Submitted: 6 September 2021 Revised: 14 Oktober 2021 Accepted: 13 November 2021
PENGARUH SUHU UDARA PENGERING DAN KONSENTRASI MALTODEKSTRIN TERHADAP LAJU DEPOSISI PARTIKEL DI DINDING RUANG SPRAY DRYER SKALA PILOT
Hafid Alwan * , Jayanudin, Nicken Ayoe Fajrianto, Artika Sari Septiaziz Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Jenderal Sudirman Km. 03 Cilegon, Indonesia
* Email: hafidalwan@untirta.ac.id

## Abstrak
Metode spray dryer secara umum banyak digunakan di industri untuk mengeringkan produk makanan dan obat- obatan (farmasi). Dengan menggunakan metode ini waktu kontak antara bahan dengan medium pengering dapat berlangsung  singkat.  Sehingga  dapat  mengurangi  kerusakan  bahan  karena  terpapar  panas  medium  pengering pada suhu tinggi secara terus menerus dalam waktu yang lama. Maltodekstrin memiliki karakteristik mudah rusak jika  terpapar  suhu  tinggi  dan  dapat  lengket  pada  kondisi  operasi  tertentu.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk melakukan  investigasi  pengaruh  kondisi operasi  pengeringan  terhadap  laju  deposisi  partikel  di  dinding ruang spray dryer skala pilot. Pada penelitian ini dilakukan uji coba eksperimental untuk mengukur deposisi partikel pada dinding ruang spray dryer . Variabel operasi yang digunakan dalam mengevaluasi laju deposisi partikel pada dinding ruang  pengering  terhadap  konsentrasi  umpan, suhu  ruang pengering,  dan laju  alir  udara.  Konsentrasi umpan yang digunakan pada penelitian ini adalah 10, 20, dan 30%-b/b; suhu ruang pengering yang digunakan ditetapkan  160,  170,  dan  180 o C;  serta  laju  alir  udara  pengering  sebesar  410,  328,  dan  246  m 3 /h.  Hasil  dari percobaan ini menunjukkan bahwa laju deposit partikel terbesar didapatkan pada konsentrasi umpan yang besar (30%-b/b) dengan suhu pengeringan yang minimum. Suhu udara pengeringan yang minimum didapatkan pada laju  udara  yang  maksimal,  dimana  pada  kondisi  ini  suhu  udara  hanya  mencapai  80 ° C.  Sedangkan  laju  deposit partikel maksimum didapatkan pada suhu ruang pengering yang rendah, yaitu 160 ° C. Pada kondisi ini laju deposit partikel pada dinding ruang spray dryer adalah 397.2 g/h.m 2 . Deposit partikel banyak terjadi pada dinding top cylinder dekat  nosel  dan cone  section .  Karena  pada  bagian  tersebut  intensitas  partikel  bertumbukan  dengan dinding terjadi secara masif.
Kata Kunci : Spray Dryer , Deposisi Partikel, Maltodekstrin, Kondisi Operasi

## Abstract
The spray dryer method is generally widely used in industry to dry food and drug products  (pharmaceuticals). By using this method, the contact time between the material and the drying medium can be short. So that it can reduce material damage due to exposure to the heat of the drying medium at high temperatures continuously for a long time. Maltodextrin has the characteristics of being easily damaged if exposed to high temperatures and can be sticky under certain operating conditions. This study aims to investigate the effect of drying operating conditions on the rate of particle deposition on the walls of the pilot-scale spray dryer. In this study, experimental trials were conducted to measure particle deposition on the walls of the spray dryer. The operating variables used in evaluating the particle deposition rate on the walls of the drying chamber include feed concentration, drying chamber temperature, and air flow  rate.  The  feed  concentrations  used  in  this study  were  10,  20,  and  30%-w/w;  the  temperature  of  the  drying chamber used is set at 160, 170, and 180 o C; and drying air flow rates of 410, 328, and 246 m 3 /h. The results of this experiment showed that the largest particle deposition rate was obtained at a large feed concentration (30%-w/w) with a minimum drying temperature. The minimum drying air temperature is obtained at the maximum air rate, wherein in this condition the air temperature only reaches 80oC. While the maximum particle deposit rate is obtained at a low drying room temperature, which is 160 o C. In this condition, the particle deposit rate on the walls of the spray

## JURNAL INTEGRASI PROSES
Website: http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/jip
dryer is 397.2 g/h.m 2 . Particle deposits mostly occur on the top cylinder section near the nozzle and cone section. Because in that section the intensity of the particles colliding with the wall occurs massively.
Keywords : Spray Dryer, Particle deposition, Maltodextrin, Operating Conditions.

