Sifat Sifat Produk Pertanian

SIFAT PRODUK PERTANIAN

1. Tatap muka (4 kali pertemuan)

2. Group discussion ( 3 x petemuan) 3. Praktikum

Penilaian :

1. Kehadiran 2. Tugas

3. Quis

4. UAS/UTS

POKOK BAHASAN (7X)

• Pentingnya sifat produk pertanian (fisik, mekanis, thermal, elektrikal, dan optis)

• Sifat fisik (bentuk dan ukuran, kriteria, volume, kerapatan dan porositas)

• Kerusakan mekanis (nilai ekonomis, penyebab kerusakan, reaksi kimia dan biologi, evaluasi kerusakan, kerusakan

Apa sih Pentingnya Sifat Produk

Pentingnya Sifat Bahan Pertanian

• Pertanian moderen menggunakan teknik dan peralat mekanis, termal, elektris dan optis

• Walaupun aplikasi teknologi berdasarkan sifat bahan telah banyak, tetapi pengetahun sifat produk masih terbatas

• Sifat bahan pertanian penting dalam desain mesin, struktur, proses dan kontrol

• Sifat tersebut juga penting untuk analisis

A SIFAT FISIK

B SIFAT MEKANIK

C

SIFAT AERO DAN HYDRODYNAMICS

D SIFAT THERMAL

SIFAT PRODUK PERTANIAN

E SIFAT ELEKTRIS

SIFAT FISIK

• Sifat Fisik : bentuk, ukuran, volume, luas permukaan, warna, dan porositas

• Bentuk dan ukuran perlu digunakan untuk analisis pemisahan bijian dari bahan lain,

• Luas permukaan dan diameter penting untuk

menentukan kecepatan terminal, drag koefisien, dan Reynold number

• Kerapatan dan specific grafity digunakan untuk memisahkan produk dari bahan lain dan

pengembangan mesin grading

• Warna dan reflectance produk perlu untuk

Sifat mekanik

SIFAT MEKANIK

• Kerusakan mekanis biji yang terjadi selama pemanenan,

perontokan, dan penanganan akan mempengaruhi daya

kecambah, serangan serangga dan jamur, serta mutu produk.

• Kerusakan bijian merupakan subjek penting penggilingan,

penyediaan pakan ternak

• Kekuatan tekan, impact, shear resistance perlu untuk kajian

tentang pengurangan ukuran biji dan cracking yang timbul selama pemanenan dan penanganan

• Koefisien gesek statis dan slaiding perlu menduga tingkah

laku produk selama pemanenan, penanganan dan penyimpanan

• Shearing resistance tanaman perlu untuk pemotongan

SIFAT AERO DAN HYDRODYNAMICS

• Sifat ini penting untuk pengakutan bahan dengan menguapkan air dan udara

• Jika kecepatan udara melebihi kecepatan terminal, maka benda akan terangkut.

• Untuk menjatuhkan buah secara berlahan, kec udara pengangkut diatur sedikit dibawah kec terminal

• Kecepatan terminal Vt (m/det)

Vt = ((2 m g )/(C Ap ρf))0.5

SIFAT THERMAL

• Sifat termal : panas jenis, konduktivitas panas, konduktivitas permukaan, dan emisivitas

• Banyak produk pertanian yang perlu diolah secara termal sebelum digunakan konsumen

• Pengolahan termal : penggorengan, pendinginan, pengeringan dan pembekuan.

• Pemberian panas pada biji rumput alfalfa (220oF selama 4 menit) akan mengurangi persentase biji keras

• Aktivitas enzym dan mikroorganisme pembusuk dapat dikendalikan, bila buah dan sayur disimpan pada suhu rendah

SIFAT ELEKTRIS

• Sifat elektris : konduktansi, kapasitansi, dielektric, dan reaksi terhadap

elektromagnetis

• Konduktansi dan kapasitansi digunakan untuk menentukan kadar air bijian

• Pemisahan elektrostatis didasarkan kepada kemampuan produk (biji) untuk memegang arus elektrostatis

Sifat Optis

• Sifat Optis ( light transmitance dan reflectance) digunakan untuk sortasi,

Reference

•

• Bakker-Arkema, F.W., J. DeBaerdemaeker, P. Amirante, M. Ruiz-Altiment, and C.J. Studman (1999). CIGR Handbook of Agricultural Engineering Volume IV: Agro-Processing

Engineering. ASAE

• Hall, C.W. and D.C. Davis. 1979. Processing Equipment for

Agricultural Products. The AVI Publishing Company, Inc.

