Pengeringan dengan Metode Transfer Panas Sangat Penting dalam Industri Farmasi

 

Disusun oleh:

Sartika                                  (G1F009001)

Nurul Layyin H.                      (G1F009002)

Tri Ayu Apriyani                     (G1F009004)

Jurusan Farmasi FKIK Universitas Jenderal Soedirman, Jln dr. Soeparno Purwokerto

 

Abstrak

Produksi bahan baku di industri farmasi sering menggunakan air/solvent organik dalam proses produksinya, untuk mendapatkan hasil dalam bentuk kering atau untuk mengurangi air/solvent diperlukan proses pengeringan. Salah satu metode pengeringan adalah dengan metode panas yang melibatkan transfer panas. Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan, yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan, yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas. Tujuan pengeringan itu sendiri adalah untuk mengurangi kadar air bahan sampai batas dimana perkembangan mikroorganisme dan kegiatan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan terhambat atau terhenti. Dengan demikian bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu simpan yang lebih lama.

 

Keyword : pengeringan, perpindahan panas.

Dalam industri kimia farmasi sering sekali bahan-bahan padat harus dipisahkan dari suspensi, misalnya secara mekanis dengan penjernihan atau filtrasi. Dalam hal ini pemisahan yang sempurna sering kali tidak dapat diperoleh, artinya bahan padat selalu masih mengandung sedikit atau banyak cairan, yang sering kali hanya dapat dihilangkan dengan pengeringan. Karena pertimbangan ekonomi (penghematan energi), maka sebelum pengeringan dilakukan, sebaiknya sebanyak mungkin cairan sudah dipisahkan secara mekanis (Bernasconi, 1995).

A.      Pengeringan

1.    Pengertian Pengeringan

Pengeringan merupakan cara untuk menghilangkan sebagian besar air dari suatu bahan dengan bantuan energi panas dari sumber alami (sinar matahari) atau buatan (alat pengering). Biasanya kandungan air tersebut dikurangi sampai batas dimana mikroba tidak dapat tumbuh lagi di dalamnya (Winarno,dkk, 1980).

Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan, yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan, yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas. Tujuan pengeringan itu sendiri adalah untuk mengurangi kadar air bahan sampai batas dimana perkembangan mikroorganisme dan kegiatan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan terhambat atau terhenti. Dengan demikian bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu simpan yang lebih lama (Thaib.,dkk, 1999).

2. Kelebihan dan Kelemahan Teknik Pengeringan

Kelebihan pengeringan :

  • Ø Bahan menjadi lebih tahan lama disimpan
  • Ø Volume bahan menjadi kecil
  • Ø Mempermudah dan menghemat ruang pengangkutan
  • Ø Mempermudah transport
  • Ø Biaya produksi menjadi murah

Kerugian pengeringan  :

  • Ø Sifat asal bahan yang dikeringkan berubah (bentuk dan penampakan fisik, penurunan mutu)
  • Ø Perlu pekerjaan tambahan untuk menghindari di atas (Thaib.,dkk, 1999).


3.    Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pengeringan

Pada proses pengeringan selalu diinginkan kecepatan pengeringan yang maksimal. Oleh karena itu perlu dilakukan usaha-usaha untuk mempercepat pindah panas dan pindah massa (pindah massa dalam hal ini adalah perpindahan air keluar dari bahan yang dikeringkan dalam proses pengeringan tersebut). Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimum, yaitu :

  • Luas Permukaan

Semakin luas permukaan bahan maka akan semakin cepat bahan menjadi kering. Biasanya bahan yang akan dikeringkan dipotong-potong untuk mempercepat pengeringan, karena perlakuan tersebut dapat menyebabkan permukaan bahan semakin luas, dimana permukaan yang luas dapat memberikan lebih banyak permukaan yang dapat berhubungan dengan medium pemanas serta lebih banyak permukaan tempat air keluar.

  • Suhu

Semakin besar perbedaan suhu (antara medium pemanas dengan bahan pangan) maka akan semakin cepat proses pindah panas berlangsung sehingga mengakibatkan proses penguapan semakin cepat pula. Atau semakin tinggi suhu udara pengering maka akan semakin besar energi panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindah panas semakin cepat sehingga pindah massa akan berlangsung juga dengan cepat.

  • Kecepatan udara

Udara yang bergerak adalah udara yang mempunyai kecepatan gerak yang tinggi yang berguna untuk mengambil uap air dan menghilangkan uap air dari permukaan bahan yang dikeringkan, sehingga dapat mencegah terjadinya udara jenuh yang dapat memperlambat penghilangan air.

  • Kelembaban udara

Semakin lembab udara di dalam ruang pengering dan sekitarnya maka akan semakin lama proses pengeringan berlangsung kering, begitu juga sebaliknya. Karena udara kering dapat mengabsobsi dan menahan uap air.

