SKRIPSI UJI PERFORMANSI DAN ANALISA TEKNIK ALAT … · Unit pompa vakum mampu menghasilkan tekanan...

SKRIPSI

UJI PERFORMANSI DAN ANALISA TEKNIK

ALAT EVAPORATOR VAKUM

Oleh:

ASEP SUPRIATNA

F14101008

2008

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR



SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

ASEP SUPRIATNA

F14101008

2008

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN



SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

ASEP SUPRIATNA

F14101008

Dilahirkan pada tanggal 02 Pebruari 1982

di Sukabumi – Jawa Barat

Tanggal lulus : Mei 2008

Menyetujui,

Bogor, Mei 2008

Ir. Agus Sutejo, M.Si.

Dosen Pembimbing Akademik

Mengetahui,

Dr. Ir. Wawan Hermanan, MS.

Ketua Departemen Teknik Pertanian

ASEP SUPRIATNA. F14101008. Uji Performansi dan Analisa Teknik Alat Evaporator Vakum. Dibimbing oleh Ir. Agus Sutejo, M.Si.

RINGKASAN

Salah satu proses kritis dari pengolahan produk pangan adalah mengurangi kadar air bahan sampai batas yang diinginkan. Hal ini ditujukan baik untuk meningkatkan daya simpan bahan, mengurangi resiko kerusakan, menaikkan nilai ekonomis, maupun untuk keperluan proses produksi selanjutnya. Proses yang sering digunakan adalah dengan cara pengeringan, katalisasi, penyaringan membran dan evaporasi. Khusus untuk bahan pangan cair yang sangat sensitif terhadap panas, pada suhu 40 – 70 oC, reaksi katalis enzim dapat mengubah sifat pangan cair hanya dalam beberapa menit saja yang berakibat pada perubahan sifat kimia juga fisik bahan tersebut. Sehingga walaupun diperlukan panas yang salah satunya untuk meng-inaktivasi enzim. Akan tetapi, pada saat yang bersamaan kualitas pangan tersebut harus tetap terjaga. Untuk keperluan tersebut evaporasi dilakukan pada tekanan di bawah tekanan atmosfer (vakum) sehingga titik didih pelarut dapat diturunkan.

Evaporator yang biasa digunakan dalam industri diklasifikasikan berdasarkan pada beberapa hal, yaitu berdasarkan tekanan operasinya (vakum atau atmosfer), jumlah efek yang dipakai (tunggal atau jamak), jenis aliran konveksi (alami atau buatan) atau berdasarkan kontinuitas operasi (curah atau sinambung). Evaporator efek tunggal terdiri beberapa komponen utama, yaitu: alat penukar panas (heat exchanger), pemanas awal (preheater), ruang penguapan, kondenser, dan penghasil vakum.

Unit heat exchanger merupakan unit penyedia panas. Unit ini terbuat dari plat stainless stee berbentuk silinder dengan diameter 63 cm dan panjang 200 cm yang di dalamnya dipasang susunan pipa-pipa stainless stee sebagai media pindah panas antara udara panas hasil pembakaran dengan fluida. Ada 47 buah pipa stainless stee dengan panjang 180 cm.

Unit preheater merupakan tempat pertama kali bahan dipanaskan sampai setting point. Unit ini berbentuk silinder setinggi 205 cm dengan diameter luar 75 cm dan diameter dalam 65 cm. Ruang ini menggunakan model double jacket. Dinding pertama berfungsi sebagai pembatas antara bahan dengan fluida pemanas, sekaligus sebagai tempat penyimpan bahan. Dinding kedua tempat fluida panas berada. Sebagai isolator dipasang glass whole setebal 5 cm di bagian luar double jacket.

Unit ruang penguapan (evaporator) merupakan ruangan tempat bahan dievaporasi (diuapkan). Unit ini juga menggunakan prinsip double jacket berbentuk silinder dengan diameter dalam 65 cm dan diameter tengah 75 cm. Ruang penguapan dihubungkan dengan pompa vakum, sehingga alat ini dibuat tertutup dan mampu menahan tekanan vakum 65 kPa di bawah tekanan atmosfer.

Unit kondenser terbuat dari plat stainless steel berbentuk silinder dengan diameter 50 cm. Di dalamnya dipasang pipa stainless steel berdiameter 1 inchi. Pada kedua ujungnya dibuat setengah lingkaran. Pada kedua sisi bagian atas dan bawah dipasangkan pipa stainless steel berdiameter 2 inchi sebagai tempat masuk

dan keluarnya air pendingin dari chiller. Di bagian atas alat ini dipasang pressure gauge sebagai pengukur tekanan vakum. Sementara di bagian bawah alat ini dihubungkan dengan pompa vakum melalui sebuah pipa stainless steel berdiameter 3 inchi.

Unit pompa vakum mampu menghasilkan tekanan vakum pada ruang evaporasi dengan kekuatan hingga 65 kPa di bawah tekanan atmosfer. Artinya mampu mengurangi tekanan ruang sebesar 65 kPa dari kondisi normal tekanan atmosfer. Pompa yang digunakan adalah pompa gear berdaya 5.5 HP. Sebagai reservoar digunakan air yang ditampung di dalam bak berukuran 50 x 50 x 75 cm. Air ini berfungsi untuk membawa uap panas yang berasal dari kondenser.

Dalam pengujian awal terjadi kendala dalam mempertahankan kondisi tekanan operasi disebabkan masih banyaknya kebocoran baik pada unit ruang evaporasi, kondenser, maupun pada sambungan pipa di unit pompa vakum. Setelah dilakukan perbaikan dengan mengencangkan mur-mur pengikat dan menambahkan silikon pada setiap sambungan, tekanan vakum kembali normal.

Proses pengujian dilakukan dengan 3 setting point, yaitu pada suhu bahan awal 60 oC, 65 oC, dan 70 oC. Dari ketiga perlakukan di atas, proses evaporasi dengan setting point 70 oC memiliki laju evaporasi lebih besar yaitu 90.98 liter air perjam.

Dari hasil pengujian menunjukkan kinerja unit evaporator vakum yang diuji cukup optimal. Nilai dari laju penguapan rata-rata alat sebesar 64.81 kg/jam (perlakuan I), 74.77 kg/jam (perlakuan II), dan 90.98 kg/jam (perlakuan III). Konsumsi bahan bakar minyak tanahnya adalah: 2.73 kg/jam (perlakuan I), 2.51 kg/jam (perlakuan II), dan 2.59 kg/jam (perlakuan III). Nilai ekonomis bahan bakarnya adalah: 23.70 (perlakuan I), 29.80 (perlakuan II), dan 35.11 (perlakuan III). Dari hasil pengujian juga didapatkan bahwa alat ini mampu beroperasi pada tekanan -65 kPa. Pada tekanan operasi ini titik didih air mengalami penurunan dari 100 oC pada tekanan atmosfer menjadi 73.69 oC. Sehingga pada suhu ini proses evaporasi aman bagi bahan yang sensitif terhadap perlakuan panas.

Efisiensi alat dianalisis dalam 3 pembahasan. Pertama, efisiensi pada unit preheater (pemanas awal bahan). Kedua, efisiensi pada unit evaporator, dan ketiga efisiensi sistem secara keseluruhan. Nilai efisiensi unit preheater masing-masing: 0,09 (perlakuan I), 0,18 (perlakuan II), dan 0,29 ( perlakuan III). Sedangkan nilai efisiensi pada unit evaporator adalah masing-masing 0,24 (perlakuan I), 0,10 (perlakuan II), dan 0,12 (perlakuan III). Sementara itu, nilai efisiensi sistem keseluruhan adalah masing-masing 0,04 (perlakuan I), 0,05 (perlakuan II), dan 0,05 (perlakuan III). Kata kunci: Evaporasi, Evaporator, Laju Evaporasi, Vakum

KATA PENGANTAR

Bismillâhirrahmânirrahîm,

Segala puji milik Allah Swt., Dzat yang Maha Bijaksana dengan segala

keputusanNya. Shalawat dan salam semoga senantiasa dilimpahkan atas

Rasulullah Muhammad Saw., juga kepada keluarganya, para sahabat serta

umatnya hingga akhir zaman.

Syukur Alhamulillah berkat pertolongan Allah Swt. Akhirnya penulis

dapat menyelesaikan skripsi dengan judul: “Uji Performansi dan Analisa Teknik

Alat Evaporator Vakum”. Skripsi ini berisi hasil uji kinerja alat evaporator dan

analisa teknik yang meliputi laju penguapan, konsumsi bahan bakar, nilai

ekonomis, kemampuan tekanan vakum serta efisiensi alat.

Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang

tulus kepada:

1. Ir. Agus Sutejo, M.Si. selaku dosen pembimbing akademik yang telah

memberikan arahan juga bimbingan selama penulis menyelesaikan

penelitian dan penulisan skripsi ini.

2. Dr. Ir. Suroso, M.Agr. dan Lenny Saulia, STP, M.Si. yang telah

meluangkan waktunya selaku dosen penguji.

3. Ibunda dan Ayahanda (alm.) tercinta yang telah berkorban dan tulus

mendidik dan membesarkan penulis dengan penuh kasih sayang.

Walaupun dalam ketiadaanya, cinta sucinya akan selalu ada.

4. Istrinda Lisna Puspita Marliany tersayang dan ananda Hilmy yang

telah menemani penulis dengan penuh kesabaran dan perhatian.

5. Sahabat-sahabat HTI dan BKIM yang telah memberikan arti hidup dan

perjuangan, Insya Allah Khilafah akan segera berdiri.

Terakhir, tentunya skripsi ini jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu,

kritik dan saran yang konstruktif sangat penulis harapan. Semoga skripsi ini

bermanfaat.

Bogor, Mei 2008

Penulis,

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR .................................................................................... i

DAFTAR ISI.................................................................................................... ii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... iv

DAFTAR TABEL............................................................................................ vi

DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... vii

I. PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG ........................................................................... 1

B. TUJUAN ................................................................................................ 2

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. EVAPORASI ......................................................................................... 3

B. EVAPORATOR EFEK TUNGGAL ..................................................... 11

1. Ruang Penguapan .............................................................................. 12

2. Kondenser........................................................................................... 13

3. Heat Exchanger ................................................................................. 13

C. ALIRAN MASA DAN ENERGI PADA EVAPORATOR.................... 15

1. Aliran dan Distribusi Temperatur pada Evaporator........................... 17

2. Aliran dan Distribusi Temperatur pada Kondenser............................ 18

3. Kenaikan Titik Didih Bahan .............................................................. 19

4. Laju Evaporasi ................................................................................... 20

D. MINYAK TANAH ................................................................................ 20

III.METODE PENELITIAN

A. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN .............................................. 23

B. BAHAN DAN ALAT ........................................................................... 23

C. PROSEDUR PENELITIAN .................................................................. 23

1. Pengukuran dan Pengamatan ........................................................... 23

2. Parameter ...................................................................................... 25

3. Langkah-Langkah Pengujian ........................................................... 28

D. TITIK-TITIK PENGUJIAN .................................................................. 30

IV.HASIL DAN PEMBAHASAN

A. DESKRIPSI ALAT ............................................................................... 32

1. Pengamatan Fungsional ..................................................................... 32

2. Pengamatan Struktural ....................................................................... 35

3. Mekanisme Alat ................................................................................. 41

B. ANALISA TEKNIK DAN PENGHITUNGAN .................................... 42

1. Suhu ................................................................................................... 43

2. Tekanan Vakum Alat ........................................................................ 44

3. Laju Evaporasi ................................................................................... 45

4. Suhu Evaporasi .................................................................................. 46

5. Konsumsi Bahan Bakar ..................................................................... 48

6. Nilai Ekonomis Bahan baker ............................................................. 50

7. Efisiensi Sistem ................................................................................. 50

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN ...................................................................................... 54

B. SARAN .................................................................................................. 55

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 56

LAMPIRAN ................................................................................................... 58

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Skema evaporator pipa pendek ..................................................... 5

Gambar 2. Skema evaporator pipa panjang vertikal, dengan lapisan naik ..... 6

Gambar 3. Skema evaporator pipa panjang vertikal, dengan lapisan turun .... 8

Gambar 4. Skema evaporator aliran bertenaga ................................................ 8

Gambar 5. Skema evaporator lapisan tipis teraduk/lapisan tersapu ................ 9

Gambar 6. Skema evaporator pelat datar ......................................................... 10

Gambar 7. Diagram skematis dari single-effect-evaporator............................ 12

Gambar 8. Diagram aliran masa dan energi pada evaporator .......................... 15

Gambar 9. Distribusi temperatur panjang (luas) tube pada evaporator

aliran paralel .................................................................................. 17


aliran berlawanan . ......................................................................... 18

Gambar 11. Distribusi temperatur panjang (luas) tube pada kondenser

aliran pararel ................................................................................. 19

Gambar 12. Distribusi temperatur panjang (luas) tube pada kondenser

aliran berlawanan .......................................................................... 19

Gambar 13. Skema penyulingan minyak bumi ............................................... 21

Gambar 14. Diagram alir pelaksanaan penelitian ........................................... 30

Gambar 15. Titik-titik pengukuran ................................................................. 31

Gambar 16. Diagram skematis alat evaporator vakum ................................... 32

Gambar 17. Unit heat exchanger dan kompor ray .......................................... 36

Gambar 18. Unit ruang penguapan ................................................................. 37

Gambar 19. Unit kondenser ............................................................................ 38

Gambar 20. Unit pompa vakum ...................................................................... 38

Gambar 21. Salah satu unit pompa (bagian distribusi air kondenser .............. 39

Gambar 22. Unit panel listrik........................................................................... 40

Gambar 23. Pengamatan fungsional dan struktural dari alat evaporator

vakum .......................................................................................... 41

Gambar 24. Grafik perubahan suhu (oC) bahan di ruang preheater

terhadap waktu (menit) pada masing-masing setting point......... 43

Gambar 25. Grafik laju pemakuman ruang evaporasi (kPa) terhadap

waktu pemakuman (menit).......................................................... 44

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Tipikal koefisien perpindahan panas keseluruhan ............................ 16

Tabel 2. Nilai laju evaporasi pada masing-masing perlakuan ......................... 45

Tabel 3. Data pengukuran konsumsi bahan bakar minyak tanah .................... 48

Tabel 4. Energi panas hasil pembakaran minyak tanah................................... 49

Tabel 5. Nilai ekonomis bahan bakar pada masing-masing perlakuan ........... 50

Tabel 6. Nilai efisiensi keseluruhan dari sistem .............................................. 53

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Konversi unit tekanan vakum ..................................................... 58

Lampiran 2. Tabel hasil pengukuran suhu masing-masing titik

pengukuran selama pemasakan I (Ulangan I dan II) .................. 59


pengukuran selama pemasakan II (Ulangan I dan II) ................ 60


pengukuran selama pemasakan III (Ulangan I dan II) ............... 61

Lampiran 5. Tabel pengukuran tekanan pada pengujian awal dan

pemasakan I, II, dan III ............................................................... 62

Lampiran 6. Penghitungan .............................................................................. 62

Lampiran 7. Tabel nilai efisiensi unit preheater pada pemasakan I ................. 65

Lampiran 8. Tabel nilai efisiensi unit preheater pada pemasakan II................ 66

Lampiran 9. Tabel nilai efisiensi unit preheater pada pemasakan III .............. 67

Lampiran 10. Tabel nilai efisiensi unit evaporator pada pemasakan I............. 68

Lampiran 11. Tabel nilai efisiensi unit evaporator pada pemasakan II ........... 69

Lampiran 12. Tabel nilai efisiensi unit evaporator pada pemasakan III .......... 70

Lampiran 13. Gambar teknik alat evaporator vakum ...................................... 70

I. PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Salah satu proses kritis dari pengolahan produk pangan adalah

mengurangi kadar air bahan sampai batas yang diinginkan. Hal ini ditujukan

baik untuk meningkatkan daya simpan bahan, mengurangi resiko kerusakan,

menaikkan nilai ekonomis, maupun untuk keperluan proses produksi

selanjutnya. Proses yang sering digunakan adalah dengan cara pengeringan,

katalisasi, penyaringan membran dan evaporasi.

Beberapa produk pangan tertentu yang sangat sensitif terhadap suhu

tinggi, karena akan merusak tekstur fisik juga kandungan kimia bahan yang

ada di dalamnya, proses di atas tidak bisa digunakan dalam kondisi biasa.

Pada dekade 60-an dikembangkanlah teknologi vakum. Salah satu teknologi

vakum pada proses penurunan kadar air bahan pangan adalah evaporator

vakum. Dengan teknologi ini bahan yang sensitif terhadap suhu tinggi bisa

diproses untuk dikurangi kadar airnya tanpa merusak kondisi fisik dan

kandungan kimia bahan.