## 1. PENDAHULUAN
Pengeringan  sembur  ( spray  drying )  merupakan sebuah metode untuk memproses umpan yang berada pada  fase  likuid,  baik  itu  partikelnya  dalam  bentuk suspensi  maupun  koloid,  dengan  cara  mengabutkan cairan tersebut sehingga tercipta butiran-butiran halus yang  kemudian  mengering  menjadi  partikel  solid (Mezhericher  et  al.,  2014).  Medium  pengering  yang umum  digunakan  adalah  udara  kering  dengan  kadar kelembapan  tertentu.  Pengeringan  sembur  telah banyak  digunakan  pada  berbagai  industri  untuk menghasilkan  produk  berupa  bubuk  kering,  seperti industri  makanan,  farmasi,  dan  mineral.  Proses  yang terjadi  pada  pengering  sembur  melibatkan  empat tahapan proses, yaitu (1) atomisasi atau pengkabutan, (2)  pengontakan  antara  droplet  dengan  medium pengering,  (3)  evaporasi  kandungan  air  di  dalam droplet,  dan  (4)  pemisahan  produk  yang  telah dikeringkan dari medium pengering.
Pengoperasian alat spray dryer yang tidak mudah sering menimbulkan  beberapa  permasalahan  operasi. Salah  satunya  adalah  masalah  deposit  partikel  pada dinding  ruang spray  dryer .  Deposit  partikel  pada dinding  ruang  pengering  dapat  mempengaruhi perolehan  dan  kualitas  produk  akhir.  Perolehan produk  akan  berkurang  karena  banyaknya  partikel yang menempel pada dinding. Dari sisi kualitas, produk akhir  yang  didapatkan  akan  tercemari  oleh  produk yang  rusak  akibat  terpapar  medium  pemanas  secara terus  menerus  di  ruang  pengering.  Selain  itu,  deposit partikel pada dinding ruang pengering mengakibatkan frekuensi  jadwal  perawatan  akan  lebih  sering,  yaitu untuk  membersihkan  deposit  yang  menempel  pada dinding ruang pengering.
Selama  proses  pengeringan  berlangsung  droplet yang keluar dari nosel akan jatuh ke bawah melewati lintasan partikel hingga menuju area keluaran ( outlet ). Lintasan  yang  dilewati  oleh  droplet  dipengaruhi  oleh medium  pengering  yang  masuk  ke  ruang  pengering. Lintasan yang dilewati tersebut tidak selalu lurus, dan cenderung  acak.  Lintasan  droplet  yang  acak  dapat menimbulkan  tabrakan  atau  tumbukan  baik  antara droplet  dengan  dinding  ruang  pengering  maupun antara  droplet  dengan  droplet  lainnya.  Probabilitas tumbukan tersebut akan lebih masif jika volume ruang semakin kecil, sudut semburan semakin lebar, dan laju alir umpan semakin besar (Alwan & Bindar, 2019).
Selain  dari  faktor  di  atas,  deposit  partikel dipengaruhi juga oleh kondisi operasi yang ditetapkan dan  sifat  atau  karakteristik  dari  bahan  dinding  ruang pengering.  Kondisi  operasi  tersebut  meliputi  suhu medium  pengering,  konsentrasi  umpan,  laju  alir umpan,  laju  alir  medium  pengering,  dan  kelembapan medium  pengering.  Selain  itu,  material  penyusun dinding  ruang  pengering  juga  dapat  mempengaruhi
laju  deposit  partikel  pada  dinding.  Keshani  et  al., (2013)  melakukan  pengujian  terhadap  ruang pengering sembur dengan material yang berbeda, yaitu stainless  steel dan  politetrafluoroetilena  (teflon), hasilnya  menunjukkan  bahwa  deposisi  partikel  pada stainless  steel jauh  lebih  banyak  terjadi  dibandingkan pada teflon.
Perbedaan  ini  disebabkan  oleh  beberapa  hal, diantaranya adalah kekasaran permukaan teflon yang lebih  kecil  dibandingkan  dengan stainless  steel yang mengakibatkan gaya adhesi pada permukaan stainless steel jauh lebih besar dibandingkan pada teflon. Selain itu energi permukaan material stainless steel jauh lebih besar dibandingkan teflon, yaitu 40,1 mN/m dan 23,6 mN/m.  Dari  sifat  bahannya stainless  steel bersifat konduktor  atau  dapat  menghantarkan  panas  dengan baik,  sedangkan  teflon  bersifat  dielektrik  (Keshani  et al.,  2013).  Sifat  dapat  menghantarkan  panas  ini  yang menyebabkan droplet atau partikel yang bertumbukan dengan  dinding  ruang  pengering  akan  menempel. Peristiwa ini disebut juga dengan fenomena lengketnya partikel.
Fenomena  ini  terjadi  karena  selama  proses pengeringan  berlangsung  viskositas  droplet  terus meningkat akibat kandungan air yang terus berkurang dalam  droplet  dan  suhu  partikel  cukup  tinggi.  Pada kondisi  kandungan  air  tertentu,  partikel  memiliki kemungkinan  menjadi  lengket  pada  rentang temperatur  10  hingga  30 ° C  di  atas  temperatur glass (Turchiuli  et  al.,  2011).  Pada  rentang  temperatur tersebut, jika partikel menabrak dinding maka partikel akan  menempel  pada  dinding.  Sedangkan  jika bertumbukan  dengan  sesama  partikel  maka  akan terjadi aglomerasi yang menyebabkan ukuran partikel semakin besar.
