Pendugaan Lama Proses Perlakuan Panas pada Mangga Gedong Gincu menggunakan Metode Finite Difference

(1)

PENDUGAAN LAMA PROSES PERLAKUAN PANAS

PADA MANGGA GEDONG GINCU

MENGGUNAKAN METODE

FINITE DIFFERENCE

MUHAMMAD ABDURAKHMAN KAZHIMI

TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

(2)

(3)

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pendugaan Lama Proses Perlakuan Panas pada Mangga Gedong Gincu menggunakan Metode Finite Difference adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Agustus 2012

Muhammad Abdurakhman Kazhimi

(4)

ABSTRAK

MUHAMMAD ABDURAKHMAN KAZHIMI. Pendugaan Lama Proses Perlakuan Panas pada Mangga Gedong Gincu menggunakan Metode Finite Difference. Dibimbing oleh ROKHANI HASBULLAH.

Salah satu aturan karantina untuk ekpor buah adalah, buah yang akan diekspor harus terbebas dari hama dan penyakit terutama lalat buah yang sering mengakibatkan kerugian. Salah satu teknik pascapanen yang dapat diterapkan adalah teknik perlakuan panas, terdapat tiga metode perlakuan panas yaitu Hot Air Treatment (HAT), Hot Water Treatment (HWT) dan Vapor Heat Treatment

(VHT). Penelitian ini bertujuan untuk menduga dengan cepat lama proses perlakuan panas. Buah mangga gedong gincu dengan ukuran dimensi berbagai ukuran dimensi, ukuran kecil (Ø 69.75 mm), sedang (Ø 70.35 mm) dan besar (Ø 81.05 mm) diberikan perlakuan Vapor Heat Treatment dengan suhu pusat mencapai 46.0oC dan suhu medium 47.0oC. Lama proses perlakuan panas pada mangga ukuran kecil 40.6 menit dari hasil pendugaan sedangkan hasil pengukuran 39.3 menit, untuk mangga ukuran sedang dari hasil pendugaan 45.7 menit dan 50 menit dari hasil pengukuran. Dan mangga ukuran besar membutuhkan waktu 54.1 menit dari hasil pendugaan dan 52.7 menit dari hasil pengukuran untuk mencapai suhu pusat buah 46.0oC.

Kata kunci: karantina, VHT, pendugaan

ABSTRACT

MUHAMMAD ABDURAKHMAN KAZHIMI. Time Estimation at Heat Treatment Process on Manggo Gedong Gincu using Finite Difference Method. Supervised ROKHANI HASBULLAH

One of the quarantine regulations for the fruit export, the fruit must be free from pests and diseases especially fruit fly that often result in loss. Heat Treatment is one of the post harvest technicque that can be used for quarantine, heat treatment has a three methods Hot Air Treatment (HAT), Hot Water Treatment (HWT) and Vapor Heat Treatment (VHT). Objective of this study is to estimate time process of heat treatment. Vapor heat treatment applied to gedong gincu mango with various size, small size (diameter 69.75 mm), medium size (diameter 70.35 mm) and large size (diameter 81.05 mm) to reach center of the fruit temperature 46.0oC and the medium temperature 47.0oC. Process of heat treatment on mango small size takes 40.6 minutes from estimation results while the measurements 39.3 minutes, for medium size mango estimation results 45.7 minutes and 50 minutes from the measurement results. And the large size mango takes 54.1 minutes for the estimation results and 52.7 minutes from the measurements to reach 46.0oC at the center of the fruit

(5)

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

PENDUGAAN LAMA PROSES PERLAKUAN PANAS

PADA MANGGA GEDONG GINCU

MENGGUNAKAN METODE

FINITE DIFFERENCE

MUHAMMAD ABDURAKHMAN KAZHIMI

TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

(6)

(7)

Judul Skripsi : Pendugaan Lama Proses Perlakuan Panas pada Mangga Gedong Gincu menggunakan Metode Finite Difference

Nama : Muhammad Abdurakhman Kazhimi NIM : F14070063

Disetujui oleh

Dr. Ir. Rokhani Hasbullah, M.Si Pembimbing

Diketahui oleh

Dr. Ir. Desrial, M.Eng Ketua Departemen

(8)

PRAKATA

Puji syukur Alhamdulillah penulis ucapkan atas keharidat Allah SWT atas berkat, rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pendugaan Lama Proses Perlakuan Panas pada Mangga Gedong Gincu menggunakan Metode Finite Difference” dengan baik.

Tugas akhir ini sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan tingkat S1 di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:

Dr. Ir. Rokhani Hasbullah, M.Si selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberi arahan dan bimbingan selama kuliah hingga penyusunan skripsi.

Dr. Ir. Lilik Pujiantoro, M.Agr selaku dosen penuji yang telah memberikan banyak masukan terhadap skripsi ini.

Dr. Ir. Moh. Solahudin, M.Si selaku dosen penguji yang telah sangat banyak membantu dalam perbaikan skripsi hingga selesainya skripsi ini

Keluarga tercinta yang selalu memberikan dukungan moril dan doa. Pak Ahmad, Pak Harto yang telah banyak membantu Selama penelitian. Teman-teman Ensemble atas bantuan dan dukungannya.

Penulis menyadari skripsi ini masih ada kekurangan. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun, sangat penulis harapkan demi kesmpurnaan penelitian ini. Semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi pembacanya. Terimakasih.

Bogor, Agustus 2013

(9)

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 2

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

Ruang Lingkup Penelitian 2

TINJAUAN PUSTAKA 3

Mangga 3

Hama dan Penyakit Mangga 4

Penanganan Pascapanen Mangga 5

Teknik Disinvestasi Lalat Buah 6

Pindah Panas 10

Metode Finite Difference 13

Simulasi 14

METODE 15

Bahan 15

Alat 15

Prosedur Penelitian 15

HASIL DAN PEMBAHASAN 19

Sifat Termofisik Buah Mangga 19

Penyebaran Suhu Buah Selama Proses Vapor Heat Treatment 20

Verifikasi Model 30

SIMPULAN DAN SARAN 31

Simpulan 31

Saran 32

DAFTAR PUSTAKA 32

LAMPIRAN 34

(10)

DAFTAR TABEL

1 Sifat termofisik buah mangga gedong gincu pada berbagai tingkat

ukuran dimensi 19

2 Input program penyebaran suhu pada buah mangga gedong gincu 23 3 Output program penyebaran suhu pada buah mangga gedong gincu 24 4 Rataan Suhu Suhu Media/Chamber pada saat Perlakuan Panas Metode

Vapor Heat Treatment 24

DAFTAR GAMBAR

1 Diagram alir proses pascapanen mangga untuk ekspor. 6

2 Unit VHT 9

3 Titik yang akan diduga hasilnya 17

4 Diagram Alir Program Penyebaran Suhu Mangga Gedong Gincu 18 5 Tampilan Awal Program Penyebaran Suhu pada Mangga Gedong Gincu 21 6 Tampilan Grafik Program Penyebaran Suhu pada Mangga Gedong Gincu 22 7 Tampilan Tabel Sebaran Suhu Program Penyebaran Suhu pada Mangga

Gedong Gincu 22

8 Penempatan Suhu Control Media/Chamber pada saat Perlakuan Panas

Vapor Heat Treatment 25

9 Suhu permukaan buah hasil pengukuran dan pendugaan secara proses

VHT: mangga ukuran kecil. 25

10 Suhu tengah buah hasil pengukuran dan pendugaan secara proses VHT:

mangga ukuran kecil 26

11 Suhu pusat buah hasil pengukuran dan pendugaan secara proses VHT:

mangga ukuran kecil. 27

VHT: mangga ukuran sedang. 28

mangga ukuran sedang. 28

mangga ukuran sedang. 29

VHT: mangga ukuran besar. 29

mangga ukuran besar. 30

DAFTAR LAMPIRAN

1

Coding program penyebaran suhu buah mangga gedong gincu selama

proses vapor heat treatment 34

(11)

3 Nilai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan buah mangga gedong gincu

ukuran kecil selama proses VHT 43

4 Nilai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan buah mangga gedong gincu

ukuran sedang selama proses VHT 44

5 Nialai sebaran suhu pengukuran dan pendugaan buah mangga gedong gincu

ukuran besar selama proses VHT 45

(12)

(13)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Mangga (Mangifera indice) merupakan salah satu produk horikultura unggulan Indonesia. Berdasarkan Badan Pusat Statistika (BPS) produksi buah mangga pada tahun 2010 adalah 1.287.287 ton yang merupakan produksi total buah mangga pada berbagai varietas dari seluruh Indonesia. Jumlah tersebut menempatkan Indonesia sebagai produsen mangga terbesar ke-5 di dunia. Namun demikian, ekspor mangga Indonesia tidak termasuk dalam sepuluh besar dunia (FAOSTAT 2007). Ditjen PPHP Kementerian Pertanian (2009) dikutip dalam Prasetya (2011) melaporkan bahwa ekspor tahunan mangga Indonesia hanya dalam kisaran 941-1198 ton pada tahun 2004-2008. Singapura, Hongkong, Malaysia dan beberapa Negara di Timur tengah merupakan beberapa negara yang menjadi tujuan ekspor mangga dari Indonesia.