  • Tekanan atm & vakum

Pada tekanan udara atmosfir 760 Hg (= 1 atm), air akan mendidih pada suhu 100oC. Pada tekanan udara lebih rendah dari 1 atmosfir air akan mendidih pada suhu lebih rendah dari 100oC.

  • Waktu

Semakin lama waktu (batas tertentu) pengeringan maka akan semakin cepat proses pengeringan selesai. Dalam pengeringan diterapkan konsep HTST (High Temperature Short Time), short time dapat menekan biaya pengeringan (Voigh, 2008).

4.    Pembagian Proses Pengeringan

Proses pengeringan terbagi menjadi 3 kategori :

  1. Pengeringan udara atau pengeringan langsung dibawah tekanan atmosfir.
  2. Pengeringan hampa udara
  3. Pengeringan beku (Voigh, 2008).  

5.    Tahapan Proses Pengeringan

  • Tahap 1: Proses transfer energi dari sumber luar ke dalam material yang mengandung air/solvent organik.
  • Tahap 2: Fase transformasi dari air/solvent dari bentuk cair menjadi bentuk uap.
  • Tahap 3: Transfer uap dari material keluar dari alat pengering.material yang dikeringkan (Voigh, 2008).

7. Metode Pengeringan

Menurut Rudolf Voigh (2008), ada dua metode pengeringan, yaitu:

a. Pengeringan dengan udara dan dengan panas

  • Pengeringan dibawah sinar matahari dan ditempat teduh

Tujuan farmasetik tentu saja bahan yang akan dikeringkan jarang ditempatkan langsung dibawah pengaruh sinar matahari. Sebaliknya cara pengeringan ditempat teduh, dimana bahan disebarkan rata diatas nampan, lemari, atau kotak. Metode ini memegang peranan penting pada pengeringan tumbuhan obat (simplisia).

  • Pengeringan dengan sinar infra merah

Pengeringan dengan sinar infra merah didalam bidang farmasetik telah terbukti sangat menguntungkan. Demikian pula keberhasilannya telah dikenal sejak lama untuk skala teknik yang besar. Sinar infra merah ( λ > 760 nm ), yang tidak terdeteksi oleh mata manusia, efeknya didominasi oleh kerja panasnya.

  • Pengeringan dengan bahan pengering

Pengeringkan bahan dengan kualitas kecil digunakan eksikator yang berisikan bahan pengering. Umumnya digunakan gel silikat, terutama silikat biru, yakni gel silica yang dijenuhkan dengan garam kobalt, dan akan menunjukkan perubahan warna menjadi ungu rosa jika telah jenuh dengan lembab. Bahan pengabsorbsi lain yang sering digunakan adalah kalsium oksida, kalsium klorida, natrium sulfat, fosfor oksida dan asam sulfat pekat.

  • Lemari pengering

Untuk melakukan penggeringan pada suhu tinggi digunakan lemari. Jenis bangunnya sangat bervariasi dan dapat dipanaskan secara elektris.  Pada umumnya lemari pengering memiliki alat pengatur suhu. Udara panas akan bergerak ke ruang sebelah dalam diatas nampan yang berisi bahan yang akan dikeringkan.

Gambar 

Gambar1. Lemari pengering

Untuk senyawa yang mempunyai sifat mudah teroksidasi disarankan untuk menggunakan lemari pengering hampa udara. Material yang akan dikeringkan diletakkan diatas nampan dan diletakkan diatas lempeng yang dipanasi dengan uap air, air panas atau elektris.

  • Pengeringan di dalam kanal, tong dan c

Didalam kegiatan industri besar proses pengeringan umumnya berlangsung secara kontinu , misalnya didalam pengeringan kanal. Bahan basah yang diserakkan diatas nampan , bergerak maju secara mekanis melintasi kanal ini, yang dipanaskan dengan uap, air panas atau udara panas. Pengering silinder pejal digunakan untuk menghilangkan cairan dari material kental.

 Gambar

Gambar2. Pengeringan silinder pejal lapis tipis

 

b.    Pengeringan bekuan

 Gambar

Gambar3. Prisip pengering bekuan

Gambar 

Gambar4. Alat Pengering bekuan

  • Pengeringan melalui frekuensi tinggi

Obat yang dikeringkan diletakkan pada sebuah bidang ganti kondensator elektris, dimana terjadi aliran geser elektris didalam bahan yang dikeringkan dan secara teratur memanaskannya. Suplai panas dapat diatur dengan tegangan frekuensi tinggi pada generator.

