0
Kode/Nama Rumpun Ilmu : 166/Tek. Pasca Panen Bidang Fokus : Teknik
LAPORAN AKHIR
PENELITIAN TERAPAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI
PENGERING SISTIM VAKUM DENGAN MENGGUNAKAN
NOZEL INJECTOR
TIM PENGUSUL
Ir. Suryanto, MSc. PhD. NIDN. 0026085904 Dr. Eng. Akhmad Taufik, ST., MT. NIDN. 0013047610 Ir. Nur Hamzah. MT. NIDN. 0011116308
Dibiayai oleh:
Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat Direktorat Jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan
Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Nomor Kontrak: 066/SP2H/PPM/DRPM/2018, tanggal 9 Maret 2018
POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG
JULI 2018
1
2
RINGKASAN
Pengeringan sangat banyak dibutuhkan untuk membantu proses berbagai industri pangan
maupun nonpangan. Pada tingkat petani proses pengeringan digunakan untuk meningkatkan
mutu berbagai hasil pertanian atau menghindari kerusakan paska panen. Berbagai proses
pengering diterapkan, mulai dari cara traditional maupun dengan menggunakan teknologi maju.
Tujuan penelitian ini adalah evaluasi yang berkaitan dengan effisiensi penggunaan energi dan
periode pengeringan pada suatu prototype pengering vakum dengan menggunakan efek nozel
injector (ejector) untuk memberikan efek vakum. Metode penelitian meliputi desain, manufaktur
dan uji eksperimen. Kapasitas desain pengering adalah 0,5 m3, sistim batch, dengan range
temperatur chamber dapat disetting antara 20 0C sampai dengan 100 0C, dan tekanan vakum
antara 1 bar sampai dengan 0,2 bar. Objek yang dikeringkan adalah biji kopi dan biji kakao yang
berasal dari hasil perkebunan yang terdapat di Sulawesi Selatan
Hasil uji eksperimen menunjukkan bahwa efek vakum pada sistim pengering dengan
menggunakan nozel injector dapat meningkatkan efisiensi penggunaan energi 5 % jika
dibandingkan dengan kondisi pengering yang tidak diberi efek vakum. Waktu pengeringan
(drying time) lebih cepat 1 jam pada kondisi vakum dibandingkan dengan kondisi tidak vakum.
Desain yang berhubungan dengan kinerja dan realibility sistim pengering vakum yang
dikembangkan masih belum optimal ditinjau dari segi efisien sisistim masih rendah (13 -15)%
dan karakteristik waktu pengeringan masih relative masih lambat (8-9) jam. Selain itu darisegi
konstruksi, kemampuan untuk menahan tekanan masih rendah terutama pada bagian selubung
uap. Sistim pengoperasian masih tidak efektif sehingga ditinjau dari segi reliability dan
kemudahan operasional sistim masih rendah, diperikrakan baru mencapai 60 % dari target desain
ideal. Dari uji eksperimen tersebut diperoleh kenyataan bahwa terdapat beberapa kelemahan dan
perlu koreksi dan pengembangan.
3
DAFTAR ISI
Halaman Judul Halaman Pengesahan 1 Ringkasan 2 Daftar Isi Daftar Lampiran
3 4
BAB 1 Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
5
5
BAB 2 Tinjauan Pustaka
2.1 The State of the Art
2.2 Pengering Sistim Vakum
6
6
7
BAB 3 Metode Penelitian
3.1. Tahapan Penelitian
3.2. Desain Sistim dan Uji Eksperimental
11
11
12
BAB 4 Hasil dan Luaran yang Dicapai
4.1 Hasil
4.2 Luaran yang Dicapai
15
15
21
BAB 6 Rencana Tahapan Berikutnya 22
BAB 7 Kesimpulan dan Saran 23
Daftar Pustaka 24
LAMPIRAN- LAMPIRAN 25-46
4
DAFTAR LAMPIRAN
No Nama Lampiran hal
1. Lampiran 1 Gambar protitpe dan desain 3D mesin pengering vakum
dengan nozel injector 25-26
2. Lampiran 2 Paper for International Confrence dan Bukti penerimaan 27-34
3. Lampiran 3 Bukti penerimaan paper pada Seminar Nasional 35
4. Lampiran 4 Draft paten sederhana 36-46
5
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Proses pengeringan banyak digunakan di berbagai sektor industri, seperti: petrokimia,
pertanian, bioteknologi, makanan, polimer, keramik, farmasi, pembuatan kertas, proses
pemurnian mineral dan pengering kayu serta pengering hasil pertanian lainnya. Pengeringan
merupakan langkah penting dalam pengolahan makanan. Posisi pengeringan menjadi lebih
strategis karena perubahan kehidupan gaya orang modern yang lebih memilih untuk menemukan
produk kering berkualitas tinggi dan kondisi alami. Produk berupa bubuk berkualitas tinggi
seperti sup, saus, susu, kopi, dan ragi kering lebih disukai karena berguna,
pada tingkat kemurnian tinggi, dan umur simpan yang panjang. Contohnya adalah susu bubuk
yang bisa disimpan untuk jangka waktu lebih lama dari satu tahun, bukan beberapa minggu dan
untuk itu volume transportasi 8-10 kali dikurangi (Birchal et al, 2005; Djaeni,
2008). Di beberapa jenis industri pengolahhan makanan, sebagian besar energi dihabiskan untuk
pengeringan, misalnya, dipengolahan makanan dan farmasi, sekitar 10-20% dari total energi
pemakaian sementara diindustri kayu dan bubur kertas, konsumsinya lebih tinggi sehingga bisa
mencapai 30%. Sementara kegiatan pengeringan pascapanen konsumsi energi sampai 70%, (
Boxtel, et al, 2013) .
Ada beberapa metode pengeringan digunakan, mulai dari pengolahan tradisional hingga
modern: misalnya sinar matahari langsung, konvektif, microwave dan infra merah, ultra sound,
centrifuge, freeze, dan pengeringan vakum. Berbagai desain juga diterapkan mengacu pada
karakteristik produk basah, yaitu; pengering unggun terfluidisasi (fluidized bed dryer) untuk biji-
bijian atau bubuk, pengering semprot (spray dryer) untuk mendapatkan bubuk kering, rotary
untuk biji-bijian, dan tray dyer untuk bahan seperti cocoa dan sayuran. Berbagai desain
dimaksudkan untuk mendapatkan efisiensi dan kualitas produk yang tinggi (produk yang
disempurnakan). Pada pengeringan suhu tinggi, efisiensi energi bisa mencapai 60%. Sedangkan
pada pengering temperature rendah, efisiensinya di bawah 30% (Djaeni, 2008).
6
Pengeringan adalah proses yang menggunakan energi yang signifikan dan memakan
waktu, sehingga meningkatkan efisiensi pengunaan energi menjadi penting dalam sistim
pengering. Hingga saat ini, teknologi pengeringan seringkali tidak efisien dalam hal konsumsi
energi dan memiliki dampak lingkungan yang tinggi akibat pembakaran bahan bakar fosil atau
kayu sebagai sumber energi (Kudra dan Mujumdar, 2002). Sumber bahan bakar fosil terbatas,
harga energi meningkat, penggunaan energi industri di seluruh dunia meningkat, dan kenaikan
emisi gas rumah kaca menjadi isu global. Kebutuhan akan pengembangan industri yang
berkelanjutan dengan modal dan biaya operasional yang rendah terutama untuk penghematan
energi menjadi semakin penting. Dalam konteks ini pengembangan metode pengeringan yang
efisien dengan konsumsi energi rendah merupakan isu penting dalam penelitian teknologi
pengeringan.
Suhu operasional yang lebih tinggi bisa menjadi pilihan untuk meningkatkan efisiensi
energi dan mempercepat waktu pengeringan. Namun, kualitas produk akan terdegradasi terutama
untuk makanan, dan bahan obat-obatan herbal. Sementara itu dehumidifikasi udara berpotensi
untuk meningkatkan gaya penggerak pada suhu rendah atau sedang yang dapat sesuai untuk
produk yang sensitif terhadap panas.
Pengeringan adalah proses dehumidifikasi dimana kelembaban dikeluarkan dari padatan
dengan menggunakan energi panas. Pengeringan melibatkan mekanisme gabungan panas dan
perpindahan massa dan, dalam banyak kasus, menyebabkan perubahan sifat produk. Pengeringan
juga dianggap sebagai proses yang intensif energi, karena memerlukan pasokan panas laten ke
material untuk mengevaporasi kadar air dalam material. Dalam perancangan sistem pengeringan,
kualitas produk, kelayakan ekonomi dan masalah lingkungan menjadi penting untuk
dipertimbangkan.
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 The state of the art
7
Istilah pengering yang dideskripsikan secara termal adalah perpindahan material-material
mengambang (volatile) yang berbentuk uap dan air yang berada di dalam suatu benda padat dan
pada bagian permukaan. Ketika suatu benda padat (misalnya biji-bijian) atau material kayu yang
basah mengalami proses pengeringan, maka ada dua fenomena perpindahan kalor atau energi
yang terjadi (Hu et.al. 2006), yakni:
1. Perpindahan energi (kebanyakan adalah energi panas) dari lingkungan sekitar untuk
menguapkan suatu permukaan yang lembab atau basah (faktor eksternal).
2. Perpindahan kalor internal dari material padat ke permukaannya yang diteruskan keudara
sekitar (faktor internal).
