LAPORAN SEMENTARA PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA II
PENGERINGAN
Disusun oleh :
Kelompok III
Dian Agustin
(0907121198)
Ferdianesa Tarigan
(0907121198)
Jos Amos Rumahorbo
(0907114126)
Muhammad Rizky
(0907136216)
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2011
ABSTRAK Banyak industry yang melibatkan proses pengeringan bahan baku maupun produknya baik itu industry kimia, pengolahan makanan, pengolahan hasil pertanian, pulp and paper, semen dan lainlain. Tujuan pengeringan adalah untuk menghemat biaya transportasi, mempermudah handling bahan, memenuhi spesifikasi untuk dapat diolah lebih lanjut dan menghindari kerusakan. Adapun metode yang dilakukan pertama kali adalah mencapur air dan pasir sesuai dengan takaran, atur laju alir udara dan suhu yaitu 1,3 m/s dan 500 namun untuk percobaan ke-2 dan ke-3 dikombinasikan salah satu. Ambil sampel pasir basah 50 gr, masukkan ke oven sampai berat konstan dan dihitung %berat air di pasir mula-mula. Ukur A1 diujung dan A2 di bagian tengah. Ambil sampel 600 gr ratakan di tray, ukur ketebalan dan timbang pasir basah tadi setiap 10 menit. Percobaan 1 tray
dengan laju alir udara 1.3 m/s dan suhu 500C, percobaan dihentikan pada saat berat pasir kering konstan dalam waktu 210 menit dan laju pengeringan 0,754 kg/m2 jam. Percobaan 2 dilakukan dengan memvaiasikan dengan laju udara pengering menjadi 1 m/s selama 50 menit dan laju pengeringannya 0,6919 kg air/m2jam . Percobaan 3 dilakukan dengan memvaiasikan dengan laju udara pengering menjadi 1,3 m/s selama 55 menit dan laju pengeringannya 0.729 kg air/m2jam. Hasil percobaan didapatkan bahwa laju pengeringan hasil percobaan lebih besar dari pada laju pengeringan teoritis.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Percobaan 1. Membuat kurva karakteristik pengeringan pada kondisi operasi pengeringan tertentu 2. Menentukan periode periode laju pengeringan 3. Menentukan titik kritis 4. Menentukan kadar air kesetimbangan 5. Menentukan laju pengeringan pada periode laju pengeringan konstan
1.2 Dasar Teori Pada umumnya pengeringan diartikan sebagai penghilangan sejumlah kecil air atau cairan lain dari zat padat dengan jalan menguapkannya ke dalam suatu arus gas. Banyak proses di industri yang melibatkan pengeringan bahan baku maupun produknya baik itu di industri kimia, pengolahan makanan, pengolahan hasil pertanian, agro industri dan sebagainya. Alat pengering yang digunakan di industri tergantung dari proses dan bahan yang dikeringkan. Contohnya, alat pengering yang digunakan di industri pengolahan makanan mempunyai kemampuan yang lebih dibanding alat pengering yang digunakan di industri pupuk. Perancangan alat di industri makanan selain harus memperhatikan beberapa faktor seperti sensitifitas bahan terhadap panas, porositas, bulk density dan ukuran partikel juga harus memperhatikan bentuk, warna dan stabilitas dari produk yang kesemuanya itu akan sangat berpengaruh terhadap nilai jual produk. Tujuan pengeringan antara lain : 1. Untuk menghemat biaya transportasi. 2. Untuk mempermudah handling bahan, misalnya detergen kering akan lebih mudah dikemas dibandingkan detergen basah. 3. Untuk memenuhi spesifikasi bahan agar dapat diolah lebih lanjut. 4. Untuk menghindari kerusakan pada bahan seperti pembusukan, korosi dll, jika bahan tersebut disimpan. Salah satu alat pengering yang ada adalah tray drier yang beroperasi secara batch, dimana bahan yang dikeringkan berada di suatu tempat tertentu (di tray) sedang gas (biasanya digunakan udara) mengalir secara terus menerus melalui bahan yang dikeringkan dan menguapkan airnya. Operasi secara batch ini di industri merupakan proses yang relatif mahal dan hanya sesuai untuk beberapa bahan tertentu. Tetapi untuk skala laboratorium alat ini
sangat bermanfaat untuk mempelajari pengetahuan fundamental tentang pengeringan seperti misalnya mekanika fluida, kimia permukaan, struktur padatan, perpindahan massa dan panas yang kesemuanya itu sangat berpengaruh pada proses pengeringan. 1.2.1 Kelembaban Pada proses pengeringan biasanya cairan yang diuapkan adalah air dan gas yang digunakan adalah udara. Kelembaban untuk sistem udara-uap air dibedakan menjadi dua yaitu: a. Kelembaban absolute massa :
…………………………..(1)
b. Kelembaban absolute molar :
………………………….(2)
Untuk mengetahui harga kelembaban udara, dapat diukur dengan menggunakan psikrometer. Dimana akan didapatkan temperatur bola basah (tw) dan temperatur udara (tg). (
)…………………………………...(3)
Yang mana : = suhu udara (°F) = suhu bola basah (°F) = entalpi penguapan air pada = kelembaban jenuh udara pada ……………………………………………(4)
Yang mana
= tekanan uap jenuh air pada suhu
dapat didekati dengan
persamaan Antoine sebagai berikut : ……………………………………………(5)
dalam mmHg dan T dalam Kelvin.
