Dokumen tersebut membahas tentang prinsip dasar evaporasi, jenis-jenis evaporator seperti single effect evaporator dan multi effect evaporator, serta sistem operasi evaporator. Diberikan pula contoh soal untuk menghitung parameter-parameter dalam proses evaporasi seperti laju alir massa produk, uap yang dibutuhkan, economy uap, dan luas area transfer panas.

1. EvaporationNur Istianah,ST.,MT.,M.Eng
THP-UB
2016
30/06/2016 1

2. Outline
Pendahuluan
Prinsip Dasar
Evaporasi
Perubahan fasa
Tabel Uap
Koefisien transfer PanasEvaporator
Sistem Operasi
Evaporator
Singgle Effect Evaporator(SEE)
Multi Effect Evaporator(MEE)
30/06/2016 2

3. PENDAHULUAN
3
Proses pemisahan selalu terlibat
dalam pengolahan makanan
EVAPORASI
30/06/2016

4. PRINSIP DASAR EVAPORASI
4
1. Perubahan fasa
 Evaporasi:perubahan fase cair menjadi gas
 Prosesnya dipengaruhi suhu dan tekanan
 Dapat terjadi dibawah titik didih normal
 Penguapan terjadi pada pengeringan,
pemekatan, distilasi, pembuatan uap air,
dll
30/06/2016

5. PRINSIP DASAR EVAPORASI (lanj..)
530/06/2016

6. PRINSIP DASAR EVAPORASI (lanj..)
6
Perbedaan Evaporator Mesin
pembuat
uap
Pengering Distilasi
Prinsip evaporasi
(pemekatan)
evaporasi
(pembuatan
uap)
evaporasi
(pengeringan)
evaporasi
(pemisahan zat
volatil)
Kondisi
feed
cairan encer air padatan basah campuran cairan
Produk cairan pekat uap air padatan kering komponen cairan
yang terpisah
Aplikasi pemekatan
jus buah,
susu, nira
tebu, dll
uap engine
penguapan
LPG
Pengeringan tepung,
beras, jagung,
pembuatan susu
bubuk, agar-agar
bubuk, dll
Penyulingan
minyak atsiri,
desalinasi air laut,
pemurnian
bioetanol, dll
30/06/2016

7. PRINSIP DASAR EVAPORASI (lanj..)
7
2. Tabel Uap
Suhu Tekanan
Entalpi uapEntalpi cair
Perubahan
entalpi
30/06/2016

8. PRINSIP DASAR EVAPORASI (lanj..)
8
Uap
Jenuh,
uap pada titik didih
Lewat jenuh,
uap diatas titik didih
30/06/2016

9. PRINSIP DASAR EVAPORASI (lanj..)
9
Uap Jenuh
Toledo, R T. 2007
30/06/2016

10. PRINSIP DASAR EVAPORASI (lanj..)
10
Uap lewat jenuh
Toledo, R T. 2007
30/06/2016

11. PRINSIP DASAR EVAPORASI (lanj..)
11
3. Koefisien Transfer Panas
 Menunjukkan kemampuan sebuah bahan
untuk menghantarkan panas secara
konveksi maupun konduksi.
 Koefisien transfer ini dipengaruhi
oleh beberapa faktor, yaitu kecepatan
alir fluida, sifat fisik fluida, dan
perbedaan suhu fluida.
30/06/2016

12. PRINSIP DASAR EVAPORASI (lanj..)
12
3. Koefisien Transfer Panas
Nusselt number
k
hD
Nnu 
D
)k(N
h nu

h = convective heat-transfer
coefficient (W/ m2oC)
D = characteristic dimension
(m)
k = thermal conductivity
(W/moC)
30/06/2016

13. PRINSIP DASAR EVAPORASI (lanj..)
13
NNu = (NRe, NPr)
Untuk aliran laminar (Re > 2100)
100PrRe 





L
D
xx
14.0
66.0
PrRe045.01
PrRe085.0
66.3 



















w
b
L
D
xx
L
D
xx
Nu


100PrRe 





L
D
xx
14.033.0
PrRe86.1 












w
b
L
D
xxNu


30/06/2016

14. PRINSIP DASAR EVAPORASI (lanj..)
14
Untuk aliran turbulen (2100<Re<10000)
30/06/2016

15. EVAPORATOR
15
Gambar Skema evaporator vakum
Sumber: Singh, RP and Heldman DR.2009
1
2
5
4
3
30/06/2016

16. EVAPORATOR (lanj..)
16
Badan Evaporator
Penukar panas
Pemisah gas-cair
Kondensor
Sistem vakum
• Lempengan
• Tabung
• Sentrifugal
• Berpenghalang
• Pompa vakum
• Jet uap
30/06/2016

