21
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringan Pengeringan merupakan salah satu unit operasi energi paling intensif dalam pengolahan pasca panen. Unit operasi ini diterapkan untuk mengurangi kadar air produk seperti berbagai buah-buahan, sayuran, dan produk pertanian lainnya setelah panen. Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan panas untuk menguapkan air dari permukaan bahan tanpa mengubah sifat kimia dari bahan tersebut. Dasar dari proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan kandungan air dari bahan akan mengakibatkan berkurangnya kadar air dalam bahan tersebut. Pada prinsipnya, pengeringan bertujuan untuk mengurangi kadar air yang terkandung pada bahan sampai pada kadar air yang diinginkan. Tujuan mengurangi kadar air adalah untuk memperpanjang kehidupan rak-produk bio-asal dengan mengurangi kadar air ke tingkat yang cukup rendah sehingga menghambat pertumbuhan mikroorganisme, reaksi enzimatik, dan reaksi lainnya yang memperburuk produk pertanian tersebut. Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses pengeringan adalah suhu, kelembaban udara, laju aliran udara, kadar air awal bahan dan kadar air akhir bahan. a. Proses perpindahan panas Proses perpindahan panas terjadi karena adanya perbedaan suhu udara pengering dengan suhu bahan yang akan dikeringkan, dimana suhu udara pengering lebih tinggi dari suhu bahan. Panas yang dialirkan melalui udara pengering akan meningkatkan suhu bahan, sehingga air dalam bahan berubah wujud menjadi uap air. b. Proses perpindahan Massa Peningkatan suhu bahan karena proses perpindahan panas akan menyebabkan tekanan uap air di dalam bahan lebih tinggi dari tekanan uap air pada udara pengering, sehingga terjadi perpindahan uap air bahan ke udara.

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengeringan

Pengeringan merupakan salah satu unit operasi energi paling intensif dalam pengolahan

pasca panen. Unit operasi ini diterapkan untuk mengurangi kadar air produk seperti

berbagai buah-buahan, sayuran, dan produk pertanian lainnya setelah panen. Pengeringan

adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan panas

untuk menguapkan air dari permukaan bahan tanpa mengubah sifat kimia dari bahan

tersebut. Dasar dari proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena

perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

kandungan air dari bahan akan mengakibatkan berkurangnya kadar air dalam bahan

tersebut.

Pada prinsipnya, pengeringan bertujuan untuk mengurangi kadar air yang terkandung

pada bahan sampai pada kadar air yang diinginkan. Tujuan mengurangi kadar air adalah

untuk memperpanjang kehidupan rak-produk bio-asal dengan mengurangi kadar air ke

tingkat yang cukup rendah sehingga menghambat pertumbuhan mikroorganisme, reaksi

enzimatik, dan reaksi lainnya yang memperburuk produk pertanian tersebut.

Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses pengeringan adalah suhu,

kelembaban udara, laju aliran udara, kadar air awal bahan dan kadar air akhir bahan.

a. Proses perpindahan panas

Proses perpindahan panas terjadi karena adanya perbedaan suhu udara pengering dengan

suhu bahan yang akan dikeringkan, dimana suhu udara pengering lebih tinggi dari suhu

bahan. Panas yang dialirkan melalui udara pengering akan meningkatkan suhu bahan,

sehingga air dalam bahan berubah wujud menjadi uap air.

b. Proses perpindahan Massa

Peningkatan suhu bahan karena proses perpindahan panas akan menyebabkan tekanan

uap air di dalam bahan lebih tinggi dari tekanan uap air pada udara pengering, sehingga

terjadi perpindahan uap air bahan ke udara.

Page 2: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Kelembaban relatif udara pengering akan turun dengan adanya peningkatan suhu udara

pengering, Hal ini menyebabkan kelembaban relatif udara pengering lebih rendah dari

kelembaban relatif bahan. Selanjutnya panas yang dialirkan ke permukaaan bahan akan

meningkatkan tekanan uap air bahan sehingga tekanan uap air bahan lebih tinggi dari

tekanan uap air udara pengering. Dengan kondisi demikian akan terjadi perpindahan

massa uap air dari bahan ke udara pengering dan disebut sebagai proses penguapan.