Kedua fenomena perpindahan kalor di atas, menunjukkan bahwa energi yang berpindah
(dalam bentuk panas) ke material padat basah merupakan perpindahan kalor konveksi, konduksi,
radiasi atau gabungan yang terjadi secara terus menerus dalam siklus pengeringan. Fenomena
pertama menjelaskan tentang perpindahan uap air keluar dari permukaan material, tergantung
pada tempertur luar, laju aliran dan kelembaban udara, luas permukaan dan tekanan. Sedangkan,
fenomena kedua mengidentifikasikan tentang pergerakan daerah kelembaban secara internal,
berdasarkan sifat fisik alamiah zat padat, temperatur, dan kandungan uap air dan udara. Prinsip
dan model perpindahan kalor pada pengering menjadikan rancangan dan tipe produk pengering
yang berbeda apabila diaplikasikan pada sektor industri.
Proses pengeringan dapat menyebabkan kehilangan kesetimbangan kimiawi yang
terdapat di dalam mikrostruktur material padatan atau cairan. Salah satu metode untuk
mengendalikan kesetimbangan kimiawa di dalam material adalah dengan menjaga tekanan uap
agar lebih rendah dari tekanan alami cairan/air yang terdapat dalam benda padat atau dikenal
dengan istilah bound moisture. Dengan menurunkan tekanan pada ruang pemanas, maka
temperatur pemanasan untuk mengeringkan produk paska panen dapat diturunkan untuk
menghindari kerusakan struktur dari produk tersebut, ( Hu et.al. 2006). Studi mengenai
penggunaan uap panas lanjut (superheated steam) dan gabungan gas panas yang dilakukan oleh
(Chryat Y. et al. 2017), pada kondisi vakum mendapatkan bahwa efisiensi penggunaan energi
dapat mencapai 40 % lebih tinggi dibanding dengan pengering sistim pada kondisi biasa. Untuk
mengefektifkan terjadinya proses penguapan air dari produk diperlukan sejumah panas
dimasukkan ke material yang basah. Pengeringan langsung (direct dryer) dilakukan dengan
8
memasukkan panas secara konveksi ke dalam ruang pengering. Walaupun pengering direct dryer
cukup efektif, namun hal ini menyebabkan produk dapat terkontaminasi oleh gas panas yang
mengandung sat atau molekul beracun. Jenis pengering ini dihindari untuk produk yang sensitive
terutama berbagai produk bahan pangan.
Pengeringan tidak langsung (undirect dryer) dilakukan melalui perpindahan panas
konduksi melalui bahan atau material yang mudah menghantar panas (konduktifitas thermalnya
tinggi) ke dalam suatu ruang dimana ditempatkan produk. (Munjandar, 2006), fenomena
mekanisme perpindahan kadar air di dalam padatan produk diantaranya dijelaskan melalui proses
sebagai berikut:
a. Difusi cair, proses ini menjelaskan tentang keadaan zat padat yang basah yang memiliki
temperatur dibawah titik didih fasa cair.
b. Difusi uap, penguapan cairan yang berada di dalam material padat.
c. Difusi Knudsen adalah keadaan saat pengering ditempatkan pada temperatur dan tekanan
rendah, misalnya pada alat pengering jenis temperature rendah.
d. Difusi permukaan.
e. Perbedaan tekanan hidrostatis adalah laju penguapan internal yang memberikan dampak pada
perpindahan laju aliran uap zat padat terhadap lingkungan.
f. Kombinasi dari mekanisme-mekanisme yang ada.
Jika suatu cairan berubah fasa menjadi uap kering (superheated steam), maka cairan
tersebut mula-mula akan mengalami proses penguapan (uap saturated), selanjutnya berubah
menjadi fasa uap-gas (uap kerig). Apabila kita mengamati suatu massa uap (mw) yang berada
dalam fasa gas, dan di dalamnya terdapat tekanan parsial dari uap ke cairan, serta kita berasumsi
bahwa kondisi gas adalah gas ideal, maka persamaan uapnya diekspresikan dengan persamaan
Clausius-Clapeyron sebagai:
Estimasi tekanan penguapan dari cairan dan padatan:
ln (P/P°) = H
R
( 1 T° - 1
T )
dimana P adalah tekanan uap pada temperature T, P° adalah tekanan uap pada temperatur T°, H
adalah enthalpy penguapan. R adalah konstanta gas ideal dan T adalah temperatur (dalam
Kelvin).
9
2.2. Pengering Sistim Vakum
Pada umumnya pengering sistim vakum menggunakan satu atau beberapa pompa vakum
untuk memberi efek vakum pada ruang chamber. Hal ini menyerap penggunaan energi pada
sistim pengering cukup banyak yakni berkisar 25 % sampai dengan 40 % dari total penggunaan
energi (Davahastin, et.al, 2014). Pada usulan proposal penelitian ini akan dilakukan usaha
peningkatan penggunaan energi dengan menggunakan sistim pengering tipe vakum tanpa harus
menggunakan pompa vakum. Peneliti yang terlibat pada studi pengering sistim vakum dengan
menggunakan media pemindah panas uap dan gas panas (Coscun et al. 2017), menyimpulkan
bahwa energi dapat direduksi sampai 40 % dengan kualitas produk terjaga karena pemberian
temperature maksimum dijaga maksimum 50 0C. Adapun (Bao et.al, 2017) yang melakukan
studi efek tekanan vakum terhadap produk cedar-wood menyimpulkan kenaikan sifat-sifat fisik
dari produk seperti modulus elastic dan dimension stability.
Beberapa persamaan yang digunakan untuk menganalisis proses pengeringan yang
berhubungan dengan perpindahan kalor dan thermodinamika untuk menghitung kondisi seperti
kapasitas kalor, keseimbagan energi, efisiensi dan ratio ekstraksi moisture dijelaskan sebagai
berikut:
1. Kapasitas pemanasan merupakan jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan
temperatur suatu massa material. Pada tekanan konstan, kapasitas pemanasan dijelaskan
melalui persamaan,
Dimana adalah kemiringan kurva koeksistensi, dan adalah kapasitas kalor.
Untuk perhitungan kalor pengering dengan waktu tertentu digunakan persamaan :
Dimana adalah perbedaan temperature setelah dan sebelum pengeringan.
2. Kesetimbangan Energi (Energy balances), dapat dianalisis dengan mengunakan formula
sebagai berikut (Coskun C. et.al, 2009):
10
, dimana
ṁp = mass flow rate dari produk/material yang dikeringkan
ṁa = mass flow rate uap dan udara
3. Energy Efficiency sistim pengering juga dapat dihitung dengan menggunakan persamaan,
(Coskun C. et.al, 2009),
Energi effisiensi sistim = energi yang digunakan untuk penguapan air pada produk dibagi dengan energi yang disuplai ke pengering + kerja
Dimana energi thermal yang disuplai ke sistim pengering dan kerja yang dibutuhkan untuk alat bantu (misalnya Fan dan Pompa Vakum)
4. Ratio Ekstraksi Moisture Spesifik (The specific moisture extraction ratio, SMER)
dihitung berdasarkaan persamaan sebagai berikut, (Coskun C. et.al, 2009):
Dari persamaan analisis besarnya efisiensi dan SMER di atas, jika penggunaan pompa vakum
pada sistim pengering vakum dihindari, maka konsekuensinya besarnya energi pompa dapat
ditiadakan =0, sehingga efisiensi sistim dan SMER dapat ditingkatkan. Penelitian ini
menawarkan penggunaan injector nozzle sebagai pengganti pompa vakum yang tidak lagi
membutuhkan daya pompa, dengan tujuan untuk meningkatkan efisiensi penggunaan energi.
BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1 Tujuan dan Urgensi Penelitian
Proposal penelitian ini akan mengevaluasi suatu jenis pengering vakum dengan
menggunakan injector nozzle sebagai pengganti pompa vakum untuk mengurangi penggunaan
energi pada suatu sitim pengering. Diskusi yang melibatkan desain sistim, manufaktur dan uji
eksperimental mesin pengering dengan uji beberapa material objek yang dikeringkan dianalisis
dan dievaluasi.
11
Secara khusus tujuan penelitian ini adalah merancang bangun dan menguji suatu
prototype alat pengering sistim vakum dengan menggunakan nozzle injector untuk mereduksi
penggunaan energi pada sistim pengering tanpa merusak kualitas material objek yang
dikeringkan. Kapasitas desain mesin 0,5 m3, type fluidized bed yang dapat diterapkan untuk
mengeringkan berbagai hasil pertanian/perkebunan, seperti biji-bijian (biji cocoa, jagung, gabah
dan berbgagai bahan baku obat herbal).
Urgensi dari penelitian iniadalah untuk mereduksi kerusakan atau turunnya mutu hasil
produk pertanian/perkebunan yang kadang dihadapi oleh para petani. Selain itu dengan semakin
mahalnya harga energi, maka diharapkan penelitian ikut membantu usaha penghematan
penggunaan energi. Kontribusi yang diharapkan dari penelitian ini akan berdampak pada
peningkatan kualitas produksi hasil pertanian paska panen sehingga akan meningkatkan nilai jual
yang lebih baik. Hal ini akan meningkatkan pendapatan para petani dan pengusaha dibidang
agroindustri dan pada akhirnya akan meningkatkan perekonomian daerah khususnya dan
nasional secara umum. Selain itu dari penelitian ini, dihasilkan karya ilmiah yang membantu
pengembangan Ipteks khususnya pada bidang teknologi pengering (drying technology) dan juga
diharapkan diperoleh hak patent untuk beberapa klaim invensi dengan adanya inovasi desain
yang bersifat novelty pada bagian-bagian tertentu khususnya dalam peningkatan efisiensi energi
sistim.
3.2 Kaitan dengan Capaian Renstra
Proposal penelitian ini merupakan salah satu bagian atau tema dari isu strategis Renstra UPPM
Politeknik Negeri Ujung Pandang periode 2016-2020, yaitu isu Rekayasa teknologi efisiensi
energi dalam peningkatan proses produksi pasca panen, khususnya tema mengenai
pengembangan rekayasa teknologi pengeringan komoditi pertanian dan perkebunan pasca panen.