Mangga lokal banyak memenuhi pasar domestik, sedangkan penetrasi ke pasar modern ataupun internasional masih terbatas. Hal ini disebabkan beberapa faktor, diantaranya: kualitas buah yang rendah, strategi pemasaran yang kurang optimal, dan fasilitas rantai pendingin yang kurang memadai. Karakteristik fisik kurang menarik ikut mempengaruhi kurang optimalnya akselerasi ekspor mangga. Selain itu seperti yang dikutip dari kompas.com edisi 25 Nopember 2011, Prasetya (2011) ekspor buah-buahan di Indonesia masih terkendala hama yaitu lalat buah. Beberapa buah asal Indonesia disebut masih belum berstandar kualitas bebas lalat buah agar layak ekspor, beberapa syarat kualitas diterapkan oleh negara tujuan ekspor untuk memproteksi pasar domestik. Sehingga, pemberian bea masuk 0 persen terhadap produk asal Indonesia pun belum tentu dapat meloloskan ekspor buah-buahan lokal yang tidak sesuai standar pasar ekspor.

Buah-buahan seperti halnya mangga merupakan inang bagi lalat buah (fruitfly) dari ordo Diptera. Di Indonesia ditemukan sekitar 78 species lalat buah dan menyerang sekitar 75 persen buah-buahan seperti mangga, belimbing, nenas, semangka, mentimun, jeruk dan durian. Dari hasil survey yang dilakukan Departemen Pertanian (2003) diketahui bahwa kerugian yang ditimbulkan oleh serangan lalat buah mencapai 10-30% bahkan pada populasi tinggi kerusakan yang ditimbulkannya mencapai 100%. Serangan hama lalat buah menyebabkan ekspor buah-buahan Indonesia terhambat oleh aturan karantina yang ketat. (Rokhani et all. 2009)

(14)

2

dikonsumsi bagi konsumen. Teknik perlakuan panas (Heat treatment) menjadi salah satu alternatif untuk teknik disinfestasi.

Perlakuan panas yang diberikan pada masing-masing produk buah-buahan dan sayuran akan berbeda-beda dengan satu dan yang lainnya. Hal ini tergantung pada nilai difusivitas panas bahan. Koefisien difusifitas panas sangat penting untuk mengetahui penetrasi kecepatan penyebaran suhu dalam suatu zat selama proses pemanasan atau pendinginan. Semakin besar difusivitas panas suatu bahan maka akan semakin cepat penyebaran suhunya selama proses pemanasan atau pendinginan. Selama ini penyebaran suhu bahan selama proses pemanasan dan pendinginan diketahui dengan pengukuran secara langsung. Oleh karena itu akan dikembangkan cara baru untuk mengetahui kecepatan penyebaran suhu pada buah-buahan dengan model matematika finite difference yang merupakan alternatif baru dalam menghitung penyebaran suhu buah selama proses pemanasan. Kelebihan teknik ini adalah dapat menduga kecepatan penyebaran suhu buah dalam waktu yang singkat (Musfiroh 2012).

Perumusan Masalah

Selama ini dalam penggunaan teknik disinfestasi lalat buah pada proses karantina dengan menggunakan perlakuan uap panas (Heat Treatment), waktu

treatment yang diberikan pada mangga hanya bisa diketahui dengan menggunakan pengukuran langsung. Dimana pada dasarnya waktu treatment yang diberikan pada mangga berbeda-beda tergantung dari kecepatan penyebaran panas pada mangga itu sendiri yang dipengaruhi oleh ukuran dimensi mangga. Sehingga perlu diketahui dengan cepat waktu treatment yang optimal pada perlakuan uap panas tiap mangga.

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah (1) mempelajari sifat termofisik buah mangga gedong gincu pada berbagai ukuran dimensi, (2) mengkaji pengaruh ukuran dimensi buah mangga terhadap waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu pusat buah, dan (3) menduga selang waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu pusat buah.

Manfaat Penelitian

Manfaat dari penetian ini adalah mengetahui waktu treatment yang optimal pada perlakuan uap panas tiap mangga, sehingga di dapat hasil yang optimal pada perlakuan uap panas mangga.

Ruang Lingkup Penelitian

(15)

3

TINJAUAN PUSTAKA

Mangga

Mangga merupakan tanaman pendatang yang berasal dari India, kemudian menyebar ke seluruh dunia termasuk Indonesia. Tinggi pohon mangga dapat mencapai 15-20 m, dengan diameter tajuk 7-15 m. Faktor suhu, kelembaban, air dan ketinggian tempat sangat mempengaruhi produktivitasnya. Broto (2003) menyatakan bahwa tanaman mangga dapat hidup baik di dataran rendah sampai ketinggian 500 dpl. Kemiringan tanah tidak boleh lebih dari 15º. Tipe iklimnya kering, curah hujan 1000-2000 mm/tahun dan tingkat penyinaran 50-80%. Kondisi bulan kering yang diperlukan mangga adalah 4-8 bulan/tahun. Tanah yang cocok untuk budidaya mangga adalah tanah lempung berpasir dan tanaman ini tahan terhadap kekeringan. Derajat keasaman tanah (pH tanah)ideal untuk tanaman mangga adalah 5.5-6.0 dan suhu udara optimum 25.0-27.0oC. Suhu udara yang rendah dapat merangsang pembungaan namun tidak baik untuk perkembangan buahnya. Menurut Surachmat (1985), mangga gedong gincu temasuk:

Kingdom : Plantae

Divisi : Spermatophyta Sub-divisi : Angiospermae Kelas : Dicotyledoneae Ordo : Sapindales Famili : Anacardiaceae Genus : Mangifera

Spesies : Mangifera indica L.

Tanaman mangga berbuah bersamaan dengan musim kemarau. Tanaman mangga akan berbunga 1-1,5 bulan sesudah kemarau dimulai dan buah matang 3-4 bulan kemudian. Bila musim kemaraunya kering hasil produksi akan lebih baik, sehingga daerah dengan musim kering yang panjang baik digunakan untuk berkebun mangga. Untung (1999) mengemukakan bahwa mangga arumanis dan manalagi merupakan kultivar mangga yang cocok tumbuh pada kondisi kering. Sementara kultivar mangga yang tahan terhadap kondisi basah adalah seperti gedong gincu dan indramayu. Buah mangga berukuran relatif besar, bentuknya bulat sampai lonjong, bijinya gepeng dibungkus oleh daging yang tebal dan lunak serta enak dimakan. Mangga tersusun atas 11-18% kulit, 14-22% daging dan 60-75% biji (Verheij dan Coronel 1997). Produksi mangga antara 25-1000 buah per pohon tergantung varietas, umur, tempat tumbuh, dan kondisi iklim. Umumnya tanaman mangga dapat dipanen pada bulan September sampai Desember. Satuhu (1999) menyatakan bahwa musim mangga di Indonesia pada bulan Agustus sampai Desember untuk mangga arumanis, golek dan manalagi, sedangkan Juni dan Juli untuk mangga gedong gincu.

Hasil Penelitian Tentang Sifat Termofisik Mangga

(16)

4

nilai 0.02-0.1 cm2/menit. Adapun nilai difusifitas panas, konduktivitas panas dan panas jenis yang didapatkan oleh sri wuryani (1999) diacu dalam trisasiwi (2002) pada mangga varietas arum manis adalah k = 0.551 W/mK, α = 1.336x10-7 m2/det dan Cp = 3.808 kJ/kgoC. Trisasiwi (2002) memperoleh nilai konduktivitas panas rata-rata sebesar 0.6287 Watt/mK, massa jenis 0.87 kg/m3 dan difusivitas panas 0.05852 cm2/menit.

Wilson (2010), jika kadar air pada mangga dengan range antara 1.1 dan 9 kg kg-1(bk), konduktivitas panas berada pada variasi kisaran 0.206±0.005 W/mK pada temperatur yang berbeda-beda. Sedangkan konduktivitas panas pada temperatur pada kisaran 20.0oC sampai 80.0oC adalah 0.442±0.181 W/mk. Dan Konduktivitas yang didapatkan oleh Telis (2007) diacu dalam dalam Wilson (2010) pada kadar air 5.41 kg kg-1(bk) dan temperatur 18.3oC sampai 74.0oC untuk konduktivitas panas pada mangga dengan varietas “Manila” berada pada kisaran 0.294 W/mK. Laohasongkram et al (1995) diacu dalam Wilson (2010), saat menganalisa konduktivitas panas untuk mangga dengan varietas “Kaew” pada suhu 60.0oC dan 80.0oC mendapatkan nilai k= 0.862 W/mK dan 0.276 WmK dengan kadar air 1.5 kg kg-1 dan 4 kg kg-1 (bk).

