BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Mesin Pendingin 2.1.1. Sejarah Air Conditioning Pengetahuan tentang fungsi pendinginan udara sudah berkembang sejak zaman Romawi. Makanan yang disimpan ditempat dingin akan tahan lebih lama dibandingkan dengan ditempat panas. Pada udara dingin, pergerakan bakteri lebih lambat, sehingga proses pembusukan berjalan lebih lama. Oleh karena itu, orangorang di zaman itu menyimpan makanan diruangan bawah tanah atau didalam sumur. Pada musim dingin penduduk di daerah utara memotong es dari danau - danau yang membeku. Mereka menyimpannya dalam sebuk gergaji atau bangunan pendingin lalu menjualnya kepada penduduk di daerah selatan pada musim panas. Pada akhir abad ke-18, musim dingin di daerah utara mengalami kenaikan temperatur. Pada masa-masa inilah orang mulai mengembangkan mesin pendingin 7
untuk mencetak es. Kemudian muncullah alat yang dikenal dengan istilah kotak es. Alat ini digunakan untuk mengawetkan makanan. Alat pendingin yang dilengkapi freezer (sekarang kita menyebutnya kulkas), baru mulai dibuat orang pada awal abad ke-19. Sejak itu, sistem pendingin berkembang dengan pesat. Orang tidak hanya menggunakan sistem pendingin untuk mengawetkan makanan, melainkan juga untuk pengondisian udara (Air Conditioning). Lonjakan produksi dalam industri refrigerasi dan air conditioning terjadi mulai tahun 1930-an. Refrigerasi di USA pada tahun 1940 mengambil bagian lebih dari 13% (energi) dari total perdagangan peralatan mesin saat itu. Perdagangan refrigerasi saat itu setidaknya bisa diklasifikasikan menjadi empat bagian, yaitu: refrigerasi untuk rumah tangga menempati urutan pertama, yang diikuti oleh refrigerasi untuk industri, air conditioning, dan refrigerasi komersial. Pada tahun 1960, diperkirakan ada 50 juta rumah yang tersambung aliran listrik di USA, 49 juta (98%) diantaranya memiliki refrigerator. Setelah tahun 1960, perdagangan freezer untuk industri tercatat melebihi refrigerator untuk rumah tangga. Perdagangan unit pendingin lainnya seperti untuk gudang, tempat tinggal, mobil dan kereta, total nilainya mencapai milyaran dollar per tahun di tahun 1960- an. Sejalan dengan kebutuhan dan perkembangannya, variasi aplikasi refrigerasi dan air conditioning terus bertambah. Angkutan untuk produk-produk dan industri makanan dan minuman serta pertanian dan peternakan-perikanan juga mendorong meningkatnya perkembangan perdagangan dalam industri refrigerasi air conditioning. Di bidang industri, refrigerasi mampu membantu meningkatkan 8
efisiensi sistem, dan juga mampu menjadi solusi bagi proses-proses industri yang membutuhkan temperatur rendah. Demikian pula air conditioning, menjadi solusi bagi proses-proses industri yang membutuhkan pengaturan kondisi udara tertentu. Dalam bidang medis, refrigerasi dan air conditioning bukan hanya mengambil peran yang terkait dengan instrumen medis, namun juga penanganan obat-obatan serta zat-zat lainnya yang memerlukan perlakuan pada temperatur tertentu, bahkan juga proses-proses operasi medis. 2.1.2. Proses Kerja Air Condotioning Secara garis besar prinsip kerja AC adalah penyerapan panas oleh evaporator, pemompaan panas oleh kompresor, pelepasan panas oleh kondensor serta proses ekspansi. Proses-proses ini berkaitan erat dengan temperatur didih dan temperatur kondensasi refrigerant. Refrigerant adalah zat yang mudah berubah bentuk (menjadi uap atau cair) sehingga cocok jika digunakan sebagai media pemindah panas dalam mesin pendingin. Temperatur didih dan temperatur kondensasi berkaitan dengan tekanan. Titik didih dan titik embun dapat digeser naik atau main dengan mengatur besarnya tekanan yang diberikan. Hal ini berpengaruh besar terhadap proses perpindahan panas yang terjadi pada AC. Cara kerja AC dapat dilihat pada gambar 2.1. Pada mulanya terjadi perpindahan panas dari dalam ruangan ke luar ruangan. Kompresor (4) yang berfungsi mengalirkan zat pendingin (refrigerant) ke dalam pipa tembaga yang berbentuk kumparan (1). Udara dititipkan oleh kipas udara (blower atau fan) di sela-sela kumparan tadi, sehingga panas yang ada dalam udara diserap oleh pipa refrigerant dan kemudian mengembun. Udara yang melalui kumparan dan telah 9