Gambar 1. Kurva evolusi droplet menjadi partikel di ruang pengering sembur dengan material maltodekstrin DE 12 dan DE 21 (Turchiuli et al., 2011)
Dalam beberapa dekade terakhir dengan masifnya perkembangan teknologi, baik dari sisi perangkat keras dan  perangkat  lunak,  analisis  deposisi  partikel  pada dinding  ruang  pengering  banyak  dilakukan  melalui pendekatan  komputasi.  Teknik  rekayasa  komputasi tersebut  menggunakan  metode  CFD  ( computational fluid  dynamic ).  Metode  CFD  telah  banyak  digunakan oleh  para  peneliti  dalam  menganalisis  pola  aliran pengontakkan  partikel  atau  droplet  dengan  medium pengering  di  dalam  ruang  pengering.  Pola pengontakkan ini berperan penting dalam memprediksi  produk  akhir  yang  dihasilkan.  Secara eksperimental  untuk  mengamati  pola  pengontakkan tersebut  sangatlah  rumit  dan  dibutuhkan  alat  ukur yang  handal.  Beberapa  peneliti  yang  telah memanfaatkan  penggunaaan  CFD  pada  pengering sembur diantaranya adalah (Kuriakose & Anandharamakrishnan,  2010)  dimana  pada  studinya untuk  memprediksi  pola  aliran  gas  serta  mengamati rekam jejak partikel di dalam ruang pengering seperti, temperatur,  kecepatan,  waktu  tinggal,  serta  lintasan yang dilalui partikel menggunakan metode CFD. Pada skala  industri  Jin  &  Chen  (2011)  menggunakan  CFD untuk  menganalisis  produksi  entropi  selama  proses pengeringan  susu  dan  mengamati  pola  aliran  udara. (Alwan  &  Bindar  (2019)  dalam  penelitiannya mengamati  proses  pengeringan  susu  pada  berbagai ukuran  ruang  pengering  dan  sudut  semburan menggunakan CFD. Secara eksperimental Kieviet et al., (1997) telah melakukan penelitian dalam mengeringkan maltodextrin menggunakan spray dryer skala pilot (tinggi 3,725 m dan diameter 2,2 m) dengan mengambil  data  kecepatan,  temperatur  medium pengering  serta  kelembapan  dalam  ruang  pengering. Data  yang  telah  diperoleh  oleh  Kieviet  telah  banyak digunakan  oleh  para  peneliti  sebagai  dasar  untuk memvalidasi model dalam CFD (Alwan & Bindar, 2019; Kuriakose &
Anandharamakrishnan, 2010; Mezhericher et al., 2010). Penelitian  ini  dilakukan  dengan  tujuan  untuk mengevaluasi
pengaruh konsentrasi
umpan maltodekstrin,  suhu  dan  laju  alir  udara  pengering terhadap  laju  deposit  partikel  pada  dinding  ruang pengering  sembur  jenis cylinder-on-cone skala  pilot. Evaluasi  kondisi  operasi  ini  selanjutnya  digunakan untuk  memetakan  pola  operasi  pengeringan maltodekstrin  yang  menghasilkan  deposit  partikel minimum  pada  dinding  ruang  pengering.  Selain  itu produk  maltodekstrin  yang  dihasilkan  harus memenuhi  standar  baku  mutu  produk  maltodekstrin yang mengacu pada SNI 7599-2010.

## 2. METODE
2.1 Rancangan Alat Percobaan
Evaluasi  pengaruh  kondisi  operasi  pengeringan maltodekstrin DE 11-12 terhadap deposisi partikel di dinding ruang pengering dilakukan secara eksperimental menggunakan spray dryer jenis cylinder- on-cone skala pilot. Spray dryer ini memiliki rasio tinggi terhadap diameter kurang dari 2, atau bisa dikatakan spray  dryer ini  termasuk  kedalam spray  dryer jenis pendek ( short spray dryer ). Diameter dan tinggi silinder
utama ( main cylinder ) spray dryer adalah 0,6 m. Tinggi dari  kerucut  ( cone  section )  adalah  1  m.  secara keseluruhan  ketinggian  alat spray  dryer dari  nosel sampai bagian bawah cone section yaitu 2 m. Rangkaian alat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  dapat  dilihat Gambar  2.  Luas  permukaan  dari  alat spray  dryer dihitung  berdasarkan  luas  permukaan  setiap  bagian. Ukuran detail setiap bagian dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Rangkaian alat utama spray dryer jenis cylinder-on-cone skala pilot
Gambar 3. Ukuran alat spray dryer jenis cylinder-on- cone skala pilot
Pada  alat spray  dryer ,  droplet  diinjeksi  melalui sebuah  nosel  yang  terletak  pada  bagian  atas  silinder. Droplet tersebut diinjeksi dengan arah yang sama ( co- current ) dengan udara pengering. Nosel ditempatkan di tengah pada bagian top cylinder dengan jarak sekitar 10 cm  diatas  silinder  utama  ( main  cylinder ).  Droplet keluar dari nosel dibantu oleh udara bertekanan yang dihasilkan  dari  sebuah  kompresor.  Udara  bertekanan tersebut  digunakan  untuk  mengubah  umpan  dalam fase  likuid menjadi  droplet dengan  ukuran  yang  kecil dan halus. Tekanan dari udara terkompresi ditetapkan berbeda  pada  setiap  variasi  konsentrasi.  Perbedaan tekanan  tersebut  dilakukan  untuk  mendapatkan  laju
FD Fan Pemana s Udara Top Cylinder Main Cylinder Cone Section Outlet to Cyclone Tangki Umpan Air Compressor Umpan Nosel ID Fan Filter Bag Cyclone Product Product Exhaust Pemanas Ruang Pengering 0,6 m 0,15 m 1 m 0,4 m 0, 6 m 0, 2 m 0, 2 m 0, 12 m
alir umpan yang sama pada setiap variasi konsentrasi, yaitu sebesar 0,2 Liter/menit (LPM).
