kenyataan

aku takut menghadapi kenyataan
takut akan rasa kehilangan
sulit untuk melepaskan
meskipun q tau, itu yang harus q lakukan
bahkan, itu yang kau inginkan

Hingga q mengadapi kenyataan
q benar-benar telah kehilangan

q berseru pada alam
kau yang telah menghancurkan
itu hanya anganq untuk bisa melupakan
tapi tek terelakkan
kau adalah kenangan
yang terus bertahan
dalam sisi hati yang kau tanam

masi muda....

ketika cerita itu ada....besama mereka.. aku berjalan melewati hari-hari....
tak terasa waktu bersama kalian telah berjalan begitu cepat... hingga tiba diujung perpisahan...
percayalah kawan... tak pernah ku hapus kebersamaan yang telah tejalin...bersama kalian telah q untai ceerita... hingga q menutup mata, kan ku jadikan hadiah terindah....
suatu pengalaman yang begitu berharga....

TEGANGAN PERMUKAAN SEBAGAI SIFAT FISIK BAHAN DAN PERANANNYA DALAM PENGERINGAN

Pengeringan merupakan suatu proses pemisahan sebagian besar air dari bahan baik dalam bnetuk evaporasi maupun sublimasi sebagai hasil dari penerapan panas. Pengeringan suatu bahandilakukan dengan tujuan memperpanjang daya simpan produk, mengurangi volume dan berat produk dan sebagai tahapan proses antara. Pengeringan dilakukan baik pada suhu tinggi maupun suhu rendah. Padaa pengeringan suhu tinggi berupa penggunaan energi panas untuk merubah fase air menjadi uap dan membuang uap air dalam bahan. Sementara pengeringan suhu rendah merupakan penggunaan energi panas untuk merubah es menjadi uap air dan membuang uap air keluar dari bahan. Proses pengeringan dipengaruhi oleh beberapa factor baik factor internal maupun factor eksternl. Factor internal meliputi sifat bahan baik secara fisik ujuran, bentuk, struktur, porositas, kadar air, tekanan uap air, tegangan permukaan dan lain-lain. Sementara factor eksternal meliputi suhu, humidity dan kecepatan aliran udara.

1.      Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan sebagai salah satu sifat fisik bahan cair dapat berpengaruh pada proses pengeringan. Molekul-molekul pada zat cair akan saling tarik-menarik secara seimbang antara sesamanya dengan gaya berbanding lurus dengan massa (m) dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r) antara pusat massa.

Jika zat cair bersentuhan dengan udara atau zat lainnya, maka gaya tarik-menarik antar molekul tidak seimbang lagi dan menyebabkan molekul-molekul pada permukaan zat cair melakukan kerja untuk tetap membentuk permukaan zat cair. Kerja yang dilakukan molekul-molekul pada permukaan zat cair tersebut dinamakan tegangan permukaan (γ). Tegangan permukaan hanya bekerja pada bidang permukaan dan besarnya sama disetiap titik.

Adanya tegangan permukaan menyebabkan permukaan cairan sepereti ditutupi oleh hamaparan selaput yang elastis, sehingga mampu menahan suatu benda untuk terapung. Selain itu, akibat adanya tegangan permukaan zat cair selalu berusaha untuk menyusut atau mendapatkan luas permukaan terkecil karena bentuk ini dianggap mempunyai energi yang paling rendah (paling stabil). Bentuk yang paling memenuhi keadaan ini adalah bujur telur(sferik). Sifat cenderung untuk memperkecil luas permukaan inilah yang menyebabkan tetesan-tetesan cairan berbentuk bulat

Molekul-molekul cairan yang berada dibagian fase cairan seluruhnya akan dikelilingi oleh molekul-molekul dengan gaya tarik-menarik yang sama ke segala arah sehingga resultan gaya sama dengan nol lain halnya dengan molekul-molekul cairan pada permukaan. Molekul-molekul itu disebelah bawah dikelilingi oleh molekul-molekul cairan sedangkan dibagian atas oleh molekul-molekul dan fasa uap sehingga gaya tarik kebawah lebih besar dari gaya tarik keatas.

Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang harus dikerjakan sejajar permukaan untuk mengimbangi gaya tarikan kedalam pada cairan. Hal tersebut terjadi karena pada permukaan, gaya adhesi (antara cairan dan udara) lebih kecil dari pada gaya khohesi antara molekul cairan sehingga menyebabkan terjadinya gaya kedalam pada permukaan cairan.

2.      Perhitungan Tegangan Permukaan Metode Kenaikan Kapiler

Metode ini didasarkan pada kenyataan bahwa bila sebatang pipa kapiler dimasukan kedalam cairan maka permukaan cairan dalam pipa kapiler dapat mengalami kenaikan atau penurunan. Apabila cairan membasahi bejana ( θ < 90 ) maka permukaan cairan akan naik. Sedangkan bila cairan tidak membasahi bejana ( θ > 90 ) permukaan cairan akan turun. Peristiwa naik turunnya permukaan cairan dalam kapiler ini disebut dengan kapilaritas.

Kenaikan atau penurunan cairan dalam kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yang bekerja pada permukaan cairan yang menyentuh dinding sepanjang keliling pipa. Akibat tegangan permukaan ini pipa akan memberikan gaya reaksi pada permukaan cairan yang besarnya sama tapi arahnya berlawanan.

Suatu pipa kapiler kaca dimasukkan kedalam suatu wadah berisi air yang akan ditentukan. Semua cairan yang membasahai gelas akan naik ke dalam pipa, dan inilah kenaikan pipa kapiler yang dapat digunakan untuk menentukan tegangan permukaaan. Kenaikan cairan dapat dimengerti jika ini diasumsikan bahwa film tipis diadsorbsi dari cairan yang ada dalam dinding kapiler. Supanya mengurangi total area permukaan, cairan manaiki pipa. Kesetimbangan dicapai ketika energi bebas pada keadaan minimum, dengan kata lain kenaikan dapat mengeluarkan energy bebas yang berlebih ke dalam kerja yang tersusun pada kolom cairan yang disimpan dengan penurunan tegangan permukaan.

Penurunan pada area permukaan yang dihasilkan dari kenaikan cairan dengan suatu jumlah dl adalah 2πr dl, dan hubungan penurunan dalam energy permukaan adalah:

dGenergy permukaan = γ d A = γ (2 π r ) dl

Pengeluaran energy bebas dalam kenaikan suatu jumlah cairan dengan volume π r² dl dan densitas ρ terhadap tinggi l adalah:

dGgravitasi = (π r² dl ρ) gl

: γ = r ρgl             2

ketika kolom cairan telah dinaiki pada kapiler hingga mencapai tinggi yang setimbang, kedua energy bebas setimbang, sehingga:

γ (2πr) dl = πr2 dl ρgl               sehingga diperoleh

3.      Satuan Tegangan Permukaan

Tegangan permukkan (γ) suatu cairan dapat didefinisikan sebagai banyaknya kerja yang dibutuhkan untuk memperluas permukaan cairan sebanyak satu satuan luas. Pada satuan cgs, γ dinyatakan dalam erg cm^-2 atau dyne cm^-1. Dalam satuan SI, γ dinyatakan dalam N m^-1. Kedua besaran tadi saling berhubungan berdasarkan hubungan 1 dyne cm^-1 = 10^-3 N m^-1

4.      Tegangan Permukaan dalam Pengeringan

Tegangan permukaan menyebabkan suatu perbedaan tekanan antara tetesan zat cair bagian dalam dan bagian luar . Tegangan permukaan menyebabkan film cenderung untuk melakukan penyusutan, tetapi sebagaimana tetesan air menyusut, sehingga menekan udara didalam tetesan air, menambah tekanan bagian dalam , ke titik yang mencegah penyusutan lebih lanjut.

Selain itu, akibat adanya tegangan permukaan zat cair selalu berusaha untuk menyusut atau mendapatkan luas permukaan terkecil karena bentuk ini dianggap mempunyai energi yang paling rendah (paling stabil). Sifat cenderung untuk memperkecil luas permukaan inilah yang menyebabkan tetesan-tetesan cairan berbentuk bulat. Tegangan pemukaan tetesan air yang besar menyebabkan tetesan air tersebut menjadi stabil.