Proses mengangkat kadar air dari bahan dilakukan dengan cara

pemberikan panas sampai pada batas titik didih zat pelarut yang akan

diangkat. Khusus untuk bahan pangan cair yang sangat sensitif terhadap

panas, pada suhu 40 – 70 0C, reaksi katalis enzim dapat mengubah sifat

pangan cair hanya dalam beberapa menit saja yang berakibat pada perubahan

sifat kimia juga fisik bahan tersebut. Sehingga walaupun diperlukan panas –

yang salah satunya untuk meng-inaktivasi enzim tapi pada saat yang

bersamaan kualitas pangan tersebut harus tetap terjaga. Untuk keperluan

tersebut pada alat evaporasi vakum operasi dilakukan pada tekanan ruang di

bawah tekanan atmosfer sehingga titik didih pelarut dapat diturunkan.

Saat ini, teknologi evaporasi vakum banyak digunakan pada industri

pangan terutama pada pengolahan bahan pangan pasta atau cairan kental

seperti pembuatan pasta tomat, produksi kecap, pengolahan jamu cina,

pengolahan susu, juga pembuatan beer.

Untuk memperoleh operasi evaporasi vakum yang optimum, ada

beberapa hal yang sangat menentukan, yaitu pindah panas yang cukup,

pemisahan uap-cairan yang efisien, penggunaan energi yang efisien, dan

perlakuan produk yang tepat. Empat hal di atas sangat berpengaruh baik pada

kualitas produk akhir maupun pada efisiensi produksi. Untuk itu, diperlukan

sebuah pengamatan cermat dan kalkulasi matematis yang tepat untuk

mengetahui efisiensi dari alat evaporator vakum. Selain itu, perlu diketahui

struktur, fungsi dan beberapa hal yang terkait dengannya.

B. TUJUAN

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melakukan uji performasi dan

analisis secara teknis kinerja dari alat evaporator vakum. Penelitian meliputi

perhitungan dan pengukuran laju evaporasi, konsumsi bahan bakar, efisiensi

alat, serta kemampuan alat dalam mempertahankan kondisi yang sesuai

selama proses pengolahan.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. EVAPORASI

Pemekatan bahan pangan cair merupakan satuan operasi yang penting

dalam industri pengolahan pangan. Evaporasi merupakan teknik dasar yang

digunakan dalam operasi ini. Evaporator adalah peralatan yang digunakan

untuk menurunkan kadar air bahan pangan dengan menggunakan prinsip

penguapan (evaporasi) zat pelarutnya sampai pada nilai yang diinginkan.

Menurut Heldman et al. (1992) satuan operasi yang paling penting dalam

pemekatan pangan cair adalah proses penguapan (evaporasi). Dalam proses

penguapan ini, pelarutnya (biasanya air) dikeluarkan dari pangan cair melalui

pemanasan sampai memperoleh konsentrasi yang diharapkan. Menurut Toledo

(1991), bagian utama dari evaporator adalah badan evaporator, kondensor dan

penukar panas (heat exchanger).

Untuk memperoleh penguapan yang optimum diperlukan pindah panas

yang cukup, pemisahan uap-cairan yang efisien, penggunaan energi yang

efisien, dan perlakuan produk yang tepat (Standiford dalam Heldman et al.,

1992).

Operasi evaporasi telah banyak digunakan secara luas dalam industri

pangan. Salah satu penggunaanya adalah dalam pengolahan buah menjadi jus

buah pekat (pasta) untuk memperoleh produk yang stabil (jam dan jeli) dan

untuk memperkecil volume penyimpanan dan pengangkutan. Selain itu,

operasi evaporasi juga sering digunakan dalam pengolahan produk sayuran

untuk memperoleh tekstur yang lebih baik seperti pure dan pasta (Heldman et

al., 1992).

Proses evaporasi merupakan proses yang melibatkan pindah panas dan

pindah masa secara simultan. Artinya, dalam proses ini sebagian air atau

pelarut akan diuapkan sehingga akan diperoleh suatu produk yang kental

(konsestrat). Proses pindah panas dan pindah masa yang efektif akan

meningkatkan kecepatan penguapan. Evaporasi akan terjadi apabila suhu suatu

bahan sama atau lebih tinggi dari titik didih cairan (Wirakartakusumah et al.,

1988).

Proses evaporasi yang paling sederhana adalah evaporasi pada tekanan

atmosfer. Dimana pada evaporasi ini cairan di dalam suatu wadah terbuka

dipanaskan dan uap air dikeluarkan ke udara atmosfer. Evaporator jenis ini

adalah evaporator yang paling sederhana, tetapi prosesnya lambat dan kurang

efisien dalam pemanfaatan energi (Heldman et al., 1992).

Untuk produk makanan yang sensitif terhadap suhu tinggi, titik didih

cairan atau pelarut harus diturunkan lebih rendah dari titik didih pada kondisi

normal (tekanan atmosfer). Menurunkan titik didih pelarut atau cairan

dilakukan dengan cara menurunkan tekanan di atas permukaan cairan menjadi

lebih rendah dari tekanan atmosfer atau disebut vakum (Wirakartakusumah et

al., 1989). Karena menurut Heldman et al. (1992), memperlama bahan pangan

(yang sensitif terhadap panas, pen.) pada temperatur tinggi selama proses

evaporasi terbuka menyebabkan hilangnya rasa dan menurunnya kualitas

produk. Maka, dikembangkanlah evaporator yang dioperasikan pada

temperatur rendah yang dilakukan pada ruang vakum.

Pada evaporator vakum ini efisiensi energi dapat dirancang dengan

penggunaan heat exchanger (alat penukar panas) untuk mengambil kembali

panas dari sistem untuk memanaskan bahan pangan atau dengan menggunakan

sistem multiple effect (efek banyak) dimana uap panas yang dihasilkan dari

satu efek digunakan kembali untuk menyediakan panas pada efek berikutnya.

Mesin evaporator vakum pertama kali ditemukan oleh Henri Nestlé pada

tahun 1866 yang menjadi industri besar pengolahan susu.

Evaporator yang biasa digunakan dalam industri diklasifikasikan

berdasarkan pada beberapa hal, yaitu berdasarkan tekanan operasinya (vakum

atau atmosfer), jumlah efek yang dipakai (tunggal atau jamak), jenis aliran

konveksi (alami atau buatan) atau berdasarkan kontinuitas operasi (curah atau

sinambung).

Heldman et al. (1992) mengklasifikasikan evaporator menjadi

evaporator pipa pendek atau kalandria (short-tube or calandria evaporator),

evaporator pipa panjang vertikal dengan lapisan naik (long-tube vertical,

rising film evaporator), evaporator pipa panjang dengan lapisan turun (long-

rube, falling film evaporator), evaporator aliran bertenaga (forced circulation

evaporator), evaporator lapisan tipis teraduk atau aliran tersapu (wiped

film/agitated thin-film evaporator), evaporator pelat datar (plate evaporator),

evaporator sentrifugal atau kerucut (centrifugal/conical evaporator) dan

evaporator suhu rendah (low temperature evaporator).

a. Evaporator pipa pendek (short-tube or calandria evaporator)

Evaporator pipa pendek merupakan evaporator yang paling tua.

Menurut Heldman et al. (1992), uap air panas sebagai sumber panas

berada di dalam rumah penukar panas yang dilengkapi dengan pipa-pipa

pendek disusun paralel vertikal. Bagian ini secara keseluruhan disebut

kalandria. Kalandria direndam oleh fluida yang kemudian mendidih dan

uap naik untuk selanjutnya dipisahkan. Evaporator tipe ini dapat

dioperasikan dengan aliran konveksi alami atau menggunakan pengaduk.

Aliran konveksi alami terjadi karena adanya perbedaan bobot jenis antara

fluida panas yang bergerak ke atas dengan fluida yang lebih dingin

bergerak ke bawah. Skema evaporator pipa pendek disajikan seperti pada

Gambar 1.

Gambar 1. Skema evaporator pipa pendek (Heldman et al., 1992).

b. Evaporator pipa panjang vertikal, dengan lapisan naik (long-tube vertical,

rising film evaporator)

Menurut Heldman et al. (1992) pada evaporator tipe ini umpan

dimasukkan dari bawah pada bagian penukar panas dan fluida menguap di

dalam pipa-pipa pemanas. Fluida naik dalam bentuk lapisan sepanjang

pipa karena adanya gerakan mengapung (buoyancy action) gelembung

uap yang terbentuk dalam pipa. Evaporator tipe ini mempunyai kelebihan

waktu kontak bahan dan pemanas singkat dengan laju pindah panas yang

cepat melalui lapisan tipis pada perbedaan suhu yang tinggi. Evaporator ini

juga relatif ekonomis. Kerugian dari evaporator tipe ini adalah jika

perbedaan suhu rendah, pindah panas juga rendah. Evaporator tipe ini

sangat baik digunakan untuk bahan yang encer dan sensitif terhadap panas,

seperti sari buah dan susu. Skema dari evaporator jenis ini disajikan seperti

pada Gambar 2

Gambar 2. Evaporator pipa panjang vertikal, dengan lapisan naik

(Heldman et al., 1992).

c. Evaporator pipa panjang vertikal, dengan lapisan turun (long-rube, falling

film evaporator)

Menurut Heldman et al. (1992), evaporator tipe ini merupakan salah

satu evaporator yang paling dikenal untuk menguapkan makanan yang

sensitif terhadap panas. Pada evaporator tipe ini, fluida dipompakan ke

bagian atas penukar panas hingga menyebar diantara pipa-pipa pemanas

yang mengakibatkan aliran lapisan tipis yang seragam turun melalui pipa-

pipa pemanas. Uap air kemduian dikumpulkan pada bagian bawah

pemisah uap. Evaporator jenis ini sangat dikenal umum dalam industri

pangan karena adanya kombinasi antara waktu kontak antara bahan

dengan pipa-pipa pemanas yang singkat dengan laju pindah panas yang

tinggi dan nilai ekonomis yang tinggi. Evaporator tipe ini juga dapat

menangani fluida yang lebih kental dari pada evaporator tipe pipa panjang

vertikal lapisan naik dan dapat beroperasi efisien pada perbedaan suhu

rendah. Evaporator tipe ini sangat baik jika dioperasikan pada tekanan

vakum, sehingga dapat digunakan untuk pangan yang sensitif terhadap

panas seperti produk susu dan sari buah. Untuk menjamin operasi

penguapan yang optimal, maka pipa-pipa pemanas harus selalu dijaga

berada dalam keadaan basah untuk menjaga laju distribusi ke tabung

evaporasi.

d. Evaporator aliran bertenaga (forced circulation evaporator)

Menurut Heldman et al. (1992) pada evaporator tipe ini fluida

disirkulasikan di dalam evaporator dengan cara dipompakan dan

dipanaskan baik pemanas dalam atau pemanas luar. Penguapan biasanya

tidak diperbolehkan berlangsung pada bagian penukar panas tetapi pada

bagian pemisahan. Pada evaporator tipe ini, aliran fluida berulang

beberapa kali. Sehingga koefisien pindah panasnya secara umum menjadi

lebih tinggi. Fluida kental atau berpartikel dapat dengan mudah ditangani

dengan cara ini, sehingga jenis evaporatot ini banyak digunakan dalam

industri pengolahan produk tomat dan pemurnian gula. Kerugian dari

evaporator tipe ini adalah waktu kontak antara bahan dengan alat pemanas

yang lama akibat sirkulasi berulang dan biaya tinggi akibat penggunaan

pompa sirkulasi. Skema dari evaporator jenis ini disajikan seperti pada

Gambar 4.

Gambar 3. Skema evaporator pipa panjang vertikal, dengan lapisan turun (Heldman et al., 1992).

Gambar 4. Skema evaporator aliran bertenaga (Heldman et al., 1992).

e. Evaporator lapisan tipis teraduk/lapisan tersapu (wiped film/agitated thin-

film evaporator)

Menurut Heldman et al. (1992), evaporator tipe ini digunakan untuk

memekatkan fluida yang sangat kental. Pada evaporator tipe ini, pindah

panas dapat ditingkatkan dengan cara melakukan penyapuan sinambung

pada lapisan sekeliling permukaan pindah panas. Pengadukan juga dapat

berfungsi mengurangi lengket/menempel bahan pada permukaan penukar

panas. Untuk memekatkan fluida dengan evaporator tipe ini, fludida

dimasukkan pada bagian atas pada permukaan pindah panas, kemudian

fluida turun secara gravitas dan diaduk dengan blade yang berputar terus

menerus. Produk yang telah dipanaskan dimasukkan ke dalam ruangan

penguapan dan dalam ruangan ini uap airnya dipisahkan dengan

konsentratnya. Evaporator tipe ini digunakan untuk fluida yang sangat

kental dan sangat sensitif terhadap panas atau fluida yang cenderung

menempel/lengkat pada permukaan pemanas. Salah satu contoh produk

yang cocok diuapkan dengan evaporator tipe ini adalah pasta tomat dan

gelatin. Keuntungan evaporator tipe ini adalah waktu kontak dapat dibuat

sangat pendek dan kebanyakan digunakan pada operasi efek tunggal

dengan perbedaan suhu yang tinggi untuk memaksimalkan efisiensi

penguapan. Skema evaporator tipe ini disajikan seperti pada Gambar 5.

Gambar 5. Skema evaporator lapisan tipis teraduk/lapisan tersapu (Heldman et al., 1992).

f. Evaporator pelat datar (plate evaporator)

Menurut Heldman et al. (1992), evaporator tipe ini sangat mirip

dengan penukar panas pelat datar. Pada evaporator tipe ini, fluida yang

akan dipekatkan dilewatkan pada salah satu sisi dari pelat datar, sementara

media pemanas melewati sisi yang lainnya. Penguapan dapat terjadi pada

bagian pelat datar atau pada ruangan pemisah yang letaknya di bagian luar.

Evaporator tipe ini memiliki beberapa keuntungan diantaranya operasinya

mudah dan fleksibel, laju pindah panas yang baik, waktu kontak sangat

singkat untuk produk yang sensitif terhadap panas dan produk yang

menempel. Evaporator tipe pelat datar dapat digunakan untuk memekatkan

bahan seperti larutan gula dan jagung, fluida yang pekat seperti pure buah,

pekatan kopi, gelatin, dan pekatan sirup buah. Skema evaporator tipe ini

disajikan seperti pada Gambar 6.

Gambar 6. Skema evaporator pelat datar (Heldman et al., 1992).

g. Evaporator sentrifugal/kerucut (centrifugal/conical evaporator)

Menurut Heldman et al. (1992), pada evaporator tipe ini adanya gaya

sentrifugal di dalam jerucut yang berputar menghasilkan lapisan tipis

produk. Pada sisi lainnya terdapat uap air panas atau air panas. Operasi

penguapan terjadi pada lapisan tipis selama melewati bagian tirus, dan

selanjutnya uap air dipisahkan dengan pekatannya pada bagian tirus

tersebut. Evaporator ini dapat digunakan untuk memekatkan fluida pekat

dan sangat sensitif terhadap panas (karena waktu kontak pemanasan yang

sangat singkat) seperti pure dan pasta tomat, kopi, susu dan gula.

Evaporator tipe ini mudah dioperasikan dan ruangan yang diperlukan

relatif kecil. Kekurangan dari evaporator tipe ini yaitu kapasitasnya kecil

dengan biaya investasi yang tinggi.

h. Evaporator suhu rendah (low temperature evaporator).

Menurut Heldman et al. (1992), untuk produk yang sangat sensitif

terhadap panas, proses evaporasi suhu rendah dapat menggunakan siklus

refrigerator mekanik yang standar. Dimana di dalam siklus refrigerator

amoniak, kompresor dapat digunakan untuk mengembalikan amoniak

menjadi gas tekanan tinggi. Gas anomiak tekanan tinggi ini kemudian

dimampatkan di dalam bagian pemindahan kalor pada evaporator dengan

lapisan naik, yang akan memberikan panasnya kepada produk yang sedang

diuapkan. Untuk itu, diperlukan kondisi ruang evaporasi vakum yang

tinggi untuk penguapan air dari produk pada temperatur rendah seperti ini.

Operasi bisa dilakukan para temperatur 15 oC – 16 oC. Sampai saat ini,

evaporator suhu rendah belum dimanfaatkan secara komersial karena

sangat mahalnya biaya operasi.

B. EVAPORATOR EFEK TUNGGAL (SINGLE EFFECT EVAPORATOR)

Single-effect-evaporator atau evaporator efek tunggal merupakan salah

satu jenis alat evaporator dimana di dalam prosesnya hanya dilakukan satu kali

proses evaporasi. Menurut Toledo (1991) evaporator efek tunggal terdiri

beberapa komponen, yaitu: ruang penguapan (vapor chamber) yang

merupakan tempat pemisahan air (pelarut) dari larutan, heat exchanger

sebagai penyedia panas untuk penguapan, kondenser untuk menarik keluar

uap dari ruang penguapan dan steam jet ejector untuk mengeluarkan gas yang

tidak terkondensasi dari sistem. Gambar 7 memperlihatkan diagram skematis

dari evaporator efek tunggal. Setiap vapor chamber dianggap sebagai satu

efek. Artinya, pada evaporator efek tunggal hanya terdapat satu ruang

penguapan. Apabila dalam sebuah evaporator terdiri dari beberapa ruang

penguapan yang tersusun seri, maka evaporator ini disebut sebagai multi-effect

evaporator atau evaporator efek jamak.

