PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SEGMEN PEMANASAN UNTUK SIMULATOR PASTEURISASI SUSU SECARA KONTINYU DAN KARAKTERISASI PERPINDAHAN PANAS TUGAS AKHIR

(1)

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SEGMEN

PEMANASAN UNTUK SIMULATOR PASTEURISASI

SUSU SECARA KONTINYU DAN KARAKTERISASI

PERPINDAHAN PANAS

DESIGN AND MANUFACTURING OF HEATING SEGMENT FOR COUNTINOUS MILK PASTEURIZATION AND CHARACRERIZATION OF

HEAT TRANSFER

TUGAS AKHIR

Oleh :

ADITYA RACHMAN NIM. 091411033 RIDWAN IMADUDDIN NIM. 091411060

PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

JULI 2012

(2)

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SEGMEN

PEMANASAN UNTUK SIMULATOR PASTEURISASI

SUSU SECARA KONTINYU DAN KARAKTERISASI

PERPINDAHAN PANAS

DESIGN AND MANUFACTURING OF HEATING SEGMENT FOR COUNTINOUS MILK PASTEURIZATION AND CHARACRERIZATION OF

HEAT TRANSFER

TUGAS AKHIR

Laporan ini diajukan untuk memenuhi

salah satu persyaratan dalam menyelesaikan

pendidikan Diploma III Teknik Kimia

Oleh :

ADITYA RACHMAN NIM. 091411033 RIDWAN IMADUDDIN NIM 091411060

PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

JULI 2012

(3)

(4)

Nama : Aditya Rachman NIM : 091411033

Email :[email protected]

Tempat Tanggal Lahir : Cimahi, 5 juni 1989

SD Lulus Tahun : 2001 di SD Muhammadiyah II SLTP Lulus Tahun : 2004 di SMP N 3 Garut

SMA Lulus Tahun : 2007 di SMA N 1 Samarang, Garut

Nama : Ridwan Imaduddin NIM : 091411060

Email : [email protected]

Tempat Tanggal Lahir : Bandung, 24 Desember 1991 SD Lulus Tahun : 2003 di SDN Bojong Baraja SLTP Lulus Tahun : 2006 di SMPN 1 Rancaekek SMA Lulus Tahun : 2009 di SMAN 1 Rancaekek

Curriculum Vitae

(5)

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta laporannya yang berjudul “Perancangan dan Pembuatan Segmen Pemanasan Untuk Simulator Pasteurisasi Secara Kontinyu dan Karakterisasi Perpindahan Panas”

Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.

Pada kesempatan ini penyusun ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan, dukungan, kerja sama, dan saran yang telah diberikan oleh berbagai pihak antara lain kepada:

1. Ir. Dwi Nirmantoro, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.

2. Ir Ninik Lintang, MT selaku pembimbing I 3. Ir. Nurcahyo, MT selaku pembimping II

4. Rispiandi ST, MT selaku Ketua Prodi D3 Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.

5. Keluarga yang senantiasa memberikan dukungan

6. Semua pihak yang telah banyak membantu namun tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penyusun menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penyusun menerima dengan tangan terbuka atas segala saran dan kritik yang membangun dari semua pihak demi perbaikan laporan ini ke depannya. Akhir kata, penyusun berharap semoga laporan Tugas Akhir ini dapat berguna dan bermanfaat kepada setiap pembaca.

Bandung, Juli 2012 Penyusun

(6)

ii

ABSTRAK

Pasteurisasi merupakan salah satu teknologi yang digunakan di dalam proses pengawetan susu, dengan cara mengurangi jumlah bakteri saprofit dan bakteri pathogen yang terdapat dalam susu menggunakan panas. Dalam simulator pasteurisasi kontinyu, ada tiga komponen yang sangat penting dan saling berkaitan yaitu segmen pemanas, segmen holding tube dan segmen pendingin. Segmen pemanasan adalah alat yang digunakan untuk menaikan suhu susu hingga mencapai suhu pasteurisasi yang dibutuhkan. Dalam penelitian ini, dilakukan rancang bangun dan pembuatan segmen pemanasan untuk simulator pasteurisasi kontinyu serta karakterisasi perpindahan panas untuk mengetahui kemampuan alat. Double pipe heat exchanger dibuat dengan bahan konstruksi berupa stainless steel untuk pipa dalam dan carbon steel untuk pipa luar kemudian dibagi menjadi 5 hairpin, Di dan Do untuk pipa dalam masing-masing 0,004 dan 0,005 m serta Di