  • Pengeringan melalui semburan

Pengeringan ini memungkinkan suatu pengeringan yang sangat singkat. Dengan menyemburkan cairan sampai larutan sejenis pasta dan bahan basah dalam bentuk tetesan halus kedalam aliran udara panas, bahan-bahan akan membentuk serpihan yang dalam waktu sedetik berubah menjadi serbuk halus. Penyemburan berlangsung secara mekanik melalui lempeng sembur yang berputar (4.000 sampai 50.000 putaran per menit) melalui pori pipa sembur dengan bantuan tekanan cairan atau udara kencang.

  • Pengeringan melalui lapisan berpusing

Pada pengeringan ini bahan butiran lembab yang berada pada sebuah dasar berpori (dasar ayakan) diujung bawah sebuah corong ditiup oleh aliran udara panas yang kencang. Dengan demikian timbunan akan terangkat, beterbangan, menjadi loggar, dan secara kontinu saling bercampur pada kecepatan aliran yang cukup tinggi. Maka terbentuklah suatu lapisan berpusing.

7.      Kriteria Pemilihan Alat Pengering

Disamping berdasarkan pertimbangan-pertimbangan ekonomi, pemilihan alat pengering ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

  1. Kondisi bahan yang dikeringkan (bahan padat, yang dapat mengalir, pasta, suspensi)
  2. Sifat – sifat bahan yang akan dikeringkan (misalnya apakah menimbulkan bahaya kebakaran, kemungkinan terbakar, ketahanan panas, kepekaan terhadap pukulan, bahya ledakan debu, sifat oksidasi).
  3. Jenis cairan yang terkandung dalam bahan yang dikeringkan (air, pelarut organik, dapat terbakar, beracun)
  4. Kuantitas bahan yang dikeringkan
  5. Operasi kontinu atau tidak kontinu (Voigh, 2008).

8.    Prinsip Pengeringan ( Transfer Panas )

Pengeringan meliputi operasi pemindahan panas maupun massa. Panas harus dipindahkan kepada bahan yang akan dikeringkan untun memasok panas laten yang diperlukan untuk penguapan dari lembap. Perpindahan massa dilibatkan dalam difusi air melalui bahan ke permukaan, dalam penguapan air berikutnya dari permukaan, dan dalam difusi dari uap resultan ke dalam aliran udara yang lewat. Proses pengeringan dapat lebih mudah dimengerti jika perhatian dipusatkan pada lapisan tipis cairan di permukaan bahan yang dikeringkan. Laju penguapan lapisan tipis ini dihubungkan dengan laju perpindahan panas dengan persamaan:                                                    

dW/dθ = q/λ

dW/dθ =  laju penguapan air

q          =  laju perpindahan panas keseluruhan (BTU per jam)

λ          = panas laten penguapan air (BTU per gram)

(Lachman, dkk, 1989).

Untuk melakukan pengeringan pada suhu tinggi digunakan lemari pengering. Jenis bangunnya sangat bervariasi dan dapat dipanaskan secara elektris. Pada umumnya lemari pengering memiliki alat pengatur suhu. Udara panas akan bergerak keruanf sebelah dalam diatas nampan yang berisi bahan yang akan dikeringkan. Oleh karena sirkulasi udara berlangsung relatif lambat dan keteraturan panas dibagian dalam lemari tidak selamanya terjamin, maka lemari pengering modern dilengkapi dengan ventilator, pembalik aliran udara dan pelengkapan lain yang sejenis, yang membantu pencapaian keteraturan suhu dibagian dalam lemari dan kecepatan aliran udara yang memadai (Voigt, 2008)

Bahan yang peka terhadap suhu seringkali mengalami kerusakan akibat panas yang digunakan. Juga harus diperhatikan adanya sifat senyawa yang mudah teroksidasi. Dalam kasus semacam itu disarankan untuk mengguanakan lemari pengering hampa udara. Material yang akan dikeringkan juga diletakkan diatas nampan dan ditempatkan diatas lempeng yang dipanasi dengan uap air, air panas atau secara elektris. Beberapa jenis diantaranya juga memiliki bodi pemanas dibagian sisinya. Ruang pengeringan tersebut dalam kondisi hampa udara. Pengeringan menggunakan hampa udara memungkinkan pengusiran air secara cepat dan aman dari material pada suhu rendah (Voigt, 2008).

B.       Perpindahan Panas

Panas adalah energi yang dipindahkan dari satu obyek ke obyek yang lainnya karena adanya perbedaan temperatur dari obyek itu sendiri. Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal (Kern, 1972).

Mekanisme panas sangat tergantung dengan sifat bahan pangan secara alami dan hal itu tunduk pada fenomena energi. Mekanisme molekuler, energi kinetik molekul sesuai dengan energi yang diserap. Panas ditransfer bila molekul yang bergerak cepat menabrak molekul lain yang lebih lambat. Pada kondisi tersebut dua peristiwa yang secara serentak terjadi sekaligus, yaitu molekul bergerak cepat saat menabrak molekul lain akan kehilangan energi dan molekul lain yang bergerak lambat setelah tertabrak akan menerima tambahan energi. Jadi mekanisme heat transfer molekuler merupakan manifestasi energi panas dalam sekelompok molekul (Kern, 1972).

