PERANCANGAN GUDANG PENDINGIN UNTUK KOMODITAS KENTANG

(1)

Abdul Roni Angkat, STP, M.Si – Balai Pelatihan Pertanian Jambi Karya Tulis Ilmiah

PERANCANGAN GUDANG PENDINGIN UNTUK

KOMODITAS KENTANG

ABDUL RONI ANGKAT, S.TP, M.Si

Widyaiswara Muda

BALAI PELATIHAN PERTANIAN JAMBI

2013

(2)

Abdul Roni Angkat, STP, M.Si – Balai Pelatihan Pertanian Jambi PENDAHULUAN

Kentang (Solenum tuberosum L) merupakan salah satu pangan utama dunia setelah padi, gandum dan jagung. Selain itu kentang juga merupakan salah satu komoditi unggulan yang bernilai tinggi dan sampai saat ini masih terus diusahakan di Indonesia secara komersial. Menurut Wattimena (2000) selain menjadi bahan pokok industri makanan, kentang juga digunakan untuk minuman, pakan ternak dan tekstil.

Banyaknya manfaat kentang membuat petani terus berusaha meningkatkan produktivitasnya. Peningkatan produktivitas ini diikuti dengan peningkatan produksi kentang nasional, seperti yang dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Produksi nasional komoditi kentang

Tahun Jumlah (Ton)

2007 1,003,732.00

2008 1,071,543.00

2009 1,176,305.00

Sumber : Kementerian Pertanian (2011)

Selain dikonsumsi dan dipasarkan di dalam negeri, kentang juga mempunyai peluang ekspor yang cukup baik. Selama ini ekspor kentang Indonesia memasok ke beberapa Negara saja seperti Malaysia, Singapura, Cina, Jepang, Kanada dan Spanyol.

Perkembangan ekspor-impor kentang Indonesia pada tahun 2004-2006 mengalami peningkatan yang sangat signifikan. Hal ini tercermin dari meningkatnya jumlah volume dan nilai ekspor kentang Indonesia. Selain mengekspor kentang Indonesia juga mengimpor kentang dari negara lain. perkembangan volume dan nilai ekspor-impor kentang Indonesia dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Perkembangan volume dan nilai ekspor-impor kentang Indonesia tahun 2004-2006

Tahun Ekspor Impor

Volume (Kg) Nilai (US$) Volume (Kg) Nilai (US$) 2004 16,790,767 3,739,473 21,508,547 16,845,539 2005 25,693,792 8,516,112 32,232,323 21,682,541 2006 97,657,771 12,547,444 32,015,767 23,599,281

(3)

Abdul Roni Angkat, STP, M.Si – Balai Pelatihan Pertanian Jambi

Untuk menunjang program pengembangan agribisnis melalui peningkatan produksi diperlukan penyediaan bibit yang berkualitas, paket teknologi budidaya termasuk pola tanam serta pengendalian hama dan penyakit secara terpadu. Akan tetapi untuk pasca panen diperlukan penanganan hasil yang tepat karena hasil komoditas sayuran pada umumnya mudah rusak serta jumlah yang melimpah saat musim panen (panen raya).

Khusus untuk komoditas kentang, kesalahan dalam perlakuan pasca panen dapat mengakibatkan terjadinya proses pencoklatan yang mengakibatkan warna tepung kusam dan tidak menarik. Untuk mendapatkan tepung kentang dengan warna dan mutu tepung yang baik dapat dilakukan dengan menekan akumulasi gula reduksi selama penyimpanan umbi kentang (BB Pascapanen, 2011). Salah satu cara untuk meminimalkan kerusakan dan mempertahankan kualitas kentang menggunakan gudang pendingin untuk penyimpanan.

PENDEKATAN RANCANGAN THERMAL

Pendekatan rancangan untuk gudang pendingin kentang dipengaruhi oleh beberapa parameter sebagai berikut :

1. Ukuran gudang pendingin

Gudang pendingin kentang mempunyai ukuran 50 ft x 50 ft x 15 ft dibagian dalam dengan volume gudang pendingin sebesar 37500 ft3.

