Pengujian Performansi Mesin Pengering Tenaga Surya Dengan Produk Yang Dikeringkan Adalah Cassava Dengan Bentuk Produk Bujur Sangkar
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengeringan Hasil Pertanian dan Perkebunan
Pengeringan hasil pertanian dan perkebunan 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 atau perkebunan 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 hasil pertanian dan perkebunan 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 dan
perkebunan tersebut.
Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses pengeringan adalah suhu,
kelembaban udara, laju aliran udara, kadar air awal bahan dan kadar air akhir
bahan.
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
Universitas Sumatera Utara
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.
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
Universitas Sumatera Utara
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 Faktor Yang Memepengaruhi Pengeringan
Pada proses pengeringan selalu diinginkan kecepatan pengeringan yang
maksimal. Oleh karena itu perlu dilakukan usaha-usaha untuk mempercepat
pindah panas dan pindah massa (pindah massa dalam hal ini adalah perpindahan
air keluar dari bahan yang dikeringkan dalam proses pengeringan tersebut).
Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan
pengeringan yang maksimum, yaitu (Ainun Rohanah, 2006) :
a) Luas Permukaan Bahan
Semakin luas permukaan bahan maka akan semakin cepat bahan menjadi
kering. Biasanya bahan yang akan dikeringkan dipotong-potong untuk
mempercepat pengeringan, karena :
Perlakuan tersebut dapat menyebabkan permukaan bahan semakin
luas, dimana permukaan yang luas dapat memberikan lebih banyak
Universitas Sumatera Utara
permukaan yang dapat berhubungan dengan medium pemanas serta
lebih banyak permukaan tempat air keluar.
Potongan-potongan kecil atau lapisan yang tipis tersebut dapat
mengurangi jarak yang harus dilewati panas (kalor) sampai ke
pusat bahan pangan dan mengurangi jarak yang dilalui massa air
dari pusat bahan keluar menuju permukaan bahan dan keluar dari
bahan.
b) Suhu
Semakin besar perbedaan suhu (antara medium pemanas dengan bahan
pangan) maka akan semakin cepat proses pindah panas berlangsung
sehingga mengakibatkan proses penguapan semakin cepat pula. Atau
semakin tinggi suhu udara pengering maka akan semakin besar energi
panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindah panas
semakin cepat sehingga pindah massa akan berlangsung juga dengan
cepat.
Semakin tinggi suhu udara maka akan semakin banyak air yang keluar dari
bahan yang dikeringkan dalam bentuk uap air. Uap air tersebut harus
dikeluarkan dari udara, sebab bila tidak uap air tersebut akan memenuhi
atmosfir di sekeliling permukaan bahan sehingga akan memperlambat
proses perpindahan massa selanjutnya.
Tetapi suhu udara pengering yang tinggi dapat menyebabkan case
handering, sehingga dapat memperlambat laju pengeringan. Case
handering adalah suatu keadaaan bahan yang permukaan bahan tersebut
keras (sudah kering) tetapi bagian dalamnya belum terjadi proses
pengeringan secara sempurna (masih basah).
c) Kecepatan Udara
Umumnya udara yang bergerak akan lebih banyak mengambil uap air dari
permukaan bahan yang dikeringkan. Udara yang bergerak adalah udara
yang mempunyai kecepatan gerak yang tinggi yang berguna untuk
mengambil uap air dan menghilangkan uap air dari permukaan bahan yang
dikeringkan, sehingga dapat mencegah terjadinya udara jenuh yang dapat
memperlambat penghilangan air.
Universitas Sumatera Utara
d) Kelembaban Udara (RH)
Semakin lembab udara di ruang pengering dan sekitarnya maka akan
semakin lama proses pengeringan berlangsung kering., begitu juga
sebaliknya. Karena udara kering dapat mengabsobsi dan menahan air.
Setiap bahan khususnya bahan pangan mempunyai keseimbangan
kelembaban nisbi (RH keseimbangan) masing-masing, yaitu kelembaban
pada suhu tertentu dimana bahan tidak akan kehilangan air (pindah) ke
atmosfir atau tidak akan mengambil uap air dari atmosfir.
