Pengertian Teknik Pengolahan Hasil Pertanian

Teknik Pengolahan Hasil Pertanian (PNG 327)

Dr. Andasuryani, S.TP, M.Si

OUTLINE

• PENDAHULUAN

– Pengertian Teknik Pengolahan Hasil Pertanian

Pengertian Teknik Pengolahan Hasil Pertanian

• Teknik Pengolahan Hasil Pertanian

“

Agricultural Processing Engineering

”

• Teknik Pengolahan:

– Suatu seni dan ilmu yang mempelajari tenaga dan sumber daya

• Pengolahan:

– Semua aktivitas yang merubah bentuk, ukuran dan sifat-sifat dari hasil pertanian untuk meningkatkan kualitas dan kuantitasnya.

– Contoh

• Pada Teknik Pengolahan yang terpenting adalah : hasil akhir

• Kenapa??

– Hasil akhir yang akan dijual/dipasarkan sehingga hasil akhir harus mempunyai kualitas yang baik. Untuk itu diperlukan teknik-teknik pengolahan yang :

• Dapat meningkatkan mutu

• Produktivitas yang tinggi (Hasil/satuan waktu)

• Efisiensi tinggi

• Pengolahan bisa bersifat

– Sederhana/ home industry

• Hasil-hasil pertanian dapat berupa:

– Tanaman semusim

– Tanaman tahunan

– Tanaman perkebunan/ industri

– Tanaman pangan

– Tanaman hortikultura

• Sayuran

• Buah-buahan

Aktivitas-aktivitas dalam Teknik Pengolahan

a) Pembersihan (Cleaning)

– Membuang bahan-bahan asing/ kotoran seperti debu, batu, dll

• Contoh: kentang  pencucian

• Padi udara

b) Sortasi (Sorting)

– Pemilihan/ pemisahan bahan yang buruk, busuk dari bahan yang baik

c) Penentuan mutu/kualitas (Grading)

• Contoh: penentuan mutu kentang

Grade A ukuran, mata tunas, kulit ???

d) Perlakuan (Treating)

• Contoh : perontokan gabah

: pemipilan jagung

: pengupasan kacang, dll

e) Pengeringan (Drying)

– Proses pengeluaran air dari bahan sampai keadaan kadar air yang setimbang dengan keadaan udara atmosfer normal

k) Persiapan pembersihan (Dressing)

• Contoh: menguliti ayam

l) Penyimpanan (Conditional Storage) m) Memecah (Crushing)

Contoh: memecah polong-polongan seperti kemiri

n) Penanganan (Handling)

o) Pengecilan ukuran (Size Reduction) p) Penyejukan (Air Conditioning)

KESETIMBANGAN MASSA DAN ENERGI

Dr. Andasuryani, S.TP, M.Si

OUTLINE

• KESETIMBANGAN MASSA DAN ENERGI

– Prinsip kesetimbangan massa

– Aplikasi kesetimbangan massa

– Langkah-langkah dalam menentukan kesetimbangan massa

– Perhitungan kesetimbangan massa

– Konsep kesetimbangan energi

PRINSIP KESETIMBANGAN MASSA

• Hukum kekekalan massa

– Materi tidak dapat diciptakan atau dihilangkan, tetapi hanya berubah bentuk.

• Prinsip ini juga berlaku pada proses pengolahan bahan pertanian

– Bahan yang masuk pada suatu proses pengolahan akan sama dengan bahan yang keluar, yang berubah hanya wujud.

• Prinsip kesetimbangan massa banyak diaplikasikan dalam merancang proses pengolahan hasil pertanian

– Pengupasan

– Sortasi

– Ektraksi

– Pengeringan

– Evaporasi, dll.

• Namun dalam prakteknya, bahan input ≠bahan output

– Penyebabnya:

• Dalam proses apapun jika tidak ada akumulasi dalam peralatan prosesnya, maka jumlah bahan yang masuk akan sama dengan jumlah bahan yang keluar.

• Dengan demikian,

– Jumlah bahan yang masuk dalam proses pengolahan = jumlah

bahan yang keluar sebagai produk yang dikehendaki+ jumlah yang hilang atau terakumulasi dalam peralatan pengolahan

• Secara matematis dinyatakan :

• Proses pengolahan yang tidak mengalami akumulasi atau hilang disebut “

steady state

process

”

1) Pada proses pengeringan

• Bahan basah dimasukkan ke dalam sistem pengeringan,

kemudian air akan dibawa oleh udara pengering menjadi fase uap dan setelah proses pengeringan selesai diperoleh bahan yang sudah berkurang kadar airnya.

• Sesuai dengan prinsip kesetimbangan massa, maka berat bahan basah yang masuk ke dalam sistem pengeringan

seharusnya sama dengan berat bahan kering + jumlah uap air yang keluar.

2) Pada proses evaporasi

3) Pada proses sortasi buah

• Dilakukan proses pemisahan buah yang rusak (busuk, memar dll) dari buah yang baik (sesuai standar mutu) dan materi lain yang tidak diinginkan (daun, ranting, kerikil, dll).

• Dengan demikian aplikasi kesetimbangan massa dapat digunakan untuk menghitung:

– Rendemen dari proses ekstraksi atau sortasi

– Proporsi campuran bahan dalam suatu formulasi

– Kehilangan dalam proses

• Beberapa istilah yang diperlukan dalam menyelesaikan permasalahan dalam kesetimbangan massa

– Kesetimbangan massa total

– Kesetimbangan massa komponen

– Basis

– Tie material

• Total massa semua input dan output yang terlibat dalam proses

• Total proses yang terlibat dalam aliran bahan (tidak memperlihatkan per tahap proses)

• Komponen adalah sesuatu yang terkandung dalam bahan dan

persamaan matematika dibuat berdasarkan komponen tersebut.

• Pada pengolahan bahan pertanian yang dimaksud dengan

komponen adalah kadar air, kadar protein, kadar gula, kadar lemak dll.

• Pada pemecahan persoalan kesetimbangan massa, kadang-kadang perlu mempertimbangkan kesetimbangan komponen

– Misalnya proses mixing atau pencampuran bahan berprotein tinggi dengan protein rendah

• Pada proses yang terputus (batch), jumlah input bahan ke dalam proses dapat diketahui dengan mudah

• Pada proses kontinu, kadang-kadang sulit untuk menentukan secara tepat jumlah input dan output sehingga dapat digunakan bilangan bulat tertentu sebagai perumpamaan misalnya 100 kg, 1000 kg dsb (per satuan waktu tertentu).

