KARAKTERISTIK FISIK DAN TERMIK

KARAKTERISTIK FISIK DAN TERMIK

Tujuan Instruksional Khusus (TIK) pada pertemuan ini adalah :

 Mampu menjelaskan hubungan antara karakteristik fisik dan

termik bahan hasil pertanian dengan disain alat dan proses pengolahannya

Karakteristik Fisik :



Bentuk



Ukuran



Volume



Luas Permukaan



Sudut Curah



Densitas



Porositas



Warna



Penampakan

Karakteristik Mekanis



Kekerasan



Sifat Reologi



Kekuatan Kompresif



Resistensi Impak



Shear

Karakteristik Thermal



Panas spesifik



Panas Laten



Konduktivitas Panas



Difusivitas Panas

KARAKTERISTIK FISIK

1. Bentuk dan Ukuran

Tidak dapat dipisahkan

Penting untuk merancang alat seperti grading dan sortasi Dibedakan atas 2 kasus :

1. Komoditi yang bentuk dan ukurannya dapat dibedakan dengan mata telanjang

2. Produk berbentuk bubuk : kopi, garam, susu bubuk dll.  Mempengaruhi :

- penerimaan konsumen - pengemasan

- distribusi

Kriteria untuk menjelaskan bentuk dan ukuran : a. Menggunakan Tabel Standar (Standard Chart)

Bentuk Deskripsi

Bulat Mendekati bola

Oblat Pipih pada ujung tangkai dan ujung tanpa tangkai Oblong Diameter vertikal > diameter horizontal

Konik Mengecil ke arah ujung

Ovat Bentuk telur, agak lebar di ujung tangkai

Blik Aksis yang menghubungkan tangkai dan apeks ramping Abovat Ovat terbalik

Eliptikal Mendekati elipsoid Trunkat Kedua ujung datar

Unekual Setengah bagian > dari setengah bagian lainnya

Ribbed Pada potongan melintang sisinya kurang lebih angular Regular Potongan melintang horizontal mendekati lingkaran Irregular Potongan melintang horizontal menjauhi lingkaran

Potongan Membujur Oblong Oblat Unequal Trunkat Bulat Konik

Blik Potongan Melintang

Regular

Irregular

b. Kebulatan (sphericity) dan kebundaran (roundness)

o adalah ukuran ketajaman pojok (sudut) suatu benda padat

AP luas proyeksi objek terkecil o Roundness = =

AC luas proyeksi objek terbesar

Akar pangkat tiga dari hasik kali ketiga sumbu o Sphericity =

Sumbu Terpanjang

Defenisi kebulatan dan kebundaran

kebulatan=F_m/F_c

kebulatan rerata = ∑r/nR kebundaran=d_i/d_c

 Ukuran menyatakan besaran materi atau isi pada suatu komoditas yang dimanifestasikan dalam bentuk besaran : - berat - volume

- luas - panjang - lebar - diameter - tebal

 Ukuran produk tepung dinyatakan dengan mesh

(saringan), yaitu jumlah lubang persatuan luas (n/in2₎

atau N/cm2

 Penentuan ukuran buah dan sayuran : pengukuran panjang/berat atau volume.

2. Volume dan Densitas

Aplikasi dalam :

pengeringan dan penyimpanan

rancangan silo dan ruang penyimpanan mesin kompresi mekanikal

pemisahan bahan-bahan asing penentuan kemurnian benih separasi dan grading

evaluasi kematangan

tekstur dan kelunakan buah

estimasi ruang udara di dalam jaringan tanaman

evaluasi kualitas produk seperti kacang kapri, jagung manis dan kentang (densitas meningkat jika matang)

Densitas Kamba dan Densitas Nyata

Densitas Kamba = perbandingan bobot bahan dengan volume yang ditempatinya, termasuk ruang kosong di antara butiran makanan

Pengukuran :

- Menimbang bahan yang menempati wadah literan sesuai dengan volume Metode penentuan volume dan densitas :

-Gelas ukur -Piknometer -densitimeter

Densitas Nyata = perbandingan bobot bahan dengan volume yang hanya ditempati oleh butiran bahan tidak

termasuk ruang kosong.

Pengukuran 1 : • Gelas ukur diisi toluena (C6H5CH3) sampai

volume tertentu

• Kenaikan volume toluena akibat sejumlah bobot butiran = densitas nyata

Pengukuran 2 : • Dengan piknometer

• Timbang piknometer kosong (a) • Timbang piknometer + toluena (b)

• Timbang piknometer + butiran bahan yang diketahui bobotnya (X gram) + toluena sampai penuh (c)

Densitas nyata dihitung dengan rumus :

densitas toluena x bobot biji toluena x X D = =

bobot toluena yang diusir biji (b+X) - c

Densitas toluena :

b - a

 toluena = g/cm2 _{d - a}

Densitas kamba bervariasi menurut kadar air

berat air yang dipindahkan (lb)

