Tugas Akhir Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer

Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat – syarat
Guna menyelesaikan pendidikan program Strata Satu ( S1 )
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknologi Industri
Disusun Oleh :
Ali Sabiet Suparman
01303-021
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS MERCU BUANA
JAKARTA
2008
1
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam setip analisa ilmiah atau rekayasa ( engineering ) sangat penting untuk
merincikan secara jelas apa pun yang sedang ditinjau. Istilah sistem akan digunakan
dalam analisa ini untuk merincikan subjek subjek pembahasan atau analisa.
Energi panas atau kalor banyak sekali dipakai oleh rumah tangga maupun
perindustrian salah satunya yaitu mesin Spray Dryer. Kalor atau panas adalah
perpindahan energi sebagai kerja ( atau perpindahan energi bentuk panas ).
Pengeringan adalah proses pengurangan kandungan air atau menguapkan air
dalam suatu bahan sehingga mencapai kadar air yang kita inginkan, dalam proses
pengeringan memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air.
Proses pengambilan atau penurunan kadar air sampai batas tertentu bertujuan
agar dapat memperlambat laju kerusakan bahan akibat aktifitas biologis dan kimia
sebelum bahan diolah atau untuk memper mudah proses pengerjaan selanjutnya.
2
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
1.2. Tujuan Penulisan
Tujuan yang ingin dicapai disini adalah mempelajari dan memahami sistem kerja
mesin Spray Dryer juga menganalisa perpindahan kalor pada mesin Spray Dryer.
1.3. Batasan Masalah
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis hanya membahas sebatas ruang
lingkup ” menentukan perpindahan kalor pada mesin Spray Dryer pada suhu 500 °C ”
1.4. Metode Penulisan
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis menggunakan beberapa metode dalam
pengumpulan data antara lain :
a. Metode observasi, yaitu metode yang dilakukan dengan cara terjun langsung
kelapangan guna memperoleh data – data yang dibutuhkan.
b. Study literature, yaitu degan membaca dan mempelajari buku – buku referensi
mengenai teori atau hal – hal yang berhubungan dengan tugas akhir yang disusun.
3
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
1.5. Jadwal Pelaksanaan
WAKTU PELAKSANAAN
N
AKTIVITAS
O
1.
MEI
I
II
III
JUNI
IV
I
II
III
JULI
IV
I
II
III
AGUSTUS
IV
I
II
Pengambilan
data
2.
Bimbingan
3.
Perpustakaan
4.
Pengolahan data
4
Tugas Akhir
III
IV
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
1.6. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisa mencakup keseluruhan isi penulisan yang diuraikanoleh
masing – masing bab. Sistematika penulisan dibuat sebagai berikut :
LEMBAR PENGESAHAN
ABSTRAK
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
BAB I
PENDAHULUAN
Dalam bab ini membahas tentang latar belakang permasalahan, tujuan
penulisan, batasan masalah, metode penulisan, jadwal palaksanaan, dan
sistematika penulisan.
BAB II
LANDASAN TEORI
Dalam bab ini membahas tentang perpindahan kalor,laju perpindahan,
serta menjelaskan bagian – bagian mesin Spray Dryer baik bagian utama
maupun peralatan bantunya serta fungsi kerja mesin tersebut dan materi –
materi yang berkaitan dengan mesin Spray Dryer.
BAB III
PERHITUNGAN PERPINDAHAN KALOR
Dalam bab ini akan dilakukan perhitungan untuk menentukan perpindahan
panas dari udara kering keproduk atau bahan.
5
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
BAB IV
ANALISA PERPINDAHAN KALOR
Dalam bab ini terdiri dari hasil perhitungan dan analisa terhadap hasil
perhitungan.
BAB V
PENUTUP
Dalam bab ini berisikan tentang kesimpulan – kesimpulan dan saran –
saran dari hasil perhitungan dan analisa perhitungan.
6
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1.
Proses Pengeringan
Pengeringan adalah proses pengurangan kandungan air atau menguapkan air
dalam suatu bahan atau material sehingga mencapai kadar air yang kita inginkan. Dalam
proses pengeringan memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang
dipindahkan dari permukaan bahan atau material yang dikeringkan oleh media pengering
yang biasanya berupa udara panas. Cara ini digunakan dengan menurunkan kelembaban
nisbi udara dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan atau material, sehingga
tekanan uap air pada bahan atau material 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 lajukerusakan bahan akibat aktifitas biologis dan kimia sebelum
bahan diolah, selain itu juga bertujuan untuk mempermudah melakukan proses
7
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
berikutnya. Adapun beberapa parameter – parameter yang mempengaruhi waktu
pengeringan adalah :
a. Temperatur Udara Kering
Kualitas bahan atau material sangat dipengaruhi oleh pengaturan temperatur
udara, hal ini disebabkan karena semakin tinggi suhu udara didalam ruang pengering
maka semakin banyak jumlah cairan yang diuapkan yang terkandung pada bahan atau
material tersebut yang dikeringkan. Temperatur udara yang tinggi juga dapat
mengakibatkan bahan atau material menjadi rusak.
b. Kecepatan Udara Kering
Sistem pengering produksi sangat dipengaruhi oleh sirkulasi udara, dimna fungsi
dari udara pada sistem pengering adalah :