dan Do untuk pipa luar masing-masing 0,014 dan 0,016 m. Uji karakteristik

perpindahan panas pada double pipe heat exchanger (segmen pemanasan) dilakukan dengan melakukan pengamatan pengaruh variasi laju alir terhadap parameter hi, ho dan U, didapatkan hasil bahwa nilai hi, ho dan U berbanding lurus dengan nilai NRe dengan kualitas susu tidak terdenaturasi.

Kata kunci : pasteurisasi, segmen pemanasan, U, hi, ho.

(7)

iii

ABSTRACT

Pasteurization is one of technologies used in the process of preservation of milk, by reducing the number of saprophyte bacteria and pathogenic bacteria found in milk using heat. In the continuous pasteurization simulator, there are three components that are very important and interrelated, they are heating segment, holding tube segment, and cooling segment. Heating segment is a device used to raise the temperature of milk until it reaches the required temperature. In this research, engineering and manufacturing of continuous heating segment and heat transfer characterization were carried out to determine the performance of the device. Double pipe heatexchanger constructed by stainless steel for inside pipe and carbon steel for outside pipe and the devided to 5 hairpins, length of each hairpin of 1 m. Di and Do for inside pipe are 0,004 and 0,005 m, Di and Do for

outside pipe are 0,014 and 0,016 m. Testing of heat transfer characteristics in the double pipe heat exchanger (heating segment) was performed by observations of milk flow rate variation to parameter hi, ho and U. The result showed that the value of hi, ho, and U obtained was directly proportional to the flow rate and the output milk was not denaturated.

Key words : pasteurization, heating segment, U, hi, ho.

(8)

iv

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN DEPAN HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN

KATA PENGANTAR ...i

ABSTRAK ...ii

ABSTRACT ...iii

DAFTAR ISI ...iv

DAFTAR GAMBAR ...vii

DAFTAR TABEL ...ix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1 1.2 Tujuan ...2 1.3 Ruang Lingkup ...3 1.4 Tahap Penelitian ...3 1.5 Sistematika Penulisan ...4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 3.1 Pasteurisasi ...5

2.2 Alat Perpindahan Panas Pasteurisasi Susu...6

2.3 Dasar Perpindahan Panas...9

2.4 Jenis Perpindahan Panas...9

2.4.1 Perpindahan Panas Konduksi ...9

2.4.1.1 Perpindahan Panas Melalui Dinding Pipa...10

2.4.2 Perpindahan Panas Konveksi………...11

2.4.3 Perpindahan Panas Radiasi...12

2.5 Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan…...13

2.6 Log Mean Temperature Difference (LMTD)...14

2.7 Bilangan Tak Berdimensi...15

2.7.1 Bilangan Grashof………...15

(9)