Jika RH udara < RH keseimbangan
bahan masih dapat dikeringkan
Jika RH udara > RH keseimbangan
bahan akan menarik uap air
e) Tekanan Atmosfir Dan Vakum
Pada tekanan udara atmosfir 760 Hg (= 1 atm), air akan mendidih pada
suhu 100oC. Pada tekanan udara lebih rendah dari 1 atmosfir air akan
mendidih pada suhu lebih rendah dari 100oC.
P 760 Hg = 1 atm
air mendidih 100oC
P udara < 1 atm
air mendidih < 100oC
f) Waktu
Semakin lama waktu (batas tertentu) pengeringan maka akan semakin
cepat proses pengeringan selesai. Dalam pengeringan diterapkan konsep
HTST (High Temperature Short Time), short time dapat menekan biaya
pengeringan.
2.4 Sekilas Tentang Singkong (Cassava)
Cassava (singkong) yang juga dikenal sebagai ketela pohon atau ubi kayu
adalah pohonan tahunan tropika dan subtropika dari keluarga Euphorbiaceae.
Umbinya dikenal luas sebagai makanan pokok penghasil karbohidrat dan daunnya
sebagai sayuran. Umbi akar singkong banyak mengandung glukosa dan dapat
dimakan mentah. Umbi yang rasanya manis menghasilkan paling sedikit 20 mg
HCN per kilogram umbi akar yang masih segar (PTP, 2008).
Cassava (Manihot utilissima) menghasilkan umbi setelah tanaman
berumur 6 bulan. Setelah tanaman berumur 12 bulan dapat menghasilkan umbi
basah sampai 30 ton/ha. Kerusakan yang biasa timbul pada ubi kayu adalah warna
Universitas Sumatera Utara
hitam yang disebabkan oleh aktivitas enzim polyphenolase atau biasa disebut
dengan kepoyoan (Syarief dan Irawati, 1988).
Akar-akaran
dan
umbi-umbian
kandungan
patinya
tinggi
dan
kenyataannya bahwa ditanam secara melimpah, akar-akaran dan umbi-umbian
merupakan salah satu pangan pokok atau yang utama yang dimakan diberbagai
bagian Asia Tenggara. Di samping sayuran akar-akaran semacam itu seperti
cassava (singkong), talas, kentang, ubi jalar dan uwi, buah-buahan yang berpati
seperti pisang untuk dimasak, sukun dan nangka dimasukkan dalam golongan
pangan di atas. Pangan tersebut merupakan sumber energi yang baik (Harper, et
al, 1987).
Adapun komposisi kimia ubi cassava dapat dilihat dari tabel berikut ini :
Tabel 2.1 Daftar Komposisi Kimia Cassava (Singkong)/ 100 gr bahan
Komponen
Kadar
Kalori (kal)
146
Protein (gr)
1.2
Lemak (gr)
0.3
Karbohidrat (gr)
34.7
Kalsium (mg)
33
Fosfor (mg)
40
Besi (mg)
0.7
Vitamin A (S.I)
0
Vitamin B1 (mg)
0.06
Vitamin C (mg)
30
Air (gr)
62.5
BDD (%)
75
Sumber : Departemen Kesehatan R.I, (1992).
Secara alami ada 3 jenis karbohidrat, yaitu monosakarida, oligosakarida
dan polisakarida. Bentuk yang paling umum dari oligosakarida yaitu disakarida
yang terdiri dari 2 monosakarida. Contoh yang paling umum dari disakarida yaitu
sukrosa. Bahan monosakarida yang terdapat diperdagangan umumnya dibuat
melalui proses hidrolisa bahan polisakarida. Bahan monosakarida untuk makanan
dan obat-obatan seperti glukosa dan fruktosa sering dibuat dari jagung, ketela
pohon, ubi jalar dan lainnya (Sudarmadji, et al., 1989).