diserap panasnya, masuk ke dalam ruangan dalam keadaan sejuk/dingin (3). Selanjutnya udara dalam ruang dihisap dan selanjutnya proses penyerapan panas diulang kembali. Gambar 2.1 Cara Kerja AC Sumber: (http://muhnabil.files.wordpress.com) Mesin pendingin merupakan salah satu mesin yang mempunyai fungsi utama untuk mendinginkan zat sehingga temperaturnya lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pendinginan dilakukan sesuai dengan tujuan masing-masing orang yang akan melakukan proses pendinginan tersebut. 2.1.3. Komponen utama dari mesin pendingin yaitu kompresor, kondensor, alat ekspansi dan evaporator, serta refrigeran sebagai fluida kerja yang bersirkulasi pada bagian-bagian tersebut. Pada gambar 1 dibawah ini memperlihatkan skema sederhana dari mesin pendingin. 10
Sistim kerja pada mesin pendingin adalah sebagai berikut : Saat refrigeran mengalir melalui evaporator, perpindahan panas dari ruangan yang didinginkan menyebabkan refrigeran menguap. Dengan mengambil refrigeran pada evaporator sebagai volume atur yaitu entalpi spesifik yang meninggalkan evaporator (h 1 ) dan entalpi yang masuk evaporator (h 4 ), sehingga keseimbangan massa dan Hukum Termodinamika I didapat perpindahan panas (Q) sebesar[7] : Q = m(h1 h4) kw..(1) Gambar 2.2. Komponen utama dari mesin pendingin dan diagram P-h Sumber: (http://muhnabil.files.wordpress.com) Refrigeran meninggalkan evaporator kemudian masuk ke kompressor (h 1 ). Selanjutnya refrigeran dikompresi hingga tekanan dan temperaturnya bertambah tinggi (h 2 ). Diasumsikan ada perpindahan panas dari dan ke kompresor. Dengan 11
menerapkan keseimbangan massa dan laju energi (Hukum Termodinamika I) pada volume atur yang melingkupi kompresor, didapat kerja kompressor (W) sebesar : W = m(h2 h1)..(2) Kemudian, refrigeran mengalir melalui kondensor (h 3 ), dimana refrigeran mengembun dan memberikan panas ke udara sekitar yang lebih rendah temperaturnya. Untuk volume atur melingkupi refrigeran di kondensor, laju perpindahan panas (Q) dari refrigeran adalah : Q = m(h2 h3) kw..(3) Akhirnya, refrigeran pada state 3 (h 3 ) masuk alat ekspansi dan berekspansi ke tekanan evaporator. Tekanan refrigeran turun dalam ekspansi yang ireversibel dan dibarengi dengan adanya kenaikan entropy jenis. Refrigeran keluar katup ekspansi pada state 4 (h 4 ) yang berupa fase campuran uap-cair (h fg4 ). Maka kualitas uap (X 1 ) yang terkandung pada titik 4 dapat dicari dengan persamaan : X1 = h 4 h f4 / h fg4..(4) Secara thermodinamika besarnya perpindahan panas (Q) yang terjadi pada pipa kapiler di mesin pendingin, yaitu : Q = m(h3 h4) kw..(5) 2.1.3.1. Kompressor 12