• Mohsenin, Nuri. N.1984. Electromagnetic Radiation Properties of foods and Agricultural Products. Gordon and Dreach Science Publishers. New York.

• Mohsenin, Nuri. N.1970. Physical Properties of Plant and Animal Materials. Gordon and Dreach Science Publishers. New York.

sEe uu

…..

According to Mohsenin (1970)

shape, size, volume, surface area, density, porosity, color and appearance are some of the physical characteristics which are

important in problems associated with design of a specific machine or analysis of the

behavior of the product in handling of the material.

PENDAHULUAN

Sifat fisik biji, buah, sayuran, rumput dan serat yang penting untuk dikaji adalah :

• Bentuk dan ukuran

• Volume

• Spesific gravity

• Luas permukaan

BENTUK DAN UKURAN

Biji, buah, dan sayuran mempunyai bentuk dan ukuran yang tidak teratur.

Kriteria untuk menentukan bentuk dan ukuran :

1. Charted standard 2. Roundnees

3. Sphericity

1.

CHARTED

STANDARD

Dalam metode :

dilakukan melalui pengamatan terhadap

dari potongan

dan atau mengukur parameter2

Bahan.

kemudian membandingkannya dengan

Bentuk Deskripsi

Bundar (Round) Menyerupai bentuk bulatan (spheroid) Oblate Datar pada bagian pangkal dan pucuk atau

puncak

Kerucut (Conic) Meruncing ke arah bagian puncak

Bujur telur (Ovate) Bentuk seperti telur dan melebar pada bagian pangkal

Berat sebelah atau miring (Lopsided)

Poros yang menghubungkan pangkal dan puncak tidak tegak lurus melainkan miring

Bujur telur terbalik (Obovate) Seperti telur terbalik

Bulat panjang (Elliptical) Menyerupai bentuk elips (bulat panjang) Kerucut terpotong (Truncate) Kedua ujungnya mendatar atau persegi

Tidak seimbang (Unequal) Separuh bagian lebih besar daripada yang lain Ribbed Pada potongan melintangnya sisi-sisinya

menyerupai sudut-sudut

2.

ROUNDNESS

(Kebundaran)

Kebundaran adalah suatu ukuran

ketajaman sudut-sudut dari suatu benda

padat.

Nilai kebundaran suatu bahan berkisar 0-1.

Apabila nilai kebundaran suatu bahan hasil

pertanian mendekati 1,

3.

SPHERICITY

(KEBULATAN)

• Kebulatan didefinisikan sebagai

perbandingan antara diameter bola yang mempunyai volume yang sama dengan objek dengan diameter bola terkecil yang dapat mengelilingi objek.

• Seperti halnya nilai kebundaran, nilai

kebulatan suatu bahan juga berkisar antara 0-1.

• Apabila nilai suatu kebulatan bahan hasil

4. RESEMBLANCE TO GEOMETRIC BODIES

Kemiripan terhadap benda-benda geometri

Selain membandingkan dengan bentuk standar

Penentuan bentuk bahan hasil pertanian dapat juga ditentukan dengan melihat

kemiripan dengan benda-benda geometri tertentu:

• bulat memanjang (prolate spheroid),

• bulat membujur (oblate spheroid)

• Bulat memanjang (prolate spheroid) adalah

bentuk yang terjadi apabila sebuah bentuk elips berputar pada sumbu panjangnya. Salah satu contoh dari bentuk ini adalah buah lemon

(sejenis jeruk sitrun).

• Bulat membujur (oblate spheriod) adalah bentuk yang terjadi apabila sebuah elips berputar pada sumbu pendeknya. Salah satu contohnya adalah buah anggur.