Gambar 7. Diagram skematis dari single-effect evaporator (Toledo, 1991).

1. Ruang Penguapan

Ruang penguapan atau vapor chamber umumnya merupakan bagian

yang paling besar dan paling terlihat dari sebuah alat evaporator. Di dalam

ruang ini air yang merupakan pelarut dari larutan diuapkan. Ruang

penguapan ini juga berfungsi sebagai sebuah reservoir bagi produk.

Bahan yang masuk ke dalam ruangan ini pertama kali akan

mendapatkan energi panas dari pemanas untuk menaikkan suhunya sampai

pada titik didihnya, lalu energi panas digunakan untuk menguapkan

pelarutnya.

Karena larutan yang dievaporasi di ruangan ini merupakan campuran

antara pelarut (air) dengan bahan organik, maka akan terjadi kenaikkan

titik didih larutan dibandingkan dengan titik didih air pada kondisi murni.

Menurut Toledo (1991), pada sebagian besar produk makanan, padatan

terlarut merupakan komponen organik. Suhu penguapan merupakan suhu

uap jenuh pada tekanan absolut di dalam ruang penguapan tersebut. Ketika

suatu cairan merupakan larutan yang mengandung air, maka uap dan

cairan memiliki suhu yang sama. Akan tetapi, larutan yang telah

dipekatkan akan menunjukkan kenaikan titik didihnya, hasilnya titik didih

larutan akan lebih besar dibandingkan dengan titik didih air murni.

Pada kondisi vakum, terutama untuk proses evaporasi pangan cair

yang sensitif terhadap panas yang tinggi, tekanan absolut di dalam ruangan

ini dengan otomatis akan mengalami penurunan di bawah tekanan

atmosfer. Penurunan tekanan absolut ini berakibat pada menurunnya titik

didih larutan yang ada di dalamnya. Hal ini mengakibatkan pada suhu

rendah pelarut dari larutan pangan cair bisa diuapkan.

2. Kondenser

Kondenser merupakan bagian dari alat evaporator yang berfungsi

untuk menangkap uap panas hasil evaporasi di ruang penguapan. Uap

panas di dalam kondenser akan berubah bentuk menjadi fase cair setelah

melewati titik embunnya.

Menurut Toledo (1991), ada dua jenis kondenser yang umum

digunakan. Tipe pertama, kondenser yang permukaan kondensernya

digunakan ketika uap menginginkan untuk digunakan kembali. Tipe

kondenser ini sebenarnya merupakan heat exchanger dingin dari sebuah

refrigeran atau pendingin air. Tipe yang kedua adalah kondenser dimana

pendingin airnya dihubungkan secara langsung dengan kondensat.

Kondenser tipe ini merupakan sebuah kondenser bertekanan dimana uap

memasuki sebuah penguapan dalam bentuk lapisan air di bagian atas

kondenser.

Pada kondenser terjadi kondensasi uap dengan melepaskan kalor

latennya kepada air pendingin. Air pendingin yang sering digunakan pada

kondenser biasanya bersasal dari air sungai atau sumur. Baik dengan ada

pendingin tambahan maupun tidak.

3. Heat Exchanger (HE)

Pada alat evaporator, heat exchanger merupakan unit penyedia

panas bagi proses evaporasi. Alat ini merupakan suatu peralatan dimana

terjadi perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi

kepada fluida lain yang temperaturnya lebih rendah. Proses perpindahan

panas tersebut dapat dilakukan secara langsung maupun tidak. Proses

perpindahan panas secara langsung terjadi ketika fluida yang panas

bercampur secara langsung dengan fluida yang lebih rendah temperaturnya

tanpa adanya pemisah dalam sebuah bejana atau ruangan seperti pada jet

condensor, pesawat desuperheater pada ketel (water injection

desuperheater), dan pesawat deaerator (yaitu antara air dan ketel dengan

uap yang diinjeksikan). Sedangkan proses perpindahan panas tidak

langsung terjadi ketika fluida panas tidak berhubungan secara langsung

(indirect contact) dengan fluida dingin. Jadi, proses perpindahan panasnya

mempunyai media perantara, seperti pipa, plat atau perantara yang lainnya,

seperti kondenser pada turbin uap, pesawat pemanas uap lanjut pada ketel

(antara uap basah dengan gas asap panas pembakaran), pemanas air

pendahuluan pada ketel (ekonomiser) dan pemanas udara pembakaran (air

preheater) (Sitompul, 1993).

Saat ini ada banyak jenis Heat Exchanger (HE) yang

dikembangkan pada industri-industri. Beberapa jenis HE tersebut

diantaranya: shell and tube heat exchanger, plate heat exchanger,

regenerative heat exchanger, adiabatic wheel heat exchanger, fluid heat

exchangers, dan dynamic Scraped surface heat exchanger. Dari beberapa

jenis HE di atas, tipe shell and tube lebih banyak digunakan. Menurut

Sitompul (1993), keuntungan dari pemanfaatan HE jenis shell and tube

adalah:

a. Konfigurasi yang dibuat, akan memberikan luas permukaan yang

besar dengan bentuk atau volume yang kecil.

b. Mempunyai lay-out mekanik yang baik, bentuknya cukup baik

untuk operasi bertekanan.

c. Menggunakan teknik fabrikasi yangb sudah mapan.

d. Dapat dibuat dengan berbagai jenis material sesuai dengan

temperatur dan tekanan operasinya.

e. Mudah membersihkannya.

f. Prosedur perencanaannya sudah mapan.

g. Konstruksinya sederhana, pemakaian ruangan relatif kecil.

h. Prosedur pengoperasiannya tidak berbelit-belit, sangat mudah

dimengerti.

i. Konstruksinya dapat dipisah-pisah satu sama lain, sehingga

pengangkutannya relatif gambang.

C. ALIRAN MASA DAN ENERGI PADA EVAPORATOR

Secara sederhana aliran masa dan energi pada single-effect evaporator

ditunjukkan dalam bagan Gambar 8.

Gambar 8. Diagram aliran massa dan energi pada evaporator (Heldman, 1992).

Umpan masuk dengan suhu tertentu, lalu dipekatkan untuk luas tertentu,

kemudian dipisahkan dari uap air pada titik didihnya, yang diatur dengan

tekanan evaporator. Uap air panas masuk ke dalam ruang pemisahan uap air,

lalu kondensat keluar di sisi lain sebagai hasil perpindahan panas pada

permukaan evaporator. Persamaan keseimbangan masa dan energi yang

sederhana ini dapat dimanfaatkan untuk menghitung operasi evaporator.

Secara sederhana keseimbangan tersebut dituliskan dalam persamaan berikut:

F = V + P ......................................................................................... (1)

xFF = xPP .......................................................................................... (2)

dimana F, V, dan P secara berturut-turut adalah laju aliran dari umpan, uap air

dan produk. Sementara itu, xF adalah fraksi massa padatan dalam umpan, dan

xP adalah fraksi massa padatan dalam produk. Keseimbangan entalpi disekitar

evaporator ini dapat ditulis sebagai berikut:

FhF + ShS = VhV + PhP + ChC ...................................................(3)

Dimana secara berturut-turut hF, hS, hV, hP, dan hC adalah entalphi dari

umpan, uap air panas, uap air, produk dan kondensat. Persamaan tersebut

terpecahkan secara serentak dengan menunjukkan persamaan perpindahan laju

pemanasan (q):

q = U x A x ∆T = U x A x (Ts – Tp).................................................. (4)

dimana U adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan, A adalah luasan

pindah panas, Ts adalah suhu penguapan, dan Tp adalah suhu produk.

Menurut Sitompul (1993), besarnya koefisien pindah panas menyeluruh

(U) merupakan kebalikan dari tahanan keseluruhan, yang meliputi tahanan

konveksi fluida panas, konveksi lapisan, tahanan konduksi tebal pipa, tahanan

lapisan kotor disebelah fluida dingin, serta tahanan fluida dingin. Nilai

koefisien pindah panas menyeluruh disampaikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Tipikal koefisien perpindahan panas keseluruhan (overall heat transfer coefficient)

Penukar kalor menggunakan shell dan tube

Fluida panas Fluida dingin U (W/m2 0C)

Heat Exchanger Water Water 800 - 1500 Organic solvents Organic solvents 100 - 300 Light oils Light oils 100 - 400 Heavy oils Heavy oils 50 - 300 Gases Gases 10 - 50

Cooler Organic solvents Water 250 - 750 Light oils Water 350 - 900 Heavy oils Water 60 - 300 Gases Water 20 - 300 Organic solvents Brine 150 - 500 Water Brine 600 - 1200 Gases Brine 15 – 250

Fluida panas Fluida dingin U (W/m2 0C)

Heater Steam Water 1500 - 4000 Steam Organic solvents 500 - 1000 Steam Light oils 300 - 900 Steam Heavy oils 60 - 450 Steam Gases 30 - 300 Dowtherm Heavy oils 50 - 300 Dowtherm Gases 20 - 200 Flue gases Steam 30 - 100 Flue Hydrocarbon vapors 30 - 100

Condensers Aqueous vapors Water 1000 - 1500 Organic vapors Water 700 - 1000 Organic (some non-condensible) Water 500 - 700 Vacuum condensers Water 200 - 500

Sitompul, 1993. 1. Aliran dan Distribusi Temperatur pada Evaporator

Sesuai dengan namanya, pada evaporator proses yang terjadi adalah

perubahan fase cairan menjadi uap, atau disebut sebagai proses penguapan.

Menurut Sitompul (1993), proses evaporasi terjadi pada temperatur tetap.

Sehingga distribusi temperatur yang terjadi pada evaporator seperti

disajikan pada gambar berikut:

Gambar 9. Distribusi temperatur panjang (luas) tube pada evaporator aliran paralel (Sitompul, 1993).

Dimana T1 = Temperatur fluida panas masuk HE, T2 = Temperatur

fluida panas keluar dari HE, t1 = temperatur fluida dingin masuk HE, dan t2

= temperatur fluida dingin keluar dari HE. Pada saat t1 fluida masuk ke

dalam evaporator dan pada t2 fluida menjadi uap.


aliran berlawanan (Sitompul, 1993).

2. Aliran dan Distribusi Temperatur pada unit Kondensor

Untuk mendapatkan gambaran aliran dan distribusi temperatur pada

kondensor perlu diketahui terlebih dulu proses yang terjadi pada

kondensor. Menurut Sitompul (1993), dalam kondensor yang terjadi

adalah perubahan fase uap menjadi fase air (air kondensat). Ini terjadi

karena uap basah (saturater steem) memberikan panas yang dikandungnya

(latent heat) kepada air pendingin.

Sitompul (1993), memberikan gambaran bahwa proses kondensasi

merupakan lepasnya latent-heat uap pada temperatur yang tetap. Sehingga

distribusi temperatur panjang atau luas tube dapat digambarkan pada

Gambar 11 dan Gambar 12.

Gambar 11. Distribusi temperatur panjang (luas) tube pada kondensor, aliran paralel (Sitompul, 1993).

Dimana T1 = Temperatur fluida panas masuk HE, T2 = Temperatur

fluida panas keluar dari HE, t1 = temperatur fluida dingin masuk HE, dan t2

= temperatur fluida dingin keluar dari HE. Pada saat T1 uap bebas dari

turbin masuk ke dalam kondensor dan pada T2 uap menjadi air kondensat.

Gambar 12. Distribusi temperatur panjang (luas) tube pada kondensor aliran berlawanan (Sitompul, 1993).

3. Kenaikan Titik Didih Bahan

Menurut Toledo (1991), suhu penguapan sebuah evaporator dapat

dihitung dengan mengetahui tekanan absolut yang terjadi di ruang

penguapan. Dimana suhu penguapan merupakan suhu uap jenuh pada

tekanan absolut di dalam ruang penguapan tersebut. Ketika suatu cairan

merupakan larutan yang mengandung air, maka uap dan cairan memiliki

suhu yang sama. Akan tetapi, larutan yang telah dipekatkan akan

menunjukkan kenaikan titik didihnya, menghasilkan lebih besarnya suhu

titik didih dibandingkan dengan air murni.

Jadi, terpisahnya uap air cairan menjadi uap panas terjadi pada suhu

yang sama dengan titik didih cairan. Mengenai meningkatnya kehilangan

panas pada sekeliling ruang penguapan, uap akan menjadi jenuh pada

tekanan absolut di dalam ruang penguapan atau superheater steam pada

titik didih larutan.

Menurut Toledo (1992), pada sebagian besar produk makanan,

padatan terlarut merupakan componen organik. Sehingga kenaikan titik

didih larutan dapat digambarkan dengan persamaan:

∆Tb = 0.51 m............................................................................. (5)

dimana, ∆Tb merupakan kenaikan titik didih larutan (oC) dengan molalitas

(m) di bawah titik didih air murni pada tekanan absolut.

4. Laju Evaporasi

Laju evaporasi (evaporation rate) adalah kuantitas air yang berhasil

dievaporasi (diuapkan) menjadi uap persatuan waktu tertentu. Satuan yang

biasa digunakan adalah kg uap/jam, kg uap/jam m-2 permukaan

pemanasan, kg uap/jam m-3 volume tungku, dan kg uap/kg bahan bakar.

Besarnya laju evaporasi dipengaruhi oleh temperatur larutan dan luas

permukaan sentuh evaporasi. Laju evaporasi juga sangat ditentukan oleh

jenis larutan, karena setiap larutan terdiri dari molekul yang berbeda-

berbeda dalam jumlah gaya interaksi yang ada antar molekul tersebut

(Deese, 2002).

B. MINYAK TANAH

Minyak tanah adalah senyawa hidrokarbon hasil destilasi minyak bumi

yang paling berat, yaitu pada suhu 150 °C - 275 °C. Komposisi rantai

hidrokarbonnya berisi 12 -15 atom karbon. Persenyawaan hidrokarbon minyak

tanah adalah CnH2n dan CnH2n+2 (n = 1, 2, 3, ..dst). Dimana nilai n menentukan

berat jenis minyak tanah, semakin tinggi nilai n semakin tinggi berat jenisnya.

Minyak tanah memiliki densitas (ρ) 0.75 - 0.85 gram/cm3 atau 750 - 850

kg/m3. Skema penyulingan minyak bumi disajikan seperti pada gambar

berikut:

Gambar 13. Skema penyulingan minyak bumi (Deese, 2001).

Minyak tanah untuk pertama kali diuraikan oleh seorang ilmuwan

Islam bernama Al-Razi pada abad ke-9 di Baghdad. Ia menguraikan dua

metoda untuk memproduksi minyak tanah. Metoda pertama menggunakan

tanah liat sebagai media penyerap, sedangkan metoda yang kedua

menggunakan ammonium klorid sebagai media penyerap. Dari hasil

penemuannya inilah kemudian berkembang teknologi lampu minyak tanah.

Minyak tanah banyak digunakan baik untuk kebutuhan rumah tangga

maupun industri. Untuk skala rumah tangga, minyak tanah digunakan sebagai

bahan bakar kompor minyak tanah untuk memasak, lampu minyak tanah dan

yang lainnya. Sedangkan untuk skala industri, minyak tanah digunakan

sebagai bahan bakar burner dan jenis pembakaran lainnya.

Kelebihan dari minyak tanah selain mudah didapat juga karena

harganya relatif murah. Dibandingkan dengan bahan bakar lain seperti gas

atau solar. Begitu juga dengan energi lain seperti listrik. Namun, minyak tanah

memiliki beberapa kelemahan yang menjadi pertimbangan penggunaannya

dalam skala besar, diantaranya mudah berjelaga, sifat letupan yang besar dan

membutuhkan suhu cukup tinggi untuk penguapannya. Menurut Basler

(1980), titik didih awal minyak tanah adalah 175oC dan titik didih akhir

225oC.

Proses pembakaran minyak tanah oleh oksigen dituliskan dalam rumus

reaksi kimia sebagai berikut:

C8H18 + 12,5 O2 � 8 CO2 + 9 H2O + Energi

Energi panas dari proses pembakaran inilah yang dimanfaatkan untuk

berbagai kepentingan manusia, salah satunya untuk proses evaporasi sebagai

sumber energi pemanasan bahan dan penguapannya. Nilai panas pembakaran

minyak tanah adalah sekitar 18,500 btu/lb, atau 43.1 MJ/kg (10374.96

kkal/kg).