Wilson (2010), pada kadar air dengan range antara 1.1 dan 9 kg kg-1(bk), panas jenis berada pada variasi kisaran 1.23±0.05 kJ/KgK. Laohasongkram et all. (1995) diacu dalam Wilson (2010) mendapatkan nilai panas jenis mangga varieras “Kaew” pada temperatur 60.0oC dan 80.0oC adalah 0.679 kJ/kgK dan 0.141 kJ/kgK dengan kadar air pada 1.5 dan 4 kg/kg(bk). Sedangkan untuk densitas mangga dengan kadar air 1.1 dan 9 kg kg-1(bk) adalah 173.1±14.8 kg/m3.

Hama Penyakit Mangga Jamur Upas (Corticium Salmonicolor)

Penyakit ini disebabkan oleh jamur yang berwarna putih sampai merah jambu mengkilat. Berkembang di musim hujan dan di musim kemarau masih terlihat. Gejala serangan ditunjukkan oleh terbungkusnya ranting atau cabang dengan jamur upas, bagian atas ranting yang terserang nampak pertumbuhannya tidak sehat.

Diplodia (Botryodiplodia Theobromae)

Penyebab Diplodia adalah cendawan atau jamur yang menyerang pada batang dan ranting. Umumnya diawali adanya luka yang disebabkan benda tajam. Sehingga di musim kemarau luka mengeluarkan blendok dan dimusim hujan luka berkembang sampai ke jaringan kayu. Gejala pada batang yang terserang adalah kulit luarnya tampak seperti pecah-pecah, mengeluarkan cairan coklat kehitaman, makin lama luka melebar dan kulit mengelupas, bagian tanaman diatasnya menjadi kering dan mati.

Antraknose (Colletotrichum Gloeosporiodes)

(17)

5 terserang menjadi kering dan gugur. Apabila menyerang buah mengakibatkan becak-becak coklat dan pada serangan berat buah dapat gugur sebelum di panen. Lalat Buah

Serangga dewasa berwarna kuning bersayap putih bening dan berukuran panjang 7 - 8 mm, suka hinggap dan bertelur pada buah mangga, jambu biji; jambu air, belimbing, nangka, jeruk dan cabe, sehingga buah menjadi rusak (Siswanto 1997). Lalat buah masuk dalam ordo diptera dan famili Tephritidae. Terdapat beberapa genus lalat buah. Genus yag paling banyak mengakibatkan kehilangan hasil pada berbagai komoditas di Indonesia adalah Bactrocera sp. (Wicaksono 2011). Adapun spesies dari Bactrocera yang sering mengakibatkan kerugian bagi komoditas mangga adalah Bactrocera dorsalis, B. Neohumeralis, B . Pedestris.

1. Bactrocera dorsalis

Bactrocera dorsalis adalah species lalat buah dari family tepritid yang bukan hanya sudah memawabah di daerah Asia Tenggara, tapi juga mulai masuk ke daerah Hawai, pulau Mariana dan Tahiti. Lalat buah ini meruapakan salah satu species hama utama dalam genus Bactrocera dengan penyebaran inang melalui buah yang dibudidayakan ataupun yang tumbuh secara liar. (en.wikipedia.org/wiki/Bactrocera dorsalis)

2. B. Neohumeralis

Pada awalnya lalat buah B. Neohumeralis disebut sebagai Dacus humeralis, tapi ini dikarenakan terdapat kesamaan nama dengan spesies afrika Dacus humeralis juga. Akhirnya para penemu mengusulkan untuk mengganti namanya menjadi Dacus neohumeralis. Dan akhirnya karena di tempatkan pada subgenus Bactrocera, sampai saat ini namanya menjadi Bractrocera neohumeralis.

Bractocera Nehomeralis ini merupakan hama utama pada tanaman buah-buahan komersial yang berada di daerah Quensland, Australia

Penanganan Pascapanen Mangga

(18)

6

Gambar 1 Diagram alir proses pascapanen mangga untuk ekspor.

Teknik Disinvestasi Lalat Buah Perlakuan Dingin (Cold Treatment)

Metode ini pada dasarnya diaplikasikan pada saat penyimpanan dengan temperatur yang rendah untuk mengendalikan serangga. Metode ini sudah mulai diterapkan sejak tahun 1900, dan telah lama diterapkan untuk mengontrol lalat buah. Keuntungan dari penggunaan teknologi ini adalah bisa diselaraskan sebagai penyimpanan dan kerusakan atau penurunan mutu produk cenderung lebih kecil dibandingkan penggunaan heat treatment dan prosedurnya lebih mudah dilakukan dan dikontrol. Penyimpanan dingin biasanya dilakukan pada suhu 10.0oC hingga (-2.0)oC. Penyimpanan pada temperatur dibawah suhu -18.0oC disebut dengan penyimpanan beku. Sementara jika disimpan pada suhu diatas 10.0oC disebut penyimpanan biasa. Sebagai metode disinfestasi pada buah dan sayuran, temperatur harus disesuaikan untuk menghindari kebekuan produk selama proses perlakuan. Titik beku untuk buah adalah (-1)-(-2)oC dan untuk sayuran adalah pada suhu (-0.5)-(-1.0)oC. Untuk menghemat waktu pengaplikasian temperatur 0.0oC sering digunakan untuk membunuh serangga. Namun demikian keefektifan metode ini dalam mengontrol serangga sangat tergantung pada lamanya perlakuan, dan biaya operasinya cenderung mahal. Perlakuan dingin (cold treatment) tidak dapat diaplikasikan pada mangga karena mangga tidak toleran terhadap temperatur rendah yang dibutuhkan untuk disinfestasi.

Fumigasi

(19)

7 komoditas dalam jumlah besar secara bersamaan sehingga dapat menghemat waktu. Metil bromida adalah salah satu fumigan yang sudah umum dipergunakan, karena dapat mengontrol berbagai spesies serangga secara efektif, tidak mudah meledak dan relatif aman digunakan. Selain itu juga dapat diaplikasikan pada suhu rendah. Namun demikian metil bromida terbukti dapat merusak lapisan ozon. Selain itu residu yang ditinggalkannya pada komoditas yang difumigasi disinyalir berbahaya bagi kesehatan. Alumunium pospin umumnya digunakan untuk memfumigasi serangga di gudang-gudang penyimpanan biji-bijian. Bentuknya dapat berupa tablet atau tepung. Hidrogen sianida adalah gas fumigan yang biasa digunakan pada komoditas perishable seperti, buah-buahan, sayur-sayuran dan bunga potong. Sementara itu karbondioksida tidak meninggalkan residu pada produk yang difumigasi. Selain itu cukup efektif untuk mengontrol beberapa hama pada gudang-gudang penyimpanan biji-bijian dengan waktu apikasi yang tidak terlalu lama. Namun fumigan ini tidak dapat mengontrol pupa serangga beras secara efektif.

Iradiasi

Pada tahun 1986, Food and Drug Administration (FDA) mengijinkan penerapan radiasi hingga 1 kGy (100 krad) pada buah dan sayuran. Dimana tujuannya adalah untuk memperpanjang masa simpan dan memperlambat proses pembusukan. Dari hasil penelitian menunjukan bahwa dosis 0,75 kGy dapat mensterilkan serangga dan dosis yang lebih besar dari 1 kGy dapat mengontrol pembusukan. Tahun 1996 United States Departement of Agriculture (USDA) dan

Animal and Plan Health Inspection Service (APHIS) menyatakan iradiasi legal sebagai salah satu perlakuan karantina untuk mengontrol lalat buah. Kemudian ada tahun 1997 peraturannya dikeluarkan uleh USDA dan APHIS untuk mengiradiasi pepaya, carambola, dan litchi sebagai salah satu perlakuan pitosanitari. Selain itu, iradiasi juga menyebabkan beberapa penurunan kualitas pada beberapa jenis buah-buahan tertentu. Ionisasi menyebabkan perubahan kimia pada komponen dinding sel seperti selulosa, hemi selulosa dan pektin sehingga dinding sel menjadi lunak karena kehilangan kalsium. Hal ini umumnya terjadi pada dosis radiasi 6 kGy atau lebih, bahkan pada level yang lebih tinggi kehilangan kalsium mencapai 80% atau lebih. Akibatnya buah menjadi sangat bermasalah ketika dalam proses transportasi karena daging buah menjadi cepat sekali melunak. Pada transportasi normal sebagaimana buah yang tidak diradiasi, terjadi kerusakan yang tidak dapat diterima pada buah yang diiradiasi setibanya ditempat tujuan. Kehilangan kalsium memegang peranan penting dalam terjadinya pelunakan pada buah dan sayuran. Selain itu buah-buahan diradiasi menjadi lebih sensitif terhadap suhu dingin, sehingga memudahkan terjadinya chiling injury, seperti yang dijumpai pada pisang, lemon, jeruk dan tomat setelah diradiasi dengan dosis dibawah yang diijinkan.

