perencanaan unit pengolahan pangan.ppt

Sudarminto SY

PendahuluanPerencanaan Unit Pengolahan memiliki arti

penting dalam pendirian sebuah pabrik pengolahan pangan.

Perencanaan : perancangan/design bukan plan. Perancangan : pendekatan melalui perhitungan-

perhitungan serta pertimbangan-pertimbangan ilmiah didasarkan pada ilmu-ilmu pendukung

Dampak : pabrik pengolahan pangan yang : beroperasi secara produktif, aman, efisien serta dapat berfungsi sebagai income generating yang menguntungkan

Tidak ada Perencanaan yang absolut benar

Design is a job of making decisions. Where the data at hand are integrated with basic sciences, mathematics and engineering knowledge in the most suitable manner and the target is achieved

design is a problem solving activity directed to a target.

Food Plant design as a multidisciplinary project Coordinated by a Food Engineer/Food Technologist Team may involve all or some of the following:

Civil, Engineer, Mechanical Engineer, Electrical Engineer, Accountants, Architects, Quantity Surveyor, Economists, etc.

Stages of Design1. Determination of the aim(s) and desired

criteria (need)2. Collection of data and bring up them together

(synthesis)3. Detailed investigation of the subject (analysis)4. Regulation and starting the application

(construction)5. Trials (testing)6. Examination of the results (evaluation)

Stages in plant designInceptionPreliminary evaluation of economics and marketDevelopment of data necessary for final design Final economic evaluationDetailed engineering designProcurementErectionStartup and trial runsProduction

The Food Industry The producersThe processorsThe marketers The consumers

Plant Design PrinciplesMaterial FlowSanitary DesignSite LocationDesign for People

TAHAP TEKNIS PERANCANGANPengembangan Konsep dan DefinisiPengembangan Diagram Alir ProsesPerencanaan PeralatanAnalisa EkonomiPelaporan

Pengembangan KonsepDigunakan sebagai pembatasKapasitas maksimum pabrikTahapan pendalam konsep:

Memahami proses Pustaka, konsultan

Memperkecil pilihan Tabel keputusan

Menentukan kondisi dan kapasitas Project statement

Tabel keputusan kualitatifAlternatives

Criteria

Resource recovery

Public image

Pollution Trans. Cost

Sitting Total cost Volume reduction

Sanitary landfill - - - - - + -

Incineration - + + + - - +

Recycling + + + - + - +

Burning in power plant + + + - - + +

(-) tidak diinginkan(+) diinginkanRecycle bukan pemecahan yang pasti bergantung

pada jenis limbahTerbatasi oleh populasi yang tinggi

Tabel keputusan kuantitatifAlternatives

Criteria

Resource recovery

Public image

Pollution Trans. Cost

Sitting Total cost

Volume reduction

Total Score

Priority Rating 2 7 10 5 6 8 4

Sanitary landfill 0 2 5 5 3 10 2 195

Incineration 0 5 8 6 4 4 10 241

Dipilih Inceneration karena mempunyai skor yang lebih tinggi

Penentuan kondisi dan kapasitas Banyak faktor yang menentukan Lokasi

Pasar Bahan mentah/ bahan olahan Tenaga kerja Air Kondisi alam

Infrastruktur Transport Sumber daya Pembuangan limbah Komunikasi

Logistics management can be defined as the management of transportation and distribution of goods.

facility locationtransportationgoods handling and storage.

(1) It must first be close as possible to raw material sources and customers;(2) Skilled labor must be readily available in the vicinity of a facility’s

location;(3) Taxes, property insurance, construction and land prices must not be too

“high;”(4) Utilities must be readily available at a “reasonable” price;(5) Local , state and other government regulations must be conducive to

business; and(6) Business climate must be favorable and the community must have

adequate support services and facilities such as schools, hospitals and libraries, which are important to employees and their families.

Some of the objectives in facility location decisions:

Introduction Cont...Logistics management problems can be classified

as:

(1) location problems;

(2) allocation problems; and

(3) location-allocation problems.

List of Factors AffectingLocation DecisionsProximity to raw materials sourcesCost and availability of energy/utilitiesCost, availability, skill and productivity of laborGovernment regulations at the federal, state,

country and local levelsTaxes at the federal, state, county and local

levelsInsuranceConstruction costs, land price

List of Factors AffectingLocation Decisions Cont...Government and political stabilityExchange rate fluctuationExport, import regulations, duties, and tariffsTransportation systemTechnical expertiseEnvironmental regulations at the federal, state,

county and local levelsSupport services

List of Factors AffectingLocation Decisions Cont...Community services, i.e. schools, hospitals,

recreation, etc.WeatherProximity to customersBusiness climateCompetition-related factors

Qualitative AnalysisStep 1: List all the factors that are important, i.e. have an

impact on the location decision.Step 2: Assign appropriate weights (typically between 0

and 1) to each factor based on the relative importance of each.

Step 3: Assign a score (typically between 0 and 100) for each location with respect to each factor identified in Step 1.