2. Insulasi

Lantai gudang pendingin terbuat dari campuran beton, polyurethane Rigid Panel setebal 1 in dan baja, sehingga nilai R nya sebesar :

R polyurethane : 8 ft2.oF. h/(BTU.in)

R baja : 0

R beton : 0

Nilai R campuran = 1 in x 8 = 8 ft2.oF. h/BTU

Dinding gudang pendingin menggunakan campuran Polyurethane Rigid Panel setebal 2 inch dan baja. sehingga nilai R nya sebesar :

R baja : 0

(4)

Atap gudang pendingin menggunakan campuran Polyurethane Rigid Panel setebal 3 inch dan baja. sehingga nilai R nya sebesar :

R baja : 0

Nilai R campuran = 3 in x 8 = 24 ft2.oF. h/BTU 3. Kapasitas Gudang

Bulk density kentang sebesar 769 kg/m3 (21.79 kg/ft3), dengan memberikan space 40% untuk mobilitas dalam ruangan, maka kapasitas gudang untuk penyimpanan kentang sebesar :



x ft x kg ft



kg Ton

udang

Kapasitasg  60% 37500 3 21.79 / 3 490328.7 490.3287 4. Data suhu

Menurut Bartsch et.al (1990), suhu kentang setelah dipanen 84oF, sedangkan suhu penyimpanan di gudang pendingin sebesar 45oF. Sedangkan menurut Eltawil et. al (2006), penyimpanan kentang pada suhu 5oC(41oF) dapat memperpanjang umur simpan sampai 6 bulan, sedangkan penyimpanan pada suhu 10oC(50oF) dapat memperpanjang umur simpan selama 3-4 bulan. Selain itu penentuan suhu gudang pendingin dipengaruhi oleh tujuan pengolahan kentang selanjutnya (Tabel 3). Tabel 3. Rekomendasi suhu gudang pendingin untuk penggunaan kentang yang berbeda

Tujuan Suhu penyimpanan (oC)

Konsumsi segar 2 – 4

Kentang potong 4 – 5

Kentang goreng 7 – 10

Bubur kentang 5 - 7

Sumber : Eltawil et.al (2006)

Dalam desain gudang pendingin, kentang disimpan selama 4 bulan dengan peruntukkan menjadi kentang goreng, sehingga suhu yang menjadikan acuan sebagai berikut :

- Suhu ambient : 84oF - Suhu penyimpanan : 45oF - Suhu lantai gudang : 55oF

(5)

5. Loading rate

pada komoditas kentang penurunan suhu disarankan 1-2 oC, untuk menghindari terjadinya Chilling Injury (Ronald E,…), dalam desain gudang pendingin ini penurunan suhu ditetapkan sebesar 2oC (3.6oF) per day. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan suhu dari 84oF ke 45oF selama :





hari hari F F F o o o 83 . 10 / 6 . 3 45 84  _

Dari perhitungan di atas ditetapkan pendinginan untuk mencapai suhu penyimpanan dilakukan selama 10 hari, dengan beban maksimum terjadi pada hari ke-10.

Sehingga loading rate sebesar :

hari Ton kg kg x490328.7 49032.87 49.03287 / % 10   6. Cooling rate

Cooling rate untuk mencapai suhu 45oF dalam 24 jam, ΔT = 85oF – 45oF = 39oF

7. Heat of Respiration and Specific Heat

K (Heat of Respiration) untuk kentang dicari pada suhu gudang pendingin 45oF dan suhu rata-rata dari suhu ambient dan suhu gudang pendingin sebesar (84oF + 45oF)/2 = 64.5oF

K Pada suhu 45oF diperoleh dengan melakukan interpolasi antara K pada 40oF dan 60oF.