Proses penguapan air dari bahan akan terus berlangsung sampai terjadi kesetimbangan

tekanan uap air antara bahan dengan pengering.

2.2 Jenis-Jenis Pengeringan

Jenis-jenis pengeringan berdasarkan karakteristik umum dari beberapa pengering

konvensional dibagi atas 8 bagian, yaitu : (Arun S. Mujumdar, Chung Lim Law. 2009)

a) Baki atau wadah

Pengeringan jenis baki atau wadah adalah dengan meletakkan material yang akan

dikeringkan pada baki yang lansung berhubungan dengan media pengering. Cara

perpindahan panas yang umum digunakan adalah konveksi dan perpindahan panas secara

konduksi juga dimungkinkan dengan memanaskan baki tersebut.

b) Rotary

Pada jenis ini ruang pengering berbentuk silinder berputar sementara material yang

dikeringkan jaruh di dalam ruang pengering. Medium pengering, umumnya udara panas,

dimasukkan ke ruang pengering dan bersentuhan dengan material yang dikeringkan

dengan arah menyilang. Alat penukar kalor yang dipasang di dalam ruang pengering

untuk memungkinkan terjadinya konduksi.

c) Flash

Pengering dengan flash (flash dryer) digunakan untuk mengeringkan kandungan air yang

ada di permukaan produk yang akan dikeringkan. Materi yang dikeringkan dimasukkan

dan mengalir bersama medium pengering dan proses pengeringan terjadi saat aliran

medium pengering ikut membawa produk yang dikeringkan. Setelah proses pengeringan

selesai, produk yang dikeringkan akan dipisahkan dengan menggunakan hydrocyclone.

Page 3: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

d) Spray

Teknik pengeringan spray umumnya digunakan untuk mengeringkan produk yang

berbentuk cair atau larutan suspensi menjadi produk padat. Contohnya, proses

pengeringan susu cair menjadi susu bubuk dan pengeringan produk-produk farmasi. Cara

kerjanya adalah cairan yang akan dikeringkan dibuat dalam bentuk tetesan oleh atomizer

dan dijatuhkan dari bagian atas. Medium pengering (umumnya udara panas) dialirkan

dengan arah berlawanan atau searah dengan jatuhnya tetesan. Produk yang dikeringkan

akan berbentuk padatan dan terbawa bersama medium pengering dan selanjutnya

dipisahkan dengan hydrocyclone.

e) Fluidized bed

Pengeringan dengan menggunakan kecepatan aliran udara yang relatif tinggi menjamin

medium yang dikeringkan terjangkau oleh udara. Jika dibandingkan dengan jenis wadah,

jenis ini mempunyai luas kontak yang lebih besar.

f) Vacum

Pengeringan dengan memanfaatkan ruangan bertekanan udara rendah. Dimana pada

ruangan tersebut tidak terjadi perpindahan panas, tetapi yang terjadi adalah perpindahan

massa pada suhu rendah.

g) Membekukan

Pengeringan dengan menggunakan suhu yang sangat rendah. Biasanya digunakan pada

produk-produk yang bernilai sangat tinggi, seperti produk farmasi dan zat-zat kimia

lainnya.

h) Batch dryer

Pengeringan jenis ini hanya baik digunakan pada jumlah material yang sangat sedikit,

seperti penggunaan pompa panas termasuk pompa panas kimia.

Pada bagian tugas akhir ini akan dilakukan simulasi pada pengeringan tipe wadah dengan

menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi pemanas udara pengering.

