Upload
halil
View
103
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Sifat Fisik Hasil Pertanian (TEP-350) 3(2-1) Dr. Ir. Siswantoro. MP. Kontrak Pembelajaran. Absensi 80% Selama kuliah HP tdk boleh dibunyikan (boleh dng digetarkan), dihindari menerima telp/ sms kecuali dianggap penting & menerima diluar ruangan Terlambat tdk lebih dari 15 menit - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Sifat Fisik Hasil Pertanian (TEP-350)3(2-1)
Dr. Ir. Siswantoro. MP.
2
Kontrak Pembelajaran
Absensi 80% Selama kuliah HP tdk boleh dibunyikan (boleh dng
digetarkan), dihindari menerima telp/ sms kecuali dianggap penting & menerima diluar ruangan
Terlambat tdk lebih dari 15 menit Prosentase nilai
• Ujian I 30%• Ujian II 30%• Praktikum 20%• Terstruktur (PR, Paper) 20%
3
4
Satuan Dasar Dimensi dasar untuk sistem utama
pengukuran adalah massa (M), panjang (L), waktu (T) dan suhu (θ).
Satuan dasar dalam sistem utama, bersama-sama dengan singkatannya di dalam kurung seperti pada Tabel 1.
5
Sifat Sistem SI Sistem cgs Sistim British (Imperial)
Massa
Panjang
Waktu
Suhu
kilogram (kg)
metre (m)
second (s)
kelvin (K) atau degree Celsius (oC)
gram (g)
centimetre (cm)
second (s)
kelvin (K) degree Celcius (oC)
pound (lb)
foot (ft)
second (s)
hour (s)
Fahrenheit (oF)
6
A. Pendahuluan• Cara penanganan & pemrosesan produk
pertanian antara lain scr mekanis, thermis, elektris, optis, dan lain-lain.
• Pada cara-cara penanganan & pemrosesan tsb diatas akan diperlukan informasi ttg sifat-sifat fisik hasil pertanian.
Sifat-sifat fisik hasil pertanian scr umum diperlukan dalam
• Perancangan alat dan mesin (alsin), proses serta pengendaliannya
• Analisis dan perhitungan efisiensi• Pengembangan produk baru• Evaluasi kualitas produk akhir
7
B. Ciri-ciri fisik produk pertanian• Bentuk, ukuran, volume, luas permukaan, porositas,
warna dan lain-lain penting dlm hal perancangan alsin atau analisis perilaku produk dlm proses penanganannya.
Sebagai contohnya pada proses:1. Heating & Cooling perlu informasi tentang bentuk &
dimensi untuk membaca kurva serta perhitungan analisisnya
• Bilangan Biot (NBi) Bi = h.r/k kurva suhur = dimensi karakteristik silinder r = ½ diameter
slab r = ½ tebal
2. Pneumatic Separation perlu informasi tentang bentuk & dimensi serta density & luas permukaan bahan hasil pertanian.
8
Udara & kotoran ringan keluar
Udara & produk masuk
Produk berat
Gambar Pneumatic separator
3. Analisis heat transfer Thermal diffusivity = k/ρ.Cp4. Pneumatic transport Bilangan Renault Re5. Separation sedimentation setting velocity6. Selective harvesting, grading & sortasi warna permukaan produk
9
1010
Volume, Densitas dan Volume, Densitas dan Spesific GravitySpesific Gravity
11
Pengantar
• Bentuk yang tidak teratur pada kebanyakan produk pertanian dan pangan, bahan-bahan berukuran kecil seperti bijian, dan bahan berpori seperti pellet pakan dan wafer menghadirkan masalah tertentu dalam pengukuran volume dan densitas
• Karena bentuk produk tidak beraturan, volume biasanya ditentukan dengan water displacement (pemindahan air) atau seed displacement
12
Platform Scale• Teknik sederhana yang diterapkan pada obyek
berukuran besar seperti buah-buahan dan sayuran adalah platform scale, digambarkan pada Fig 3.7
13
• Buah-buahan pertama kali ditimbang dalam udara dan ditekan kedalam air dengan sinker rod.