BAB 4. METODE PENELITIAN
Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh pengusul, yakni desain dan uji mesin
pengering biji kakao sistim kontinyu (Suryanto dkk 2016) yang menggunakan type pengering
tidak langsung (undirect) yang bekerja pada tekanan atmosfir, diperoleh kenyataan bahwa
12
terdapat keuntungan pada sistim tersebut yakni kapasitas pengering dapat menjadi lebih besar,
namun efisiensi penggunaan energi sangat rendah yakni hanya mencapai maksimum 13 %,
sementara standar minimum efisiensi pengering berkisar 30 sampai dengan 60 % (Jaelani, 2008).
Untuk menurunkan penggunaan energi, maka salah satu metode yang dapat dilakukan adalah
dengan menurunkan tekanan pada drying chamber untuk mereduksi temperatur titik penguapan
air yang terkandung dalam produk uji, yakni dari berbagai jenis biji-bijian. Selain itu akan
dilakukan pengembangan desain pada sistim isolator thermal untuk mengurangi kerugian panas
dan mengefektifkan perpindahan kalor dari fluida panas ke material uji terutama pada bagian
casing chamber dan instalasi pengaliran panas. Berikut tahapan penelitian yang sudah dilakukan
dan rencana target capaian yang sesuai dengan Renstra UPPM PNUP.
Gambar 2. Diagram tahapan yang terkait dengan penelitian rekayasa teknologi pengering
Design dan uji eksperimen prototype pengering coklat, jagung dan gabah sistim batch dan kontinyu
Rekayasa Pengering sistim vakum, skala lab. (prototype)
Rekayasa pengering skala industry yang dapat diterapkan
Efisiensi energi masih rendah dan menggu. energi gas
Peningkatan efisiensi energi, uap panas dan kualitas produk baik
Penggunaan energi efisien, kapasitas produk tinggi, reliable, energi
Usulan Pengembangan
Target Capaian Penelitian yang sudah dilakukan
13
4.1 Tahapan Penelitian
Untuk mencapai tujuan yang ingin dicapai seperti yang telah diuraikan sebelumnya, maka
kegiatan penelitian yang dilakukan meliputi; desain, manufaktur, dan uji eksperimental
(pengujian kinerja alat, pengujian kualitas produk dan analisis hasil). Berikut diuraikan tahapan
penelitian sebagai berikut:
a. Tapap I, Tahap Desain:
Kapasitas pengering didesain kurang lebih 0,5 m3. Desain untuk komponen mekanik meliputi
antara lain nozzle injector, drying chamber, isolator thermal, dan instalasi saluran fluida
pemanas (direncanakan sumber panas berupa uap saturated yang diperoleh dari suatu boiler).
Parameter yang cukup menentukan untuk perencanaan drying chamber adalah kemampuan
material untuk menahan kondisi vakum (sampai tekanan 0,2 bar) tanpa terdeformasi, hal ini
menyangkut desain jenis material dan dimensi. Selain itu kemampuan material drying
chamber mentransfer energi thermal dari uap yang menyelubungi. Hal itu terkait dengan
waktu objek uji berada dalam mesin pengering dan besarnya perpindahan kalor dari gas
panas ke material objek yang akan dikeringkan.
Desain komponen nozzle injector untuk memberi efek vakum pada sistim pengering ini
adalah fungsi dari tekanan dan uap masuk serta dimensi nozzle injector itu sendiri. Hal lain
yang terkait dengan perencaan material adalah pemilihan bahan untuk isolator thermal yang
sesuai untuk mengurangi rugi-rugi energi sehingga proses perpindahan panas dijamin
berlangsung dengan baik dan efisien.
Untuk mengontrol sistim bekerja secara otomatis dan lebih akurat serta fleksibel, maka
sistim dilengkapi dengan suatu kontroller yang bekerja secara otomatik untuk mengatur
tekanan, temperatur dan penyaluran uap panas (steam flow input –out put) sesuai setting
pengujian dalam sistim pengering. Untuk memastikan kontrol bekerja dengan baik maka
akan dilakukan uji simulasi dengan menggunakan software arduino dan Matlab.
Capaian pada tahap I: Desain prototype mesin pengering dalam bentuk gambar 2 dimensi
(2D) dan 3 dimensi (3D), seperti pada lampiran 1.
b. Tahap II, Proses Manufaktur:
14
Untuk memvalidasi kinerja prototype desain mesin pengering kontinyu tersebut, maka perlu
dilakukan proses manufaktur untuk menghasikan suatu mesin yang didasarkan pada hasil
desain pada tahap I. Proses manufaktur dilakukan dengan menggunakan peralatan
permesinan standard yang tersedia pada Jurusan Teknik Mesin PNUP. Jenis komponen yang
dimanufaktur antara lain: nozzle injector, orifice, drying chamber, casing dan instalasi
saluran pemanas serta base plant. Beberapa komponen diadakan sesuai dengan spesifikasi
yang dibutuhkan misalnya katup solenoid valve, isolator thermal, dan sensor serta peralatan
control.
Capain tahap II: Protipe mesin pengering type vakum yang dapat beroperasi secara normal
yang dapat diuji sesuai fungsinya.
c. Tahap III, Uji Eksperimental
Uji eksperimental dilakukan untuk melihat secara nyata kinerja mesin dan produk yang
dihasilkan. Pada tahap ini dilakukan analisis dan uji laboratorium produk sebelum dan
sesudah dikeringkan dan mengevaluasi keandalan dan efektifitas mesin pengering. Beberapa
formula/persamaan untuk menganalisis hal tersebut seperti yang telah dibahas pada bab 2.
Target capaian pada tahap III: data hasil kinerja mesin dan data hasil pengukuran untuk
beberpa objek uji produk disertai dengan hasil analisisnya.
4.2 Desain Sistim and Uji Experimental
Gambar 3 adalah skema pengering vakum dengan menggunakan nozzle injector untuk
mendapatkan efek vacuum menggantikan pompa vakum. Uap saturated bertekanan dari boiler
sebagai fluida panas mengantar kalor terlebih dahulu melewati nozzle injector sebelum dialirkan
ke selubung ruang pengering (the steam jacket). Uap bertekanan dengan kecepatan tertentu
dipercepat pada injector sebelum dilewatkan ke nozzle. Uap terus meningkat kecepatannya pada
leher nozzle (nozzle throat). Hal tersebut menyebabkan tekanan fluida uap turun drastis pada
daerah throat sampai kondisi tekanan vakum atau tekanan dibawah tekanan atmosfir (P < 1bar).
Fenomena tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut; pada daerah menyempit nozzle
berlaku persamaan Bernoulli yakni:
Dimana: ρ =density fluida pada titik 1 dan 2 dapat dianggap konstan
15
V1 dan V2 adalah kecepatan pada daerah input nozzle sedang V2 adalah kecepatan fluida
pada daerah leher nozzle. Pada saat fluida memasuki leher nozzle kecepatan meningkat
disbanding kecepatan masuk nozzle (V2>V1), sebagai konsekuensi tekanan P2 turun. Δp atau (P1-
P2) adalah kondisi dimana terjadi tekanan vakum dan itu terjadi di daerah penyempitan/leher
nozzle.
Gambar 3. Skema pengering vakum dengan menggunakan nozzle injector.
Pada Gambar 3, terdapat suatu saluran penghubung antara drying chamber dengan nozzle
throat yang menyebabkan udara dan uap air yang ada di dalam drying chamber akan terhisap ke
arah leher nozzle. Hal ini menyebabkan ruang chamber juga mengalami kondisi vakum. Uap
panas (steam) yang keluar dari nozzle diteruskan ke selubung uap (bagian luar drying chamber)
sebagai fluida pemanas. Terdapat suatu orifice untuk menurunkan tekanan dan kecepatan uap
pada saluran masuk ke selubung uap. Hal ini diperlukan untuk menghindari tekanan uap yang
masuk ke selubung uap pada drying chamber tidak tanpa mengurangi enthalpy uap.
Terdapat beberapa sensor tekanan dan temperatur pada ruang drying chamber dan
selubung uap untuk mendeteksi kondisi tekanan dan temperatur ruang. Feedback sinyal dari
sensor-sensor tersebut akan dihubungkan ke suatu kontroller kemudian diteruskan ke aktuator
16
solenoid valve V0 , V1 dan V2 untuk mengatur aliran uap masuk dan keluar pada sistim
pengering bekerja secara otomatis. Setting tekanan dan temperature dapat diatur secara fleksibel
sehingga memungkinkan penyesuaian terhadap karakteristik jenis produk uji yang dikeringkan
tanpa merusak kualitas. Hal ini sangat penting untuk maksud penggunaan pada berbagai jenis
material hasil pertanian yang mempunyai karakteristik berbeda-beda dalam hal batasan
kemampuan pengeringan, hal ini akan merujuk ke studi yang dilakukan oleh (Jafari et.al. 2017),
Chryat et.al 2017) dan (Aktas et.al. , 20017).
Uji eksperimental dilakukan untuk menguji kinerja mesin pengering dengan 3 jenis
objek uji kering yaitu; biji kakao, biji jagung dan gabah dengan kadar air antara 10 sampai
dengan 40 %. Material objek akan ditempatkan pada rak-rak (tray) di dalam drying chamber dan
ditutup rapat. Eksperimen akan dilakukan pada berbagai tekanan vakum dan temperatur yang
sesuai kondisi yang tidak merusak kualitas material uji yang dikeringkan untuk melihat laju
pengeringan. Selain itu juga akan dianalisis keseimbangan energi untuk mengevaluasi efisiensi
penggunan energi dan efektifitas nozzle injector memberi efek vakum pada sistim pengering.
