KOEFISIEN DIFUSI PADA PROSES PENGERINGAN KAYU MAHONI DI SEKITAR KANDUNGAN AIR KRITIK

Transkripsi

1 KOEFISIEN DIFUSI PADA PROSES PENGERINGAN KAYU MAHONI DI SEKITAR KANDUNGAN AIR KRITIK Wibawa Endra Juwana 1 Suyitno 1 Tri Itanto Abtract : The objective of thi reearch i to etimate diffuion coefficient D A B ) around Critical Moiture Content (CMC) in Mahagony wood drying. The diffuion coefficient in thi reearch how the movement velocity of moiture from wood to the air drier. Heat and ma tranfer analogy aroximation i alied to etimate that coefficient. Reult indicate that the value of average diffuion coefficient (D AB ) increae with increaing drying temerature, for region above CMC a well a below CMC. The increment of average D AB i exonential function of drying temerature. For above CMC region, D AB equation a function of drying temerature ( o C) i; D A B 2E-5e,14T, meanwhile for below CMC; D AB 2E-5e,126T. The value of average D AB above CMC region i larger than below CMC. Keyword : diffuion coefficient, drying, wood, moiture PENDAHULUAN Pengeringan meruakan roe emindahan ubtani yang mudah mengua (kandungan air) dari adatan. Pada engeringan kayu terjadi roe erindahan ana dan maa (Mujumdar, A.S., 1995). Selama roe engeringan kayu, ermukaan kayu akan lebih ceat kering dibandingkan bagian dalam kayu, karena terjadi roe enguaan ( evaoration) kandungan air ada ermukaan. Proe enguaan kandungan air ini daat dinyatakan dengan roe difui kandungan air dari ermukaan kayu ke udara. Laju ergerakan air dalam kayu ebanding dengan laju ergerakan air dari ermukaan kayu ke udara (D AB ). D AB adalah koefiien difui, meruakan kontanta keceatan ergerakan air antara kayu dan udara. Harga D AB daat juga diandang ebagai koefiien erindahan maa. D AB angat diengaruhi oleh temeratur. Dierkirakan, emakin bear temeratur, harga D AB akan meningkat. Harga D AB di ata dan di bawah kandungan air kritik ( Critical Moiture Content CMC) dierkirakan memunyai karakter yang berbeda, hal ini diebabkan erilaku ergerakan air dalam kayu di ekitar titik CMC juga berbeda. CMC adalah titik dimana terjadi erubahan laju engeringan dari laju engeringan kontan menjadi laju engeringan turun. Koefiien difui meruakan hal yang angat enting dalam roe engeringan dan untuk emodelan ifat-ifat higrokoi dari kayu (Mukam Foting, J. 2). Penelitian ini bertujuan menentukan engaruh temeratur engeringan terhada nilai koefiien difui (D AB ) rata-rata di ekitar kandungan air kritik ada roe engeringan kayu. Penelitian tentang koefiien difui ada roe engeringan telah dilakukan oleh beberaa eneliti (Haini, L., 24, Liu, J.Y, 2, Mukam Foting, J.A., 2). Dari enelitian-enelitian yang telah dilakukan ternyata belum ada metoda tandard untuk engujian koefiien difui ada roe engeringan. Dalam enelitian ini untuk analii digunakan endekatan analogi erindahan ana dan maa dari Chilton- Colburn. Di dalam laian bata termal dan konentrai, harga D AB daat dieroleh dengan melakukan erangkaian roe engujian erindahan ana dan maa. TINJAUAN PUSTAKA Menurut Chilton-Colburn, koefiien erindahan ana konveki (h) dan 1 Staf Pengajar Juruan Teknik Mein FT Univerita Sebela Maret Surakarta