• Bilangan bulat yang digunakan sebagai perumpamaan disebut dengan basis.

– Basis dapat diberikan pada input ataupun output, biasanya tergantung pada pada cabang rantai yang paling sedikt.

•

Tie material

merupakan komponen yang selama pengolahan tidak mengalami perubahan jumlah, sehingga komponen ini dapat menghubungkan suatu sub proses dengan sub proses lainnya.

• Contoh

– Pada proses pengeringan: total padatan

– Pada proses evaporasi susu: kandungan lemak

– Pembuatan jam/jelly : kandungan pektin

Tahapan menentukan kesetimbangan massa

1. Menggambar proses, lengkap dengan anak panah masukan dan keluaran pada setiap tahapan proses

2. Memasukkan variabel-variabel yang sudah diketahui.

– Untuk variabel yang belum diketahui dapat menggunakan simbol huruf.

– Apabila input bahan atau output bahan tidak diketahui secara pasti, masukan tie material pada tahap proses yang diperlukan untuk

mempermudah perhitungan.

3) Membuat persamaan matematika sederhana. Jumlah persamaan tergantung dari variabel yang belum diketahui.

4) Memecahkan persamaan-persamaan dengan perkalian, pembagian, penjumlahan, pengurangan dan pengolahan matematis sederhana lainnya.

5) Menyimpan kembali dari hasil pemecahan persamaan matematika. Misalnya bila komponen B =10% menyatakan rendemen, maka

Contoh (1):

• 100 kg gabah basah dengan kadar air 19% dikeringkan hingga kadar air 10%. Hitung rendemen gabah kering dan air yang hilang

• Penyelesaian :

Pengeringan 100 kg gabah (A)

B air

Gabah kering (C)

• Kesetimbangan massa total

Gabah basah (A) = Air yang menguap (B) + Gabah kering (C)

100 kg = B+ C (1)

• Kesetimbangan komponen air

Air di A = Air di B + Air di C

0.19A = B+ 0.1 C

0.19 (100kg) = B +0.1 C

19 kg= B + 0.1 C (2)

• 100 kg = B + C

• 19 kg = B + 0.10 C

• 81 kg = 0.90 C

• C = 81 kg /0.90 = 90 kg

• Dengan demikian :

– Rendemen : 90 kg/ 100 kg * 100 % = 90 %

– Air yang hilang:

• B = A-C

Contoh (2):

• Dalam pembuatan susu bubuk, dimasukkan susu segar ke dalam alat pengering semprot ( spray drier). Susu segar terdiri dari komponen air 90%, lemak 5%, protein 3% dan komponen lainnya 2%. Sedangkan susu bubuk mempunyai kadar air 10 %. Diasumsikan jumlah protein, lemak dan

Penyelesaian :

• Karena belum tahu berapa jumlah masukan dan keluarannya, maka diperlukan basis perhitungan.

• Misalnya, basis yang dipilih adalah masukkan sebanyak 100 kg.

• Kesetimbangan massa total

Susu segar (A) = Air yang menguap (B) + Susu bubuk (C)

100 kg = B+ C (1)

• Kesetimbangan komponen air

Air di A = Air di B + Air di C

0.90A = B+ 0.1 C

0.90 (100kg) = B +0.1 C

90 kg= B + 0.1 C (2)

• 100 kg = B + C

• 90 kg = B + 0.10 C

• 10 kg = 0.90 C

C = 10 kg /0.90 = 11.11 ≈ 11 kg

• Dengan demikian :

– Rendemen : 11 kg/ 100 kg * 100 % = 11 %

– Komposisi akhir :

• Lemak 5 kg = (5/11)* 100% = 45.5 %

• Protein 3 kg = (3/11) * 100% = 27.3 %

KESETIMBANGAN ENERGI

• Kesetimbangan energi pada suati sistem berdasarkan pada prinsip Hukum Kekekalan Energi

– Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi dapat berubah bentuk

• Kesetimbangan energi berkesinambungan dengan kesetimbangan massa

– sehingga prinsip perhitungan kesetimbangan energi mirip dengan kesetimbangan massa

• Prinsip dasar kesetimbangan energi dapat dinyatakan dengan persamaan

– Energi yang masuk = energi yang keluar + akumulasi di dalam sistem

• Pada kondisi steady state dimana tidak terjadi akumulasi energi di dalam sistem, maka persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi:

Tahapan dalam menyelesaikan kasus

kesetimbangan energi

• Gambarlah diagram yang mencerminkan proses, kemudian lengkapi dengan informasi-informasi baik input maupun output yang tersedia. Dalam hal ini, batas dari sistem dapat merupakan batas yang nyata (misalnya dinding dari mesin blansir) atau batas yang imaginer

• Tetapkan sistem dengan titik-titik yang mengelilingi sistem tersebut

• Gunakan simbol atau huruf tertentu untuk mengidentifikasi variabel-variabel yang tidak diketahui

• Buatlah persamaan energi dan massa (total dan komponen) dan selesaikanlah dengan menggunakan persamaan matematika.

Contoh

• Susu akan disterilisasi dalam sistem UHT dengan menggunakan penukar panas ( heat exhanger). Susu dialirkan ke dalam sistem UHT dengan kecepatan 5000 kg/jam untuk melewati penukar panas pada suhu 1350_{C selama 6 detik. Suhu awal susu adalah}

150_{C. Penukar panas memiliki tekanan uap 313.18 kPa dan 100% kualitas uap air}

(artinya seluruh uap air berada dalam fase gas dan digunakan sebagai media pemanas).

– Hitunglah laju aliran dari uap air ( media pemanas)(ms, kg/jam) yang masuk ke dalam penukar panas agar kondisi proses yang diinginkan tercapai? Diketahui panas jenis susu adalah 3.894 kJ/kg0_{C, panas jenis uap air adalah 4.28 kJ/kg} 0_C

– Tentukan persamaan kesetimbangan energi yang menggambarkan energi yang masuk dan energi yang keluar.