Lokasi penelitian untuk proses desain dan manufaktur serta uji eksperimental mesin
dilakukan di bengkel dan laboratorium khususnya di bengkel Jurusan Teknik Mesin dan
Laboratorium Teknik Kimia dan Energi Politeknik Negeri Ujung.
BAB 5. HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI
5.1 Hasil
Hasil dari penelitian yang sudah dicapai adalah;
1. Desain sistim prototype pengering vakum yang dituangkan dalam bentuk gambar 3
dimensi dan gambar 2 dimensi.
Gambar prototype mesin pengering vakum dengan nozel injector terlampir
2. Uji experimental untuk melihat kinerja mesin
Berikut adalah hasil uji eksperimen untuk mengalisis efisiensi penggunaan energi dan
karakteristik laju pengeringan dari material.
a. Keseimbangan Energy dan efisiensi
17
Merujuk pada Gambar 2, persamaan keseimbangan energi dan keseimbangan energi sperti pada
persamaan berikut
(2)
Where are the input mass of steam and products,
are the output mass of steam, product and water content evaporated respectively. Enthalpy
are the input energy of steam and product where are the output
energy of product, steam and energy latent respectively, and is heat losses to surrounding.
Gambar 2. Skema Thermodynamics Input Output Proses pengeringan
Energy Efficiency of the dryer system can also be calculated using equations, [1], where
Energy efficiency system is the total energy required for drying of beans divided by thermal
energy supplied to dryer. The drying efficiency can be expressed as follow,
(3)
Where the total energy required for drying of beans is calculated using equation presented by [7]
and [5],
(4)
Drying Chamber 1 2
Hot saturated steam + Wet product
Dry product + moisture (air + water)
Heat losses to surrounding (
18
Where, is the mass dry beans, is the specific heat of beans is the ambient air
temperature, ,is the chamber temperature, is the product mass initial water content, is
the mass of water to be removed, is the specific heat water , and is the latent heat of
vaporization of water content.
Energy thermal supplied Energy comes from hot saturated steam and is calculated by using
equation
+ (5)
Where, is mass flow rate of steam, is the fluid enthalpy, is the fluid gas enthalpy of
steam and is the steam dryness fraction.
b. Specific moisture extraction ratio (SMER)
SMER is defined as the ratio of mass flow rate of the moist to the total energy rate input to the
dryer or in other words, the reciprocal of the total energy required to remove 1 kg of water
(moisture) from the wet (moist) product, [1]. Total energy input to the dryer also includes the
fan-motor power. Specific Moisture Extraction Ratio (SMER) is calculated by the following
equations, it refers to [8] and [9].
(6)
From the equation of SMER above, the use of vacuum pumps at the dryer system is avoided,
therefore the magnitude of the pump energy is negligible, or =0.
(7)
Hasil dan Diskusi
19
Sample per batch was 3 kg by placing on 3 trays in chamber (1 kg for each tray). The saturated
steam was used as energy input for drying process. The saturated steam condition was 2.5 bar
gauge on average, with the temperature in the steam jacket being around 120 0C and the steam
dryness (x) was 0.32. The temperature in the chamber ranges from 60 to 65 0C. Drying process
per batch had been carried out during 9 hours and consumed 4 kg hot saturated steam. The
vacuum pressure condition in chamber was between 970 to 97.2 kPa.
The drying time versus the moisture content of coffee and cocoa beans can be seen in Figure 5
and Figure 6. The Sankey diagram, showing the example of energy input and output terms and
energy efficiency values, is drawn for the drying system and given in Figure 3. Total energy
input of the hot steam and wet product (cocoa beans) was obtained as 15.451,3 kJ (100%),
whereas the total energy useful was 2278 kJ (13%) and the energy losses to surrounding was
13306 kJ (87%).
Figure 3. The Sankey diagram for the energy balance
Figure 4 shows the efficiency of a vacuum dryer by using the ejector compared with a dryer
without the ejector. Testing has been carried out by taking samples of cocoa beans and coffee
beans. The test results show that there is an increase of the energy efficiency when utilized the
Dry product (cocoa beans)
Hot steam from boiler
Q latent + evaporation
Heat losses to surrounding
Input Wet Product/cocoa )
Eff. Systemvakum =13 % (cocoa) =15 % (coffee)
20
dryer with a vacuum effect compared to a dryer without a vacuum effect (the dryer at
atmospheric pressure).
Figure 4. The comparison of the energy
efficiency
The process of drying coffee beans, with the effect of vacuum pressure in the chamber, the
overall drying efficiency reaches 15%, whereas in the absence of vacuum pressure effect the
overall system efficiency is 10.4%. Meanwhile the drying process of coffee beans, overall drying
efficiency was obtained 13% under vacuum pressure conditions and 12% which was close
conditions to atmospheric pressure The difference in energy use is relatively high for drying
coffee beans, where with the vacuum effect; efficiency is 4.5% higher than without vacuum
effect. While the process of drying cocoa beans, the energy used in the vacuum conditions is
only 1% higher than in the atmospheric pressure. This phenomenon might be caused by the
characteristics of the outer surface of cocoa beans which contain lots of fiber and sugar.
Table 1, shows the Specific Moisture Extraction Ratio (SMER) of Cocoa and Coffee Beans. The
SMER value obtained for the two types of material depends on the performance of the drying
machine used and other parameters such as temperature and pressure in the chamber.
In general there was a lot of heat lost to surrounding (it was between 85% and 87% of the total
energy input) as shown in Sankey diagram. The thermal insulation and the steam circulation in
Table 1. Specific Moisture Extraction
Ratio (SMER) of Cocoa and
Coffee Beans
(kg/s)
x10-5
(kJ/s)
SMER
x10-5 Mater
Chamber
Conditions
2.1 0.472 4.45 Cocoa Vacuum
2.0 0.472 4.42 Cocoa atmospheric
2.31 0.472 4.89 Coffee Vacuum
1.94 0.472 4.13 Coffee atmospheric
21
the steam jacket seem ineffective. The condition of saturated vapor with low steam dryness
causes the phase change of steam to saturated liquid to take place relatively quickly in the water
jacket. This causes the heat distribution to be not distributed properly in the chamber. In order to
reduce heat losses due to low quality steam conditions, the steam drying process is needed to
change the saturated phase to superheated steam, while maintaining low pressure conditions. In
addition, it is necessary to review material design and specification of thermal insulation.
Karakeristik Laju Pengeringan
Gambar 5 dan 6 memperlihatkan memperlihatkan perbandingan laju pengeringan sebagai fungsi
dari penurunan kadar air dan waktu pengeringan. Material uji dilakukan pada dua jenis hasil
perkebunan yang banyak dihasilkan di Sulawesi yaitu biji kopi dan biji kakao. Kondisi tekanan
pada ruang chamber diperlakukan dalam dua keadaan yang berbeda yaitu kondisi pada tekanan
vakum (tekanan negatif) dan kondisi pada tekanan atmosphere.
Gambar 5. Drying period of cocoa beans Gambar 6. The drying period of coffee beans
It shows that there are the differences in drying time for different pressure conditions for the two
sample materials tested. For example, to achieve the condition of both cocoa and coffee beans
with a moisture content of 5% as shown in Figure 5 and Figure 6, for the vacuum conditions, it
took 8 hours while for the conditions at atmospheric pressure it took 9 hours. That means the
drying process with vacuum conditions (97 kPa) was 1 hour faster than the drying conditions at
atmospheric pressure. Drying rate was declined at the last stage when the material moisture
22
below 10 % as the characteristic of drying process for generally posts harvesting matter [3].
Compared with the results of a study conducted by [5], the drying time of the cocoa beans from
the condition of 38% to 7.5% moisture content was 7 hours using hot gas in the batch tray dryer
type, the drying time was almost the same as that obtained in the drying system tested.
5.2. Luaran yang dicapai
Luaran yang sudah dicapai sampai saat ini adalah:
a. Desain prototype mesin pengering vakum dengan menggunakan nozel injector
b. International journal/prosiding, sudah submitted (paper terlampir)
c. Jurnal nasional/prosiding, submitted/accepted
d. Draft patent (terlampir)
e. Proyek akhir dua mahasiswa tingkat akhir Prodi Teknik Konversi Energi
Luaran penelitian dan indikator capaian sampai saat ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Capaian Luaran Tahun 2018 (Tahun 1).
No Jenis Luaran Indikator Capaian
Kategori Sub Kategori Tahun 2018
1 Artikel ilmiah dimuat
dijurnal
Internasional Draft
Nasional Accepted
2 Artikel dimuat
diprosiding
International terindeks Accepted
Nasional terindeks Accepted
3 Hak kekayaan intelektual Paten sederhana Draft
4 Model/Prototipe Draft
BAB 6. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA
Pengembangkan prototype mesin vakum untuk mendapatkan kinerja optimum dari mesin yang
berhubungan dengan efisiensi, efektifitas pengeringan dan keandalan. Redesain pada beberapa
komponen yang dilanjutkan dengan kaji eksperimen merupakan prioritas yang akan dilakukan
untuk mencapai target. Secara teknis target yang ingin dicapai adalah a) efisiensi penggunaan
energi lebih besar dari 30 %, dan waktu pengeringan objek dapat dipersingkat dari 9 jam menjadi
23
6 jam. Selain itu model operasional mesin akan dilengkapi dengan control sehingga hasil
pengukuran lebih akurat dan stabil serta mudah dalam pengoperasiannya.