• Kerucut berputar atau silinder adalah bentuk

5. AVERAGE PROJECTED AREA

PENGUKURAN DIMENSI SUMBU

Untuk objek-objek yang berukuran kecil seperti biji-bijan, garis besar proyeksi dari setiap objek dapat diukur dengan

menggunakan sebuah alat pembesar photo

(photographics enlarger),

namun cara sederhana juga dapat pula

Adapun cara penggunaan pengukuran dimensi

sumbu menggunakan OHP adalah sebagai berikut

• Bahan (biji-bijian) diletakan di atas OHP untuk diproyeksikan

• Kertas milimeter blok dipasangkan pada layar, sehingga proyeksi bahan berada di atas kertas milimeter blok

tersebut

• Buatlah pola pada kertas milimeter blok sesuai dengan batas garis tepi dari bahan

• Setelah dilakukan penjiplakan pola (tracing) maka sumbu a, b, dan c dari bahan dapat diukur. Sumbu a adalah sumbu terpanjang (sumbu mayor), sumbu b adalah sumbu

6. Porosity

Porosity ε in % is the parameter indicating the amount of pores in the bulk material. It is

calculated (Mohsenin, 1970) from

Bulk density ρ_b in g/cm3 _{is equal to mass of bulk material}

divided by volume containing the mass.

IV. SURFACE AREA AND SPECIFIC SURFACE AREA

• Surface area S in mm2 _{and specific surface} area S_s in mm2_/cm3 _{were estimated by the} formula corresponding to the geometrical

shape similar to the shape of fruit, which are spherical.

• The specific surface area is defined to be the surface area of one bean multiplied by number of beans in given mass and divided by bulk volume. Bulk volume itself is found by multiplying mass of one bean by the numbers in given mass and dividing by the bulk

Bila suatu bahan padatan yang mengalir bebas (free flowing) dikeluarkan melalui suatu bukaan vertikal maupun horisontal, akan membentuk suatu unggunan dengan sudut tertentu dengan bidang horisontal, sudut ini disebut

“angle of repose”. Angle of repose bervariasi

sedikit tergantung pada komposisi ukuran butiran dan bentuk partikel butiran.

The angle of repose of (bulk material) fruits was measured in two ways, filling method and emptying method

The filling method was determined by using a hollow

cylindrical PVC of 109 mm in diameter and 107 mm in height. The cylinder was placed in a container containing one layer of fruits (Figure 8). Then it was filled with J.Curcas L. fruits and raised slowly until it forms a cone of fruits (Figure 9). The

diameter and height of the cone were recorded (Figure 10). The angle of repose was calculated by using the formula as Amin et al. (2004).

φ= tan-1_(2H)

2

Kerusakan mekanis dari produk pertanian dapat terjadi selama proses:

• Pemanenan

• Penanganan

• Pengolahan

Beberapa produk pertanian (buah dan sayur) Iebih mudah rusak dari pada produk Iainnya (bijian).

KERUSAKAN BIJIAN

Biji mengalami kerusakan selama perontokon, pengangkutan, dsb.

Hal ini mempengaruhi mutu gilingan, kehilangan selama pengayakan, dan daya kecambah bijian.

Beberapa faktor yang mempengaruhi kerusakan biji:

• Varietas

• Tingkat kematangan

• Kondisi penyimpanan dan pengeringan

• Kadar air biji

• Faktor disain mesin yang digunakan

4

KERUSAKAN BUAH DAN

SAYURAN

• Kerusakan mekanis produk (seperti kentang)

dinyatakan sebagai persentase berat produk yang

mengalami pengelupasan kulit, terpotong, memar, dan retak.

• Kerusakan kentang yang terjadi selama operasi:

penggalian (10,1%), penumpukan dan kemasan (5,4%), penggudangan (5,7%), dan pembongkaran (5,2%).

• Kerusakan produk buah karena vibrasi dapat mencapai 10%.

• Kerusakan kentang dapat terjadi selama penyimpanan karena mengkerut atau tumbuh akarnya.

PENYEBAB KERUSAKAN

MEKANIS

• Kerusakan mekanis dapat disebabkan oleh gaya

internal atau gaya eksternal dibawah kondisi statis atau dinamis.

• Kerusakan karena gaya internal sbg akibat dari perubahan suhu, kadar air, kimia, dan biologi.

• Kerusakan bahan sering dihubungkan dengan teori stress maksimum. Salah satu kriteria kekuatan: stress maksimum yang diijinkan.

• Perlu diketahui sifat mekanis produk seperti stress karena tarikan, tekanan, geseran.

6

PERUBAHAN BIOLOGI DAN KIMIA

• Kerusakan mekanis biasanya akan diikuti oleh

reaksi kimia dan biologi. Contoh: tumbuhnya jamur pada bijian yang rusak, pencoklatan

pada jaringan apel yang luka, timbulnya bintik hitam pada kentang setelah terkena gaya

statis atau dinamis.