Namun dalam proses pengeringan dibutuhkan luas permukaan yang besar agar dapat mempercepat poses pengeringan karena semakin banyak luas permukaan yang mngalami kontak dengan udara panas. Sehingga dibutuhkan penurunan tegangan permukaan untuk memperluas permukaan tetesan air. Penurunan tegangan permukaan dapat dilakukan dengan cara meningkatkan suhu dan penambahan  zat aktif permukaan seperti emulsifier dan foaming agent.

1. Peningkatan suhu terhadap tegangan permukaan

Perubahan pada temperatur menyebabkan suatu perubahan dalam tegangan permukaan suatu cairan. Ketika temperature dinaikkan, ada peningkatan energi kinetic dari molekul cairan (KE∞T) dimana molekul-molekul cairan bergerak lebih cepat dan pengaruh interaksi antara molekul berkurang sehingga tegangan permukaannya menurun atau adanya penurunan gaya intermolecular. Ini menghasilkan penurunan pada fungsi tekanan kedalam pada permukaan dari cairan. Dengan kata lain tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya temperatur.

Peningkatan suhu menyebabkan gaya tarik-menaik antar molekul air menjadi bekurang akibat peningkatan energi kinetik. Hal ini menyebabkan tegangan permukaan cairan menurun. Contoh pada spray dryer proses pengeringan susu bubuk, cairan akan dilewatkan pada suatu nozzle (saringan bertekanan) sehingga keluar dalam bentuk butiran (droplet) cairan yang sangat halus. Kemudian dilakukan kontak dengan udara panas yang berfungsi mengurangi kandungan air pada bahan. Udara panas akan melakukan kontak dengan butiran-butiran cairan dan meningkatkan energi kinetik pada butiran cairan yang terbentuk sehingga gaya tarik menarik antar molekul air berkurang. Hal ini menyebabkan tegangan permukaan cairan turun sehingga proses pengeringan dapat terjadi dimana air akan mengalami evaporasi.

Jadi dalam proses pengeringan dipengaruhi oleh tegangan permukaan cairaan. Udara panas yang dikontakkan pada partikel cairan  pada proses pengeringan (spray drying) digunakan untuk menungkatkan energi kinetik molekul sehingga terjadi  penurunan tegangan permukaan. Selanjutnya panas akan menguapkan air dan akan dihasilkan produk hasil pengeringan berupa bubuk yang kering.  

Semakin besar tegangan permukaan, maka panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan energi kinetik molekul semakin besar sebagai upaya penurunan tegangan permukaan.

2. Penambahan zat aktif permukaan

Dengan penambahan surfaktan, molekul-molekul surfaktan mengalami orentasi dan teradsorbsi pada permukaan cairan dengan gugus non polar menghadap ke udara. Dengan demikian, permukaan cairan tertutupi oleh gugus non polar surfaktan. Semakin besar gaya kohesif pada permukaan cairan maka tegangan permukaan juga akan semakin besar. Karena gaya kohesif antar molekul hidrokrbon lebih kecil dari gaya kohesif air maka tegangan permukaan cairan yang mengandung surfaktan akan lebih kecil. Sehingga tegangan permukaan cairan yang ditambah surfaktan akan lebih kkecil dari pada air.

5.      Faktor- Faktor Yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan

a.       Jenis cairan

Besarnya tegangan permukaan cairan bergantung pada gaya tarik antara molekul- molekulnya. Pada umumnya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar, seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya pada cairan seperti bensin karena gaya tarik antara molekulnya kecil, maka tegangan permukaannya juga kecil.

b.      Suhu

Tegangan permukaan cairan turun bila suhu naik, karena dengan bertambahnya suhu molekul- molekul cairan bergerak lebih cepat dan pengaruh interaksi antara molekul berkurang sehingga tegangan permukaannya menurun.

c.       Adanya zat terlarut

Adanya zat terlarut pada cairan dapat menaikkan atau menurunkan tegangan permukaan. Untuk air adanya elektrolit anorganik dan non elektrolit tertentu seperti sukrosa dan gliserin menaikkan tegangan permukaan. Sedangkan adanya zat- zat seperti surfaktan dan alkohol adalah efektif dalam menurunkan tegangan permukaan

Daftar Pustaka

Arbianti, Rita.2008.Pengaruh Kondisi Reaksi Hidogenasi Metil Laurat Dengan Katalis Nikel Umtuk Pembuatan Surfaktan Oleokimia.Jurusan Teknik Universitas Indonesia.