BAB III. METODE PENELITIAN

A. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN

Penelitian ini dilaksanakan di bengkel Metatron Fakultas Teknologi

Pertanian Insitut Pertanian Bogor (Fateta – IPB) pada bulan September 2005

sampai Januari 2006. Kemudian dilanjutkan di bengkel KUD Cibeureum pada

bulan Januari sampai Mei 2006.

B. BAHAN DAN ALAT

Bahan yang digunakan untuk pengujian adalah minyak tanah sebagai

bahan bakar dan air sebagai fluida pada heat exchanger, kondensor, serta

umpan bahan. Sedangkan alat yang digunakan adalah: alat evaporator vakum

single-effect, stopwatch, hybrid recorder, termokopel jenis k, barometer,

meteran, penggaris dan seperangkat peralatan bengkel.

C. PROSEDUR PENELITIAN

Pengujian alat evaporator vakum ini ditekankan pada kemampuan

menciptakan dan mempertahankan kondisi vakum di ruang evaporasi,

konsumsi bahan bakar, pindah panas pada bagian heat exchenger dan

evaporator, laju penguapan, serta efisiensi sistem secara keseluruhan..

1. Pengukuran dan Pengamatan

Pengukuran dan pengamatan yang dilakukan pada penelitian ini

meliputi:

a. Suhu

Suhu diperoleh dari pengukuran pada titik-titik yang telah

ditentukan. Suhu yang diukur pada penelitian ini meliputi suhu bahan

pada preheater, suhu bahan pada ruang penguapan, suhu air pada heat

exchanger, suhu air keluar dari heat exchanger, suhu air masuk heat

exchanger, suhu air keluar-masuk kondensor, suhu uap hasil evaporasi

dan suhu lingkungan. Selengkapnya dapat di lihat pada Gambar 14.

Pembacaan suhu dilakukan menggunakan alat hybrid recorder yang

dihubungkan dengan sensor suhu termokopel dan dicatat setiap 5

menit sekali selama 3 kali perlakukan dengan masing-masing 2 kali

pengulangan berdurasi 45 menit. Satuan yang digunakan adalah oC

(derajat Celcius).

b. Tekanan Vakum

Tekanan vakum adalah kondisi vakum yang terjadi pada ruang

penguapan. Tekanan vakum dihasilkan dari operasi pompa vakum

yang ada di bagian evaporator. Pengukuran dilakukan dengan

pengamatan pressure-gauge yang dipasang pada salah satu titik di

ruang penguapan. Satuan yang digunakan adalah kPa. Nilai tekanan

vakum merupakan tekanan di bawah tekanan atmosfer. Pengamatan

dicatat pada awal, tengah dan akhir operasi dalam setiap pengulangan.

c. Volume Bahan

Ada dua pengukuran dan pengamatan volume bahan yang diukur,

yaitu bahan di ruang preheater yang di ukur pada awal proses

evaporasi dan bahan yang ada di ruang penguapan sebagai hasil dari

proses evaporasi. Satuan yang digunakan adalah m3.

d. Konsumsi Bahan Bakar

Bahan bakar yang digunakan pada penelitian ini adalah minyak

tanah sebagai bahan bakar pada burner di bagian heat exchanger.

Konsumsi bahan bakar didefinisikan sebagai banyaknya minyak tanah

yang dikonsumsi dalam setiap proses penguapan. Satuan yang

digunakan dalam liter.

e. Laju Penguapan

Laju penguapan pada alat evaporator vakum ini merupakan laju

kuantitas air yang berhasil dievaporasi (diuapkan) menjadi uap

persatuan waktu (jam). Atau bisa juga didefinisikan sebagai laju

penurunan kadar air bahan yang dievaporasi per satuan waktu.

Pengukuran didapat dengan pengamatan pada ruang evaporasi, yaitu

selisih volume bahan masuk dengan bahan tersisa. Selisih bahan ini

merupakan jumlah bahan yang berhasil dievaporasi

2. Parameter

a. Proses Evaporasi

Proses evaporasi dilakukan dengan cara menguapkan bahan

pelarut dari bahan (biasanya air) dari pangan cair melalui pemanasan

sampai memperoleh konsentrasi yang diharapkan. Penguapan terjadi

ketika suhu lingkungan lebih tinggi dari titik didih zat pelarut. Pada

proses evaporasi ini, zat pelarut akan menguap pada titik didihnya dan

keluar meninggalkan bahan (pangan cair).

Untuk produk makanan yang sensitif terhadap suhu tinggi tinggi,

titik didih pelarut harus diturunkan lebih rendah dari titik didih pada

kondisi normal (tekanan atmosfer). Menurunkan titik didih zat pelarut

ini dilakukan dengan cara menurunkan tekanan di atas permukaan

cairan menjadi lebih rendah dari tekanan atmosfer atau disebut vakum

(Wirakartakusumah et. al., 1989).

b. Laju Evaporasi

Laju evaporasi/penguapan menunjukkan laju keluarnya air dari

bahan yang diuapkan per satuan waktu, berdasarkan persamaan

(Toshizo Ban, 1971):

θδδ 21 mm

T

M −= ..................................................................... (6)

dimana, T

M

δδ

adalah laju evaporasi, m1 adalah kadar air awal bahan,

m2 adalah kadar air akhir bahan dan θ adalah lamanya/waktu proses

evaporasi.

c. Kenaikan Suhu Titik Didih Bahan

Titik didih bahan pada kondisi normal adalah titik dimana bahan

memiliki energi untuk mengubah fase bahan dari cair menjadi uap air.

Dalam evaporasi perubahan titik didih pelarut (biasanya air)

disebabkan oleh bergabungnya beberapa molekul bebas air dengan

molekul-molekul zat terlarut. Dimana untuk senyawa organik

kenaikkan titik didih air sebagai zat pelarut pada bahan tersebut dapat

ditentukan menggunakan persamaan (5):

∆Tb= 0.51 m

dimana, ∆Tb merupakan kenaikan titik didih larutan (oC) dengan

molalitas (m) di bawah titik didih air murni pada tekanan absolut.

Sementara itu, titik didih zat pelarut akan menurun dibandingkan

pada kondisi normal akibat turunnya tekanan operasi. Nila penurunan

titik didih ini dapat ditentukan menggunakan tabel sifat uap panas pada

tekanan yang diterima bahan pada titik tertentu. Dimana tekanan dalam

ruang operasi dapat diketahui dengan menjumlahkan tekanan operasi

hasil pemakuman dengan tekanan bahan pada tinggi tertentu akibat

gaya gravitasinya, yang dirumuskan dengan:

P = pabs + (ρ x g x h)........................................................... (7)

dimana,

P = tekanan yang diterima bahan (kPa)

pabs = tekanan operasi hasil pemakuman (kPa)

ρ = masa jenis bahan (kg/m3)

g = gaya gravitasi (m/s2)

h = ketinggian bahan dari permukaan bumi (m)

d. Pindah Panas

Aspek penting lainnya pada desain evaporator adalah pada laju

pindah panas dari sumber panas ke bahan. Menurut Heldman et al.

(1992), laju pindah panas yang terjadi pada evaporator secara umum

dapat digambarkan dengan persamaan:

q = U x A x ∆T ...................................................................... (4)

dimana q adalah laju pindah panas, U adalah koefisien pindah panas

menyeluruh, dan A adalah luasan pindah panas.

Ada 4 point perhatian dalam hal kajian pindah panas yang terjadi

pada alat evaporator ini, yaitu pada heat exchanger, preheater, ruang

evaporasi (evaporator) dan kondensor. Pada penelitian ini hanya

difokuskan pada dua titik saja, yaitu analisis pindah panas pada

preheater dan ruang evaporasi.

Pindah panas yang terjadi pada preheater meliputi panas yang

diterima bahan untuk menaikkan suhu sampai setting point (Q1) dan

panas yang hilang pada ruang preheater (Q2). Sedangkan pindah panas

dalam ruang penguapan meliputi panas untuk menaikkan suhu air

sampai titik didihnya (Q3), untuk penguapan (Q4) dan panas yang

hilang pada ruang penguapan (Q5). Efisiensi-efisiensi yang ditentukan

terdiri dari efisiensi preheater, efisiensi evaporasi dan efisiensi sistem

secara keseluruhan.

Perhitungan panas dalam preheater dapat didekati menggunakan

persamaan:

Qa = ma x cpa x (Tai – Tao) ...................................................... (8)

Q1 = mb x cpb x (Tb2 – Tb1)..................................................... (9)

dimana,

Qa = panas yang diberikan oleh fluida panas/air (W)

Q1 = panas yang diterima oleh bahan untuk menaikkan suhu (W)

ma = laju aliran masa fluida panas (kg/s)

mb = laju aliran masa bahan (kg/s)

cpa = panas jenis fluida panas (kJ/kg oC)

cpb = panas jenis bahan (kJ/kg oC)

Tai = suhu fluida panas masuk preheater (oC)

Tao = suhu fluida panas keluar preheater (oC)

Tb1 = suhu bahan awal (oC)

Tb2 = suhu bahan akhir (oC)

Penghitungan pindah panas dalam ruang penguapan yang

meliputi panas untuk menaikkan suhu bahan (Q3), penguapan (Q4),

dan panas yang hilang (Q5), dihitung menggunakan persamaan:

Q3 = mb x cp b x (Tb2 – Tb1).................................................... (10)

Q4 = mu x L .......................................................................... (11)

dimana,

Q3 = panas yang diterima untuk menaikkan suhu air/bahan (W)

Q4 = panas yang diterima untuk mengubah fase bahan (W)

Q5 = panas yang hilang pada ruang penguapan (W)

mb = laju aliran masa bahan yang dimasak (kg/s)

mu = laju aliran masa uap hasil evaporasi (kg/s)

cpb = panas spesifik air (W/m2 oC)

Tb1 = suhu bahan masuk ruang penguapan (oC)

Tb2 = suhu titik didih bahan di ruang penguapan (oC)

L = panas laten penguapan air (J/kg)

e. Efisiensi Sistem

Dalam penghitungan ini dilakuakan tiga penghitungan efisiensi,

yaitu efisiensi preheater, ruang evaporator, dan sistem secara

keseluruhan. Untuk mengetahui efisiensi preheater menggunakan

persamaan:

ηp = Q1/Qa............................................................................. (12)

Sementara untuk mengetahui efisiensi penguapan menggunakan

persamaan:

ηe = (Q3 + Q4) / Qa................................................................ (13)

Sedangkan efisiensi sistem (ηs) keseluruhaan merupakan

perbandingan antara panas yang diterima oleh bahan (untuk menaikkan

suhu bahan dan mengubah fase bahan) dengan panas input dari bahan

bakar yang terpakai (Qin), yang dirumuskan dengan:

ηs = (Q1 + Q3 + Q4) / Qin....................................................... (14)

3. Langkah-Langkah Pengujian

Langkah-langkah pengujian alat evaporator vakum ini adalah

sebagai berikut:

1. Pemasangan sensor suhu berupa termokopel pada titik-titik

pengukuran dan menghubungkannya dengan hybrid recorder.

2. Pengisian air ke dalam sistem mulai dari heat exchanger, ruang

pemanasan awal dan ruang penguapan. Air diisikan pertama kali ke

dalam heat exchanger, lalu pompa di bagian heat exchanger

dihidupkan agar air tersebut mengalir mulai dari heat exchanger

sampai ruang penguapan, akhirnya kembali lagi ke dalam heat

exchanger. Pengisian air di bagian heat exchanger tidak dilakukan

dengan penuh untuk memberikan ruang bagi steem akibat pemanasan.

Sementara di bagian double jacket (ruang pemanasan awal dan ruang

penguapan) dilakukan secara penuh.

3. Pengisian bahan ke dalam ruang pemanasan awal dan pengukuran

tinggi bahan awal.

4. Pengisian bahan bakar pada jerigen untuk pembakaran di burner pada

heat exchanger.

5. Pemasangan komponen alat yang menggunakan arus listrik dengan

sumber tegangan pada panel listrik. Sistem kontrol akan mengatur on-

off pada burner dan pompa untuk mengalirkan fluida panas dari heat

exchanger ke bagian ruang pemanasan awal secar otomatis. Burner

hidup ketika suhu air (fluida) panas di dalam HE kurang dari 90 oC dan

mati ketika lebih dari 90 oC. Berbarengan dengan itu, pompa menyala

untuk mengalirkan fluida panas ke bagian berikutnya (preheater dan

ruang evaporasi). Ketika suhu bahan di dalam ruang preheater

mencapai setting point, pompa mati. Setting point yang diberikan

adalah 60 oC, 65 oC, dan 70 oC. Begitu suhunya turun, maka pompa

hidup kembali. Begitu seterusnya.

6. Ketika suhu air di ruang pemanasan awal sudah mencapai nilai dari

setting point, pompa bahan yang akan mengalirkan air dari ruangan ini

ke dalam ruang penguapan dihidupkan. Lalu mengukur tinggi bahan di

ruang penguapan.

7. Menghidupkan pompa vakum untuk menciptakan kondisi vakum pada

ruang penguapan. Lalu mengukur tekanan vakum yang terjadi.

8. Melakukan pengukuran pada titik-titik yang sudah ditentukan.

Pengukuran tersebut dilakukan setiap lima menit selama 45 menit.

Pengukuran dilakukan sebanyak 3 kali pemasakan masing-masing 2

kali pengulangan.

9. Melakukan pengukuran tinggi bahan di ruang penguapan sebagai hasil

dari proses evaporasi.

10. Mengukur konsumsi bahan bakar pada setiap kali pengulangan dan

tinggi bahan akhir di ruang penguapan.

Gambar 14. Diagram alir pelaksanaan penelitian.

D. TITIK-TITIK PENGUKURAN

Pengujian alat dititikberatkan pada kemampuan alat dalam

menciptakan dan mempertahankan kondisi vakum di dalam ruangan evaporasi

selama proses berlangsung. Selain itu pengamatan juga ditekankan pada

kondisi titik didih penguapan, pindah panas di unit preheater dan ruang

penguapan, konsumsi bahan bakar, laju penguapan serta efisiensi alat baik

perunit maupun secara keseluruhan. Sehingga parameter yang diukur meliputi:

suhu, tekanan, volume bahan serta konsumsi bahan bakar.

Pengukuran tekanan dilakukan dengan melakukan pengamatan pada

pressure gauge yang ada di unit kondenser. Sementara pengukuran suhu

dilakukan pada titik-titik yang sudah ditentukan seperti yang disajikan pada

Gambar 15. Titik-titik tersebut adalah sebagai berikut:

• T1 = Suhu fluida panas dari HE masuk ruang preheater

• T2 = Suhu fluida panas keluar preheater dan masuk ruang

penguapan

• T3 = Suhu bahan di dalam ruang preheater

• T4 = Suhu fluida panas keluar dari ruang penguapan

• T5 = Suhu air masuk kondensor dari chiller

• T6 = Suhu air keluar dari kondensor ke chiller

• T7 = Suhu lingkungan

Gambar 15. Titik-titik pengukuran suhu pada pengujian alat evaporator vakum.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. DESKRIPSI ALAT

Alat evaporator vakum ini mempunyai bagian-bagian yang saling

berhubungan. Dimana bagian yang satu sangat mempengaruhi bagian yang

lain. Untuk itu dilakukan dua pengamatan, yaitu pengamatan fungsional dan

pengamatan struktural. Pengamatan fungsional adalah pengamatan terhadap

fungsi-fungsi yang digunakan pada alat evaporator vakum. Sementara

pengamatan struktural merupakan pengamatan terhadap alat dari sisi tipe,

bahan yang digunakan untuk pembuatan alat, dimensi, juga susunan pipa pada

alat evaporator. Berikut adalah diagram skematis dari alat evaporator vakum:

Gambar 16. Diagram skematis alat evaporator vakum.

1. Pengamatan Fungsional

Alat evaporator yang diuji pada penelitian ini dilihat dari jenis

tekanan operasinya termasuk ke dalam jenis evaporator vakum. Karena

operasi dilakukan pada tekanan di bawah tekanan atmosfer. Sementara itu,

dilihat dari sisi jenis proses evaporasinya, alat evaporator ini termasuk ke

dalam jenis evaporator biasa. Karena pindah panas antara fluida panas

dengan bahan hanya terjadi pada dinding ruang evaporator. Sedangkan,

dilihat dari sisi banyaknya efek yang digunakan, alat ini termasuk ke

dalam jenis evaporator efek tunggal (single effect evaporator).

Secara fungsional alat evaporator ini terdiri dari beberapa fungsi

operasi, yaitu: alat penukar panas (heat exchanger device), alat distribusi

(distribution device), pemisah uap air (vapor-liquid separator), kondenser,

penghasil vakum, pemanas awal, dan pengontrol operasi (operation

controller).

a. Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)

Alat Penukar Kalor (APK) atau Heat Exchanger pada evaporator

ini berfungsi untuk melakukan pindah panas dari udara kepada

air/fluida. Fluida ini yang digunakan untuk memanaskan sekaligus

menguapkan bahan yang diproses (berupa fluida pangan) melalui

pindah panas konduksi dan konveksi.