Sebagai media perantara perpindahan panas

Pembawa uap air keluar dari permukaan bahan atau material
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 bahan atau
material yang dikeringkan ke udara sekitar.
c. Kelembaban Relatif Udara Pengering
Kelembaban udara pengering adalah perbandingan tekanan persial uap air
diudara dengan tekanan jenuh uap air pada temperatur campuran. Untuk mempertahan
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.
8
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
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 sekitarnya. Pada proses pengeringan jenis ini terdapat beberapa
pengurangan diantaranya :
a. Proses pengeringan sangat dipengaruhi oleh keadaan cuaca.
b. Memerlukan tempat yang luas dan tenaga manusia yang cukup banyak.
c. Produk yang dikeringkan mudah tercemar.
9
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Proses pengeringan alami juga memiliki kelebihan – kelebihan diantaranya :
a. Biaya yang dikeluarkan untuk proses ini relatif lebih kecil.
b. Kapasitas pengeringn 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.
Prosers pengeringan buatan ini juga memiliki kekurangan, diantaranya :
a. Kapasitas pengeringan terbatas.
b. Memerlukan investasi yang cukup besar.
Beberapa jenis pengeringan buatan :
a. 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 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
10
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
diletakkan diatas rak – rak yang dapat diambil dan dipasang kembali, udara pengeringan
dialirkan secara sejajar dengan permukaan rak.
b. 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 dan produk yang
dikeringkan. Rak berupa lubang – lubang atau saringan sehingga udara pengering
bisa dipakai untuk menembus produk.
c. Vacum Shelf Dryer
Vacum shelf dryer adalah jenis pengeringan yang bekerja dibawah tekanan satu
atmosfer. Alat pengering jenis ini biasanya digunakan apabila diinginkan pengeringan
secara cepat tetapi temperatur pengeringan dipertahankan rendah.
2.3.
Grafik Psycrometric
Secara umum yang dikatakan udara adalah campuran antara udara kering dan uap
air. Campuran ini sering disebut udara lembab. Suatu kajian tentang sifat – sifat
termodinamika campuran antara udara kering dengan uap air disebut psikometrik. Sifat –
sifat termodinamika yang penting adalah :
a. Temperatur Udara
Didalam udara lembab biasanya dibedakan oleh dua temperatur yaitu temperatur
bola basah dan temperatur bola kering. Temperatur bola kering adalah temperatur udara
yang ditunjukkan pada saat pengukuran temperaturnya tekanan uap parsial belum
11
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
mencapai tekanan januh, 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 basah ditentukan dengan menggunakan
termometer bola basa yang sensornya dibalut dengan kain basah.
b. Tekanan
Karena udara lembab merupakan campuran antara udara kering dan uap air maka
tekanan totalnya merupakan jumlah tekanan parsial udara kering dan uap air. Secara
umum tekanan parsial uap air jenuh lebih kecil dibandingkan tekanan parsial udara
kering.
Apabila tekanan parsial 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 :
12
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer

Mw
……………………………………………………………………( 2.1 )
Ma
Dimana :
γ
= Kelembaban spesifik ( % )
M w = Massa uap air ( mmHg )
M a = Massa uadara kering ( mmHg )
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 :