Susu, T= 15 0_C

Uap air (ms) P= 313.18 kPa

Kondensat (mc) T= 135 0_C

• Laju energi yang masuk dihitung dari kandungan energi dari susu dan uap air a) Untuk susu yang masuk (gunakan suhu 0 0_{C sebagai suhu referensi)}

Qin susu = m Cp (Tm-Tref)

Qin susu = (5000 kg/jam )x (3. 894 kJ/kg 0_{C)x (15-0)} 0_C

Qin susu = 292 050 kJ/jam b) Untuk uap air:

Karena diketahui 100% kualitas uap, berarti semua uap air berada dalam fase gas. Dengan menggunakan Tabel Uap diperoleh nilai hg pada suhu 135 0_C

adalah 2727.3 kJ/kg sehingga Qin uap = (ms) x (hg)

• Energi yang keluar dihitung dari kandungan energi dari susu yang keluar dan kondensat uap air

a) Untuk susu yang keluar (gunakan suhu 0 0_{C sebagai suhu referensi)}

Qout susu = m Cp (Tm-Tref)

Qout susu = (5000 kg/jam )x (3. 894 kJ/kg 0_{C)x (135-0)} 0_C

Qout susu = 2 628 450 kJ/jam b) Untuk kondensat uap air:

Qout kondensat = mc x Cp x (Tsteam-Tref)

Qout kondensat = mc x(4.28 kJ/kg 0_{C) x (135-0)} 0_C

• Kesetimbangan energi:

• Qin susu + Qin uap air = Qout susu + Qout kondensat

• 292 050 kJ/jam + (ms) x (2727.3 kJ/kg)= 2 628 450 kJ/jam + (mc) x (577.8) kJ/kg) • (ms) x (2727.3 kJ/kg) - (mc) x (577.8) kJ/kg) = 2 628 450 kJ/jam - 292 050 kJ/jam • (2149.5 kJ/kg ) x m= 2 3336 400 kJ/jam

Contoh 2

• Sebanyak 2000 kaleng yang berisi buah mangga dipanaskan di dalam retort sehingga mencapai suhu 1160_{C. Diinginkan untuk}

mendinginkan suhu kaleng sebelum dikeluarkan dari dalam retort sehingga suhunya menjadi 350_{C. Berapa banyak air pendingin yang}

diperlukan untuk mendinginkan, jika suhu pendingin yang masuk adalah 200_{C dan ketika keluar adalah 30}0_{C. Diketahui panas jenis}

uap air adalah 4.28 kJ/kg 0_{C, panas jenis mangga dalam kaleng}

3.770 kJ/kg 0_{C dan panas jenis kaleng 0.46 kJ/kg} 0_{C . Panas yang}

• Energi dihitung dari energi air pendingin dan energi yang dilepaskan oleh retort, kaleng dan mangga sebagai berikut:

• Energi dari air pendingin:

– Qair = mair Cp (Tout-Tin)

• Panas yang dilepaskan oleh retort, kaleng dan buah mangga

• Qretort = 75 000 kJ

• Qkaleng = mkaleng Cp (T2-T1)

– m kaleng =(55 g/kaleng) x (2000 kaleng) x (1 kg/1000gr)= 110 kg

• Sehingga

• Qkaleng = mkaleng Cp (T2-T1)

• = 110 kg x 0.46

kJ/kg

0

_{C x (116-35)}

0_C

• = 4 098.6 kJ

• Q mangga = mmangga Cp (T2-T1)

– m manga = (450 g/kaleng) x (2000 kaleng) x (1 kg/1000gr)= 900 kg

– sehingga

• Q mangga = m mangga Cp (T2-T1)

• = 900 kg x 3.770

kJ/kg

0

_{C x (116-35)}

0_C

• = 274 833 kJ

• Q sistem = Q retort + Q kaleng + Q mangga

•

Q sistem = (75 000 + 4 098.6 + 274 833 ) kJ=

353 931.6 kJ

• Kesetimbangan energi

• Q air = Q sistem

• mair 42.8 kJ/kg = 353 931.6 kJ

Prinsip Psikometrika

Dr. Andasuryani, S.TP, M.Si

Prinsip Psikometrika

• Sifat-sifat udara dapat dipahami dengan psikometrika

• Diantaranya :

– Kandungan uap air di dalam udara

– Kelembaban relatif

– Suhu bola kering

– Suhu bola basah

– Titik embun

– Entalpi penguapan

– Volume spesifik

• Psikometrik menggambarkan hubungan yang mendefenisikan sifat fisik dan panas dari campuran udara dan uap air

• Prinsip psikometrik banyak digunakan dalam desain dan analisis sistem pengolahan dan penyimpanan

• Sifat-sifat udara kering yang penting adalah:

– Suhu bola kering – Volume spesifik – Panas jenis

– Entalpi

• Sifat-sifat uap air adalah: – Volume spesifik

– Panas jenis – Entalpi

• Sifat-sifat campuran udara dan uap air adalah:

– Suhu/titk embun (dew point) – Kelembaban mutlak

– Kelembaban relatif

1) Sifat-sifat Udara Kering

• Udara kering:

– Udara yang tidak mengandung uap air dalam komposisinya

• Udara kering tersusun dari :

– campuran gas, dimana komposisinya akan bergantung pada letak geografis dan ketinggian

• Secara umum komposisi udara kering terdiri dari:

– Gas nitrogen, oksigen, argon, karbondioksida, neon, helium, dan gas lain (metana, sulfur oksida, hidrogen, kripton dan xenon)

Komposisi udara standar

Komponen Persen (% v/v) Nitrogen 78,084

Oksigen 20,947

Argon 0,934

Karbondioksida 0,314

Neon 0,018

Helium 0,000524 Gas lain (metana, sulfur oksida, hidrogen,

kripton dan xenon)

1) Sifat-sifat Udara Kering

•

a) Suhu bola kering (

dry-bulb temperature

)

– Suhu bola kering : Suhu yang ditunjukkan oleh sensor termometer.

– Suhu udara yang dinyatakan sehari-hari menyatakan suhu bola kering

– Suhu bola kering diukur dengan meletakkan termometer di udara.