Heat exchanger yang digunakan pada alat ini adalah tipe tidak

langsung. Dimana fluida/air sebagai penyalur panas ke bahan tidak

berhubungan langsung dengan udara panas hasil pembakaran. Media

pembatasnya berupa pipa, dimana udara panas berada di dalam pipa,

sementara air berada di luar pipa. Aliran yang terjadi pada alat ini

adalah tipe counter flow, yaitu tipe aliran berlawanan antara aliran

fluida dengan udara panas dengan sistem 1-1 shell and tube pass.

b. Alat Distribusi (distribution device)

Ada tiga jenis sistem distribusi yang terjadi pada alat ini.

Pertama, distribusi air panas dari alat penukar panas (heat exchanger)

ke bagian preheater (ruang pemanas awal) dan ruang evaporator.

Kedua, distribusi air dari ruang pendingin ke ruang kondenser. Ketiga,

distribusi bahan pangan cair dari preheater ke ruang evaporator. Alat

distibusi ini mensyaratkan kecilnya hambatan yang diterima oleh

bahan yang didistibusikan, sehingga akan berpengaruh pada laju

distribusinya. Media yang dipergunakan sebagai alat distibusi adalah

pipa dengan pompa fluida.

c. Alat Pemisah Uap-Air (vapor-liquid separator)

Alat pemisah uap-air ini adalah tempat dimana bahan berupa

pangan cair (bahan) dievaporasi. Bahan akan dikurangi kadar airnya

dengan cara menguapkan sebagian kandungan airnya (pelarut). Air

dari bahan menguap ketika suhu bahan mencapai dari titik didih zat

pelarutnya (air). Namun, untuk bahan yang rentan terhadap panas,

suhu bahan dijaga agar tidak merusak kandungan bahan yang akan

berakibat pada menurunnya kualitas dan rasa produk. Untuk itu, proses

evaporasi dilakukan dalam keadaan tekanan vakum. Sehingga, titik

didih zat pelarut akan turun di bawah kondisi normalnya (tekanan

atmosfer).

d. Kondenser

Kondenser adalah alat yang memiliki fungsi untuk mengubah

fase uap air panas (steem) menjadi air. Di dalam kondenser uap panas

yang berasal dari ruang penguapan diembunkan dengan adanya proses

pindah panas dari uap ke air pendingin. Uap cair akan berubah fase

menjadi air ketika suhu uap air melewati batas titik embunya. Artinya

suhu air pendingin dalam kondenser lebih rendah dari titik embun uap

panas. Air yang digunakan sebagai pendingin pada alat ini berasal dari

air yang ditampung dalam bak penampung yang dilengkapi dengan

sistem pendingin (chiller).

e. Penghasil Vakum

Khusus pada alat evaporator vakum, penghasil vakum ini sangat

penting untuk menciptakan kondisi vakum pada ruang penguapan.

Walaupun pada kenyataannya tidak akan tercapai kondisi vakum

sebenarnya, akan tetapi alat ini berfungsi untuk menurunkan tekanan

yang ada di ruang penguapan sampai pada kondisi yang diinginkan.

Turunnya tekanan tersebut di bawah tekanan atmosfer akan

mengakibatkan turunnya titik didih air (pelarut) bahan yang sedang

dievaporasi. Dengan demikian air akan menguap di bawah titik didih

pada kondisi tekanan atmosfer. Penghasil vakum bisa berasal dari

pompa vakum.

f. Pemanas Awal (Preheater)

Pemanas awal berfungsi untuk memanaskan bahan melalui

pindah panas antara fluida panas dari heat exchanger dengan bahan.

Pemanasan awal ini dibutuhkan untuk memanaskan bahan sampai pada

suhu tertentu yang diasumsikan merupakan titik didih zat pelarutnya

pada kondisi tekanan vakum. Pemanasan awal ini berfungsi untuk

meningkatkan efisiensi yang maksimal pada proses penguapan

(evaporasi). Sumber panas alat ini berasal dari heat exchanger dengan

bahan bakar minyak tanah.

g. Mekanisme Pengontrol Operasi

Selama proses evaporasi dibutuhkan mekanisme pengontrolan

operasi untuk menjaga proses berlangsung sesuai dengan yang

diinginkan. Titik-titik kritis yang dikendalikan secara otomatis ini

adalah on-off burner pada heat exchanger dan on-off pompa mengalir

fluida panas dari heat exchanger. Pengontrolan on-off burner

menggunakan parameter suhu fuida panas yang berada di dalam heat

exchanger. Sedangkan pengontrolan on-off pompa menggunakan

parameter suhu bahan yang berada di dalam ruang pemanasan awal.

Sementara itu, pengontrolan alat yang lain dilakukan secara manual

dengan menekan tombol on-off pada panel listrik.

2. Pengamatan Struktural

Dilihat dari sisi strukturnya, alat evaporator vakum yang diuji

terdiri dari beberapa komponen, yaitu: alat penukar panas (heat

exchanger), ruang pemanas awal bahan, ruang penguapan/evaporator,

pompa vakum, kondenser, pompa fluida, chiller, panel listrik, pipa dan

rangka.

a. Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)

Alat penukar panas yang digunakan terbuat dari plat stainless

steel berbentuk silinder dengan diameter 63 cm dan panjang 200 cm.

Di dalamnya dipasang susunan pipa-pipa stainless steel sebagai media

pindah panas antara udara hasil pembakaran burner dengan air (fluida

pemanas). Terdapat 47 buah pipa stainless steel dengan panjang 180

cm, yaitu: 46 buah dengan diameter 1 inchi dan 1 buah dengan

diameter 2 inchi. Susunan pipa dipasang dengan susunan berbentuk

segitiga.

Untuk menjaga panas di dalam ruang pemanas agar kehilangan

panas bisa diminimalisir maka dipasang isloasi dari glass whole setebal

5 cm. Ujung depan alat penukar panas ini dihubungkan dengan burner

sementara di bagian belakang dengan pipa cerobong sebagai tempat

pembuangan gas hasil pembakaran. Di bagian atas dan bawah alat ini

dipasang pipa stainless stell berdiameter 1 inchi sebagai tempat untuk

memasukkan fluida dan ruang untuk penguapan air yang berada di

dalamnya (atas), dan pengeluaran air.

Kompor ray memiliki spesifikasi tipe DEB2YB-015-31,

BNr.GED 080301 K21. Dengan putaran motor 2750 rpm, daya 90 W,

getaran 50 Hz, tegangan 220/340 Volt dan kapasitansi 6 µF.

Gambar 17. Unit heat exchanger dan kompor ray.

b. Ruang Pemanas Awal Bahan (Preheater)

Komponen ini berbentuk silinder setinggi 205 cm dengan

diameter luar 75 cm dan diameter tengah 65 cm dengan bagian atasnya

terbuka sementara bagian bawahnya berbentuk kerucut dengan tinggi

20 cm. Ruang ini menggunakan model double jacket, dimana ada dua

dinding. Dinding pertama (diameter 65 cm) berfungsi sebagai

pembatas antara bahan dengan fluida pemanas, sekaligus sebagai

tempat penyimpan bahan. Dinding kedua (diamater 75 cm) merupakan

tempat fluida panas berada, sekaligus sebagai batas luar double jacket.

Sebagai isolator dipasang glass whole setebal 5 cm di bagian luar

double jacket.

c. Ruang Penguapan

Tidak berbeda dengan ruang pemanas awal, ruang penguapan

juga menggunakan prinsip double jacket berbentuk bentuk silinder

dengan ukuran diameter dalam dan tengah sama (65 cm dan 75 cm).

Bedanya, ruang penguapan karena dihubungkan dengan pompa vakum,

maka alat ini dibuat tertutup dengan bagian bawahnya berbentuk

kerucut dengan tinggi 20 cm. Di bagian atas alat ini dipasang pipa

berdiameter 5 inchi sebagai penghubung dengan kondenser dan pompa

vakum sebagai saluran uap panas hasil penguapan.

Gambar 18. Unit ruang penguapan.

d. Kondenser

Kondenser terbuat dari plat stainless steel berbentuk silinder

yang di dalamnya dipasang susunan pipa stainless steel berdiameter 1

inchi. Silinder kondenser berdiameter 50 cm dengan tinggi 230 cm.

Pada kedua ujungnya dibuat setengah lingkaran sekaligus di dalamnya

dipasang plat sebagai pemisah antara uap panas dengan air pendingin.

Pada kedua sisi bagian atas dan bawah dipasangkan pipa stainless steel

berdiameter 2 inchi sebagai tempat masuk dan keluarnya air pendingin

dari chiller dan ke kondenser ini. Di bagian atas alat ini dipasang

pressure gauge sebagai pengukur tekanan vakum. Sementara di bagian

bawah alat ini dihubungkan dengan pompa vakum melalui pipa

stainless steel berdiameter 3 inchi.

Gambar 19. Unit kondenser.

e. Pompa Vakum

Pompa vakum yang digunakan berupa gear pump dengan motor

penggerak 5,5 HP. Pompa ini mampu menghasilkan kondisi vakum

dengan tekanan hingga 75 kPa di bawah tekanan atmosfer, atau senilai

dengan 487.5 torr. Sebagai reservoar digunakan air yang ditampung di

dalam bak berukuran 50 x 50 x 75 cm. Air ini berfungsi untuk

membawa uap panas yang berasal dari kondenser.

Gambar 20. Unit pompa vakum.

f. Pompa Fluida

Pompa ini digunakan untuk mengalirkan fluida yang ada di

dalam pipa. Selain pompa vakum ada 3 pompa fluida yang digunakan.

Pompa pertama digunakan untuk mengalirkan fluida panas dari HE ke

dalam ruang pemanasan awal dan ruang penguapan. Pompa kedua

digunakan untuk mengalirkan bahan dari ruang pemanasan awal ke

ruang penguapan. Pompa ketiga digunakan untuk mengalirkan air

pendingin dari chiller ke ruang kondenser. Setiap pompa dihubungkan

dengan arus listrik pada panel kontrol.

Gambar 21. Salah satu unit pompa (bagian distribusi air kondenser).

g. Chiller

Chiller merupakan unit penyedia air pendingin untuk kondenser.

Alat ini berupa bak besar terbuka dengan ukuran p x l x t berturut-turut

250 cm x 200 cm x 125 cm yang terbuat dari plat baja setebal 3 mm.

Bak ini dihubungkan dengan sistem pendingin yang berada di bagian

ujung depannya dengan sistem refrigeran amoniak.

h. Panel Listrik

Panel listrik merupakan rangkaian saklar on-off dari semua

perangkat pada evaporator. Alat yang dikendalikan dengan saklar pada

panel ini adalah: burner, pompa dari HE ke ruang pemanas, pompa dari

ruang pemanas ke ruang penguapan, pompa vakum, chiller dan pompa

dari chiller ke kondenser. Di dalam panel ini terdapat dua kontrol

otomatis untuk mengendalikan on-off burner dan pompa aliran fluida

panas dari HE ke ruang pemanasan awal bahan. Panel terbuat dari

rangka dan dipasangkan plat setebal 1mm dengan ukuran panel p x l x

t berturut-turut 80 cm x 40 cm x 120 cm.

Gambar 22. Unit panel listrik.

i. Pipa

Pipa digunakan sebagai alat distribusi, baik bahan maupun fluida

panas dan dingin. Pipa yang digunakan ada dua jenis yaitu pipa yang

mengalirkan air dari alat penukar panas ke bagian pemanas bahan juga

ruang evaporator, serta air dari ruang pendingin ke ruang kondenser.

Kedua, pipa untuk mengalirkan bahan dari ruang pemanas awal ke

ruang evaporator. Spesifikasi pipa yang digunakan berbahan stainless

steel dengan ukuran mulai dari ¾ inchi sampai 5 inchi. Pemilihan

bahan stainless steel ditujukan agar tidak terjadi perubahan warna pada

bahan yang dialirkan baik akibat reaksi bahan dengan pipa maupun

akibat korosi.

j. Rangka

Rangka dipergunakan sebagai tempat kedudukan dari alat-alat di

atas. Rangka juga dimaksudkan agar posisi unit-unit dari alat

evaporator vakum menjadi satu kesatuan dan kokoh. Rangka alat ini

terbuat dari pelat siku, besi kanal dan besi U.

Gambar 23. Pengamatan fungsional dan struktural dari alat evaporator vakum.

3. Mekanisme Alat

Secara umum alat ini menggunakan prinsip pindah panas dari fluida

panas yang berasal dari unit heat exchanger sebagai sumber pemanas bagi

bahan yang akan dievaporasi. Untuk kemudian pada suhu tertentu zat

pelarut bahan (air) akan menguap di ruang penguapan.

Untuk memulai proses evaporasi pertama kali heat exchanger akan

diisi oleh air sebagai pengantar panas ke bagian yang lain dan

menghidupkan pompa distribusi air dari HE. Kira-kira 95% sudah terisi,

maka operator akan menghidupkan burner untuk memulai pembakaran di

bagian HE dengan menggunakan kompor ray berbahan bakar minyak

tanah. HE tidak diisi penuh untuk menjaga tekanan air di dalam HE agar

memiliki ruang selain untuk menghindari kelebihan tekanan air. Pada saat

yang bersamaan, bahan dimasukkan ke dalam ruang preheater, kemudian

menghidupkan chiller dan pompa distribusi air di kondenser.

Hasil pembakaran dari burner akan memanaskan air yang ada di

dalam HE. Dimana udara panas berada di dalam pipa, sementara air berada

di luar pipa. Di sini terjadi pindah panas antara udara panas dengan air.

Karena titik air pada kondisi tekanan atmosfer adalah 100 oC, maka suhu

air dijaga tidak melebihi angka 90 oC agar tidak menguap. Ketika suhu air

di dalam HE sudah mencapai 90 oC, burner dengan otomatis akan mati.

Dan hidup kembali ketika suhu air berada di bawah 90 oC.

Pada proses ini terjadi pula pindah panas antara air dari HE dengan

bahan di ruang preheater secara konduksi dan konveksi. Air panas ini

akan memanaskan bahan di ruang preheater untuk pemanasan awal

sampai bahan bersuhu 60 oC, 65 oC, dan 70 oC. Pada saat suhu bahan

mencapai setting point ini secara otomatis pompa distribusi air panas akan

mati. Operator kemudian mengalirkan bahan dari unit preheater ke ruang

penguapan dengan menghidupkan pompa distribusi bahan. Pada saat yang

bersamaan operator juga menghidupkan unit pompa vakum.

Ketika bahan telah berada di ruang penguapan dengan kondisi

tekanan vakum 60-65 kPa di bawah tekanan atmosfer, zat pelarut (air)

akan menguap pada suhu di bawah titik didih air pada tekanan atmosfer.

Karena pada kondisi ini titik didih zat pelarut akan turun. Dengan

demikian zat pelarut akan menguap dan masuk ke ruang kondenser untuk

kemudian berubah fase menjadi cair dan uap panasnya akan dibawa oleh

air pada bak pompa vakum yang berfungsi sebagai reservoar. Proses

evaporasi dilakukan selama 1,5 jam dalam setiap perlakuan (setting point),

dan selama 30 menit dalam setiap pengulangan.

B. ANALISA TEKNIK ALAT DAN PENGHITUNGAN

Pada penelitian ini dilakukan uji kinerja dari alat evaporator vakum

tipe single-effect (efek tunggal). Uji kinerja yang dimaksud meliputi

kemampuan alat mempertahankan suhu dan tekanan optimal selama proses

evaporasi. Suhu dan tekanan hendaknya dapat terjaga stabil untuk menentukan

waktu optimum proses evaporasi dilakukan. Suhu dan tekanan yang tidak

stabil akan mengakibatkan ketidakseragaman hasil pengolahan dalam setiap

proses evaporasinya. Bahkan dalam beberapa kasus dapat mengakibatkan

kerusakan yang sangat serius pada bahan pangan yang diproses. Pada akhirnya

akan menimbulkan kerugian secara finansial bagi para produsen industri

pengolahan pangan yang menggunakan alat ini.

1. Suhu

Suhu optimal untuk evaporasi vakum adalah 40 oC hingga 70 oC

untuk pangan cair seperti jus atau jelly. Pengaturan aliran energi panas

yang akan menaikkan suhu bahan harus dijaga secara otomatis agar tidak

melebihi limit tersebut. Khusus untuk bahan pangan cair yang sangat

sensitif terhadap panas, pada suhu 40 – 70 oC, reaksi katalis enzim dapat

mengubah sifat pangan cair hanya dalam beberapa menit saja yang

berakibat pada perubahan sifat kimia juga fisik bahan tersebut. Sehingga

walaupun diperlukan panas –yang salah satunya– untuk meng-inaktivasi

enzim tapi pada saat yang bersamaan kualitas pangan tersebut harus tetap

terjaga. Untuk keperluan tersebut, alat evaporasi vakum dioperasikan pada

tekanan ruang di bawah tekanan atmosfer sehingga titik didih pelarut turun

hingga masuk pada rentang suhu di atas.