• Terbentuknya warna hitam tsb disebabkan

oleh oksidasi. Warna coklat antara lain

disebabkan oleh aktivitas enzym dan oksigen.

• Bakteri masuk ke dalam produk melalui kulit

PERUBAHAN BIOLOGI DAN KIMIA

• Jaringan yang robek akan langsung berhubungan dengan udara. Selanjutnya laju respirasi dan panas akan meningkat.

• Laju respirasi dinyatakan sebagai volume CO2 per unit berat dari produk per unit waktu. Selama pernafasan, terjadi

perombakan glukosa:

C6H1206 + 6 02 -- 6 C02 + 6 H2O + panas

• Tingkat kerusakan mekanis berbanding langsung dengan laju respirasi dan pengambilan oksigen dari lingkungan sekitar. Penambahan oksigen dapat digunakan untuk mengurangi akibat buruk yang timbul dari kerusakon tersebut.

8

BENTUK PENAMPAKAN KERUSAKAN MEKANIS

• Abrasion: Kulit produk rusak atau terkelupas.

• Bruising: Perubahan fisik produk (warn atau rasa). Kulit belum tentu rusak.

• Cracking: keretakan peda produk.

• Cutting: produk yang terpotong.

• Puncture: Kondisi produk yang tertusuk oleh benda tajam.

Buah

yang

mengalami kerusakan harus

segera diproses.

10

KERUSAKAN KARENA TUMBUKAN

(IMPACT)

• Kerusakan mekanis dari produk selama pemanenan, pengangkutan penanganan, dan pengolahan biasanya diakibatkan olen tumpukan antara produk dengan benda lain.

• Masalah impact dpt dinyatakan sbb: mv1 - mv2 = F dt

dimana m: massa (kg) v1 dan v2 : kecepatan benda pd awal dan akhir tumbukan (m/det), F: gaya yg timbul waktu t

selama

tumbukan terjadi (N), t: waktu (det).

Sering kali benda yg ditumbuk dim keadaan diam shg kecepatan akhir benda yg menumbuk v2 = 0. Jika

KERUSAKAN KARENA TUMBUKAN

(IMPACT)

• Produk yg jatuh dr ketinggian tertentu tidak akan rusak bila Stress (

σ

) maksimum selama tumbukan tidak

melebihi nilai stress yg dii jinkan:

σ

max < =

σ

diijinkan

σ

max = Fmax / A

dimana

A: luas area kontak waktu terjadi tumbukan. Selanjutnya: 2m (T(2gh))/2,6 At ((2m (1(2gh))//t)RX)"'<= QdiWnkan

dimana

12

KETINGGIAN TUMBUKAN (IMPACT)

• Jadi ketinggian yg diijinkan (h):

h < = ((0.04 06diijinkan (1-V2) R4 ,Lt2)/(m2 E4))

Contoh kasus:

Berapa ketinggian maksimum yg tidak menimbulkan kerusakan umbi produk tertentu X?

Diketahui massa m = 1 kg, jari-jari R = 5cm, A t = 3x10-3 detik, stress

σ

diijinkan =300N/cm2, v = 0,45 m/det, E = 1806 N/cm2

Jawab:

CUSHIONING MATERIAL

• Untuk mengurangi kerusakan produk karena

tumbukan dapat digunakan pelapis dari bahan yang

empuk (cushioning material).

• Bahan pelapis ini dimaksudkan untuk menyerap

energi poda tumbukan, memperpanjang waktu tumbukan, dan memperluas area kontak.

Dengan ini gaya dan stress yg timbul selama

tumbukan akan berkurang secara nyata.

• Persamaan energi

mv2 = F dz

dimana m: massa, v: kecepatan tumbukan, F: gaya,

14

PENGARUH BEBERAPA PARAMETER THE KERUSAKAN - MEKANIS

• Sensitivitas thp kerusakan produk dipengaruhi oleh beberapa parameter spt kondisi fisik dan biologis

produk (suhu, kadar air, tingkat kematangan, tingkat pertumbuhan), beban (statis, dinamis, laju pemuatan, dsb).

• Jika suhu tinggi, maka tekstur produk berubah (elastisitas turun).

• Jika kadar air dari biji meningkat. energi untuk menghancurkannya menjadi iebih tinggi.

• Tomat yang lewat matang akan lebih mullah rusak. Ketingglan jatuh tomat yg diijinkan sekitar 45 cm.