2 Wibawa Endra Juwana, dkk., Koefiien Difui ada Proe engeringan erindahan maa (h m) daat dihubungkan dengan : (Incroera, F.P., 1996) St. Pr Stm. Sc (1) dimana: St bilangan Stanton untuk erindahan ana St m bilangan Stanton untuk Perindahan maa Pr bilangan Prandtl Sc bilangan Schmidt Dengan : h St. Pr.Pr. V. c r (2) hm Stm. Sc. Sc V (3) Dari eramaan (1), (2), dan (3) dieroleh : h m h m h Pr. c. r Sc koefiien erindahan maa konveki (m/) (4) h koefiien erindahan ana konveki (W/m 2.K) c ana eifik dari udara (kj/kg.k) ρ maa jeni dari udara (kg/m 3 ) Pr bilangan Prandtl Sc bilangan Schmidt Koefiien erindahan ana di dalam laian bata untuk temeratur ermukaan kayu kontan ( iothermal) daat dihitung dari eramaan : h k T f T (5) k f konduktivita ana dari udara (W/m. K) T temeratur ermukaan kayu (K) T temeratur udara ada aliran beba (K) gradien temeratur udara di ata kayu mulai di ata kayu dicari dalam engujian. (K/m). Harga ini Dengan mengetahui harga koefiien erindahan ana ini, maka koefiien erindahan maa daat dicari dari eramaan (4). Menurut Incroera & De Witt (1996), bearnya koefiien erindahan maa juga meruakan fungi dari koefiien difui dan erbedaan maa jeni di ermukaan iothermal dan di udara beba eerti terlihat ada eramaan (6). r D AB hm (6) r r Dengan aumi ua air diangga ebagai ga emurna, maka : PV P r (dimana RT kontan) eramaan (6) diubah menjadi: h m (7) Dengan demikian harga D AB daat dicari etelah harga h m,,, dan 8 diketahui.harga mrt r RT D AB dicari dari ekerimen yang meruakan gradien erubahan tekanan ua dihitung teat di ata ermukaan kayu. Dari eramaan (4), (5), (7) didaatkan eramaan untuk D AB : 23

3 GEMA TEKNIK - NOMOR 1/TAHUN X JANUARI 27 D AB Pr 2 k 3 f.pr C. r. n D AB k f A A C T T.( ). 2 3.( T T ). koefiien difui (m 2 /) konduktivita termal udara (W/m.K) bilangan Prandtl 3 (8), tekanan arial ua air ermukaan kayu (atm), tekanan arial ua air aliran beba ( free tream) (atm) gradien temeratur terhada y (K/m) ana eifik udara (KJ/kg.K) temeratur ermukaan kayu (K) temeratur aliran udara beba ( free tream) (K) kelembaban daat juga digunakan untuk menghitung tekanan arial ua air (Shairo, Moran., 2) A w,622 (9) A w tekanan camuran yang terukur manometer (abolut) (atm) tekanan arial ua air (atm) raio kelembaban (kg /kg udara kering) Raio kelembaban (w) daat dicari dengan mengetahui temeratur bola kering (T DB ) dan temeratur bola baah (T WB) menggunakan grafik ikrometrik. Sedangkan (tekanan camuran) diukur dengan manometer, eerti terlihat ada gambar 1. Seifikai manometer yang diakai ebagai berikut : Fluida Alkohol 7 % ( r 617,8 kg/m 3 alk ) q 7 o h L. inq g 9,81 m/ 2 ab atm (1) A ( r g h) alk Gambar 1. Inclined manometer gradien tekanan terhada y (atm/m) Pada roe engeringan kayu terdaat camuran antara ua air dan udara kering. Bearnya komoii camuran ini daat dicari dengan menggunakan raio kelembaban. Raio METODE PENELITIAN Seimen enelitian yang digunakan adalah kayu Mahoni ( Mahagony) dengan ukuran anjang 3 cm; lebar 15 cm dan tebal 5 cm. Peralatan yang digunakan dalam enelitian ini eerti terlihat ada gambar 2. Udara luar oleh blower dialirkan melewati heater untuk dianakan. Udara ana terebut akan 24