Udara pemanas masuk ke ruang pengering melalui sebuah saluran udara dengan diameter sebesar 12 cm yang terletak di sisi samping top cylinder . Arah aliran udara  masuk  tegak  lurus  dengan  arah  aliran  umpan. Sebelum udara masuk ke dalam ruang pengering, udara dipanaskan oleh pemanas listrik yang terletak di dalam saluran  udara  dengan  daya  tetap.  Sehingga  dengan adanya  perubahan  laju  alir  udara  yang  masuk  ke pemanas akan menyebabkan temperatur udara masuk akan  berubah.  Udara  pengering  keluar  dari  ruang pengering melalui sebuah pipa outlet yang terletak di bagian bawah cone section dengan ukuran pipa sebesar 2,5 in. Larutan maltodekstrin yang terdiri dari air dan maltodekstrin  DE  11-12  dengan  variasi  konsentrasi awal dibuat dan diinjeksikan melalui nosel pada suhu 25 ° C.

## 2.2 Prosedur Percobaan
Pengoperasian spray  dryer dimulai  dengan memasukkan  udara  pengering  pada  laju  alir  410 m 3 /jam tanpa adanya droplet yang disemprotkan dari nosel  dan  membiarkannya  mencapai  kondisi  tunak selama  20-30  menit.  Umpan  disemprotkan  pada  tiga konsentrasi yang berbeda: 10, 20, dan 30-%b/b. Untuk setiap variasi laju aliran udara pengering dipertahankan  laju  aliran  umpan  konstan  pada  0,2 LPM.  Pengaruh  konsentrasi  awal  maltodekstrin terhadap  deposit  partikel  pada  ruang spray  dryer ditentukan dengan memilih tiga tingkat suhu dan laju alir  udara  pengering  masing-masing  160,  170,  dan 180 ° C serta 410, 328, dan 246 m 3 /jam, untuk laju aliran umpan konstan di 0,2 LPM.
Pada  setiap  percobaan, spray  dryer dijalankan selama 30 menit. Setelah itu, sejumlah sampel partikel maltodekstrin  yang  terdeposit  pada  dinding  ruang pengering  dikumpulkan.  Waktu  pengambilan  sampel tidak  boleh  terlalu  lama  atau  terlalu  cepat  sehingga partikel  yang  terkumpul  bisa  ditempatkan  langsung pada  wadah  tertutup.  Pengambilan  sampel  dilakukan secara  hati-hati  untuk  meminimalkan  sampel  deposit hilang.  Pada  akhir  setiap  percobaan,  sampel dikeluarkan  dengan  hati-hati  dari  wadah  dan ditimbang untuk menentukan jumlah deposisi partikel. Untuk meningkatkan ketepatan hasil, setiap percobaan diulang dua kali.
Analisis  kandungan  air  pada  produk  mengikuti standar  SNI  01-2891-1992  tentang  cara  uji  makanan dan minuman. Produk maltodekstrin seberat 1-2 gram dimasukkan  ke  dalam  kurs  porselin  yang  telah dikeringkan,  kemudian  dimasukkan  ke  dalam  oven dengan  suhu sebesar  105 ° C selama  3  jam,  setelah  itu produk didinginkan ke dalam desikator dan ditimbang. Kadar  air  dalam  bahan  dihitung  berdasarkan persamaan (1).
𝑋 0 (%) =   ( 𝑊 𝑖 −𝑊 𝑓 𝑊 𝑓 )  𝑥 100%
(1)
𝑋 0 merupakan kadar air dalam basis kering ( dry basis ), 𝑊 𝑖 merupakan berat bahan mula-mula (gram), dan 𝑊 𝑓 merupakan berat akhir bahan(gram).
Pengujian  deposisi  partikel  digunakan  untuk melihat seberapa banyak penumpukan partikel bubuk di  dinding spray  dryer ,  analisa  ini  dapat  dihitung dengan  cara  menimbang  deposit  partikel  yang  telah dikumpulkan  menggunakan  neraca  analitik.  Dan menghitung nilai fluks deposit melalui persamaan (2).