Fellows.2000..Food Processing Technology.TJ International, Cornwall, England

Ginting, H., Herlina, N. 2002.Tegangan Permukaan Cairan Dengan Metode Drop Out Dan Metode Buble. Fakultas Teknik Jurusan Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara

Indamiati, Ennawati.2008.Perancangan Alat Ukur Tegangan Permukaan Dengan Induksi Elektromagnetik. Jurnal Fisika Dan Aplikasinya Volume 4, Nomor 1 Januari 2008jurusan Fisika. Universitas Negeri Surabaya

Sarhin, S., Sumnu, S.2005.Physical Propertis of food. Middle East Technical University Ankara, Turkey

METODE PENGERINGAN SPRAY DRYING

Pengeringan merupakan suatu proses pemisahan sebagian besar air dari bahan baik dalam bentuk evaporasi maupun sublimasi sebagai hasil dari penerapan panas. Pengeringan suatu bahan dilakukan dengan tujuan memperpanjang daya simpan produk, mengurangi volume dan berat produk dan sebagai tahapan proses antara. Pengeringan dilakukan baik pada suhu tinggi maupun suhu rendah. Pada pengeringan suhu tinggi berupa penggunaan energi panas untuk merubah fase air menjadi uap dan membuang uap air dalam bahan. Sementara pengeringan suhu rendah merupakan penggunaan energi panas untuk merubah es menjadi uap air dan membuang uap air keluar dari bahan. Jenis-jenis pengeringan yang banyak digunakan antara lain pengeringan matahari (sun drying) pengeringan atmosferik (solar drying, cabinet drying, tunnel drying, conveyor drying, drum drying, spray drying), dan pengeringan sub atmosferik (vacuum drying, freeze drying). Pemilihan metode pengeringan didasarkan pada kualitas hasil akhir yang diinginkan, sifat bahan dasar dan biaya. Spray drying menjadi pilihan dalam proses pengeringan produk dengan hasil akhir berupa bubuk. Susu maupun kopi bubuk merupakan produk yang menggunakan proses pengeringan metode spray drying.

1. Pengertian Spray Drying

Spray drying merupakan suatu proses pengeringan untuk mengurangi kadar air suatu bahan sehingga dihasilkan produk berupa bubuk melalui penguapan cairan. Spray drying menggunakan atomisasi cairan untuk membentuk droplet, selanjutnya droplet yang terbentuk dikeringkan menggunakan  udara kering dengan suhu dan tekanan yang tinggi. Bahan yang digunakan dalam pengeringan spry drying dapat berupa suspensi, dispersi maupun emulsi. Sementara produk akhir yang dihasilkan dapat berupa bubuk, granula maupun aglomerat tergantung sifat fisik-kimia bahan yang akan dikeringkan, desain alat pengering dan hasil akhir produk yang diinginkan.

2. Mekanisme kerja spray drying

Prinsip dasar Spray drying adalah memperluas permukaan cairan yang akan dikeringkan dengan cara pembentukan droplet yang selanjutnya dikontakkan dengan udara pengering yang panas. Udara panas akan memberikan energi untuk proses penguapan dan menyerap uap air yang keluar dari bahan.

Bahan (cairan) yang akan dikeringkan dilewatkan pada suatu nozzle (saringan bertekanan) sehingga keluar dalam bentuk butiran (droplet) yang sangat halus. Butiran ini selanjutnya masuk kedalam ruang pengering yang dilewati oleh aliran udara panas. Hasil pengeringan berupa bubuk akan berkumpul dibagian bawah ruang pengering yang selanjutnya dialirkan ke bak penampung.

Secara umum proses pengeringan dengan metode spray drying melalui 5 tahap :

1. Penentuan konsentrasi : konsentrasi bahan yang akan dikeringkan harus tepat, kandungan bahan terlarut 30% hingga 50%. Jika bahan yang digunakan sangat encer dengan total padatan terlarut yang sangat rendah maka harus dilakukan pemekatan terlebih dahulu melalui proses evaporasi. Jika kadar air bahan yang akan dikeringkan terlalu tinggi maka proses spray drying kurang maksimal dimana bubuk yang dihasilkan masih mengandung kadar air yang tinggi. Selin itu juga menyebabkan kebutuhn energi yang tinggi dalam proses pengeringan.