K 40oF = (660 + 1980)/2 = 1320 Btu/ton/24 hr (Bartsch, et al., 1990) K 60oF = (1320 + 2640)/2 = 1980 Btu/ton/24 hr (Bartsch et al., 1990)







 

1980 1320



1485Btu/ton/24jam 40 60 45 60 1980 45 _           x F K o

K Pada suhu 64.5oF diperoleh dengan melakukan interpolasi antara K pada 60oF dan 70oF.

K 60oF = (1320 + 2640)/2 = 1980 Btu/ton/24 hr (Bartsch et al., 1990) K 70oF = (1760 + 3520)/2 = 2640 Btu/ton/24 hr (Bartsch et al., 1990)







70 60

 

2640 1980



2277Btu/ton/24jam 5 . 64 70 2640 5 . 64 _           x F K o

(6)

Abdul Roni Angkat, STP, M.Si – Balai Pelatihan Pertanian Jambi 8. Infiltration

Besarnya nilai pergantian udara pada suhu 84oF dalam 24 jam untuk volume gudang pendingin 37500 ft3, dihitung dengan menggunakan tabel Storeroom Volume-Infiltration Relationship (Bartsch et al., 1990).

Nilai tersebut diperoleh dengan melakukan interpolasi diantara volume gudang pendingin sebesar 25000 ft3 dan 50000 ft3.

Nilai pergantian udara pada 25000 ft3 = 2.6 Nilai pergantian udara pada 55000 ft3 = 1.8 Nilai pergantian udara pada 37500 ft3 =







50000 25000

 

1.8 2.6



2.2 37500 50000 8 . 1 _          x

Nilai enthalpy pada suhu 84oF dan suhu 45oF diperoleh dengan menlakukan interpolasi menggunakan tabel Temperature-Enthalpy Reltionship (Bartsch et al., 1990). h85 =49.44 Btu/lb h80=43.70 Btu/lb







 

x



Btu lb h 49.44 43.7 48.292 / 80 85 84 85 44 . 49 84            h45 =17.65 Btu/lb

9. Lampu dan Motor

Lampu pada gudang pendingin dipasang sebesar 0.5 watt/ft2 Sehingga daya yang dibutuhkan pada lampu sebesar



ftx ft



w kW x ft w/ 50 50 1250 1.25 5 . 0 2   hidup 10 jam/hari

Motor yang digunakan mempunyai daya sebesar 5HP hidup selama 20 jam/hari

PERHITUNGAN

Beban Pendinginan yang terjadi pada gudang pendingin dengan volume 37500 ft3 dan kapasitas gudang 490.3287 ton dihitung sebagai berikut :

Field heat jam Btu Q F Fx lb Btu tonx lb jamx ton Q T MC Q o o 24 / 6 . 3327370 39 / 82 . 0 / 2000 24 / 03287 . 49 1 1 1    

(7)

Respiration load

K untuk menghitung Respiration Load pada hari ke-10 menggunakan K pada suhu rata-rata pendinginan sebesar 64.5oF

jam Btu Q jam ton Btu tonx Q MK Q 24 / 8 . 111647 24 / / 2277 03287 . 49 21 21 21   

Nilai Q21 merupakan nilai Respiration Load kentang yang dimuat pada hari ke-10

Sedangkan untuk produk yang dimuat pada hari ke-1 sampai hari ke-9 sebesar 441.29583 ton, K yang digunakan adalah K pada suhu gudang pendingin sebesar 45oF.

jam Btu Q jam ton Btu tonx Q MK Q 24 / 3 . 655324 24 / / 1485 29583 . 441 22 22 22   

Nilai Respiration Load total = Q21 + Q22

= 111647.8Btu/24jam + 655324.3 Btu/24 jam = 766972.2 Btu/24 jam

Conductive Heat Gain



T T



R

A

Q₃ 24 ₀  _i / (untuk lantai, dinding dan atap dihitung secara terpisah)



 







_Btu _jam Btu F h ft F x ft ftx x Q _o o lantai 75000 /24 / . . 8 45 55 50 50 24 2 3   



 







jam Btu Btu F h ft F x ft ft ft ft ftx x Q _o o dinding 175500 /24 / . . 16 45 84 50 50 50 50 15 24 2 3      