𝑁 𝑝 = 𝑚 𝑚𝑑 𝐴 𝑠 ∙ 𝑡 Dengan 𝑁 𝑝 merupakan fluks deposit partikel (g/h.m 2 ), 𝑚 𝑚𝑑 merupakan  massa  partikel  maltodekstrin  yang terdeposit  di  dinding  ruang  pengering  (gram), 𝐴 𝑠 merupakan luas permukaan dinding ruang spray dryer (m 2 ), dan 𝑡 adalah waktu operasi pengeringan (jam).
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Pengaruh  Konsentrasi  Umpan  Maltodekstrin Terhadap Deposit Partikel Seiring meningkatnya konsentrasi umpan maltodekstrin  DE  11-12  yang  digunakan,  diikuti dengan  meningkatnya  deposit  partikel  pada  dinding ruang  pengering  (Gambar  4).  Fenomena  ini menunjukkan bahwa konsentrasi umpan mempengaruhi kuantitas padatan yang terdeposit pada dinding  ruang  pengering.  Terlihat  pada  gambar  4, partikel  yang  terdeposit  berurutan  pada  konsentrasi 10;  20;  dan  30%-b/b  dengan  suhu  udara  pengering maksimum (102 ° C) yaitu sebesar 38; 76,9; dan 388,9 g/h.m 2 .
Gambar 4. Fluks deposisi partikel pada dinding ruang pengering dengan laju alir umpan dan udara pengering tetap 0,2 L/menit dan 420 m 3 /h.
Pada  suhu  udara  pengering  di  bawah  180 ° C partikel yang terdeposit pada dinding ruang pengering semakin  besar.  Hal  ini  disebabkan  oleh  kandungan energi  yang  dibawa  oleh  udara  pengering  lebih  kecil, sehingga  laju  pengeringan  menjadi  lambat.  Laju pengeringan  yang  lambat  ini  menyebabkan  beberapa
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0% 10% 20% 30% 40% Fl u k s D ep os it P ar tik el ( g/ h .m 2 ) Konsentrasi Umpan (b/b) 160 degC 170 degC 180 degC
(2)
droplet  yang  bertumbukan  dengan  dinding  pada kondisi kandungan air yang cukup banyak, terdeposit pada  dinding  ruang  pengering.  Fenomena  ini  terjadi karena partikel berada pada area lengket ( sticky area ) pada  saat  bertumbukan  dengan  dinding.  Pada daerah ini  viskositas  partikel  mencapai  pada  titik  yang  kritis yaitu berada pada rentang 106 – 108 Pa.s. Gaya adhesi pada viskositas sebesar ini sangat dominan (Turchiuli et  al.,  2011).    Pada  penelitian  yang  dilakukan  oleh Alwan & Bindar, (2019) area lengket merupakan area yang teletak di bawah kurva temperatur lengket ( sticky temperature ) dan di atas kurva temperatur glass ( glass temperature ).  Untuk  menentukan  kurva  temperatur lengket,  Ozmen  dan  Langrish  (2002)  dalam  Langrish, (2009)  memberikan  sebuah  persamaan  untuk temperatur bahan ketika menjadi lengket.
𝑇 𝑠𝑡 [ 𝐶 𝑜 ] = [(1−𝑋 𝑜 )𝑇 𝑔𝑖 +𝑋 𝑜 𝑇 𝑔𝑤 ] (1+7,48𝑋 𝑜 ) + 23.3 (3)
Dimana T st merupakan  temperatur  lengket  ( sticky ) ( ° C), X o adalah  kadar  air  akhir  partikel, T gi adalah temperatur  gelas  maltodekstrin  ( ° C), T gw adalah temperatur  gelas  air  ( ° C).  Untuk  menentukan temperatur glass (T g )  maltodekstrin,  Brooks  (2000) dalam  Walmsley  et  al.,  (2014)  memberikan  sebuah persamaan T g sebagai fungsi dari aktivitas air ( a w ) 𝑇 𝑔 = 530,66𝑎 𝑤 3 + 652,06𝑎 𝑤 2 − 366,33𝑎 𝑤 + 99,458 (4)
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Kota  &  Langrish, (2006)  menunjukkan  bahwa  deposit  partikel  banyak terjadi  pada  dinding  ruang  pengering  di  area cone section .  Pada  penelitian  tersebut  digunakan  umpan dengan  konsentrasi  30%-b/b  dengan  laju  alir  umpan 27  ml/menit,  fluks  deposit  partikel  yang  dihasilkan mencapai  281  g/h.m 2 .  Semakin  kecil  laju  alir  umpan, polanya menunjukkan semakin kecil juga fluks deposit partikel  yang  terjadi.  Hal  ini  menunjukkan  pola  yang mirip  dengan  penelitian  yang  telah  dilakukan.  Jika dibandingkan  dengan  penelitian  ini  deposit  partikel yang terbentuk di dinding ruang pengering relatif lebih besar hampir dua kali lipat, karena laju alir umpan yang digunakan juga cukup besar, yaitu 0,2 LPM.