Volume (in3_{) =}

3. Sudut Curah

• Penting untuk disain wadah, fasilitas penyimpanan, dan alat pembantu lain dalam pengolahan biji-bijian

• adalah sudut yang terbentuk antara bidang datar dengan sisi miring curahan bila sejumlah biji dituangkan dengan cepat di atas bidang datar.



d

4. Luas Permukaan

 Luas permukaan daun menentukan :  _{kapasitas fotosintesis}

 Laju pertumbuhan

 Hubungan tanaman-tanah-air

 Luas permukaan buah dan biji penting dalam :  _{Pengukuran respirasi}

 _{Penentuan warna}  Pemantulan cahaya

 Fenomena transfer panas

 Luas permukaan bahan juga menentukan image-sensor untuk keperluan otomatisasi dan robotisasi mesin-mesin pertanian.

4. Luas Permukaan...

a. Luas Permukaan Daun

• Pencetakan kontak permukaan di atas kertas yang peka terhadap cahaya

• Luas permukaan diukur dengan planimeter b. Luas Permukaan Buah

• Misal apel

 Apel dikupas dalam bentuk strip

 Gunakan planimeter untuk mengukur strip

Contoh luas permukaan beberapa buah :

5. Warna dan Penampakan

 Menentukan mutu fisik

 Pada beras dinyatakan dengan derajat sosoh atau derajat keputihan

 Pada umbi yang penting warna bagian dalam umbi  Kelainan warna menunjukkan adanya kerusakan atau

penyimpangan mutu

 Menunjukkan tingkat kematangan buah  Pedoman dalam proses pengolahan

 Ditentukan oleh :

1.Adanya sinar sebagai sumber penerangan 2.Sifat absorbsi dan refleksi spektral benda 3.Kondisi lingkungan benda

WARNA



≠ sensasinya dengan karakteristik fisik lain seperti

titik leleh, ukuran partikel, SG dll.



Merupakan persepsi manusia terhadap

penampakan dari sinyal yang diberikan oleh otak.



Dipengaruhi oleh :



Sejumlah atribut fisik (ukuran, tekstur, gloss, polarisasi,

keadaan fisik)



Serangkaian persepsi psikologis (latar belakang warna,

type cahaya, karakteristik geometri objek).

SIFAT FISIK WARNA



Defenisi warna : sebuah sensasi fisik jika distribusi energi

dari cahaya direfleksikan atau ditransmisikan oleh/melalui

bahan pangan.



Energi digambarkan sebagai spektrum elektromagnetik

yang kontiniu dengan kisaran dari sinar gamma (pjg gel 10

-5

_{nm – 10}

17

_nm.



Bagian dari spektrum elektromagnetik yang dapat dilihat

oleh mata : 380-770 nm  mempengaruhi warna.



UV = 100-380 nm



Jika sinar putih melewati anggur yang berwarna

merah, maka pigmen antosianin dari anggur akan

mengabsorbsi energi pada daerah sinar tampak.

Energi yang tidak diserap akan lewat mencapai

mata  panjang gelombang sinar yang

ditransmisikan = 700-770 nm  warna merah.



Jika panjang gelombang = 380-400 nm  warna

violet.

Tabel 1. Warna, panjang dan jumlah gelombang sinar kromatik

Warna Panjang Gelombang,

nm Jumlah gelombang x 10 4 cm-1 1. Merah 630 – 770 1.25 – 1.59 2. Jingga 610 – 630 1.59 – 1.64 3. Kuning 560 – 610 1.64 – 1.79 4. Hijau Muda 520 – 560 1.79 – 1.92 5. Hijau 480 – 520 1.92 – 2.08 6. Biru Muda 460 – 480 2.08 – 2.17 7. Biru Tua 440 – 460 2.17 – 2.27 8. Nila 420 – 440 2.27 – 2.38 9. Violet 400 - 420 2.38 – 2.50

 3 Unsur warna untuk menyatakan pengukuran warna :

- hue (warna kromatik)

- value / lightness : warna akromatik atau kecerahan - kroma : intensitas warna kromatik

 Penglihatan manusia merespon 3 warna (tri stimulus) dengan

panjang gelombang yang berbeda yaitu merah, hijau dan biru.

 Notasi standar untuk ketiga warna ini oleh International Committee

on Illumination (ICI/CIE) :

 X = merah

 Y = hijau  Z = biru

Pengukuran Warna

_{5 Cara menilai atau mengukur warna :}



Cara deskripsi



Cara gambar (chart methods)



Cara notasi  subjektif dan objektif



Cara spektrofotometri  objektif



Cara panelis ahli  subjektif

Subjektif, visual

Contoh deskripsi warna baku untuk daging sapi

No Urut/Skor Diskripsi Baku 1 Merah pink (dark pink)

2 Merah ceri (Light Cherry Red)

3 Merah ceri agak gelap (Slight dark cherry red) 4 Merah agak gelap (Moderately dark red)

5 Merah gelap (Dark red)

6. Porositas

 Ruang (void) dalam suatu massa seperti biji-bijian atau bahan porous lain.

