itp uns semester 2 satop, mass energi balance

SATUAN OPERASI INDUSTRI PANGAN I

Kode MK :Tatap Muka : 16 kaliSKS : 2 – 1Tujuan MK : Membekali mahasiswa pengetahuan

tentang dasar-dasar rekayasa proses pengolahan pangan.

Deskripsi MK : Sistem satuan dan dimensi, Neraca massa dan energi dalam pengolahan pangan, Perpindahan massa, Thermodinamika, Perpindahan panas, Gas dan uap air, dan Aliran fluida

Metode Pembelajaran dan Evaluasi

: Ceramah, diskusi, contoh soal dan penyelesaiannya, praktikum, pemberian tugas, penilaian aktivitas diskusi dan tugas, kuis, serta tes terstruktur.

Dosen : Ir. Kawiji, MP; Ir. Bambang Sigit Amanto, M.Si; Ir. Nur Her R.P., Msi,

Referensi : 1. Singh, R.P, 2001, Introduction to Food Engineering, Academic Press

2. Ibarz, A and Barbosa, G.V, 2003, Unit Operation in Food Engineering, CRC

111

Press.3. Valentas, K.J, Rotstein, E, and Singh,

R.P, 1997, Hand Book of Food Engineering Practice, CRC Press.

4. Toledo, R.T, 2007, Fundamental of Food Process Engineering, Springer.

5. Lewis, M.J, 1987, Physical Properties of Food and Food Processing System, Ellis Horwood Ltd.

SATUAN OPERASI INDUSTRI PANGAN II



Deskripsi MK : Pembahasan dan pendalaman penerapan dasar-dasar rekayasa proses yang meliputi : penanganan bahan (raw-material and material handling), pengecilan & pembesaran ukuran, pemisahan mekanik (sedimentasi, filtrasi, dan sentrifugasi), mixing, dan homogenisasi.


: Ceramah, diskusi, contoh soal dan penyelesaiannya, pemberian tugas, penilaian aktivitas diskusi dan tugas, kuis, serta tes terstruktur.

Dosen : Ir. Kawiji, MP; Ir. Bambang Sigit Amanto, M.Si; Baskara Katri Anandito, STP, MP, dan Lia Umi Khasanah, ST, MT.


2. Ibarz, A and Barbosa, G.V, 2003, Unit Operation in Food Engineering, CRC Press.

222

3. Valentas, K.J, Rotstein, E, and Singh, R.P, 1997, Hand Book of Food Engineering Practice, CRC Press.



333

SATUAN OPERASI INDUSTRI PANGAN III



Deskripsi MK : Pembahasan dan pendalaman penerapan dasar-dasar rekayasa proses yang meliputi : ekstraksi, evaporasi, kristalisasi, destilasi, dan kinetika reaksi kimia dalam proses pengolahan pangan



Dosen : Ir. Kawiji, MP; Ir. Bambang Sigit Amanto, M.Si; Baskara Katri Anandito, STP, MP, dan Lia Umi Khasanah, ST, MT.






SATUAN OPERASI INDUSTRI PANGAN IV

Kode MK :Tatap Muka : 16 kaliSKS : 2 – 1

444

Tujuan MK : Membekali mahasiswa pengetahuan tentang dasar-dasar rekayasa proses pengolahan pangan.

Deskripsi MK : Pembahasan dan pemahaman penerapan dasar-dasar rekayasa proses pengolahan pangan yang meliputi : pengeringan, pendinginan, dan pembekuan.



Dosen : Ir. Bambang Sigit Amanto, M.Si; Baskara Katri Anandito, STP, MP, dan Lia Umi Khasanah, ST, MT.






6. Barbosa, G.V, and Mercado, H.V, 1996, Dehydration of Foods, ITP Publishing.

7. Dossat, R, J, 1981, Principles of Refrigeration, John Wlley and Sons.

PENDAHULUAN

ة tidak harus merencanakan peralatan pengolahan dengan terperinci

ة harus mengerti bagaimana peralatan itu bekerja

555

ة dapat dimengerti oleh perencana dan oleh penyalur peralatan yang dipergunakannya.

ALHI PENGOLAHAN PANGAN / HASIL PERTANIAN

Rekayasa Pangan (Food Engineering) :ة mempelajari proses-proses yang mengubah bahan mentah bahan jadi

ة mengawetkan untuk dpt disimpan lamaTEKNOLOGI PANGAN

ة Menggunakan : konsep2 fisika-kimia-biologi

ة Menerapkan pd produksi di industri-industri

ة dengan pendekatan rekayasa proses (process engineering)

terbagi dalam satuan-satuan operasi, seperti : Pindah panas, pengeringan, pendinginan, penggilingan evaporasi dll.

Prinsip dasar tehnik pengolahan pangan / hasil pertanian adalah suatu usaha untuk menganalisa seluruh bentuk fisik pengolahan ke dalam bagian kecil operasi dasar

satuan operasi (Dasar Teknik Pangan)

666

Very Important Concept

Semua satuan operasi tunduk pada dua buah hukum yang penting yaitu hukum konservasi massa dan hukum konservasi energi.

Hukum konservasi massamassa tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan

input m1

m2

. . .mX

output mA

mB

. . .mY

PROSES PENGOLAHAN

Input massa (m1, m2, …mX) = Output massa (mA, mB, …mY)

777

susu skimCONTOH :

susuMesin Pemisah Sentrifugal

susu krim

MAKA :

jumlah berat susu yang masuk sentrifugal setiap menit harus sama dengan jumlah berat susu skim dan krim yang meninggalkan sentrifusi

setiap menit.