Kompressor merupakan salah satu komponen yang sangat vital karena fungsinya sebagai alat kompresi dalam sistem kompresi uap. Berdasarkan metode kompresi, kompressor dibagi atas 2 tipe, yaitu [2]: a. Kompressor positif Pada kompressor positif, gas refrigeran diisap masuk kedalam silinder dan dikompresikan. Misalnya, kompressor torak, kompressor putar dan kompressor sekrup. b. Kompressor non positif Pada kompressor non-positif, gas refrigeran yang diisap masuk dipercepat alirannya oleh sebuah impeller yang kemudian mengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan. Misalnya ; kompressor sentrifugal. Untuk daya kompressor (P k ) dihasilkan dari daya motor penggerak kompressor (P s ) melalui input listrik dikali dengan efisiensi kompresi (µ c ) dan efisiensi mekanik (µ m ). Sehingga daya kompressor dinyatakan dalam persamaan [1]: P k = P s. µ c. µ m (6) Harga dari efisiensi kompresi untuk kompresssor putaran tinggi dapat ditentukan melalui kurva hubungan antara rasio kompresi dengan efisiensi kompresi pada gambar 2 berikut ini[1] : 13
Gambar 2.3 Efisiensi kompresi dari kompressor Sumber: (http://muhnabil.files.wordpress.com) Dimana Efisiensi kompresi putaran tinggi µ c dan Efisiensi kompresi putaran rendah dan sedang µ c Gambar 2.4. Efisiensi mekanik dari kompressor 14
Sumber: (http://muhnabil.files.wordpress.com) Dimana Efisiensi mekanik kompressor putaran tinggi µ m dan Efisiensi mekanik kompressor putaran rendah dan sedang µ m Daya motor penggerak kompressor P s dari input listrik dapat ditentukan dengan persamaan [8]: P s = V.I.Cosθ (7) Dimana tegangan listrik V (Volt), Kuat arus listrik I (Amp) faktor daya, Cos θ dengan nilai (0.7 1.0, untuk motor single phase)[8]. Sehingga laju aliran massa uap refrigeran yang mengalir (yaitu [5]): m = P k / (h2 h1) (8) Dimana laju aliran massa refrigeran (kg/s), entalpi pada titik keluar kompressor h 2 (kj/kg) dan entalpi pada titik masuk kompressor h 1 (kj/kg). 2.1.3.2. Kondensor Kondensor merupakan salah satu alat penukar kalor yang berfungsi sebagai tempat kondensasi. Uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi pada akhir kompresi dapat dengan mudah dicairkan dengan cara mendinginkannya dengan media pendingin. Didalam pipa kondensor terjadi perpindahan kalor dari uap refrigeran ke fluida pendingin. Besarnya laju perpindahan kalor yang terjadi didalam kondensor dipengaruhi oleh bebrapa faktor antara lain; koefisien perpindahan panas, faktor 15
kotoran, kecepatan aliran pendingin, jenis refrigeran dan kerugian tekanan yang terjadi sepanjang pipa. 2.1.3.3. Alat Ekspansi Alat ekspansi dipergunakan untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi sampai mencapai tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah; jadi melaksanakan proses trotel atau proses ekspansi enthalpi konstan. Selain itu, katup ekspansi mengatur pemasukan refrigeran sesuai dengan beban pendinginan yang harus dilayani oleh evaporator[3]. 2.1.3.4. Evaporator Evaporator adalah penukar kalor yang memegang peranan penting didalam siklus refrigerasi, yaitu mendinginkan media sekitarnya. Ada beberapa macam evaporator, sesuai dengan tujuan penggunaannya bentuknyapun dapat berbedabeda. Hal tersebut disebabkan karena media yang hendak didinginkan dapat berupa gas, cairan atau padat. Maka evaporator dapat dibagi dalam beberapa golongan, sesuai dengan keadaan refrigeran yang ada didalamnya, yaitu: jenis ekspansi kering, jenis setengah basah, dan sistem cairan. Cairan jenuh pada titik 3 yang berasal dari kondensor didinginkan hingga titik 4 dengan cara bertukar kalor dengan uap pada titik 6 (h 6 ) yang dipanaskan hingga mencapai titik 1. Dan keseimbangan kalor yaitu [7]: h3 h4 = h1 h6 (9) 16