 







_Btu _jam Btu F h ft F x ft ftx x Q o o atap 97500 /24 / . . 24 45 84 50 50 24 2 3    jam Btu Q jam Btu jam Btu jam Btu Q Q Q Q

Q lantai dinding atap

24 / 348000 24 / 97500 24 / 175500 24 / 75000 3 3 3 3 3 3       

(8)

Infiltration (Convective Heat Gain)













jam Btu Q lb ft ft x jam lbx Btu Q NV hi ho Q 24 / 7 . 187256 / 5 . 13 37500 24 / 2 . 2 / 7 . 17 3 . 48 5 . 13 / 4 3 3 4 4      Equipment



 











jam Btu Q x x Q tm HPx t kWx Q 24 / 297375 20 2545 5 10 3430 25 . 1 2545 3430 5 5 5     

Total Cooling Load

Q1 = 3327370.6 Btu/24 jam Q2 = 766972.2 Btu/24 jam Q3 = 348000 Btu/24 jam Q4 = 187256.7 Btu/24 jam Q5 = 297375 Btu/24 jam Qt = 4926974.4 Btu/24 jam

Kapasitas Sistem Pendinginan yang akan Dipasang yang akan dipasang dihitung dengan menggunakan persamaan :

xSFxDF Q

Capacity  _t

SF = service factor, typically 1.1 – 1.2 DF = defrost factor, typically 1.1 – 1.2

jam Btu Capacity x jamx Btu Capacity 24 / 5961639 1 . 1 1 . 1 24 / 4 . 4926974  

1 ton of refrigeration = 288000 Btu/24 jam

Sehingga kapasitas pendinginan dari rancangan gudang pendingin sebesar :

ton jam Btu jam Btu 7 . 20 24 / 288000 24 / 5961639 _

(9)

ANALISIS

Perancangan gudang pendingin disesuaikan dengan karakteristik komoditas yang akan disimpan, yang meliputi sifat fisik dan kimia produk serta tujuan pemanfaatan produk tersebut. Proses pendinginan produk yang tidak tepat dapat mengakibatkan chilling injury sehingga menurunkan mutu produk pada saat ingin digunakan. Pada kentang proses pendinginan dilaksanakan dengan menurunkan suhu 2oC (3.6oF) per hari, sehingga lamanya waktu yang diperlukan untuk melaksanakan proses pendinginan tergantung selisih suhu kentang pada saat di luar ruangan dengan suhu di dalam gudang pendingin dibagi dengan penurunan suhu per hari. Secara persamaan dapat dituliskan sebagai berikut :

uhuperhari penurunans Ti To endinginan lamawaktup (  )/

Proses pendinginan kentang memerlukan waktu 10 hari untuk menurunkan suhu dari 84oF menjadi 45oF. Jumlah kentang yang dipanen setiap hari, suhu kentang pada saat pemanen, besarnya penurunan suhu yang diinginkan mempengaruhi nilai Field Heat yang juga akan semakin meningkatkan cooling load gudang pendingin. Nilai Field Heat menunjukkan seberapa besar proses pendinginan yang diperlukan untuk menurunkan suhu pada produk sampai mencapai suhu yang tepat untuk penyimpanan. Pada desain gudang pendingin kentang nilai Field Heat sebesar 3327370.6 Btu/24 jam.

Respiration Load/Heat Respiration merupakan energi yang dilepaskan oleh produk pada saat respirasi. Heat Respiration akan semakin berkurang seiring dengan penurunan suhu dan akan menjadi stabil pada suhu penyimpanan produk. Semakin besar jumlah produk yang mengalami proses pendinginan maka akan semakin besar nilai Respiration Load. Pada desain gudang pendingin kentang ini nilai Respiration Load sebesar 766972.2 Btu/24 jam.