( MSUSU = MSKIM + MKRIM )

contoh : pada lemak mentega yang masuk ke dalam pemisah, berat lemak mentega yang masuk sentrifusi harus sama dengan berat lemak mentega yang

keluar dari sentrifusi setiap menitHukum konservasi massa juga berlaku untuk setiap kandungan di dalam bahan masuk.

Hubungan serupa : belaku juga untuk kandungan-kandungan lain, seperti protein, gula, susu dsb.

Hukum konservasi enerjienerji tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan

EnerjiTambahan

EnerjiKeluaran

888

EnerjiBahanEnerjiBahan

INSTALASIPENGOLAHAN

Enerji. . .

Enerji. . .

Enerji bahan + Enerji Tambahan + …Enerji bahan + Enerji Keluaran + …

=

CATATAN :

Ini merupakan konsep yang lebih rumit dari pada konservasi massa

bentuknya bermacam-macam : enerji kinetik, enerji potensial, enerji panas, enerji kimia, enerji listrik dan sebagainya. Selama proses

berlangsung, beberapa bentuk enerji ini dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain

CONTOH :

999

pada pasterisasi susu :

susususu panassusu dinginPendinginanPemanasan

pompa

Enerji dapat dianalisa baik pada seluruh instalasi ataupun hanya pengaruhnya pada susu saja.

keseimbangan enerji terdiri :1. konservasi di dalam pompa (dari enerji listrik, ke enerji kinetis dan enerji

panas) ; 2. enerji kinetik dan enerji potensial susu yang masuk dan susu yang

meninggalkan instalasi ; 3. berbagai bentuk enerji dalam bagian pemanasan dan pendinginan.

pada instalasi :

Bagi ahli pengolahan, enerji yang mempengaruhi hasil sangat penting.

Pada alat pasteurisasi :

enerji yang mempengaruhi hasilenerji panas

di dalam susu

enerji panas

susu dingin

101010

susu panassusu

PemanasanPendinginan

enerji panas

Enerji panas di dalam susu yang keluar

enerji panas awal + enerji panas yang ditambahkan oleh pompa + enerji panas yang ditambahkan oleh bagian pemanasan – enerji panas yang terbuang di dalam pendingin – enerji panas yang hilang kesekeliling.

=

jadi

suatu neraca keseimbangan untuk bahan dan untuk enerji dapat dibuat pada setiap saat untuk satu satuan operasi.

Kesemuanya ini disebut keseimbangan massa dan keseimbangan enerji.

Keseimbangan Massa dan Enerji

Hasil keluar

mX, mY, mZ,

111111

enerjiBahan mentah

masukmA, mB, mC

Satuan proses(analisa keseimbangan)(enerji keseimbangan)

Keluaran / outputMasukan / input

Hasil samping

mL, mN, mO

Enerji hilang

Enerji :

Panas, kerja, kimia, listrik

Gambar 1 : Keseimbangan massa dan enerji

mA = mX – mL + penyimpananKeseimbangan massa

Keseimbangan enerjienerji masuk = enerji keluar + enerji tersimpan + enerji hilang

121212

jadi :

=

mX + mY + mZ + … + mS mA + mB + mC + …

( mX + … ) + mS

=( mA + … )

massa keluar + massa tersimpan

=massa masuk

Bila tidak terjadi perubahan kimia di dalam instalasihukum keseimbangan massa juga berlaku untuk tiap komponen

sehingga :

=

mA di dalam bahan keluar + mA tersimpan di dalam instalasi.mA di dalam bahan masuk

contoh : pada instalasi yang menghasilkan gula

maka terjadi suatu kesalahan. Gula mungkin terbakar (perubahan kimia) atau mungkin terbuang ke suatu tempat

bila jumlah gula masuk ke instalasi tidak sama dengan jumlah gula murni dan jumlah gula yang terdapat di dalam cairan sisa

131313

Enerji juga diseimbangkan dengan cara yang sama :

enerji panas (Eh1, Eh2, Eh3 …),enerji kinetik (Ek1, Ek2, Ek3 …), enerji tekanan (Er1, Er2, Er3 …)

enerji keluarenerji tersimpanPROSESenerji ke lingkungan

maka :

Total enerji yang masuk

=

∑ (enerji keluar)+∑ (enerji tersimpan)+ ∑ (enerji hilang ke lingk )

=Total enerji yang keluar

enerji keluar+enerji tersimpan+enerji hilang ke lingkunganEh1, + Eh2 + Eh3 + Ek1 + Ek2 + Ek3 + Er1 + Er2 + Er3

=∑ (enerji masuk)

141414

diukur dari :beberapa data yang sesuai atau suatu titik yang ditentukanenerji tidak diukur dalam istilah yang mutlak

dan :

energi ini merupakan jumlah perubahan-perubahan di dalam enerji yang berhubungan dengan harga patokan yang dipergunakan di dalam keseimbangan enerji.

Sebagai contoh, misalnya pada mesin pengering semprot :

=

∑ enerji masuk∑ enerji keluar

Kalor di dalam udara panas yang masuk + perbedaan kalor dengan udara luar + kandungan kalor bahan masuk di atas udara luar + enerji yang butuhkan

dalam peralatan penyemprotan.Kehilangan kalor dari air yang diuapkan + kandungan kalor udara dan bahan kering yang keluar dari alat pengering di atas suhu udara ruangan + kalor yang hilang dari sisi alat pengering sekelilingnya

=

151515

161616

Contoh 1 :

1000 lb kacang kedelai berkomposisi 18 persen minyak, 35 persen protein, 27,1 persen karbohidrat, 9,4 persen serat dan abu serta 10,5 persen air, diolah sebagai berikut :

1. dihancurkan dan ditekan, sehingga mengurangi kandungan minyak di dalam kacang menjadi 6 persen

2. Kemudian diekstraksi dengan heksan untuk menghasilkan bahan dengan kandungan minyak 0,5 persen.

3. Akhirnya dikeringkan menjadi bahan berkadar air 8 persen.

Anggaplah tidak ada kehilangan protein, air dan minyak, susunlah keseimbangan massa kandungan-kandungan kacang kedele.