Perlakuan Panas (Heat Treatment)

(20)

8

kerusakan pada buah itu sendiri. Beberapa metode penggunaan panas dalam proses karantina antara lain dengan menggunakan air panas (Hot Water Treatment, HWT), uap panas (Vapor Heat Treatment, VHT) dan udara panas (Hot Air Treatment, HAT) (Lurie 1998). Perlakuan panas sebagai salah satu teknologi karantina cukup efektif untuk mengatasi masalah hama penyakit pascapanen. Tetapi penggunaan suhu yang tinggi dalam waktu yang lama dapat menyebabkan penurunan mutu produk. Pengaruh perlakuan panas terhadap suatu produk berbeda-beda, tergantung pada kultivar, ukuran dan bentuk, serta kematangan dan metode yang digunakan. Oleh karena itu faktor suhu dan lama perlakuan sangat menentukan agar tujuan untuk membunuh lalat buah pada berbagai stadia tercapai tanpa merusak mutu produk itu sendiri.

Vapor heat treatment merupakan metode perlakuan panas pada buah yang menggunakan udara yang tersaturasi dengan uap air pada suhu 40.0-50.0oC untuk mematikan telur serangga dan larva sebagai upaya tindakan karantina sebelum komoditi dikirim (Animal and Plant Health Inspection Service 1985). Sugimoto (1996) dalam Rokhani (2002) melaporkan bahwa pada pemanasan suhu 46.0oC selama 30 menit, mortalitas lalat buah telah mencapai 100 persen baik pada stadia telur maupun ulat instar 1,2 dan 3. Rokhani et al. (2001) melaporkan bahwa dengan metode VHT, buah-buahan cultivar ’Irwin’ yang diproduksi di Okinawa tahan pada suhu 46.5oC selama 30 menit. Proses tersebut cukup efektif dalam menekan perkembangan penyakit antraknosa dan busuk pangkal buah (stem end rot) pada buah-buahan serta dapat mempertahankan mutu buah hingga 21 hari penyimpanan pada suhu 13.0oC. Proses VHT berlangsung dalam kondisi uap jenuh, sehingga kelembapan yang tinggi (>90%) dalam ruang perlakuan ini menekan terjadinya penguapan air dari permukaan buah dan mencegah kehilangan panas (heat loss) yang disebabkan adanya panas evaporasi (Sugimoto 1996 dalam Rokhani 2002). Butir-butir air yang terjadi ketika uap berubah menjadi cair dipermukaan buah, melepaskan sejumlah panas yang merupakan tambahan panas pada pindah panas konduksi, inilah yang menjadikan efisiensi panas pada metode

VHT lebih baik dibandingkan dengan efisiensi panas pada metode heat treatments

yang lainnya.

Pada gambar 2 merupakan unit VHT hasil rancang bangun Setyawan (2008). Adapun komponen-komponen yang terdapat dalam unit VHT tersebut yaitu: 1. Unit penghasil uap

(21)

9 Pompa berfungsi untuk menyalurkan air panas dari koil pemanasan ke ruang perlakuan bahan. Pompa merupakan komponen yang berfungsi untuk mengalirkan fluida dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Dalam hal rancangan unit VHT ini, pompa digunakan untuk mengalirkan air pada suhu 50.0-70.0oC dari dasar bak melalui selang dan disirkulasikan kembali ke bak utama melalui talang stainless. Dalam penyemprotan air panas ke ruang perlakuan bahan digunakan nozel sprayer.

d. Kompor

Berfungsi memanaskan air yang di tampung dalam bak sampai pada suhu mencapai 47.0oC, kemudian disemprotkan melalui nozel ke ruang perlakuan. e. Pemanas udara

Berfungsi untuk meningkatkan suhu pada unit penghasil uap yang kemudian disirkulasikan dengan menggunakan blower menuju ke ruang perlakuan. Heater ditutup dengan kotak yang terbuat dari stainless untuk menjaga supaya tidak terjadi konsleting apabila terkena uap panas. Suhu sangat berperan dalam proses sirkulasi uap panas. Panas yang digunakan untuk menaikkan suhu campuran pada ruang penghasil uap hingga suhu optimal diperoleh dari elemen pemanas (heater). Pemanasberfungsi sebagai penyuplai panas untuk mempercepat terjadinya panas yang optimal pada ruang perlakuan uap. Panas di hasilkan dari energi listrik yang diubah oleh koil/elemen pemanas.

Gambar 2 Unit VHT 2. Ruang Perlakuan

Berfungsi sebagai ruangan untuk menempatkan bahan yang akan diberikan perlakuan uap panas pada suhu dan lama proses tertentu. Adapun komponen dari ruang perlakuan adalah sebagai berikut:

a. Blower

Berfungsi untuk menyedot uap panas dari ruang perlakuan menuju ke ruang penghasil uap, kemudian disirkulasikan sehingga uap panas dapat menembus tumpukan bahan pada ruang perlakuan.

(22)

10

Berfungsi sebagai penyearah aliran uap panas dari ruang perlakuan menuju ke ruang penghasil uap.

c. Keranjang

Keranjang terbuat dari plastik yang tahan terhadap uap panas dan berfungsi untuk menampung buah-buahan pada ruang perlakuan uap panas.

3. Unit kontrol otomatik

Berfungsi untuk mengontrol suhu air, kecepatan aliran air, dan kecepatan penyemprotan nozel

Pindah Panas

Pindah panas merupakan perpindahan panas suatu bentuk energi dari suatu tempat ke tempat lainnya yang disebabkan adanya perbedaan suhu antara dua tempat tersebut (Heldman dan Singh 1980). Menurut Cengel (2003), Panas dapat dipindahkan melalui tiga cara yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Konduksi, konveksi dan radiasi membutuhkan adanya perbedaan suhu, yaitu perpindahan panas dari media dengan suhu tinggi menuju ke media dengan suhu yang lebih rendah.

Proses pindah panas pada ketiga cara di atas dapat terjadi secara bersamaan namun hal tersebut dipengaruhi besarnya pergerakan suatu fluida. Sedangkan pada konduksi akan terjadi sebaliknya dimana pergerakan dari fluida tidak besar dan fluida tidak tembus cahaya sehingga perpindahan panas dari suatu bagian benda yang tembus cahaya ke bagian yang lainnya hanya dipengaruhi oleh gradient suhu. Hubungan dari laju perpindahan panas dengan medium konduksi dan gradient suhu dapat dinyatakan dengan persamaa Fourier (Cengel 2003) :

= ……….……..…(1)

Konduksi dapat terjadi pada padatan, cairan atau gas. Pada gas dan cairan, konduksi ditujukan untuk tumbukan dan difusi dari pergerakan acak molekul. Namun pada padatan, konduksi ditujukan untuk menggabungkan getaran-getaran molekul di dalam polarnya dan pengangkutan energi oleh elektron bebas.

Difusivitas Panas

(23)

11

= ……….………..…(2)

Bahan yang mempunyai nilai konduktivitas panas yang tinggi atau kapasitas panas yang rendah akan dengan jelas mempunyai nilai difusivitas panas yang besar (Cengel 2003). Sifat fisik dan sifat panas dasar yang berhubungan dengan nilai difusivitas panas diantaranya adalah :

1. Kadar Air

Salah satu sifat yang penting dalam suatu bahan pertanian adalah kadar air. Kadar air suatu bahan ditunjukkan dengan banyaknya air yang terkandung per satuan berat dari bahan tersebut (Henderson dan Perry 1976). Kadar air suatu bahan terdiri dari kadar air basis basah dan kadar air basis kering. Kadar air basis basah merupakan kadar air dari suatu padatan yang biasanya ditunjukkan dengan persen berat basah (%bb). Sedangkan kadar air basis kering adalah rasio antara massa air dengan massa bahan kering dalam padatan dan ditunjukkan dengan persen berat kering (%bk). Kadar air dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

= × 100%...(3)

Atau menggunakan persamaan yang terdapat pada SNI 01-3182-1992, yaitu sebagai berikut :

KA= ………(4)

Pengukuran kadar air mangga dilakukkan dengan menggunakan metode oven pengering. Pengukuran kadar air ini bertujuan untuk mengetahui persentase banyaknya jumlah air yang terkandung di dalam mangga. Prosedur kerja dalam menentukan kadar air mangga dengan metode oven pengering (SNI 01-3182-1992) adalah sebagai berikut;

a) Mengatur suhu oven pengering ±105.0oC

b) Menyiapkan wadah dan menimbang berat berat wadah

c) Menimbang berat mangga dari berbagai ukuran, kecil sedang dan besar.

d) Panaskan cawan dalam oven pengering yang suhunya telah diatur. Kemudian setiap 1 jam sekali dilakukan penimbangan agar diketahui kenaikan dan penurunan beratnya.

e) Setelah di dapat berat dari mangga yang telah dikeringkan, untuk penentuan kadar air mangga dapat menggunakan persamaan

= ………..…(5)

2. Panas Jenis

(24)

12

= ………..…..……(6)

Kapasitas panas per satuan massa benda didefinisikan sebagai panas jenis (Specific Heat) yang ditunjukkan dengan symbol Cp.