– Suhu udara kering tidak tergantung dari jumlah uap air di udara

•

b) Volume spesifik

• Volume spesifik dari udara kering (V’a) dapat ditentukan

berdasarkan hukum gas ideal

• Ta = suhu (0_K)

• Pa= tekanan parsial udara kering (kPa)

• Ra= konstanta gas (287,055 m3_{. Pa/kg} 0_K)

• Va= volume spesifik (m3_{/kg udara kering)}

1) Sifat-sifat Udara Kering

•

c) Panas jenis

• Panas jenis udara kering pada tekanan 1 atm pada suhu -40 0_C sampai 600_{C bervariasi dari 0,997-1,022 kJ/kg.K}

1) Sifat-sifat Udara Kering

•

d) Entalpi

– Entalpi : jumlah panas yang terdapat di dalam udara kering yang dibandingkan dengan suatu referensi

– Dalam perhitungan psikometrik, entalpi diukur pada tekanan atmosfer dan suhu 00_{C, dimana entalpi dapat dihitung dengan}

persamaan:

• To= suhu referensi (C)

• Ha= entalpi (kJ/kg udara kering)

2. Sifat Uap air

•

Uap air terdapat di dalam udara, udara yang

mengandung uap air disebut

udara basah

.

•

Uap air yang terdapat dalam udara umumnya berada pada

fase lewat jenuh (

superheated

), tetapi pada keadaan tertentu

uap air akan mengembun yang menyebabkan terjadinya

2. Sifat Uap air

•

a) Volume spesifik

• Pada suhu di bawah 660_{C, uap air mengikuti sifat gas ideal dan volume spesifik}

dapat ditentukan dengan persamaan

• Tw = suhu (0_K)

• Pw= tekanan parsial uap air (kPa)

• Rw= konstanta gas uap air (461, 52 m3_{. Pa/kg} 0_K)

•

b) Panas Jenis uap air

• Panas jenis uap air pada tekanan 1 atm dan tekanan -71 sampai 124 0_{C relatif konstan, yaitu 1,88 kJ/kg K.}

• c) Entalpi uap air

3) Sifat Campuran Udara dan Uap air

•

a) Titik embun

• Titik embun adalah suhu pada saat uap air menjadi embun atau mengalami kondensasi.

• Kondensasi terjadi pada kelembaban relatif ( RH 100%).

3) Sifat Campuran Udara dan Uap air

•

b) Kelembaban mutlak (

absolute humidity

)

• Kelembaban menunjukkan kandungan air di udara yang dinyatakan dengan jumlah/ massa dari air dalam udara kering.

• Kelembaban mutlak ditulis dengan simbol H dan dinyatakan dalam satuan kg air/ kg udara kering.

3) Sifat Campuran Udara dan Uap air

•

c) Kelembaban relatif

• Merupakan perbandingan parsial tekanan uap air

sesungguhnya dengan tekanan uap air dalam kedaan jenuh.

• Dinyatakan dalam simbol %RH

• Dapat dinyatakan dalam persamaan:

– Pw = tekanan parsial uap air

3) Sifat Campuran Udara dan Uap air

•

d) Panas jenis

• Panas jenis campuran udara dan uap air adalah: jumlah panas (kJ) yang diperlukan untuk meningkatkan suhu 1 kg udara

kering dan uap air sebesar 1 0_K.

– Cs = panas jenis campuran udara dan uap air (kJ/ kg K)

3) Sifat Campuran Udara dan Uap air

•

E) suhu bola basah

• Suhu bola basah merupakan suhu yang dibaca pada termometer pada saat terjadi kesetimbangan antara campuran uap air diudara dengan air.

• Suhu bola basah berhubungan dengan jumlah air diudara.

• Suhu ini merupakan hasil pengukuran dengan termometer yang ujungnya dibungkus dengan kapas basah.

Kurva Psikometrik:

• Kurva psikometrik:

• Kurva yang menggambarkan sifat-sifat fisik dari udara kering, uap air dan campuran udara dan uap air.

• Sumbu x: suhu udara yang dinyatakan dalam 0_{C atau} 0_F.

PENGERINGAN

Dr. Andasuryani, S.TP, M.Si

PENGERINGAN

• Outline :

– Defenisi Pengeringan

– Tujuan Pengeringan

• Defenisi Pengeringan

• Proses pengeluaran air dari bahan pangan dengan menggunakan energi panas sehingga tingkat kadar air dari bahan tersebut

menurun.

• Pada proses pengeringan terjadi penghilangan sebagian air dari bahan pangan

• Proses pengeringan biasanya disertai dengan proses

• Proses penting yang terjadi dalam pengeringan:

– Pindah panas, yang mengakibatkan penguapan air

– Pindah massa, yang mengakibatkan pergerakan air atau uap air melalui bahan yang kemudian mengakibatkannya terpisah dari bahan.

• Pergerakan air dari dalam bahan terjadi melalui proses difusi yang disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan uap air

antara bagian dalam dan permukaan bahan.

Tujuan Pengeringan

• Pengawetan bahan:

– Mengurangi kandungan air dalam bahan sehingga dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang dapat

menyebabkan kerusakan bahan pangan dan memperpanjang daya simpannya

• Peningkatan efisiensi transportasi/distribusi, pengemasan dan penyimpanan:

Cara penghilangan air dalam proses pengeringan

• Pengeringan yang terjadi pada tekanan atmosfer

– Panas dipindahkan dari udara kering ( air drying) atau dari

permukaan benda ( seperti logam) yang dipanaskan yang kontak langsung dengan bahan sehingga mengakibatkan air dari bahan dipindahkan ke udara.

• Pengeringan yang terjadi pada tekanan vakum (

vacuum

drying

)

– Pindah panas dilakukan pada tekanan rendah sehingga air lebih

• Pengeringan beku (

freeze drying

)

– Pengeringan dengan cara mensublimasi air dari fase padat (beku) langsung menjadi uap air dengan cara pengaturan suhu dan

Teori Dasar Pengeringan

• Air murni berada dalam tiga fase:

– Padat

– Cair

– Uap

• Apabila panas dialirkan pada bahan, maka bahan akan mengalami peningkatan suhu dari T1 ke T2

• Terjadi perubahan fase dari air menjadi uap pada tekanan

konstan. Pada suhu T akan terjadi transisi dari cair ke uap air yang melibatkan panas laten. Penguapan air juga dapat

dilakukan dengan menurunkan tekanan sehingga dibawah

tekanan atmosfer pada suhu konstan. Proses sublimasi dapat terjadi apabila air dalam fase padat (es) ditempatkan pada

Jenis air dalam bahan

• Air bebas, yaitu air yang tidak terikat pada bahan padat dalam jaringan pangan. Sifat-sifat fisik dan termodinamika air ini

adalah seperti air murni.