2.3 Sistem Energi Matahari

Page 4: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Seperti dijelaskan sebelumnya, penerapan sistem energi matahari ini adalah untuk

mereduksi waktu proses pengeringan dari pengeringan yang biasa dilakukan yaitu dengan

penjemuran langsung. Sistem pengeringan dengan energi matahari seperti yang akan diterapkan

pada percobaan ini merupakan sistem tidak langsung ( Indirect type dryer ) dimana pengumpulan

energi matahari dilakukan di tempat terpisah diluar bagian pengeringan, kemudian dihubungkan

ke tempat pengeringan melalui suatu fluida yang berfungsi sebagai fluida pengering yang dalam

hal ini adalah udara. Pengumpulan energi surya dan transfernya pada fluida kerja dilakukan

melalui suatu alat yang disebut kolektor matahari ( solar collector ).

Pada sistem yang dirancang hanya menggunakan udara lingkungan dan pemanasan hanya dilakukan pad perhari.

2.4 Spesifikasi

Alat Uji

Hasil

Perancangan

2.4.1 Kolektor

Untuk ukuran bersih kolektor ( ruang pengumpul udara panas ) yang di rancang

dalam penelitian ini adalah disesuakan dengan ukuran kaca yang tersedia di pasaran dan

sesuai dengan yang dibutuhkan pada penelitian ini, yaitu :

Page 5: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Gambar 2.1 Kolektor

- Panjang = 2 m

- Lebar = 1,5 m

- Tinggi = 0,1 m

Plat seng

Jenis absorber yang di gunakan adalah plat seng dengan ketebalan 0,3 mm yang mudah

dijumpai di pasaran dimana kehantaran termalnya adalah 112.2 W/ m0C, sedangkan

emisivitasnya adalah 0,97. Plat ini cukup tipis dan ringan, maka di harapkan respon

kenaikan temperatur terhadap peningkatan intensitas radiasi matahari juga cukup cepat.

Kemudian Absorbernya di cat dengan warna hitam buram ( black paint ).

Kaca

Cover yang digunakan dalam kolektor ini dipilih tipe kaca yang umum dipakai untuk

bangunan ( kaca jendela ) atau yang disebut dengan ordinary glass dengan ketebalan 5mm.

Kaca jenis ini memiliki sifat – sifat sebagai berikut :

Konduktivitas termal = 0,78 W/m.0C

Densitas = 2700 kg/m3

Page 6: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Reflektivitas = 0,08 – 0,09

Absorbsivitas < 1%

Emisivitas = 0,88

Isolator

Pemilihan isolator ini didasarkan pada selisih temperatur, yaitu antara temperatur yang

dihasilkan degan temperatur udara lingkungan dimana isolator ini akan meminimalisasi

terjadinya fluks atau kehilangan panas ke arah bawah absorber. Untuk isolator yang

digunakan dalam penelitian ini mempertimbangan faktor biaya dan berat isolator itu sendiri,

agar kolektor yang dibuat nantinya tidak terlalu berat. Untuk isolator yang telah kita pilih

terbuat dari kertas dimana kehantaran termalnya adalah 0,06 W/m0C. Untuk menggunakan

kertas sebagai bahan isolator pada penelitian ini, peneliti menyusun kertas tersebut dibawah

absorber dengan ketebalan 2cm. Hal ini dilakukan agar isolator yang dibuat tidak terlalu

berat.

2.4.2 Bak Pengering

Rangka bak pengering terbuat dari besi siku ukuran 30mm x 30mm x 6000mm,

rangka bak pengerik di bentuk dan dilas sesuai dengan gambar yang didisain (Gambar

2.2) kemudian dibuat dinding untuk penyekat udara dari bahan plat seng dengan tebal

0,3mm. Dinding tersebut dilengketkan pada rangka bak pengering dengan cara di revet

serta dilakukan pematrian untuk menghundari kebocoran udara panas. Kemudian plat

seng dicat dengan warna hitam buram,agar dapat menyerap panas dengan lebih cepat.