Universitas Sumatera Utara
Pada pengeringan cassava membutuhkan waktu penjemuran lebih kurang 46
jam atau dua hari hingga mendapatkan moisture content sebasar 5x10
5
Laminar
Turbulen
Universitas Sumatera Utara
Untuk laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai
berikut :
.
.
Q h hA(Ts T )
Dimana,
……………………………...………….…………….. (β.15)
h
= koefisien konveksi ( W / m2. K )
A
= luas permukaan kolektor surya (m2)
Ts
= temperatur dinding ( K )
T∞
= temperatur udara lingkungan( K )
.
Q
2.7.3
= laju perpindahan panas ( Watt )
Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah proses perpindahan panas melalui
gelombang elektromagnetik atau paket-paket energi (photon) yang dapat dibawa
sampai pada jarak yang sangat jauh tanpa memerlukan interaksi dengan medium.
Berbeda dengan mekanisme konduksi dan konveksi, radiasi tidak membutuhkan
medium perpindahan panas. Sampainya sinar matahari kepermukaan bumi adalah
adalah contoh yang paling jelas dari perpindahan panas radiasi. Perpindahan panas
radiasi pada alat ini terjadi padakolektor surya.
Gambar 2.16 Perpindahan panas radiasi.
Perpindahan panas secara radiasi dirumuskan sebagai,
.
Qr . .E s .Ts
4
………...………………..………………………..…….. (β.16)
Universitas Sumatera Utara
Dimana:
2.7.4
Qr
= laju perpindahan panas radiasi (W)
= emisivitas panas permukaan ( 0 1)
= konstanta Stefan Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2K4)
A
= luas permukaan (m2)
Perpindahan Massa
Koefisien perpindahan massa (mass transfer coefficient) mempunyai
analogi dengan koefisien perpindahan panas, sehingga dapat didefinisikan seperti
halnya perpindahan panas.
…………………………………………………….(β.17)
̇
Difusivitas yang terjadi pada keadaan steady yang melintasi ketebalan
lapisan batas setebal Δy, adalah :
…………………………………….(β.18)
̇
Berdasarkan hukum-hukum fenomena dalam persamaan yang mengatur
perpindahan massa, momentum dan energi mempunyai keserupaan, sehingga
profil suhu, kecepatan dan konsentrasi mempunyai bentuk yang sama dalam
fenomena lapisan batas.
Karena fenomena yang terjadi dalam lapisan batas mempunyai analogi
terhadap hubungan antara profil kecepatan, profil konsentrasi massa dan profil
suhu sehingga dalam persoalan perpindahan panas, hubungan fungsional koefisien
pindah panas dapat dituliskan dalam bentuk :
……………………………………………..……………….(β.19)
sedangkan dalam hal perpindahan massa, hubungan fungsional koefisien pindah
massa dapat dinyatakan dalam bentuk :
Universitas Sumatera Utara
……………………………………………...……………..(β.β0)
Bilangan Schmidt (SC=v/DAB) menyatakan perbandingan antara profil
kecepatan dan konsentrasi, sedangkan untuk profil suhu dan konsentrasi
dinyatakan dalam bentuk bilangan Lewis (Le =α/DAB). Keserupaan antara
persamaan-persamaan yang mengatur perpindahan massa, momentum dan energi
dalam lapisan batas memberi petunjuk bahwa korelasi empirik untuk koefisien
perpindahan massa mempunyai analogi dengan koefisien perpindahan panas.
Hubungan empirik untuk koefisien perpindahan massa ini dinyatakan oleh
Gilliland (1934) dalam Holman (1981) dalam bentuk persamaan :
………………………………………….(β.β1)
Analogi Reynold untuk perpindahan panas dengan koefisien gesek pada
lapisan batas dapat pula digunakan untuk menentukan koefisien perpindahan
massa dengan koefisien gesek pada lapisan batas, pada aliran laminar, Holman,
J.P, (1981) memberikan bentuk persamaan seperti berikut :
untuk perpindahan panas :
⁄
………………………………………………………………(β.β2)
untuk perpindahan massa :
⁄
…………………………………………...…………………..(β.β3)
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengeringan Hasil Pertanian dan Perkebunan
Pengeringan hasil pertanian dan perkebunan 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 atau perkebunan 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 hasil pertanian dan perkebunan 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 dan
perkebunan tersebut.
Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses pengeringan adalah suhu,
kelembaban udara, laju aliran udara, kadar air awal bahan dan kadar air akhir
bahan.
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
Universitas Sumatera Utara
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.
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
Universitas Sumatera Utara
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 Faktor Yang Memepengaruhi Pengeringan
Pada proses pengeringan selalu diinginkan kecepatan pengeringan yang
maksimal. Oleh karena itu perlu dilakukan usaha-usaha untuk mempercepat
pindah panas dan pindah massa (pindah massa dalam hal ini adalah perpindahan
air keluar dari bahan yang dikeringkan dalam proses pengeringan tersebut).
Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan
pengeringan yang maksimum, yaitu (Ainun Rohanah, 2006) :
a) Luas Permukaan Bahan
Semakin luas permukaan bahan maka akan semakin cepat bahan menjadi
kering. Biasanya bahan yang akan dikeringkan dipotong-potong untuk
mempercepat pengeringan, karena :
Perlakuan tersebut dapat menyebabkan permukaan bahan semakin
luas, dimana permukaan yang luas dapat memberikan lebih banyak
Universitas Sumatera Utara
permukaan yang dapat berhubungan dengan medium pemanas serta
lebih banyak permukaan tempat air keluar.
Potongan-potongan kecil atau lapisan yang tipis tersebut dapat
mengurangi jarak yang harus dilewati panas (kalor) sampai ke
pusat bahan pangan dan mengurangi jarak yang dilalui massa air
dari pusat bahan keluar menuju permukaan bahan dan keluar dari
bahan.
b) Suhu
Semakin besar perbedaan suhu (antara medium pemanas dengan bahan
pangan) maka akan semakin cepat proses pindah panas berlangsung
sehingga mengakibatkan proses penguapan semakin cepat pula. Atau
semakin tinggi suhu udara pengering maka akan semakin besar energi
panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindah panas
semakin cepat sehingga pindah massa akan berlangsung juga dengan
cepat.
Semakin tinggi suhu udara maka akan semakin banyak air yang keluar dari
bahan yang dikeringkan dalam bentuk uap air. Uap air tersebut harus
dikeluarkan dari udara, sebab bila tidak uap air tersebut akan memenuhi
atmosfir di sekeliling permukaan bahan sehingga akan memperlambat
proses perpindahan massa selanjutnya.
Tetapi suhu udara pengering yang tinggi dapat menyebabkan case
handering, sehingga dapat memperlambat laju pengeringan. Case
handering adalah suatu keadaaan bahan yang permukaan bahan tersebut
keras (sudah kering) tetapi bagian dalamnya belum terjadi proses
pengeringan secara sempurna (masih basah).
c) Kecepatan Udara
Umumnya udara yang bergerak akan lebih banyak mengambil uap air dari
permukaan bahan yang dikeringkan. Udara yang bergerak adalah udara
yang mempunyai kecepatan gerak yang tinggi yang berguna untuk
mengambil uap air dan menghilangkan uap air dari permukaan bahan yang
dikeringkan, sehingga dapat mencegah terjadinya udara jenuh yang dapat
memperlambat penghilangan air.
Universitas Sumatera Utara
d) Kelembaban Udara (RH)
Semakin lembab udara di ruang pengering dan sekitarnya maka akan
semakin lama proses pengeringan berlangsung kering., begitu juga
sebaliknya. Karena udara kering dapat mengabsobsi dan menahan air.
Setiap bahan khususnya bahan pangan mempunyai keseimbangan
kelembaban nisbi (RH keseimbangan) masing-masing, yaitu kelembaban
pada suhu tertentu dimana bahan tidak akan kehilangan air (pindah) ke
atmosfir atau tidak akan mengambil uap air dari atmosfir.