• Air yang terikat secara mekanik, yaitu air yang memiliki gaya tegangan permukaan. Air jenis ini terdapat dalam ruang

• Air yang teradsorpsi pada permukaan bahan padat karena adanya ikatan yang lemah antar-molekul yaitu gaya

van der

Waal

.

• Air terikat secara kimia. Kekuatan ikatan kimia ini sangat

bervariasi, misalnya air hidrasi pada garam anorganik seperti kalsium-sulfat terikat secara reversibel.

– Air yang merupakan bagian dari struktur kimia bahan padat, misalnya air dalam karbohidrat. Kehilangan air ini bersifat

• Semakin lemah derajat keterikatannya, maka air akan semakin mudah dilepaskan dan sebaliknya.

Contoh perhitungan pengeringan

10 ton gabah dikeringkan dengan pengering tipe bak. Kadar air awal 28 % dikeringkan sampai 14 %. Untuk mengeringkan

digunakan udara luar 30 0_{C dan RH 70% yang dipanaskan} sampai 80 0_{C. Udara yang keluar dari pengering mempunyai}

suhu 40 0_{C. Hitung waktu pengeringan dan jumlah energi apabila} laju udara yang digunakan 600 m3_{/menit. Bila menggunakan}

•

Kadar air merupakan ungkapan untuk menyatakan jumlah

massa air dalam produk.

•

Kadar air, KA (

moisture content

, M) dikemukakan dengan dua

cara:

– KA (basis kering, bk) = berat air/berat massa kering x 100%

massa air, wa

massa kering, wk

Kadar air basis kering, KA (bk) = wa/wk x 100%

Harga wa berkisar dari 0 s/d oo sehingga KA (bk) berkisar dari 0 s/d tak terbatas.

B er at ke rin g w k s eb ag a i p em ba gi ko n stan sehingga mudah untuk perhitungan.

Kadar air basis basah,

KA (bb) = wa/(wk+wa) x 100%

Harga wa berkisar dari 0 s/d (wa+wk) sehingga KA (bk) berkisar dari 0 s/d 100% atau 1.

Laju Pengeringan

• Laju pengeringan suatu bahan yang dikeringkan antara lain ditentukan oleh sifat bahan tersebut seperti

– Bulk density

– Kadar air awal

– Hubungannya dengan kadar air kesetimbangan pada kondisi pengeringan.

• Laju pengeringan maksimum biasanya tidak dipakai.

– Hal ini untuk mengurangi dan mencegah terjadinya pengkerutan, pengerasan permukaan, retak permukaan bahan serta akibat lain yang tidak diinginkan terjadi pada pengeringan produk pangan

• Tahap A – B, tahap ini merupakan periode

pemanasan (warming up period), terjadi selama kondisi permukaan bahan menuju keseimbangan dengan udara pengering.

• Pada periode ini tidak banyak terjadi perubahan kadar air dari bahan yang akan dikeringkan.

• Tahap B – C, tahap ini dikenal

sebagai periode laju pengeringan tetap (

constant rate period

).

• Selama periode ini permukaan bahan tetap jenuh dengan air

karena pergerakan air dalam bahan menuju permukaan seimbang

• Titik C adalah titik kadar air kritis (

critical moisture content

).

• Titik kadar air terendah di mana laju pergerakan air bebas dari dalam

bahan ke permukaan bahan sama dengan laju penguapan air

• Proses pengeringan melibatkan proses pindah panas secara

– Konveksi:

• udara sebagai medium pemanas dan berkontak langsung dengan bahan.

• Contoh: oven, fluidized bed dryer,spray dryer, flash dryer, rotary dryer

– Konduksi:

• medium panas yang digunakan adalah uap air (steam) yang dialirkan melalui penukar panas atau permukaan logam

• Contoh: drum dryer dan cone dryer

– Radiasi:

• panasnya berasal dari energi radiasi

• Pengering kabut digunakan untuk mengeringkan cairan dari kadar air 80% sampai 4 %. Kadar air kritis adalah 50%.

Udara yang digunakan untuk pengeringan adalah 30 0_{C dan}

RH 70% yang dipanasakan sampai 110 0_{C. Apabila laju}

bahan masuk adalah 1000 kg/jam dan jari-jari alat

pengering adalah 1 m. Berapa tinggi alat pengering? Bila diameter yang dihasilkan atomizer 40-70μm. Udara keluar pada suhu 55 0C. Suhu bahan masuk 41 0C, L =2325 kJ/kg, k= 0.032 W/m 0_C, ρ _{1= 1075 kg/m}3_, ρ _{2= 1440 kg/m}3_{, Cp}

PENGENTALAN BAHAN

Dr. Andasuryani, S.TP, M.Si

PENGENTALAN BAHAN

• Outline :

– Defenisi Pengentalan

– Tujuan Pengentalan

• Pengentalan merupakan proses untuk menghilangkan sebagian air pada produk pangan cair.

• Tujuan pengentalan adalah mengurangi sejumlah air sehingga menurunkan volume produk  memudahkan transportasi dan penyimpanan.

• Pengentalan dilakukan dengan menaikkan suhu produk sampai titik didihnya dengan lama tertentu.

– Untuk produk pangan yang sensitive terhadap panas, maka pengentalan dapat dilakukan dengan tekanan vakum.

Alatnya: Effect atau Evaporator

• Empat komponen utama evaporator adalah

– a) tabung evaporator

– b) sumber panas

– c) kondensor

– d) pompa vakum.

• Jenis effect

– Effect tunggal

• Untuk evaporator majemuk, maka berdasarkan aliran bahan dan pemanas dapat dibedakan menjadi :

– Pengumpanan muka

– Pengumpanan belakang

• Untuk mendisain evaporator, maka diperlukan perhitungan kesetimbangan massa dan energi.