PENGARUH BEBERAPA PARAMETER KERUSAKAN MEKANIS

• Ketinggian tumpukan produk dim kemasan dapat ditentukan melalul percobaan. Buah peaches dapat

ditumpuk sampal 70 cm (sanggup menahan beban 15 N)

• Selama pergangkutan, lapisan buah paling atas akan mengalami akselerasi paling .tinggi. Semakin tinggi

lapisan (sampai titik tertentu misalnya 60 cm), kerusakan karena vibrasi akan semakin kecil; tapi kerusakan karena

gaya statis akan semakinn besar.

• Untuk mengurangi kerusakan produk selama transport, maka,suspensi kendaraan harus, didisain shg vibrasi minimum dan lapisan buah pada bagian atas ditutup dengan busa (tebal 2-3 cm). Pelapisan ini untuk

L/O/G/O Kuliah:8

SIFAT

AERO HYDRO

DINAMIK

BAHAN PERTANIAN

• Udara dan air sering digunakan dalam proses penanganan dan prosesing produk pertanian seperti pemindahan bahan dan pemisahan produk dari bahan-bahan yang tidak

diperlukan (kotoran)

• Sifat bahan pertanian yang mengalami proses pemindahan dan pemisahan

dari bahan yang tidak diperlukan

Sifat-sifat aero hydro

dinamik

1). Koefisien drag

Koefisien Drag dan Kecepatan Terminal

Produk menerima gaya dari fluida maka pada produk akan terjadi 2 gaya aksi

Fd Fl

Fr

Gaya Drag

Fd = Gaya drag (N) C = koefisien drag

A_p = luas permukaan bahan (m2)

ρf = densitas fluida (kg/ m3)

V = kecepatan relatif bahan dengan fluida (m/det)

2

2

V

A

C

• Bila partikel jatuh bebas melalui udara atau selama

pemisahan bahan asing 

Gaya yang terlibat:

– Gaya berat partikel

– Gaya hambatan

aerodinamis

• Pada saat Fg = Fd maka V = Vt

(kecepatan teminal  kecepatan fluida yang mempengaruhi pemisahan produk)

• Benda yang

berbentuk bulat dengan dimensi efektif Dp

– luas proyeksi

• Sifat aero dan hidro dinamik seperti

kecepatan terminal dari bahan pertanian adalah penting dan dibutuhkan untuk

perancangan sistem pengangkutan

menggunakan aliran udara dan air dan peralatan pemisahan.

• Pada gerak jatuh bebas, kecepatan yang stabil dari partikel bergantung pada sifat fisiknya dan densitas udaranya.

• Sebuah partikel massa (mp) dalam jatuhnya bebas akan

memperoleh :

– terminal konstan atau suspensi atau kecepatan kritis (Vt)

– gaya gravitasi (Fg) = gaya aerodinamis ke atas (Fd)  berlawanan arah

• Bila kecepatan terminal dicapai pada kondisi

steady-state, gerak partikel akan naik atau turun, tergantung

• Oleh karena itu, pengetahuan tentang kecepatan terminal partikel mendefinisikan kisaran kecepatan fluida yang mempengaruhi pemisahan partikel secara efektif dalam aliran fluida.

• Akibatnya, kecepatan terminal merupakan karakteristik

• Sümer dan Helvaci (2008) melaporkan bahwa ketika sebuah partikel bergerak

dalam cairan, bentuk bulat mempengaruhi sifat aerodinamis:

– Partikel non-bola memiliki jumlah kecepatan

• Sifat fisik bahan:

– Density

– Bentuk dan ukuran

– Koefisien drag

Hubungan Koefisien Drag, Kecepatan Terminal dengan bilangan Reynold

• Data dari sifat aerodyamic kacang untuk tujuan pemisahan dari benda-benda asing sbb:

• Diameter mayor : 0.584 in

• Diameter minor : 0.252 in

• Diameter intermediate : 0.313 in

• Berat = 1.12 x 10-3 lb

• Massa jenis udara = 2. 38 x 10-3 slug/ft3

• Viscositas udara = 3.74 x 10-7 lb sec/ft2

• Volume = 1.52 x 10-5 ft3

Kuliah 9-10

SIFAT RHEOLOGI

PRODUK PERTANIAN

• Rheologi merupakan suatu ilmu yang mempelajari tentang deformasi dan

aliran

• Deformasi dan aliran terjadi karena adanya gaya.

