Dari hasil evaluasi desain diperoleh bahwa terdapat perbedaan signifikan pada sistem operasi pencampuran dari sistem manual ke sistem auto, tetapi urutan prosesnya masih tetap sama (Tabel 8).
Tabel. 8. Evaluasi Mesin dan Peralatan Pencampuran Susu Kental Manis
No Jenis Mesin dan Peralatan Pencampuran Sistem Pencampuran Lama (7000 kg/70 min) Sistem Pencampuran Baru (9000 kg/60 min) 1 Sistem penuangan Bahan
Manual, disiapkan per batch lalu dituang ke hoper dan masuk ke dalam mixer
Auto, masuk ke silo dan ditimbang otomatis.
2 Sistem tranfer bahan
Peneumatic blowing dengan fix speed
Penumatic suction (negatif pressure) variable speed 3 Kontrol sistem Manual push botton, manual
valve
Siemens S-7 400 PLC (SCADA), recipe sudah ada dalam sistem, auto valve
4 Tanki Mixer APV 7000 liter APV 10000 liter
5 Agitator APV High shear mixer max 1000 rpm, 30 Kw, vertical
High shear mixer max 1000 rpm, 30 Kw, vertical 6 Kecepatan
sirkulasi
25.000 liter/h 40.000 liter/h
7 Inline High shear Mixer
40.000 liter/h, clearence rotor stator 0.1 mm, Pressure pump 18 Kw, Shear pump 37 Kw. Variabel speed
40.000 liter/h, clearence rotor stator 0.1 mm, Pressure pump 18 Kw, Shear pump 37 Kw. Variabel speed
8 Inline filtration 300 micron 300 micron
9 Sistem Pindah Panas
APV Paraflow : Steam – Water – Hot Water - Product
APV Paraflow : Steam – Water – Hot Water - Product
Perbedaan antara desain lama dan baru adalah pada sistem penuangannya, dimana pada sistem yang lama penuangan dilakukan manual dan tanpa menggunakan silo dan penimbang otomatis, kemudian kapasitas tanki pencampur yang beru lebih besar dan kecepatan sirkulasi yang baru lebih besar dari asalnya 25.000 liter/jam
menjadi 40.000 liter/jam. Semua perubahan desain ersebut dirancang untuk mengakomodasi pencapaian kapasitas yang baru. Dari evaluasi tersebut yang paling mempengaruhi adalah kecepatan sirkulasi yang akan masuk ke dalam
inline high shear mixer, sehingga intensitas pengecilan ukuran akan semakin efektif. Spesifikasi teknis dari peralatan pencampuran baru dapat dilihat pada Tabel 9.
Tabel 9. Spesifikasi Teknis Peralatan Pencampuran
No Nama Alat Pembuat Kapasitas
1 Timbangan Tedeta Huntleigh 1000 kg
2 Shearbeam Load Cell
Soemer 1000 kg
3 Feeding hopper AZO Gmbh. 1500 L
4 2 Unit
Pencampuran Tank
APV Desain: PT. Aweco Indosteel Perkasa
8000 L
5 2 Unit Mini BT APV Desain : PT Aweco Indosteel Perkasa
100 L
6 PHE Hot water APV 25.000 l/h
7 PHE Circulation APV 40.000 l/h
Dari evaluasi desain peralatan diperoleh bahwa konsistensi untuk mencapai kapasitas dengan sistem pencampuran yang baru akan lebih baik karena sudah dibuat otomatis, perpindahan satu urutan ke urutan lainnya tidak tergantung kepada operator. Selain itu parameter yang disetting tidak akan berubah, karena parameter sudah didefinisikan di dalam sistem dan tidak bisa diubah sehingga
human error bisa dikurangi.
1. Sistem Penuangan Bahan, Silo dan Penimbangan
Ukuran bahan susu bubuk dan gula yang masing-masing dalam kantong 25 kg dan 50 kg. Berat jenis untuk susu bubuk berkisar dari 0.5-0.6 gram/ml, sedangkan berat jenis gula berkisar dari 0.85-0.95 gram/ml. Karena gula dan susu bubuk umunya mudah sekali menyerap air (higroskopis) dan tidak tahan terhadap suhu yang panas, maka udara yang digunakan untuk mentrasnfer bahan tersebut harus dilakukan modifikasi terlebih dahulu. Oleh karena itu blowernya dilengkapi
27
dengan alat dehumidifikasi dan chiller sehingga udara yang dihasilkan dalam keadaan kering dan dingin (RH 50 % dan suhu 30 oC).
Mekanisme kerjan penuangan bahan untuk pembuatan susu kental manis yaitu susu bubuk dan gula disiapkan diatas meja penuangan, kemudian secara otomatis pada saat pintu hoper dibuka, dust collector akan bekerja dan sistem penuangan siap. Selanjutnya kantong bahan susu bubuk dan gula dipotong dan dituang ke dalam hopper.