= = ………..……(7)

Panas jenis suatu bahan juga didefinisikan sebagai jumlah panas yang dibutuhkan (kJ)untuk menaikkan suhu 1 kg bahan sebesar 1oK. Panas jenis yang terdapat dalam bahan terbagi menjadi dua macam, yaitu panas jenis pada volume tetap dan panas jenis pada tekanan tetap. Pada umumnya, perubahan tekanan yang terjadi pada proses pindah panas di dalam bahan pertanian adalah kecil, sehingga yang biasa digunakan pada perhitungan pindah panas yaitu panas jenis pada tekanan tetap. Pengaruh tekanan pada perubahan panas jenis benda padat dan cairan sangat kecil sehingga dapat diabaikan (Mohsenin 1980)

Pada pengukuran panas jenis, untuk bahan yang memiliki kadar air lebih dari 60% menurut Heldman dan singht (1980) dapat dihitung dengan persamaa berikut ;

p = 0.837 + 0.034KA(%bb)………….……(8) 3. Massa Jenis

Sifat fisik bahan pertanian yang penting lainnya adalah massa jenis (density). Massa jenis merupakan perbandingan massa terhadapt volumnya. Menurut Mohsenin (1980) terdapat tiga macam massa jenis yaitu:

a. Bulk Density adalah perbandingan massa tumpukan terhadap volume totalnya dimana volume produk didasarkan pada volume bahan beserta rongga udara.

Bulk density dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

= ( )………(9)

Dimana; W2 adalah massa produk penuh dan wadah, W1 adalah massa wadah dan V adalah volume wadah.

b. Apparent Density perbandingan massa terhadap volumenya dalam kondisi normal dimana volume produk didasarkan pada penerapan hokum Archimedes. Volume produk sama dengan volume air yang tumpah dari wadah. Apparent density dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

=

( )………..(10) c. True Density (solid density) adalah perbandingan massa padatan produk terhadap volumenya dimana massa dan volume produk didasarkan pada padatan produk.

(25)

13 pada penerapan hukum Archimedes dan Bulk density yang merupakan perbandingan massa tumpukan terhadap volume totalnya. Prosedur pengukuran massa jenis dengan menggunakan Apparent Density adalah sebagai berikut ; a) Siapkan wadah yang berisi air, timbang dan ukur volumenya sehingga di dapat

nilai W dan V2

b) Masukkan mangga ke dalam wadah lalu, ukur volume air yang tersisa di dalam wadah V1

c) Hitung dengan menggunakan persamaan 10

Sedangkan untuk prosedur Bulk Desnsity adalah sebagai berikut ; a) Siapkan wadah kosong, dan mangga utuh tanpa dipotong.

b) Masukkan mangga ke dalam wadah hingga memenuhi seluruh wadah dengan kondisi mangga tetap utuh (tidak dipotong)

c) Timbang berat wadah yang berisi mangga sehingga didapat nilai W2, lalu timbang wadah kosong tanpa berisikan mangga W1.

d) Setelah didapat nilai W2 dan W1, gunakan persamaan 9 untuk mendapatkan nilai ρ dengan V adalah volume wadah.

4. Konduktivitas panas

Salah satu bentuk mekanisme pindah panas dalam benda padat adalah konduksi. Apabila suhu permukaan suatu benda padat lebih tinggi dari pusatnya maka terjadi aliran panas dari permukaan menuju pusat benda. Proses ini terjadi pada proses pemanasan benda seperti yang terjadi pada proses pengeringan. Konduktivitas panas untuk benda kadar di atas 60% dapat dihitung dengan persamaan Sweat (1974) di bawah ini (Heldman dan Singh 1980):

k = 0.148 + 0.00493 KA(%bb)………(11)

Metode Finite Difference

Finite Diffrence merupakan suatu pernyataan matematis yang memiliki bentuk f(x+b)-f(x+a). Jika finite difference dibagi oleh b-a, maka akan mendapatkan suatu persamaan differensial. Pendekatan derivariativf oleh finite difference merupakan hal terpenting dalama metode finite difference untuk solusi numerik dari suatu persamaan differensial terutama pada permasalahan boundary. Aplikasi umum yang biasa menggunakan metode finite difference seperti teknik komputasi, thermal engineering, mekanika fluida.

Untuk aplikasi metode finite difference pada pindah panas yang menggunakan komputer sebagai alat olah. Bentuk persamaan differential dalam persamaan perpindahan panas harus dirubah dalam bentuk aritmatika, karena pada dasarnya komputer hanya bisa melakukan operasi aritmatika. Proses tersebut disebut diskritasi. Diskritasi dalam finite difference pendekatannya menggunakan deret Taylor. Deret Taylor memberikan sebuah perumusan untuk meramalkan suatu harga fungsi pada + ∆ yang dinyatakan dalam harga fungsi itu dan turunannya disekitar titik x.

( + ∆ ) = ( ) + ∑ (∆ )

!

∞ _...(12)

(26)

14

a. Forward difference (langkah maju)

Persamaan untuk turunan pertama dengan menggunakan metode forward difference adalah

= ( ∆ ) ( )

∆ + (∆ )...(13)

b. Backward difference (langkah mundur)

Persamaan untuk turunan pertanam dengan menggunakan metode backward difference adalah

= ( ) ( ∆ )

∆ + (∆ )...(14)

c. Central difference (beda tengah)

Persamaan untuk turunan pertama dengan menggunakan metode central difference adalah

= ( ∆ ) ( ∆ )

∆ + ∆ ...(15)

Sedangkan dalam perumusannya, beda hingga dikelompokkan dalam dua macam, yaitu:

a. Metode ekplisit

Metode ini digunakan untuk mencari besarnya temperatur T dititik i pada waktu n+1 berdasarkan besarnya temperatur T dititik i-1, i, dan i+1 pada waktu n. b. Metode implisit

Metode ini digunakan untuk mencari besarnya temperatur T dititik i-1, i+1 pada waktu n+1 berdasarkan besarnya temperature T dititk pada waktu n.

Setelah proses diskritasi selesai, perlu mengetahui initial condition dan

boundary condition untuk menyelesaikan persamaan perpindahan panas konduksi. Pada umumnya boundary condition ada tiga macam yaitu ;

a. Dirichlet Condition

Adalah suatu syarat batas yang nilai batasnya langsung diberikan/diketahui.

b. Neuman Condition

Adalah suatua syarat batas, jika yang diketahui adalah harga gradiennya. c. Robin atau Mixed Condition

Merupakan gabungan dari Dirichlet dan Neuman.

Simulasi

(27)

15 penggunaan tiruan dari bentuk aslinya meskipun tidak bisa sepenunya dengan aslinya.

Simulasi Kejadian Diskret

Simulasi kejadian diskret (discrete time simulation) merupakan simulasi dengan perubahan status dari model simulasi terjadi pada titik-titik waktu yang diskret yang dipicu oleh kejadian. Dalam simulasi kejadian diskret, variabel status berubah jika suatu kejadian terjadi. Sedangkan simulasi kontinyu, variabel status berubah dengan berubahnya waktu.

Pendefinisian laju perubahan dalam variabel status sepanjang waktu adalah: a. Derivative equations

Perubahan dari variabel status dinyatakan dengan turunan (derivative) dari variabel status.

b. Difference equations

Persamaan yang mencakup turunan disebut persamaan diferensial (differential equation).

METODE

Bahan

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah Mangga Gedong Gincu, yang dibedakan menjadi tiga jenis berdasarkan ukuran dimensi, yaitu ukuran kecil (diameter 65.3-70.25 mm), sedang (diameter 70.3-79.3mm), dan besar (diameter 79.4-83.8mm). Penggunaan Mangga Gedong Gincu pada penetian ini dikarenakan bentuknya yang menyerupai geometri bola sehingga mempermudah dalam pendugaan penyebaran suhu.

Alat

Alat yang digunakan pada penelitian in adalah unit VHT chamber yang merupakan hasil rancang bangun dari Setyawan (2008). Untuk mengukur suhu pada mangga menggunakan termokopel dan di rekam dengan menggunakan

Hybrid recorder. Oilbath yang digunakan untuk membantu prosedur kalibrasi termokopel, timbangan digital dan oven pengering digunakan pada prosedur pengukuran kadar air.

Prosedur Penelitian Perlakuan VHT

Buah Mangga dengan berbagai ukuran, kecil sedang dan besar diberikan perlakuan Vapor Heat Treatment dengan suhu pusat mencapai 46.0oC dan suhu medium 47.0oC. Adapun prosedur perlakuan VHT ini sebagai berikut:

(28)

16

penempatan termokopel seperti pada gambar 3, yaitu pada bagian permukaan, tengah dan pusat. Setelah buah mangga dipasangkan termokopel ditempatkan dalam tray.

b. Set VHT unit pada RH>95% dan suhu 46.0oC dan suhu medium 47.0oC. c. Jalankan unit VHT dan hybrid recorder. Hybrid recorder di stop setelah suhu

pusat pada ketiga buah manga sudah mencapai suhu 46.0oC.

d. Data yang didapatkan dari perlakuan VHT ini digunakan untuk membandingkan dengan nilai yang akan didapatkan dengan menggunakan program berdasarkan metode finite difference.

Analisis Termofisik

Penelitian ini digunakan untuk mencari nilai inputan yang nantinya akan digunakan untuk di input pada program visual basic, adapun nilai inputan yang diperlukan untuk program ini adalah kandungan kadar air, konduktivitas panas, panas jenis, massa jenis, dan diffusifitas panas. Pengukuran nilai kadar air, konduktivitas panas, panas jenis, massa jenis dan diffusifitas panas dilakukan di Lab ELP.