Untuk mencapai luaran maka penyelesaian karya ilmiah untuk didesiminasikan pada seminar
international dan national, jurnal diikuti dengan penyelesaian dokumen paten untuk didaftarkan.
Tabel 2. Rencana Target Capaian Luaran Tahun 2019 (Tahun 2).
No Jenis Luaran Indikator Capaian
Kategori Sub Kategori Tahun 2019
1 Artikel ilmiah dimuat
dijurnal
Internasional Accepted
Nasional Published
2 Artikel dimuat
diprosiding
International terindeks Published
Nasional Published
3 Hak kekayaan intelektual Paten sederhana Terdaftar
4 Model/Prototipe Ada
BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN
7.1 Kesimpulan The effect of the vacuum dryer using the ejector was investigated. Shorter drying times and lower temperatures increase energy efficiency which is caused with employing the ejector on the dryer comparing to drying at atmospheric pressure. Since the drying operation utilized the ejector, there is no need to introduce the vacuum pump.
Experimental tests on the development of a vacuum dryer design using an ejector showed a low overall efficiency. The initial investigation concluded that there were two causative factors, namely a low steam quality condition and the thermal insulation system used was not appropriate.
7.2 Saran-Saran
Untuk mencapai hasil yang optimal khusunya yang berhubungan dengan efisiensi penggunaan
energi dan akselerasi proses pengeringan maka diperlukan koreksi dan modifikasi atau redesain
prototype mesin pengering vakum dengan menggunakan nozel injector.
24
DAFTAR PUSTAKA
Bao Y & Zhou Y., 2017, Comparative study of moisture absorption and dimensional stability of Chinese cedar wood with conventional drying and superheated steam drying, Journal Drying Technology, Volume 35 - Issue 6.
Birchal, V.S. , Passos, M.L., Wildhagen, G.R.S. and Mujumdar, A.S. 2005, Effect of spray-dryer operating variables on the whole milk powder quality, Drying Technology, 23(3), 611-636.
Coskun C., Bayraktar M., Oktay Z., Dincer I., 2009, Energy and Exergy Analyses of an
Industrial Wood Cips Drying Process, Int Journal Low-Carbon Tech (2009) 4 (4): 224-229.
Djaelani M. and A.J.B. Van Boxtel, Development of A Novel Energy- Efficient Adsorption Dryer with Zeolite for Food Product, Drying Technology, vol. 25, issue 6; 1063-1077.
Van Boxtel, 2013, Processing and Drying of Foods, Vegetables and Fruits , Journal of Drying
Technology, Vol 25. Hu, Q. G.; Zhang, M.; Mujumdar, A. S.; Xiao, G. N.; Sun, J. C., 2006, Drying of edamames by
hot air and vacuum microwave combination. Journal of Food Engineering, 77, p.977 – 982. Davahastin, S., P. Suvarnakuta, S. Soponronnarit and A.S. Mujumdar (2014), A comparative
study of low-pressure superheated steam and vacuum drying of a heat-sensitive material, Drying Technology, Vol. 22, No 8, pp. 1845-1867.
Panchariya P.C. , Popovic D., Sharma A.L., 2002, Thin-layer modelling of black tea drying
process, Journal of Food Engineering, Volume 52, Issue 4, Pages 349–357.
Suryanto, Rahman A. , Pangkung A.,2016, Desain dan Uji Experimental Pengering Kakao Sistim Kontinyu, Prosiding Seminar Sehari Hasil Penelitian, Vol.1 p.
Zhen-Xiang Gong and Arun S. Mujumdar, 2008, Software for Design and Analysis of Drying Systems, Journal of Drying Technology, P 884–894, Taylor & Francis Group, DOI: 10.1080/07373930802142390.
25
LAMPIRAN-LAMPIRAN
LAMPIRAN 1. GAMBAR PROTIPE DAN GAMBAR DESAIN 3D OBJEK PENELITIAN
Gambar 1- L. Prototipe pengering vakum dengan menggunakan nozel injector
26
Gambar 2-L.Desain prototype mesin penegering vakum
27
LAMPIRAN 2. PAPER FOR INTERNATIONAL CONFRENCE (ACCEPTED) EXPERIMENTAL STUDY ON VACUM DRYING USING THE STEAM EJECTOR
Suryanto 1, Nur Hamzah 2, Akhmad Taufik 3 1, 2, 3 Mechanical Engineering Department , The State Polytechnic of Ujung Pandang, Km 10 Tamalanrea, Makassar, Indonesia 90245.
Abstract The present study investigated the performance of a vacuum tray dryer using ejector. The performance observed was related to energy efficiency and drying period of using the ejector comparing with the dryer with atmosphere pressure. The drying process experiment was carried out at temperature ranging from 60 to 65 0C, while vacuum pressure ranging from 970 to 972 kPa. The drying process applied for solid materials e.g. cocoa and coffee beans where its moisture ranging from 28 to 35 %. It was found that energy efficient of using the vacuum dryer was lower 5 % and the drying time tend to be faster 1 hour than using dryer with atmosphere pressure. The energy consumption at a vacuum drying conditions revealed a potential energy reduction by about 5 % using assisted the ejector steam.
Keywords: Vacuum dyer, ejector, drying period, process, efficiency, performance
1. Introduction
In industries, a large part of energy is spent for drying. For example, in food processing and pharmaceutical, it is about 10-20% of the total energy usage. In the wood and pulp, the consumption is higher that can round 30%. Event, at postharvest treatment, the drying takes up to 70% of total energy required [2]. Currently, several drying method are used, from traditional to modern processing: e.g. direct sun, convective, microwave and infrared, ultra sound, centrifuge, freeze, and vacuum drying [9]. The various designs are also applied referring to the wet product characteristic, i.e.; fluidized bed dryer for grain or powder, spray dryer, for getting dry powder from liquid, rotary dryer for grains, and tray dryer for higher size material such as cocoa and vegetables. The various designs are objected to get higher efficiency as well as product quality. At high temperature drying, energy efficiency can reach 60%, while at freeze dryer is below 30% [2]. In this context the development of efficiency drying with low energy consumption is an important issue for research in drying technology.
Higher operational temperature can be an option for increasing energy efficiency and speeding up drying time. However, the product quality will degrade especially for food, and pharmaceutical. Air dehumidification and evaporation which is potential for improving driving force for low or medium temperature could be suitable for heat sensitive product. Vacuum drying method might be the best optional to speed up air dehumidification and evaporation. Another advantage of drying material in this way is less damaging during drying process. Some materials can experience problems at high temperatures. For foods and pharmaceuticals, this can be valuable, as other drying process can degrade quality and make the food less appealing or affect potency of heat-sensitive pharmaceutical products.
This paper discusses the potential of the use of ejector in vacuum drying with medium and low temperature dryer related to energy efficiency and drying period. This study offers the use of a nozzle injector instead of a vacuum pump, with the aim of increasing the efficiency of energy use. The vacuum
28
dryer is maintaining an air pressure lower than the atmospheric pressure. The boiling point of water is reduced by these conditions, which increases rate of evaporation at the surface and results in temperature and total pressure gradients favorable to the flow of humidity through the thickness of object materials dried.
2. Materials and Methods
2.1 Materials
The drying process was subjected for solid materials e.g. cocoa and coffee beans. It was obtained from south Sulawesi, Indonesia. The moisture content of materials varies from 30 to 35% (kg water/kg dry matter).
2.2 Experimental Apparatus and Procedures
Figure 1 is the vacuum drying scheme using a nozzle injector to obtain the vacuum effect of replacing the vacuum pump. The pressurized saturated steam from the boiler first passes through the injector nozzle before being fed to the steam jacket of the dryer. The pressurized steam with a certain speed accelerated on the injector before being passed to the nozzle. As a result the speed of steams increases in the nozzle throat. This causes the pressure of the steam in the throat region of ejector drops dramatically to become vacuum (lower than atmospheric pressure, <1bar). The phenomenon can be explained as follows; on the region of the nozzle's throat it can be applied Bernoulli equation, by assumption head at the region 1 and 2 is the same,
(1)
Where ρ = the density of fluid at points 1 and 2 can be considered constant; whereas V1 is the steam velocity at the input injector region, V2 is the velocity of the fluid at the nozzle throat region (point 2). Since the fluid enters the nozzle throat, the fluid speed increases compared to the entry speed, therefore , as consequences the P2 pressure drops at point 2. As a result is a condition in which reaches vacuum pressure.
It can be seen in Figure 1, the steam coming out of the ejector goes to the steam jacket (the space surrounding the drying chamber) as the heating fluid. There is a connecting pipe between the drying chamber and the nozzle throat that causes air and moisture in the drying chamber can be sucked toward the nozzle neck. This causes the room chamber to also experience a vacuum condition. There is an orifice in order to decrease the vapor pressure and velocity of the inlet to the steam jacket. It is necessary to reduce the vapor pressure that enters the steam jacket over the drying chamber. The dryer employs pressure and temperature sensors in the drying chamber and in the steam jacket to detect the pressure and temperature conditions of the chamber. The signal feedback from those sensors are connected to a controller and then transmitted to the solenoid valve as actuators (V0, V1 and V2) to regulate the incoming and outgoing steam streams in the drying system. Pressure and temperature in the chamber can be adjusted to allow the material characteristics that are dried without damaging the quality. This is particularly important for the purposes of use on different types of agricultural material which have different characteristics in terms of drying constraints, this refer to studies conducted by author [4] and [ 6].
Experimental test was conducted to assess the performance of the dryer. Material objects were placed on the shelves (tray) in the drying chamber and closed tightly. The experiments were carried out at the certain vacuum pressures and temperatures according to conditions which do not impair the quality of the
29
test material being dried to evaluate the drying rate. It also analyzed the energy balance to evaluate the efficiency of energy use and the effectiveness of injector nozzles giving a vacuum effect on the dryer system.