• Untuk menggambarkan kesetimbangan massa dan energi pada evaporator tunggal dapat diilustrasikan dengan gambar

berikut

• Kekekalan massa

• Kekekalan energi

Kekekalan massa

• F= laju produk masuk, kg/jam

• P = laju produk keluar, kg/jam

• X _F = fraksi padatan produk masuk,

• X _P = fraksi padatan produk keluar,

• S = laju steam masuk, kg/jam

• V = laju uap air keluar, kg/jam

• T _F = suhu produk masuk, 0_C

• T _P suhu produk keluar, 0_C

• C _PF = panas spesifik produk masuk, kJ/(kg. 0_C)

Contoh

• Produk pangan dengan kadar air 90% dimasukkan ke dalam effect dengan laju 3000 kg/jam. Apabila kadar air produk keluar dari effect menjadi 40%. Berapakah laju uap yang

Penyelesaian:

Contoh Soal Evaporator Majemuk dengan Pengumpanan Belakang

• Soal sama seperti pada effect tunggal, dengan koefisien

pindah panas total pada masing-masing effect adalah sebagai berikut:

• U1=1000 (W/(m 2 _.C)

• U2=800 (W/( m 2 _.C)

• U3=600 (W/(m 2 _.C)

Pengumpanan Muka

• Contoh Soal Evaporator Majemuk

• Soal sama seperti pada effect tunggal, dengan koefisien

pindah panas total pada masing-masing effect adalah sebagai berikut:

• U1=1000 W/(m 2 .K)

• U2=800 W(/m 2 .K)

• U3=600 W/(m 2 .K)

SORTASI DAN GRADING

Dr. Andasuryani, S.TP, M.Si

Sortasi dan grading merupakan proses yang penting setelah pembersihan.

Sortasi ?

Grading ?

• Sortasi : pemisahan produk yang sudah bersih menjadi bermacam-macam kualitas atas dasar sifat-sifat fisik.

• Grading: sortasi produk menjadi bermacam-macam fraksi kualitas sesuai dengan standar klasifikasi yang telah diakui atas dasar nilai komersial dan kegunaannya.

Tujuan sortasi dan grading?

a) Memperoleh kualitas yang lebih baik dan seragam (baik bahan mentah maupun produk akhir yang dihasilkan)

b) Memberikan standarisasi dan perbaikan-perbaikan cara pengolahannya

Siapa yang menetapkan standar

grading?

a) Pemerintah

Di Indonesia :

- Departemen perdagangan & perindustrian

SII (mencakup defenisi, syarat-syarat mutu, cara pengambilan contoh dan pengujiannya)

- Departemen pertanian

Di Amerika Serikat: USDA

1) Kadar air

8) Benda-benda Asing 9) Kepadatan

10) dlll

1) Komponen Kimia 2) Ketengikan

3) Indeks Asam Lemak Bebas 4) Bau

5) Cita rasa 6) Residu 7) dll

1) Perkecambahan 2) Pertunasan

3) Jenis dan jumlah kerusakan oleh

Cara-cara sortasi ?

• a) Cara Manual

– Pada umumnya dikerjakan dengan tenaga manusia: : memerlukan tenaga terampil dan terlatih

: memerlukan jumlah tenaga kerja yang banyak

– Produk dipisahkan berdasarkan sifat-sifat visual misal : produk baik dengan produk jelek

: produk ukuran besar dengan ukuran kecil : produk matang dengan mentah

b) Cara Mekanis

-Menggunakan alat / mesin sortasi

-Memerlukan tenaga kerja yang relatif sedikit

Alat-alat sortasi

• 1) Ayakan

• 2) Ban berjalan yang mengembang

• 3) Roller Sorter

• 4) Weight Sorter

• 5) Separator berat jenis

• 6) Separator Dropper

Contoh Grading Buah Manggis berdasarkan Standar Nasional Indonesia SNI 0-13211-1992

Grade Jumlah buah (dalam 1 kg)

SIZE REDUCTION

PENGECILAN UKURAN

Dr. Andasuryani, S.TP, M.Si

Pengecilan Ukuran

Pengecilan ukuran merupakan suatu proses dimana partikel yang berukuran besar

dipecah/ dipotong menjadi bagian-bagian yang lebih kecil.

Proses ini dilakukan dengan cara mekanis tanpa ada perubahan-perubahn bersifat khemis dari bahan

Tujuan pengecilan ukuran

• Untuk meningkatkan ratio antara luas permukaan dengan volume bahan sehingga akan meningkatkan laju

pengeringan, pemanasan, pendinginan, dan meningkatkan effisiensi dan laju ekstraksi komponen-komponen cairan.

• Untuk memperoleh produk dengan bentuk dan ukuran

seragam sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan sehingga mempermudah pengolahannya

• Untuk mempertinggi reaktivitas bahan sehingga proses pengolahannya berjalan dengan baik

Gaya-gaya yang bekerja

• Jenis-jenis gaya yang bekerja pada proses pengecilan ukuran adalah:

– Compression forces

– Impact forces

– Shearing forces

1. Penggilingan

• Proses yang paling banyak dilakukan

• Proses penggilingan akan mengecilkan ukuran bahan dengan jalan pemecahan

• Sifat bahan yang berpengaruh dalam pemecahan:

-Kekerasan

-Kecenderungan bahan untuk mudah pecah

• Proses penggilingan yang efisien : besarnya

2. Pemotongan

• Proses ini menggunakan mekanisme

penekanan dengan suatu pisau tipis dan tajam pada bahan yang akan dipotong

• Hasil pemotongan berupa produk dengan permukaan yang licin dan halus dengan

sedikit kerusakan yang terjadi.

Teori Pengecilan Ukuran

• A) Teori KICK

Keterangan:

P = daya untuk pengecilan ukuran (Hp) K_K = konstanya KICK

D_a= diameter sebelum dikecilkan (inci) D_b= diameter setelah dikecilkan (inci)

B) Teori RITTINGER

Keterangan:

P = daya yang diperlukan (Hp) K_R = konstanya RITTINGER

T = kecepatan umpan (ton/menit)

D_a= diameter rata-rata sebelum dikecilkan (inci) D_b= diameter rata-rata setelah dikecilkan (inci)

3. Teori Bond

Keterangan:

P = daya yang diperlukan (Hp) K_B = konstanya BOND

T = kecepatan umpan (ton/menit)

KEHALUSAN HASIL GILINGAN

• Dinyatakan dalam

– Modulus kehalusan Ф rata hasil gilingan – Indeks keseragaman (IK)

Modulus kehalusan :jumlah berat fraksi-fraksi yang tertinggal dalam setiap ayakan (%)

• Hubungan modulus kehalusan dengan diameter rata-rata hasil gilingan

• D= 0.0041 * 2 FM

– D = diameter rata-rata hasil gilingan (inci)

Susunan ayakan yang digunakan

Contoh

• Hasil analisis dengan

Tyler size, untuk 200

gr sampel tepung kedelai hasil

penggilingan dapat dilihat pada tabel. Tentukan Modulus kehalusan, Diameter rata-rata dan indeks keseragaman hasil

• FM = 287.5% = 2.875

• D = 0.0041 * 2 FM

= 0.03 inci

• IK = 1 : 5 : 4

PENGAYAKAN

Dr. Andasuryani, S.TP, M.Si

Pengertian dan manfaat

Pengayakan merupakan suatu cara pemisahan

partikel berdasarkan ukuran partikel, terutama

untuk bahan dalam keadaan kering dan bahan – bahan bersifat heterogen padat.