1. Kadar air mangga diukur dengan menggunakan metode oven pengering, adapun prosedur penggunaan metode oven pengering adalah sebagai berikut: a) Mengatur suhu oven pengering ±105.0oC

b) Menyiapkan wadah dan menimbang berat berat wadah

c) Menimbang berat mangga dari berbagai ukuran, kecil sedang dan besar. d) Panaskan cawan dalam oven pengering yang suhunya telah diatur.

Kemudian setiap 1 jam sekali dilakukan penimbangan agar diketahui kenaikan dan penurunan beratnya.

e) Apabila sudah tidak terjadi penurunan berat maka pemanasan pada oven pengering sudah selesai dan dengan menggunakan persamaan 5 dicari nilai KA bb.

2. Massa jenis mangga diukur dengan menggunakan metode apparent density

yang didasarkan pada penerapan hukum Archimedes, prosedurnya sebagai berikut;

a) Siapkan wadah yang berisi air, timbang dan ukur volumenya sehingga di dapat nilai W dan V2

b) Masukkan mangga ke dalam wadah lalu, ukur volume air yang tersisa di dalam wadah V1

c) Hitung dengan menggunakan persamaan 10.

3. Konduktivitas panas dihitung dengan menggunakan persamaan 11, panas jenis dihitung dengan menggunakan persamaan 8 dan difusifitas panas dihitung dengan persamaan 2.

Simulasi Pendugaan Lama Proses Perlakuan Uap Panas

Simulasi pendugaan lama proses perlakuan uap panas menggunakan program “penyebaran suhu pada bola” yang dibuat oleh Puspitojati (2003) yang digunakan untuk menduga penyebaran suhu pada buah alpukat. Program tersebut dimodifikasi dan diperbaiki sehingga sesuai digunakan untuk menduga lama proses dan penyebaran suhu perlakuan uap panas pada buah mangga gedong gincu. Program ini dibuat dengan menggunakan pendekatan metode finite difference

(29)

17 gedong gincu yang bentuknya menyerupai bola. Adapun titik pendugaan suhu yang akan diduga seperti pada gambar 3 di bawah ini.

Gambar 3 Titik yang akan diduga hasilnya 1. Suhu permukaan (T1)

= 2 + 2 + (1− 2 − 2 )...(16)

Syarat kestabilan suhu

Fo(1+Bi)≤

2. Suhu permukaan bahan dan pusat bahan (T2)

= + − 2 + ...(17) Syarat kestabilan suhu

Fo≤

3. Suhu dipusat bahan (T3)

= − + ...(18)

Syarat kestabilan suhu

Fo≤

Persamaan 16, 17 dan 18 merupakan persamaan yang digunakan pada program penyebaran suhu dan pada gambar 4 merupakan diagram alir program.

T3 T2

T1

(30)

18

Ya

Gambar 4. Diagram Alir Program Penyebaran Suhu Mangga Gedong Gincu

Ya

Mulai

Tbhn,Tmedia, α, r, KA, Hmedia, dt

=

2 ×2

= 0.837 + 0.034× ×1000

= × ×

60

= ×

= 1

= ℎ ×

× + 1 < 0.5

M≥2 Tidak

Sebaran suhu (persamaan 16-18) Awali Distribusi suhu t=0

I=I+1

Waktu=Waktu+dt

T3=Tmedia-1

Cetak Waktu,

T1, T2, dan T3 _Selesai

(31)

19 Verifikasi Model

Perhitungan terhadap nilai kesalahan dilakukan dengan membandingkan besarnya suhu di masing-masing titik pengukuran dan pendugaan. Besarnya tingkat kesalahan dapat dinyatakan dalam bentuk kesalahan relative yaitu membandingkan kesalahan yang terjadi dengan nilai sebenarnya (Bamaba 1998 dalam Musfiroh 2012) besarnya kesalahan dihitung menggunakan persamaan berikut.

= | |× 100%...19

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sifat Termofisik Buah Mangga

Kadar air merupakan banyaknya air yang terkandung per satuan berat dari bahan tersebut. Kadar air tidak berpengaruh secara langsung terhadap tingkat ukuran dimensi pada mangga, tingkat kadar air dipengaruhi oleh tingkat kematangan dari suatu buah. Pada saat buah mangga masih dipohon maupun setelah dipanen, buah mangga masih mengalami transpirasi yaitu proses pelepasan air dari buah, tapi pada saat buah semakin matang organisasi pada sel buah mangga terganggu sehingga transpirasi semakin berkurang yang mengakibatkan kadar air semakin tinggi. Adapun pada tabel 1 dimana pada tabel tersebut, mangga dengan ukuran besar memiliki kadar air paling besar yaitu 86.21%, mangga ukuran sedang 84.55% dan mangga ukuran kecil 82.82% dimana semakin besar ukuran mangga maka kadar air semakin tinggi, hal ini disebabkan karena ketiga mangga tersebut berada pada tingkat kematangan yang sama, dimana seharusnya pada tingkat kematangan yang sama kadar air pada mangga tersebut memiliki kadar air yang sama tapi karena ada perbedaan ukuran maka mangga yang memiliki ukuran yang lebih besar memiliki tingkat kadar air yang lebih tinggi. Tabel 1 Sifat termofisik buah mangga gedong gincu pada berbagai tingkat ukuran

dimensi

Sedang 84.55 3.71170 0.5648316 520.72 0.000292

Besar 86.21 3.76814 0.5730153 530.94 0.000286

(32)

20

besar pula untuk mencapai suhu capaian. Sehingga dapat dilihat pada tabel 1 bahwa mangga ukuran besar memiliki kalor jenis yang paling besar yaitu 3.76814 kJ/kgoC, sehingga dapat dikatakan bahwa semakin besar ukuran mangga maka semakin besar pula nilai kalor jenisnya (Cp). K atau konduktivitas menunjukan kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan panas. Suatu bahan semakin besar nilai konduktivitasnya maka akan semakin baik menghantarkan panas. Pada saat perlakuan panas, kalor yang mengalir pada mangga dengan berbagai ukuran dimensi memiliki jumlah kalor yang sama, bila melihat pada persamaan 1, kalor berbanding terbalik dengan jarak atau ketebalan, dimana semakin besar jarak atau ketebalan suatu bahan maka kalor yang mengalir pada benda tersebut akan semakin kecil dikarenakan penyebaran dan pemerataan suhu, tapi pada saat perlakuan panas jumlah kalor yang mengalir pada mangga berbagai ukuran dimensi, kalor yang mengalir memiliki jumlah yang sama, mangga ukuran besar memiliki ketebalan yang paling besar yaitu 0.0275m tapi pada mangga tersebut mengalir kalor dengan jumlah yang sama dengan mangga ukuran kecil dengan ketebalan 0.0231m dimana seharusnya jumlah kalor yang mengalir pada mangga ukuran besar lebih kecil dibandingkan dengan mangga ukuran kecil, ini disebabkan karena mangga ukuran besar memiliki konduktivitas panas yang lebih besar.

Massa jenis merupakan perbandingan massa terhadap volume suatu benda. Dari hasil pengukuran, massa jenis mangga gedong gincu dengan pengukuran menggunakan metode Apparent Density, massa jenis untuk mangga ukuran kecil 532.96 kg/m3, mangga ukuran sedang 520.72 kg/m3, dan mangga ukuran besar 530.94 kg/m3. Secara nyata perbedaan ukuran pada mangga gedong gincu tidak berpengaruh pada massa jenis gedong gincu bila dilihat dari hasil pengukuran, massa jenis pada mangga lebih dipengaruhi oleh tingkat kematangan buah. Rohadianti (2008) dalam skripsinya menyatakan bahwa pada umumnya semakin matang mangga maka massa jenis akan semakin menurun. Hal tersebut dikarenakan terdapat peristiwa penguapan pada zat-zat volatile ketika buah mangga semakin matang yang mengakibatkan penurunan massa daging buah. Massa jenis pada buah mangga dipengaruhi oleh tebal serat daging buah, semakin tebal serat daging buah maka massa buah akan semakin besar. Untuk varietas yang sama, pada mangga gedong gincu memiliki karakteristik tekstur buah yang sama sehingga pada berbagai ukuran pun massa jenis mangga gedong gincu akan sama.

Bahan yang mempunyai nilai konduktivitas panas yang tinggi atau kapasitas panas yang rendah akan dengan jelas mempunyai nilai difusivitas panas yang besar (Cengel 2003). Tapi dari hasil pengukuran ratio antara konduktivitas panas dan kapasitas panas memiliki nilai rataan ratio yang sama sedangkan massa jenis yang merupakan faktor pembagi juga memiliki nilai rataan yang sama, sehingga nilai difusivitas panas pada mangga gedong gincu memiliki nilai rataan yang sama.