• Pembacaan kedua pada skala dengan buah dicelupkan dikurangi berat wadah dan air adalah berat air dipindahkan yang akan dipakai dalam pernyataan untuk menghitung volume
Berat air dipindahkan (kg)Volume (m3) =
Densitas air (kg/m3)
14
• Dengan mengetahui berat dalam udara dan volume, densitas buah selanjutnya diperoleh dari rasio berat terhadap volume
• Padatan dalam bentuk partikel, seperti biji-bijian memiliki bulk density dan juga densitas padatan sendiri (single) yang dipertimbangkan.
• Gas dan uap, tidak seperti padatan dan cairan adalah dapat dimampatkan (compressible), dan beberapa pangan seperti es krim mengandung udara terperangkap.
15
• Densitas suatu bahan setara dengan massa bahan dibagi dengan volume yang melingkupinya
massadensitas =
volume
• Densitas memiliki dimensi [ML-3]• Dalam satuan sistem SI, diukur dalam
kilogram per kubik meter (kg m-3)• Biasanya dinyatakan dengan simbol
Yunani rho ( ρ )
16
• Air murni memiliki densitas maksimum 1000 kg m-3 pada suhu 4oC
103 x 103 g103 kg m-3 = = 1 g ml-1
106 ml
• Dalam sistem British, densitas diukur dalam pound per cubic foot (lb ft -3)
• Densitas beberapa padatan dan cairan umum seperti dalam Tabel 2.1 dan Tabel 2.2.
17
18
19
• Pada kebanyakan kasus engineering, padatan dan cairan dianggap tidak dapat dimampatkan (incompressible), seperti densitas sedikit dipengaruhi oleh suhu dan tekanan
• Pada kenyataannya, densitas air dan bahan lain berubah dengan perubahan suhu
• Pada kebanyakan kasus, densitas menurun ketika suhu naik.
• Tabel 2.3 memperlihatkan perubahan densitas untuk air, alkohol, dan variasi minyak goreng pada kisaran suhu dari -20 hingga 80oC
20
21
Densitas Padatan• Untuk bahan partikel (seperti kacang-kacangan, biji-
bijian, dan tepung), susu, kopi dan pati, yang menarik adalah densitas partikel individu (satuan, tunggal) dan densitas bulk (ruah, kamba, tumpukan) dari bahan yang memperhitungkan volume celah antara satuan individu
• Densitas padatan atau partikel akan mengacu densitas satuan individu
• Satuan ini mungkin tidak mengandung pori-pori internal.• Densitas padatan dinyatakan sebagai massa partikel
dibagi dengan volume partikel dan akan diperhitungkan adanya pori-pori
22
• Kebanyakan buah dan sayuran mengandung air 75 – 95%, sehingga beberapa densitasnya seharusnya tidak jauh dari nilai densitas air 1000 kg m-3
• Teorinya, apabila komposisi pangan diketahuai, densitas ρf dapat diestimasi
1ρf =
m1/ρ1+ m2/ρ2 + m3/ρ3 + ……. + mn/ρn
23
• Dimana ρf adalah densitas pangan,
m1 hingga mn adalah fraksi massa konsituen 1 hingga n, dan ρ1 hingga ρn adalah densitas konsituen 1 hingga n (n adalah jumlah konstituen)
• Contoh, untuk apel mengandung air 84,4%, gula 14,55%, lemak 0,6% dan protein 0,2% (densitas adalah dalam kg m-3), ρ air = 1000, ρ gula =1590, ρ lemak =925, ρ protein =1400 kg/m3
hasil ρ apel = 1064 kg m-3
3/1064)1400/002,0()925/006,0()1590/1455,0()1000/844,0(
1 mkg
24
• Tetapi, nampak ada keganjilan disini, karena apel biasanya mengapung pada air.
• Mohsenin (1970) menyatakan angka 846 kg m-3 pada 29oC
• Sehingga, ada jumlah udara terperangkap dalam pori-pori yang harus diperhitungkan.