Sebelum bahan memasuki ruang penguapan, bahan terlebih dulu

dipanaskan sampai mendekati titik didih air pada tekanan operasi alat.

Pada penelitian dilakukan setting point suhu bahan adalah 60 oC, 65 oC

dan 70 oC. Secara detil suhu selama evaporasi dapat dilihat pada Lampiran

2, 3 dan 4. Diagram suhu bahan di dalam ruang preheater dapat dilihat

pada Gambar 24.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

0 15 30 45 60 75 90 105

120

135

150

165

Waktu (menit)

Su

hu

(d

eraj

at C

)

Setting point I (60)

Setting point II (65)

Setting point III (70)

Gambar 24. Grafik perubahan suhu (oC) bahan di ruang preheater terhadap waktu (menit) pada masing-masing setting point.

2. Tekanan Vakum Alat

Faktor tekanan pada alat evaporator ini menjadi permasalahan sangat

penting. Titik kritis dalam hal ini adalah kemampuan alat menjaga tekanan

optimal selama proses evaporasi berlangsung.

Tekanan vakum pada alat evaporator tergantung pada kemampuan

pompa dan kondisi ruang evaporator. Secara umum, permasalahan tekanan

ini dapat dianalisa sebagai berikut: apabila tekanan stabil namun di bawah

tekanan optimal maka kemungkinan besar pompa memiliki masalah

operasional. Kemungkinan kecilnya tabung evaporasi mengalami

kebocoran halus. Sebaliknya, apabila tekanan berubah-ubah maka

kemungkinan besar tabung mengalami kebocoran besar. Setting point

tekanan yang diinginkan di ruang evaporasi adalah 60 – 75 kPa. Dari

Gambar 25 memperlihatkan bahwa pada saat melakukan ulangan pertama

(tes pendahuluan) nampak tekanan terjadi secara fluktuatif dan berada jauh

di bawah kondisi optimal, yaitu hanya mencapai 32 kPa. Hal ini dapat

dinilai telah terjadi kebocoran besar pada alat.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 5 10 30

Waktu (menit)

Tek

anan

Vak

um

(-k

Pa)

Pengujian Awal

Setting Point I (60)

Setting Point II (65)

Setting Point III (70)

Gambar 25. Grafik laju pemakuman ruang evaporasi (kPa) terhadap waktu pemakuman (menit).

Pada ulangan pertama (tes pendahuluan), tekanan yang terbaca pada

pressure gauge mengalami fluktuasi. Kebocoran pertama diketahui dengan

diketahuinya suara “desis” yang timbul dari seal sambungan pada unit

condenser. Sementara kebocoran kecil dianalisa menggunakan air sabun

yang dicek pada setiap sambungan dan baut-baut pengikat pada unit

evaporator dan kondenser. Pemecahan atas permasalahan ini dilakukan

dengan cara mengencangkan semua baut-baut yang terdeteksi mengalami

kebocoran. Selain itu dilakukan pemberian silicon-gell pada semua

sambungan. Pada ulangan II – IV (perlakuan (setting point) I – III), setelah

kebocoran tertangani, tekanan vakum terlihat normal pada angka 60 – 65

kPa.

Dari grafik di atas juga terlihat bahwa proses pemakuman hanya

berhasil sampai pada angka 65 kPa di bawah tekanan atmosfer. Lebih kecil

dari setting point yang diinginkan alat. Hal ini besar kemungkinan

disebabkan karena masih adanya kebocoran halus pada beberapa bagian

dari evaporator yang tidak terdeteksi, atau kemampuan pompa yang sudah

maksimal pada angka tersebut. Namun dengan angka tersebut, alat bisa

beroperasi dengan baik untuk melakukan evaporasi.

3. Laju Evaporasi

Laju evaporasi didefinisikan sebagai kuantitas air yang berhasil

dievaporasi (diuapkan) menjadi uap persatuan waktu tertentu. Dalam hal

ini laju evaporasi merupakan laju penurunan kadar air pada bahan. Dengan

kata lain nilai ini menunjukkan kemampua alat dalam mengeluarkan zat

pelarut (dalam hal ini air) dari bahan yang diproses. Tabel berikut

menampilkan data dari nilai laju evaporasi alat.

Tabel 2. Nilai laju evaporasi pada masing-masing ulangan

Setting Point Ulangan Laju Evaporasi (kg uap/jam)

I 62,31 Pertama (60 oC)

II 67,30 I 67,30

Kedua (65 oC) II 82,25 I 87,24

Ketiga (70 oC) II 94,72

Proses evaporasi dilakukan untuk masing-masing ulangan adalah 30

menit. Proses ini dimulai dengan memasukkan bahan ke dalam ruang

penguapan. Di ruang penguapan ini bahan yang sudah dipanaskan

sebelumnya akan dievaporasi pada tekanan vakum. Air sebagai zat pelarut

mengalami penguapan pada suhu di bawah titik didih air. Hal ini

disebabkan oleh turunnya tekanan ruang operasi di bahwa tekanan

atmosfer.

Dari Tabel 2 di atas menunjukkan bahwa laju evaporasi berbanding

lurus dengan suhu awal bahan. Terlihat bahwa nilai laju evaporasi tertinggi

didapat pada perlakuan (setting point) ketiga, ulangan kedua, yaitu pada

setting point suhu awal 70 oC. Hal ini dapat dianalisa sebagai berikut:

ketika bahan memasuki ruang penguapan bahan akan mengalami kenaikan

panas kembali sampai pada batas titik didihnya. Baru kemudian setelah

mencapai titik didih zat pelarut, air akan diuapkan. Sehingga semakin jauh

suhu bahan dari titik didih evaporasi maka semakin banyak energi yang

digunakan terlebih dulu untuk menaikkan suhunya sampai pada batas titik

didihnya. Sebaliknya, semakin kecil beda suhunya semakin cepat proses

evaporasinya. Analisanya adalah sebagai berikut: bahwa panas yang

digunakan pada ruang evaporasi dibagi menjadi dua. Pertama untuk

menaikkan suhu bahan sampai pada titik didihnya. Kedua untuk mengubah

fase cair pelarut menjadi uap. Semakin kecil beda suhu antara setting point

(suhu bahan memasuki ruang evaporator) maka energi yang digunakan

untuk mengubah fase lebih banyak.

4. Suhu Evaporasi

Bahan pangan terdiri dari banyak persenyawaan. Mulai dari protein

sampai air. Pada kasus evaporasi sebenarnya yang akan dievaporasi dari

bahan pangan bukan senyawa protein atau kandungan kimia lainnya,

melainkan zat pelarut yang biasanya berupa air. Pengurangan kadar air

dari bahan pangan ini sangat penting dalam proses pengolahan pangan

khususnya pangan cair seperti pasta, jeli atau yang lainnya. Pengurangan

kadar air ini ditujukan baik untuk meningkatkan daya simpan pangan,

meningkatkan kualitas, juga untuk kebutuhan proses selanjutnya.

Pada saat air memiliki ikatan persenyawaan dengan protein atau

bahan lain pada bahan pangan akan terjadi kenaikan titik didih air

diakibatkan ikatan tersebut. Artinya, pada kondisi air tidak bebas atau air

terikat, titik didihnya akan lebih tinggi dibandingkan pada kondisi normal

(bebas). Kenaikkan titik didih air ini yang kemudian oleh Toledo (1993)

dirumuskan sebagai ∆Tb (persamaan 5):

∆Tb= 0.51 m

Dari persamaan di atas dapat diartikan bahwa selisih kenaikan titik

didih larutan bahan organik dengan air pada kondisi tidak terlarut adalah

sebesar 0.51 dari besarnya molalitas bahan kandungan terlarutnya.

Semakin banyak kadar kandungan bahannya, semakin besar kenaikkan

titik didih zat pelarutnya.

Pada penelitian yang dilakukan pada ala evaporator vakum ini bahan

yang digunakan bukan bahan pangan akan tetapi air biasa. Untuk itu, kasus

kenaikkan titik didih akibat ikatan dengan senyawa lain dari bahan pangan

tidak terjadi. Karena analisa hanya dilakukan pada laju evaporasi air pada

kondisi tidak terikatnya.

Pada kondisi normal air akan mendidih pada suhu 100 oC dalam

ruang dengan tekanan atmosfer (1 atm, setara dengan 76 cmHg) pada

ketinggian 0 m di atas permukaan laut. Semakin tinggi ketinggian dari

permukaan air laut sebenarnya terjadi penurunan tekanan atmosfer.

Sehingga titik didih air bisa saja berkurang di bawah 100 oC.

Dalam percobaan ini menggunakan alat evaporator vakum sehingga

terjadi penurunan tekanan ruang jauh di bahwa tekanan normal atmosfer.

Kondisi tekanan vaum yang diharapkan adalah -75 kPa (75 kPa di bawah

tekanan atmosfer). Sehingga pada kondisi tersebut terjadi penurunan titik

didih bahan secara drastis. Hal ini dilakukan mengingat banyaknya bahan

pangan khususnya pangan cair yang sangat rentan/sensitif terhadap panas.

Sehingga proses evaporasi dilakukan pada suhu rendah agar tidak terjadi

kerusakan dari bahan pangan. Evaporasi suhu rendah ini dapat dilakukan

hanya pada kondisi tekanan vakum pada ruang evaporasinya.

Pada ruang evaporasi penurunan tekanan disebabkan oleh proses

pemakuman. Sehingga tekanan sebenarnya yang terjadi pada ruang

evaporasi adalah penjumlahan tekanan operasi hasil pemakuman dengan

tekanan bahan pada ketinggian (h) akibat gaya gravitasinya. Dari hasil

penghitungan dengan tekanan operasi pada -65 kPa (65 kPa di bawah

tekanan atmosfer) didapat bahwa pada ketinggian bahan 1 m dari

permukaan, titik didih air menjadi 73.69 oC. Artinya pada suhu 73.69 oC

air sudah mengalami penguapan (berubah dari fase cair menjadi uap/gas).

Suhu ini yang kemudian kita sebut sebagai suhu evaporasi. Penghitungan

suhu evaporasi ini dilakukan dengan cara menentukan terlebih dahulu suhu

bahan memasuki ruang penguapan. Kemudian kita hitung tekanan operasi

dan kita jumlahkan dengan tekanan kolom bahan akibat gravitasi. Setelah

itu pada kasus bahan berupa air saja tinggal kita masukkan ke dalam Tabel

A2 (lampiran 13), sifat steam, kemudian dilakukan proses interpolasi.

Maka didapat nilai suhu uap pada tekanan tersebut. Nilai suhu inilah yang

merupakan suhu air mengalami proses penguapan. Kita ingat bahwa air

akan menguap pada suhu konstan. Penghitungan lengkapnya ada pada

Lampiran 6.

5. Konsumsi Bahan Bakar

Konsumsi bahan bakar didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar

yang dikonsumsi dalam setiap proses evaporasi. Pengukuran ini dilakukan

untuk mengetahui jumlah minyak tanah sebagai bahan bakar yang

digunakan dalam setiap jam proses evaporasi, serta untuk mengetahui

energi panas yang dihasilkan dari pembakaran minyak tanah yang

digunakan untuk proses tersebut.

Pada proses evaporasi yang dilakukan didapat bahwa konsumsi

bahan bakar rata-rata setiap jamnya untuk masing-masing perlakuan

(setting point) berbeda-beda. Selengkapnya data konsumsi minyak tanah

selama proses evaporasi disajikan dalam berikut:

Tabel 3. Data pengukuran konsumsi bahan bakar minyak tanah

Setting point (perlakuan) Kondisi (Ulangan)

Konsumsi Bahan Bakar (liter)

1. Preheater + Evaporasi 7.50 Pertama (60 oC)

2. Evaporasi 2.50 1. Preheater + Evaporasi 9.00

Kedua (65 oC) 2. Evaporasi 3.50 1.Preheater + Evaporasi 8.75

Ketiga (70 oC) 2. Evaporasi 3.75

Pada Tabel 3 memperlihatkan bahwa konsumsi yang berbeda sangat

dipengaruhi oleh setting point yang dilakukan. Selain itu, konsumsi bahan

bakar juga ditentukan oleh suhu awal bahan ketika dilakukan pengolahan.

Suhu awal bahan yang rendah mengakibatkan semakin banyak energi

panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhunya sampai titik yang

diinginkan. Begitu juga semakin tinggi setting point yang diinginkan maka

semakin besar pula bahan bakar yang diperlukan.

Sementara itu, energi panas yang digunakan pada proses pindah

panas ini didapat dari hasil pembakaran minyak tanah dalam kompor ray

yang kemudian ditransfer secara konduksi dan konveksi dari udara hasil

pembakaran dengan fluida (air) di dalam pipa pada ruang heat exchanger

(HE). Energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran ini dapat

dihitung dengan cara mengalikan faktor jumlah bahan bakar, densitas

bahan bakar, dan nilai panas dari bahan bakar. Dimana densitas minyak

tanah adalah 790.00 kg/m3 dan nilai panasnya adalah 10374.96 kkal/kg.

Jumlah energi panas hasil pembakaran minyak tanah dalam masing-

masing perlakukan disajikan pada tabel berikut:

Tabel 4. Energi panas hasil pembakaran minyak tanah

Perlakuan (Setting Point)

Kondisi (Ulangan) Energi Panas (MJ)

1. Preheater + Evaporasi 257.57 Pertama (60 oC)

2. Evaporasi 85.86

1. Preheater + Evaporasi 309.08 Kedua (65 oC)

2. Evaporasi 120.20

1. Preheater + Evaporasi 300.49 Ketiga (70 oC)

2. Evaporasi 128.78

Pada masing-masing perlakuan, kondisi pertama (preheater dan

evaporasi) energi dikeluarkan lebih banyak dibandingkan pada ulangan

kedua. Hal ini dikarenakan pada kondisi ini energi digunakan terlebih

dahulu untuk memanaskan bahan sampai pada setting point, kemudian

energi panas digunakan untuk proses penguapan bahan. Sehingga

konsumsi bahan bakar pun akan lebih banyak pada proses ini (pemanasan

awal) dibandingkan saat proses evaporasi saja. Selain itu juga dipengaruhi

oleh tinggi rendahnya suhu awal bahan dan setting point yang diinginkan.

6. Nilai Ekonomis Bahan Bakar

Nilai ekonomis bahan bakar adalah jumlah bahan bakar yang

diperlukan untuk melakukan atau memproses suatu pengolahan bahan.

Pada alat evaporator nilai ekonomis bahan bakar dapat diartikan sebagai

jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk melakukan evaporasi 1 kg uap.

Dari hasil perhitungan didapatkan bahwa nilai ekonomis bahan bakar

dari alat ini sudah cukup besar. Data selengkapnya disajikan pada tabel

berikut:

Tabel 5. Nilai ekonomis bahan bakar pada masing-masing perlakuan

Perlakuan (Setting Point)

Nilai Ekonomis (kg uap/kg bahan bakar)

Pertama (60 oC) 23.70

Kedua (65 oC) 29.80

Ketiga (70 oC) 35.10

Dari tabel di atas dapat diterangkan bahwa 1 kg minyak tanah

mampu menguapkan bahan sebanyak 23.70 kg (perlakuan I), 29.80 kg

(perlakuan II), dan 35.10 kg (perlakuan III).

7. Efisiensi Sistem

Efisiensi alat yang dianalisis terdiri dari 3 titik, yaitu: efisiensi pada

unit preheater (pemanas awal bahan), efisiensi pada unit evaporator, dan

efisiensi sistem secara keseluruhan.

a. Efisiensi unit preheater

Unit preheater merupakan sistem pemanas awal bagi bahan

sebelum masuk ke ruang evaporator. Di dalam ruangan ini bahan

mendapatkan energi panas secara konduksi dan koveksi dari fluida

panas yang berasal dari heat exchanger. Panas digunakan untuk

menaikkan suhu bahan sampai pada suhu setting point yang

diinginkan. Rata-rata diperlukan waktu 85 – 125 menit dari

pengoperasian alat terutama unit HE untuk mencapai suhu setting

point bahan. Lama waktu yang diperlukan ini sangat tergantung dari

setting point yang digunakan. Semakin tinggi titik yang digunakan,

semakin lama proses berlangsung.

Efisiensi unit preheater merupakan perbandingan antara energi

panas yang digunakan untuk menaikkan suhu bahan dengan energi

panas yang disediakan oleh fluida panas dari unit heat exchanger.

Semakin besar nilai perbandingannya, semakin efisien unit

preheaternya. Untuk mengetahui nilai dari efisiensi unit ini digunakan

persamaan 8, 9 dan 12. Data selengkapnya disajikan pada Lampiran 7,

8 dan 9.