Perbandingan konsumsi energy yang akan dibutuhkan sesuai dengan Total Solid (konsentrasi) feed (bahan) yang masuk ke dalam spray drying:

-          10 % = 23.650 kJ/kg powder                  - 40% = 3.970 kJ/kg Powder

-          20% = 10.460 kJ/kg powder                   - 50% = 2.680 kJ/kg powder

-          30% = 6.170 kJ/kg powder

2. Atomization : Bahan yang akan dimasukkan dalam alat spray drier harus dihomogenisasikan terlebih dahulu agar ukuran droplet yang dihasilkan seragam dan tidak terjadi penyumbatan atomizer. Homogenisasi dilakukan dengan cara pengadukan. selanjutnya bahan dialirkan kedalam atomizer berupa ring/wheel dengan lubang-lubang kecil yang berputar. Atomization merupakan proses pembentukan droplet, dimana bahan cair yang akan dikeringkan dirubah ukurannya menjadi partikel (droplet) yang lebih halus. Tujuan dari atomizer ini adalah untuk memperluas permukaan sehingga pengeringan dapat terjadi lebih cepat. Pada Industri makanan, luas permukaan droplet setelah melalui atomizer adalah mencapai 1-400 mikrometer.

3. Kontak droplet dengan udara pengering : Pada sebagian besar spray dryer, nozzle (atomizer) tersusun melingkar seperti pada gambar 2. Dan pada tengahnya disemprotkan udara panas bertekanan tinggi dengan suhu mencapai 300 ⁰C. Udara panas dan droplet hasil atomisasi disemprotkan ke bawah. Kondisi ini menyebabkan terjadinya kontak antara droplet dengan udara panas sehingga terjadi pengeringan secara simultan.
4. Pengeringan droplet : adanya kontak broplet dengan udara panas menyebabkan evaporasi kadungan air pada droplet hingga 95% sehingga dihasilkan bubuk. Bubuk yang telah kering jatuh ke bawah drying chamber (ruang pengering) yang berukuran tinggi sekitar 25 m dan diameter 5 m. dari atas chamber hingga mencapai dasar hanya memerlukan waktu selama beberapa detik.
5. Separasi : udara hasil pengeringan dipisahkan dengan pengambilan udara yang mengandung  serpihan serbuk dalam chamber, selanjutnya udara akan memasuki separator. Udara hasil pengeringan dan serpihan serbuk  dipisahkan dengan menggunakan gaya sentrifulgal. Selanjutnya udara dibuang, dan serpihan bahan dikembalikan dengan cara di blow sehingga  bergabung lagi dengan produk dalam line proses.

3. Desain Spray Drier

·        Atomizer

Atomizer  merupakan bagian terpenting pada spray drier dimana memiliki fungsi untuk menghasilkan droplet dari cairan yang akan dikeringkan. Droplet yang terbentuk akan didistribusikan (disemprotkan) secara merata pada alat pengering agar terjadi kontak dengan udara panas. Ukuran droplet yang dihasilkan tidak boleh terlalu besar karena proses pengeringan tidak akan berjalan dengan baik. Disamping itu ukuran droplet juga tidak boleh terlalu kecil karena menyebabkan terjadinya over heating.

·        Chamber

Chamber  merupakan ruang dimana terjadi kontak antara droplet cairan yang dihasilkan oleh atomizer dengan udara panas untuk pengeringan. Kontak udara panas dengan droplet akan menghasilkan bahan kering dalam bentuk bubuk. Bubuk yang terbentuk akan turun ke bagian bawah chamber dan akan dialirkan dalam bak penampung.

·        Heater : Heater berfungsi sebagai pemanas udara yang akan digunakan sebagai pengering. Panas yang diberikan harus diatur sesuai dengan karakteristik bahan, ukuran droplet yang dihasilkan dan jumlah droplet. Suhu udara pengering yang digunakan diatur agar tidak terjadi over heating.