• Udara ini akan hilang ketika blanching
25
• Apabila fraksi densitas dan volume diketahui, densitas dapat dievaluasi dari
ρf = V1ρ1 + V2ρ2 + V3 ρ3 + ….+ Vn ρn
Dimana V1 hingga Vn adalah fraksi volume konstituen 1 hingga n dan ρ1 hingga ρn adalah densitas konstituen 1 hingga n
26
• Densitas buah-buahan dan sayuran beku adalah lebih rendah daripada segarnya
• Densitas padatan dapat ditentukan dengan prinsip flotasi, menggunakan cairan yang diketahui densitasnya.
• Densitas padatan berguna pada proses pemisahan/separasi dan transportasi pneumatic dan hydraulic powder dan partikel
27
Bulk Density
• Ketika pencampuran, pemindahan, penyimpanan dan pengemasan bahan partikel seperti tepung, adalah penting untuk mengetahui sifat bahan meruah (bulk)
• Ketika padatan dituangkan kedalam wadah, volume total terambil akan mengandung bagian proporsi udara
• Porositas (ε) bahan terwadahi adalah fraksi volume total yang diisi oleh udara
28
29
porositas (ε) = Volume udara Volume total
• Porositas akan dipengaruhi oleh geometri, ukuran, dan sifat permukaan bahan
• Ketika wadah diketuk-ketuk, volume total dan juga porositas akan menurun, hingga akhirnya sistem mencapai volume kesetimbangan
• Densitas bahan bulk pada kondisi ini umumnya disebut bulk density
30
• Bulk density bahan selanjutnya akan tergantung sejumlah faktor, meliputi densitas padatan, geometri, ukuran dan sifat permukaan dan serta metoda pengukurannya.
• Biasanya bulk density ditentukan dengan menempatkan jumlah powder diketahui beratnya (20 g atau 50 g kedalam silinder pengukur, diketuk-ketuk silinder dan ditentukan volume bulk
31
MassaBulk density =
Volume bulk
• Tabel 2.6 memperlihatkan rerata nilai bulk density untuk bahan pangan dalam bentuk powder
32
33
• Tabel 2.7 memperlihatkan beberapa nilai bulk density untuk buah dan sayuran
34
• Tabel 2.8 mencakup densitas padatan, bulk density dan kadar air untuk serealia terpilih.
• Nilai kisaran menggambarkan varietas berbeda yang diukur
35
Hubungan antara porositas, bulk density dan densitas padatan
Hubungannya diberikan dengan
volume udaraporositas ε =
volume sampel bulk
Volume sampel bulk – volume padatan sebenarnya=
Volume sampel bulk
36
Volume padatan= 1 –
Volume bulkm = V. ρ V = m/ρMassa padatan dan massa bulk adalah
setara, sehingga
bulk densityporositas = 1 –
densitas padatan
37
ρb= 1 –
ρs
ρs – ρb =
ρs
• Porositas dapat dinyatakan sebagai fraksi atau persentase.
• Persamaan ini dapat dipakai untuk padatan atau tanpa pori-pori internal
38
Densitas Cairan dan Spesific Gravity
• Air memiliki densitas maksimum 1000 kg m-3 pada 4oC
• Suhu naik diatas 4oC, densitas akan turun• Penambahan padatan pada air akan
menaikkan densitas (kecuali lemak)• Pengukuran densitas dapat dipakai untuk
substansi murni sebagai indikasi padatan total
39
• Namun demikian, sering lebih tepat untuk mengukur spesific gravity SG suatu cairan
massa cairanSG =
massa air dengan volume setara
densitas cairan ρL = densitas air ρw
40
Caution ….
Densitas = berat jenis
Specific gravity = bobot jenis
41
• Spesific gravity adalah tidak berdimensi “dimensionless”
• Spesific gravity suatu fluida berubah lebih sedikit dibandingkan densitas, ketika suhu berubah
• Apabila specific gravity bahan diketahui pada suhu ToC, densitas pada ToC adalah
ρL = (SG)T x ρw
42
• DimanaρL adalah densitas cairan pada ToC
(SG)T adalah specific gravity pada ToC,
ρw adalah densitas air pada ToC (Tabel)
• Specific gravity diukur dengan tepat menggunakan botol densitas, pycnometer atau hydrometer
43
1. Botol densitas
• Botol densitas (gambar samping) dapat dipakai untuk menentukan specific gravity cairan yang tidak diketahui dan padatan partikel yang disediakan bahwa padatan tidak larut di dalam cairan.