Jika RH udara < RH keseimbangan
bahan masih dapat dikeringkan
Jika RH udara > RH keseimbangan
bahan akan menarik uap air
e) Tekanan Atmosfir Dan Vakum
Pada tekanan udara atmosfir 760 Hg (= 1 atm), air akan mendidih pada
suhu 100oC. Pada tekanan udara lebih rendah dari 1 atmosfir air akan
mendidih pada suhu lebih rendah dari 100oC.
P 760 Hg = 1 atm
air mendidih 100oC
P udara < 1 atm
air mendidih < 100oC
f) Waktu
Semakin lama waktu (batas tertentu) pengeringan maka akan semakin
cepat proses pengeringan selesai. Dalam pengeringan diterapkan konsep
HTST (High Temperature Short Time), short time dapat menekan biaya
pengeringan.
2.4 Sekilas Tentang Singkong (Cassava)
Cassava (singkong) yang juga dikenal sebagai ketela pohon atau ubi kayu
adalah pohonan tahunan tropika dan subtropika dari keluarga Euphorbiaceae.
Umbinya dikenal luas sebagai makanan pokok penghasil karbohidrat dan daunnya
sebagai sayuran. Umbi akar singkong banyak mengandung glukosa dan dapat
dimakan mentah. Umbi yang rasanya manis menghasilkan paling sedikit 20 mg
HCN per kilogram umbi akar yang masih segar (PTP, 2008).
Cassava (Manihot utilissima) menghasilkan umbi setelah tanaman
berumur 6 bulan. Setelah tanaman berumur 12 bulan dapat menghasilkan umbi
basah sampai 30 ton/ha. Kerusakan yang biasa timbul pada ubi kayu adalah warna
Universitas Sumatera Utara
hitam yang disebabkan oleh aktivitas enzim polyphenolase atau biasa disebut
dengan kepoyoan (Syarief dan Irawati, 1988).
Akar-akaran
dan
umbi-umbian
kandungan
patinya
tinggi
dan
kenyataannya bahwa ditanam secara melimpah, akar-akaran dan umbi-umbian
merupakan salah satu pangan pokok atau yang utama yang dimakan diberbagai
bagian Asia Tenggara. Di samping sayuran akar-akaran semacam itu seperti
cassava (singkong), talas, kentang, ubi jalar dan uwi, buah-buahan yang berpati
seperti pisang untuk dimasak, sukun dan nangka dimasukkan dalam golongan
pangan di atas. Pangan tersebut merupakan sumber energi yang baik (Harper, et
al, 1987).
Adapun komposisi kimia ubi cassava dapat dilihat dari tabel berikut ini :
Tabel 2.1 Daftar Komposisi Kimia Cassava (Singkong)/ 100 gr bahan
Komponen
Kadar
Kalori (kal)
146
Protein (gr)
1.2
Lemak (gr)
0.3
Karbohidrat (gr)
34.7
Kalsium (mg)
33
Fosfor (mg)
40
Besi (mg)
0.7
Vitamin A (S.I)
0
Vitamin B1 (mg)
0.06
Vitamin C (mg)
30
Air (gr)
62.5
BDD (%)
75
Sumber : Departemen Kesehatan R.I, (1992).
Secara alami ada 3 jenis karbohidrat, yaitu monosakarida, oligosakarida
dan polisakarida. Bentuk yang paling umum dari oligosakarida yaitu disakarida
yang terdiri dari 2 monosakarida. Contoh yang paling umum dari disakarida yaitu
sukrosa. Bahan monosakarida yang terdapat diperdagangan umumnya dibuat
melalui proses hidrolisa bahan polisakarida. Bahan monosakarida untuk makanan
dan obat-obatan seperti glukosa dan fruktosa sering dibuat dari jagung, ketela
pohon, ubi jalar dan lainnya (Sudarmadji, et al., 1989).