• Sebuah gaya dapat merubah bentuk

produk bahan padat (buah dan sayuran) atau arah aliran dari bahan cair atau bahan berbentuk granular

• Sifat

rheologi

produk pertanian : sifat produk pertanian yang

mengalami deformasi dan aliran akibat adanya gaya.

• Karena adanya gaya yang bekerja

pada produk pertanian, maka sifat rheologi dapat juga dikatakan

• Kapan terjadinya? Buah-buahan dan sayuran dapat mengalami deformasi

karena adanya gaya

selama penanganan dan pengiriman/packing/trans portasi.

• Bagaimana mengatasinya?

Beberapa produk dipanen sebelum produk-produk tersebut masak penuh untuk mencegah

kerusakan. Mendesain alat/mesin yg

Kegunaan:

• Merancang kemasan produk

pertanian

• Merancang mesin pemanen

• Merancang mesin penanganan bahan

• Merancang daya pompa yang

Alat ukur

• Instron Testing Machine

• Force gauge • Texture analizer

Kubik & Kazimirova 2015

Metode pengujian

Metode pengujian

Metode pengujian

Metode pengujian

Metode pengujian

Metode pengujian

• Gaya gaya tekan

• gaya tarik Strain Stress

Tegangan Stress

Regangan

Strain 

Sifat-sifat mekanik

• Stress (MPa)

• Strain (mm/mm)

• Modulus Young / modulus elastisitas

L

Kondisi awal

Setelah deformasi

F

• Energi (J)

• Jika bahan mendapat stress shear

atau tekanan hidrostatik, maka

modulus yang dipakai adalah modulus

shear dan modulus curah (bulk)

Hubungan antara gaya dan deformasi

Lateral Aksial Energi Firmness Kadar air Load (kg) Deformasi Load (kg) Deformasi Lateral Aksial Lateral Aksial

22 20 1.72 16.67 1.57 0.017 0.013 11.650 10.638

18 30 1.80 23.33 1.43 0.027 0.017 16.667 16.279

0

Lateral Aksial

0.00

Lateral Aksial

0.00

Efek Posisi

Sifat Mekanik Gaya rupture

(N)

Deformasi (mm)

Energi

rupture (J)

Lateral Gaya rupture

(N)

Deformasi (mm)

Energi rupture

(J)

Aksial Gaya rupture

(N)

Deformasi (mm)

Energi rupture

(J)

Perbedaan huruf di dalam setiap kolom memperlihatkan perbedaan yang signifikan (P<0.01, n=15) Perbedaan huruf di dalam setiap kolom memperlihatkan perbedaan yang signifikan (P<0.01, n=30)

• Mulai awal sampai proportional limit : fungsi linear

• Bila tidak linear, maka dinyatakan dalam :

–Modulus tangen awal

G a y a

Araujo et al.,2012

A F

 

L L

 

Modulus tangen awal : slope kurva tegangan

– regangan yang terdapat pada titik awal

Modulus Secant : slope kurva tegangan –

regangan yang terdapat pada titik awal sampai titik tertentu

Modulus tangen: slope kurva tegangan –

Poisson ratio

• Bahan bila ditarik/ditekan akan berubah

ukuran/ diameternya.

• Ukuran/ diameter bahan menjadi semakin

kecil bila ditarik dan semakin besar bila ditekan

• Perbandingan antara perubahan lateral

(x) dengan perubahan panjang (L)

2

Kondisi awal

Setelah deformasi

2

Sitkei, 1986

• Persamaan Poisson Rasio (µ) bisa juga dicari dengan menghitung

Modulus Secant dari bahan

k

Contoh soal

Poisson ratio

• Hitunglah nilai poisson ratio dari

• Akibat adanya stress dan strain pada produk pertanian, maka munculah tiga

sifat dasar yang menggambarkan perilaku rheologi.

–Elastisitas : bahan Hookian

–Plastisitas : bahan St Venant

Strain

Stress

Tanpa beban Beban Steel

Strain

Stress

Beban Karet

Elastisitas Non Linear (Non-Hookean)

Tanpa beban

In-Elastisitas

Tanpa beban

Strain

Stress

Beban

• Kebanyakan bahan pertanian memperlihatkan penyimpangan dari perilaku ideal tersebut.

• Hubungan stress-strain tergantung pada laju

strain dan waktu.

