AMPHP / AMPP

II. PENGUAPAN (EVAPORATOR)
Evaporasi atau penguapan merupakan pengambilan sebagian uap air yang bertujuan utuk meningkatkan konsentrasi padatan dari suatu bahan makanan cair. Salah satu tujuan lain dari operasi ini adalah untuk mengurangi volume dari suatu produk sampai batas-batas tertentu tanpa menyebabkan kehilangan zat-zat yang mengandung gizi. Pengurangan volume produk, akan mengakibatkan turunnya biaya pengangkutan. Disamping itu, juga akan meningkatkan efisiensi penyimpanan dan dapat membantu pengawetan, atas dasar berkurangnya jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh microorganisma untuk kehidupannya. Salah satu contoh untuk pengawetan adalah susu kental manis.
Operasi penguapan yang mungkin digunakan untuk suatu produk sangat bervariasi, hal ini tergantung pada karakteristik bahan produk. Dalam banyak kasus, karakteristik bahan ini berpengaruh pada design evaporator (alat penguap). Adapun contoh dari karakteristik bahan adalah kekentalan bahan dan kepekatan bahan terhadap suhu serta kemampuan bahan untuk membuat alat mengalami korosi.
Menaikkan konsentrasi dari fraksi padatan di dalam produk bahan makanan cair adalah dengan menguapkan air bebas yang ada didalam produk. Proses penguapan ini dilakukan dengan menaikkan temperatur produk sampai titik didih dan menjaganya untuk beberapa waktu sampai konsentrasi yang diinginkan.
Ada empat komponen dasar yang dibutuhkan untuk melakukan penguapan. Keempat komponen tersebut diilustrasikan pada Gambar 1.

Jadi jelas bahwa bahwa pada setiap evaporator yang akan digunakan untuk produk bahan makanan cair, terdiri dari : a) sebuah tabung penguapan, b) sustu alat pindah panas, c) sebuah kondensor, serta d) sebuah metode untuk menjaga tekanan vakum. Keempat komponen ini harus diperhatikan dalam merencanakan suatu evaporator.
Sistem tekanan vakumnya harus dapat mengalirkan gas yang tidak terkondensasi agar bisa menjaga tekanan vakum yang diinginkan didalam tabung penguapan. Panas yang cukup harus dialirkan/ diberikan ke produk untuk penguapan sejumlah air yang diinginkan, serta sebuah kondensor yang berguna untuk mengembangkan dan memindahkan uap air yang diproduksi melalui penguapan.
Keseimbangan massa dapat digunakan untuk menentukan laju penguapan untuk mendapatkan derajad konsentrasi yang diinginkan. Hubungan ini akan membawa kita untuk dapat menentukan jumlah medium pemanas yang dibutuhkan untuk mencapai penguapan yang diinginkan. Kunci penting lainnya yang perlu mendapat perhatian dalam perencanaan adalah pindah panas yang terjadi dari medium pemanas ke produk, dengan memperhatikan bahwa kebutuhan luas permukaan pindah panas tidak akan dapat dihitung tanpa terlebih dahulu menduga koefisien pindah panas keseluruhan bagi permukaan pemanas.
Walaupun parameter-parameter untuk design sudah dapat diduga secara tepat, akan tetapi masih ada faktor-faktor khusus yang ada pada produk yang berpengaruh pada design evaporator. Faktor-faktor ini akan mengakibatkan perhitungan menjadi lebih kompleks. Sebagai contoh adalah banyaknya padatan yang ada pada produk bahan makanan cair akan mengakibatkan titik didih yang lebih tinggi apabila dibandingkan dengan titik didih dari air pada tekanan yang sama. Perbedaan titik didih ini menjadi lebih besar dengan bertambah tingginya konsentrasi bahan makanan cair. Kerumitan ditambah lagi dengan tidak konstannya koefisien pindah panas konveksi, karena koefisien pindah panas ini merupakan fungsi dari kekentalan. Padahal telah diketahui bahwa selama proses penguapan, kekentalan produk selalu berubah karena terjadinya penguapan. Keadaan ini mengakibatkan koefisien pindah panas konveksi juga selalu berubah sesuai dengan kekentalan produk. Akhirnya, persoalan menjadi lebih kompleks dengan adanya sifat panas produk yang berubah menurut temperatur dan kadar air produk. Tentunya , hal ini semua akan memberikan pengaruh tersendiri terhadap design operator.
II. Prinsip Kerja Evaporasi ( Penguapan )
Prinsip kerja peralatan evaporator vakum ini berdasarkan pada kenyataan bahwa penurunan tekanan akan menyebabkan turunnya titik didih cairan.
Pada Anhydro laboratory Vacum Evaporator, keadaan vakum tersebut terutama dihasilkan dari pompa air yang memindahkan uap terkondensasi dan mendinginkan air dari kondensor.
Kevakuman yang sebenarnya dalam evaporator ditentukan oleh efisiensi pompa, yang mana hal itu tergantung pada derajat kondensi uap dalam kondensor. Pada kondensi itu sendiri mengambil tempat (berlangsung) sesuai dengan banyaknya semprotan air yang didinginkan ke bagian puncak dari kondensornya. Inilah apa yang dimaksud dengan : kita bisa mengatur suhu didih yang sebenarnya pada alat tersebut.
Panas yang dibutuhkan untuk penguapan cairan adalah berasal dari steam yang sudah jenuh. Steam tersebut mengalami pengembunan (dikondensikan) pada tabung, dan bersamaan dengan itu memberikan panasnya untuk penguapan. Steam yang telah diambil panasnya itu disebut juga kondensat, kemudian dipindahkan dari dasar calandria dan ditarik melalui kondensor menuju pompa.
Calandria adalah tabung dimana terjadi pergerakan bahan pangan.
Bahan cair yang akan ditingkatkan konsentrasinya itu bersirkulasi terus menerus pada alat dalam upaya untuk memperoleh perpindahan/pergerakan yang maksimal didalam calandria. Sirkulasi yang cepat akan mengurangi resiko terjadinya pengendapan pada permukaan tabung, dan dengan cepat membebaskan gelembung-gelembung uap dari bahan cair selama dalam perjalanan melalui evaporator
III. Pindah Panas Di Dalam Evaporator
Beberapa peralatan penguapan dapat langsung dipanasi dengan api. Api memanasi dinding ketel dan secara konduksi akan memanasi bahan yang terletak di dalam alat penguap. Akan tetapi umumnya evaporator mempergunakan panas tidak langsung dalam proses penguapannya.
Pindah panas didalam alat penguapan diatur oleh persamaan pindah panas untuk pendidihan bahan cair dan dengan persamaan konveksi serta konduksi. Panas yang dihasilkan dari sumber harus dapat mencapai suhu yang sesuai untuk menguapkan bahan. Umumnya medium pembawa panasnya adalah uap yang diperoleh dari boiler atau dari suatu tahapan penguapan dalam alat penguapan lain. Perputaran bahan cair didalam alat penguapan merupakan hal yang penting, sebab perputaran mempengaruhi laju pindah panas dan dengan perputaran bahan yang baik akan meningkatkan laju penguapan.
IV. Evaporator Efek Tunggal
Yang dimaksud dengan single effect adalah bahwa produk hanya melalui satu buah ruang penguapan dan panas diberikan oleh satu luas permukaan pindah panas. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2 berikut ini.