Universitas Sumatera Utara
Pada pengeringan cassava membutuhkan waktu penjemuran lebih kurang 46
jam atau dua hari hingga mendapatkan moisture content sebasar 5x10
5
Laminar
Turbulen
Universitas Sumatera Utara
Untuk laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai
berikut :
.
.
Q h hA(Ts T )
Dimana,
……………………………...………….…………….. (β.15)
h
= koefisien konveksi ( W / m2. K )
A
= luas permukaan kolektor surya (m2)
Ts
= temperatur dinding ( K )
T∞
= temperatur udara lingkungan( K )
.
Q
2.7.3
= laju perpindahan panas ( Watt )
Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah proses perpindahan panas melalui
gelombang elektromagnetik atau paket-paket energi (photon) yang dapat dibawa
sampai pada jarak yang sangat jauh tanpa memerlukan interaksi dengan medium.
Berbeda dengan mekanisme konduksi dan konveksi, radiasi tidak membutuhkan
medium perpindahan panas. Sampainya sinar matahari kepermukaan bumi adalah
adalah contoh yang paling jelas dari perpindahan panas radiasi. Perpindahan panas
radiasi pada alat ini terjadi padakolektor surya.
Gambar 2.16 Perpindahan panas radiasi.
Perpindahan panas secara radiasi dirumuskan sebagai,
.
Qr . .E s .Ts
4
………...………………..………………………..…….. (β.16)
Universitas Sumatera Utara
Dimana:
2.7.4
Qr
= laju perpindahan panas radiasi (W)
= emisivitas panas permukaan ( 0 1)
= konstanta Stefan Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2K4)
A
= luas permukaan (m2)
Perpindahan Massa
Koefisien perpindahan massa (mass transfer coefficient) mempunyai
analogi dengan koefisien perpindahan panas, sehingga dapat didefinisikan seperti
halnya perpindahan panas.
…………………………………………………….(β.17)
̇
Difusivitas yang terjadi pada keadaan steady yang melintasi ketebalan
lapisan batas setebal Δy, adalah :
…………………………………….(β.18)
̇
Berdasarkan hukum-hukum fenomena dalam persamaan yang mengatur
perpindahan massa, momentum dan energi mempunyai keserupaan, sehingga
profil suhu, kecepatan dan konsentrasi mempunyai bentuk yang sama dalam
fenomena lapisan batas.
Karena fenomena yang terjadi dalam lapisan batas mempunyai analogi
terhadap hubungan antara profil kecepatan, profil konsentrasi massa dan profil
suhu sehingga dalam persoalan perpindahan panas, hubungan fungsional koefisien
pindah panas dapat dituliskan dalam bentuk :
……………………………………………..……………….(β.19)
sedangkan dalam hal perpindahan massa, hubungan fungsional koefisien pindah
massa dapat dinyatakan dalam bentuk :
Universitas Sumatera Utara
……………………………………………...……………..(β.β0)
Bilangan Schmidt (SC=v/DAB) menyatakan perbandingan antara profil
kecepatan dan konsentrasi, sedangkan untuk profil suhu dan konsentrasi
dinyatakan dalam bentuk bilangan Lewis (Le =α/DAB). Keserupaan antara
persamaan-persamaan yang mengatur perpindahan massa, momentum dan energi
dalam lapisan batas memberi petunjuk bahwa korelasi empirik untuk koefisien
perpindahan massa mempunyai analogi dengan koefisien perpindahan panas.
Hubungan empirik untuk koefisien perpindahan massa ini dinyatakan oleh
Gilliland (1934) dalam Holman (1981) dalam bentuk persamaan :
………………………………………….(β.β1)
Analogi Reynold untuk perpindahan panas dengan koefisien gesek pada
lapisan batas dapat pula digunakan untuk menentukan koefisien perpindahan
massa dengan koefisien gesek pada lapisan batas, pada aliran laminar, Holman,
J.P, (1981) memberikan bentuk persamaan seperti berikut :
untuk perpindahan panas :
⁄
………………………………………………………………(β.β2)
untuk perpindahan massa :
⁄
…………………………………………...…………………..(β.β3)
Universitas Sumatera Utara