Massa masuk :

Minyak = 1000 x 18/100 = 180 lbProtein = 1000 x 35/100 = 350 lb., dst

Karbohidrat, abu dan sebagainya dihitung dengan cara yang sama dengan lemak dan protein.ة minyak 180 lbة Protein 350 lbة Karbohidrat 271 lbة serat & abu 94 lbة air 105 lb

1000 lb kacang kedelai

171717

ALIRAN & KESEIMBANGAN MASSA :

1000 lb kacang kedelaiminyak :180 – 52,3 = 127,7 lb.

minyak 180 lb820 lb (protein, karbohidrat, air dsb)

DIPERAS

Ampas I (protein, karbohidrat, air dsb) dg kadar minyak 6%

EKSTRAKSI

820 lb (protein, karbohidrat, air dsb) = 94 bagianminyak (6 bag) :6/94 x 820 lb = 52,3 lb.

minyak :52,3 – 4,11 = 48,3 lb.

air :105 – 62,5 = 42,5 lb.minyak (0,5 bag) :0,5/99,5 x 820 = 4,11 lb. 820 lb (protein, karbohidrat, air dsb) = 99,5 bagAmpas II (protein, karbohidrat, air dsb) dg kadar minyak 0,5%

DRYING

181818

padatan : 92 bagprotein 350 lbkarbohidrat 271 lbabu-serat 94 lbminyak 4,1 lbjumlah : 719,1 lb

ampas III (protein, karbohidrat, minyak dsb) dg kadar air 8%

air (8 bag) :8/92 x 719,1 = 62,5 lb.

191919

1000 lb massa masuk terdiri :

ة minyak 180 lbة Protein 350 lbة Karbohidrat 271 lbة serat & abu 94 lbة air 105 lb

PROSES PENGOLAHAN

1000 lb massa keluar terdiri :

1. Minyak terperas 127,7 lb2. Minyak di dalam heksan 48,2 lb3. Bahan kering 781,6 lb terdiri :

4. Air yg menguap 42,5 lb

Protein : 350 lbKarbohidrat : 271 lbAbu dan serat : 94 lbAir : 62,5 lbMinyak : 4,1 lb

Contoh 2 :

202020

1000 kg kacang kedelai berkomposisi 14 persen minyak, 35 persen protein, 27,1 persen karbohidrat, 9,4 persen serat dan abu serta 14,5 persen air, diolah sebagai berikut :

1. dihancurkan dan ditekan, sehingga mengurangi kandungan minyak di dalam kacang menjadi 6 persen, & kadar air 14 %

Anggaplah tidak ada kehilangan protein, air dan minyak, susunlah keseimbangan massa kandungan-kandungan kacang kedele.

1. Pada proses pengeringan, terjadi pengurangan kadar air dari 20 % kadar air (input material) menjadi 10 % kadar air (output material). Bila dikeringkan 1 ton bahan basah akan diperoleh bahan kering . . . ton, dan reduction of weight . . . % .

X kg water 10 % water 90 % solid D kg

20 % water 80 % solid

W kg Proses

total mass balance : W = D + X X = W – D

water balance :

0.2W = X + 0.1D 0.2W = W - D + 0.1D W = 1,125D 1 ton = 1,125D D =

0.89 ton

% reduction of weight : (W-D)/W 11,11%

2. 1000 kg jahe yang akan diambil oleoresinnya mempunyai komposisi 4,6% oleoresin, 20% kadar air dan sisanya sebagai bahan padatannya. Proses yang dikerjakan adalah :a) dirajang, dikeringkan hingga kadar air tinggal 10%,b) diekstrak hingga kadar oleoresin tinggal 1,1%,Susunlah keseimbangan massanya !

AMPAS JAHE, oleo 1,1% :Air = 88,89 kg (10,43%)Padatan = 754 kg (88,47%)oleoresin = 9,37 kg (1,10%)JAHE KERING, air 10% :Oleo = 46 kg (5,18 %)Padatan = 754 kg (84,83%) Air = 1/9*800 = 88,89 kg

PENGERINGANJAHE SEGAR :Oleoresin = 46 kgAir = 200 kgPadatan = 754 kg

EKSTRAKSI

212121

AIR MENGUAP := 200 – 88,89= 111,11 kgOLEO DIDAPAT := 36,63 kg

3. Diket. 1,4 ton kacang kedele (komposisi 15 % minyak; 37 % protein; 28,1 % karbohidrat; 9,4 % serat dan abu serta 10,5 % air), Dihancurkan dan dipress ternyata didapat 140 kg minyak, dilanjutkan proses pengeringan sehingga kadar air tinggal 8 %, Susunlah keseimbangan massanya pada masing-masing proses !

DRYINGPress

AMPAS KERINGAMPAS BASAHKEDELAI : 1400 kg

Minyak : 140 kg

AIR MENGUAP : 50,2 kg

Komposisi ampas sisa press, (AMPAS BASAH) :ampas sisa press : 1260 kg

minyak : 70 kg 5,56 %protein 518 kg 41,11 %

karbohidrt 393,4 kg 31,22 %serat - abu 131,6 kg 10,44 %

air 147 kg 11,67 %

Komposisi ampas sisa press, (AMPAS KERING) :ampas kering : 1209,8 kg

minyak : 70 kg 5,8 %protein 518 kg 42,8 %

karbohidrt 393,4 kg 32,5 %serat - abu 131,6 kg 10,9 %

air 96,8 kg 8,0 %

222222

4. Perhatikan Proses mixing berikut :

Jawab : Total Mass Balance (kg) A + B = 100 Fat Balance (kg) 0,2 A + 0,8 B = 0,25 x 100

Penyelesaian 2 persamaan diatas :o 2A + 8B = 250o 2A + 2B = 200o 6B = 50, B = 8,33 kg dan A = 91,67 kg

Protein Balance . . . . ?o 0,15 (91,67 kg) + 0,03 (8,33 kg) = 14,00 kg atau 14% DAGING C.