f
....................................................................................( 2.2 Arismunandar )
f'
φ = Kelembaban relatif ( % )
ƒ = Tekanan persial uap air pada udara t ( mmHg )
ƒ ' = Tekanan uap air jenuh pada udara t ' ( mmHg )
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 Arismunandar )
755
Dimana :
t = Temperatur bola kering ( °C )
t' = Temperatur bola basah ( °C )
ƒ = Tekanan persial uap air pada udara t ( mmHg )
ƒ ' = Tekanan uap air jenuh pada udara t' ( mmHg )
tekanan dinyatakan dalam mmHg, dimana 1 atmosfir = 760 mmHg
13
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
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 memiliki suatu zat pada suatu temperatur
tertentu. Maka entelpi 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 mencapai t °C
dan menguapkannya menjadi uap air ( pasa gas ). Hal tersebut diatas dapat ditulis dalam
persamaan :
h = 0.240 t + ( 597,3 + 0,441 t ) H ( kcal / Kg )..............................................( 2.4 )
dimana :
h = Entalpi ( Kcal/Kg )
H = Perbandingan kelembaban dari uadara lembab ( Kg/Kg’ )
0,240 = Kalor spesifik dari udara kering ( Kcal/Kg °C )
0,441 = Kalor spesifik rata – rata dari uap air ( Kcal/Kg °C )
597,3 = Kalor laten dari air pada 0 °C ( Kcal/Kg )
14
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
2.4.
Prinsip 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 watu, yaitu bila laju itu konstan, maka suhu dititik mana pun tidak
berubah. Dengan kondisi stedi, kecepatan pluck masuk panas pada titik mana pun harus
tetap sama dengan kecepatan pluck keluar, dan tidak terdapat atau terjadi perubahan
energi dalam. Contohnya adalah aliran panas dari hasil – hasil pembakaran air didalam
pipa – pipa ketel, pendinginan bola lampu listrik oleh udara sekitar, atau perpindahan
panas dari fluida yang panas kefluida yang dingin didalam penukar panas.
Sedangkan yang dimaksud dengan proses tak stedi adalh bila suhu diberbagai titk
dari sistem tersebut berubah dengan waktu. Karena suhu menunjukkan perubahan energi
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 seperti : konduksi ( yang dikenal dengan istilah hantaran ), radiasi
dan konveksi.
Konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi
ke daerah yang bersuhu rendah didalam suatu medium ( padat, cair, gas ) tau antara
medium – medium yang beerlainan yang bersinggungan secara langsung. Didalam aliran
perpindahan panas secara konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan molekul
yang cukup besar. Menurut teori kinetik, suhu elemen zat sebandingdengan energi kinetik
15
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
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 moleku – molekul bergerak, semakin tinggi suhu
maupun energi dalam elemen zat tersebut.
Persamaan dasar untuk konduksi dalam keadaan stedi dapat dituliskan sebagai
berikut :
q k  kA
T
...............................................................................( 2.5 Frank Kreith )
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
Tabel 2.1 Besaran konduktivitas termal
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
Lpgam murni
30 – 240
52 – 410
16
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Persamaan perpindahan panas secara konduksi secara stedi untuk silinder
berlubang :
A = 2 π r l ...................................................................................( 2.6 Frank Kreith )
Dimana :
A = Luas penampang ( m2 )
r = Jari – jari ( m )
l = Panjang silinder ( m )
maka laju aliran panas untuk silinder berlubang adalah :
q k  2k    r  l
dT
.................................................................( 2.7 Frank Kreith )
dr
Dimana :
q k  Laju aliran panas untuk silinder berlubang ( Watt/m )
k  Konduktifitas termal bahan ( W/mK )
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 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.
17
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Adapun persamaan perpindahan panas secara radiasi adalah sebagai berikut :
q r    A  T 4 ............................................................................( 2.8 Frank Kreith )
Dimana :
q r  jumlah energi radiasi yang dipancarkan ( W )
  Konstanta Boltzman ( 5,67  10 -8 )
A  Luas permukaan ( m 2 )
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 mengalir secara konduksi dari permukaan
partikel – partikel fluida yang terbatas. Energi berpindah dengan cara demikian akan
menaikan suhu dan energi dalam partikel – partikel fluida. Kemudian partikel – partikel
fluida tersebut akan bergerak kedaerah yang bersuhu yang lebih rendah dan
memindahkan sebagian energinya kepada pertikel – partikel lainnya.
Perpindahan panas konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas dana
konveksi paksa menurut cara pergerakan alirannya. Maka bila gerakan mencampur
berlangsung semata – mata sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh
gradien suhhu tersebut 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 :
q c  hc  A  T .........................................................................( 2.9 Frank Kreith )
18
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Dimana :
q c  Perpindahan panas konveksi ( W )
h c  Koefisien perpindahan panas konveksi ( W/m 2  C )
A  Luas perpindahan panas ( m 2 )
T  beda suhu antara suhu permukaan dengan suhu fluida
Tabel 2.2 Besaran koefisien perpindahan panas konveksi
Btu/h ft2 F
W/m2 K
Udara, konveksi bebas
1,0 – 5,0
Uap panas lanjut atau udara konveksi paksa
5,0 – 50
30 – 300
Minyak, konveksi paksa
10 – 300
60 – 1800
Air, konveksi paksa
50 – 2000
300 – 6000
Air, mendidih
500 – 10000
3000 – 60000
Uap, mengembun
1000 – 20000
6000 – 120000
2.5.
Faktor Gesekan dan Penurunan Tekanan
Aliran turbulen penting sekali dalam aplikasi bidang rekayasa karena termasuk
dalam sebagian besar aliran fluida dan masalah – masalah perpindahan kalor yang
mencakup segi – segi praktis.
19
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Penurunan tekanan Δp sepanjang tabung L dapat ditentukan menurut hubungan
berikut :
L V 2
............................................................( 2.10. Raldi Artono)
p  f