Pada bak pengering dilengkapi dengan pintu yang berguna untuk memasukan dan

mengeluarkan produk yang dikeringkan. Di pintu tersebut dibuat kaca yang

mamungkinkan kita dapat mengetahui temperature tiap rak, dengan cara melihat

thermometer yang sengaja digantungkan pada setiap rak pengering. Di bagian atas bak

pengering dibuat cerobong udara, bertujuan untuk memperlancar sirkulasi udara pada

proses pengeringan. Ukuran bersih ruang pengering adalalah:

-Panjang bak pengering = 1,5 m

Page 7: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

- Lebar bak

pengering = 1 m

- Tinggi bak

pengering = 1 m

- Tinggi kaki bak

pengering = 1,2 m

- Jarak dari

setiap rak kearah atas =

0,2 m

- Tinggi bagian

yang akan memberikan

efek thermal

chimney = 0,86 m

- Sudut bagian

yang akan memberikan

efek thermal

chimney = 600

- Tinggi

cerobong = 0,5 m

- Diameter

cerobong = 0,4 m

Page 8: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Gambar 2.2 Bak pengering

2.4.3 Tray

Tray digunakan untuk menampung biji jagung yang selanjutnya akan diletakkan

pada tiap tingkatan rak yang telah di buat di dalam bak pengering. Rangka tray pengering

terbuat dari balok kayu yang berukuran 45mm x 45mm. Kemudian untuk tempat jagung

dibuat kawat kasa dengan ukuran tiap lubang 5mm x 5mm. Ukuran tiap tray adalah :

-Panjang = 1,4 m

Page 9: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

-Lebar = 0,9 m

Gambar 2.3 Tray

2.5 Produk dan Energi yang Dibutuhkan untuk Pengeringan

2.5.1 Jagung

Jagung ( Zea Mays ) merupakan salah satu komoditas tanaman pangan yang

mempunyai peranan strategis dalam pembangunan pertanian dan perekonomian

Indonesia. Komoditas ini mempunyai fungsi multiguna, baik untuk pangan maupun

pakan. Penggunaan jagung untuk pakan mencapai 50% dari total kebutuhan.

Page 10: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Dalam kurun waktu lima tahun terakhir kebutuhan jagung untuk bahan baku

industri pakan, makanan dan minuman terus meningkat 10-15% per tahun. Dengan

demikian, ketersediaan bahan baku jagung sangat berpengaruh terhadap kinerja industri

peternakan dan penyediaan protein hewani yang sangat dibutuhkan dalam meningkatkan

kualitas sumber daya manusia Indonesia. Dalam perekonomian nasional, jagung

ditempatkan sebagai kontributor terbesar kedua setelah padi dalam subsektor tanaman

pangan.

Biji jagung kaya akan karbohidrat, sebagian besar berada pada endospermium.

Selain daripada itu jagung juga mengandung Kalori, Protein, Lemak, Kalium, Fosfor,

Ferrum, Vit A, Vit B1 dan Air. Panen dilakukan pada saat jagung mencapai kemasakan

biji yang tepat, yaitu daun-daunnya telah menguning kering biji agak mengering dan

keras. Pada saat pemanenan jagung , air yang dikandung oleh biji jagung berkisar 35-

40%. Apabila panen dilakukan terlalu awal menyebabkan biji akan keriput dan bobot

rendah. Panen terlalu lama apabila musim penghujan, akan mengakibatkan biji dapat

terserang cendawan (Aspergillus flavus ) yang dapat menghasilkan aflatoksisn ( dapat

bersifat racun yang menyebabkan kanker hati pada manusia).

Sebelum diolah untuk berbagai produk, jagung terlebih dahulu mengalami proses

pengeringan yang bertujuan untuk mengurangi kadar air pada biji sehingga kadar air

turun menjadi 9 – 15%. Pengeringan juga bertujuan untuk meningkatkan daya simpan

serta menambah nilai ekonomis dari pada jagung tersebut.

Pengeringan dapat dilakukan dengan pengeringan alami dan pengeringan buatan.

• Untuk pengeringan alami: Jagung langsung dijemur dibawah sinar matahari atau

penjemuran di atas lantai, tikar anyaman dan lain sebagainya.

• Untuk pengeringan buatan: Dengan menggunakan mesin pengering untuk menghemat

tenaga manusia dan mempercepat proses pengeringan, terutama pada saat musim hujan.