4 Wibawa Endra Juwana, dkk., Koefiien Difui ada Proe engeringan mengalir ke air duct ehingga melewati ermukaan ata eimen uji. Camuran udara ana dan ua air dari kayu kemudian di keluarkan ke lingkungan. Pada eralatan uji dibuat erindahan ana dan maa ada kayu adalah 1 dimeni dan ermukaan ata kayu diuahakan kontan. Untuk mencaai makud terebut, keemat ii aming kayu diiolai dan bagian bawah ditiu dengan kia. Proedur engambilan data ada enelitian ini adalah ebagai berikut : 1. Membuat kadar air awal kayu eragam ± 45% (untuk eimen diata CMC) dan kadar air awal ± 25 % (untuk eimen di bawah CMC). 2. Mengukur dan menimbang amel awal dengan dimeni yang telah ditentukan. 3. Menyeting dan mengkalibrai eralatan enelitian dengan keceatan udara memauki air duct kontan 5 m/, temeratur aliran udara kontan (4 o C, 6 o C, 8 o C, 1 o C dan 11 o C). 4. Memaukkan eimen uji ke air duct. 5. Memaang termokoel yang udah dihubungkan dengan data akuiii, diata ermukaan eimen uji ada jarak ( mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 7 mm dan 1 mm) di ata eimen uji. 6. Menghidukan data akuiii dan menyiman data etia atu jam ekali ebelum enimbangan eimen. 7. Mengukur tekanan dengan manometer ada jarak ( mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 7 mm dan 1 mm) di ata eimen uji. 8. Mengukur maa amel etia atu jam ekali. 9. Proe engeringan dilakukan amai eimen mencaai kadar air yang diinginkan (eimen diata CMC dari 45 % amai kadar air kritik, dan eimen di bawah CMC dari 25 % amai kadar air 12 %). Dari enelitian endahuluan dengan variai temeratur engeringan yang ama didaatkan bahwa nilai kadar air kritik (CMC) kayu mahoni berkiar antara 18-28% d.b. dengan rata-rata 24,5% d.b. HASIL DAN PEMBAHASAN Dengan menggunakan analogi erindahan ana dan maa daat dieroleh harga koefiien difui (D AB ). D AB dihitung berdaarkan eramaan (8), 1. Harga meruakan gradien yang didaatkan dengan mendeferenialkan eramaan T DB yang dihailkan ada titiktitik diata ermukaan kayu. 2. Harga meruakan gradien tekanan arial ua air yang didaatkan dengan mendeferenialkan eramaan P A yang dihailkan ada titik-titik diata ermukaan kayu. Keterangan : 1. Blower 2. Heater 3. Kia 4. Temat eimen 5. Air duct Gambar 2. Skema eralatan enelitian 25

