Evaporator I : Penguapan Dalam Pipa

Pada proses pengolahan tebu menjadi gula salah satu tahap yang dilalui adalah proses evaporasi melalui evaporator. Pada proses ini nira jernih akan dinaikkan konsentrasinya dengan cara penguapan. Pada saat ini hampir semua pabrik gula menggunakan evaporator Robert (tipe kalandria), gambar 1, dimana nira akan dialirkan dalam pipa dan dipanaskan dengan uap.

Gambar 1. Evaporator tipe Robert

Pendidihan didalam Pipa Vertikal

Apabila kedalam pipa vertikal diisikan air, kemudian dipanasi dengan uap dari luar maka terjadi hal-hal sebagai berikut : Mula-mula dinding luar pipa menjadi panas dan melekatlah titik-titik kondensat dari uap pemanas yang mengembun, gambar 2. Titik-titik kondensat semakin bertambah besar dan pada suatu saat, karena massanya akan bergerak kebawah serta berkumpul pada dasar bejana pemanas. Sebelum titik-titik kondensat meninggalkan tempat melekatnya di dinding pipa, maka akan membentuk “lapisan air” yang berfungsi sebagai isolasi panas. Keadaan tersebut sangat merugikan ditinjau dari proses perpindahan panas sehingga suatu sistem yang dapat menghalau secepatnya titik-titik kondensat tadi akan sangat menguntungkan.

Gambar 2. Terbentuknya kondensat di dinding pipa

Energi panas merambat kedalam dan akhirnya memanaskan air di dalam pipa. Dengan lebih tingginya suhu lapisan air yang dekat dinding pipa, maka terjadilah perbedaan massa jenis antara lapisan air di bagian tengah pipa dengan lapisan-lapisan air yang dekat dinding pipa sehingga terjadilah sirkulasi, gambar 3.

Gambar 3. Sirkulasi dalam pipa

Sirkulasi air tersebut menguntungkan karena membantu konveksi panas. Beberapa saat setelah suhu lapisan air terluar mencapai titik didih, timbullah gelembung-gelembung uap kecil yang menempel pada dinding dalam pipa. Gelembung tersebut untuk beberapa saat masih tetap melekat sampai pada suatu saat gaya keatas (Hukum Archimedes + gerakan sirkulasi) mampu melepaskannya. Gelembung-gelembung uap kecil bergerak keatas, bertabrakan satu dengan yang lainnya, masing-masing pecah dan membentuk gelembung baru yang lebih besar dan bergerak keatas sambil mendorong air. Dengan kata lain gelembung besar bekerja seolah-olah seperti katup pada pompa.

Kejadian tersebut menguntungkan karena konveksi menjadi lebih baik akibat turbulensi air yang meningkat. Gelembung – gelembung besar umumnya terbentuk pada daerah yang dekat dengan permukaan air, sehingga di daerah dekat dasar pipa turbulensi air kurang kuat, gambar 4.

Gambar 4. Gelembung-gelembung dalam pipa

Apabila yang dipanaskan adalah nira, terjadi beberapa perbedaan. Nira merupakan larutan gula tidak murni dalam air, sehingga tegangan permukaan nira tidak sama dengan air (lebih besar). Apabila nira dipanaskan akan terbentuk buih pada permukaan nira, Buih tersebut terjadi dari banyak gelembung – gelembung uap nira yang diselimuti oleh selaput (film) nira, gambar 5.

Gambar 5. Gelembung-gelembung uap nira

Tebalnya buih merupakan hambatan baru bagi terlepasnya uap nira ke atas. Gelembung-gelembung uap nira dalam buih tidak akan terlepas apabila selaput gelembung belum pecah. Pecahnya selaput gelembung terjadi apabila tekanan uap nira dalam gelembung mampu mengatasi tekanan udara di luar gelembung ditambah tegangan permukaan selaput nira.

Guna memperbesar tekanan uap nira dalam gelembung maka dilakukan pemanasan, sehingga gelembung-gelembung dalam buih berubah menjadi besar serta merambat keatas dan disebut selaput memanjat (climbing film), gambar 6.



Gambar 6. Climbing Film (selaput memanjat)

Seandainya pemanasan dihentikan sebentar sehingga pipa mendingin akibat radiasi panas, maka selaput memanjat akan menipis lagi. Sebaliknya apabila pemanasan dilanjutkan maka tekanan uapnya akan bertambah dan gelembung yang terbentuk akan pecah sehingga terlepaslah uap nira. Dengan kata lain pecahnya gelembung dalam selaput memanjat merupakan salah satu syarat untuk proses penguapan nira. Suatu sistem yang dapat mempercepat proses pemecahan selaput memanjat akan membantu kemampuan kerja peralatan penguapan.

Sumber : http://www.risvank.com/evaporator-i-proses-penguapan-di-dalam-pipa.html