Water Balance . . . . ?

232323

contoh :Sebuah autoclave berisi 1000 kaleng sop kacang. Autoclave ini dipanaskan sampai suhu keseluruhan 115oC. Apabila kaleng didinginkan menjadi 38o C sebelum keluar autoclave, berapa banyak air pendingin yang dibutuhkan apabila air masuk bersuhu 18o C dan keluar 32o C.

1150CKalor jenis sop kacang 980 kal/kg oC dan logam kaleng 120 kal/kg oC. Berat setiap kaleng 20 g dan berisi 480 g sop kacang. Anggap kandungan kalor dinding autoclave diatas 38 0C adalah 4.000 kkal, dan tidak ada kalor yang hilang melalui dinding. Samakanlah W berat air pendingin yang dibutuhkan dan data standar suhu adalah 38 oC, yaitu suhu kaleng keluar autoclave.380C320C

Keseimbangan enerji panas pada proses pendinginan 38 oC sebagai garis nilai

acuan/patokan.

180C

Kalor masuk (proses) :

= berat kaleng x kalor spesifik x suhu di atas standar

= 1000*(20/1000)*120*(115-38)= 184,8 kkal

Kalor di dalam kaleng

= berat soup x kalor spesifik x suhu di atas standar

= 1000*(480/1000)*980*(115-38)= 36220,8 kkal

Kalor di dalam soup

= 4.000 kkalKalor di dinding Autoclave

= berat air x kalor spesifik x suhu di atas standar

= w x 1000 x (18 – 38) = 20 w kkal.

Kalor di dalam air

242424

Kalor di dinding AutoclaveKalor di dalam airKalor di dalam kaleng= 0 kkal= berat kaleng x kalor spesifik x

suhu di atas standar= 1000*(20/1000)*120*(38-38)= 0 kkal

Kalor di dalam soup= berat soup x kalor spesifik x

suhu di atas standar= 1000*(480/1000)*980*(38-38)= 0 kkal

Kalor keluar (akhir prose):

= berat air x kalor spesifik x suhu di atas standar

= w x 1000 x (32 – 38) = 6 w kkal.

Jadi jumlah air pendingin yang dibutuhkan 2886,1 liter

Jumlah kalor masuk

= jumlah kalor keluar

40405,6 -20w = - 6 w14w = 40405,6

w = 2886,1 kg air

252525

5. Perhatikan gambar berikut :

PASTEURIZING

Air Pemanas (in), . . . liter per jam, suhu 95 0C

Tomato paste, suhu 80 0C

Tomato Paste, 100 kg/jam, suhu 30 0C, 40% solid

Air Pemanas (out), suhu 40 0C

30% panas hilang ke alat & lingkungan

Tampak dalam

Berapa kebutuhan air pemanas ?

For fruits and vegetables, purees & concentrates of plant origin,used SIEBEL’S EQUATION :

Cavg = 0,008 M + 0,2 . . . . . Btu / lb 0F . . . . . . . (4)Cavg = 33,49 M + 837,36 . . . . . J / kg 0K . . . . . . (5)

Keter : M : moisture content (%) for calculating specific heats above freezing

Cavg = 0,003 M + 0,2 . . . . . Btu / lb 0F . . . . . . . (6)Cavg = 12,56 M + 837,36 . . . . . J / kg 0K . . . . . . (7)

Keter : M : moisture content (%) for calculating specific heats below freezing

tomato juice panas spesific = 2846,76 j/kg 0K (dicari...!)air 100 liter = 100 kg air (kenapa ...!), panas spesific = 4187 j/kg 0K

ENERGI BALANCE, ===> AIR PEMANAS = TOMATO PASTE + PANAS HILANGTOMATO PASTE, ===>mc∆t ===> 14.233.800 j/jam ===> 70 %, panas terpakaiPANAS HILANG, ===> 6.100.200 j/jam ===> 30 %, panas hilangTOTAL ENERGI PANAS, ==> 20.334.000 j/jamJML AIR PEMANAS, ===> mc∆t ===> 88,30 l/jam <=== 20.334.000/(4187(95-40))

262626

6. Sebuah autoclave berisi 1000 kaleng sop kacang. Autoclave ini dipanaskan sampai suhu keseluruhan 115oC. Apabila kaleng didinginkan menjadi 38o C sebelum keluar autoclave, berapa banyak air pendingin yang dibutuhkan apabila air masuk bersuhu 18o C dan keluar 32o C.

Kalor jenis sop kacang 980 kal/kg oC dan logam kaleng 120 kal/kg oC. Berat setiap kaleng 20 g dan berisi 480 g sop

kacang. Anggap kandungan kalor dinding autoclave diatas 38 0C adalah 4.000 kkal, dan kalor yang hilang melalui

dinding sebesar 40% dari input panas.