## 3.2 Pengaruh Laju Alir Udara Pengering Terhadap Deposit Partikel
Parameter  operasi  lainnya  yang  mempengaruhi deposit partikel pada dinding ruang pengering adalah laju  alir  udara  pengering.  Pada  penelitian  ini  laju  alir udara  divariasikan  dengan  cara  mengatur  putaran motor  listrik force  draft (FD) fan menggunakan Inverter  VFD  Andeli  2.2  kW  220  volt.  Melalui  alat tersebut  laju  alir  udara  dapat  dikendalikan  dengan variasi laju alir udara yang digunakan sebesar 410, 328; dan 246 m 3 /h. Pada  penelitian  ini,  daya  pemanas  udara  ( heater ) ditetapkan (konstan), sehingga suhu udara masuk akan bervariasi  mengikuti  jumlah  udara  yang  masuk.  Suhu udara  diukur  secara  langsung  menggunakan termokopel  tipe  K.  Suhu  udara  pengering  masuk  ke ruang pengering pada laju alir 410, 328; dan 246 m 3 /h secara berurutan yaitu 80, 95, dan 102 ° C.
Gambar  5. Deposit  partikel  pada  area  dekat  nosel  di bagian top cylinder pada kondisi konsentrasi 30%-b/b dan laju alir udara 410 m 3 /h.
Lokasi input udara pemanas yang digunakan pada proses  pengeringan  menggunakan spray  dryer dapat mempengaruhi  lokasi  dan  jumlah  deposit  partikel. Lokasi deposit partikel erat kaitannya dengan lintasan yang dilalui oleh partikel atau droplet yang dipengaruhi oleh pola aliran udara. Pada penelitian ini udara yang masuk dari sisi samping top cylinder (Gambar 3.) dan tegak  lurus  dengan  arah  semburan  menyebabkan droplet terdorong ke sisi yang berlawanan dengan inlet udara.  Akibatnya  deposit  partikel  banyak  terdapat pada area top cylinder dekat dengan nosel (Gambar 5). Gambar 6 menggambarkan secara kuantitatif  fluks deposit  partikel  di  dinding  ruang  pengering  pada berbagai  konsentrasi  umpan  dan  laju  alir  udara pengering. Pada laju alir udara yang rendah laju deposit partikel  pada  dinding  ruang  pengering  cenderung berkurang  dibandingkan  pada  laju  alir  udara  yang tinggi.  Seperti  yang  telah  dijelaskan  sebelumnya,  laju alir  udara  yang  rendah  menyebabkan  suhu  udara pemanas masuk lebih tinggi. Energi yang dibawa oleh udara  pemanas  menjadi  lebih  besar,  sehingga  laju pengeringan  menjadi  lebih  cepat.  Laju  pengeringan yang  cepat  meminimalisir  partikel  berada  pada  area lengket  ( sticky  area )  dengan  cara  menggeser  nilai aktivitas  air  ( a w ) berada  pada  kondisi  terendah,  yaitu berada  pada  rentang  di  bawah  0,2  pada  temperatur partikel di atas 80 ° C (Gambar 1)(Turchiuli et al., 2011).
(a) (b) (c)
Gambar  6. Fluks  deposit  partikel  pada  laju  alir udara (a) 410 m 3 /h; (b) 328 m 3 /h; dan (c) 246 m 3 /h.
3.3 Pengaruh  Suhu  Ruang  Pengering  terhadap Deposit Partikel
Suhu ruang pengering berbeda dengan suhu udara pengering. Suhu ruang pengering dapat diatur nilainya
melalui controller yang  ada  pada  panel  box  dengan mengatur  daya  pemanas  ( heater )  pada  bagian main cylinder . Pemanas pada bagian ini ditempatkan dengan tujuan  untuk  menjaga  suhu  ruang  pengering  berada pada  rentang  suhu  yang  diinginkan.  Suhu  ruang pengering  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah 160,  170,  dan  180 ° C.  Terdapat  kelebihan  dan kekurangan  dalam  penempatan  pemanas  di  bagian main  cylinder .  Kelebihan  penempatan  pemanas  pada dinding ruang pengering adalah suhu ruang pengering dapat  terjaga  pada  kondisi  yang  ditetapkan  dan meningkatkan  laju  pengeringan.  Kekurangannya adalah tidak efisien dalam penggunaan energi, karena terdapat  dua heater ;  dan  meningkatkan  deposit partikel  di  dinding  ruang  pengering,  karena  partikel yang  telah  kering  dapat  terperangkap  pada  area lengket karena suhu dinding yang dijaga konstan, yaitu menggeser  kurva  lengket  ke  sisi  kiri  (Gambar  1). Sehingga  pada  kondisi  kandungan  air  yang  kecil sekalipun, akan tetap berada pada area lengket karena suhu partikel yang tinggi.
Gambar 6 menunjukkan laju deposit partikel yang dipengaruhi oleh suhu ruang pengering. Pada laju alir udara  maksimum,  fluks  deposit  partikel  semakin berkurang  seiring  dengan  naiknya  suhu  ruang pengering. Naiknya suhu ruang pengering menyebabkan  laju  pengeringan  meningkat.  Sehingga kandungan  air  di  dalam  partikel  cepat  berkurang. Kondisi  ini  membuat  partikel  tidak  berada  di  area lengket  ( sticky  area )  ketika  bertumbukan  dengan dinding ruang pengering, sehingga mengurangi deposit partikel.