v

2.7.2 Bilangan Nusselt...16

2.7.3 Bilangan Prandtl...16

2.8 Denaturasi Protein...17

BAB III METODOLOGI 3.1 Tahap Pengamatan Awal...19

3.2 Tahap Perancangan dan Pembuatan Alat...19

3.2.1 Tahap Perancangan ...19

3.2.2 Pembuatan Alat………...21

3.3 Tahap Perakitan Pengoperasian Alat.………...22

3.3.1 Tahap Perakitan………...22

3.3.2 Tahap Pengoperasian…………...23

3.4 Tahap Analisa Kinerja Alat...25

3.4.1 Tahap Uji Karakteristisasi Perpindahan Panas...25

3.5 Tahap Uji Karakterisasi Denaturasi Protein...29

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Perancangan Alat…...30

4.1.1 Hasil Perancangan Double Pipe Heat Exchanger...30

4.1.2 Hasil Perancangan Bak Penampung………...31

4.1.3 Hasil Perancangan Meja Alas Double Pipe Heat Exchanger…...32

4.1.4 Hasil Perancangan Support………...32

4.2 Hasil Pembuatan Alat………...35

4.2.1 Hasil Pembuatan Alat Double Pipe Heat Exchanger……...35

4.2.2 Hasil Pembuatan Meja Alas Double Pipe Heat Exchanger...36

4.2.3 Hasil Pembuatan Support………...37

4.2.4 Hasil Pembuatan Bak Penampung………...38

4.2.5 Hasil Perangkaian Alat………...38

4.3 Hasil Pengujian Kinerja Segmen Pemanasan………...40

4.3.1 Hasil Uji Karakteristik Perpindahan Panas Double Pipe Heat Exchanger………...40

4.3.1.1 Karakterisasi Temperatur Pada Pasteurisasi……….….…...40

(10)

vi

4.3.1.2 Pengaruh Perubahan Nilai NRe Terhadap Koefisien

Perpindahan Panas Keseluruhan (U)………...41 4.3.1.3 Pengaruh Perubahan Nilai NRe Terhadap Koefisien

Perpindahan Panas Konveksi Pada Susu (hi)……...41

4.3.1.4 Pengaruh Perubahan Nilai NRe Terhadap Koefisien

Perpindahan Panas Konveksi Pada Steam (ho)……...43

4.3.1.5 Pengaruh Perubahan Nilai NRe Terhadap

Kehilangan Panas………...44 4.3.1.6 Harga Bilangan Tak Berdimensi Dalam Segmen

Pemanasan Alat Double Pipe Heat Exchanger……...44 4.3.2 Hasil Uji Pengaruh Waktu Tinggal Terhadap % Protein Sisa Pada

Variasi NRe………...46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...47 DAFTAR PUSTAKA...48 LAMPIRAN

(11)

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1a Plate Heat Exchanger…...7

Gambar 2.1b Tubular Heat Exchanger………...7

Gambar 2.2 Perpindahan Panas Secara Konduksi Pada Dinding...10

Gambar 2.3 Perpindahan Panas Secara Konduksi Pada Pipa ...11

Gambar 2.4a Perpindahan Panas Secara Konveksi Pada Dinding...12

Gambar 2.4b Perpindahan Panas Secara Konveksi Pada Silinder...12

Gambar 2.5 Perpindahan Panas Secara Radiasi ...13

Gambar 2.6a Profil Temperatur Double Pipe Heat Exchanger (Cocurrent Flow)………...14

Gambar 2.6b Profil Temperatur Double Pipe Heat Exchanger (Counter current Flow)……...14

Gambar 2.7 Susu Terdenaturasi………...18

Gambar 3.1 Skema Double Pipe Heat Exchanger dengan Autocad...20

Gambar 3.2 Skema Awal Alat Pasteurisasi Kontinyu...24

Gambar 3.3 Diagram Proses Uji Karakteristik Perpindahan Panas...26

Gambar 3.4 Diagram Proses Perancangan Alat Pasteurisasi Segmen Pemanas..27

Gambar 3.5 Diagram Proses Running...28

Gambar 4.1 Skema Diameter Pipa Dalam dan Luar...31

Gambar 4.2 Skema Double Pipe Heat Exchanger…...31

Gambar 4.3a Skema Meja Alas yang Akan Dibuat (Tampak Atas)...32

Gambar 4.3b Skema Meja Alas yang Akan Dibuat (Tampak Samping)...32

Gambar 4.4a Skema Penyangga Utama (Tampak Atas)……..…...33

Gambar 4.4b Skema Penyangga Utama (Tampak Samping)……..…... ...33

Gambar 4.5 Skema Penyangga Double Pipe Heat Exchanger…………...34

Gambar 4.6 Skema Sambungan Silikon Antar Hairpin…………...……...34

Gambar 4.7 Hasil Pembuatan Alat Double Pipe Heat Exchanger…...36

Gambar 4.8 Hasil Modifikasi Alas Double Pipe Heat Exchanger…...36

Gambar 4.9 Hasil Support yang Telah Dibuat dan Terintegrasi Pada Alat...37

(12)

viii

Gambar 4.10a Hasil Modifikasi Bak Penampung (Sebelum)...38

Gambar 4.10b Hasil Modifikasi Bak Penampung (Sesudah)...38

Gambar 4.11 Hasil Perangkaian Double Pipe Heat Exchanger Dengan Segmen Lain.…….…...39