Pada sistem yang dirancang hanya menggunakan udara lingkungan dan pemanasan hanya

dilakukan pada siang hari oleh kolektor surya, maka tidak digunakan elemen pemanas

Page 11: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

listrik. Diharapkan dengan bantuan kolektor surya dapat diperoleh temperatur pengering

diatas 40 0C dengan asumsi waktu penggunaan 7 jam perhari.

2.5.2 Energi yang dibutuhkan untuk pengeringan

1. Energi yang dihasilkan Kolektor

Besarnya energi yang dihasilkan oleh kolektor dari radiasi surya adalah dengan

menggunakan persamaan :

Q = Akol x I ……………………………2.1

Dimana :

Q = Daya yang di hasilkan dari radiasi matahari oleh kolektor (W)

Akol = Luas kolektor (m2)

I = Intesitas matahari ( W/m2 )

Energi berguna dari kolektor adalah perbedaan antara energi radiasi yang diserap

absorber terhadap kerugian termalnya.

Q = ΔT = Akol . [ I – Utot ( Tp – T0 )]

Q = Akol . [ I – Utot ( Tp – T0 )] ...........................................2.2

Dimana,

Q = Energi berguna dari kolektor ( W )

Akol = Luas plat absorber ( m2 )

I = Intensitas matahari (W/m2 )

Page 12: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Utot = Total energi yang hilang karena terjadi fluks ( W/m2 0C )

Tp = Temperatur rata- rata plat absorber (0C)

T0 = Temperatur rata- rata sekitar (0C )

Untuk mencari energi berguna kolektor dengan memakai persamaan 2.2 terlebih

dahulu kita mencari Utot.

Utot = Ub + Uats + Usmp………………………………………………….2.3

Dimana ,

Ub = Energi yang hilang ke arah bawah ( W/m2 0C )

Uats = Energi yang hilang ke arah arah atas ( W/m2 0C )

Usmp = Energi yang hilang ke arah arah samping ( W/m2 0C )

Ub = …………………….............……………………….2.4

Dimana,

k = Konduktifitas dari kolektor ( W/m 0C )

L = Tebal isolator yang digunakan ( m )

Uats =

…………………………….……………………………………………………2.5

Dimana,

N = Jumlah penutup / kaca

Page 13: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

β = Sudut kemiringan kolektor

C = 520(1 - 0,000051β2 ) untuk 0° ≤ ≤ 70°

e = 0,43 (1 - )

= Temperatur plat absorber (0C )

= Konstanta Stefan-Boltzmann = 5,669 x 1 W/m.0C4

= Temperatur sekitar (0C )

f = (1 + 0,089 - 0,1166 . )(1 + 0,07866N)

= Emisivitas plat

= Emisivitas kaca

= Koefisien perpindahan kalor konveksi.

Usmp = 2 . [ ] ............................................................................2.6

Faktor pemindahan panas kolektor ), menyatakan rasio antara energi yang

berguna aktual dari kolektor terhadap energi berguna maksimum yang dapat diperoleh

kolektor. Untuk suhu udara masuk diambil 30,2 0 C, diambil dari rata-rata udara masuk

selama penelitian.

= ………..………………………………..2.7

Dimana,

= Laju aliran masa (kg/s).

Page 14: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Cp = 1,0059kj/kg.0C

= Temperatur masuk udara (0C)

= Temperatur udara keluar kolektor (0C)

Untuk menghitung efisiensi kolektor dipakai persamaan :

ηk = x 100% ……………………………………………………………2.8

2. Energi untuk pengeringan jagung

Kebutuhan energi total untuk pengeringan jagung adalah jumlah dari kebutuhan

energi untuk memanaskan jagung, energi untuk memanaskan air yang dikandung jagung

dan energi untuk menguapkan air jagung. Massa jagung yang dipergunakan dalam

penelitian adalah 25kg dan setelah mengalami pengeringan menjadi 18,75 kg. Kadar air

awal jagung dalam penelitian adalah 37%, kadar air yang dikandung jagung setelah

mengalami pengeringan adalah 9-15 % (dianggap kering). Panas spesifik jagung adalah

3,98 kj/kg 0C.

