bertemperatur tinggi dapat dilakukan, semakin tinggi temperatur udara pengering, akan menyerap kandungan air bahan lebih banyak, sehingga mempercepat
pengeringan dan hal ini mengakibatkan kebutuhan laju aliran udara tiap satuan massa bahan lebih sedikit daripada untuk pengering dengan temperatur udara yang
lebih rendah. Banaszek dan Siebenmorgan 1990 dalam penelitiannya menyebutkan
bahwa laju adsorpsi kadar air tergantung pada temperatur dan kelembaban relatif udara pengering, selain kadar air awal bahan.
Penggunaan udara bertemperatur tinggi dalam pengeringan dapat mengakibatkan terjadinya laju pengeringan yang terlalu cepat, dan mengakibatkan
stress didalam bahan, serta menciptakan perbedaan kadar air antara pusat dan permukaan bahan, pada akhirnya mengakibatkan keretakan didalam bahan.
Keretakan didalam bahan yang terjadi setelah pengeringan akan menjadi beras patah ketika digiling, banyaknya beras patah akan menentukan mutu beras, karena
mutu beras ditandai dengan prosentase jumlah beras kepala atau rendemen beras kepala.
4.2.2 Persamaan pengeringan teoritis
Dalam sistem pengering, kandungan air dalam bahan yang akan dikeringkan sangat menentukan proses pengeringan. Terjadinya perpindahan massa didalam
bahan saat pengeringan disebabkan oleh adanya perbedaan kadar air. Hukum Fick II telah banyak digunakan oleh para peneliti dengan asumsi
yang digunakan adalah, perpidahan massa didalam bahan saat pengeringan disebabkan oleh perbedaan kadar air didalam bahan dan udara pengering.
Model persamaan matematik yang digunakan untuk proses perpindahan air dalam bahan, adalah :
DM t
M
2
∇ =
∂ ∂
4.1
Penyelesaian model persamaan 4.1, telah ditemukan oleh Crank 1956 di dalam Young dan Whitaker 1971 dengan benda berbentuk plat tak terbatas,
silinder tak terbatas, bentuk bola dan silinder terbatas. Bentuk persamaan- persamaan yang dihasilkan adalah seperti berikut :
a. Plat datar tak terbatas ]
1 2
exp[ 1
2 1
8
2 2
2
t k
n n
Me Mo
Me M
n
+ −
+ =
− −
∑
∞ =
π 4.2
b. Silinder tak terbatas ]
exp[ 1
2 2
2 2
2
π α
α t
k a
a Me
Mo Me
M
n n
− =
− −
∑
∞ =
4.3
c. Bola terbatas
] exp[
1 6
2 1
2 2
t k
n n
Me Mo
Me M
n
− =
− −
∑
∞ =
π 4.4
d. Silinder terbatas
[ ]
x }
{ exp
4 8
2 2
2 2
2 2
π α
α π
t k
a a
Me Mo
Me M
n n
− =
− −
∑
∞ =
4.5 Persamaan di atas hanya valid untuk material bahan yang homogen. Young
dan Whitaker 1971 menyarankan bahwa asumsi tersebut tidak valid untuk material bahan pertanian yang komposit tidak seragam. Material bahan yang
komposit, mungkin akan berbeda kadar air keseimbangan dan difusivitas massanya. Young dan Whitaker 1971 menyarankan penggunaan persamaan pindah
massa air dalam material bahan dalam bentuk perbedaan kadar uap air didalam pori-pori bahan sebagai daya dorong perpindahan massa air.Henry menggambarkan
bahwa penyelesaian persamaan matematisnya akan melibatkan pindah panas dan massa secara simultan. Beberapa peneliti telah menggunakan model dengan
melibatkan pindah panas dan massa secara simultan dengan metode pemecahan
numerik. Pada permasalahan ini perubahan temperatur dan kadar air dipengaruhi oleh difusivitas massa sedangkan perubahan kadar air dipengaruhi oleh
konduktivitas panas. Laju pindah panas dan massa dalam material bahan dinyatakan dalam
bilangan Lewis, yaitu perbandingan difusivitas panas dan difusivitas massa. Young telah memodifikasi persamaan bilangan Lewis seperti persamaan berikut :
} {
1 }
1 {
τ β
fg m
h M
Cw Cs
ds f
D ds
f f
k Le
+ +
− −
+ =
4.6
sedangkan
T C
M
τ β
α
− +
=
4.7 Apabila bilangan Lewis yang dimodifikasi nilainya sama atau lebih besar
dari 60, maka hanya pindah massa saja yang perlu dibahas dalam proses pengeringan, karena tidak ditemukan perbedaan temperatur dalam material bahan
dengan temperatur lingkungan. Jika nilai bilangan Lewis lebih rendah dari 60, maka kurva penurunan kadar air dipengaruhi oleh sebaran temperatur didalam
material bahan secara nyata. Young menyimpulkan, bahwa dari data yang ada, maka kebanyakan bahan pertanian memiliki nilai bilangan Lewis lebih besar dari
60. Laju pengeringan untuk pengering biji-bijian termasuk gabah, menurut
Bala.1997, dapat dianalogikan dengan laju perubahan temperatur berdasarkan hukum Newton untuk pendinginan, dapat dituliskan :
e
M M
k dt
dM −
− =
4.8 Persamaan 4.8 dapat ditulis sebagai
.
Hasil integralnya adalah
t t
k e
e
e M
M M
M
− −
= −
−
4.10 dan akhinya dapat dituliskan seperti pada persamaan 3.1
kt e
e
e M
M M
M
−
= −
−
α 4.11
untuk
kt
e
−
= α
Dimana, konstanta α adalah faktor bentuk tergantung bentuk geometri bahan yang
dikeringkan. Untuk bentuk : Lempeng
: α = 8 π
-2
= 0.81057 Bola
: α = 8 π
-2 -3
= 0.53253 Silinder
: α = 6 π
-2
= 0.60793 Secara umum beberapa peneliti Simmonds et al. 1953. O’Callaghan 1954. Boyee
1966 dalam Bala 1997, menganjurkan persamaan untuk biji-bijian seperti gandum, gabah, jagung sebagai berikut.
kt e
e
e M
M M
M
−
= −
−
4.12 Berdasarkan persamaan kadar air kesetimbangan M
e
untuk gabah yang diasumsikan sebagai bentuk silinder tak terbatas, Thahir R 1986
menyederhanakan persamaan kadar air keseimbangan sebagai fungsi dari selisih temperatur bola kering dan temperatur bola basah
ΔT, dan bentuk persamaannya berdasarkan Thahir.R 1986
M
e
= 18.61977 exp-0.059853 ΔT
4.13 Dan nilai konstanta pengeringan k yang merupakan karakteristik bahan
dalam mempertahankan air yang terkandung didalamnya terhadap temperatur udara panas berdasarkan Thahir R 1986 adalah :
k = exp 6.8274 – 4431.98T 4.14
Tabel 14 Parameter model pengeringan untuk gabah T
o
C RH
Me db k min
-1
50 27.3
6.616 0.0085
60 16.9
4.616 0.0129
4.2.3 Perkembangan pengering resirkulasi