Dampak pendinginnya dapat berbentuk yaitu [7]: Q = m(h6 h5)..(10) Koefisien prestasi (COP)[3]yaitu : COP= h 6 h 5 / h 2 h 1..(11) Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Evaporator umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar panas, bagian evaporasi (tempat di mana cairan mendidih lalu menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu dimasukkan ke dalam kondenser (untuk diembunkan/kondensasi) atau ke peralatan lainnya. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan) biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi. Larutan yang sudah dievaporasi bisa saja terdiri dari beberapa komponen volatil (mudah menguap). Evaporator biasanya digunakan dalam industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia, contohnya garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap, menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan menjadi air yang sudah dihilangkan garamnya. Pada sistem pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari penyerapan panas oleh cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan 17
membutuhkan energi panas). Evaporator juga digunakan untuk memproduksi air minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain. 2.1.3.4.1. Macam-Macam Evaporator Ada beberapa macam evaporator, sesuai dengan tujuan penggunaanya bentuknyapun dapat berbeda-beda. Hal tersebut disebabkan karena media yang hendak didinginkan dapat berupa gas, cairan, dan zat padat. Maka evaporator dapat dibagi menjadi beberapa golongan sesuai dengan keadaan refrigerant yang ada di dalamnya, yaitu : jenis expansi kering, jenis setengah basah, jenis basah, dan sistem pompa cairan. a. Jenis expansi kering Dalam jenis expansi kering, cairan refrigerant yang diexpansikan melalui katup expansi, pada waktu masuk ke dalam evaporatot sudah dalam keadaan campuran cair dan uap, sehingga keluar dari evaporator dalam keadaan uap kering. Oleh sebagian besar dari evaporator terisi oleh uap refrigerant, maka perpindahan kalor yang terjadi tidak begitu besar, jika dibandingkan dengan keadaan dimana evaporator terisi oleh refrigerant cair. Akan tetapi, evaporator jenis expansi kering tidak memerlukan refrigerant dalam jumlah yang besar. Disamping itu, jumlah minyak pelumas yang tertinggal di dalam evaporator sangat kecil. Jumlah refrigerant yang masuk ke dalam evaporator dapat diatur oleh katup expansi sedemikian rupa sehingg semua refrigerant meninggalkan evaporator dalam bentuk uap jenuh, dan bahkan dalam keadaan super panas. 18
b. Evaporator jenis setengah basah Evaporator jenis setengah basah adalah evaporator dengan kondisi refrigerant diantara evaporator jenis expansi kering dan evaporator jenis basah. Dalam evaporator jenis ini, selalu terdapat refrigerant cair dalam pipa penguapnya. Oleh karena itu, laju perpinfahan kalor dalam evaporator jenis setengah basah lebih tinggi dari pada yang dapat diperoleh pada jenis expansi kering, tetapi lebih rendah dari pada uang diperoleh pada jenis basah. Pada jenis basah expansi kering, refrigerant masuk dari bagian atas dari koil: sedangakan pada evaporator jenis setengah basah, refrigerant dimasukkan dari bagian bawah koil evaporator. c. Evaporator jenis basah Dalam evaporator jenis basah, sehingga dari jenis evaporator terisi oleh cairan refrigerant. Prosesn penguapanya terjadi seperti pada ketel uap. Gelembung refrigerant yang terjadi karena pemanasan akan naik, pecah pada permukaan cair atau terlepas dari permukaanya. Sebagian refrigerant kemudian masuk ke dalam akumulator yang memisahkan uap dari cairan maka refrigerant yang ada dalam bentuk uap sajalah yang masuk ke dalam kompresor. Bagian refrigerant cair yang dipisahkan di dalam akumulator akan masuk kembali ke dalam evaporator, bersama-sama dengan refrigerant (cair) yang berasal dari kondensor. Jadi tabung evaporator terisi oleh cairan refrigeran. Cairan refrigeran menyerap kalor dari pluida yang hendak digunakan (air larutan garam, dsb), yang mengalir di dalam pipa uap refrigeran yang terjadi dikumpulkan di bagian atas dari evaporator sebelum masuk ke kompresor. tinggi permukaan cairan refrigeran yang ada di dalam evaporator diaur oleh kaup pelampung, biasanya sedikit lebih dari seengah tinggi tabung. Jumlah refrigeran yang dimasukkan ke dalam tabung evaporator disesuaikan dengan beban pendinginan yang harus dilayani. 19