• Harus diperhatikan bahwa udara harus dihilangkan dari dalam botol ketika cairan ditambahkan ke padatan.
44
• Pembacaan berikut diambilw1 berat botol kosongw2 berat botol penuh dengan airw3 berat botol penuh dengan cairanw4 berat botol plus padatanw5 berat botol plus padatan plus cairan untuk
mengisi
Specific gravity cairan sebanding dengan
w3 – w1
w2 – w1 = berat cairan/ berat air
45
• Berat padatan adalah w4 – w1, dan• Berat cairan memiliki volume setara dengan padatan
adalah w3 – w1 – (w5 – w4)• Sehingga specific gravity padatan setara dengan
w4 – w1 w3 – w1
w3 – w1 – (w5 – w4) w2 – w1
Berat padatanx specific gravity cairan
Berat cairan dng volume setara
• Toluene direkomendasikan sebagai solven yang cocok untuk penentuan specific gravity bahan
46
2. Hidrometer
• Hidrometer berat konstan bekerja dengan prinsip bahwa badan mengapung menggantikan berat fluidanya
• Diagram hidrometer sebagaimana pada gambar
• Instrumen diletakkan dalam fluida dan densitas fluida dibaca dari skala batangannya
47
Volume dasar batang adalah VLuasan penampang melintang batangan ABerat hidrometer WKetika dicelupkan kedalam cairan dengan densitas ρ, panjang batangan tercelup xSehingga, volume cairan digantikan adalah Ax + VBerat cairan tergantikan setara dengan ρ(Ax + V), dengan menggunakan prinsip flotasi setara dengan WSehingga,
Wρ = Ax + V
Hidrometer adalah mudah penggunaan, dan tersedia dengan kisaran ukuran 1,00-1,100 dan 1,100-1,200 untuk apliasi yang berbeda
48
3. Nilai densitas cairan
• Spesific gravity larutan sukrosa jika kekuatan berbeda terlihat pada Tabel 2.10.
49
• Tabel 2.12 menunjukkan spesific gravity dan gliserol
50
• Tabel 2.13 menunjukkan specific gravity garam sodium chloride dan calcium chloride
51
• Informasi mengenai hubungan densitas dan specific gravity terhadap konsentrasi dapat dipakai untuk membuat larutan dengan densitas berbeda untuk menentukan densitas bahan pangan padat, menggunakan prinsip flotasi
• Densitas fluida dimana padatan nampak tidak tenggelam atau mengapung dicatat
52
• Nilai densitas rerata dan kandungan padatan total diberikan untuk varietas juice buah-buahan, pada Tabel 2.14
53
4. Densitas susu• Densitas susu sapi biasanya berkisar 1025-1035
kg m-3
• Densitas penyusun padatan masing-masing terdiri dari lemak (930 kg m-3), air (1000 kg m-3), MSNF (1614 kg m-3)
• British Standar 734 memberikan informasi hidrometer densitas untuk penggunaan pada susu
• Ada tabel untuk menentukan padatan total susu, mengetahui specific gravity dan kandungan lemak
• Juga disajikan tabel koreksi suhu
54
• Kandungan lemak berkisar antara 1% dan 10%, dan penentuan padatan total berdasarkan persamaan
CT = 0,25D + 1,21F + 0,66
dan,sesuai dengan British Standard 734
= 0,25D + 1,22F + 0,72
Dimana,CT adalah konsentrasi padatan total (w/w), D = 1000 (SG – 1),
SG adalah specific gravity dan F adalah persentase lemak
55
• Sehingga susu pada 26oC dengan kadar lemak 3,5% dan specific gravity 1,032 akan dikoreksi dengan nilai 1,0322 pada 20oC, dan memiliki padatan total 13,05 sesuai dengan British Standard 734.