Dari hoper bahan di bawa oleh screw yang selanjutnya masuk ke dalam ayakan yang berfungsi menyaring partikel yang berukuran besar. Lubang saringan dibuat ukuran diameternya ± 4 cm, jika pada saat penuangan susu bubuk dan gula ada yang menggumpal maka bahan tersebut akan tertahan. Bentuk peralatan hoper dan screw dapat dilihat pada Gambar 7 .
(a) (b) (c)
Gambar 7. Hoper susu bubuk dan gula (a), Skru (b) dan Ayakan (c)
Kecepatan skru didesain untuk bisa membawa susu bubuk dan gula dengan kecepatan maksimum10.000 kg/jam dengan menggunakan inverter sebagai pengatur kecepatan. Selanjutnya bahan melalui rotary magnetic cather
dan jika terdapat benda asing yang terbuat dari logam besi/baja maka akan tertangkap/menempel di dalam rotary magnetic cather. Supaya tidak terjadi pengeblokan di dalam pipa, bahan akan dilewatkan ke dalam shifter yang berukuran 100 mesh. Bahan akan divibrasi, sehingga yang ukurannya kecil lolos untuk di tranfer ke silo dan yang ukurannya besar keluar lewat jalur pembuangan. Setelah itu bahan melalui rotary valve dan didorong dengan anginmenuju silo.
(a) (b) (c)
Gambar 8. Magnetic Catcher (a), Shifter (b), Rotary Valve (c)
2. Sistem Kontrol
Sistem kontrol pencampuran menggunakan sistem SCADA. Pada sistem ini semua proses sudah dilakukan secara otomatis dan operator hanya memasukan parameter yang dikehendakinya. Keunggulan dari sistem SCADA adalah operator mampu melihat seluruh aktivitas yang sedang bekerja dan bisa melihat jika ada penyimpangan. Skema sistem kontrol yang digunakan pada sistem pencampuran ini dapat dilihat pada Gambar 9.:
Gambar 9. Skema Sistem Automasi Pencampuran (Rockwel Automation, 2004)
Perbedaan signifikan antara sistem lama (7000 kg/jam, manual) dan sistem baru (9000 kg/jam, automatis) akan menyebabkan sistem baru lebih efisien dan efektif secara biaya karena adanya keuntungan sebagai berikut :
29
a. Konsistensi Kualitas
Konsistensi produk adalah sesuatu yang tidak bisa dinegosiasikan dengan konsumen, perubahan sedikit saja akan mempengaruhi persepsi dan selanjutnya perilaku dan pilihan produk. Karena seluruh parameter sudah terkunci dan tidak tergantung kepada orang, maka produk yang sudah menggunakan sistem otomatis akan konsisten kualitasnya dibandingkan dengan sistem manual.
b. Biaya produksi yang efisien serta memiliki tingkat fleksibilitas yang tinggi Memenuhi permintaan konsumen yang cukup tinggi membutuhkan kapabilitas manufaktur berbagai jenis produk pada line yang ada. Pergantian formulasi dan pergantian setting dengan sistem pencampuran yang sudah otomatis akan semakin cepat dan mudah, sehingga sistem pencampuran ini akan menekan waktu persiapan pada pergantian formulasi dan perubahan setting parameter.
Optimasi pencampuran akan membuat terjadinya penghematan biaya, karena akan memaksimumkan output dengan proses yang berkesinambungan antar batch, kecepatan dalam pindah formulasi, kecepatan seting parameter, dan meminimalkan biaya pemeliharaan perlatan serta menyiapkan laporan yang cepat dan akurat. Kegiatan yang dikontrol dari sistem otomatis (Gambar 8) meliputi formulasi, parameter proses seperti suhu masing-masing urutan pencampuran, kecepatan proses sirkulasi, kecepatan shear pump, kecepatan agitator, kecepatan dosing bahan dari tempat penuangan ke silo, kecepatan penimbangan, tekanan blower, suhu dan titik embun udara.
3. Desain Tanki dan Agitator Mixer
Desain tangki yang baru (9.000 kg/jam), didasari kebutuhan untuk mendapatkan peningkatan kapasitas dengan tetap menghasilkan kualitas yang memenuhi standar.
Kontruksi tanki pencampur terbuat dari stainless steel SUS 316 tanki dengan kapasitas terpasang adalah 9000 l. Semua inlet produk baik bahan bubuk maupun cair masuk dari bagian atas, yang masing-masing sudah dilengkapi dengan valve untuk buka tutup secara otomatis. Tanki dilengkapi dengan sensor pengukur berat yang akan memberikan informasi berapa banyak volume yang ada dalam tanki secara tepat setiap saat, data tersebut akan digunakan oleh PLC untuk menentukan urutan, atau seting parameter lainnya. Outlet produk terdapat pada bagian bawah
tanki dimana “cones” tanki dibuat sedemikian rupa sehingga semua cairan akan tiris, selanjutnya outlet produk tersebut akan terhubung dengan pompa untuk sirkulasi dan proses selanjutnya.