Jika F adalah kecepatan aliran bahan yang masuk dan XF adalah fraksi padatan bahan yang masuk. Sementara P adalah kecepatan aliran produk yang keluar dan XP adalah fraksi padatan produk yang keluar. Sedangkan V adalah kecepatan aliran uap, maka berdasarkan prinsip keseimbangan massa, dapatlah ditulis :
F = P + V 1)
Dan
XF.F = XP.P 2)
Apabila suhu dari bahan yang masuk adalah Tf dengan kapasitas panas bahan yang masuk ialah CPF dan S adalah alira Steam dengan suhu Ts , sementara C adalah aliran kondensat. Sedangkan suhu uap hasil penguapan adalah T dan kapasitas panas produk yang keluar adalah CPP, maka neraca keseimbangan energi pada alat tersebut adalah :
F . CPF . (Tf – 0) + S (hg Ts – hf T) = P . CPP . (T – 0) + V . hg T 3)
Untuk menentukan Nilai Ekonomi Uap didasarkan pada definisinya yaitu perbandingan antara air yang menguap dari produk dengan massa steam yang digunakan, atau :
Nilai Ekonomi Uap (NEU) = 4)
Besarnya nilai kapasitas panas bahan yang masuk (CPF) dan nilai kapasitas panas produk yang keluar ditentukan dengan persamaan SEIBEL, yaitu :
CPF = 0,837 + 0,034 . KAF % 5)
CPP = 0,837 + 0,034 . KAP % 6)
Dimana :
KAF = kadar air bahan yang masuk
KAP = kadar air produk yang keluar
Contoh soal :
Suatu bejana untuk penguapan mempunyai kemampuan menguapkan 10 ton/jam dengan suhu bahan 25 ˚C. Total padatan bahan 10 % dan susu kental hasil penguapan 60 % dari awal. Suhu titik didih 60 ˚C. Suhu Steam 120 ˚C. Berapa kebutuhan Steam yang diperlukan ? jika KAf = 80 % dan KAp = 60 %