1.2.2 Kadar Air Kesetimbangan Zat padat basah jika dikontakkan dengan udara yang mempunyai kelembaban dan suhu tertentu dengan dalam waktu cukup lama, maka akan dicapai keadaan kesetimbangan
dimana kandungan air pada zat padat tidak berubah. Kandungan air pada kondisi ini disebut kadar air kesetimbangan. Pada prinsipnya air dalam bahan padat berada dalam dua keadaan. Sejumlah air berada dalam pori-pori padatan karena adanya tegangan permukaan yang disebut unbounded water atau air bebas. Air ini mempunyai tekanan uap dan panas laten penguapan sama dengan air murni. Sedang air yang berada dalam bahan padatan mempunyai interaksi dengan bahan padat misalnya, air kristal atau yang ada di permukaan zat padat misalnya air teradsorpsi disebut air terikat atau bounded water. Air terikat ini mempunyai tekanan uap yang lebih kecil dari air murni.
1.2.3 Kurva Laju Pengeringan Dari data percobaan pengeringan akan dapat dibuat kurva yang menyatakan hubungan antara kadar air dan waktu pengeringan, seperti dapat dilihat dalam gambar 1. Dari data tersebut dapat diubah ke laju pengeringan , N kg air/jam m2 sebagai fungsi dari kandungan air (X) seperti gambar 2 dengan menentukan perubahan ∆X dalam waktu ∆t. ………………………………………………(6) Yang mana : = berat padatan kering (kg) A = luas padatan (m) X = kadar air bahan (kg air/kg padatan kering) t = waktu (menit)
B
C
Kg air Jam m2
A
D
X* E
X = Kg air / kg padatan kering
Gambar 1. Kurva Hubungan Kadar Air Padatan dengan Laju Pengeringan Perhatikan Gambar 1, pada permulaan operasi, biasanya temperatur padatan lebih rendah dibanding temperatur kesetimbangan, sehingga laju pengeringan akan naik dengan kenaikan temperatur bahan. Periode ini (AB) disebut periode penyesuaian awal dan biasanya sangat pendek dibanding keseluruhan operasi. Setelah temperatur kesetimbangan tercapai, maka periode kecepatan pengeringan tetap dimulai (BC). Pada peride ini akan terjadi penguapan cairan dari permukaan padatan, kcepatan penguapan di permukaan tersebut masih bisa oleh difusi maupun efek kapiler air dari dalam padatan ke permukaan padatan. Dengan demikian permukaan padatan akan tetap basah. Setelah mencapai kadar air kritis Xc, kecepatan difusi air dari dalam padatan tidak bisa mengimbangi kecepatan penguapan di permukaan padatan. Dengan demikian akan terjadi tempat-tempat kering (dry spot). Ini akan mengurangi kecepatan menurun yang pertama(CD). Pada period DE kecepatan pengeringan ditentukan oleh kecepatan difusi dari dalam padatan ke permukaan padatan. Ini akan terus berlangsung sampai tercapai kadar air kesetimbangan X.
1.2.4 Mekanisme Pengeringan Dalam proses pengeringan, proses perpindahan massa dan perpindahan panas merupakan salah satu faktor yang perlu diperhatikan. Pada permukaan bahan akan terbentuk lapisan tipis air dan juga lapisan tipis udara,yang sering disebut lapisan fil. Dengan adanya
beda konsentrasi air di permukaan padatan dan di udara pengering maka air akan menguap dan berpindah dari bahan ke udara pengering. Persamaan perpindahan massa dari fasa padat ke fasa gas dapat dituliskan sebagai berikut : ………………………….......(7) Yang mana : = Koefisien perpindahan massa = Kelembaban udara pada permukaan padatan, pada keadaan relatif basah didekati dengan (kelembaban jenuh pada suhu padatan). Ditinjau dari perpindahan panasnya maka panas yang diterima padatan akan digunakan untuk menguapkan air. Untuk kasus pengeringan pada suhu relatif rendah maka perpindahan panas yang terjadi dianggap hanya melalui mekanisme konveksi. Sehingga dapat dituliskan persamaan :
…………………………………….(8) …………………………………….(9) Yang mana : = koefisien transfer panas konveksi ( = kecepatan massa udara pengering ( = panas laten penguapan (
) ) untuk kecepatan udara 2-2,5 ft/det
) pada suhu padatan
= suhu udara pengering (°F) = suhu padatan (°F) untuk keadaan relatif basah dapat didekati dengan suhu bola basah udara pengering.