D 2
dengan ƒ adalah faktor gesekan. Untuk aliran laminar dalam silinder harga ƒ = 64 / Re.
sedangkan untuk aliran turbulen harga ƒ ditentukan oleh rumus berikut :
f  1,82 log Re  1,64
2
.............................................( 2.11. Raldi Artono )
Dimana :
Δp = Penurunan tekanan ( kN/m2 )
ƒ
= Faktor gesekan
L = Panjang Silinder ( m )
D = Diameter ( m )
2.6.
Ρ
= Kerapatan udara ( kg/m3 )
V
= Kecepatan fluida ( m/s )
Analisa Energi
a. Pengaruh suhu udara pada proses pengeringan
Laju penguapan air bahan dalam pengeringan sangat ditentukan oleh kenaikan
suhu. Bila suhu pengeringan dinaikkan maka panas yang dibutuhkan untuk penguapan air
bahan menjadi berkurang.
20
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Pada proses pengeringan diperlukan adanya penghanyar panas udara dalam
pengeringan secara mekanis pengerak panas ini dapat dibantu dengan mneggunakan 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 bahan dalam bentuk uap
air tersebut harus segera dipindahkan dan dijauhkan dari bahan. Jika tidak, uap air
tersebut akan menjenuhkan atmosfir pada permukaan bahan sehinggga memperlambat
penguapan air selanjutnya.
Proses pengeringan yang menggunakan suhu tinggi dalam watu singkat lebih
kecil kemungkinannya merusakbahn dari pada proses pengeringan dengan suhu rendah
dalam waktu yang lama. Jadi bahan yang dikeringkan oleh spray dryer akan lebih baik
mutunya dari pada pengeringan dengan sinar matahari.
21
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Banyaknya kadar air yang harus dihilangkan dari bahan dapat dihitung dengan
menggunakan rumus berikut :
m  ma  mb ...............................................................................( 2.12 Murisalim )
Dimana :
m  Banyaknya kadar air yang harus dikeluarkan ( Kg )
m a  Kadar air sebelum pengeringan ( Kg )
m b  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
.......................................................................................( 2.13 Murasalim )
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
menggunakan rumus :
V
W
 Vs ......................................................................( 2.14 Murisalim )
(H b  H a )
Dimana :
V  Laju aliran udara kering ( m 3 / s )
W  Laju perpindahan air ( Kg / s )
Vs  Volume spesifik udara kering ( m 3 / Kg )
H a  Kelembaban udara awal ( Kg/Kg ' )
H b  Kelembaban udara akhir ( Kg/Kg ' )
22
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Dengan menggunakan grafik psikometrik, kebutuhan udara pengeringan dapat
dicari dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Q
V
 (hb  ha ) ..........................................................................( 2.15 Hall, C.W )
Vs
Dimana :
Q = Kebutuhan udara pengering ( Kj/s )
Vs = Volume spesifik udara pengering ( m3/Kg )
V = Laju aliran udara pengering ( m3/s )
ha = Entalpi udara pada lingkungan ( Kj/Kg )
hb = Entalpi udara pada ruang oengering ( Kj/Kg )
b. Panas Pengeringan
Panas pengeringan adalah panas yang dibutuhkan atau panas yang digunakan
untuk mengeringkan suatu produk. Pada proses spray dryer, pasokan eneergi untuk :
1. Menaikkan temperatur produk
2. Menaikan temperatur air ke temperatur operasi pengeringan
3. Menguapkan air
23
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Jumlah dari yang disebutkan pertama dan kedua dapat dihitung dengan persamaan
sebagai berikut :
Qt  M  C h  (Tb  Ta ) ....................................................................................( 2.16 )
Dimana :
Qt  Panas untuk menaikkan temperatur ( kJ )
M  Masssa produk ( kg )
C h  Panas jenis produk ( kJ/kgC )
T2  Temperatur udara pengeringan ( C )
T1  Temperatur udara lingkungan ( C )
Qw  M
ka
(Tb  Ta ) ....................................................................................( 2.17 )
100
Dimana :
Qw  Panas untuk memenaskan produk ( kJ )
M = Massa produk ( kg )
Ka = Kadar air awal ( % )
T2 = Temperatur udara pengeringan ( °C )
T1 = Temperatur udara lingkungan ( °C )
Ql  ma  hl .....................................................................................................( 2.18 )
Dimana :
Ql  Panas untuk menguapkan air ( kJ )
m = Massa air yang dikelurkan dari produk ( kg )
24
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Dari persamaan ( 2.6 ), ( 2.7 ), ( 2.8 ) maka didapat jumlah panas pengeringan dan
dirumuskan sebagai berikut :
Qtotal  Qt  Qw  Ql .....................................................................................( 2.19 )
Dimana :
Qt  Panas untuk memanaskan produk ( kJ )
Qw  Panas untuk memanaskan air ( kJ )
Ql  Panas untuk menguapkan air ( kJ )
Sedangkan kalor yang dilepaskan oleh udara pengering dirumuskan sebagai
berikut :
q    C p  V (T2  T1 ) ...................................................................................( 2.20 )
Dimana :
q = Kalor yang dilepaskan udara pengering ( kJ )
ρ = Kerapatan udara pada temperatur pengeringan ( kg/m3 )
Cp = Panas jenis pada temperatur pengeringan ( kJ/kg°C )
V = Laju udara pengering selama proses pengeringan ( m3/kg )
T2 = Temperatur udara pengeringan ( °C )
T1 = Temperatur udara lingkungan ( °C )
25
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
c. Laju Perpindahan Panas Dari Heater ke Ruang Pengering
Pada alat spray dryer panas yang dihasilkan dari burner sebagai penyuplai panas
dialirkan keruang pengering dengan menggunakan blower. Dalam analisa penukar panas
perlu mengetahui koefisien perpindahan panas, koefisien perpindahan panas konveksi
bebas ha dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
ha 
K  Nu
.................................................................................................. ( 2.21 )
d
Dimana :
ha = Koefisien perpindahan panas ( W/m2°C )
Nu = Bilangan Nusselt
d = Diameter silinder ( m )
K = Konduktifitas termal ( W/m°C )
Bilangan Nussel dihitung dari bilangan Reynold, Re sebagai berikut :
N u  0,027  Re0,8  Pt 0,33 ................................................................................ ( 2.22 )
dan bilangan Reynold dirumuskan sebagai berikut :
Re 
v L
................................................................................................ ( 2.23 )