PENYERAPAN PANAS :1. Kaleng = berat kaleng x kalor spesifik x suhu di atas standar ==> 184800 kal2. Sup = berat sup x kalor spesifik x suhu di atas standar ===> 36220800 kal3. Dinding autoclave ===> 4000 kalo total panas (100%) yg hrs diserap = panas kaleng + panas sup + panas dinding autoclave

===> 36409600 kal o panas yg diserap lingkungan ==> 40% x 36409600 kal ===> 14563840 kal

panas yg hrs diserap AIR ==> 60% x 36409600 kal ===> 21845760 kal

KEBUTUHAN AIRpanas yg hrs diserap AIR = massa air x panas spesific x selisih suhu in-out airmassa AIR untuk menyerap panas ==>21845760 kal / 1000 kal/kg oC / (32 – 18) oC = 1560,41 kg

272727

Pandangan menyeluruh

tentang sebuah proses teknik

Dengan keseimbangan massa dan keseimbangan enerji

proses teknik dapat digambarkan sebagai sebuah satuan atau sebuah seri satuan.

Satuan ini di sebut satuan operasi

Satuan operasi dapat diperlihatkan sebagai sebuah kotak. Ke dalam kotak masuk bahan mentah dan enerji, keluar kotak diperoleh hasil yang diinginkan dan yang tidak diinginkan.

Peralatan pada kotak akan mengakibatkan perubahan-perubahan yang dikehendaki terjadi, dengan hasil buangan yang sesedikit mungkin.

Dengan kata lain, hasil yang dikehendaki, diinginkan semaksimum mungkin dan bahan yang tidak diingini seminimal mungkin.

Pengawasan terhadap proses dilakukan dengan mengawasi aliran enerji atau bahan mentah atau kedua-duanya.

Tiga aspek pernyataan yang harus dipertimbangkan :

ukuran, satuan pengukuran dan bilangannya sendiri.

282828

292929

Dimensi-dimensi (ukuran) :Dimensi/Ukuran

+ panjang, massa, waktu dan suhu. gaya

Untuk lebih melengkapi, dalam perhitungan teknik

Panjang (L), massa (M), waktu ( ), suhu (T) dan gaya (F). Dimensi Dasar

Seluruh satuan-satuan teknik yang dipergunakan di dalam SATOP dapat dikemukakan dengan istilah-istilah dasar ukuran sebagai contoh :

Besaran Operation dimensi

Panjang, lebar, tinggi, tebal

- L

Luas panjang x lebar (L)2,

volume / isi panjang x lebar x tinggi (L)3

)(

(L)

Θ Kecepatanjarak ditempuh persatuan

waktu

2

1

)(

)(

Θ=

ΘΘL

xL

Percepatan

perubahan kecepatan

)(

1

(T) (L)

)(

T

L ==Koefisi

en perambatan mendatar

perubahan fraksi panjang persatuan perubahan

suhu

2)(

)(

L

F=Tekanan

Gaya per satuan luas

3)(

)(

L

M=Berat jenis

massa per satuan volume

303030

Tenaga / kerja gaya kali panjang (T) x (L)

313131

Kemantapan ukuran

Seluruh persamaan-persamaan fisik harus berukuran tetap

kedua ruas persamaan harus mengecil menjadi ukuran sama

bila satuan ruas persamaan berdimensi (M) (L)/(T)2 yang lain harus juga (M) (L) / (T)2, dimensi yang sama dengan kekuatan yang sama.

contoh

Ukuran-ukuran dapat ditangani secara aljabar dan oleh karena itu dapat dibagi, dikali, atau dicoret.

Dengan mengingat bahwa suatu persamaan haruslah berukuran mantap, ukuran-ukuran bilangan yang tidak diketahui kadang-kadang dapat diukur.

Contoh 1.4.

Dalam persamaan aliran partikel-partikel yang bergerak pada kecepatan seragam dengan waktu (), jarak yang ditempuh diberikan oleh L = () v. Tentukan dimensi kecepatan.Jawab : Dengan mengetahui ukuran panjang (L)

dan waktu (), persamaan ukuran adalah : (v) = (L) / ()Ukuran kecepatan harus (L) / ()

Contoh 1.7.

Kekentalan air pada 60oF adalah 1.16 centi poise (cP). Hitunglah kekentalan ini dalam pound / kaki, detik.Jawab : Dari definisi 1P adalah 1 gram/cm detik cP = 1 x 10-

2 g/cm detikdiket : 1 lb = 453,6 gr dan 1 kaki = 30,48 cm

1,16 x 10-2 g/cm detik

= 3,16 x 10-2 g/cm detik x (30,48 cm/1 kaki) x (1 pound / 453,6 g)

= 7,3 x 10-4 lb/kaki detik.Jadi kekentalan tersebut adalah 7,8 x 10-4 lb / kaki detik.

323232

Contoh 1.8.

Daya hantar panas alumunium adalah 180 kcal/m jam oC. Hitunglah daya hantar panas ini dalam satuan British Btu / kaki jam oF.Jawab : diket : 1 Btu = 0,252 kcal ; 1 kaki = 30,48 cm =

0,3048 m ; (T 0F) / (T 0C) = 9/5Jadi : 180 kcal/m oC = 180 kcal/m jam oC x (1

Btu/0,252 kcal) x (0,3048 m/1 kaki) x (5o C/9o F)

= 120 Btu/Kaki jam o FJadi daya hantar panas alumunium= 120 Btu / kaki jam o F

Contoh 1.6.