Gambar 4.12 Kurva Karakteristik Temperatur Pada Variasi NRe……...40

Gambar 4.13 Kurva Pengaruh Perubahan Nilai NRe Terhadap Nilai U...41

Gambar 4.14 Kurva Pengaruh Perubahan Nilai NRe Terhadap Nilai hi...42

Gambar 4.15 Kurva Pengaruh Perubahan NilaiNRe Terhadap Nilai ho...43

Gambar 4.16 Kurva Pengaruh Perubahan Nilai NRe Terhadap Kehilangan Panas…...44

Gambar 4.17 Kurva Pengaruh Perubahan NRe Terhadap Bilangan Prandlt dan Nusselt………..……….…………...45

Gambar 4.18 Kurva Pengaruh Perubahan NRe Terhadap Bilangan Grashof...……….…………...45

Gambar 4.19 Kurva Karakteristik Denaturasi Protein Pada Variasi NRe...46

(13)

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan Kelebihan dan Kekurangan dari PHE dan THE ...8

Tabel 2.2 Bilangan Prandtl dari Berbagai Zat...17 Tabel 2.3 Waktu dan temperatur yang Dibutuhkan agar Protein

Tidak Banyak Terdenaturasi...18 Tabel 4.1 Hasil Perhitungan hi Untuk Rezim Laminer ...42

(14)

48

Daftar Pustaka

Anonim. 2009. Pedoman Teknis Operasional Alat Pasteurisasi Susu. http://jiwocore.wordpress.com/2009/01/08/pedoman-teknis-operasional-alat-pasteurisasi-susu/ (online 18 januari 2012).

Anonim. 2011. Teknologi Pembekuan Makanan. http://id.wikipedia.org/wiki/ Teknologi Pembekuan Makanan (online 21 Januari 2012).

Anonim. 2012. Susu Pasteurisasi. http://sisni.bsn.go.id/index.php?/sni main/sni /detail sni/4384 (online 21 januari 2012).

Anonim. 2012. Nusselt Number. http://en.wikipedia.org/wiki/Nusselt_number (online 23 Juli 2012).

Anonim. 2012. Grashof Number. http://en.wikipedia.org/wiki/Grashof_number (online 23 Juli 2012).

Anonim. 2012. Prandtl Number. http://en.wikipedia.org/wiki/Prandtl_number (online 23 Juli 2012).

Brodkey, R.S dan Herskey, H.C. 1988. Transport Phenomena. Singapore : McGraw-Hill Book Co.

Fakhrul Ulum. 2009. Pedoman Teknis Operasional Alat Pasteurisasi Susu. http://jiwocore.wordpress.com/2009/01/08/pedoman-teknis-operasional-alat-pasteurisasi-susu/ (online 2 Juli 2012).

Geankoplis, C.J. 1983. Tranport Processes and Unit Operation. New Jersey : Prentice-Hall Inc.

Kern, D. Q. 1950. Process Heat Transfer. Singapore : McGraw-Hill Book Co. Lutfi, Ahmad dan Juanan Rosul. 2012. Rancang Bangun dan Pembuatan Segmen

Pendingin Untuk Simulator Pasteurisasi Kontinyu dan Karakterisasi Mikrobiologi Pada Susu Sapi Pada HTST. Bandung : Politeknik Negeri Bandung.

Palen, J.W. 1986. Heat Transfer Source Book. Hemisphere Publishing Corporation.

Rusyda, Mohamad dan Muhamad Pramadia. 2012. Perancangan dan Pembuatan Segmen Holding Tube Untuk Simulator Pasteurisasi Kontinyu serta Karakterisasi Denaturasi Protein Susu. Bandung : Politeknik Negeri Bandung.