Gambar 2.5 Sumber: (http://muhnabil.files.wordpress.com) Gambar 2.6 Sumber: (http://starelektronic.files.wordpress.com/2010/03/020320101.jpg) Gambar 2.7 Sumber: (http://starelektronic.files.wordpress.com/2010/03/020320101.jpg) 20
Gambar kedua tutup / couper depan dengan beberapa sekrup pengunci sudah dibuka sehingga terlihat gulungan Evaporator dan elektronik pengendali unit dalam. Gambar ketiga inilah yang betul betul kosongan. Hanya gulungan pipa tembaga yang luarnya dilapisi aluminium sirif dengan kerapatan satu sama lain 0,5 sampai 1 mm. Material atau bahan inilah yang disebut evaporator. Evaporator gunanya untuk menyerap panas yang ada disekitanya. Itu kalau bahan tersebut terakit dengan yang lain dan beroperasi dengan benar. Orang awam mengatakan kalau unit evapoator mengeluarkan dingin. Sebenarnya cara kerjannya tidak begitu. Udara bebas dalam ruangan terhisap oleh blower indoor unit. suhu udara tersebut berkisar antara 24 30 derajad C. Evaporato normal suhu sirif aluminium nya antara 5 10 derajad C. Karena suhu ruang lebih tinggi dari suhu Evaporator maka panasnya akan terserap. Dan penyerapan udara panas inilah yang akan mengubah refrigran yang tadinya berwujud cair yang datang dari pipa kecil akan berubah wujud jadi gas meninggalkan evaporator menuju pipa besar ke akumulator. Evaporator diatas perpindahan panasnya dibantu oleh fan motor. Pada Refrigerator konvensional dan frezzer penyerapan panasnya melalui perambatan langsung ke medianya. Refrigerator no froze sistem penyerapan panasnya sama seperti gambar diatas. Ada Evaporator yang dikemas dalam satu tabung dengan tujuan udara yang melewatinya menjadi kering tidak mengandung air. Evaporator demikian dikemas dalam satu mesin pengering udara (driyer). 21
2.2. spray drying, Pemanas dan fan untuk menghasilkan udara panas pada suhu dan kecepatan tertentu Atomizer atau jet untuk menghasilkan partikel-partikel cair dengan ukuran tertentu Chamber dimana partikel cair kontak dengan udara panas tempat produk kering 2.2.1. Pengertian Spray Drying Spray drying merupakan suatu proses pengeringan untuk mengurangi kadar air suatu bahan sehingga dihasilkan produk berupa bubuk melalui penguapan cairan. Spray drying menggunakan atomisasi cairan untuk membentuk droplet, selanjutnya droplet yang terbentuk dikeringkan menggunakan udara kering dengan suhu dan tekanan yang tinggi. Bahan yang digunakan dalam pengeringan spray drying dapat berupa suspensi, dispersi maupun emulsi. Sementara produk akhir yang dihasilkan dapat berupa bubuk, granula maupun aglomerat tergantung sifat fisik-kimia bahan yang akan dikeringkan, desain alat pengering dan hasil akhir produk yang diinginkan. 2.2.2. Mekanisme kerja spray drying Prinsip dasar Spray drying adalah memperluas permukaan cairan yang akan dikeringkan dengan cara pembentukan droplet yang selanjutnya dikontakkan dengan udara pengering yang panas. Udara panas akan memberikan energi untuk proses penguapan dan menyerap uap air yang keluar dari bahan. 22