1.2.5 Gerakan Cairan dalam Zat Padat Apabila penguapan permukaan terjadi, haruslah ada gerakan cairan dari dalam zat padat menuju ke permukaan. Sifat gerakan cairan ini akan mempengaruhi pengeringan selama periode kecepatan menurun. Berikut akan ditinjau secara singkat beberapa teori yang telah diajukan mengenai gerakan cairan pada pengeringan sirkulasi melintang dan hubungannya dengan kurva kecepatan menurun. 1.2.5.1 Difusi cairan
Difusi cairan terjadi karena ada perbedaan konsentrasi cairan antara di dalam dengan di permukaan zat padat. Perpindahan cairan dengan jalan difusi ini boleh jadi hanya dapat terjadi dalam zat padat yang membentuk larutan zat padat fase tunggal dengan cairan misalnya sabun, lem, dan bahan-bahan lain yang sejenis, atau untuk keadaan tertentu dimana cairan terikat yang akan dikeringkan, seperti pada pengeringan air bagian akhir dari lempung, tepung, tekstil, kertas dan kayu. Ternyata bahwa difusivitas cairan biasanya turun dengan cepat dengan turunnya kandungan cairan. Selama periode laju pengeringan konstan, konsentrasi cairan permukaan berkurang, tetapi konsentrasi cairan di dalam zat padat masih tinggi. Karena difusivitas cairan dalam zat padat masih tinggi, maka kecepatan penguapan dari permukaan zat padat masih dapat diimbangi oleh gerakan cairan dari dalam zat padat ke permukaan. Apabila tempat-tempat kering mulai tampak pada permukaan zat padat yang dikeringkan, mulailah terjadi penguapan permukaan yang tidak jenuh. Laju pengeringan selanjutnya akan ditentukan oleh kecepatan difusi dalam zat padat. Apabila laju pengeringan konstan awalnya sangat cepat, periode penguapan permukaan tidak jenuh dapat tidak terlihat, dan kecepatan menurun dimana difusi memegang peranan segera akan terjadi setelah periode laju pengeringan konstan berakhir.
1.2.5.2 Gerakan kapiler Gerakan cairan melalui kapiler terjadi apabila zat padat yang dikeringkan berupa butiran-butiran atau berpori, seperti pasir, lempung dan bahan warna cat. Gerakan cairan ini melibatkan tegangan muka, seperti gerakan minyak melalui sumbu lampu. Pada zat padat yang berpori, saluran-saluran kapiler berasal dari reservoir cairan kecil-kecil di dalam zat padat dan yang berakhir pada permukaan. Pada waktu pengeringan berlangsung, pertamatama cairan bergerak karena peristiwa kapilaritas ke permukaan dengan laju kecepatan yang cukup untuk mempertahankan permukaan tetap basah sehingga laju pengeringan konstan. Air akan diganti oleh udara yang masuk ke dalam zat padat melalui beberapa lubang-lubang dan retakan-retakan. Cairan permukaan akhirnya akan tertarik ke dalam ruangan-ruangan antara butiran-butiran, permukaan basah pada permukaan akan berkurang, dan selanjutnya akan terjadi periode pengeringan permukaan yang tidak jenuh. Reservoir di bawah permukaan akhirnya mengering, dan cairan akan tinggal di dalam kapiler dan penguapan akan terjadi di bawah permukaan pada zona atau bidang yang makin lama makin dalam dan periode laju pengeringan menurun kedua akan terjadi. Selama periode ini, difusi uap di dalam zat padat akan terjadi dari bidang dimana penguapan terjadi ke permukaan.
1.2.5.3 Difusi uap Difusi uap ini khususnya terjadi pada pengeringan zat padat dimana panas diberikan pada suatu permukaan, sedangkan pengeringan berlangsung melalui permukaan yang lain. Dalam hal ini cairan dapat menguap di bawah permukaan dan mendifusi keluar sebagai uap. 1.2.5.4 Tekanan Karena pengkerutan zat padat selama pengeringan, cairan di dalam zat padat dapat terperas keluar karena tekanan yang timbul karena proses pengkerutan.