• Waktu ini menghasilkan perilaku yang disebut dengan VISCOELASTIS, yaitu kombinasi

karakteristik antara seperti bahan cairan

(liquid-like) dan bahan padatan ( solid-like)

• Bahan pangan padat selalu mengandung air

Untuk menjelaskan perilaku rheologi bahan yang bersifat viscoelastis linear digunakan

model mekanik.

Model Mekanik

Pegas

Mengikuti Hk.Hook

Dashpot

Pegas dan dashpot akan

berkombinasi membentuk

Model Maxwell

 Pegas dan dashpot terhubung secara seri

 Tegangan pada setiap elemen sama

σ_pegas = σ_dashpot

 Deformasi tidak sama ε_pegas≠ ε_dashpot

σ σ

k = E

• Model Maxwell akan menujukkan

stress relaksasi yaitu:

• Penurunan stress sejalan dengan waktu saat bahan secara mendadak terdeformasi

Model Kelvin

E 1/η

σ

σ  Pegas dan dashpot

terhubung secara parallel.

 Deformation sama tapi stress berbeda

 ε_pegas= ε_dashpot

 σ_pegas≠ σ_dashpot

 σ = σ_pegas+ σ_dashpot

Contoh

Uji relaksasi pada buah apel memberikan hasil sebagai berikut:

Carilah hubungan antara stress dengan waktu

Waktu (detik)

Contoh

• Tentukan hubungan antara regangan dengan waktu untuk bahan padat

berikut. Diketahui σ₀ = 250 k Pa dan

σ0/ E= 0.3.

t Є

3 0.18

5 0.25

SIFAT

GESEKAN

• Gesekan selalu terjadi selama pergerakan bahan.

• Beberapa jenis bahan terutama hasil gilingan,

pengalirannya kurang lancar sehingga diperlukan penggoyangan atau getaran

• Sifat gesekan seperti:

– Koefisien gesekan dan ange of repose, sangat penting:

• Perancangan:

– Storage bins

– Hoppers

– Chutes

– Pneumatic conveying system

– Screw conveyors

– Forage harvesters

Angle of repose

s

H

'

2

tan







H’ = tinggi tumpukan granular/tepung

s = keliling dasar tumpukan

Kecepatan aliran produk melalui lubang didasar lubang penyimpanan

W= kecepatan aliran produk (kg/det)

D= diameter lubang (m)

ρ_B= densiti produk

Cc= koefisien pembuangan ( antara 0.5 dan 0.7)

Contoh

• Suatu produk pertanian dengan densitas curah 560 kg/m3 disimpan dalam wadah penyimpanan. Produk tersebut

dikeluarkan berdasarkan gaya gravitasi melalui lubang keluaran yang

berdiameter 0.075 m di dasar wadah. Uji

angle of repose menunjukkan diameter

Sudut peluncuran

• Strain : perubahan yang terjadi akibat adanya gaya

– Axial strain: regangan linear pada bidang sejajar terhadap sumbu

– Transverse strain: regangan linear pada bidang tegak lurus terhadap sumbu

Stress : intensitas gaya internal pada suatu titik atau

komponen gaya yang bekerja pada suatu bidang melalui suatu titik

– Compressive strength: kekuatan tekan maksimum dimana suatu bahan dapat bertahan tanpa mengalami

kerusakan

– Elastic Limit: tegangan terbesar dimana bahan dapat bertahan tanpa mengalami regangan permanen saat tegangan dilepas

• Elastisitas

Elastisitas

• Perilaku elastisitas terjadi bila stress berbanding langsung dengan strain

Pengenalan Perilaku Stress-Strain dalam Bahan

Perilaku Ideal suatu bahan:

• Elastik

• Plastik

Model Maxwell

• Pada saat awal, seluruh gaya/beban diambil oleh pegas, dimana Hk Hook

berlaku.

• Sesuai dengan perubahan pegas, dashpot menyerap tegangan sedikit demi sedikit sampai batas perpanjangan pegas.

• Pada titik ini seluruh tegangan sudah masuk

dalam aliran daphot dan hubungan tegangan –

regangan akan off

1

Strain

Stress

 Ketika gaya (stress) diberikan, pegas dengan segera merespon dan memperlihatkan deformasi :ε_pegas= σ/E

 Pada saat yang sama dashpot mulai bergerak

dengan laju βσ = σ/η dan perpindahan dashpot pada waktu t adalah :

 Total perpindahan menjadi :

dashpot

konstan→

0

 Diselesaikan dengan

persamaan diferensial

Model Kelvin

• Pegas dan dashpot sama-sama diberi beban/ gaya.