Bahan (cairan) yang akan dikeringkan dilewatkan pada suatu nozzle (saringan bertekanan) sehingga keluar dalam bentuk butiran (droplet) yang sangat halus. Butiran ini selanjutnya masuk kedalam ruang pengering yang dilewati oleh aliran udara panas. Hasil pengeringan berupa bubuk akan berkumpul dibagian bawah ruang pengering yang selanjutnya dialirkan ke bak penampung. tahap : Secara umum proses pengeringan dengan metode spray drying melalui 5 a. Penentuan konsentrasi : konsentrasi bahan yang akan dikeringkan harus tepat, kandungan bahan terlarut 30% hingga 50%. Jika bahan yang digunakan sangat encer dengan total padatan terlarut yang sangat rendah maka harus dilakukan pemekatan terlebih dahulu melalui proses evaporasi. Jika kadar air bahan yang akan dikeringkan terlalu tinggi maka proses spray drying kurang maksimal dimana bubuk yang dihasilkan masih mengandung kadar air yang tinggi. Selain itu juga menyebabkan kebutuhan energi yang tinggi dalam proses pengeringan. Perbandingan konsumsi energi yang akan dibutuhkan sesuai dengan Total Solid (konsentrasi) feed (bahan) yang masuk ke dalam spray drying: - 10 % = 23.650 kj/kg powder - 40% = 3.970 kj/kg Powder - 20% = 10.460 kj/kg powder - 50% = 2.680 kj/kg powder - 30% = 6.170 kj/kg powder b. Atomization : Bahan yang akan dimasukkan dalam alat spray dryer harus dihomogenisasikan terlebih dahulu agar ukuran droplet yang dihasilkan seragam 23
dan tidak terjadi penyumbatan atomizer. Homogenisasi dilakukan dengan cara pengadukan. selanjutnya bahan dialirkan kedalam atomizer berupa ring/wheel dengan lubang-lubang kecil yang berputar. Atomization merupakan proses pembentukan droplet, dimana bahan cair yang akan dikeringkan dirubah ukurannya menjadi partikel (droplet) yang lebih halus. Tujuan dari atomizer ini adalah untuk memperluas permukaan sehingga pengeringan dapat terjadi lebih cepat. Pada Industri makanan, luas permukaan droplet setelah melalui atomizer adalah mencapai 1-400 mikrometer. c. Kontak droplet dengan udara pengering : Pada sebagian besar spray dryer, nozzle (atomizer) tersusun melingkar seperti pada gambar 2. Dan pada tengahnya disemprotkan udara panas bertekanan tinggi dengan suhu mencapai 300 0 C. Udara panas dan droplet hasil atomisasi disemprotkan ke bawah. Kondisi ini menyebabkan terjadinya kontak antara droplet dengan udara panas sehingga terjadi pengeringan secara simultan. d. Pengeringan droplet : adanya kontak droplet dengan udara panas menyebabkan evaporasi kadungan air pada droplet hingga 95% sehingga dihasilkan bubuk. Bubuk yang telah kering jatuh ke bawah drying chamber (ruang pengering) yang berukuran tinggi sekitar 25 m dan diameter 5 m. dari atas chamber hingga mencapai dasar hanya memerlukan waktu selama beberapa detik. e. Separasi : udara hasil pengeringan dipisahkan dengan pengambilan udara yang mengandung serpihan serbuk dalam chamber, selanjutnya udara akan memasuki separator. Udara hasil pengeringan dan serpihan serbuk dipisahkan dengan menggunakan gaya sentrifulgal. Selanjutnya udara dibuang, dan serpihan bahan 24
dikembalikan dengan cara diblow sehingga bergabung lagi dengan produk dalam line proses. 2.2.3. Desain Spray Drier a. Atomizer merupakan bagian terpenting pada spray dryer dimana memiliki fungsi untuk menghasilkan droplet dari cairan yang akan dikeringkan. Droplet yang terbentuk akan didistribusikan (disemprotkan) secara merata pada alat pengering agar terjadi kontak dengan udara panas. Ukuran droplet yang dihasilkan tidak boleh terlalu besar karena proses pengeringan tidak akan berjalan dengan baik. Disamping itu ukuran droplet juga tidak boleh terlalu kecil karena menyebabkan terjadinya over heating. b. Chamber merupakan ruang dimana terjadi kontak antara droplet cairan yang dihasilkan oleh atomizer dengan udara panas untuk pengeringan. Kontak udara panas dengan droplet akan menghasilkan bahan kering dalam bentuk bubuk. Bubuk yang terbentuk akan turun ke bagian bawah chamber dan akan dialirkan dalam bak penampung. c. Heater : Heater berfungsi sebagai pemanas udara yang akan digunakan sebagai pengering. Panas yang diberikan harus diatur sesuai dengan karakteristik bahan, ukuran droplet yang dihasilkan dan jumlah droplet. Suhu udara pengering yang digunakan diatur agar tidak terjadi over heating. d. Cyclone : Cyclone berfungsi sebagai bak penampung hasil proses pengeringan. Bubuk yang dihasilkan akan dipompa menuju Cyclone. e. Bag Filter ; Bag Filter berfungsi untuk menyaring atau memisahkan udara setelah digunakan pengeringan dengan bubuk yang terbawa setelah proses. 25