Manfaat:

a) Meningkatkan kualitas dan nilai ekonomis produk

Proses Pengayakan?

• Campuran bahan diletakkan diatas ayakan yang mempunyai lubang dengan ukuran yang

dikehendaki

• Dalam pemisahan akan terjadi 2 fraksi atau lebih yang berbeda ukurannya, tapi masing-masing fraksi memiliki ukuran yang lebih

seragam dibandingan dengan campuran aslinya

• Bahan yang lolos ayakan disebut undersize/

underflow

• Bahan yang tidak lolos ayakan disebut oversize/

Karakteristik bahan padat

Ciri-ciri partikel secara individual dibedakan berdasarkan sifat-sifat:

a) Bentuk b) Ukuran c) Densitas

Beberapa Harga

λ

Bentuk partikel Faktor bentuk

Bola, kubus, silinder 1

Pasir bulat 1.2

Pasir tajam 1.5

Debu batu bara 1.4

Hancuran kaca 1.5

Ukuran Partikel

• Ukuran partikel dalam unit yang berbeda

– Partikel kasar ( inci, cm)

– Partikel halus (ayakan)

– Partikel sangat halus ( mikron, milimikron)

– Partikel ultra halus ( m2_/gr)

• Menurut dimensinya, ukuran partikel dibedakan atas tiga golongan

– Rentang dimensi ( >0.125 inci, misal dadu buah-buahan, sayur)

– Rentang ayakan (0.125 – 0.029 inci, misal produk gilingan, tepung, gula, garam)

Ayakan Standar

• Cara yang umum dan mudah dalam menentukan ukuran yang termasuk

rentang ayakan adalah melalui suatu seri ayakan yang disebut dengan ayakan

Standar Tyler

• Ayakan ini sudah diakui oleh Biro Standar Amerika Serikat sejak tahun 1910. Ayakan ini digunakan sebagai dasar analisis dan

• Ayakan Tyler terbuat dari anyaman kawat dengan mesh (jumlah lubang per inci) dan dimensi yang telah ditentukan.

• Susunan seri ayakan ini didasarkan atas

ukuran lubang 200 mesh (0.0029 inci) dan Setiap ukuran lubang dari ayakan

Mesh Lubang (in) Lubang (mm)

Skala ayakan Standar Tyler

Analisis Ayakan

• Bahan yang akan diuji diambil sebnyak 250 gram dan kemudian diayak dengan Ro-tap selama 5 menit.

• Ayakan yang digunakan disusun seri dengan ukuran mesh yang terkecil dibawah dan ukuran yang besar diatas.

• Fraksi partikel yang tertinggal diatas tiap-tiap ayakan ditimbang beratnya dan kemudian dikonversikan kedalam persen.

• Hasil dari analisis disusun dalam tabel yang menunjukkan masa fraksi untuk setip ayakan sebagai fungsi dari ukuran mesh.

• Partikel yang tertinggal dalam setiap ayakan merupakan partikel yang lolos dari lubang ayakan sebelumnya dan

tertahan oleh ayakan dibawahnya maka untuk menentukan

PENANGANAN BAHAN

Dr. Andasuryani, S.TP, M.Si

PENGERTIAN

• Penanganan bahan :

pemindahan bahan yang mencakup semua pemindahan baik ke arah vertikal atau pun horizontal

ALAT-ALAT PENANGANAN

BAHAN

1) Konveyor sabuk 2) Konveyor rantai 3) Konveyor ulir

4) Elevator timba

5) Konveyor pneumatis 6) Konveyor berat

7) Kran

KONVEYOR SABUK

• Effisiensi tinggi

• Dapat digunakan untuk membawa berbagai jenis dan jumlah bahan

• Memerlukan energi yang relatif rendah

• Kapasitas tinggi karena mempunyai kecepatan yang tinggi

• Kerusakan terhadap bahan yang diangkut relatif kecil, sebab selama dalam pengangkutan bahan relatif tidak banyak bergerak

Komponen-komponen konveyor

sabuk

Umpan 1) Sabuk

2) Penggerak 3) Pengumpan 4) Pengeluaran

1

4 2

1. Sabuk

• Memiliki sifat yang cukup luwes terhadap puli dan cukup lebar untuk membawa jumlah dan jenis bahan

• Memiliki kekuatan untuk menahan beban, tegangan kerja dan sifat permukaan yang resisten

• Lebar bervariasi biasanya antara 14-60 inci

2. Penggerak

• Digunakan puli penggerak yang ditempatkan pada ujung keluaran

• Puli harus cukup luas untuk menjaga kontak permukaan dengan sabuk, sehingga dapat menjamin gerakan sabuk

• Untuk membantu kontak permukaan antara puli dengan sabuk lebih baik digunakan puli diam

Puli diam dibedakan atas puli beban

dan puli balik

• Puli beban

– Berupa silinder kayu atau baja ringan untuk sabuk yang datar atau bersifat majemuk untuk sabuk yang berbentuk palung

– Jaraknya bervariasi tergantung lebar sabuk, bila semakin lebar maka jaraknya semakin pendek

• Puli balik

– Berupa rol yang silindris

– Jaraknya lebih jauh dari puli balik

3. Pengumpan

• Berupa corong untuk menempatkan bahan diatas sabuk

•

4. Pengeluran

• Berdasarkan

– Gaya berat

Kapasitas

• Besarnya kapasitas konveyor sabuk

• Keterangan:

– T = kapasitas konveyor (ton /jam)

– A = luas penampang beban diatas sabuk (ft2₎

– v = kecepatan sabuk (ft/menit)

– ρ = densitas bahan (lb/ft3₎

2000

60 x A x v x 

• Untuk mencari luas penampang beban diatas sabuk maka perlu diketahui:

– Sudut muatan lebih (surcharge) yaitu sudut yang dibentuk oleh garis singgung pada titik tepi beban dengan garis horizontal yng

Daya

• Daya untuk menggerakkan konveyor kosong

• Daya untuk mengangkut beban

Keterangan

• v = kecepatan sabuk (ft/menit)

• KA = konstanta (Tabel)

• KB = Konstanta (Tabel)

• L = panjang konveyor sabuk (ft)

• T = kapasitas konveyor (ton/jam)

Lebar sabuk

(inci) KA KB

Luas penampang pada sudut beban lebih (ft2₎

Kecepatan maksimum (ft /menit)

100 ₂₀0 ₃₀0 _Bubuk

halus

Biji-bijian

Contoh

• Suatu konveyor sabuk mempunyai sudut muatan lebih 200 _{digunakan untuk}

mengangkut kedelai sejauh 400 ft. Diketahui lebar sabuk 14 inci dan

kemiringan konveyor dengan bidang

horizontal 150_{, dan densitas kedelai 45}

lb/ft3_.

• Berapakah kapasitas konveyor?

Konveyor rantai

Konveyor sabuk Konveyor rantai

Mahal, halus tidak bersuara, cepat, secara mekanis

efisien, harus teliti dalam pembuatannya

Tidak mahal, bising, kecepatan relatif rendah, secara

mekanis kurang

Jenis konveyor rantai

• Konveyor troli/ rel

– Terdiri dari suatu lintasan yang menggantung yang berupa rel tunggal berbentuk I dengan troli yang dirangkai satu terhadap yang lain dengan menggunakan rantai.

• Konveyor pengeruk

– Terdiri dari suatu palung atau talang yang terbuka atau tertutup seperti pipa.

• Kapasitas konveyor pengeruk T= (b * d* v * ρ *0.41 *Kr )/2000 T = kapasitas konveyor (ton/jam) b = lebar pengeruk (inci)

d = kedalaman pengeruk (inci)

v = kecepatan konveyor (ft/menit)

Sudut miring Kapasitas relatif (Kr)

20 0.77

30 0.55

33000

)

*

(

*

*

*

*

2

v

L

W

F

T

L

F

H

Daya yang diperlukan

• Keterangan :

Hp = daya yang diperlukan (Hp)

v = kecepatan konveyor kosong (ft) Lc = panjang proyeksi horizontal (ft)

Fc = koefisien gesekan rantai dan pengeruk (lb/ft)

T = jumlah bahan yang diangkut (lb/menit) L = panjang proyeksi konveyor berbeban (ft) Fm = koefisien bahan

Contoh:

• Suatu konveyor pengeruk digunakan untuk mengangkut jagung setinggi 20 ft dan

kemiringan 300 _{dengan kecepatan 100 ft/menit}

dan kapasitas 45 ton/jam, serta densitas jagung 50 lb/ft3

• Berapakah lebar pengeruk, jika kedalaman pengeruk adalah 5 inci ?

• Berapakah daya yang diperlukan, jika diketahui bahwa berat pengeruk dan rantai 3lb/ft dan

Konveyor Ulir

• Komponen-komponen:

1) Palung yang panjangnya bervariasi dari 8 – 12 ft

2) Sumbu berputar yang terdapat pada bagian tengah palung

3) Ulir atau sirip yang berbentuk spiral yang dipasang pada sumbu berputar

 Ulir berputar tanpa menyentuh dasar palung

sehingga ulir akan mendorong bahan sepanjang palung

 Jumlah ulir dapat bersifat tunggal, ganda dua atau ganda tiga

 Diameter ulir bervariasi antara 3-24 inci

• Alat ini biasanya digunakan untuk membawa bahan

• (seperti bubuk, tepung, bahan-bahan bersifat granular) secara horizontal atau kemiringan dengan sudut 20 0

• Ulir dibuat dari bahan baja tahan karat, tembaga, kuningan, aluminium, besi tuang, dll

• Keuntungan konveyor ulir ini adalah sederhana dan relatif murah

Kapasitas Konveyor Ulir

• Besarnya kapasitas konveyor ulir

• Keterangan:

– T = kapasitas teoritis (ton /jam)

– D = Diameter ulir (inci)

– d = Diameter sumbu (inci)

– P = Diameter palung (inci), sama dengan D

• Kapasitas sebenarnya lebih kecil dari kapasitas teoritis, hal ini disebabkan karena:

Jarak antara ulir dengan palung

Sifat alir bahan

Panjang ulir

Tekanan bahan

Kemiringan

• Untuk menentukan besarnya kapasitas konveyor ulir yang sesuai dengan ukuran ulir, kecepatan ulir, dan

jenis bahan yang ditangani, menurut rekomendasi dari LINK-BELT Company dapat dilihat pada grafik

Daya yang diperlukan

• Besarnya daya yang diperlukan oleh konveyor ulir tergantung pada :

Panjang konveyor

Ketinggian

Jenis ulir

Viskositas bahan

Resistansi bahan

Koefisien gesekan bahan terhadap ulir dan palung

• Perlu pertimbangan penambahan daya

untuk mulai menggerakkan ulir secara penuh

untuk membebaskan bahan yang melekat pada

Daya

• Daya untuk menggerakkan konveyor ulir

Daya (Hp) Daya yang diperlukan digandakan (kali)

< 1 2

1 - 2 1.5

2 - 4 1.25

4 - 5 1.1

Contoh

• Suatu konveyor ulir digunakan untuk mengangkut kedelai sepanjang 40 ft dengan kapasitas 1200 Bu.

Elevator Timba

• Elevator Timba diperlukan untuk pemindahan bahan ke arah vertikal

• Digunakan untuk menangani biji-bijian yang kecil dalam gudang penyimpanan maupun dalam pabrik pengolahan

• Pada prinsipnya elevator timba terdiri dari dua buah roda (roda atas dan roda bawah)

• Antara kedua roda terdapat sepasang rantai atau sabuk yang tidak berujung pangkal