Susu mengalir melalui pipa yang bergaris tengah ¾ inci. Ukuran lain yang tersedia adalah derajat dalam liter yaitu dibutuhkan 1 menit untuk mengisi 5 liter dari pipa tersebut. Berapa kecepatan ukuran cairan tersebut di dalam pipa dalam system fps.Jawab : Kecepatan adalah (L) / () dan satuannya dalam fps

adalah kaki/detik.v = L / () dimana v adalah kecepatanV = AL dimana V adalah isi pada pipa sepanjang L dengan luas penampang AJadi L = V /A ; v = V / ()Uji dimensi ini, L/ = L3/ (L2 ) dan benar.Oleh karena kecepatan yang dibutuhkan dalam kaki / detik, V harus dalam kaki3, () dalam detik dan A dalam kaki2. Dari pengukuran isi, V / () = 5 L/menitdiket : 4,55 L = 0,1337 kaki3 1 = (0,1337 kaki3 /

4.55 L)1 menit = 60 detik 1 = (60 detik/1menit)

Jadi : debit = V / ()= 5 L / menit x (0,1337 kaki3 / 4,55 L) / (60 detik / 1 menit)= 2,45 x 10-3 kaki3 / detikJuga luas pipa,A = D2 / 4 = x (3/4)2 / 4 in2 dg (1 kaki2 =144 in2)A = x (3/4)2 / 4 in2 x (1ft2 / 144 inci2) = 3.07 x 10-3 kaki2

kecepatan (v) = V / A = 2.45 x 10-3 / (3.07 x 10-3) kaki/detik= 0,8 kaki/detik Kecepatan aliran bahan cair di dalam pipa

333333

Perbandingan-perbandingan tidak berdimensi/satuanBesaran akan lebih mudah dijelaskan bila diterangkan dalam bentuk perbandingan

lebih menguntungkan oleh karena tidak berdimensi/satuan.

bila sebuah mobil disebutkan bergerak dengan kecepatan 2 x kecepatan batas, perbandingan tidak berdimensi/satuan ini cepat menarik perhatian terhadap kecepatan mobil tersebut.

Perbandingan tidak bersatuan ini umum dipergunakan di dalam teknik pengolahan yaitu membandingkan sesuatu yang diketahui dengan beberapa bahan atau faktor yang diketahui dengan pasti.

berat jenis adalah cara yang sederhana untuk menerangkan massa atau berat relatif pada isi yang sama dari berbagai macam bahan

sama yang isidengan air Berat

tertentuisidengan bahan Berat S.G =

Secara ukuran :

1 (L)

(F) :

L

F (S.G)

33==

contoh

Berat jenis dapat disebut sebagai perbandingan berat suatu bahan dengan volume benda tertentu dengan berat air dng volume yang sama.

343434

353535

Bila diketahui dimensi-dimensi dasar sebagai berikut :

Besaran Panjang Waktu Massa SuhuDimensi L M T

7. Tentukan dimensi dari : (a) massa jenis, (b) energi, (c) kalor jenis

a. massa jenis, dicari dari massa jenis = massa / volume dimensi massa adalah M / L3

b. energi, dicari dari energi = usaha = gaya x jarak u = F l dimensi gaya adalah massa x percepatan = M L-2 dimensi energi adalah M L-2 x L M L2 -2

c. kalor jenis, dicari dari energi kalor = massa x kalor jenis x beda suhu analisis dimensi M L2 -2 = M x kalor jenis x T dimensi kalor jenis

adalah L2 -2 T-1

8. hitung :

a. massa jenis = 0,92 g/cm3 = . . . . . kg/m3 = . . . . . pound per cubic footb. Kalor jenis sop kacang 980 kal / kg oC = . . . . . . . . k.kal / kg oK = . . . . . . . btu / lb oF

1 kg = 2,20462 lb, 1 m = 3,28083 ft, 1btu = 252,12 kal, T 1 oC = 1,8 oF

a. massa jenis bahan 0,92 g/cm3 = 0,92 (10-3) kg / (10-2)3 m3 = 920 kg/m3

920 kg/m3 = (920)(2,20462) lb / (3,28083)3ft3 = 57,43 lb/ft3

b. 980 kal / kg oC = 0,98 k. kal / kg oK = (980)(1/252,12) btu / ((2,20462) lb 1,8 oF) = 980 btu/lb oF

363636

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

FAKULTAS PERTANIAN

PROGRAM STUDI ILMU & TEKNOLOGI PANGAN

Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta Telpon/Fax : (0271) 637457

TUGAS-TUGAS SATUAN OPERASI INDUSTRI PANGAN 1

PERIODE : PEB - JULI 2012

1. KETENTUAN UMUM

A. WAJIBTugas ini bersifat wajib bagi semua mahasiswa yang mengambil mata kuliah SATOP 1, baik yang baru maupun yang mengulang.

B. TUJUANTujuan yang ingin dicapai dalam pelaksanaan tugas ini adalah :1. Pengembangkan diri dalam keilmuan / keteknikan / engineering khususnya pada Satuan Operasi /

Operation Unit / Teknik Proses (Pengolahan) secara mandiri dan terarah, khususnya di bidang pangan & hasil pertanian.

2. Peningkatan softskills (kerja sama, komunikasi tulisan-lisan, ketrampilan).

C. CARA PELAKSANAANTugas dilaksanakan secara kelompok bersifat mandiri dengan mempelajari panduan tugas secara seksama dan memperhatikan arahan dosen, asisten maupun laboran, sehingga tugas dapat dikerjakan dengan baik. Waktu pelaksanaan tugas tidak terjawal secara ketat, artinya dapat disesuaikan dengan hal-hal lainnya. Tempat melakukan tugas pada prinsipnya dapat dilakukan dimana saja, asal sesuai PANDUAN TUGAS.

D. KELOMPOKTugas dikerjakan secara kelompok yang terdiri dari 4 atau 5 orang untuk tiap kelompok, yang ditentukan sendiri. Nama yang diatas (dalam susunan nama yang diserahkan), otomatis menjadi Ketua Kelompok yang Bertanggung Jawab terhadap kelopmpoknya. Daftar Kelompok segera diserahkan ke Dosen Penanggung Jawab (P. Kawiji).