Figure 1. Scheme of the vacuum dryer using the nozzle injector
2.3 Energy balances and efficiency
Referring to Figure 2, mass and energy balance equations for the dryer are given as follows:
(2)
Where are the input mass of steam and products, are the output mass of steam, product and water content evaporated respectively. Enthalpy are the input energy of steam and product where are the output energy of product, steam and energy latent respectively, and is heat losses to surrounding.
Figure 2. Thermodynamics scheme of the drying process showing input and output terms
1
Steam Out
Steam Jacket
2
Drying Chamber 1 2
Hot saturated steam + Wet product
Dry product + moisture (air + water)
Heat losses to surrounding (
30
Energy Efficiency of the dryer system can also be calculated using equations, [1], where Energy efficiency system is the total energy required for drying of beans divided by thermal energy supplied to dryer. The drying efficiency can be expressed as follow,
(3)
Where the total energy required for drying of beans is calculated using equation presented by [7] and [5], (4)
Where, is the mass dry beans, is the specific heat of beans is the ambient air temperature, ,is the chamber temperature, is the product mass initial water content, is the mass of water to be removed, is the specific heat water , and is the latent heat of vaporization of water content. Energy thermal supplied Energy comes from hot saturated steam and is calculated by using equation
+ (5)
Where, is mass flow rate of steam, is the fluid enthalpy, is the fluid gas enthalpy of steam and is the steam dryness fraction.
2.4 Specific moisture extraction ratio (SMER)
SMER is defined as the ratio of mass flow rate of the moist to the total energy rate input to the dryer or in other words, the reciprocal of the total energy required to remove 1 kg of water (moisture) from the wet (moist) product, [1]. Total energy input to the dryer also includes the fan-motor power. Specific Moisture Extraction Ratio (SMER) is calculated by the following equations, it refers to [8] and [9].
(6)
From the equation of SMER above, the use of vacuum pumps at the dryer system is avoided, therefore the magnitude of the pump energy is negligible, or =0.
(7)
3. Results and Discussion
Sample per batch was 3 kg by placing on 3 trays in chamber (1 kg for each tray). The saturated steam was used as energy input for drying process. The saturated steam condition was 2.5 bar gauge on average, with the temperature in the steam jacket being around 120 0C and the steam dryness (x) was 0.32. The temperature in the chamber ranges from 60 to 65 0C. Drying process per batch had been carried out during 9 hours and consumed 4 kg hot saturated steam. The vacuum pressure condition in chamber was between 970 to 97.2 kPa.
31
The drying time versus the moisture content of coffee and cocoa beans can be seen in Figure 5 and Figure 6. The Sankey diagram, showing the example of energy input and output terms and energy efficiency values, is drawn for the drying system and given in Figure 3. Total energy input of the hot steam and wet product (cocoa beans) was obtained as 15.451,3 kJ (100%), whereas the total energy useful was 2278 kJ (13%) and the energy losses to surrounding was 13306 kJ (87%).
Figure 3. The Sankey diagram for the energy balance
In Figure 4 shows the efficiency of a vacuum dryer by using the ejector compared with a dryer without the ejector. Testing has been carried out by taking samples of cocoa beans and coffee beans. The test results show that there is an increase of the energy efficiency when utilized the dryer with a vacuum effect compared to a dryer without a vacuum effect (the dryer at atmospheric pressure).
Figure 4. The comparison of the energy efficiency
Table 1. Specific Moisture Extraction Ratio (SMER) of Cocoa and Coffee Beans
(kg/s) x10-5
(kJ/s) SMER x10-5 Mater Chamber
Conditions
2.1 0.472 4.45 Cocoa Vacuum
2.0 0.472 4.42 Cocoa atmospheric
2.31 0.472 4.89 Coffee Vacuum
1.94 0.472 4.13 Coffee atmospheric
Dry product (cocoa beans)
Hot steam from boiler
Q latent + evaporation
Heat losses to surrounding
Input Wet Product/cocoa ) Eff. Systemvakum =13 % (cocoa)
=15 % (coffee)
32
In the process of drying coffee beans, with the effect of vacuum pressure in the chamber, the overall drying efficiency reaches 15%, whereas in the absence of vacuum pressure effect the overall system efficiency is 10.4%. Meanwhile in the drying process of coffee beans, overall drying efficiency was obtained 13% under vacuum pressure conditions and 12% in close conditions to atmospheric pressure The difference in energy use is relatively high for drying coffee beans, where with the vacuum effect; efficiency is 4.5% higher than without vacuum effect. While the process of drying cocoa beans, the energy used in the vacuum conditions is only 1% higher than in the atmospheric pressure. This phenomenon might be caused by the characteristics of the outer surface of cocoa beans which contain lots of fiber and sugar.
Table 1, shows the Specific Moisture Extraction Ratio (SMER) of Cocoa and Coffee Beans. The SMER value obtained for the two types of material depends on the performance of the drying machine used and other parameters such as temperature and pressure in the chamber.
In general there was a lot of heat lost to surrounding (it was between 85% and 87% of the total energy input) as shown in Sankey diagram. The thermal insulation and the steam circulation in the steam jacket seem ineffective. The condition of saturated vapor with low steam dryness causes the phase change of steam to saturated liquid to take place relatively quickly in the water jacket. This causes the heat distribution to be not distributed properly in the chamber. In order to reduce heat losses due to low quality steam conditions, the steam drying process is needed to change the saturated phase to superheated steam, while maintaining low pressure conditions. In addition, it is necessary to review material design and specification of thermal insulation.
Drying Characteristic
Figures 5 and 6 show a comparison of the rate of decrease in moisture in the dried material under vacuum and atmospheric pressure for two types of two materials; cocoa and coffee beans.
Figure 5. Drying period of cocoa beans Figure 6. The drying period of coffee beans
It shows that there are the differences in drying time for different pressure conditions for the two sample materials tested. For example, to achieve the condition of both cocoa and coffee beans with a moisture content of 5% as shown in Figure 5 and Figure 6, for the vacuum conditions, it took 8 hours while for the conditions at atmospheric pressure it took 9 hours. That means the drying process with vacuum conditions
33
(97 kPa) was 1 hour faster than the drying conditions at atmospheric pressure. Drying rate was declined at the last stage when the material moisture below 10 % as the characteristic of drying process for generally posts harvesting matter [3]. Compared with the results of a study conducted by [5], the drying time of the cocoa beans from the condition of 38% to 7.5% moisture content was 7 hours using hot gas in the batch tray dryer type, the drying time was almost the same as that obtained in the drying system tested.
4. Conclusions
The effect of the vacuum dryer using the ejector was investigated. Shorter drying times and lower temperatures increase energy efficiency which is caused with employing the ejector on the dryer comparing to drying at atmospheric pressure. Since the drying operation utilized the ejector, there is no need to introduce the vacuum pump.
Experimental tests on the development of a vacuum dryer design using an ejector showed a low overall efficiency. The initial investigation concluded that there were two causative factors, namely a low steam quality condition and the thermal insulation system used was not appropriate.
Acknowledgements The researchers wish to thank to Rustam, Arum and Hardianti for involving during the study, Director of the State Polytechnic Ujung Pandang for providing facilities, and The Higher Education Ministry of Indonesia (Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat, DRPM) for supporting the research funding, under contract No.:043/SP2H/LT/DRPM/2018.
References [1] Coskun C., Bayraktar M., Oktay Z., Dincer I., (2009),Energy and Exergy Analyses of an Industrial
Wood Cips Drying Process, Int Journal Low-Carbon Tech 4 (4): 224-229. [2] Djaelani M. and A.J.B. Van Boxtel, 2014, Development of A Novel Energy- Efficient Adsorption
Dryer with Zeolite for Food Product, Drying Technology, vol. 25, issue 6; 1063-1077. [3] Davahastin, S., P. Suvarnakuta, S. Soponronnarit and A.S. Mujumdar, (2014), A comparative study of
low-pressure superheated steam and vacuum drying of a heat-sensitive material, Drying Technology, Vol. 22, No 8, pp. 1845-1867.
[4] Franck J. A. A.E., Gaston Z., Steve C. Z., Robert N., (2015), Optimization of drying parameters for mango, seed kernels using central composite design, Bioresources and Bioprocessing 2:8 DOI 10.1186/s 40643-015-0036-x
[5] Komolafe C.A, Adejumo A.O.D, Awogbemi O, Adeyeye A.D, 2014, Development of cocoa beans batch dryer, American Journal of Engineering Research (AJER), Vol. 3 issue 9, pp 171-176.
[6] Milly A. P., Zhongli P., Griffiths G. A., Gary S., James F. T. Drying characteristics and quality of bananas under infrared radiation heating, (2013), Int J Agric & Biol Eng. Vol. 6 No.3.
[7] Seveda M.C., (2012), Design and development of walk-In, Type of Hemi cylindrical solar tunnel dryer for industrial use, Int. Scholar research Network, , Vol.2012.
[8] Schmidt EL, Klocker K, Flacke N, Steimle F. (1998), Applying the transcritical CO2 process to a drying heat pump, Int J Refrig, vol. 21.
[9] Jia X, Jolly P, Clemets S. , (1990), Heat pump assisted continues drying. Part 2: simulation results, Int J Energy Res, , vol. 14.
[10] Van Boxtel, (2013), Processing and Drying of Foods, Vegetables and Fruits, Journal of Drying Technology , Vol 25.