·        Cyclone : Cyclone berfungsi sebagai bak penampung hasil proses pengeringan. Bubuk yang dihasilkan akan dipompa menuju Cyclone.

·        Bag Filter ; Bag Filter  berfungsi untuk menyaring atau memisahkan udara setelah digunakan pengeringan dengan bubuk yang terbawa setelah proses.

4. Parameter Kritis Spray Drying

1. Suhu pengering yang masuk : Semakin tinggi suhu udara yang digunakan untuk pengeringan maka proses penguapan air pada bahan akan semakin cepat, namun suhu yang tinggi memungkinkan terjadinya kerusakan secara fisik maupun kimia pada bahan yang tidak tahan panas.
2. Suhu pengering yang keluar : Suhu pengering yang keluar mengontrol kadar air bahan  hasil pengeringan (bubuk) yang terbentuk.
3. Viskositas bahan (larutan) yang masuk : Viskositas bahan yang akan dikeringkan mempengaruhi partikel yang keluar melalui nozel. Viskositas yang rendah menyebabkan kurangnya energi dan tekanan dalam menghasilkan partikel pada atomization.
4. Jumlah padatan terlarut : Jumlah padatan terlarut pada bahan yang masuk diatas 30% agar ukuran partikel yang terbentuk tepat.
5. Tegangan permukaan : Tegangan permukaan yang tinggi dapat menghambat proses pengeringan, umumnya untuk menurunkan tegangan permukaan dilakukan penambahan emulsifier. Emulsifier juga dapat menyebabkan ukuran partikel yang keluar dari nozzle lebih kecil sehingga mempercepat proses pengeringan.
6. Suhu bahan yang masuk : Peningkatan suhu bahan yang akan dikeringkan sebelum memasuki alat akan membawa energi sehingga proses pengeringan akan lebih cepat.
7. Tingkat volatilitas bahan pelarut : bahan pelarut dengan tingkat volatilitas yang tinggi dapat mempercepat proses pengeringan. Namun dalam prakteknya air menjadi pelarrut utama dalam bahan pangan yang dikeringkan.
8. Bahan dasar nozzle umumnya terbuat dari stainless steel karena tahan karat sehingga aman dalam proses penggunaannya.

5. Kelebihan dan Kekurangan metode Spray Drying

1. Kelebihan

·        Kapasitas pengeringan besar dan proses pengeringan terjadi dalam waktu yang sangat cepat. Kapasitas pengeringan mencapai 100 ton/jam.

·        Tidak terjadi kehilangan senyawa volatile dalam jumlah besar (aroma)

·        Cocok untuk produk yang tidak tahan pemanasan (tinggi protein)

·        Memproduksi partikel kering dengan ukuran, bentuk, dan kandungan air serta sifat-sifat lain yang dapat dikontrol sesuai yang diinginkan

·        Mempunyai kapasitas produksi yang besar dan merupakan system kontinyu yang dapat dikontrol secara manual maupun otomatis

2. Kekurangan metode Spray Drying

·        Memerlukan biaya yang cukup tinggi

·        Hanya dapat digunakan pada produk cair dengan tingkat kekentalan tertentu

·        Tidak dapat diaplikasikan pada produk yang memiliki sifat lengket karena akan menyebabkan penggumpalan dan penempelan pada permukaan alat

6. Aplikasi Spray Drying

Pengeringan semprot (spray drying) cocok digunakan untuk pengeringan bahan pangan cair seperti susu dan kopi (dikeringkan dalam bentuk larutan ekstrak kopi).

Daftar Pustaka

Kieviet, G. Frank, 1997, Modelling Quality in Spray Drying, Eindhoven University of Technologi, The Nedherlands

Mujumdar, Arun S, 2006, Handbook of Industrial Drying, National University of Singapore , CRC Press Online

Patel R., Patel M., Suthar A., 2009, Spray Drying Technology: an Overview, Department of Pharmaceutics, S. K. Patel College of Pharmaceutical Education and Research, Ganpat University, India

Vistanty, Hany, 2010, Pengeringan Pasta Susu Kedelai Menggunakan Pengering Unggun Terfluidakan Partikel Inert. Magister Teknik Kimia Program Pasca Sarjana Universitas Diponegoro