Penerapan Transfer Panas di Industri:

  1. Produksi bahan baku di industri farmasi sering menggunakan air/solvent organik dalam proses produksinya, untuk mendapatkan hasil dalam bentuk kering atau untuk mengurangi air/solvent diperlukan proses pengeringan.
  2. Salah satu metode pengeringan adalah dengan metode panas yang melibatkan transfer panas.

Contoh :

  1. Pengeringan granul pada proses pembuatan tablet dengan cara granulasi basah.
  2. Pemekatan ekstrak cair menjadi ekstrak kental dalam cawan penguap dengan penangas.
  3. Penguapan solvent dengan evaporator (Thaib.,dkk, 1999).

Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi. Mekanisme Transfer Panas:

  1. Konduksi

Proses transfer panas yang terjadi dari satu bagian ke bagian yang lain dalam satu “body” atau dari satu “body” ke “body” yang lain karena kontak langsung/kontak fisik dengan sumber panas. Konduksi (Conduction), perpindahan panas melalui kontak langsung antara permukaan.

 Gambar

Gambar 5. Perpindahan panas konduksi

 Gambar

Gambar 6. Konduksi panas hanya terjadi apabila terdapat perbedaan temperatur

 Gambar

Tabel 1.  Konduktivitas Termal

 

2. Konveksi

Proses transfer panas dari satu point ke point yang lain dari suatu cairan/gas (fluid) karena pencampuran satu bagian fluids dengan bagian fluids yang lain. Contoh: Penggunaan udara panas pada alat pengering Tray dryers dan Fluid bed dryers. Transfer panas dengan cara konduksi dan konveksi dapat dijelaskan dengan mengamati transfer panas pada water bath ke cawan, dimana kedua mekanisme ini terjadi secara simultan.

Gambar 

Gambar 7. Konveksi

Macam-macam konveksi :

  • Konveksibebas/konveksi alamiah (free convection/natural convection)

Perpindahan panas yang disebabkan oleh beda suhu dan beda rapat saja dan tidak ada tenaga dari luar yang mendorongnya. Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber gerakan dari luar

  • Konveksi paksaan (forced convection)

Perpindahan panas aliran gas atau cairan yang disebabkan adanya tenaga dari luar. Contoh: plat panas dihembus udara dengan kipas/blower.

3. Radiasi

Transfer energi secara radiasi mempunyai beberapa karakteristik unik bila dibandingkan dengan konduksi dan konveksi, yaitu:

  • Materi(matter)tidakdiperlukandalamtransferpanasradian;kehadiranmediumakanmenghalangitransferradiasiantarapermukaan-permukaan.
  • Jumlah radian dan kualitas radiasi bergantung pada temperatur. Pada konduksi dan konveksi, jumlah transfer panas bergantung pada beda temperatur, pada radiasi, jumlah transfer panas bergantung pada beda temperatur antara dua benda dan level temperatur. Selain itu, radiasi dari sebuah benda panas akan berbeda dalam kualitas dibandingka nradiasi dari sebuah benda pada temperatur yang lebih rendah. Radiasi bergerak dengan kecepatan cahaya, dan mempunyai properti seperti gelombang dan properti seperti partikel kedua-duanya sekaligus (Kern, 1972).

Proses transfer energi panas antara dua bagian “body” yang terpisah tidak saling berhubungan satu sama lain, dengan bantuan gelombang elektromagnetis yang bergerak melalui suatu ruang kosong (empty space) (Thaib.,dkk, 1999).

Contoh : infrared dan microwave drying.

Gambar 

Gambar 8. Permukaan yang hitam akan lebih cepat menyerap panas dibandingkan permukaan yang putih.

 

 

Daftar Pustaka

Voigh,Rudolf.2008. Buku Pelajaran Teknologi Farmasi. UGM Press: Yogyakarta.

Lachman, L., dkk. 1989. Teori dan Praktek Farmasi Industri. UI Press. Jakarta.

Kern, D. Q., and Kraus, A. D., 1972. Extended Surface Heat Transfer, McGraw-Hill Book Company, New York.

Bernasconi, G. 1995. Teknologi Kimia. Jilid 2. Edisi pertama. Jakarta. PT. Pradaya Paramita

Winarno, F.G., 1980. Enzim Pangan. Pusbangtepa, Bogor.

Thaib, Dahlan., dkk, 1999. Teori dan Hukum Konstitusi. Penerbit Grafindo, Jakarta.