V. Evaporator Efek Majemuk
Di dalam proses penguapan bahan dapat digunakan dua, tiga, empat atau lebih dalam sekali proses, inilah yang disebut dengan evaporator efek majemuk. Penggunaan evaporator efek majemuk berprinsip pada penggunaan uap yang dihasilkan dari evaporator sebelumnya.
Tujuan penggunaan evaporator efek majemuk adalah untuk menghemat panas secara keseluruhan, hingga akhirnya dapat mengurangi ongkos produksi.
Keuntungan evaporator efek majemuk adalah merupakan penghematan yaitu dengan menggunakan uap yang dihasilkan dari alat penguapan untuk memberikan panas pada alat penguapan lain dan dengan memadatkan kembali uap tersebut. Apabila dibandingkan antara alat penguapan n-efek, kebutuhan uap diperkirakan 1/n kali, dan permukaan pindah panas berukuran n-kali dari pada yang dibutuhkan untuk alat penguapan berefek tunggal, untuk pekerjaan yang sama.
Pada evaporator efek majemuk ada 3 macam penguapan, yaitu :
a. Evaporator Pengumpan Muka
b. Evaporator Pengumpan Belakang
c. Evaporator Pengumpan Sejajar
Macam Peralatan Pemanas / Penukar Panas : Tabung Pemanas, Ketel Uap (Boiler), Penukar Panas Spiral Melingkar, Penukar Panas Tipe Permukaan, Penukar Panas Dengan Tabung Dibagian Dalam, Pembangkit Ulang, Penukar Panas Tipe Tong, Penyemprot Air Panas, Pemasukan Uap Panas dan Penukar Panas Tipe Skrup
Macam Peralatan Penguapan / Evaporator : Evaporator Kancah Terbuka, Evaporator dengan Tabung Pendek yang Melintang, Evaporator dengan Tabung Pendek yang Tegak, Evaporator yang Mempunyai Sirkulasi Alamiah dengan Kalandria dibagian Luar, Evaporator dengan Sirkulasi yang Dipaksa, Evaporator Bertabung Panjang, Evaporator Piring, Evaporator Sentrifugal dan Evaporator Pengaruh Berganda
Macam Peralatan Pengering : Pengeringan dengan udara panas terdiri Pembakaran (kiln dyer), Pengering lemari, Pengering terowongan, Pengering konveyor, Pengering kotak, Pengering tumpukan bahan butiran/tepung, Pengering pneumatic, Pengering berputar, Pengering semprot, Pengering menara. Pengering dengan persentuhan dengan permukaan yang dipanasi terdiri Pengering tong (pengering lapisan, pengering rol), Papan pengering hampa udara, Pengering dengan roda dalam hampa udara.
Tabel A : SIFAT DARI UAP AIR JENUH

Suhu (˚C) Tekanan uap air (k Pa) Volume Spesific (m3/kg) Enthalphy (kj/kg) Entrophy (kj/kg˚K)
Cair Jenuh Cair (hf) Jenuh (hg) Cair Jenuh
0.01 0.6113 0.0010002 206.136 0.00 2501.4 0.0000 9.1562
3 12.57 2506.9
6 25.20 2512.4
9 37.80 2517.9
12 50.41 2523.4
15 62.99 2528.9
18 75.58 2534.4
21 88.14 2539.9
24 100.70 2524.4
27 113.25 2550.8
30 125.79 2556.3
33 138.33 2561.7
36 150.86 2567.1
40 167.57 2574.3
45 188.45 2583.2
50 209.33 2592.1
55 230.23 2600.9
60 251.13 2609.6
65 272.06 2618.3
70 292.98 2626.8
75 313.93 2635.3
80 334.91 2643.7
85 355.90 2651.9
90 376.92 2660.1
95 397.96 2668.1
100 419.04 2676.1
105 440.15 2683.8
110 461.30 2691.5
115 482.48 2699.0
120 503.71 2706.3
125 524.99 2713.5
130 546.31 2720.5
135 567.69 2727.3
140 589.13 2733.9
145 610.63 2740.3
150 632.20 2746.5
155 653.84 2752.4
160 675.55 2758.1
165 697.34 2763.5
170 719.21 2768.7
175 741.17 2773.6
180 763.22 2778.2
190 807.62 2786.4
200 852.45 2793.2
225 966.78 2803.3
250 1085.36 2801.5
275 1210.07 2785.0
300 1344.0 2749.0

Source : Abridget from J.H. Keenan, F.G. Keyes P.G. Hill and J.G. Moore, Steam Tables – Metric Units. New York ; John Wiley & Sons, Inc. 1969. With permission of the the authors and publishere.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s