3.4 Analisis Kandungan Air di Produk
Kandungan  air  di  produk  merupakan  salah  satu parameter  utama  untuk  menentukan  kualitas  produk bubuk.  Parameter tersebut berhubungan dengan daya tahan  dan  daya  simpan  produk.  Semakin  rendah kandungan  air  suatu  produk  maka  produk  itu  tidak mudah  rusak.  Dengan  kandungan  air  yang  rendah dapat mencegah terjadinya pertumbuhan mikroorganisme seperti jamur dan bakteri yang dapat menyebabkan  kerusakan  produk.  Nilai  kadar  air produk  bubuk  maltodekstrin  yang  didapatkan  dapat dilihat pada Gambar 7.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 150 160 170 180 190 Fl u k s mas sa d ep os it p ar tik el (g /h .m 2 ) Suhu Ruang Pengering ( o C) Konsentrasi 10%-b/b Konsentrasi 20%-b/b Konsentrasi 30%-b/b 0 50 100 150 200 250 300 350 150 160 170 180
190
Fl u k s mas sa d ep os it p ar tik el (g /h .m 2 ) Suhu Ruang Pengering (oC) Konsentrasi 10%-b/b Konsentrasi 20%-b/b Konsentrasi 30%-b/b 0 50 100 150 200 250 300 150 160 170 180
190
Fl u k s mas sa d ep os it p ar tik el (g /h .m 2 ) Suhu Ruang Pengering (oC) Konsentrasi 10%-b/b Konsentrasi 20%-b/b Konsentrasi 30%-b/b
Berdasarkan gambar 7 di atas menunjukkan bahwa nilai  kadar  air  maltodekstrin  yang  telah  dikeringkan secara  keseluruhan  telah  memenuhi  standar  baku mutu  produk  maltodekstrin  yang  ditetapkan pemerintah melalui SNI 7599-2010 tentang maltodekstrin, yaitu tidak lebih dari 5%. Rata-rata nilai kandungan  air  ( 𝑋̿ 𝑤𝑏 )  pada  proses  pengeringan menggunakan metode spray dryer sebesar 3,59%. Dari hasil  yang  didapatkan  tidak  dapat  disimpulkan  apa pengaruh dari variabel konsentrasi maltodekstrin, laju alir  udara  dan  suhu  ruang  pengering  pada  kadar  air produk  maltodekstrin.  Karena  dari  hasil  pengujian yang  dilakukan  untuk  seluruh  sampel  percobaan dihasilkan kadar air di bawah 5%. Hal ini menunjukkan bahwa  kadar  air  <5%  merupakan  kadar  air kesetimbangan ( equilibrium ) pada bubuk maltodekstrin. Menurut Geankoplis et al., (2018) dalam bukunya  menyatakan  bahwa  kadar  air  <5%  pada makanan  dapat  menurunkan  potensi  pertumbuhan mikroorganisme dan dapat menjaga kualitas makanan baik dari segi rasa dan aromanya.
Fenomena kadar air <5% pada bubuk maltodektrin hasil  percobaan  menunjukkan  bahwa  pada  rentang variasi  yang  telah  dilakukan,  tidak  mempengaruhi kadar  air  produk  akhir  maltodekstrin.  Hal  ini menunjukkan  bahwa  pada  kondisi  laju  pengeringan yang  rendah  sekalipun  (suhu  pengeringan  rendah  & kadar  air  tinggi)  alat spray  dryer masih  bisa menghasilkan  produk  akhir  maltodekstrin  dengan
kadar air di  bawah 5%. Menurut Tonon et al.,  (2008) variabel suhu pengeringan sebetulnya memiliki peran dalam  laju  pengeringan. Pada  suhu  pengeringan  yang semakin tinggi, terdapat gradien suhu yang lebih besar antara  droplet  dengan  udara  pengering  sehingga proses evaporasi antara air dan bahan di dalam spray dryer menjadi  cepat.  Proses  evaporasi  merupakan peristiwa  perpindahan  massa  secara  difusional, dimana laju perpindahan massa secara difusi semakin cepat  seiring  dengan  naiknya  suhu  ruang  pengering. Oleh  karena  itu  bubuk  yang  dihasilkan  memiliki  nilai kadar  air  yang  rendah,  karena  adanya  peningkatan padatan  dan  jumlah  total  uap  air  yang  dievaporasi berkurang.