34
Dear Suryanto -, ISMME 2018 Participant, A pleasant day to you. The 5th ISMME 2018 is fast approaching and we are so excited to welcome you in Gowa-Makassar! On this occasion, attached, is the reminder for your kind reference and payment. Please be advised that the deadline for full payment is October 30, 2018. Please make a payment before the payment deadline. Please ignore this email if you already have done the payment. If you have any questions, feel free to contact us. Thank you. With our best, ISMME 2018
35
LAMPIRAN 3. PENERIMAAN PAPER PADA PROSIDING SEMINAR NASIONAL (Accepted)
Seminar Nasional Hasil Penelitian dan Pengabdian PNUP <[email protected]>
10 Oktober 2018 20.44
Kepada: [email protected]
Yang Kami Hormati
Bapak Ir. Suryanto, M.Sc., Ph.D. (ID: SNP2M-063)
Terima kasih atas registrasi Bapak via ONLINE SUBMISSION pada Seminar Nasional Hasil Penelitian dan Pengabdian (SNP2M) 2018. SNP2M 2018 Insyaa Allah akan dilaksanakan pada tanggal 10-11 November 2018 di Hotel Karebosi Kondotel Makassar. Artikel (full paper) penelitian dan bukti registrasi SNP2M 2018 yang dilampirkan sudah kami terima dan Bapak telah kami daftarkan sebagai Peserta Pemakalah Seminar Nasional Penelitian.
Judul artikel: Pengembangan Desain Pengering Vakum dengan Menggunakan Nozel Injector
Artikel tersebut masih dalam proses review. Letter of Acceptance (LoA) akan segera kami kirimkan jika sudah ada hasil review dan artikel tersebut tidak memerlukan major revision.
Info lengkap SNP2M 2018:
http://snp2m.poliupg.ac.id/2018/
Demikian kami informasikan untuk diketahui.
Atas perhatian dan kerjasamanya kami ucapkan terima kasih.
Hormat kami,
Panitia SNP2M 2018
36
LAMPIRAN 4. DRAFT PATEN SEDERHANA
Deskripsi
PENGERING SISTIM VAKUM MENGGUNAKAN EJECTOR
Bidang Teknik Invensi
Invensi ini berhubungan dengan pengering vakum dengan menggunakan
ejector untuk menggantikan pompa mekanik untuk memberikan efek vakum
pada ruang pengering (chamber), yang dapat digunakan untuk
mengeringkan berbagai material padat hasil pertanian dan atau berbagai
bahan baku obat herbal.
Latar Belakang Invensi
Pengering vakum mempunyai kelebihaan dibandingkan dengan
pengering biasa yakni proses pengeringan bisa berlangsung lebih cepat,
penggunaan energi lebih efisien dan temperature pengering dapat
berlangsung lebih rendah. Pengeringan merupakan proses unit penting
dalam berbagai sektor industri. Makanan, farmasi, kimia, plastik,
kayu, kertas dan industri lainnya menggunakan peralatan pengeringan
untuk menghilangkan kelembaban selama pemrosesan produk. Kebanyakan
pengering diklasifikasikan sebagai Pengering Langsung (direct dryers),
di mana udara panas (pada tekanan atmosfer) digunakan untuk memasok
panas untuk menguapkan air atau pelarut lain dari produk. Kategori
pengering penting lainnya, yakni pengering vakum, melibatkan
penggunaan kondisi tekanan rendah pada ruang chamber. Pengeringan
adalah salah satu bagian proses yang paling cukup banyak menggunakan
energi, karena panas laten yang tinggi dari penguapan air dan
inefisiensi dari alat pengering itu sendiri. Tergantung pada
karakteristik produk tertentu yang diperlukan, maka sektor industri
yang berbeda memerlukan berbagai jenis teknologi pengeringan. Proses
pengeringan produk bernilai tinggi yang cenderung peka terhadap panas
37
seperti makanan, obat-obatan dan produk biologi lainnya, menuntut
perhatian khusus. Ketika dikeringkan pada suhu yang lebih tinggi,
umumnya produk-produk yang peka panas dapat berubah warna, penampilan
dan kandungan vitamin atau nutrisi. Pengering vakum menawarkan sistim
pengering dengan temperature lebih rendah dan laju pengeringan yang
cepat.
Proses pengeringan terjadi ketika cairan diuapkan dengan memasok panas
ke material padatan basah. Cairan yang dikeluarkan pada proses
pengeringan dapat berupa kelembaban bebas (tidak terikat)atau terikat
dalam struktur material padatan. Kelembaban yang tidak terikat
biasanya ada sebagai film cairan pada permukaan dan mudah menguap.
Sementara kelembaban yang terikat terperangkap dalam mikro struktur
pada material padatan. Dalam hal ini uap air harus bergerak
kepermukaan untuk diuapkan. Pelepasan kadar air (cairan) tergantung
pada kondisi eksternal dari padatan itu berada misalnya temperature,
tekanan, kelembaban dan area permukaan serta sifat padatan yang
dikeringkan.
Invensi yang berhubungan dengan pengering vakum yang digunakan untuk
material padat dengan menggunakan udara bertekanan tinggi telah
diungkapkan terdapat pada paten No. US6470593 B1 Tanggal 29 Oktober
2002 dengan judul Ejector Device for Vacuum Drying, dimana udara
bertekanan yang dipasok oleh suatu pompa dialirkan masuk kedalam suatu
ejector dan pada ujung ejector dihubungkan dengan suatu Chamber.
Terdapat dua chamber yang saling berhubungan dengan posisi saling
tegak lurus. Tekanan udara yang melewati ejector akan menyebabkan
ruang chamber 1 mengalami kondisi tekanan rendah, sehingga udara dan
kandungan air yang ada di chamber 2 terhisap ke chamber 1. Objek yang
dikeringkan berada pada chamber 2. Sebagai media fluida pembawa energi
adalah uap. Invensi ini menggunakan pompa untuk memberikan efek vakum
sehingga ada tambahan energi yang diperlukan.
Invensi lainnya sebagaimana yang dijelaskan pada paten No. US.3460269,
tanggal 12 Agustus 1969, dengan judul Process And Apparatus For Wacuum-
Drying Bulk Materials. Fluida pengantar kalor untuk proses pengeringan
38
adalah uap. Seperti pada paten yang dibahas sebelumnya (No. US6470593),
maka invensi ini juga menggunakan suatu pompa untuk menurunkan tekanan di
dalam ruang pengering (chamber) dan ini berarti dibutukan energi
tambahan untuk mengoperasikan pompa vakum. Jadi kelemahan invensi dari
kedua paten diatas adalah adanya tambahan energi untuk memberikan efek
vakum terutama diruang pengeringan.
Solusi yang dilakukan dengan invensi ini adalah pemanfaatan uap
sebagai fluida pengantar kalor sekaligus dimanfaatkan untuk memberikan
efek vakum dengan melewatkan pada suatu atau lebih ejector sehingga
tidak diperlukan pompa vakumd pada pengering sistim vakum.
Ringkasan Invensi
Invensi ini pada prinsipnya adalah pemanfaatan satu atau lebih
ejector yang dialiri suatu fluida untuk menghasilkan tekanan negative
atau tekanan lebih kecil dari tekanan atmosfir. Fluida yang digunakan
untuk memberikan efek vakum dapat berupa uap air panas (hot saturated
steam) atau gas panas yang dihasilkan dari suatu boiler atau tungku
pembakaran. Suatu ejector terdiri dari suatu injector dan nozel yang
dikonstruksi dalam suatu komponen yang kompak sehingga mampu menahan
tekanan dan temperature sampai 10 bar dan temperature 200 0C. Efek dari
perubahan energi kinetik fluida uap yang bergerak di dalam ejector
pada bagian nozel khususnya pada bagian sisi leher (throat)
menyebabkan tekanan menjadih negative atau vakum. Jika bagian throat
pada ejector tersebut dihubungkan dengan suatu chamber pengering, maka
udara dan uap air yang ada di dalam chamber akan terisap ke sisi
thorat ejector. Pengisapan molekul udara dan air dari ruang chamber ke
sisi ejector menyebabkan ruang pengering, chamber tekanannya menjadi
negative pula. Uap panas yang melewati ejector diteruskan masuk ke
dalam bagian selubung uap dan sebagainnya masuk kedalam pipa berongga
pada ruang chamber sehingga distribusi panas uap dapat menjamin proses
pengeringan dapat berlangsung dengan efektif. Uap panas yang masuk
39
kedalam ruang selimut uap (water jacket) dikontrol melalui suatu katup
berdasarkan kondisi temperatur pada ruang chamber yang diinginkan.
Untuk menjamin kalor berpindah ke bagian dalam chamber maka
penggunaan material yang mudah menghantar panas dan tahan karat
seperti bahan stainless steel digunakan. Pada bagian luar selubung uap
terdapat lapisan isolator thermal untuk mengurangi kerugian kalor
kesekiling. Dengan menggunakan prinsip thermosiphon maka air yang
terpanasi di dalam tabung kolektor dapat disirkulasi ke suatu
penampung air yang levelnya lebih tinggi dari posisi kolektor yang
terpasang melingkar di saluran gas buang tanpa bantuan pompa. Hal ini
sebagai pembeda dari patent sebelumnya (patent China, dll) yang
menggunakan pompa untuk mengalirkan air dari kolektor panas ke tangki
air. Sirkulasi air dari kolektor panas ke tangki air yang lebih tinggi
dapat dimungkinkan dengan adanya dua pipa pengalir yang menghubungkan
antara kolektor panas dan tangki. Material pipa pengalir juga terbuat
dari bahan tahan karat yang diisolasi untuk mengurangi kerugian panas.