1.2.6 Pengaruh perubahan kondisi pengeringan Pengaruh perubahan kondisi pengeringan terhadap kecepatan pengeringan tetap adalah sebagai berikut : 1.2.6.1 Pengaruh kecepatan gas Apabila radiasi konduksi panas dapat diabaikan, maka Nc akan sebanding dengan G0.8 untuk aliran gas yang sejajar dengan permukaan, dan akan sebanding dengan G0.37 untuk aliran gas tegak lurus pada permukaan. Apabila radiasi dan konduksi panas tidak dapat diabaikan, maka pengaruh kecepatan gas menjadi kurang penting. 1.2.6.2 Pengaruh temperatur gas Apabila temperatur udara dinaikkan, maka tG-tS akan menjadi lebih besar, sehingga Nc juga akan bertambah besar. Apabila radiasi panas diabaikan., dan apabila harga λ untuk daerah temperatur yang berlaku dianggap tetap harganya, maka Nc akan sebanding dengan tG-tS. 1.2.6.3 Pengaruh kelembaban gas Karena Nc sebanding dengan Y’s-Y’, maka kenaikan kelembaban gas Y’ akan menurunkan kecepatan pengeringan. Biasanya perubahan Y’ dan tG, juga akan mengubah harga tG dan Y’s, sehingga pengaruhnya sebaiknya diperkirakan dengan menggunakan persamaan berikut : q (hc u k )(t G t S ) hr (t r t S ) s s Nc k y ' (Y ' s Y ' ) Nc
1.2.6.4 Pengaruh tebal zat padat yang dikeringkan
…............................................(10)
Apabila konduksi panas melalui zat padat terjadi, maka q k u k (t G t S ).....................................................................................................................(11) Uk
1 1 A zM A zS A hc Au k M Au k S Au
.........................................................................................(12)
menunjukkan bahwa Nc akan turun dengan kenaikan tebal zat padat yang dikeringkan. Apabila luas muka bukan pengeringan diisolasi, atau apabila pengeringan terjadi melalui semua permukaan zat padat, maka Nc tidak tergantung pada tebal zat padat. Sehingga waktu pengeringan dalam periode kecepatan tetap antara dua kandungan cairan tertentu akan sebanding dengan tebal zat padat.
BAB II METODOLOGI PERCOBAAN
2.1 Alat 1. Tray Drier 2. Oven 3. Tray 4. Neraca digital 5. Anemometer 6. Penggaris 7. Psychrometer 8. Stopwatch 9. Cawan pengering / gelas arloji 10. Pipet tetes 11. Gelas ukur 12. Baskom plastik
2.2 Bahan 1. Pasir 2. Air
2.3 Percobaan 1 1. Siapkan pasir kurang lebih 1,5 kg beri air sekitar 600 ml campur sampai rata dalam baskom plastic dan tutup rapat dengan plastic 2. Ambil sampel kurang lebih 50 gram timbang catat sebagai berat sampel basah (Wb) ovn pada suhu 110 oC sampai didapatkan berat konstan (WC). 3. Siapkan tray drier, hidupkan MCB nya. Nyalakan pengatur laju alir udara selanjutnya nyalakan pengatur suhu udara pengering. 4. Ukur luas penampang drier diujung (A1) m2 dan dibagian tengah (A2) m2. 5. Basahi kain di psycrometer dengan menggunakan pipet tetes, lakukan setiap kali mengukur kelembaban udara.
6. Atur laju alir udara dan suhu pengering sesuai dengan lembar penugasan yang diberikan, tunggu sampai keadaan steady tercapai. Ukur laju, suhu dan suhu bola basah udara pengering, pastikan sesuai dengan yang ditugaskan. 7. Siapkan tray, bersihkan dan keringkan. Ukur panjang dan lebarnya, catat luas tray (A) m2 timbang dan catat massanya (WT) kg. 8. Masukkan pasir basah kurang lebih 600 gram (Wm) ratakan di tray, usahakan ketebalan pasir di tray seragam. Ukur ketebalan pasir catat (Δx). 9. Sesaat sebelum masuk ke dalam tray timbang pasir basah + tray catat massanya sebagai WO, masukkan ke dalam tray. Setiap 10 menit keluarkan tray dari pengering, timbang dan catat massanya. Usahakan tray berisi pasir berada di luar sesingkat mungkin. 10. Cek setiap saat laju dan suhu udara pengering, jika ada perubahan atur pengatur suhu dan laju udara. 11. Hentikan percobaan jika selisih penimbangan setiap ΔӨ = 0,1 gram
2.4 Percobaan 2 1. Mempelajari pengaruh laju udara pengering terhadap laju pengeringan pada periode pengeringan konstan 2. Sama dengan percobaan 1, hanya laju udara pengering diubah sesuai dengan penugasan. Hentikan percobaan setelah 60 menit. 3. Tetntukan NC hasil percobaan, bandingkan dengan NC teoritis.