= + + ……………………………………………….2.9

Dimana,

= Energi total untuk pengeringan jagung (kj)

= Energi yang dipakai untuk memanaskan daun (kj)

= Energi yang dipakai untuk memanaskan air yang dikandung jagung (kj)

= Energi yang dipakai untuk penguapan (kj)

= ( - ) ………………………………..……2.10

Dimana,

Mj = Massa jagung kering (kg)

Page 15: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Cpj = Panas spesifik jagung ( kj/kg0C.)

Ti = Suhu jagung akhir (0C)

= diasumsikan sama dengan temperature udara keluar kolektor (420C)

T0 = Suhu jagung awal (0C)

= Diasumsikan sama dengan temperatur masuk (30,20C).

Maka,

Emd = ( 0,15 x 16,75 kg) x 3,98 kj/kg 0C (42 - 30,2) 0C

= 117,9 kj

Eair = Mair Cp.air ( Ti – To)……………………....………………….2.11

Dimana,

Eair = Energi yang digunakan untuk memanaskan air (kj)

Mair = Massa air yan dikandung jagung (kg)

Cp.air = Panas spesifik jagung ( kj/kg0C.)

Ti = Temperatur akhir air dalam jagung ( 420C)

To = Temperatur awal air dalam jagung (30,20C)

Maka,

Eair = (0,37 x 25 kg) x 1,0059 kj/kg 0C. ( 42 – 30,2 ) 0C

=109,8 kj

Page 16: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Ept = Mair x hfg ………………………………………………..2.12

Dimana, hfg = Enthalpy penguapan (2419 kj/kg)

(Sumber : K.A.Kobe and R.E.Lynn.1993)

Dan selanjutnya harus diketahui berapa massa uap air yang akan dikeluarkan dari

25 kg jagung, yaitu dengan memakai persamaan :

Mair = 1

10

1 XXX

−−

x M b ...............................................2.13

Dimana ,

Xo = Kadar air jagung awal

Xi = Kadar air jagung akhir

Mb = Massa jagung basah (kg)

Maka,

Mair = 25 kg

= 6,25 kg.

Maka ,

Ept = 6,47 kg x 2419 kj/kg

= 15481,6 kj

Maka kita dapat mengetahui harga Etot yaitu ;

Etot = 117,9 kj + 109,8 kj.+ 15481,6 kj = 15709,3kj.

Page 17: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Kaca

Solar Kolektor

Udara luar

Drying chamber

α

Cerobong

isolator

Solar collector

Glass cover

Gambar 2.3 Skema sistem pengering dengan energi surya

Page 18: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

2.6 Aliran Fluida

Untuk menentukan koefisien gesek yang akan dipergunakan untuk menentukan

bilangan Reynolds jika penampang tempat saaluranya tidak berbentuk lingkaran di

dasarkan atas diameter hidraulik ).

= ………………………………………………..2.14

Dimana,

A = Luas penampang aliran (m2).

P = perimeter saluran udara (m).

Untuk menentukan bilangan Reynolds kita menggunakan,

Re = = ………………………………………… ...2.15

G = …………………………………………………………2.16

Dimana,

Re = Bilangan Reynold

ρ = Densitas (kg/m3)

V = Kecepatan aliran udara (m/s2)

μ = Viskositas dinamik ( kg/m.s)

= Laju aliran masa (kg/s)

2.7 Aplikasi CFD Pada Pengeringan

Page 19: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Computation fluid dinamic (CFD) menggunakan komputer dan matematika terapan untuk

memodelkan situasi aliran fluida. Tolak ukur keberhasilannya adalah bagaimana hasil

simulasi numerik sesuai dengan percobaan kasus alam dimana percobaan laboratorium

dapat dibentuk, dan bagaimana simulasi dapat memprediksikan fenomena yang sangat

kompleks yang tidak dapat diisolasi di laboratorium. CFD menjadi bagian terpadu dari

desain teknik dan lingkungan analisis dari beberapa perubahan karena kemampuannya

memprediksi kinerja rancangan baru atau proses sebelum diciptakan.