Dari hasil pengujian didapat bahwa nilai efisiensi unit preheater

masih belum optimal. Hal ini terlihat dari nilai efisiensi yang relatif

masih sangat kecil. Kondisi ini besar kemungkinan dikarenakan

banyaknya energi panas yang terbuang ke luar dari dalam sistem ini.

Kehilangan panas terjadi karena transfer panas pada dinding alat dan

penutup yang terbuka dengan udara luar.

Untuk menaikkan nilai efisiensi dari unit ini bisa dilakukan

dengan cara memberikan peredam panas pada dinding unit double

jacket menggunakan glass woll yang lebih tebal dan memberikan

penutup pada bagian atas tempat penyimpanan bahan. Sehingga akan

meminimalisir kehilangan panas.

b. Efisiensi unit evaporator

Unit evaporator merupakan sistem tempat penguapan zat pelarut

bahan dalam kondisi tekanan vakum. Di dalam ruangan ini bahan

mendapatkan energi panas secara konduksi dan koveksi dari fluida

panas yang berasal dari heat exchanger yang sebelumnya digunakan

pada unit preheater yang kemudian dialirkan menggunakan pipa ke

ruang penguapan. Panas yang diberikan fulida panas digunakan dalam

dua kali proses. Pertama, panas digunakan untuk menaikkan suhu

bahan sampai pada titik didih zat pelarut pada tekanan operasi. Kedua,

panas digunakan untuk mengubah fase cair zat pelarut bahan menjadi

fase uap. Pada proses pertama terjadi kenaikan suhu bahan pada

tekanan konstan. Sehingga panas yang ada efisien digunakan untuk

menaikkan suhu saja. Dengan suhu pengupan 73.69 oC maka

perubahan suhu yang terjadi sekitar 3 – 13 oC dari kondisi suhu awal

(pasca pemanasan awal/setting point). Sementara itu dalam proses

yang kedua, panas yang diberikan fluida panas digunakan untuk

mengubah fase bahan pelarut dari cair ke gas, pada proses ini tidak

mengalami kenaikan suhu karena panas yang digunakan efisien untuk

mengubah fase zat pada suhu konstan.

Efisiensi unit evaporator merupakan perbandingan antara energi

panas yang digunakan untuk menaikkan suhu bahan dan mengubah

fase zat pelarut dengan panas yang diberikan oleh fluida panas dari

unit heat exchanger. Efisiensi ini dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 10, 11 dan 13.

Dari hasil pengujian didapat bahwa nilai efisiensi unit preheater

masih belum optimal. Kondisi ini terjadi dikarenakan banyaknya

energi panas yang terbuang ke luar. Kehilangan panas yang terjadi

pada unit ini karena transfer panas pada dinding dan tutup.

Selengkapnya nilai efisiensi unit ini dapat dilihat pada Lampiran 10-

12.

Nilai efisiensi dari unit ini dapat ditingkatkan dengan cara

memberikan peredam panas pada dinding unit double jacket

menggunakan glass woll yang lebih tebal serta dengan dan

memberikan penutup pada bagian atas tempat penyimpanan bahan.

Sehingga akan meminimalisir kehilangan panas.

c. Efisiensi sistem keseluruhan

Efisiensi sistem keseluruhan dapat diartikan sebagai nilai

perbandingan antara energi panas yang digunakan alat untuk seluruh

proses evaporasi dengan total input energi panas bahan bakar hasil

pembakaran yang diterima alat. Penggunakan energi panas pada alat

evaparator adalah untuk menaikkan suhu bahan pada ruang preheater,

menaikkan suhu bahan pada ruang evaporator, serta mengubah fase zat

pelarut menjadi uap pada ruang evaporator. Sementara itu, input energi

panas alat berasal dari pembakaran bahan bakar minyak di ruang heat

transfer.

Dengan menggunakan persamaan 14 didapat nilai dari efisiensi

sistem secara keseluruhan yang secara lengkap disajikan pada Tabel 5.

Tabel 6. Nilai efisiensi keseluruhan dari sistem

Perlakuan Qtot (kJ) Q1 (kJ) Q2 (kJ) Q3 (kJ) Ef Perlakuan I

(setting point 60 oC) 343 389.77 12 648.58 7 583,40 36,34 0.04

Perlakuan II (setting point 65 oC)

429 237.22 2 249.98 4 996,19 52,66 0.05

Perlakuan III (setting point 70 oC)

429 237.22 23 112.41 2 121,51 65,83 0.05

Dari tabel di atas dapat dijelaskan bahwa total input energi panas

yang disediakan oleh bahan bakar (Qtot) juga efisiensi alat terjadi

sedikit perbedaan pada masing-masing perlakuan (setting point). Nilai

ini masih sangat kecil dari yang diharapkan. Artinya, dari total energi

panas dari bahan bakar hanya sekitar 4 – 5 % saja yang termanfaatkan

untuk memproses bahan. Sisanya hilang baik berupa kehilangan panas

maupun pada saat terjadi perpindahan panas secara konduksi dari

fluida panas ke bahan. Selain itu, pada unit HE juga dimungkinkan

terjadi kehilangan panas yang sangat besar. Panas hasil pembakaran ini

tidak langsung digunakan untuk menaikkan suhu bahan, akan tetapi

melalui proses pindah panas konduksi dan konveksi terlebih dahulu di

bagian HE antara udara panas hasil pembakaran dengan fluida panas.

Fluida panas inilah yang digunakan untuk proses evaporasi. Dengan

demikian, nilai efisiensi dasi sisi konsumsi bahan bakar memang

sangat kecil.

Untuk memperbesar nilai efisiensi dilakukan dengan cara

mengurangi secara maksimal kehilangan panas. Hal ini bisa dilakukan

dengan cara desain susunan dan jumlah pipa pada HE yang lebih tepat,

pemberian glasswool pada setiap unit yang terjadi pindah panas, juga

proses yang dipersingkat.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian terhadap alat evaporator vakum tipe single-effect-

evaporator dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:

1. Alat evaporator vakum tipe single-effect-evaporator berhasil diuji

performansinya.

2. Hasil pengujian menunjukkan kinerja unit evaporator vakum yang diuji

cukup optimal. Nilai dari laju penguapan rata-rata alat sebesar 64.81

kg/jam (perlakuan I), 74.77 kg/jam (perlakuan II), dan 90.98 kg/jam

(perlakuan III). Konsumsi bahan bakar minyak tanahnya adalah: 2.73

kg/jam (perlakuan I), 2.51 kg/jam (perlakuan II), dan 2.59 kg/jam

(perlakuan III). Nilai ekonomis bahan bakarnya adalah: 23.70 (perlakuan

I), 29.80 (perlakuan II), dan 35.11 (perlakuan III).

3. Alat telah beroperasi pada tekanan vakum dengan nilai tekanan vakum

rata-rata -65 kPa (65 kPa di bawah tekanan atmosfer). Sehingga pada

tekanan ruang ini zat pelarut (air) dapat terevaporasi pada suhu 73.69 oC

(suhu evaporasi). Pada kondisi ini, evaporasi tidak merusak sifat fisik dan

kimia bahan.

4. Nilai efisiensi sistem secara keseluruhan masih sangat kecil.

5. Terdapat beberapa kendala selama proses pengoperasian alat. Kendala

utama yang dihadapi adalah:

a. Kemampuan ruang preheater dalam menahan tekanan air pemanas

yang dimasukkan ke dalam double jacket disebabkan oleh pemilihan

bahan dan kontruksi yang kurang pas (bahan terlalu tipis).

b. Penempatan pressure-gauge yang berada pada bagian atas unit

kondenser menyebabkan terhambatnya pengamatan terhadap tekanan

operasi. Terlebih ketika terjadi kebocoran yang ditandakan penurunan

tekanan yang fluktuatif cukup sulit diamati.

c. Terdapatnya kesulitan mendapatkan tekanan operasi yang maksimal

sesuai yang diperlukan. Kondisi tekanan yang belum optimal ini

disebabkan oleh kebocoran kecil maupun kemampuan pompa vakum

yang digunakan.

d. Terdapatnya kesulitan dalam proses finishing pengambilan bahan dari

ruang evaporator. Hal ini disebabkan karena proses buka-tutup ruang

evaporasi yang bergabung dengan saluran uap ke ruang kondenser.

Begitu juga di bagian bawah melewati pipa, karena berhubungan

dengan ruang preheater.

e. Terjadi banyak kehilangan panas terutama di bagian pemanasan awal

karena tidak adanya penahan panas pada dinding alat.

B. SARAN

Setelah melakukan penelitian terhadap alat evaporator vakum tipe

single-effect-evaporator dan didapatkan beberapa hasil, penulis melihat ada

beberapa hal yang perlu disampaikan sebagai bahan perbaikan ke depan, yaitu:

1. Untuk mendapatkan hasil yang baik, perlu dilakukan pemilihan bahan

terutama plat yang tepat untuk kekuatan tekanan operasi.

2. Pressure-gauge dipasang pada posisi yang mudah dilihat oleh operator

sehingga memudahkan dalam pengendalian operasi ketika terjadi

penurunan tekanan atau kebocoran.

3. Untuk mekanisme pengambilan bahan perlu dibuat yang lebih mudah dan

rumit. Misalnya dengan memberikan pipa dan kran pengeluaran bahan

hasil pengolahan.

4. Perlu dilakukan pengujian langsung pada bahan baku yang akan diproses,

sehingga akan mendapatkan hasil yang lebih spesifik dan akurat.

5. Perlu dilakukan penelitian lebih mendalam untuk analisi pindah panas

pada masing-masing unit, mulai dari HE, pipa-pipa, preheater, ruang

evaporator, kondenser, pendingin, juga unit pompa.

6. Perlu analisis lebih lengkap dan terperinci pada unit pompa, dilihat dari

sisi kemampuan pompa dan yang berhubungan dengannya.

7. Untuk skala industri, perlu dilakukan analisis ekonomi penggunaan alat

evaporator ini.

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, K. 1986. Energi dan Listrik Pertanian. JICA-DGHE/IPB

PROJECT/ADAET: JTA-91(132). Institut Pertanian Bogor.

Deese. 1993-2001. Temperature Change Versus Heat Added: Water. Microsoft

Encarta Encyclopedia 2002, Microsoft Corporation.

Deese. 1993-2001. Evaporation. Microsoft Encarta Encyclopedia 2002, Microsoft

Corporation.

Erwin. 2004. Uji Performansi Alat Penggoreng Vakum dan Alternatif Perbaikan

Desain pada Unit Pembangkit Tekanan Vakumnya. Skripsi. Departemen

Teknik Pertanian , Fateta, IPB, Bogor.

Heldman, Dennis R. 1992. Handbook of Food Engineering. Marcel Dekker, Inc.,

New York.

Henderson, S.M. dan R. L. Perry. 1976. Agricultural Process Engineering. The

AVI Publishing Company Inc. Westport. Connection. USA.

Holman, J. P. 1981. Heat Transfer (Five Edition). McGraw-Hill, Ltd. New York.

Holman, J. P. 1988. Perpindahan Kalor. Edisi Keenam. Erlangga, Jakarta.

Iskandar, Ade. 2001. Kajian Teknologi Produksi Pasta Tomat Menggunakan

Evaporator Vakum. Tesis. Program Pascasarjana, IPB, Bogor.

Kreith, F. Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas. Edisi Ketiga. Erlangga, Jakarta

Puli, Andy Miranty. 2002. Uji Performansi Alat Penggoreng Rumput Laut dengan

Sistem Pemanas Oli. Skripsi. Departemen Teknik Pertanian, Fateta, IPB,

Bogor.

Sitompul, T. 1993. Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger). PT. Raja Grafindo

Persada, Jakarta.

Thorsen, Richard S. 1993-2001. Heat (Physics). Microsoft Encarta Encyclopedia

2002, Microsoft Corporation.

Toledo, R. T. 1991. Fundamentals of Food Process Engineering (Second Edition).

Chapman&Hall, New York.

Wirakartakusumah, A.M. Pengolahan dengan Panas. Makalah. 1997.

Wirakartakusumah, M. A. 1988. Prinsip-Prinsip Teknik Pangan. PAU Pangan dan

Gizi IPB, Bogor.

Zemansky, Mark W. et all. 1962. Fisika untuk Universitas 1 (terj.). Bina Cipta,

Jakarta.

LAMPIRAN-LAMPIRAN

Lampiran 1. Konversi unit tekanan vakum Erwin, 2004.

Lampiran 2. Tabel hasil pengukuran suhu masing-masing titik pengukuran selama

pemasakan I (Ulangan I dan II)

Waktu T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 0 43,5 33,3 38,5 37,6 28,4 33,9 31,7 5 71,2 37,7 38,5 38,1 27,8 34,2 31,9 10 82,0 39,7 38,7 38,8 27,3 34,5 32,0 15 84,5 42,9 39,6 39,6 27,9 34,4 31,9 20 84,6 46,4 41,5 41,4 28,0 34,4 32,0 25 81,7 49,0 43,1 42,9 28,2 31,2 32,1 30 62,5 53,1 45,3 48,6 28,3 31,1 32,2 35 58,4 53,7 43,7 53,5 27,4 31,1 32,2 40 61,5 55,4 45,4 55,1 28,4 31,3 32,0 45 63,0 56,9 47,1 55,9 29,1 30,8 32,2 50 67,0 59,0 48,7 57,7 29,6 31,1 31,8 55 68,9 60,4 50,5 59,6 27,9 31,3 31,9 60 71,4 62,5 52,1 61,6 27,6 31,4 32,0 65 73,2 63,6 53,9 63,0 27,3 31,5 31,9 70 74,6 65,6 55,5 64,7 26,8 32,3 32,1 75 76,2 66,6 57,2 66,5 24,1 32,8 32,0 80 78,0 68,7 59,0 68,2 26,3 33,5 32,2 85 80,1 70,7 60,5 69,0 28,9 33,5 32,1 90 81,8 72,0 62,2 70,2 29,5 33,8 31,8 95 83,0 72,7 63,9 71,3 29,2 33,8 31,8 100 84,8 73,8 65,0 71,6 29,9 31,9 31,5 105 79,8 67,3 69,0 69,8 29,8 36,8 31,4 110 79,5 56,2 68,1 64,9 31,3 37,0 31,2 115 81,4 69,1 70,4 65,5 31,3 33,3 31,1 120 75,3 70,5 69,0 67,2 30,7 35,4 31,0 125 76,4 69,4 69,6 65,9 30,9 35,2 31,0 130 73,9 70,1 70,0 66,3 32,0 35,1 30,8 135 71,8 61,6 70,2 63,6 32,3 33,7 30,7 140 71,8 55,3 68,9 58,1 31,5 33,0 30,2 145 76,0 71,3 77,4 65,2 31,9 33,4 30,5 150 76,3 71,4 77,4 65,6 32,1 32,6 30,2 155 73,4 71,9 77,5 65,8 32,1 37,4 30,2 160 70,9 70,2 77,1 64,5 32,1 35,8 30,1 165 69,0 64,3 76,7 62,9 32,5 34,4 30,0 170 72,3 68,0 76,2 61,8 32,6 34,4 30,2 175 68,9 65,2 76,1 62,0 33,0 34,1 29,8

Lampiran 3. Tabel hasil pengukuran suhu masing-masing titik pengukuran selama pemasakan II (Ulangan I dan II)