2.2.4. Parameter Kritis Spray Drying a. Suhu pengering yang masuk : Semakin tinggi suhu udara yang digunakan untuk pengeringan maka proses penguapan air pada bahan akan semakin cepat, namun suhu yang tinggi memungkinkan terjadinya kerusakan secara fisik maupun kimia pada bahan yang tidak tahan panas. b. Suhu pengering yang keluar : Suhu pengering yang keluar mengontrol kadar air bahan hasil pengeringan (bubuk) yang terbentuk. c. Viskositas bahan (larutan) yang masuk : Viskositas bahan yang akan dikeringkan mempengaruhi partikel yang keluar melalui nozel. Viskositas yang rendah menyebabkan kurangnya energi dan tekanan dalam menghasilkan partikel pada atomization. d. Jumlah padatan terlarut : Jumlah padatan terlarut pada bahan yang masuk diatas 30% agar ukuran partikel yang terbentuk tepat. e. Tegangan permukaan : Tegangan permukaan yang tinggi dapat menghambat proses pengeringan, umumnya untuk menurunkan tegangan permukaan dilakukan penambahan emulsifier. Emulsifier juga dapat menyebabkan ukuran partikel yang keluar dari nozzle lebih kecil sehingga mempercepat proses pengeringan. f. Suhu bahan yang masuk : Peningkatan suhu bahan yang akan dikeringkan sebelum memasuki alat akan membawa energi sehingga proses pengeringan akan lebih cepat. g. Tingkat volatilitas bahan pelarut : bahan pelarut dengan tingkat volatilitas yang tinggi dapat mempercepat proses pengeringan. Namun dalam prakteknya air menjadi pelarut utama dalam bahan pangan yang dikeringkan. 26
h. Bahan dasar nozzle umumnya terbuat dari stainless steel karena tahan karat sehingga aman dalam proses penggunaannya. 2.2.5. Kelebihan dan Kekurangan metode Spray Drying a. Kelebihan 1. Kapasitas pengeringan besar dan proses pengeringan terjadi dalam waktu yang sangat cepat. 2. Kapasitas pengeringan bisa mencapai 100 ton/jam. 3. Tidak terjadi kehilangan senyawa volatile dalam jumlah besar (aroma) 4. Cocok untuk produk yang tidak tahan pemanasan (tinggi protein) 5. Memproduksi partikel kering dengan ukuran, bentuk, dan kandungan air serta sifat-sifat lain yang dapat dikontrol sesuai yang diinginkan. 6. Mempunyai kapasitas produksi yang besar dan merupakan system kontinyu yang dapat dikontrol secara manual maupun otomatis. b. Kekurangan metode Spray Drying 1. Memerlukan biaya yang cukup tinggi 2. Hanya dapat digunakan pada produk cair dengan tingkat kekentalan tertentu 27
3. Tidak dapat diaplikasikan pada produk yang memiliki sifat lengket karena akan menyebabkan penggumpalan dan penempelan pada permukaan alat. 2.2.6. Aplikasi Spray Drying Pengeringan semprot (spray drying) cocok digunakan untuk pengeringan bahan pangan cair seperti susu, kopi DLL tanpa mengurange kadar (dikeringkan dalam bentuk larutan ekstrak). Gambar 2.8. Skema instalasi pada spray drying. Keterangan gambar : (1) Gas insert atau udara yang disuplai oleh kompresor (2) Valve penurun tekanan (3) Nozel atomizer (4) Pompa peristaltic (5) Tangki umpan (6) Udara pengering masuk (7) Vareasi speed fan (8) Pemanas (9) Silinder pengering (10) Tangki pengering produk sisa (11) Sentrifugal pemisah debu (12) Tangki pengering produk 28
(13) Udara ke luar (14) Seitch board (swit panel) (15) Temperatur udara panas (16) Temperatur udar panas (17) Kontrol thermometer (18) Kontrol pompa umpan (19) Kontrol fan (20) Kontrol pemanas (21) Pilihan fungsi 29