Dalam rancangan dan pengembangannya, program CFD dianggap sebagai alat numerik

standar yang memprediksikan bukan hanya cairan dari perilaku aliran, tetapi juga

pemindahan panas, massa (seperti pernafasan atau disolusi), perubahan fase (seperti

pembekuan, peleburan, dan pendidihan), reaksi kimia (pembakaran atau pengkaratan),

gerakan mekanik (seperti perputaran impeller, piston, kipas), dan tekanan atau deformasi

yang berkaitan dengan struktur padatan (seperti tekukan massa pada angin). Bidang

pengembangan CFD disamping proses produksi makanan dapat dilihat pada Tabel 2.1

Tabel 2.1 Aplikasi CFD dalam berbagai bidang (Bin Xia, Da-Wen Sun. 2002)

Aplikasi pada Industri

Aerospace

Arsitektur

Otomotif

Biomedis

Kimia dan Proses

Pembakaran

Elektonik dan Komputer

kaca manufaktur

HVAC (pemanasan, ventilasi, dan

pendingin)

Minyak Tanah

Page 20: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

Daya

Laut

Mekanais

Metalurgi

Nuklir

Kereta Desain

Mesin Turbo

Air

Aplikasi pada Lingkungan

Polusi Udara (atmosfir)

Perhitungan Iklim

Kebakaran pada Bangunan

Arus Laut

Pencemaran Perairan

Keselamatan

Aplikasi pada bidang

Kedokteran

Aliran Fluida Cadiovascular (jantung,

pembuluh darah)

Aliran Fluida di Paru-paru dan Pernafasan

CFD tumbuh dari pendekatan matematika yang menjadi alat penting dalam hampir setiap

cabang dinamika fluida. Ini memungkinkan untuk analisa yang lebih mendalam terhadap

mekanika fluida dan efek local dalam sejumlah peralatan. Sebagian hasil CFD akan

memberikan kinerja penting, kehandalan yang lebih baik serta peningkatan kepercayaan,

perbaikan konsistensi produk, dan produktivitas pabrik yang tinggi. Keuntungan

menggunakan CFD dapat dikategorikan sebagai berikut :

Memberikan pemahaman yang rinci tentang distribusi aliran, penurunan berat, pemindahan

panas dan massa, pemisahan partikel, dan lain-lain. Konsekuensinya, memberikan kepada

Page 21: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengeringanrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25988/3/Chapter II.pdf · perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan

manjer pabrik pemahaman yang lebih baik dan lebih mendalam dari apa yang terjadi dalam

proses atau sistem.

Memungkinkan untuk mengevaluasi perubahan geometrik dengan sedikit waktu dan biaya

bila dibandingkan dengan pengujian di laboratorium.

Dapat menjawab beberapa pertanyaan “Bagaimana seandainya” dalam waktu singkat.

Mampu untuk mengurangi permasalahan scale-up karena model didasarkan pada fisika

fundamental dan independensi skala.

Dapat digunakan mensimulasikan kondisi yang khusus yang tidak dapat dilakukan secara

eksperiment seperti pada temperatur sangat tinggi atau pada kondisi yang berbahaya seperti

di dalam oven.

Banyak proses produksi makanan seperti pendinginan, pengeringan,

pemanggangan, pencampuran, pembekuan, pemasakan, pasteurisasi dan sterilisasi

bekerja berdasarkan prinsip aliran fluida. Penggunaan CFD pada industri makanan telah

memberikan wawasan baru terhadap insinyur pangan dan pemahaman terhadap kinerja

kemungkinan peralatan makanan pada tahap desain dan kepercayaan terhadap kualitas

atau keamanan produk makanan (FRPERC, 1995). Peralatan seperti oven, alat penukar

panas, lemari display pendingin dan pengering spray telah ditingkatkan melalui

penerapan teknik CFD dalam membantu menjelaskan dari operasi mereka dan proses

desain. CFD telah menjadi alat yang ampuh dalam pembangunan, trouble shooting dan

optimasi proses makanan.

BAB III

CFD FLUENT DAN PENDEKATAN NUMERIK