• Nilainya sedikit lebih rendah menggunakan persamaan sebelumnya
• Padatan total biasanya dinyatakan terdekat dengan 0,05%
• Komposisi dan faktor lain, seperti rasio lemak padat dengan cair, dan tingkat hidrasi protein, yang mempengaruhi densitas susu, susu evaporasi dan krem telah dipelajari
56
Gas dan Vapor (uap)• Gas dan uap adalah compressible, dan
densitasnya dipengaruhi oleh suhu dan tekanan
• Pada kondisi moderat, kebanyakan gas memenuhi persamaan gas ideal
pVm = RT Dimana; p (N m-2) adalah tekanan, Vm (m3 kmol-1) adalah volume molar, R=8,314 kJ kmol-1K-1 adalah konstanta gas, T (K) adalah suhu
57
• Berat molekul gas dinyatakan dalam kilogram (1 kmol), menempati 22,4 m3 pada 273 K dan 1 atm
• Contoh, udara 29 kg menempati volume 22,4 m3 pada 273 K dan 1 atm, sehingga
massadensitas udara =
volume
29 =
22,4
= 1,29 kg m-3
58
• Pada 100oC dan 1 atm,
V1 V2=T1 T2
• Sehingga 373volume baru = 22,4 x = 30,605 m3
273
massadensitas baru = volume
29 = 30,605
=0,945 kg m-3
59
• Densitas beberapa gas umum diberikan pada Tabel 2.15
• Nilai sesuai dengan yang dihitung menggunakan persamaan gas ideal
60
• Dengan fluida termodinamika seperti steam dan refrigeran, sering dibuat referensi pada volume spesifik Vg
• Ini adalah volume diisi oleh massa unit uap air, yang merupakan kebalikan densitas
• Uap air jenuh pada 1,013 bar (100oC) memiliki volume spesifik 1,67 m3 kg-1, sedangkan pada 10oC akan memiliki volume spesifik 106,43 m3 kg-1
• Ini menunjukkan bahwa uap memiliki volume spesifik sangat besar pada tekanan berkurang
• Konsekuensinya, pada operasi melibatkan penghilangan uap air pada tekanan rendah, seperti evaporasi vakum atau freeze drying, pompa vakum diperlukan cukup besar untuk menangani produk bervolume besar
61
Densitas Produk Teraerasi: Overrun
• Beberapa pangan yang dikenal baik dibuat dengan inkorporasi udara kedalam cairan dan membentuk busa
• Pada sistem ini, udara adalah fase terdispersi dan cairan fase kontinyu
• Busa terstabilisasi oleh agen aktif permukaan yang mengumpul pada interface
• Contoh foam adalah campuran cake, krim, dessert
• Memasukkan udara akan mengurangi densitas produk
62
• Jumlah udara terinkorporasi dinyatakan dengan istilah over-run, biasanya sebagai persentase,
peningkatan volumeover-run = x 100volume asli
volume busa – volume asli cairan= x 100volume cairan
• Sebagai contoh, dengan es krim, volume busa mengacu pada volume akhir es krim, dan volume cairan terhadap volume campuran asli
63
• Pada prakteknya, over-run adalah paling mudah ditentukan dengan mengambil wadah dengan volume tertentu, menimbangnya penuh dengan cairan dan busa akhir
• Pada kasus ini over-run ditentukan sebagai berikut
berat cairan asli – berat busa dng volume yg sama over-run = x 100
berat busa dng volume yg sama
• Faktor-faktor yang mempengaruhi over-run pada es krim termasuk seperti padatan total dan tipe freezer dipakai
• Secara umum, semakin tinggi kandungan padatan total, semakin besar kemungkinan over-run
• Beberapa orang berpendapat, over-run harus diantara 2 dan 3 kali kadar padatan total
64
• Nilai untuk es krim, umumnya berkisari antara 40% (lunak) 100% (keras)
• Beberapa nilai ditampilkan pada Tabel 2.16• Terlalu banyak udara akan menghasilkan produk
snowy fluffy unpalatable, dan terlalu sedikit memberikan produk soggy heavy
65
• Untuk krim olesan, diinginkan over-run 100-120%
• Selain over-run, juga penting mengukur kstabilan busa pada periode waktu
• Perlu dicatat, bahwa es krim dijual dalam volume, daripada dalam berat
• Sehingga produsen tertarik untuk memperoleh over-run semaksimal mungkin