(a) (b)
Gambar 11. Tanki Pencampuran (a) dan Agitator (b)
Tabel. 10. Dimensi dan Spesifikasi Tanki Pencampuran 1. Jenis impeller, Mixer Horse Power
2. MaximumTS, thickest
3. Diameter tanki (T), impeller (D) 4. D/T Ratio
5. Maksimum speed,
Disc saw type, 45 kW 72 %, 5000 cp
2300 mm, 470 mm 0.202
31
Agitator berbentuk vertikal terpasang dari atas dan untuk menjaga agar
putaran tetap stabil dan tidak terjadi getaran akibat gaya “vortex”, maka tanki
pencampur dilengkapi dengan bufle, serta shaft agitatornya dilengkapi dengan
bushing seperti ditunjukkan pada Gambar 11 (b). Bentuk padle-nya menyerupai gergaji dengan bagian runcing mengarah ke atas dan bawah secara berselang. Tujuan desain ini adalah untuk memeberikan efek shearing dan cutting sehingga bahan cepat larut.
3. Inline High Shear Mixer Pump
Inline high shear mixer pump (Gambar 12) adalah unit khusus yang didesain untuk melarutkan dan mengemulsi serta menghomogenisasikan bahan yang bubuk dengan cairan ke dalam larutan. Untuk mendapatkan efek di atas, digunakan pompa sentrifugal yang berguna untuk mengalirkan cairan dan bahan ke dalam
shear pump. Pompa ini berukuran cukup besar dengan kecepatan 30.000 – 40.000 liter/jam.
(a) (b)
Gambar 12 Unit Shear Pump (a) dan Rotor & Stator High Shear Mixer (b)
Cara kerja yang utama dari shear pump ini adalah aliran cairan dengan patikel bahan yang masih cukup besar, didorong masuk melewati rotor dan stator yang berputar dengan kecepatan tinggi, sehingga bahan tersebut akan terpotong dan akan ditumbukan dengan stator. Selain hal tersebut terdapat juga mekanisme homogenisasi karena celah antara rotor dan stator tersebut hanya 0.1 mm, dan
setiap bahan mendapatkan tumbukan dan efek homogenisasi berkali-kali. Mekanisme kerja inline highh shear mixer yang dibuat oleh rotor dan stator seperti digambarkan pada tabel 11.
Tabel 11. Mekanisme inline high shear mixer pump pada pencampuran susu kental manis
Mekanisme Kerja Gambar
1. Putaran tinggi dari baling-baling rotor membentuk hisapan sangat kuat sehingga granula bahan baik gula maupun susu bubuk masuk dari tangki ke dalam
workhead shear pump.
2. Gaya sentrifugal memaksa granula milk powder masuk ke dalam bagian rotor dan stator yang gap-nya sangat kecil, sehingga pada bagian tersebut terjadi proses
peggilingan antara rotor dan dinding stator. Agglomerasi pada susu bubuk hancur dan susu bubuk dapat terdispersi ke dalam cairan.
3. Produk yang dipaksa masuk keluar lewat stator dan produk yang masih baru masuk lagi ke dalam area rotor stator. Sehingga dalam siklus waktu yang singkat semua bahan sudah mendapatkan gaya secara progresif .
Dari hasil evaluasi diperoleh bahwa shear pump ini sangat efektif untuk bahan yang sangat sulit larut yang jika dilarutkan dengan cara konvensional membutuhkan waktu yang sangat lama. Di antara bahan yang langsung
33
dimasukan ke dalam shear pump ini adalah karagenan, bahan bisa masuk ke dalam cairan dan larut karena adanya efek venturi dari hisapan pompa sentrifugal.
Menurut Mc.Clements (2000), proses pencampuran sangat erat kaitannya dengan berapa energi yang diterima dan berapa banyak perubahan entropinya, walaupun inkorporasi susu bubuk ketika di dalam air harus minimun 25 menit pada suhu 40 oC, tetapi bisa dipercepat dengan memberikan sejumlah energi. Oleh karena itu shear pump didesain untuk mempercepat pelarutan dengan memberikan efek shear dan homogenisasi. Mekanisme perubahan partikel dalam sistem pencampuran cairan dapat dilihat dalam Gambar 13.
Gambar 13. Perubahan Struktur Partikel Bahan Karena Perubahan Energi dan Entropi Dalam Sistem Pencampuran (McClements, 2000)
5. Alat Pindah Panas
Jenis Alat Pindah Panas atau Plate Heat Exchanger (PHE) yang digunakan dalam proses pencampuran ini adalah Paraflow produksi APV SPX (Gambar 14). Perpindahan panas dimulai antara steam dengan air, sehingga membentuk air panas, selanjutnya air panas digunakan untuk memanaskan produk sehingga mencapai suhu yang diinginkan. Proses control dilakukan dengan memasang sensor suhu pada outlet air panas, outlet produk yang memberikan indikasi untuk setting, steam masuk dikendalikan steam valve secara otomatis sesuai dengan suhu yang diinginkan.
Gambar 14. Alat Pindah Panas Tipe Plat APV Paraflow
B. Penentuan Kecepatan Agitator Mixer dan Inline High Shear Mixer Pump