Penyebaran Suhu Buah Selama Proses Vapor Heat Treatment

(33)

21 alpukat. Program tersebut dimodifikasi dan diperbaiki sehingga sesuai digunakan untuk menduga lama proses dan penyebaran suhu perlakuan uap panas pada buah mangga gedong gincu. Pada gambar 5 dibawah ini, merupakan tampilan awal dari program penyebaran suhu pada mangga gedong gincu, program ini disusun dan didesain dengan menggunakan program visual basic 6.0.

Gambar 5 Tampilan Awal Program Penyebaran Suhu pada Mangga Gedong Gincu

Pada program ini terdapat 4 (empat) command button dan 6 (enam) text box

yang digunakan sebagai data inputan. Command button terdiri dari command button Hitung, Grafik, Sebaran Suhu dan Selesai. Command button Hitung berfungsi untuk memulai proses perhitungan, command button Grafik berfungsi untuk membuka jendela grafik sebaran suhu seperti pada gambar 6, command button Grafik ini baru bisa digunakan bila command button Hitung sudah ditekan,

(34)

22

Gambar 6 Tampilan Grafik Program Penyebaran Suhu pada Mangga Gedong Gincu

(35)

23 Data nilai inputan yang diperlukan adalah suhu mangga gedong gincu sebelum dilakukan proses heat treatment (Tbhn), suhu media/chamber (Tmedia), dimensi buah mangga gedong gincu, massa jenis mangga gedong gincu (ρ), kadar air mangga gedong gincu (KA bb%), difusivitas panas mangga gedong gincu (α), selang waktu (∆t) dan koefisien udara (h). Untuk suhu mangga gedong gincu sebelum dilakukan proses heat treatment (Tbhn) dianggap sama yaitu 29.0oC dan suhu media/chamber (Tmedia) adalah 47.0oC. Dimensi buah mangga gedong gincu, massa jenis mangga gedong gincu (ρ) dan kadar air mangga gedong gincu (KA bb%) didapat dari hasil pengukuran. Difusivitas panas difusivitas panas mangga gedong gincu (α) didapat dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan 2, dan untuk koefisien udara (h) dengan menggunakan persamaan 20, 21, 22 dan 23 sedangkan untuk perhitungan nilai koefisien udara dapat dilihat pada Lampiran 2.

... (20) ... (21) ... (22) ... (23) Nilai input pada mangga gedong gincu ukuran kecil, sedang dan besar dapat dilihat pada tabel 2 dan output hasil program dapat dilihat pada tabel 3.

Tabel 2 Input program penyebaran suhu pada buah mangga gedong gincu

Ukuran

Kecil 0.0231 29 47 532.96 82.82 0.00029 124.32

Sedang 0.0247 29 47 530.72 84.55 0.00029 121.34

Besar 0.0275 29 47 530.94 86.21 0.00029 118.70

(36)

24

0.0543. M memiliki nilai berbanding terbalik dengan Fo dimana M=1/Fo yaitu rasio dari jarak perpindahan panas yang terjadi pada suatu bahan dengan diffusifitas atau tingkat laju difusi panas. Sehingga pada tingkat diffusifitas yang sama, bahan yang memiliki memiliki ketebalan paling besar memiliki nilai M yang besar pula seperti terlihat pada tabel 3 dimana mangga ukuran kecil memiliki nilai M adalah 18.4003 sedangkan mangga ukuran besar memiliki M adalah 66.0776.

Tabel 3 Output program penyebaran suhu pada buah mangga gedong gincu

Ukuran dt

Kecil 0.1 3652.88 9.41 18.4003 0.0543 0.3052 40.6

Sedang 0.1 3711.70 9.52 21.0376 0.0475 0.3148 45.7

Besar 0.1 3768.14 9.67 66.0776 0.0383 0.3376 54.1

Bi atau biot number merupakan rasio antar tahanan dalam dan luar, rasio ini akan menentukan apakah suhu yang berada pada bagian dalam dari suatu bahan akan berubah secara signifikan pada saat permukaan bahan tersebut diberikan panas, karena itu nilai biot number tidak boleh lebih dari 1 karena bila nilai biot number lebih dari 1 artinya resistasi tahan luar lebih besar dari tahan dalam sehingga panas yang diberikan pada permukaan bahan sulit untuk merambat kebagian dalam bahan, pada tabel 3 nilai biot number mangga kecil, sedang dan besar adalah 0.3052, 0.3148 dan 0.3376 dari nilai biot number ini dapat dikatakan bahwa perpindahan panas yang terjadi selama proses vapor heat treatment cukup baik karena nilainya mendekati 0, dan untuk mangga ukuran besar memiliki nilai

biot number yang paling besar, walaupun nilai konduktivitas bahannya paling besar 9.67 W/moC dan koefisien konveksi udara pada media/chamber (hmedia) paling

kecil 118.70 W/m2oC, mangga ukuran besar memiliki tebal yang selisihnya cukup besar dibandingkan dengan mangga ukuran kecil dan sedang, sehingga dapat dikatakan bahwa ketebalan bahan (dx) dari suatu bahan sangat mempengaruhi nilai biot number, dimana semakin besar ketebalannya maka semakin besar pula biot number.

Tabel 4 Rataan Suhu Suhu Media/Chamber pada saat Perlakuan Panas Metode Vapor Heat Treatment

(37)

25

Gambar 8 Penempatan Suhu Control Media/Chamber pada saat Perlakuan Panas Vapor Heat Treatment

Secara garis besar pada gambar 9-17 dapat dilihat bahwa grafik yang dibentuk dari hasil plot sebaran suhu pada saat mangga gedong gincu diberi perlakuan panas VHT nilainya fluktuatif, hal bisa disebabkan pengkondisian suhu media sehingga terjadi fluktuatif, selain itu tidak menutup kemungkinan pada saat

hybrid recorder merekam nilai suhu pada detik dan titik tertentu mengalami galat sejenak yang disebabkan termokopel yang terpasang goyang.

Gambar 9 Suhu permukaan buah hasil pengukuran dan pendugaan secara proses VHT: mangga ukuran kecil.

Pada gambar 9, 12, dan 14 dapat dilihat bahwa suhu akhir dari pengukuran tidak menyentuh suhu akhir pada pendugaan. Pada gambar 9 yaitu suhu permukaan pada mangga ukuran kecil, walaupun terdapat selisih waktu capaian yaitu untuk pengukuran mangga kecil 39.3 menit sedangkan pada pendugaan 40.6 menit yang memungkinkan suhu akhir pada suhu permukaan pengukuran lebih besar dibandingkan suhu akhir pada suhu permukaan pendugaan, tetapi perbedaan

Mangga Kecil Mangga Sedang Mangga Besar

Control 1 Control 2

(38)

26

tersebut seharusnya tidak terlalu signifikan karena hanya berbeda satu menit, pada Lampiran 3 dapat dilihat bahwa pada menit 39 suhu permukaan pada pengukuran adalah 48.2oC sedangkan suhu permukaan pada pendugaan adalah 46.1oC. Bila merancu pada gambar 8 yaitu pada penempatan suhu control media/chamber

mangga ukuran kecil penempatannya dekat dengan suhu control 1 dapat dilihat pada tabel 4 rataan suhu control 1 adalah 51.4oC sehingga perbedaan yang terjadi pada suhu akhir pada suhu permukaan antara pengukuran dan pendugaan lebih disebabkan suhu media yang terlalu panas sehingga penyebaran suhu yang terlalu cepat, yang mengakibatkan nilai suhu akhir pengukuran pada suhu permukaan lebih besar dibandingkan dengan nilai suhu akhir pendugaan.

Gambar 10 Suhu tengah buah hasil pengukuran dan pendugaan secara proses VHT: mangga ukuran kecil.

(39)

27 44.8oC dan baru mencapai suhu 46.0oC pada menit ke-50. Sehingga dari sini bisa dilihat bahwa perbedaan suhu terjadi karena waktu capaian yang berbeda dimana suhu pendugaan lebih cepat 5 menit dari suhu pengukuran hal ini disebabkan karena program penyebaran suhu mangga gedong gincu masih harus disempurkan kembali, karena masih banyak variable-variable yang harus dimasukkan ke dalam program sehingga bisa mendekati hasil pengukuran.

(40)

28

Gambar 12 Suhu permukaan buah hasil pengukuran dan pendugaan secara proses VHT: mangga ukuran sedang.

(41)

29

Gambar 14 Suhu pusat buah hasil pengukuran dan pendugaan secara proses VHT: mangga ukuran sedang.

(42)

30

Gambar 16 Suhu tengah buah hasil pengukuran dan pendugaan secara proses VHT: mangga ukuran besar.

Gambar 17 Suhu pusat buah hasil pengukuran dan pendugaan secara proses VHT: mangga ukuran besar.