5 GEMA TEKNIK - NOMOR 1/TAHUN X JANUARI Harga meruakan harga tekanan arial ua air yang didaatkan dari eramaan (9). w meruakan raio kelembaban yang daat dicari dengan diagram ikometrik dengan mengetahui harga T DB dan T W B. Sedangkan meruakan tekanan abolut ada titik-titik diata ermukaan kayu yang didaatkan dari engukuran manometer. 4. Harga k, Pr,,, di evaluai ada f C r n T f. DAB (m 2 /) P A Grafik D AB v Temeratur T ( o C) Dari gambar 3 terlihat bahwa nilai D AB kayu mahoni emakin naik dengan makin tingginya temeratur engeringan, baik untuk daerah diata CMC mauun dibawah CMC. Nilai D AB untuk daerah diata CMC lebih tinggi dibanding dengan nilai D AB untuk daerah dibawah CMC. Hal ini menunjukkan bahwa keceatan berindahnya maa air dari kayu mahoni ke udara ada daerah diata CMC, lebih ceat dibanding daerah dibawah CMC. Fenomena ini diebabkan karena di daerah ata CMC, air yang keluar elama engeringan adalah air beba. Pengeringan di daerah bawah CMC menyebabkan air terikat dalam erat kayu akan menuju ke ermukaan dan keluar dari kayu. Perbedaan jeni air yang dikeluarkan ini, akan memengaruhi bear keceatan berindahnya maa air ke udara. Dari hail engujian untuk berbagai temeratur engeringan ada daerah dibawah CMC mauun diata CMC, maka didaatkan nilai D AB rata-rata eerti terlihat ada tabel 1. Semakin bear temeratur engeringan menyebabkan kenaikan D AB. Kenaikan Tabel 1.Hail erhitungan D AB rata-rata ada engujian nilai D AB rata-rata untuk kayu mahoni meruakan fungi ekonenial dari T ( o C) D AB (m 2 /) temeratur engeringan. Hal ini Di ata Di bawah menunjukkan bahwa keceatan E E-5 berindahnya maa air ke udara E E-5 emakin ceat aabila temeratur E-5 4.2E-5 engeringan meningkat. Fenomena ini E E-5 menunjukkan bahwa meningkatnya temeratur engeringan akan E E-5 memermudah ergerakan molekul air dalam ori ke ermukaan. 1.E-4 9.E-5 8.E-5 7.E-5 6.E-5 5.E-5 4.E-5 3.E-5 2.E-5 1.E-5.E+ D AB 2E-5e.14T R D AB 2E-5e.126T R ata CMC bawah CMC Gambar 3. Pengaruh temeratur engeringan terhada D AB rata-rata kayu mahoni diata CMC dan dibawah CMC Dari gambar 3 terlihat bahwa terjadi eningkatan nilai D AB yang ignifikan aat mencaai temeratur 1 o C, karena ada temeratur ini terjadi erubahan faa dari faa air ke faa ua, ehingga terjadi erubahan mekanime erindahan maa. KESIMP ULAN Dari enelitian yang telah dilakukan daat diimulkan bahwa : 1. Nilai koefiien difui (D AB) ratarata engeringan kayu mahoni naik eiring dengan naiknya temeratur engeringan, baik di daerah ata CMC mauun dibawah CMC. 2. Penelitian dengan eimen ini menghailkan eramaan D AB ebagai fungi temeratur engeringan (T o C), D AB 2E-5e,14T untuk daerah diata CMC dan D AB 2E-5e,126T untuk daerah dibawah CMC. 26

6 Wibawa Endra Juwana, dkk., Koefiien Difui ada Proe engeringan 3. Nilai koefiien difui (D AB) engeringan kayu mahoni untuk daerah diata CMC lebih tinggi dibanding daerah dibawah CMC, hal ini menunjukkan berindahnya maa air dari ermukaan kayu mahoni ke udara ada daerah diata CMC lebih ceat dibandingkan daerah dibawah CMC. UCAPAN TERIMA KASIH Peneliti mengucakan terima kaih keada DP3M DIKTI yang telah mendukung enelitian ini melalui Proyek Penelitian Ilmu Pengetahuan Daar dengan kontrakno: 7 / P2IPT / DPPM / PID / III /24. DAFTAR PUSTAKA Haini, L, Azzouz, S., and Belghith, A., 24, Etimation of The Moiture Diffuion Coefficient of Potato During Hot-Air Drying, Proceeding of the 14 th International Drying Symoium (IDS 24) Sao Paulo, Brazil, Augut 24, vol. B., Incroera, F.P. and De Witt, D.P., 1996, Fundamental of Heat and Ma Tranfer, Third Edition, John Wiley & Son. Liu. J.Y., Simon, W.T., and Verrill, S.P., 2, An Invere Moiture Diffuion Algorithm For The Determination Of Diffuion Coefficient, Proceeding of the 12 th International Drying Symoium, IDS2 Paer No 24, Augut 2Noordwijkerhout the Netherland Mujumdar, A.S., 1995, Baic Proce Calculation in Drying, dalam Mujumdar, A.S (ed), Hand Book of Indutrial Drying, 2 nd ed, vol. 1, Marcel Dekker, In.C, USA. Mukam Foting, J. 2, Exerimental Determination of The Diffuion Coefficient of Wood in Iothermal Condition, Univerity of Younde Cameroon Shairo, Moran, 2, Fundamental of Engineering Thermodynamic 4 th Edition, John Wiley and Son, Inc. 27