Dimana :
  Viskositas udara ( kg/m.det )
v = Kecapatan udara ( m/det )
ρ = Kerapatan udara ( kg/m3 )
L = Panjang silinder ( m )
26
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
d. Laju Perpindahan Panas Dari Ruang Pengering
Koefisien perpundahan panas konveksi bebas hc dapat dihitung dengan
persamaan sebagai berikut :
hc 
K  Nu
.................................................................................................. ( 2.24 )
L
Dimana :
hc = Koefisien perpindahan panas ( W/m2°C )
Nu = Bilangan Nussel
L = Dimensi karakteristik ( m )
K = Konduktifitas termal ( W/m°C )
Bagi aliran dalam pipa atau saluran, hal terpenting dalam bilangan Nusselt ialah garis
tengah hidroliknya ( Dh ), yang berdefinisi :
Dh  4
Luas penampang aliran
.................................................................... ( 2.25 )
keliling
Untuk pipa, luas penampang alirannya adalah :
A
  D2
................................................................................................... ( 2.26 )
4
Bilagan Reynold yang berdasarkan garis tengah hidroliknya serta sifat – sifat suhu
curahan fluida, dapat didefinisika sebagai berikut :
Re DH 
  v  DH
........................................................................................ ( 2.27 )

27
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Dimana :
μ = Viskositas udara ( kg/m.det )
v = Kecepatan udara ( m/det )
ρ = Kerapatan udara ( kg/m3 )
DH = 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  Re0,8  Pr0,33 ................................................................................ ( 2.28 )
2.7.
Perhitungan Kadar Air
Perhitungan kadar air dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu berdasarkan berat
kring dan berdasarkan berat basah. Pada umumnya yang dimaksud dengan kadar air
adalah kadar air yang dihitung berdasarkan berat basah.
a. Perhitungan kadar air berdasarkan berat kering
Untuk menghitung kadar air berdasarkan berat kering, dugunakan rumus sebagau
berikut :
KA 
w
 100% ................................................................( 2.29 Sri Setijahartini )
W
Dimana :
KA = Kadar air berdasarkan berat kering ( % )
W = Berat kering produk ( kg )
w = Jumlah air yang diuapkan dalam proses pengeringan ( kg )
28
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
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
 100% ............................................................... ( 2.30 Sri Setijahartini )
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.
c. Effisiensi termal
Effisiensi termal adalah perbandingan antara panas penguapan dengan panas
yang dihasilkan dari sumber panas, dan ditulis dalam persamaan sebagai berikut :
p 
Q
 100% .................................................................................. ( 2.31 Earle )
q
Dimana :
 p  Effisiensi pengeringan ( % )
Q  Jumlah panas yang digunakan untuk memanaskan dan menguapkan air ( kJ )
q  Panas dari sumber panas ( kJ )
29
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
2.8.
Beda Suhu Rata – Rata Log ( LMTD )
Fluida dapat mengalir dalam aliran sejajar maupun aliran lawan arah. Beda suhu
antara fluida panas dan fluida dingin pada waktu masuk dan pada waktu keluar tidaklah
sama, beda suhu ini disebut beda suhu rata – rata log ( log mean temperature difference =
LMTD ).
LMTD 
T
h1
 
 TC2  Th2  TC1


 Th  TC2
ln  1
 Th2  TC1


 …………………….( 2.32. J.P Holman )
Dengan kata – kata, ialah beda suhu pada satu ujung penukar kalor dikurangi beda
suhu pada ujung yang satu lagi dibagi dengan logaritma alamiah daripada perbandingan
kedua beda suhu tersebut.
Penurunan LMTD di atas menyangkur dua pengan daian :
1. Kalor spesifik fluida tidak berubah menurut suhu
2. Koefisien perpindahan kalor konveksi tetap
Andaian kedua ini biasanya sangat penting karena pengaruh pintu masuk, viskositas
fluida, perubahan konduktivitas termal, dan sebagainya. Biasanya untuk memberikan
koreksi atas pengaruh – pengaruh tersebut perlu digunakan metode numerik.
30
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Spesifikasi Alat Pengering
Alat pengering yang digunakan berjenis spray dryer yaitu mesin pengering glazur
atau bahan baku pembuatan keramik yang bekerja dengan sistem spray atau semprotan
sehingga bahan yang sudah kering berbentuk butiran, mesin ini menggunakan burner
sebagai penyuplai panas dengan memakai gas sebagai bahan bakarnya.
Mesin pengering ini membutuhkan suhu 500 °C untuk mengeringkan bahan atau
produk dengan kapasitas produksi 200 kg/hari,kadar air dari bahan yang diturunkan
sebesar 95 % sampai 97 % dari 100 liter bahan yang belum dikeringkan menghasilkan 40
kg bahan yang sudah dikeringkan
31
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
BAB III
PERHITUNGAN
3.1
Data Mesin Spray Dryer
Dari hasil pengamatan yang dilakukan pada mesin spray dryer yang berfungsi
sebagai alat untuk mengeringkan glazur ( bahan setengah jadi untuk keramik ), didapat
data sebagai berikut :
3.1.1
Spesifikasi mesin spray dryer
a. Kapasitas
: 100 kg
b. Temperature di ruang pengering
: 500 °C
c. Kecepatan udara
: 64 m/s
d. Lama waktu pengeringan
: 60 menit
32
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
3.1.2
3.2
Spesifikasi pompa yang digunakan untuk menyemprotkan glazur
a. Jenis pompa yang digunakan
: Power Spray type SC-30
b. Tekanan
: 40 kg/m2
c. Putaran
: 800 rpm
d. Kapasitas
: 0,47 kg/s
Luas saluran untuk mengalirkan udara panas
A