2.5 Percobaan 3 1. Mempelajari pengaruh suhu udara pengering terhadap laju pengeringan pada periode pengeringan konstan. 2. Sama dengan percobaan 1, hanya suhu udara pengering diubah sesuai dengan penugasan. Hentikan percobaan setelah 60 menit. 3. Tetntukan NC hasil percobaan, bandingkan dengan NC teoritis.
BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN
a.
Percobaan 1 (air flow pada 1,3 m/s dan temperatur pada 50 0C) Berdasarkan hasil perhitungan dari percobaan 1 diperoleh data-data kecepatan
pengeringan dan kadar air dalam zat padat seperti yang dilampirkan pada lampiran A Tabel 1. Data-data tersebut kemudian diplotkan antara kecepatan pengeringan terhadap kadar air seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.1
C B D A
E
Gambar 3.1 Grafik Hubungan Laju Pengeringan terhadap Kadar Air pada percobaan 1
Pada Gambar 3.1 dapat ditentukan posisi titik A, B, C, D dan E yang mewakili periode-periode yang dilalui pada proses pengeringan. Periode AB merupakan periode awal operasi, dimana kecepatan pengeringan mula – mula meningkat dengan cepat, ini dapat dilihat jelas pada periode A yang memperlihatkan kemiringan kurva yang cukup tajam. Lalu laju pengeringan menurun secara perlahan, seperti yang ditunjukkan periode A-B pada gambar. Periode AB disebut dengan periode penyesuaian awal. Periode ini terjadi karena adanya perbedaan temperatur antara bahan dengan udara pengering, dimana temperatur udara pengering lebih besar dari pada temperatur bahan yang akan dikeringkan, karena perbedaan temperatur ini, maka energi yang berpindah dari udara
pengering ke bahan mula – mula digunakan oleh bahan untuk menyamakan tempratur dengan udara pengering, mendifusikan air ke permukaan bahan dan menguapkan air yang ada pada permukaan bahan. Pada periode AB, terdapat periode A dan B, ini terjadi karena laju penguapan air pada permukaan lebih besar dari pada kecepatan difusi air yang berada dalam bahan menuju permukaan. Sehingga mula – mula pada periode A akan kelihatan laju penguapan meningkat dengan cepat, lalu menurun pada periode B karena air pada permukaan telah habis di uapkan sedangkan air yang berdifusi dari dalam bahan ke permukaan belum belum secara sempurna tercapai. Setelah difusi tercapai secara sempurna maka periode AB akan berpindah ke periode BC. Periode BC disebut dengan periode laju pengeringan konstan . Pada Gambar 3.1 dapat dilihat bahwa pada periode BC menggambarkan suatu periode dengan laju pengeringan konstan, dimana besarnya laju berfluktuasi naik turun berusaha mempertahankan kedudukannya, sehingga dapat dianggap membentuk garis lurus horizontal dengan tren yang seimbang. Periode ini terjadi karena air telah terdifusi secara merata dan berkelanjutan ke permukaan bahan sehingga laju penguapan dapat diimbangi oleh laju difusi tersebut. Periode CD merupakan periode laju pengeringan menurun 1, hal ini terjadi disebabkan oleh difusitas cairan dalam bahan tidak mampu mengimbangi laju pengeringan pada permukaan, dimana laju difusifitas lebih kecil dari pada laju penguapan, ini terjadi karena tidak meratanya lagi komposisi cairan pada setiap tempat dalam bahan. Periode DE merupakan periode laju pengeringan menurun 2, pada Gambar 3.1 dapat dilihat bahwa pada periode ini terjadi penurunan laju secara linier. Ini terjadi karena semakin sedikitnya tempat yang kadar airnya masih diatas kadar air kesetimbangan, dan diperkirakan hanya tinggal satu daerah yang kadar airnya diatas kadar air kesetimbangan sehingga penurunannya tampak linier. Penurunan laju pengeringan terjadi karena air yang berdifusi ke permukaan semakin lama semakin sedikit dan penurunan laju dfusi ini juga terjadi secara linier.
