengeringan (kg)
dan dapat diperoleh dengan cara mengurangi berat basah produk dengan berat
kering produk setelah dikeringkan.
b. Perhitungan kadar air berdasarkan berat basah
Untuk menghitung kadar air berdasarkan berat basah, digunakan rumus
sebagai berikut:
KA =
m
x100% …………………………………………(2.27)
M
dimana:
KA = kadar air berdasarkan berat basah
m = jumlah air yang diuapkan (kg)
M = berat produk sebelum dikeringkan (kg)
Nilai m dapat diperoleh dengan cara mengurangi berat produk sebelum
dikeringkan dengan berat produk setelah dikeringkan.
2.6 Briket Batubara
Briket batu bara adalah bahan bakar padat yang terbuat dari batubara dengan
campuran tanah liatdan tapioka (molas).dan merupakan bahan bakar alternatif.
Briket batubara bermacam-macam bentuknya tergantung dari bentuk
cetakannya. Adayang berbentuk silinder, kubus, telur, jengkol, bantal, atau tiram
yang ukurannya agak kecil.
UNIVERSITAS MERCU BUANA
29
TUGAS AKHIR
Keuntungan penggunaan briket batubara dalam proses pengeringan dalah
daya tahan briket batubara lebih lama, nyala bara lebih bersih dan tidak berjelaga,
tidak berbau dan berasap. Untuk menghitung konsumsi briket batubara yang
digunakan untuk mengeringkan bahan dapat dihitung dengan rumus berikut
dimana diketahui nilai kalori briket batubara adalah 23.860 kJ/kg.
Konsumsi briket batubara =
Q
………………….(2.28)
kalori.briket
Dimana,
Q = Kalor yang dibutuhkan selama proses pengeringan berlangsung (kJ)
2.7 Batu zeolit
Batu zeolit adalah bahan alam yang banyak terdapat di indonesia,sehingga
banyak diperlukan pengetahuandan penelitian mengenai batu zeolit alam itu
sendiri serta cara-cara pengolahannya.
Batu zeolit merupakan bahan pengembang yang banyak digunakan sekarang
ini, zeolit terdiri dari gugusan alumina dan gugusan silika dan air. Air yang
terdapat didalam batu zeolit dapat dilepas dengan panas temperatur tertentu,
dengan panas temperatur itu air dapat keluar sehingga batu zeolit dapat berpungsi
sebagai penyerap gas atau cair. Jumlah air dalam batu zeolit sesuai dengan
banyaknya pori-pori atau volume pori-pori batu zeloit tersebut.
Batu zeolit sangat mudah didapat dan keberadaannya sangat melimpah
sehingga harganya cukup murah.
UNIVERSITAS MERCU BUANA
30
TUGAS AKHIR
2.8 Effisiensi Termal
Effisiensi termal adalah perbandingan antara panas penguapan dengan panas
yang dihasilkan dari sumber panas , dan ditulis dalam persamaan sebagai berikut:
ηp =
Q
× 100 …………………………………………………….(2.29)
q
dimana:
η p = effisiensi pengeringan (%)
Q = Jumlah panas yang digunakan untuk memanaskan
dan penguapan air (kJ)
.
q = panas sumber panas (kJ)
UNIVERSITAS MERCU BUANA