E. JADWAL KEGIATAN

Tugas ini meliputi 4 kegiatan pokok dengan jadwal sebagai berikut :

KEGIATAN WAKTU1. Pengambilan data . . . s/d 15 Mei 2012

2. Konsultasi & Pembuatan laporan . . . s/d 22 Mei 2012

3. Presentasi 25 – 29 Mei 2012

4. Laporan Akhir dikumpul 1 minggu setelah presentasi

2. PANDUAN TUGAS

A. Topik 1 : MEMPELAJARI EFISIENSI ENERGI PEREBUSANB. Topik 2 : MEMPELAJARI EFISIENSI ENERGI PEMOMPAAN

373737

Topik 1

MEMPELAJARI EFISIENSI ENERGI PEREBUSAN

Tujuan : Mengetahui Efisiensi Energi Perebusan pada berbagai cara perebusan.

Teori :Efisiensi Energi Perebusan (EE-Rebus) adalah jumlah energi panas yang terpakai untuk merebus dibagi jumlah energi panas yang digunakan. Semakin tinggi nilai EE-Rebus berarti semakin banyak panas yang dapat digunakan untuk merebus dan sekaligus semakin sedikit panas yang hilang (tak termanfaatkan). Pada proses perebusan tentu diinginkan nilai EP yang tinggi. Secara matetmatis dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut :

Input Panas = Panas Terpakai + Panas Hilang

% 100 x PanasInput

terpakaiPanas Rebus-EE =

Keterangan :

Input Panas Panas Terpakai Panas Hilang

ۀ panas yang digunakan untuk

perebusan.

ۀ digunakan kompor listrik

(mudah menghitung energinya)

W = P t Joule = watt x detikۀ

ۀ panas yang digunakan

untuk merebus air (larutan) Qs + Ql

Qs = m c T (panas sensibel)ۀ

Ql = m h (panas laten)ۀ

ۀ tidak termanfaatkan

oleh air

ۀ hilang ke udara

sekeliling, panci, kompor dst.

ۀ kehilangan ini harus

ditekan sekecil mungkin.

Metodologi :

1. Perlakuan :

Lokasi Perebusan : Dalam RuanganPanci : P1 : tidak ditutup isolator ; P2 : ditutup isolator di sisi

sampingnyaCatatan : masing-masing kelompok diusahakan berbeda isolator (bahan, ketebalan)

Daya Kompor : DK1 : 300 watt, DK2 : 600 watt, Macam Percobaan : 1. P1-DK1 2. P2-DK1

3. P1-DK2 4. P2-DK2Jumlah Ulangan : masing-masing percobaan diulang 3x.

2. Percobaan :

Bahan & Alat : Air, panci, isolator (kaintebal, sterofom lentur), kompor listrik, kotak isolasi, alat-alat ukur (waktu, massa, suhu).

Cara Percobaan : a. Siapkan air kedalam panci dengan massa sesuai tabel data percobaan, catat suhunya ( . . . . oC)

b. Siapkan kompor listrik dengan daya 300 watt & 600 wattc. Lakukan persebusan sesuai macam percobaan (6 macam). d. Perebusan dihentikan sesuai waktu pada tabel data percobaan.e. Catat suhu akhir ( . . . . oC)f. Kegiatan percobaan ini difoto (minta ke jurusan) untuk

laporan

383838

3. Data Percobaan :

Tipe Percobaan A :

PercobP t W M T Qs EE-

RebusWatt mnt joule Gr oC Joule %

P1-DK1 300 6 400 mcT300 9 500300 12 600

P1-DK2 600 6 400600 9 500600 12 600

P2-DK1 300 6 400300 9 500300 12 600

P2-DK2 600 6 400600 9 500600 12 600

Keterangan :

P : Daya kompor, (watt)t : Waktu perebusan (det) tipe percobaan

W : Input Energi (joule) A B C D Em : Massa air yang direbus (gram) Kelompok Tugasc : kapasitas panas jenis air (4,184 joule/g oC) 1 2 3 4 5T : suhu akhir – suhu awal (oC) 6 7 8 9 10Qs : Panas terpakai untuk perebusan (joule) 11 12 13 14 15

EE-Rebus : Efisiensi Energi Perebusan (%)

393939

Topik 2

MEMPELAJARI EFISIENSI ENERGI PEMOMPAAN (dapat menggunakan : air, miyak goreng, larutan gula . . . dst)

Tujuan : Mengetahui Efisiensi Energi Pemompaan pada berbagai ketinggian dan panjang pipa

Teori :Efisiensi Energi Pemompaan (EE-Pompa) adalah jumlah energi yang terpakai untuk menaikan fluida dibagi jumlah energi (listrik) yang digunakan. Semakin tinggi nilai EE-Pompa berarti semakin banyak energi (listrik) yang dapat digunakan untuk menaikkan/memindahkan fluida dan sekaligus semakin sedikit energi (listrik) yang hilang (tak termanfaatkan). Pada proses pemompaan tentu diinginkan nilai EE-Pompa yang tinggi. Secara matematis dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut :

Input Energi (listrik) = Energi Terpakai + Energi Hilang

Keterangan :

Input Energi (listrik) Energi Terpakai Energi Hilang

ۀ Energi yang digunakan untuk

pemompaan.

Menggunakan pompa yangۀ

digerakkan energi listrik (mudah menghitung energinya)

W = P t Joule = watt x detikۀ

ۀ sejumlah fluida yang telah

dipindahkan ke ketinggian tertentu, shg energi potensial (Ep) fluida tersebut meningkat. Dan ada pula Ekergi Kinetik (Ek).