Pada dasarnya prinsip thermosiphon adalah aliran fluida secara
natural dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi
karena adanya perbedaan temperatur yang selanjutnya mempengaruhi
perbedaan massa jenis fluida (density) sehingga terdapat perbedaan
tekanan antara daerah fluida yang lebih tingi temperaturnya pada
kolektor panas dibanding dengan daerah fluida yang lebih rendah
temperaturnya pada tangki air. Air yang bertemperatur rendah pada
bagian tangki air mempunyai density yang lebih besar akan mendesak air
yang bertemperatur tinggi pada bagian kolektor sehingga air yang
bertemperatur tinggi naik ke bagian atas tangki bagian permukaan atas.
Sirkulasi air secara natural akan berlangsung terus menerus selama ada
perbedaan temperatur di dalam kedua bagian sistim tersebut.
Konsep invensi pemanas air ini adalah memanfaatkan energi panas
yang terbuang melewati saluran gas buang pada mesin pembakaran dalam
(internal combustion engine) untuk memanaskan air yang dapat
dipergunakan pada berbagai keperluan yang bermanfaat seperti keperluan
makan minum dan pembersih pada peralatan kendaraan. Temperatur air
40
yang dipanaskan dapat mencapai titik didih yakni sekitar 100 0C.
Kendaraan yang dimaksud disini dapat berupa kendaraan mobil penumpang,
truk atau kendaraan alat berat. Jenis mesin dapat berupa mesin diesel
dan atau jenis mesin petrol. Pemanfaatan panas gas buang khususnya
yang diserap pada bagian luar saluran gas buang tidak akan
mempengaruhi kinerja mesin bahkan dapat membantu memperbaiki kondisi
lingkungan disekitar mesin dengan penyerapan sebagian panas yang
dibuang ke udara sekitar.
Uraian Singkat Gambar
Untuk memperjelas mengenai inti invensi ini, selanjutnya akan
diuraikan perwujudan invensi melalui gambar-gambar terlampir.
Gambar 1, adalah tampak keseluruhan dari dari pengering vakum
dengan nozel injector sesuai dengan invensi ini.
Gambar 2, adalah tampak bagian instalasi saluran fluida pemanas sesuai dengan invensi ini.
Uraian Lengkap Invensi
Prinsip kerja dari sistem pengering vakum pada invensi ini adalah
dengan menggunakan satu atau lebih nozel ejector untuk memberikan efek
vakum pada ruang chamber. Fluida pemanas yang digunakan adalah uap
panas dengan tekanan dantemperatur tertentu yang dihasilkan dari suatu
boiler. Uap yang dihasilkan dari boiler adalah dalam kondisi uap
saturated (saturated steam) kemudian dilewatkan pada suatu superheater
(9) untuk dipanasi lanjut sehingga berubah menjadi uap kering
(superheated steam). Uap setelah melewati superheater kemudian
dialirkan ke dalam nozel injector (4) sehingga mengalami kenaikan
kecepatan dan mengakibatkan tekanan pada daerah throat nozel menjadi
41
negative (tekanan dibawa atmosfir) mengikuti hukum Bernoulli yakni
prinsip kekekalan energi dari mekanika aliran fluida dalam suatu
saluran tertutup. Pada bagian sisi throat nozel terdapat lubang yang
sumbunya tegak lurus dengan sumbu nozel. Lubang tersebut disambungkan
dengan suatu saluran yang terhubung dengan chamber.
Uap yang keluar dari lubang nozel diteruskan ke ruang chamber
melalui pipa tray dan diteruskan ke ruang selubung uap. Untuk
menurunkan tekanan uap yang dilepas di dalam ruang selubung uap tanpa
mengurangi enthalpy uap maka dipasang suatu orifice (5) pada saluran
antara nozel injector dan unit chamber.
Sebagaimana fungsi dari invensi ini yakni pengering material
padatan, maka energi uap yang akan diserap hanyalah energi panas yang
masuk kepipa berlubang pada ruang chamber (8) yang berfungsi ganda
sebagai tray tempat produk yang akan dikeringkan diletakkan (21).
Panas atau kalor uap panas akan menaikkan temperatur di dalam ruang
chamber sehingga uap air yang ada di dalam produk yang dikeringkan
dimungkinkan melepas dan diserap atau terisap kesaluran yang terhubung
ke nozel. Pada kondisi tekanan negative di dalam ruang chamber
mempercepat proses pelepasan uap air dari produk yang dikeringkan.
Untuk mengoptimalkan perpindahan kalor dari uap ke material yang akan
dikeringkan, maka sebelum dibuang ke drain, uap dibiarkan berada
disekeliling chamber di dalam ruang yang disebut selubung uap. Pada
bagian selubung uap terdapat isolator panas (14) untuk mengurangi
kerugian kalor (energy losses) kesekeliling.
Tray yang juga berfungsi sebagai pemindah panas seperti pada
Gambar 2, terdiri dari pipa berlubang dengan diameter tertentu yang
dibentuk sesuai dengan alir yang memungkinkan uap akan mengalir secara
kontinyu di dalam ruang chamber dan berakhir dibuang pada suatu ujung
saluran (11) di ruang selubung uap diluar chamber. Untuk menghubungkan
air di dalam kedua bagian kolektor panas tersebut, maka terdapat suatu
lubang pada sisi ujung masing-masing kolektor yang dibubungkan oleh
suatu pipa melengkung yang dapat dilepas dan dibuka (5) untuk
memudahkan pemasangan. Pada kolektor panas juga terdapat beberapa
42
pengancing (6) untuk menjamin kedua bagian kolektor dapat dipasang
secara erat pada saluran gas buang mesin (20). Pembagian kolektor
panas menjadi dua bagian tersebut memungkinkan untuk memasang dan
melepasnya dari saluran gas buang mesin secara mudah tanpa harus
membongkar atau melepas saluran gas buang (knalpot mesin).
Untuk menjamin saluran dapat berlangsung dengan baik terdapat
beberapa katup pengatur. Pada sisi saluran masuk terdapat katup (17)
yang mengatur uap yang keluar dari superheater ke bagian nozel
injector. Pada saluran pipa yang menghubungkan nozel dengan chamber
juga terdapat katup (20) yang jika uap tidak mengalir pada bagian
nozel katup tersebut tertutup dan terbuka jika ada uap yang mengalir
di bagian nozel. Untuk membuang uap yang sudah terkondensasi di ruang
selubung uap maka terdapat saluran buang (12) pada sisi bawah ruang
selubung terdapat katup buang (18). Kondisi tekanan dalam ruang
selubung uap dipantau oleh suatu alat pengukur tekanan (22) sementara
pada kondisi tekanan negative pada ruang chamber dipantau dengan alat
ukur tekanan (23) yang dipasang pada sisi saluran antara nozel dan
chamber. Chamber dan ruang selubung uap juga dilengkapi dengan sensor
temperatur (17) dan (18) untuk mengetahui kondisi temperatur air di
dalam kedua ruang tersebut. Sinyal dari sensor temperatur dan sensor
tekanan dihubungkan ke suatu monitor LCD (16) yang ditempatkan di
dalam suatu panel kelistrikan dan kontrol.
Hasil eksperimen yang dilakukan inventor dengan implementasi
hasil invensi diperoleh data seperti pada tabel 1. Terlihat bahwa
waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan sampai kadar air 7 % kurang
lebih 7 jam.
43
Klaim
1. Suatu pegering vakum menggunakan nozel injector yang terdiri dari ruang chamber (2) sebagai ruang pengering dan pada bagian luar
terdapat suatu selubung uap (3)yang diisolasi dan sebuah atau
lebih nozel injector (4) sebagai komponen yang memberi efek fakum
dan sebuah orifice (5) terpasang seri dengan nozel yang terhubung
dengan suatu saluran pipa penyalur yang diisolasi (6).
2. Pengering vakum menggunakan nozel injector sesuai dengan klaim 1, dimana sirkulasi uap panas dialirkan ke dalam ruang chamber
melalui pipa berongga (7) yang sekaligus berfungsi sebagai tray
(8) untuk menjamin perpindahan kalor dari fluida atau uap panas
ke material berlangsung dengan mudah.
3. Pengering vakum menggunakan nozel injector sesuai dengan klaim 1, dimana terdapat satu atau lebih nozel injector yang memberi efek
fakum dan dipasang seri dengan suatu orifice untuk menurukan uap
panas yang masuk ke dalam ruang selubung uap tanpa mengurangi
kalor atau enthalpy yang dipasok ke dalam ruang chamber dan
selubung uap.
4. Pengering vakum menggunakan nozel injector sesuai dengan klaim 1, dimana terdapat superheater (9) untuk merubah fase uap basah yang
dihasilkan suatu boiler menjadi uap kering dan sekaligus
menaikkan jumlah kalor yang akan dialirkan ke dalam chamber dan
selubung uap.
Abstrak
44
PENGERING SISTIM VAKUM MENGGUNAKAN EJECTOR
Pengering vakum menggunakan satu atau lebih nozel injector (ejector)
untuk memberi efek vakum pada ruang chamber. Uap panas yang merupakan
media pengantar kalor yang digunakan untuk mengeringkan material
dilewatkan terlebih dahulu pada suatu atau lebih ejector sehingga uap
tersebut berfungsi ganda yakni sebagai media pengantar kalor dan
pemberi efek vakum. Efisiensi penggunaan energi mmenjadi lebih baik
karena tidak diperlukan pompa vakum. Terdapat suatu orifice yang
dipasang seri dengan nozel injector pada saluran uap masuk untuk
mereduksi tekanan uap. Sebelum uap dialirkan ke ruang chamber, maka
uap saturated dilewatkan pada suatu superheater untuk meningkatkan
kualitas uap dan kandungan kalor.
45
1 2 3
4
5
6
7
8
10911
13
12
14
15
16
17
18
19
20
21
2223
24
25
26
27
27
GAMBAR PATEN SEDERHANA.
Top Related