17. EVAPORATOR (lanj..)
17
Gambar . Pemisah uap/cairan (V/L). (a) Sentrifugal; (b) Berpenghalang.
Sumber: George D. Saravacos. 2002. Halaman 322
30/06/2016

18. EVAPORATOR (lanj..)
18
Gambar 8. Jet uap pada singgle effect evaporator
30/06/2016

19. SISTEM OPERASI EVAPORATOR
19
Bertekanan
atmosfer
Vakum
Singgle
effect
Multi effect
30/06/2016

20. SISTEM OPERASI EVAPORATOR (lanj..)
20
Gambar Skema evaporator vakum
Sumber: Singh, RP and Heldman DR.2009
Pembeda
evaporator
atmosferik dan
vakum
30/06/2016

21. SISTEM OPERASI EVAPORATOR (lanj..)
21Gambar evaporator singgle effect
Sumber: Singh, RP and Heldman DR.2009
Singgle effect
30/06/2016

22. SISTEM OPERASI EVAPORATOR (lanj..)
22
ppff
pvf
mxmx
mmm


.. 

cssppvvvssff HmHmHmHmHm   11
neraca massa pada aliran bahan masuk dan produk:
neraca energi:
30/06/2016
)()( 1 csvsss
sla
HHmTTUA
qqq



Laju alir panas:

23. SISTEM OPERASI EVAPORATOR (lanj..)
23
Contoh soal:
Jus apel akan dilakukan pemekatan menggunakan
singgle-effect evaporator bertekanan 304.42 kPa pada
kondisi steady state. Jus apel dialirkan dengan laju 0.67
kg/s dan konsentrasi padatannya sebesar 11%. Setelah
evaporasi diharapkan jus apel memiliki konsentrasi
padatan 75%. Kalor jenis (cp) jus encer dan jus pekat
sebesar 3.9 dan 2.3 kJ/kg°C berturut-turut. Jus apel
encer masuk pada suhu 43.3°C. Produk mendidih dalam
evaporator pada suhu 62.2°C. Koefisien transfer panas
keseluruhan yaitu 943 W/m2°C. Dengan
mengasumsikan tidak ada kenaikan titik didih dengan
meningkatnya kadar padatan, hitunglah laju alir massa
jus pekat, uap yang dibutuhkan, uap economy dan luas
area laju perpindahan panas.

24. SISTEM OPERASI EVAPORATOR (lanj..)
24
Penyelesaian:
Langkah 1:
neraca massa padatan,
Jadi, laju alir massa produk, jus pekat, yaitu sebesar
0.098kg/s
pmskg )75.0()/67.0)(11.0( 
skgmp /098.0
30/06/2016

25. SISTEM OPERASI EVAPORATOR (lanj..)
25
Penyelesaian:
Langkah 2:
neraca massa keseluruhan,
Jadi, air yang berhasil diuapkan dari jus apel encer yaitu
0.57 kg/s
skgm
skgskgm
mmm
v
v
pvf
/57.0
)/098.0()/67.0(






30/06/2016

26. SISTEM OPERASI EVAPORATOR (lanj..)
26
Langkah 3:
entalpi bahan masuk dan produk,
Data dari Tabel Uap pada uap bertekanan 304.42 kPa (
suhu jenuh = 134°C):
Hvs (T= 134°C) = 2725.9 kJ/kg)
Hcs (T= 134°C) = 563.41 kJ/kg)
Hv1 (T= 62.2°C) = 2613.4 kJ/kg)
kgkJCCCkgkJH
kgkJCCCkgkJH
p
f
/1.143)02.62])(/[3.2(
/9.168)03.43])(/[9.3(
1 

30/06/2016

27. SISTEM OPERASI EVAPORATOR (lanj..)
27
Jadi, uap yang dibutuhkan yaitu 0.64 kg uap/s
Langkah 4:
)/4.2613)(/57.0()/9.2725()/9.168)(/67.0( kgkJskgkgkJmkgkJskg s  
)/41.563()/1.143)(/098.0( kgkJmkgkJskg s