Percobaan 2 (air flow pada 1 m/s dan temperatur pada 50 0C) Berdasarkan hasil perhitungan dari percobaan 2 diperoleh data-data laju pengeringan dan kadar air dalam zat padat seperti yang dilampirkan pada lampiran B Tabel 2. Data-data tersebut kemudian diplotkan antara kecepatan pengeringan terhadap kadar air seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Laju pengeringan, N (kg/m2 menit)
0.0140
D
0.0120
C B
0.0100 0.0080 0.0060
D
0.0040
A
0.0020 0.0000 0.0000
0.0500
0.1000
0.1500
0.2000
0.2500
0.3000
Kadar Air , X (kg air/ kg padatan kering)
Gambar 3.2. Grafik Hubungan Kecepatan Pengeringan terhadap Kadar Air pada percobaan 2
Pada Gambar 3.2 tidak dapat dilihat adanya periode penyesuaian awal ( periode AB ), hal ini dikarenakan pada percobaan 2 dianggap air yang dicampurkan terlalu banyak, karena pada percobaan 1 dibutuhkan waktu yang cukup lama, sehingga untuk mempercepat waktu karena waktu yang tersedia tidak mencukupi maka dilakukan penurunan kadar air dengan cara pengovenan pada suhu 110 0C. Karena dilakukan pengovenanan maka pada percobaan kedua saat bahan mulai dikeringkan tidak terjadi penyesuaian awal yang signifikan karena perbedaan temperatur bahan dengan udara pengering tidak jauh berbeda dan diperkirakan telah terjadi difusi air yang sempurna dari dalam bahan ke permukaan karena dilakukan pengovenanan tadi. Percobaan 3 (air flow pada 1,3 m/s dan temperatur pada 55 0C) Berdasarkan hasil perhitungan dari percobaan 3 diperoleh data-data laju pengeringan dan kadar air dalam zat padat seperti yang dilampirkan pada lampiran B Tabel 3. Data-data
tersebut kemudian diplotkan antara kecepatan pengeringan terhadap kadar air seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.3
Laju Pengeringan , N (kg/m2 menit)
0.0200
C
0.0180
B
0.0160 0.0140
A
0.0120 0.0100 0.0080 0.0060 0.0040 0.0020 0.0000 0.0000
0.0500
0.1000
0.1500
0.2000
0.2500
0.3000
Kadar Air ,X (kg air/ kg padatan kering)
Gambar 3.2. Grafik Hubungan Kecepatan Pengeringan terhadap Kadar Air pada percobaan 2
Pada Gambar 3.3 tidak dapat dilihat adanya periode penyesuaian awal ( periode AB ), hal ini dikarenakan pada percobaan 3 dianggap air yang dicampurkan terlalu banyak, karena pada percobaan 1 dibutuhkan waktu yang cukup lama, sehingga untuk mempercepat waktu karena waktu yang tersedia tidak mencukupi maka dilakukan penurunan kadar air dengan cara pengovenan pada suhu 110 0C. Karena dilakukan pengovenanan maka pada percobaan ketiga saat bahan mulai dikeringkan tidak terjadi penyesuaian awal yang signifikan karena perbedaan temperatur bahan dengan udara pengering tidak jauh berbeda dan diperkirakan telah terjadi difusi air yang sempurna dari dalam bahan ke permukaan karena dilakukan pengovenanan tadi.
BAB IV KESIMPULAN
1.
Periode penyesuaian awal terjadi karena perbedaan temperatur yang berarti antara bahan dengan udara pengering dan tidak terjadinya difusi air secara sempurna dari dalam bahan ke permukaan pada kondisi awal.
2.
Laju udara pengering berbanding lurus terhadap laju pengeringan dan berbanding terbalik dengan waktu pengeringan.
3.
Bahan yang akan dikeringkan yang memiliki temperatur yang sama dengan udara pengering dan berada pada temperatur tersebut dalam waktu yang relative lama yaitu sampai difusi air dari dalam bahan kepermukan tercapai pada kondisi tepat sempurna maka tidak diperlukan periode penyesuaian awal yang berarti pada proses pengeringan sehingga dapat mempercepat waktu pengeringan
4.
Kurva kecepatan pengeringan terhadap kadar air pada percobaan secara umum seuai dengan literatur, meskipun dijumpai titik – titik yang sedikit berfluktuasi.