• Gaya pada pegas dimulai dari nol maka gaya pada dashpot juga

1

Strain

Stress

2

• Metode pengukuran sifat rheologi

–Hit Counter

–Instron testing machine

–Rheo meter

–Texture meter

–Viscometer

–Penetro meter

L/O/G/O

Kuliah 11-12

SIFAT OPTIK DAN AKUISTIK

BAHAN PERTANIAN

K u l i a h 3

Karakteristik Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Tipe Panjang Gelombang (A) Frekuensi (Hz)

Sifat Optik bekerja terkosentrasi pada

sedangkan dibawah sifat optik terkosentrasi

Hubungan Panjang Gelombang, Frekuensi dengan Energi

h

E = energi photon (joule)

Dasar-dasar sifat optik

• Hukum kekekalan energi

I = R + A + T

I = Jumlah radiasi

R = Jumlah radiasi yang dipantulkan A = Jumlah radiasi yang diserap

T

• Transmitan bahan pertanian ~ 0,maka biasanya diplih reflektan sebagai indek sifat optik

• Sifat reflektan dapat digunakan untuk sortasi,

Gelombang NIR

• Gelombang NIR terletak pada kisaran panjang gelombang 750 – 2500 nm

• Gelombang ini banyak memberikan

informasi yang terkait dengan perilaku vibrasi molekul yang berhubungan

Manfaat

• Dapat digunakan untuk menentukan

komponen di dalam bahan dengan tidak merusak (non destrukstif)

• Pengukuran relatif cepat sehingga

bersifat masal

• Biaya murah

Kelemahan

• Secara teknis merupakan metode

sekunder sehingga memerlukan kalibrasi

All Spectra

Calibration Spectra

Validation Spectra

C-H

C-H, O-H

O-H

=C-H + C=C

All Spectra

Panjang gelombang (nm)

L

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 0.2

0.4 0.6 0.8 1.0

1.2 Calibration Spectra

Validation Spectra

B

C-H

Metodologi dalam pengukuran NIR

Pengukuran NIR

Pengukuran konvensional

Kalibrasi Hubungan data aktual dengan data

40

Katekin aktual (%)

Set ka libra si Set va lida si SEC = 3.56%

SEP = 3.27% R2 _{= 0. 91}

n01, dg1

1

2

p variabel

Dekomposisi matrik

Model kalibrasi

n x q matrik

Matrik konsentrasi

0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

A

Panjang gelombang (nm)

Set kalibrasi

n

sa

m

pe

l

Prediksi komponen

Koefisien regresi

-0.006

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

R

ef

lek

ta

n

Panjang gelombang (nm)

35

Katekin aktual (%)

Set kalibrasi Set validasi

0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

A

Panjang gelombang (nm)

Set validasi

0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

q variabel

p variabel

matrik Dekomposisi _matrik

Model kalibrasi

n x q matrik

Matrik konsentrasi

0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

A

Panjang gelombang (nm)

Set kalibrasi

n

sa

m

pe

l

Prediksi komponen

-0.002

Katekin aktual (%)

Set kalibrasi Set validasi

0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

A

Set validasi

0

1000 1500 2000 2500

0

1000 1500 2000 2500

Nilai koefisien determinasi (R2_{) Interpretasi}

0.50-0.65 Lebih dari 50% variabel Y dipengaruhi oleh variabel X 0.66-0.81 Mendekati prediksi kuantitatif 0.82-0.90 Prediksi yang baik

Gelombang Visible

• Bekerja pada panjang gelombang 4000-7000 Å ( 400 nm – 700 nm)

• Gelombang visible merupakan gelombang yang menghasilkan warna

• Warna adalah salah satu sifat fisik yang didefinisikan paling baik dan

diteliti oleh ahli pangan dan pertanian

• Pengetahun tentang prinsip-prinsip warna sangat penting dalam

memahami sistem mekanik yang dikembangkan untuk sortasi dan

• Warna dapat diukur secara tidak

Sistem warna

• XYZ system (CIE Standart)

• RGB system

• Lab system (Hunter)

• Munsell (kertas warna)

Sistem warna dapat saling ditransformasi

• RGB XYZ