  D2
4
3,14 (0,3) 2 m
4
 0,07 m 2
3.3
Debit Udara ( Q udara )
Qudara  V  Asaluran udara
 64(m / s )
3,14 (0,3) 2 m
4
 64 (m / s )  0,07 (m 2 )
 4,48 m 2 / s
33
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
3.4
Laju Massa Aliran Udara
Dari referensi J.P Holman,1991 ”Perpindahan Kalor”, halaman 589 ( tabel sifat-
sifat udara pada tekanan Atmosfer) didapat :
Pada temperatur 450 °C atau 723 K didapat  = 0,4869 kg/m3

m  Q


 4,48 m 3 / s  0,4869 kg / m 3

 2,18 kg / s
3.5
Perpindahan kalor pada saluran udara panas
Dari referensi J.P Holman,1991 ”Perpindahan Kalor”, halaman 589 ( tabel sifat-
sifat udara pada tekanan Atmosfer) didapat :
Pada temperatur 450 °C atau 723 K didapat nilai Cp = 1,0804 kJ/kg°C

Q  m  Cp T
 2,18 kg / s 1,0804 kJ / kg C 450 C 
 1059,87 kJ
3.6
Tingkat keadaan udara pada temperatur film
Diketahui :
Temperatur ruang pengering : 500 °C
34
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Temperatur udara yang masuk keruang pengering : 50 °C
Maka temperatur film yang terjadi adalah :
Tr 
500 C  50 C
2
 275 C atau 548 K
Dengan menggunakan tabel properti udara pada temperatur 275 °C atau 548 K,
maka didapat harga – harga sebagai berikut :
  0,6423 kg / m 3 
  2,848  10 5 kg / m s 
k  0,0436 W / m C 
Cp  1,0392 kJ / kg.C 
Pr  0,68
3.7
Tingkat keadaan udara pada temperatur evaporasi
Dengan menggunakan tabel properti air pada keadaan jenuh pada temperatur
548 K, maka didapat :
h fg  1574,4 kJ / kg
35
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
3.8
Diameter hidraulik
Dh 
 / 4D 2
 D

D
4

0,3 m 
4
 0,075 m 
3.9
Angka Reynolds
Untuk menghitung angka reynolds pada saluran dengan temperatur 773 K dari
tabel properti udara maka didapat harga – harga sebagai berikut :


v  78,1  10 6 m 2 / s , k  0,11W / m  C ,
  0,456kg / m 3 
maka angka reynolds didapat :
Re 

V  Dh

64m / s   0,075m 
78  10 6 m 2 / s


 61459,67
36
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
3.10
Faktor gesekan
f Re  64
f 
64
61459,67
 1,04  10 3
dari tabel 3.1 maka didapat nilai bilangan Nusselt Nu T  3,657
Geometri
NuT
NuH1
NuH2
ƒ Re
silinder
3,675
4,364
4,364
64,00
Tabel 3.1 Angka Nusselt dan faktor gesekan
3.11
Koefisien perpindahan panas konveksi
hc  NuT 
 3,657
k
Dh
0,11W / m  C 
0,075m 

 5,36 W / m 2  C
3.12

Penurunan tekanan
37
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
P  f
L  V 2

Dh
2
 1,04  10
3

 1,4 N / m 2
3.13


7m  0,456 kg / m 3 64 m / s

0,075m 
2
2

Perpindahan panas konveksi paksa dari udara kering ke produk
Untuk mengetahui besarnya perpindahan panas konveksi paksa dari udara kering
ke produk dapat kita gunakan persamaan dibawah ini :
q c  hc  AT1  T2 


 5,36 W / m 2  C  0,07m 500 C  50 C 
 168,84W
3.14
Laju aliran massa evaporasi
Laju aliran massa evaporasi adalah laju kandungan air yang diuapkan dari produk
per detik, dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
38
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer

me  h fg  hc  A T1  T2 
me 
hc  A T1  T2 
h fg

168,84 W 
1574,4kJ / kg 

 0,107 kg / s 
39
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
BAB IV
ANALISA PERHITUNGAN
Spray Dryer merupakan mesin pengering glazur atau bahan baku pembuatan
keramik yang bekerja dengan sistem spray atau semprotan sehingga bahan yang sudah
kering berbentuk butiran, mesin ini menggunakan burner sebagai penyuplai panas dengan
memakai gas sebagai bahan bakarnya.
Mesin pengering ini membutuhkan suhu 500 °C untuk mengeringkan bahan atau
produk dengan kapasitas produksi 200 kg/hari,kadar air dari bahan yang diturunkan
sebesar 95 % sampai 97 % dari 100 liter bahan yang belum dikeringkan menghasilkan 40
kg bahan yang sudah dikeringkan.
Adapun gambar mesin spray dryer dapat dilihat pada gambar dibawah ini
40
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Gambar 4.1 Mesin Spray Dryer
41
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
4.1.
Data Mesin Spray Dryer
4.1.1. Data spesifikasi Teknis Spray Dryer
 Diameter pipa penyalur udara panas
: 0,3 m
 Diameter ruang pengering
: 2,5 m
 Diameter nozel
: 0,002 m
 Kapasitas produksi
: 100 liter
 Kecepatan udara
: 64 m/s
 Temperatur pengeringan
: 500 °C
4.1.2. Data Spesifikasi Pompa
 Model atau tipe
: Power spray type SC-30
 Tekanan
: 20 kg/cm3
 Putaran
: 800 rpm
 Kapasitas
: 30 liter/menit
 Temperatur fluida
: 50 °C
42
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
4.2.
Kecepatan Fluida
V  2 g H
 2  9,81  0,53
 3,22 m s
4.3.
Debit Fluida
Q  A V
 0,0012  3,22
 0,004 m 3 s
4.4.
Menghitung gaya pada nozel
Dari hasil perhitungan telah didapat nilai debit glazur sebesar Q  0,004 m 3 s
maka :
4.4.1. Luas Penampang
 A1 

 2
D1
4
3,14
0,04 m 2
4
 0,0012 m 2
43
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
 A2 

 2
D2
4
3,14
0,002 m 2
4
 3,14  10 6 m 2
4.4.2. Kecepatan Fluida pada Nosel
 V1 
Q
A1
0,004 m 3 s

0,0012 m 2
 3,18 m s
 V2 
Q
A2
0,004 m 3 s

3,14  10 6 m 2
 1273,88 m s
4.4.3. Tekanan

P  12  V2  V1

1
2
2
1,6 kg
2


m 3 1622760,14 m s 
 12,9  10 5 kg m  s 2
44
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
4.4.4. Laju Massa Aliran

m   Q


 1,6 kg m 3 0,004 m 3 s

 6,4  10 3 kg s
4.4.5. Gaya

F    A1  mV2  V1 



 1,6 kg m 3 0,0012 m 2  6,4  10 3 kg s1273,88  3,18 m s 
 8,13 N
4.5.
Perpindahan Kalor Pada Temperatur 500 °C
Dari referensi J.P Holman,1991 ”Perpindahan Kalor”, halaman 589 ( tabel sifat-
sifat udara pada tekanan Atmosfer) didapat :
Pada temperatur 500°C atau 773 K didapat nilai ρ = 0,4869 kg/m3
4.5.1. Luas Penampang
A
  D2
4
3,140,3 m 

4
2
 0,07 m 2
45
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
4.5.2. Debit Udara
Q V  A

 64 m s  0,07 m 2

 4,48 m 3 s
4.5.3. Laju Massa Aliran Udara

m  Q


 4,48 m 3 s 0,4869 kg m 3

 2,18 kg s
4.5.4. Perpindahan Kalor ( Q1 )

Q1  m C p T
 2,18 kg s 1,0804 kJ kg  C 450 C 
 1059,87 kJ
4.6.
Perpindahan Kalor Pada Temperatur 450 °C
Dari referensi J.P Holman,1991 ”Perpindahan Kalor”, halaman 589 ( tabel sifat-
sifat udara pada tekanan Atmosfer) didapat :
Pada temperatur 450 °C atau 723 K didapat nilai ρ =1,0877 kg/m3
46
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
4.6.1. Luas Penampang
A
D1  D2
S
2
 3,14
2,5  0,3
 1,4
2
 6,15 m 2
4.6.2. Debit Udara
Q V  A

 64 m s  6,15 m 2

 393,6 m 3 s
4.6.3. Laju Massa Aliran Udara

m  Q


 393,6 m 3 s 1,0877 kg m 3

 428,12 kg s
4.6.4. Perpindahan Kalor ( Q2 )

Q 2  m  C p  T
 428,12 kg s 1,0073 kJ kg C 50 C 
 21562,26 kJ
47
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
4.7.
Perpindahan Kalor Pada Temperatur 375 °C
Dari referensi J.P Holman,1991 ”Perpindahan Kalor”, halaman 589 ( tabel sifat-
sifat udara pada tekanan Atmosfer) didapat :
Pada temperatur 375°C atau 648 K didapat nilai ρ = 1,1774 kg/m3
4.7.1. Luas Penampang
A
D2
4
 3,14
0,3 m2
4
 0,07 m 2
4.7.2. Debit Udara
Q V  A

 64 m s  0,07 m 2

 4,48 m 3 s
4.7.3. Laju Massa Aliran Udara

m  Q


 4,48 m 3 s 1,1774 kg m 3

 5,27 kg s
48
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
4.7.4. Perpindahan Kalor ( Q3 )

Q 3  m  C p  T
 5,27 kg s 1,0057 kJ kg C 25 C 
 132,5 kJ
4.8.
Perpindahan Kalor Total
Q total  Q1  Q 2  Q 3
 1059,87  21562,26  132,5
 22999,91 kJ
4.9.
Beda Suhu Rata – Rata Log ( LMTD )
49
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
LMTD 