DAFTAR PUSTAKA
Geankoplis, C.J. 1998. Transport Process and Unit Operation, Third Edition. Prantice Hall. Treybal, Robert E. 1984. Mass Transfer Operations. Third Edition. Tim Penyusun. 2012. Penuntun Praktikum Laboratorium Teknik Kimia II. Program Studi S1 Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau. Pekanbaru. Hardjono, Ir. 1989. Operasi Teknik Kimia II. Edisi pertama. Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta
LAMPIRAN A GAMBAR ALAT
Neraca Digital Pengatur pemanas
Pemanas
Anemometer Pengatur Kec.udara
Psychometer
Tray
Gambar 1. Seperangkat Alat Pengering ( Tray Dryer )
LAMPIRAN B PERHITUNGAN
a. Percobaan 1 (flow air 1,3 m/s dan T 50 0C)
Tabel 1. Hasil Perhitungan Percobaan 1 Waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
Berat Pasir Basah (gram) 600 593.54 586.94 580.04 572.94 565.94 558.04 549.44 540.64 531.84 523.04 514.24 505.44 496.64 487.84 480.94 474.64 470.74 469.24 468.74 468.64 468.64
Kadar Air, X (Kg air/Kg Padatan Kering) 0.2803 0.2665 0.2524 0.2377 0.2226 0.2076 0.1908 0.1724 0.1536 0.1349 0.1161 0.0973 0.0785 0.0597 0.0410 0.0262 0.0128 0.0045 0.0013 0.0002 0.0000 0.0000
∆X (Kg air/Kg Padatan Kering)
Laju Pengeringan,
-0.0138 -0.0141 -0.0147 -0.0152 -0.0149 -0.0169 -0.0184 -0.0188 -0.0188 -0.0188 -0.0188 -0.0188 -0.0188 -0.0188 -0.0147 -0.0134 -0.0083 -0.0032 -0.0011 -0.0002 0.0000
0.0126 0.0129 0.0135 0.0139 0.0137 0.0154 0.0168 0.0172 0.0172 0.0172 0.0172 0.0172 0.0172 0.0172 0.0135 0.0123 0.0076 0.0029 0.0010 0.0002 0.0000
N (Kg/m2 menit)
b. Percobaan 2
Tabel 2. Hasil Perhitungan Percobaan 2 Waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60
Berat Pasir Basah (gram) 600 598.32 591.92 585.22 578.82 572.32 565.82
Kadar Air, X (Kg air/Kg Padatan Kering) 0.2518 0.2483 0.2349 0.2209 0.2076 0.1940 0.1805
∆X (Kg air/Kg Padatan Kering)
Laju Pengeringan,
-0.0035 -0.0134 -0.0140 -0.0134 -0.0136 -0.0136
0.0032 0.0122 0.0128 0.0122 0.0124 0.0124
∆X (Kg air/Kg Padatan Kering)
Laju Pengeringan,
-0.0133 -0.0182 -0.0186 -0.0186 -0.0188 -0.0190
0.0122 0.0166 0.0170 0.0170 0.0172 0.0174
N (Kg/m2 menit)
c. Percobaan 3 Tabel 3. Hasil Perhitungan Percobaan 3 Waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60
Berat Pasir Basah (gram) 600 593.7 585.1 576.3 567.5 558.6 549.6
Kadar Air, X (Kg air/Kg Padatan Kering) 0.2688 0.2554 0.2373 0.2187 0.2000 0.1812 0.1622
N (Kg/m2 menit)
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN
1. Penentuan Laju Pengeringan Berdasarkan Data Percobaan Percobaan I panjang tray
= 0,277 m
Wb
= 0,6 kg
lebar tray
= 0,185 m
Wc
= 0,468 kg
ketebalan pasir
= 0,008 m
luas muka perpindahan panas (A) = 0,275 m x 0,185m=0,051245 m2
kadar air 0,2803 kg air/kg padatan
Maka: Δx = 0,2803 kg air/kg padatan- 0,2665kg air/kg padatan = -0,0138 kg air/kg padatan Δt = 10 menit = 0,167 jam
LS = (100-%berat air mula-mula) x Wm = (100-21,89)% x 0.6 = 0,468 kg
Maka Laju pengeringan (N): N N
( (
)(
) )(
)
= 0,754 kg/m2 jam
Dengan cara yang sama maka di peroleh Laju pengeringan pada percobaan II adalah 0,6919 kg/m2 jam dan Laju pengeringan pada percobaan III adalah 0,729 kg/m2 jam