5.139049.2162 sm
skgms /64.0
85.0
67.0
57.0
economySteam 
f
v
m
m


30/06/2016

28. SISTEM OPERASI EVAPORATOR (lanj..)
28
Langkah 5:
Luas area perpindahan panas pada evaporator yang
diperlukan adalah sebesar 20.4 m2
)/1000)(/14.5639.2725)(/64.0()2.62134])(/[943( 2
kJJkgkJskgCCCmWA 
2
4.20 mA 
30/06/2016

29. SISTEM OPERASI EVAPORATOR
(lanj..)
29
Multi effect
Gambar Skema evaporator multi stage
Sumber: Singh, RP and Heldman
DR.2009.
30/06/2016

30. SISTEM OPERASI EVAPORATOR
(lanj..)
30
neraca massa keseluruhan pada aliran bahan masuk
dan produk:
neraca massa padatan pada aliran bahan masuk dan
produk:
pvvvf mmmmm   321
ppf mxmx 
30/06/2016

31. SISTEM OPERASI EVAPORATOR
(lanj..)
31
neraca energi:
223332222
1122221111
1111
cvppvvvvff
cvffvvvvff
cssffvvvssff
HmHmHmHmHm
HmHmHmHmHm
HmHmHmHmHm






Hf = cpf (Tf - 0°C)
Hp1 = cpp (T1 - 0°C)
Hp3 = cpp3 (T3 - 0°C)
30/06/2016

32. SISTEM OPERASI EVAPORATOR
(lanj..)
32
222221222
111121222
1111
)(
)(
)(
cvvv
cvvv
cssvsss
HmHmTTAUq
HmHmTTAUq
HmHmTTAUq






Panas laten pada proses ini dapat dicari menggunakan Tabel Ua
q = laju perpindahan panas (kJ/s atau W)
U = koefisien transfer panas keseluruhan (W/m2. °C )]
A = luas penampang transfer panas
30/06/2016

33. LATIHAN SOAL
47
Susu cair akan dilakukan pemekatan menggunakan
singgle-effect evaporator bertekanan 304.42 kPa pada
kondisi steady state. Susu cair dialirkan dengan laju 10
kg/s dan konsentrasi padatannya sebesar 15%. Setelah
evaporasi diharapkan susu kental manis memiliki
konsentrasi padatan 45%. Kalor jenis (cp) susu cair dan
susu kental manis sebesar 0.91 dan 0.46 kJ/kg°C
berturut-turut. Susu cair masuk pada suhu 40°C.
koefisien transfer panas keseluruhan yaitu 950 W/m2°C.
Dengan mengasumsikan tidak ada kenaikan titik didih
dengan meningkatnya kadar padatan, hitunglah laju alir
massa susu kental manis , uap yang dibutuhkan, uap
economy dan luas area laju perpindahan panas.

34. DAFTAR PUSTAKA
48
Abed, Azher M, et.al. 2014. The Role of Enhancement Techniques on Heat and
Mass Transfer Chaacteristics of Shell and Tube Spray Evaporator: a Detailed
Review. Applied Thermal Engineering, 75: 923-940.
Brennan, James G. 2006. Food Processing Handbook. Wiley-VCH. UK.
Fellows, P. 2000. Food Processing Technology, Principles And Practice, Second
Edition. CRC Press. New York.
Glover, William.B. 2004. Selecting Evaporators fos Process Applications.
www.cepmagazine.org. Diakses pada tanggal 16/12/2014.
George D. Saravacos. 2002. Handbook of Food Processing Equipment.
Springer. New York.
Nafey, A. S., H. E. S. Fath, A. A. Mabrouk, and M. A. Elzzeky. 2005. Energy And
Thermo-Economics Investigation Of Multi Effect Evaporation (Mee) And Hybrid
Multi Effect Evaporation – Multi Stage Flash(Mee-Msf) Systems. Presented in
The Ninth International Water Technology Conference, IWTC9 2005, Sharm El-
Sheikh, Egypt.
Singh, RP and Heldman DR.2009. Introduction to Food Engineering 4th Edition.
Elsevier. USA.
Toledo, R T. 2007. Fundamentals od Food Process Engineering 3rd Edition.
Springer. USA

35. TERIMA KASIH
30/06/2016 49