Conductive Heat Gain dipengaruhi perbedaan antara suhu di dalam gudang pendingin dan lingkungan luar dan bahan insulasi yang dipergunakan. Semakin besar selisih suhu lingkungan dan di dalam gudang pendingin, maka nilai Conductive Heat Gain akan semakin besar. Sebaliknya semakin tinggi nilai R bahan insulasi maka nilai Conductive Heat Gain akan semakin rendah. Nilai R di atap harus lebih tinggi dari dinding karena adanya pengaruh penyinaran matahari, demikian juga nilai R dinding harus lebih tinggi dari nilai R lantai. Pada desain gudang pendingin kentang ini, atap dan dinding merupakan campuran dari polyurethane dan steel. sedangkan untuk lantai

(10)

ditambahkan campuran beton. Nilai R lantai, dinding, atap berturut-turut 8 ft2.oF. h/(BTU.in), 16 ft2.oF. h/(BTU.in), 24 ft2.oF. h/(BTU.in). Nilai Conductive Heat Gain pada desain gudang pendingin ini sebesar 348000 Btu/24 jam.

Nilai Convective Heat Gain pada Infiltration menunjukkan perpindahan panas yang disebabkan konveksi. Nilai ini sangat dipengaruhi oleh volume gudang pendingin yang dirancang, semakin besar volume maka infiltrasi akan semakin besar. Pada desain gudang pendingin kentang nilai Convective Heat Gain sebesar 187256.7 Btu/24 hr.

Sebagai kelengkapan dari gudang pendingin maka dibutuhkan lampu untuk penerangan dan motor sebagai sumber tenaga. Pada desain gudang pendingin kentang ini menggunakan motor 5HP dan lampu 0.5 watt/ft2. Sehingga energi yang dibutuhkan untuk kebutuhan tersebut sebesar 297.375 Btu/24 jam. Kelengkapan ini bisa ditambahkan lagi sesuai dengan kebutuhan operasional gudang pendingin diantaranyalift, pompa, generator.

Total Cooling load pada gudang pendingin kentang ini sebesar 4926974.4 Btu/24 jam. Dengan memperhitungkan waktu pendinginan yang hilang karena pemeliharaan dan defrost maka dikalikan dengan servis factor sebesar 1.1 dan defrost factor sebesar 1.1, sehingga total cooling load sebesar 5961639 Btu/24 jam. Nilai tersebut dibagi dengan 288000 Btu/24 jam/ton untuk memperoleh nilai tons of refrigeration sebesar 20.7 ton.

Untuk mendinginkan 490.3287 ton kentang dari 84oF menjadi suhu 45oF selama 10 hari pada gudang pendingin yang mempunyai volume 37500 ft3 dibutuhkan kapasitas pendinginan sebesar 20.7 ton.`

REFERENSI

Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian. 2011. Penghambatan pencoklatan enzimatis dan non enzimatis sampai dengan 80% pada pembuatan tepung kentang. http://pascapanen.litbang.deptan.go.id/index.php/hasil

_penelitian /57. [26 Juni 2011].

Bartsch JA, Blanpied GD. (1990). Refrigeration and controlled atmosphere storage for horticultural crops. Norheast Regional Agricultural Engineering Service ; (22) : 12.

(11)

Departemen Pertanian. 2006. Bais Data Satistik Ekspor-Impor Komoditas Pertanian. Jakarta : Kementerian Pertanian.

Eltawil M, Samuel D, Singhal O. 2006. Potato storage technology and storage design aspects. The CIGR Ejournal ; invited overview no.11. vol. VIII : 3

Kementerian Pertanian. 2010. Basis Data Statistik Pertanian Sub Sektor Hortikultura Menurut Nasional. Jakarta : Kementerian Pertanian.

Ronald E. Potato. Davis : Vegetable Crops Department, University of California.

http://www.ba.ars.usda.gov/hb66/114potato.pdf [27 Juni 2011]

Wattimena, GA. 2000. Pengembangan propagul kentang bermutu dan kultival kentang unggul dalam mendukung peningkatan produksi kentang di Indonesia. [Orasi ilmiah]. Bogor : Fakultas Pertanian, Intitut Pertanian Bogor.