2. Perhitungan NC teoritis
Percobaan I Diketahui: v2
= 1,3 m/s
Tg
= 50 0C
Tw
= 340C 0
Tf ρg λw
C
= 1,106 kg/m3
(App A.3-3 Geankoplis) 3
= 2595,66 x 10 J/kg
(App A.2-9 Geankoplis)
2
A
= 0,051245 m
A1
= 0,0488 m2
( luas penampang drier di ujung)
A2
= 0,07784 m2
( luas penampang drier di tengah)
µ
= 1,943 x 10-5 kg/ms
(App A.3-3 Geankoplis)
Npr
= 0,7059
(App A.3-3 Geankoplis)
o
Kp = 2,5 W/m C NC percobaan= 0,754 kg air/m2jam Maka kecepatan udara di dalam drier (v1): A1.V1= A2.V2 (0,0488)(V1) = (0,07784)(1,3) V1 = 2,073 m/s Nre
= 36.685,97 aliran laminar (Nre< 300.000)
=
Karena aliran laminar, maka persamaan yang digunakan : Nnu
= 0,664 (Nre)0,5(Npr)1/3 =0,664 (36.685,97)0,5(0,7059)1/3 = 115,864 (
)( (
) )
= 11,5864 W/moC
q1
= h. A. ∆T = (11,5864) (0,051245) (50oC-34oC) = 9,499 W = 9,470 W/moC
= q2
= U. A. ∆T = (9,470)(0,051245) (50oC-34oC) = 7,764 W
q total = q1+q2 = 9,499+ 7,764 = 17,263 J/s = 6,650 x 10-6kg/s
=
= 0,467 kg air/m2jam
NC= 3600 = 3600
Percobaan II Diketahui: v2
= 1 m/s
Tg
= 50 0C
Tw
= 340C 0
Tf ρg λw
C
= 1,106 kg/m3
(App A.3-3 Geankoplis) 3
= 2595,66 x 10 J/kg
(App A.2-9 Geankoplis)
2
A
= 0,051245 m
A1
= 0,0488 m2
( luas penampang drier di ujung)
A2
= 0,07784 m2
( luas penampang drier di tengah)
µ
= 1,943 x 10-5 kg/ms
(App A.3-3 Geankoplis)
Npr
= 0,7059
(App A.3-3 Geankoplis)
o
Kp = 2,5 W/m C NC percobaan= 0,1919 kg air/m2jam Maka kecepatan udara di dalam drier (v1): A1.V1= A2.V2 (0,0488)(V1) = (0,07784)(1) V1 = 1,595 m/s
Nre
=
= 25149,11aliran laminar (Nre< 300.000)
Karen aaliran laminar, maka persamaan yang digunakan : Nnu
= 0,664 (Nre)0,5(Npr)1/3 =0,664 (25149,11)0,5(0,7059)1/3 = 95.93 (
)( (
q1
) )
= 9,593 W/moC
= h. A. ∆T = (9,593) (0,051245) (50oC-34oC) = 7,865 W = 9,307 W/moC
= q2
= U. A. ∆T = (9,307)(0,051245) (50oC-34oC) = 7,631 W
q total = q1+q2 = 7,865 + 7,631 = 15,496 J/s = 5,969 x 10-6kg/s
=
= 0,419 kg air/m2jam
NC= 3600 = 3600
Percobaan III v2
= 1,3 m/s (kecepatanpadaujungdrier)
Tg
= 55 0C
Tw
= 34 0C 0
Tf
C
ρg
= 1,106 kg/m3
(App A.3-3 Geankoplis)
λw
= 2595,66 x 103 J/kg
(App A.2-9 Geankoplis)
A
= 0,050875 m2
A1
= 0,0488 m2
( luaspenampang drier di ujung)
A2
= 0,07784 m2
(luaspenampang drier di bagiantengah)
-5
µ
= 1,943 x 10 kg/ms
(App A.3-3 Geankoplis)
Npr
= 0,7059
(App A.3-3 Geankoplis)
Kp
= 2,5 W/moC
NC percobaan= 0,729 kg air/m2jam
Maka kecepatan udara di dalam drier (v1): A1.V1= A2.V2 (0,0488)(V1) = (0,07784)(1,3) V1= 2,073 m/s Nre
= 36.685,97 aliran laminar (Nre< 300.000)
=
Karena aliran laminar, maka persamaan yang digunakan : Nnu
= 0,664 (Nre)0,5(Npr)1/3 =0,664 (36.685,97)0,5(0,7059)1/3 = 115,864 (
)( (
q1
) )
= 11,5864 W/moC
= h. A. ∆T = (11,5864) ( 0,051245) (55oC-34oC) = 12,468 W = 11,172 W/moC
= q2
= U. A. ∆T = (11,172)(0,051245) (55oC-34oC) = 12,022 W
q total = q1+q2 = 12,468 + 12,022 = 24,49 J/s = 9,43 x 10-6 kg/s
= NC= 3600 = 3600
= 0.66 kg air/m2jam
3. Perbandingan NC teoritis dan NC percobaan Percobaan I % kesalahan= =61,45 % Percobaan II % kesalahan= =65,13 %
Percobaan III % kesalahan= =14,24 %