Waktu T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

0 30,1 26,4 25,9 35,4 24,5 32,9 29,1 5 32,9 26,5 25,9 35,4 24,5 33,1 28,9 10 40,5 26,6 26,0 35,5 24,7 33,6 29,0 15 47,3 26,6 26,0 35,6 24,2 33,8 29,2 20 53,7 26,6 26,1 35,7 24,4 34,1 29,4 25 51,0 42,6 27,2 40,7 24,7 34,3 29,6 30 51,0 43,8 29,4 43,7 24,7 34,6 30,2 35 52,6 45,7 31,7 45,0 25,1 34,7 31,1 40 54,4 47,0 33,6 46,8 24,7 34,9 31,1 45 57,0 49,9 36,9 49,5 24,8 34,9 31,1 50 57,8 50,3 38,1 50,2 24,8 34,8 31,0 55 58,8 52,2 40,1 51,1 24,8 34,9 31,1 60 60,8 53,9 42,4 52,7 24,8 35,0 31,2 65 61,9 55,8 44,6 54,8 24,9 35,3 31,4 70 64,5 57,4 46,7 56,7 25,1 35,2 31,2 75 65,4 58,4 48,7 57,2 25,1 35,5 31,5 80 66,6 60,0 50,9 59,2 25,1 35,5 31,5 85 68,3 61,4 52,6 60,3 25,0 35,8 31,7 90 69,7 62,4 54,2 61,1 25,0 35,8 32,1 95 71,4 64,1 56,4 62,3 25,3 35,9 31,8 100 72,6 65,3 58,1 64,2 25,2 35,9 31,7 105 73,1 66,3 59,4 64,9 24,8 36,1 31,7 110 75,1 68,0 61,6 66,4 25,1 36,3 31,6 115 75,6 68,3 62,9 65,8 25,2 35,6 31,5 120 77,5 70,3 64,7 68,2 25,4 36,0 31,8 125 77,9 70,4 65,0 67,4 25,3 35,9 31,9 130 73,0 67,9 66,3 66,4 25,1 28,4 31,4 135 73,3 54,2 67,0 62,2 25,8 34,6 31,9 140 75,6 60,2 67,4 60,2 27,3 28,8 31,7 145 70,5 67,8 67,2 62,4 26,9 30,8 31,4 150 67,7 53,3 67,4 59,0 27,6 29,7 31,5 155 67,3 48,4 67,3 55,7 26,7 28,8 31,5 160 66,5 46,4 67,2 53,8 24,0 28,5 31,6 165 72,8 62,2 69,0 57,4 25,8 28,2 31,3 170 71,0 66,2 69,0 63,1 27,6 28,1 31,1 175 73,9 67,9 69,2 65,0 27,0 28,1 31,0 180 76,9 70,2 69,9 67,6 24,9 28,0 31,2 185 75,2 71,0 70,0 67,8 25,8 27,8 31,1 190 71,6 69,2 70,4 65,2 27,3 35,9 31,1 195 70,1 67,6 69,4 63,6 29,0 32,8 30,8 200 73,8 68,8 69,5 63,8 29,7 32,5 30,6 205 69,1 66,9 69,6 63,4 30,1 32,5 30,1 210 67,4 66,1 69,2 63,1 30,3 32,6 30,0 215 66,5 65,5 70,5 61,3 29,6 32,2 29,9

Lampiran 4. Tabel hasil pengukuran suhu masing-masing titik pengukuran selama pemasakan II (Ulangan I dan II)

Waktu T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

0 34,7 26,9 29,8 31,9 25,7 31,1 28,1 5 42,2 27,1 29,9 32,3 26,8 31,0 27,2 10 40,8 36,9 30,0 35,5 25,8 31,1 28,3 15 43,6 39,5 31,7 38,7 27,3 31,4 28,3 20 45,3 40,7 32,5 40,5 26,6 31,6 27,9 25 47,8 42,7 34,0 42,3 26,1 31,6 28,3 30 50,4 45,0 35,8 45,1 26,1 31,7 29,3 35 52,7 46,5 37,9 46,1 25,3 31,8 28,8 40 54,7 48,3 40,0 48,7 26,2 31,8 28,6 45 57,2 51,6 43,0 50,6 26,8 32,1 30,5 50 59,1 52,2 44,7 52,1 26,9 32,5 30,7 55 61,1 53,5 47,3 53,2 27,6 32,8 30,3 60 62,6 55,8 49,5 54,7 27,9 32,9 30,1 65 64,3 55,9 52,0 56,1 28,0 32,4 29,6 70 65,9 57,8 53,9 58,4 26,7 32,7 30,5 75 67,7 59,4 56,2 59,5 27,1 32,9 29,9 80 69,0 60,2 58,3 60,9 27,5 33,3 29,9 85 70,4 61,8 60,7 61,8 27,2 33,7 30,0 90 70,8 63,6 62,6 62,1 27,7 33,4 29,6 95 72,1 63,6 64,5 64,5 28,2 33,2 30,2 100 73,9 64,6 66,2 65,4 27,3 33,7 30,9 105 74,8 65,6 68,3 66,3 26,8 33,1 30,7 110 75,7 65,9 69,5 68,1 26,9 33,6 30,9 115 76,4 67,1 70,0 67,6 27,0 34,0 30,6 120 73,7 66,3 71,1 68,1 26,6 34,2 30,6 125 72,6 66,0 71,5 67,0 26,6 36,0 30,9 130 71,0 64,1 72,4 63,8 26,5 36,4 30,8 135 70,5 51,4 72,7 59,4 27,4 29,9 31,0 140 70,8 63,4 72,8 61,1 28,6 31,2 30,5 145 66,5 61,5 72,5 62,8 27,7 32,0 31,4 150 65,4 61,7 72,3 62,0 28,4 31,8 31,2 155 64,0 60,5 72,0 61,2 29,2 32,0 31,0 160 63,3 56,9 71,3 58,6 28,7 29,6 32,1 165 64,3 60,5 71,0 60,4 28,9 33,1 32,0 170 63,1 59,4 70,7 60,3 28,9 33,9 32,1 175 65,0 60,1 70,3 59,5 29,2 32,6 31,9 180 65,8 60,1 70,2 60,3 29,4 32,1 31,5 185 64,5 60,6 70,0 59,8 29,4 32,3 31,6 190 63,5 61,1 69,9 60,0 29,6 32,9 31,9 195 63,0 60,5 69,5 59,8 29,7 32,3 31,9 200 62,5 61,0 69,8 60,1 29,9 32,5 31,8

Lampiran 5. Tabel hasil pengukuran tekanan pada pengujian awal dan pemasakan I, II, dan III

Waktu (menit)

Pengujian Awal (kPa)

Pemasakan I (kPa)

Pemasakan II (kPa)

Pemasakan III (kPa)

0 0 0 0 0 1 32 50 55 50 2 30 60 60 60 5 35 60 62 60 10 30 60 60 62 30 32 62 60 60

Lampiran 6. Perhitungan 1. Perhitungan suhu evaporasi dan kenaikan titik didih bahan

Data dari sistem dan studi pustaka:

Poperasi rata2 = 65 kPa

1 atm = 101.3250 kPa

hbahan = 1 m

ρair = 1 kg/m3

g = 9.8 m/s2

Tekanan operasi:

Psistem = pabs + (ρ x g x h)

= (101.3250 kPa - 65 kPa) + (1 kg/m3 x 9.8 m/s2 x 1 m)

= 36.325 kPa + 0.204 kPa

= 36.529 kPa (365.29 milibar)

Suhu evaporasi: suhu penguapan air dalam tekanan operasi pada suhu tetap

Dari tabel steam A.4. didapat informasi sebagai berikut:

T1 = 72.5 0C � P1 = 34.6961 kPa

T0 = ? � P0 = 36.529 kPa

T2 = 75 0C � P2 = 38.5575 kPa

Untuk mengetahui T0 dilakukan proses interpolasi:

T0 = T1 + {((P0 – P1) / (P2 – P0)) x (T2 – T1)

= 72.5 + 1.186

= 73.69 0C

T0 = Suhu evaporasi, artinya titik didih air pada tekanan 365 milibar.

2. Perhitungan energi bahan bakar terpakai

Data dari sistem dan studi pustaka:

1 kal = 4.19 Joule

ρminyak tanah = 790 kg/m3

Vminyak tanah = 7,50 liter

Qbb = 7.5 x 10-3 m3 x 790 kg/m3 x 10374.96 kkal/kg x 4.19 J/kal

= 257.54 MJ

3. Perhitungan panas pada setiap unit alat

Panas yang diberikan oleh fluida panas (menit 90, pemasakan pertama):

Qa = ma x cpa x (Tai – Tao)

Dimana,

cpa = 4.1662 joule/gr oC

ma = 0.59339 kg/s

Tai – Tao = 81.8 – 72.0 = 9.8 oC

Qa = 0.59339 kg/s x 4166.2 kJ/kg oC x 9.8

= 24226.21485 W

= 24.226 kJ/s

Panas yang diterima bahan selama di ruang preheater (menit 90, pemasakan

pertama) sampai setting point:

Qb = mb x cpb x (Tbi – Tbo)

Dimana,

cpb = 4.1662 joule/gr oC

mb = 3.14 x 0.3252 m x 1.5 m = 0.49749375 m3

= 497.5 kg

= 0.138 kg/s

Tbi – Tbo = 62.2 – 60.5 = 1.7 oC

Qa = 0.138 kg/s x 4166.2 J/kg oC x 1.7

= 977.39 kJ/s

Panas yang diterima untuk menaikkan suhu bahan sampai titik didih (73.69 0C) selama di ruang evaporator (menit 90, pemasakan pertama):

Qb = mb x cpb x (Tbi – Tbo)

Dimana,

cpb = 4.1662 joule/gr oC

mb = 0.138 kg/s

Tbi – Tbo = 71.3 – 70.2 = 1.1 oC

Qa = 0.138 kg/s x 4166.2 J/kg oC x 1.1

= 54.49 kJ/s

Panas yang diterima untuk mengubah fase bahan dari cair menjadi uap:

Q4 = mb x L

Dimana,

mb = 0.02 kg/s

L = 2633.1 kJ/kg

Q4 = 52.662 kJ/s

Lampiran 7. Tabel nilai efisiensi unit preheater pada pemasakan I

Waktu Q1 (kJ) Q2 (kJ) Ef

0 0,00 0,00 0,00

5 10877,60 0,00 0,00

10 4944,36 114,99 0,02

15 7910,98 517,44 0,07

20 8652,63 1092,38 0,13

25 6427,67 919,90 0,14

30 10135,94 1264,86 0,12

35 1483,31 -919,90 -0,62

40 4202,71 977,39 0,23

45 3708,27 977,39 0,26

50 5191,58 919,90 0,18

55 3461,05 1034,88 0,30

60 5191,58 919,90 0,18

65 2719,40 1034,88 0,38

70 4944,36 919,90 0,19

75 2472,18 977,39 0,40

80 5191,58 1034,88 0,20

85 4944,36 862,40 0,17

90 3213,84 977,39 0,30

95 1730,53 977,39 0,56

100 2719,40 632,43 0,23

105 -16069,18 2299,74 -0,14

110 -27441,21 -517,44 0,02

115 31891,14 1322,35 0,04

120 3461,05 -804,91 -0,23

125 -2719,40 344,96 -0,13

130 1730,53 229,97 0,13

135 -21013,54 114,99 -0,01

140 -15574,74 -747,42 0,05

145 39554,90 4886,95 0,12

150 247,22 0,00 0,00

155 1236,09 57,49 0,05

160 -4202,71 -229,97 0,05

165 -14585,87 -229,97 0,02

170 9147,07 -287,47 -0,03

175 -6922,11 -57,49 0,01

Lampiran 8. Tabel nilai efisiensi unit preheater pada pemasakan II

Waktu Q1 (kJ) Q2 (kJ) ef

0 0,00 0,00 0,00

5 247,22 0,00 0,00

10 247,22 57,49 0,23

15 0,00 0,00 0,00

20 0,00 57,49 0,00

25 39554,90 632,43 0,02

30 2966,62 1264,86 0,43

35 4697,14 1322,35 0,28

40 3213,84 1092,38 0,34

45 7169,33 1897,29 0,26

50 988,87 689,92 0,70

55 4697,14 1149,87 0,24

60 4202,71 1322,35 0,31

65 4697,14 1264,86 0,27

70 3955,49 1207,36 0,31

75 2472,18 1149,87 0,47

80 3955,49 1264,86 0,32

85 3461,05 977,39 0,28

90 2472,18 919,90 0,37

95 4202,71 1264,86 0,30

100 2966,62 977,39 0,33

105 2472,18 747,42 0,30

110 4202,71 1264,86 0,30

115 741,65 747,42 1,01

120 4944,36 1034,88 0,21

125 247,22 172,48 0,70

130 -6180,45 747,42 -0,12

135 -33868,89 402,45 -0,01

140 14833,09 229,97 0,02

145 18788,58 -114,99 -0,01

150 -35846,63 114,99 0,00

155 -12113,69 -57,49 0,00

160 -4944,36 -57,49 0,01

165 39060,47 1034,88 0,03

170 9888,73 0,00 0,00

175 4202,71 114,99 0,03

180 5686,02 402,45 0,07

185 1977,75 57,49 0,03

190 -4449,93 229,97 -0,05

195 -3955,49 -574,94 0,15

200 2966,62 57,49 0,02

205 -4697,14 57,49 -0,01

210 -1977,75 -229,97 0,12

215 -1483,31 747,42 -0,50

Lampiran 9. Tabel nilai efisiensi unit preheater pada pemasakan III

Waktu Q1 (kJ) Q2 (kJ) Ef

0 0,0 0,0 -

5 494,4 57,5 0,12

10 24227,4 57,5 0,00

15 6427,7 977,4 0,15

20 2966,6 459,9 0,16

25 4944,4 862,4 0,17

30 5686,0 1034,9 0,18

35 3708,3 1207,4 0,33

40 4449,9 1207,4 0,27

45 8158,2 1724,8 0,21

50 1483,3 977,4 0,66

55 3213,8 1494,8 0,47

60 5686,0 1264,9 0,22

65 247,2 1437,3 5,81

70 4697,1 1092,4 0,23

75 3955,5 1322,4 0,33

80 1977,7 1207,4 0,61

85 3955,5 1379,8 0,35

90 4449,9 1092,4 0,25

95 0,0 1092,4 0,00

100 2472,2 977,4 0,40

105 2472,2 1207,4 0,49

110 741,7 689,9 0,93

115 2966,6 287,5 0,10

120 -1977,7 632,4 -0,32

125 -741,7 230,0 -0,31

130 -4697,1 517,4 -0,11

135 -31396,7 172,5 -0,01

140 29666,2 57,5 0,00

145 -4697,1 -172,5 0,04

150 494,4 -115,0 -0,23

155 -2966,6 -172,5 0,06

160 -8899,9 -402,5 0,05

165 8899,9 -172,5 -0,02

170 -2719,4 -172,5 0,06

175 1730,5 -230,0 -0,13

180 0,0 -57,5 0,00

185 1236,1 -115,0 -0,09

190 1236,1 -57,5 -0,05

195 -1483,3 -230,0 0,16

200 1236,1 172,5 0,14

Lampiran 10. Tabel nilai efisiensi unit evaporator pada pemasakan I

Q1 Q3 Q4 ηηηη

0,0 0,0 36,3 0,00

2966,6 977,4 36,3 0,34

2719,4 977,4 36,3 0,37

741,7 632,4 36,3 0,90

-4449,9 2299,7 36,3 -0,52

-12113,7 -517,4 36,3 0,04

1483,3 1322,4 36,3 0,92

4202,7 -804,9 36,3 -0,18

-3213,8 345,0 36,3 -0,12

988,9 230,0 36,3 0,27

-6674,9 115,0 36,3 -0,02

-13597,0 -747,4 36,3 0,05

17552,5 4887,0 36,3 0,28

988,9 0,0 36,3 0,04

494,4 57,5 36,3 0,19

-3213,8 -230,0 36,3 0,06

-3955,5 -230,0 36,3 0,05

-2719,4 -287,5 36,3 0,09

494,4 -57,5 36,3 -0,04

Lampiran 11. Tabel nilai efisiensi unit evaporator pada pemasakan II

Q1 Q3 Q4 ηηηη

0,0 0,0 52,7 0,00

-2472,2 747,4 52,7 -0,32

-10383,2 402,5 52,7 -0,04

-4944,4 230,0 52,7 -0,06

5438,8 -115,0 52,7 -0,01

-8405,4 115,0 52,7 -0,02

-8158,2 -57,5 52,7 0,00

-4697,1 -57,5 52,7 0,00

8899,9 1034,9 52,7 0,12

14091,4 0,0 52,7 0,00

4697,1 115,0 52,7 0,04

6427,7 402,5 52,7 0,07

494,4 57,5 52,7 0,22

-6427,7 230,0 52,7 -0,04

-3955,5 -574,9 52,7 0,13

494,4 57,5 52,7 0,22

-988,9 57,5 52,7 -0,11

-741,7 -230,0 52,7 0,24

-4449,9 747,4 52,7 -0,18

Lampiran 12. Tabel nilai efisiensi unit evaporator pada pemasakan III

Q1 Q3 Q4 ηηηη

0,0 0,0 65,8 0,00

1236,1 632,4 65,8 0,56

-2719,4 230,0 65,8 -0,11

-7911,0 517,4 65,8 -0,07

-10877,6 172,5 65,8 -0,02

4202,7 57,5 65,8 0,03

4202,7 -172,5 65,8 -0,03

-1977,7 -115,0 65,8 0,02

-1977,7 -172,5 65,8 0,05

-6427,7 -402,5 65,8 0,05

4449,9 -172,5 65,8 -0,02

-247,2 -172,5 65,8 0,43

-1977,7 -230,0 65,8 0,08

1977,7 -57,5 65,8 0,00

-1236,1 -115,0 65,8 0,04

494,4 -57,5 65,8 0,02

-494,4 -230,0 65,8 0,33

741,7 172,5 65,8 0,32

Lampiran 13. Gambar Alat Evaporator Vakum tipe Single-Effect-Evaporator

SKRIPSI UJI PERFORMANSI DAN ANALISA TEKNIK ALAT … · Unit pompa vakum mampu menghasilkan tekanan...

Documents

Transcript of SKRIPSI UJI PERFORMANSI DAN ANALISA TEKNIK ALAT … · Unit pompa vakum mampu menghasilkan tekanan...