Verifikasi Model

(43)

31 tersebut digunakan untuk menilai batasan berlakunya model matematika tersebut. Perhitungan terhadap nilai kesalahan dilakukan dengan membandingkan besarnya suhu di masing-masing titik pengukuran dan pendugaan. Besarnya tingkat kesalahan dapat dinyatakan dalam bentuk kesalahan relative yaitu membandingkan kesalahan yang terjadi dengan nilai sebenarnya. Hasil perbandingan antar suhu pengukuran dan pendugaan dapat dilihat pada Lampiran 3 bahwa, nilai galat suhu pada tiap menit mangga ukuran kecil memiliki range

nilai galat 1-16% dengan nilai galat rata-rata total adalah 5.18%, sedangkan pada mangga ukuran sedang dapat dilihat pada Lampiran 4 yaitu nilai galat suhu memiliki range yang paling besar yaitu 1-23% dengan nilai galat rata-rata total adalah 7.61% dan pada Lampiran 5 dapat dilihat, pada mangga ukuran besar nilai galat suhu pada tiap menit memiliki range nilai galat 1-18% dengan nilai galat 5.52%.

Pada buah mangga gedong gincu ukuran kecil nilai galat suhu yang paling besar yaitu terjadi pada suhu permukaan menit ke-3 dengan nilai galat 16%, sedangkan pada suhu tengah dan pusat nilai galat suhu yang terjadi kesemuanya memiliki nilai galat dibawah 11%. Pada buah mangga gedong gincu ukuran sedang nilai galat suhu paling besar terdapat pada suhu permukaan pada menit ke-3 dengan nilai galat 2ke-3% sedangkan suhu tengah nilai galatnya dibawah 10% dan suhu pusat memiliki nilai galat dibawah 16% pada setiap menitnya. Pada buah mangga gedong gincu ukuran besar nilai galat suhu yang paling besar 18% terjadi pada menit awal simulasi sedangkan suhu tengah nilai galatnya dibawah 14% dan untuk suhu pusatnya dibawah 16%. Nilai galat yang terjadi ini bisa disebabkan oleh kurang sempurnanya model matematika, karena variable yang digunakan masih terbatas bila dibandingkan dengan nyata. Selain itu seperti terlihat pada tabel 4 untuk suhu media diberikan 3 control suhu pada setiap ulangannya dan dari hasil pengukuran dapat dikatakan bahwa penyebaran suhu pada ruang

chamber tidak merata yang mengakibatkan perbedaan suhu pada ruang chamber

di beberapa titik. Pengkondisian suhu tidak bisa dilakukan secara otomatis karena

control suhu yang terdapat pada panel control unit VHT hanya mengatur secara otomatis suhu pada bak air, bukan pada ruang chamber. Pada tabel 4 dapat dilihat bahwa untuk mendapatkan suhu media dengan range 47.0-51.0oC suhu bak air harus di-setting pada suhu 58.0oC, sulitnya men-setting suhu media mengakibatkan overheating pada perlakuan panas yang mengakibatkan perbedaan suhu pengukuran dengan suhu dugaan.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Dimensi buah berpengaruh terhadap kalor jenis dan konduktivitas panas mangga, dimana semakin besar ukuran dimensi buah maka semakin besar pula nilai konduktivitas dan kalor jenisnya. Dimensi buah tidak berpengaruh pada kadar air, massa jenis dan difusivitas.

(44)

32

untuk mencapai suhu pusat buah 46oC. Waktu dugaan yang dibutuhkan untuk mencapai suhu pusat buah pada mangga berukuran kecil 40.6 menit sedangkan hasil pengukuran 39.3 menit dengan nilai galat waktu 3%. Mangga ukuran sedang membutuhkan waktu 45.7 menit sedangkan dari hasil pengukuran 50 menit dengan nilai galat waktu 9%. Pada mangga ukuran besar waktu dugaan yang dibutuhkan untuk mencapai suhu pusat buah 46oC adalah 54.1 menit sedangkan hasil pengukuran 52.7 menit dengan nilai galat waktu 3%.

Saran

Perlu dilakukan perbaikan dan modifikasi pada unit VHT meliputi; jumlah dan penempatan sprayer dan control otomatic suhu pada ruang chamber.

DAFTAR PUSTAKA

Animal and Plant Health Inspection Service. 1985. Section III,9. Plant protection and quarantine manual. US Dept. Agriculture, Wash. DC.

Broto, W. 2003. Mangga, Budidaya, Pascapanen dan Tataniaganya. Agromedia Pustaka. Jakarta.

BPS. 2012. http://www.bps.go.id/tab_sub/view.php?kat=3&tabel=1&daftar=1& id_subyek =55 & notab=5 [diakses 10 Oktober 2012]

Budiastra, W dan Purwadaria, H. K. 1993. Penanganan pascapanen sayuran dan buah-buahan dalam rumah pengemasan. Makalah Pelatihan Pascapanen Sayuran dan Buah-buahan. Bogor, 10-15 Mei 1993.

Departemen Pertanian, 2003. Hama dan Penyakit penting pada Mangga. http://www.litbang.deptan.go.id/berita/one/773/. [diakses 11 Oktober 2012] Cengel, Yunus A. 2003. Heat Transfer A Practical Approach Second Edition.

New York, America; McGraw-Hill Comapanies, Inc.

FAOSTAT. 2007. http://faostat.fao.org/site/567/DesktopDefault.aspx? PageID=567 [diakses 10 Oktober 2012]

Heldman, D.R, dan R.P, Singh. 1980. Food Processing Engineering. Second Edition. Connecticut;AVI Publishing Company, Inc

Henderson, S.M dan R.L Perry 1976. Agricultural Process Engineering. Third Edition. Connecticut: AVI Publishing Company, Inc.

Lurie, Susan.1998. Postharvest heat treatment. Postharvest Biology and Technology 14(1998): 257-269

Marsudi. 2005. Kajian Teknik Unit Perlakuan Panas Metode Vapor Heat Treatment [Skripsi]. Sekolah Pasca Sarjana. Institut Pertanian Bogor.

Mohsenin, NN 1980. Thermal Properties of Food and Agricultural Material New York; Gordon and Breach Science Publisher, Inc

(45)

33 Puspitojati E.2003. Model Matematika Pendugaan Penyebaran Suhu Pada

Buah-Buahan Selama Perlakuan Panas. [Skripsi]. Teknologi Pertanian. Intitut Pertanian Bogor. Bogor

Prasetya, Dani. 2011. Ekspor Buah Mangga Indonesia Masih Terkendala Lalat Buah.http://travel.kompas.com/read/2011/11/25/14294572/Ekspor.Buah.Ind onesia.Masih.Terkendala.Ulat.buah. [diakses tanggal 10 Oktober 2012] Rohadianto, Yulia, 2008. Kajian Sifat Listrik dan Sifat Fisiko Kimia Berbagai

Jenis Buah Mangga (Mangifera spp.) pada Tingkat Kematangan Berbeda. [Skripsi] Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Pertanian Bogor. Bogor

Rokhani, H. 2002. Studies on the postharvest treatments for export preparation of tropical fruits: Mango [Dissertation]. The United Graduate School of Agricultural Sciences, Kagoshima University. Japan

Rokhani, et all. 2001. Effect of Heat Treatment on Respiraton and Quality of "Irwin" Manga J. The Journal of the Society of Agriculture Structures, Japan. Vol 32. No. 2 (Ser No. 90): 59-67

Rokhani, et all. 2009. Kajian Perlakuan Panas untuk Disinvestasi Lalat Buah pada Mangga Gedong Gincu. Makalah pada Seminar Nasional Teknik Pertanian 18-19 November 2008, Yogyakarta

Satuhu, S. 2000/1999. Penanganan Mangga Segar Untuk Ekspor. Penebar Swadaya. Jakarta.

Setyadjit dan Sjaifullah. 1992. Pengaruh ketebalan plastik untuk penyimpanan atmosfer termodifikasi mangga arumanis dan indramayu. Jurnal Hortikultura 2(1):31-42.

Setyawan, Aris 2008. Rancang Bangun dan Uji Performasi Unit VHT (Vapor Heat Treatment) unttuk Penangan Pascapanen Pepaya. [Skripsi]. Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor. Bogor

Siswanto, B et all.1997. Mengendalikan Hama dan Penyakit Mangga. Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Karangloso. IPPTP Wonocolo:Jawa Timur SNI 01-3182-1992. Penentuaan Kadar Air

Surachmat. 1985. Mangga (Mangifera indica, L.). Yasaguna. Jakarta.

Trisasiwi, Wiludjeng. 2002). Penentuan Difusivitas Massa Buah Mangga (Mangigera indica L) [Makalah]. Pertanian. Universitas Negeri Jenderal Soedirman. Banyumas

Untung, O. 1999. Agar Tanaman Berbuah di Luar Musim. PT. Penebar Swadaya, Jakarta.

Verheij, E. W. M. Dan Coronel, R. E. 1997. Sumber Daya Nabati Asia Tenggara 2: Buah-buahan yang Dapat Dimakan. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

(46)

34

Lampiran 1 Coding program penyebaran suhu buah mangga gedong gincu selama proses vapor heat treatment

' **** Deklarasi data input ****

' **** Deklarasi bilangan fourier **** Global Fo As Single

' **** Deklarasi bilangan biot **** Global Bi As Single

(47)

35 Label26.Caption = Cp1

Label26.Visible = True

k1 = (Alpha * Cp1 * Rho1) / 60 Label24.Caption = k1