## 4. KESIMPULAN
Penelitian  ini  melakukan  investigasi  secara eksperimen  untuk  mengetahui  pengaruh  kondisi operasi terhadap laju deposisi partikel di dinding ruang spray  dryer skala  pilot  menggunakan  bahan maltodekstrin DE 11-12. Parameter tersebut  meliputi konsentrasi  maltodekstrin,  laju  alir  udara  pengering dan  suhu  ruang  pengering.  Laju  deposit  partikel terkecil didapatkan pada konsentrasi umpan yang kecil (10%-b/b)  dengan  suhu  pengeringan  yang  maksimal. Suhu  udara  pengeringan  yang  maksimal  didapatkan pada  laju  udara  yang  minimum,  dimana  pada  kondisi ini  suhu  udara  mencapai  102 ° C.  sedangkan  untuk mendapatkan  laju  deposit  partikel  minimum  suhu
Tabel 3.1. Kode sampel maltodekstrin
Laju alir udara (m 3 /h) 410 328 246 Suhu ruang pengering ( ° C)  160 170 180 160 170 180 160 170 180 Konsentrasi 10% MD-1  MD-4  MD-7  MD-10  MD-13  MD-16  MD-19  MD-22  MD-25 20% MD-2  MD-5  MD-8  MD-11  MD-14  MD-17  MD-20  MD-23  MD-26 30% MD-3  MD-6  MD-9  MD-12  MD-15  MD-18  MD-21  MD-24  MD-27
Gambar 7. Kandungan air produk maltodekstrin hasil pengeringan menggunakan spray dryer
ruang pengering harus ditetapkan maksimum, sebesar 180 ° C.  Pada  kondisi  ini  laju  deposit  partikel  pada dinding ruang spray dryer adalah 39.4 g/h.m 2 .

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  penulis  sampaikan  kepada LPPM Universitas Sultan Ageng Tirtayasa untuk Hibah penelitian  yang  telah  diberikan  berdasarkan  Kontrak Penelitian Skim Penelitian Dosen Pemula (PDP) Nomor B/177/UN.43.3/PT.01.03/2021 Tahun Anggaran 2021.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
Alwan, H., & Bindar, Y. (2019). Flow pattern analysis on sticky regime and effectiveness of volume chamber for  milk  production  using  CFD  method.  IOP Conference  Series:  Materials  Science  and Engineering, 673(1).
https://doi.org/10.1088/1757-
899X/673/1/012019
Geankoplis,  C.  J.,  Hersel,  A.,  &  Lepek,  D.  H.  (2018). Transport  Processes  and  Separation  Process Principles (5th ed.). Prentice Hall.
Jin, Y., & Chen, X. D. (2011). Entropy production during the drying process of milk droplets in an industrial spray  dryer.  International  Journal  of  Thermal Sciences, 50(4), 615 – 625. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2010.10.01
3
Keshani, S., Daud, W. R. W., Woo, M. W., Nourouzi, M. M., Talib, M. Z. M., Chuah, A. L., & Russly, A. R. (2013).
Reducing the deposition of fat and protein covered particles with low energy surfaces. Journal of Food Engineering, 116(3), 737 – 748. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2013.01.003
Kieviet, F. G., van Raaij, J., de Moor, P. P. E. A., & Kerkhof, P. J. A. M. (1997). Measurement and modelling of the air  flow  pattern  in  a  pilot-plant  spray  dryer. Chemical Engineering Research and Design, 75(3), 321 – 328. https://doi.org/10.1205/026387697523778
Kota, K., & Langrish, T. A. G. (2006). Fluxes and patterns of wall deposits for skim milk in a pilot-scale spray dryer.  Drying  Technology,  24(8),  993 – 1001. https://doi.org/10.1080/07373930600776167 Kuriakose,  R.,  &  Anandharamakrishnan,  C.  (2010). Computational fluid dynamics (CFD) applications in spray  drying  of  food  products.  In  Trends  in  Food Science and Technology (Vol. 21, Issue 8, pp. 383 –
398). https://doi.org/10.1016/j.tifs.2010.04.009 Langrish,  T.  A.  G.  (2009).  Multi-scale  mathematical modelling  of  spray  dryers.  Journal  of  Food Engineering, 93(2), 218 – 228. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.01.019
Mezhericher,  M.,  Levy,  A.,  &  Borde,  I.  (2010).  Spray drying modelling based on advanced droplet drying kinetics.  Chemical  Engineering  and  Processing: Process  Intensification,  49(11),  1205 – 1213. https://doi.org/10.1016/j.cep.2010.09.002 Mezhericher,  M.,  Levy,  A.,  &  Borde,  I.  (2014).
Theoretical modelling and numerical simulation of spray drying processes.
Tonon,  R.  v.,  Brabet,  C.,  &  Hubinger,  M.  D.  (2008). Influence  of  process  conditions  on  the physicochemical  properties  of  açai  (Euterpe oleraceae Mart.) powder produced by spray drying. Journal  of  Food  Engineering,  88(3),  411 – 418. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2008.02.029 Turchiuli, C., Gianfrancesco, A., Palzer, S., & Dumoulin,
E.  (2011).  Evolution  of  particle  properties  during spray  drying  in  relation  with  stickiness  and agglomeration control. Powder Technology, 208(2),
433 – 440. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2010.08.040 Walmsley, T. G., Walmsley, M. R. W., Atkins, M. J., Neale, J.  R.,  &  Sellers,  C.  M.  (2014).  An  experimentally validated criterion for skim milk powder deposition on  stainless  steel  surfaces.  Journal  of  Food Engineering, 127, 111 – 119. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2013.11.025