T
h1
 
 TC2  Th2  TC1


 Th  TC2
ln  1
 Th2  TC1



500 C  400 C   50 C  35 C 
 500 C  400 C 
ln 

 50 C  35 C  
85 C
ln 6,67 C
 44,97 C
4.10.
Hasil Analisa
Dari hasil perhitungan dan pengamatan atau pengambilan data langsung pada
mesin spray dryer, maka mesin spray dryer atau mesin untuk mengeringkan glazur atau
bahan baku keramik dapat dianalisa sebagai berikut :
 Jumlah produk yang dikeringkan dalam waktu 120 menit adalah sebanyak 100
liter glazur cair, dengan kandungan air sebanyak 40 % dari 100 liter glazur cair,
dan setelah dikeringkan dengan menggunakan mesin spray dryer ini dapat
menghasilkan 40 kg glazur kering.
 Dari hasil perhitungan didapat perpindahan kalor total sebesar 22999,91 kJ
mampu menurunkan kadar air sebanyak 95 % dari 100 liter glazur cair.
50
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
 Dengan menggunakan nozel dengan diameter( 0,002 m) untuk menambah tekanan
pada pipa penyemprot glazur cair dengan kecepatan fluida berdasarkan hasil
perhitungan sebesar 1426751,5 m/s maka dapat diperoleh besarnya butiran glazur
kering adalah 0,2 mm.
 Hasil analisa perhitungan dapat dilihat pada tabel dibawah ini
TEMPERATUR (°C)
PERPINDAHAN
LAJU MASSA ALIRAN
KALOR (kJ)
UDARA (kg/s)
375
132,5
5,27
450
1059,87
428,12
500
21562,26
2,18
TOTAL
22999,91
435,57
Gambar 5.1. Tabel Perpindahan Kalor
 Dari tabel diatas maka didapat diagram perpindahan kalor dibawah ini
600
500
400
300
200
100
0
132,5
1059,87
21562,26
Gambar 5.2. Diagram Perpindahan Kalor
51
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
BAB V
PENUTUP
5.1.
Kesimpulan
Setelah penulis melakukan perhitungan dan analisa mesin spray dryer dengan
burner sebagai penyuplai panas, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
 Pada saat pengambilan data mesin spray dryer ini agak sedikit sulit, dikarenakan
tidak tersedianya spesifikasi dari mesin tersebut
 Kecepatan aliran udara pada ruang pengering adalah 64 m/s sedangkan pada pipa
penyalur glazur cair kecepatan fluida sebesar 1273,88 m/s
52
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
5.2.
Saran
1. sebaiknya pembersihan atau pembuangan kerak pada dinding mesin spray dryer
rutin dilakukan, hal ini untuk menjaga agar pengeringan berlangsung dengan baik
2. Pada mesin spray dreyer ini sebaiknya dipasangi pengukur suhu pada beberapa
titik agar mempermudah pada saat pengecekan kenaikan dan penurunan suhu
pada titik – titik tertentu.
3. Pada ujung nozel harus sering dibersihkan agar tidak terjadi penyumbatan yang
mengakibatkan lambatnya produksi.
53
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
DAFTAR PUSTAKA
1. Faisol AM, Tadjuddin BM Aris, A Kadir Aboe “Rumus-Rumus & Penyelesaian
Soal Mekanika Fluida. Jakarta, 1991.
2. Frank M. White, “Fluid Mechanics” Fourth Edition.Boston. The McGraw-Hill
Companies, 1976.
3. Holman J.P, ”PERPINDAHAN KALOR” Edisi keenam. Jakarta. Erlangga,1991.
4. Kreith, Frank. Prijono, Atko ” Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas ”Edisi Ketiga.
Jakarta. Erlangga, 1991.
54
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
Sifat – sifat Udara pada Tekanan Atmosfer
Nilai μ, k, cp, dan Pr tidak terlalu bergantung pada tekanan dan dapt digunakan untuk rentang tekanan
yang cukup luas.
ρ
T, K
cp
3
Kg/m
kJ/kg.°C
μ
v
k
α
Kg/m.s
2
W/m. °C
m2/s
5
m /s
-6
10
10
Pr
4
10
100
3,6010
1,0266
0,6924
1,923
0,009246
0,02501
0,770
150
2,3675
1,0099
1,0283
4,343
0,013735
0,05745
0,753
200
1,7684
1,0061
1,3289
7,490
0,01809
0,10165
0,739
250
1,4128
1,0053
1,5990
11,31
0,02227
0,15675
0,722
300
1,1774
1,0057
1,8462
15,69
0,02624
0,22160
0,708
350
0,9980
1,0090
2,075
20,76
0,03003
0,2983
0,697
400
0,8826
1,0140
2,286
25,90
0,03365
0,3760
0,689
450
0,7833
1,0207
2,484
31,71
0,03707
0,4222
0,683
500
0,7084
1,0295
2,671
37,90
0,04038
0,5564
0,680
550
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
1100
1200
1300
1400
55
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
56
Tugas Akhir
Analisa Perpindahan Kalor Pada Proses Spray Dryer
MULAI
1. Menentukan masalah
2. Mengumpulkan referensi
3. Persiapan analisa
Mesin yang dianalisa
adalah
Mesin Spray Dryer
Menghitung
perpindahan kalor
Menghitung debit
udara
Menghitung laju
massa aliran
T = 500 °C
450 °C
375 °C
1. Analisa
2. Kesimpulan
SELESAI
57
Tugas Akhir