ۀ Ep = mgh (m : mass, g :

gravitation, h : head)

ۀ Ek= ½ mv2 (m : mass, v :

velocity)

ۀ hilang pompa, pipa,

sekeliling, dst.

ۀ kehilangan ini harus

ditekan sekecil mungkin.

Metodologi :1. Bahan & Alat :

Bahan : Fluida yang digunakan dalam percobaan ini adalah larutan gula dengan rincian sbb : Percob. A : 2 kg gula + 5 kg airPercob. B : 2 kg gula + 6 kg airPercob. C : 2 kg gula + 7 kg airPercob. D : 2 kg gula + 8 kg airPercob. E : 2 kg gula + 9 kg airPerhatian :Saat digunakan percobaan larutan harus DINGIN, jangan panas agar pompanya tidak rusakSetelah pompa dipakai, HARUS DIBERSIHKAN DENGAN CARA DIBILAS DENGAN AIR BERSIH.

Alat : Pompa aquarium, fluida, pipa/slang, tempat penampung fluida (atas & bawah), alat-alat ukur (tegangan listrik, arus listrik, waktu, ketinggian, massa)

2. Perlakuan :

Panjang pipa (slang) : P1 = 2 m, P2 = 4 m, P3 = 6mKetinggian : H1 = 0,2 m, h2 = 0,4 m, h3 = 0,6 mMacam Percobaan : 1. P1-h1 2. P1-h2 3. P1-h3

4. P2-h1 5. P2-h2 6. P2-h37. P3-h1 8. P3-h2 9. P3-h3

404040

Jumlah Ulangan : masing-masing percobaan diulang 3x.

3. Susunan Unit Percobaan :

4. Percobaan :

Cara Percobaan : a. Susun unit percobaan, lihat gambar.b. Uji coba dulu apakah susunannya sudah berjalan dengan

baik.c. Lakukan percobaan sesuai ketentuan masing-masing

kelompok.d. lakukan pengukuran : tegangan listrik, arus listrik, waktu,

ketinggian, massaKelompok Percob. : Kel. 1, Percobaan A

Kel. 2, Percobaan BKel. 3, Percobaan CKel. 4, Percobaan DKel. 5, Percobaan E

Kel. 6, Percobaan AKel. 7, Percobaan BKel. 8, Percobaan CKel. 9, Percobaan DKel. 10, Percobaan E, . . . dan seterusnya.

5. Data Percobaan : Percob. ... : ... kg gula + ... kg air

Luas penampang pipa bagian dalam (A) = . . . . . . . . m2, debit = A v

PipaV i T W h m vol debit v Ep Ek EEP

Volt Amper S joule m kg m3 m3/s m/s Joule Joule %P1 220 Vit 0,2 ± 1,0 Mgh 1/2 mv2

220 0,2 ± 1,5220 0,2 ± 2,0220 0,4 ± 1,0220 0,4 ± 1,5220 0,4 ± 2,0220 0,6 ± 1,0220 0,6 ± 1,5220 0,6 ± 2,0

P2 220 0,2 ± 1,0220 0,2 ± 1,5220 0,2 ± 2,0220 0,4 ± 1,0220 0,4 ± 1,5220 0,4 ± 2,0220 0,6 ± 1,0220 0,6 ± 1,5220 0,6 ± 2,0

P3 220 0,2 ± 1,0220 0,2 ± 1,5220 0,2 ± 2,0220 0,4 ± 1,0220 0,4 ± 1,5220 0,4 ± 2,0220 0,6 ± 1,0220 0,6 ± 1,5220 0,6 ± 2,0

Keter :

414141

V : Tegangan listrik (PLN) yang digunakan pompa ( ± 220 volt)I : kuat arus yang digunakan (amper), biasanya relatif konstant : waktu pemompaan (det)

W : Input Energi Listrik (joule)h : ketinggian pemompaan (m)m : massa fluida yang dipompa (kg), antara 1 s/d 2 kgg : gravitasi (9,8 m/det2)Ep : Energi potensial (mgh) . . . . joule

vol : Volume fluida yang didapat, . . . . m3

debit : vol / tkecep. (v) : debit / luas penampang pipa dalam (A)

Ek : Energi kinetik (1/2 m v2), . . . . jouleEEP : Efisiensi Energi Pemompaan (%) = ((Ep + Ek )/W) x 100%

3. PENYUSUNAN LAPORAN

Laporan tugas disusun secara kelompok. Laporan sementara & laporan akhir mempunyai susunan format yang sama. Sistematika laporan sebagai berikut :

I. MEMPELAJARI EFISIENSI ENERGI PEREBUSANA. PENDAHULUAN B. DASAR TEORIC. METODOLOGI D. HASIL & PEMBAHASAN

(cukup tampilkan tabel akhir hasil perhitungan, seperti dalam panduan, pembahasan)E. KESIMPULANF. LAMPIRAN

(rumus yang digunakan, cara perhitungan, foto-foto)

II. MEMPELAJARI EFISIENSI ENERGI PEMOMPAAN(isi sama seperti bab I)

424242

434343

444444

KEPADA LABORAN :

HARAP DISIAPKAN : untuk tugas SATOP 1

percobaan A :BARANG JUMLAH

panci kecil, isi ± 2 liter 2kompor listrik : 300 watt (hidup satu) & 600 watt (hidup dua) 2Isolator 1Timbangan 1Termometer 2

percobaan B :

BARANG JUMLAHpompa kecil (aquarium) 1selang (2m, 4m & 6m) 1ember besar (untuk tampungan bawah 1panci / ember kecil (untuk tampungan atas) 1amper meter (yang : mA ) 1meteran (penggaris besar) 1timbangan 1

454545

itp uns semester 2 satop, mass energi balance

Documents