 Penting dalam aliran udara dan panas  Disebut juga faktor pengemasan (PF)

densitas partikel solid – densitas kemasan PF =

KARAKTERISTIK MEKANIK

Sifat Permukaan, Tekstur dan Kekerasan

 Penting dalam proses pengupasan secara mekanis

 Untuk mendisain mesin grading

Jenis sifat permukaan : halus, halus berbulu halus, halus berbulu kasar, kasar tidak berbulu dan kasar berbulu.

Tekstur biasanya dihubungkan dengan kesan mulut bila dikunyah setelah di masak

o mealy (seperti bertepung) o gritty/sandy (rasa berpasir) o Sticky (pulen)

Pengertian Sifat Mekanis



Sifat mekanis adalah sifat yang berhubungan dengan

perilaku bahan akibat gaya yang diberikan terhadap bahan

tersebut.



Sifat mekanis yang berhubungan dengan perubahan

bentuk dan aliran bahan disebut dengan sifat reologi



Sifat Reologi adalah sifat fisik produk pangan/hasil

pertanian yang berkaitan dengan deformasi bentuk akibat

terkena gaya mekanis



Sifat reologi = sifat mekanis

Pengertian Sifat Mekanis



Sifat mekanis adalah sifat yang berhubungan dengan

perilaku bahan akibat gaya yang diberikan terhadap bahan

tersebut.



Sifat-sifat mekanis bahan pangan dan hasil pertanian :

1. Kekerasan

2. Kekuatan tekan

3. Tahanan geser

4. Koefisien statis

5. Koefisien luncur (sliding)

6. Koefisien gesekan

Penting dalam pengecilan ukuran pada biji-bijian

Penting dalam disain teknik

untuk memprediksi aliran bahan pada alat panen dan pengolahan Penting dalam penentuan tekanan

biji-bijian pada dinding gudang/silo

Sifat-sifat reologi : o kekentalan o kelengketan o elastisitas o plastis o lentur o kenyal

Penting untuk bahan pangan cair, kental, gel dan plastis

Contoh : dodol, jam, sirup, madu, susu kental manis, margarin,

mentega, krim, puding, bubur,minyak goreng, sari buah dll.

• Berdasarkan sifat alirannya bahan pangan cair dibedakan atas :

 Newtonian : kekentalan tidak berubah dengan meningkatnya gaya

Contoh : larutan gula encer, larutan asam, larutan garam

 Non Newtonian : kekentalan berubah dengan berubahnya gaya

Ada 3 jenis produk Non Newtonian :

1. Plastis : saus tomat, puding, sambal cabe dalam botol 2. Pseudoplastis : susu segar, santan, krim encer

3. Dilatan : mentega kacang, dispersi tepung pati, gula kental

Gaya/Shear kekentalan B. Produk Plastis C. Produk Pseudolastis Gaya/Shear kekentalan D. Produk Dilatan Gaya/Shear kekentalan

SIFAT THERMAL BAHAN



Panas jenis (C

_p

)



Enthalpy



Konduktivitas panas (k)



Difusivitas panas



Koefisien pindah panas

permukaan

Penting

dalam

proses

pemanasan

dan

pendinginan

1. Konduktivitas panas

• adalah laju pindah panas (q) melalui permukaan bahan dengan luas A jika pada benda tersebut diberikan panas dengan perbedaan suhu sebesar T₁-T₂

q L k =

• Konduktivitas panas berhubungan dengan porositas, struktur dan komposisi kimia

• Penting dalam :

penyimpanan biji-bijian

proses pengolahan di pabrik pendinginan

Pindah panas konduksi

2. Difusivitas panas ()

• Penting dalam proses pengeringan, destilasi dan absorbsi • Menentukan kecepatan distribusi panas dalam bahan

• Semakin besar  maka semakin cepat pembauran panas dalam bahan • Rumus : k  =  cp Dimana : k = konduktivitas panas = densitas cp = panas jenis

3. Panas Jenis (cp)

• Adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu sebesar 1 o_{C atau 1}o_F

• Panas jenis air dalam keadaan cair : 1.00 BTU/lb • Panas jenis air dalam keadaan beku : 0.48 BTU/lb • Rumus :

1. Untuk bahan berkadar air tinggi, rumus cp di atas titik beku : cp = 4.1868 (0.008 m + 0.2)

2. Untuk proses di bawah titik beku : cp = 4.1868 (0.003 m + 0.2)

m = kadar air bahan (% basis basah)

3. Panas Laten

• Adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk merubah fase bahan baik dari padat ke cair atau dari cair ke gas atau

sebaliknya tanpa merubah suhunya. • Misal :

 Panas untuk merubah air pada suhu 32o_{F menjadi es pada}

suhu 32o_{F  disebut panas laten pembekuan}

 Panas yang dibutuhkan untuk merubah air pada suhu 212o_F

menjadi uap pada suhu 212o_{F  disebut panas laten}

penguapan

• Panas laten pembekuan air : 144 BTU/lb