Step 4: Compute the weighted score for each factor for each location by multiplying its weight with the corresponding score (which were assigned Steps 2 and 3, respectively)

Step 5: Compute the sum of the weighted scores for each location and choose a location based on these scores.

tugasTentukan lokasi dari pabrik yang telah saudara

pilih

Pengembangan Diagram Alir ProsesCara efisien untuk memahami proses,

identifikasi kekuranganPerhitungan neraca massa dan energi

Perencanaan dan pemilihan proses• proses produksi adalah langkah-langkah untuk dapat

merubah bahan dasar menjadi hasil olahan yang bernilai lebih tinggi

• Proses : secara fisik, kimiawi, biologis, biokimia• Pendukung proses : dana, tenaga kerja, peralatan, bahan

pembantu • Satu produk dapat dihasilkan lebih dari 1 proses• Satu bahan baku dapat dihasilkan berbagai jenis produk• Dasar pemilihan proses : teknis, ekonomis, pasar,

konsumen• Konsumen : diversifikasi• Proses digambarkan dalam bentuk diagram alir

Pertimbangan-pertimbangan dalam pemilihan proses produksiPemilihan: proses tepat, efisien dan mendatangkan keuntungan seoptimal mungkin

Pertimbangan ini berhubungan dengan : Jenis dan macam peralatan Besar modal Tenaga kerja Pasar Spesifikasi bahan dasar dan hasil olahan

Jenis proses• Ada dua macam daur proses, yaitu

– Proses terus menerus (continous process)– Proses terputus (batch process)

• Proses terus menerus (continous process)– Keuntungan :

• Dapat diperoleh tingkat biaya per unit (unit production cost) rendah.– Kerugian :

• Sukar merubah produk untuk menyesuaikan dengan permintaan konsumen.• Bila ada alat yang rusak, proses produksi mudah terhenti.• Tingkat produksinya sukar berubah.

• Proses terputus (batch process)– Keuntungan :

• Fleksibel untuk menghadapi perubahan baik kualitas maupun kuantitas.• Mesin-mesinnya bersifat general purpose (serba guna) hingga dapat

digunakan untuk membuat lebih dari satu macam produk.• Proses produksi tidak mudah terhenti karena kerusakan salah satu mesin.

– Kerugian :• Tenaga buruh yang diperlukan relatif besar, biaya pemindahan bahan cukup

besar, ukuran alat relatif besar sehingga harga alat mahal (perlu investasi besar)

Diagram alir• diagram alir (flow diagram) : urutan dan tahapan proses

produksi. • Diagram alir yang baik adalah yang dapat menggambarkan

pelaksanaan pekerjaan dengan jelas. • Penggambaran menggunakan kotak-kotak yang berisi

keterangan tentang bahan yang digunakan serta hasil yang diperoleh (diagram alir kualitatif)

• Diagram alir yang disertai neraca bahan dan energi disebut pula diagram alir kuantitatif.

• Agar proses dapat dilaksanakan secara ekonomis, sarana proses produksi harus direncanakan dengan tepat. Untuk itu diperlukan perhitungan akan kebutuhan bahan-bahan dan energi masing-masing tahap proses.

• Pembuatan neraca bahan memerlukan pengetahuan tentang sifat-sifat bahan seperti densitas, berat molekul, panas latent, panas spesifik, dan lain-lain.

• untuk membuat neraca energi perlu diketahui suhu, tekanan atau massa pada beberapa tahap proses.

Contoh diagram alirSari kulit nenas

Pencampuran pada suhu 65°C, 5 menit

Pemanasan 80-85°C, 15 menit

Pendinginan sampai suhu37°C

Inkubasi 37°C,3 hari

Minuman fermentasi sari kulitnenas

Susu skim 10% (b/v)Glukosa 4% (b/v)

Starter L.casei subsprhamnosus 1% (v/v)

TugasBuat diagram alir proses produksi dari produk

yang telah saudara pilih

Neraca MassaTuliskan kapasitas produksi : per thn, bln, atau

hariTentukan hari kerja : misal 300 hr/thnKapasitas produksi per jam dpt ditentukan atau

sebaliknyaHitung neraca massa per unit operasi

Contoh produksi biskuitKpasitas produksi : 15.000 ton/thnJumlah hari kerja/thn : 300 hariKapasitas per hari = 50 tonProduksi per hari = 24 jamProduksi per jam = 3125 kgNeraca massaMixing

Neraca massa mixingMasuk (kg) Keluar (kg)

Tepung terigu 1453,1

Adonan 3437,5

Gula 812,5

Shortening 500

Susu 78,1

Garam 15,6

Amonium bikarbonat 31,3

Citarasa 78,1

Air 468,8

Total 3437,5 3437,5

Buat necara massa untuk proses :•Pemipihan•Pencetakan•PemangganganSemua hitungan ada di lampiran

Neraca massa pemangganganMasuk : 3437,5 kgKeluar :

bikuit 3125 kgAir 312,5 kg (angka in diperoleh dari perhitungan

di lampiran)

Neraca panasTentukan Kapasitas produksiTentukan suhu dasar perhitunganTentukan satuanTentukan asumsi kehilangan panasTentukan panas jenis bahan

Lihat di data2 keteknikanDiprediksi : cp1xkadar 1 + cp2xkadar2….

ContohTentukan cp dari adonan biskuit yang

berkomposisi terigu 45%, gula 25%, shortening 15%, air 15%.

Contoh pemangganganMasuk (Kkal) Keluar (kkal)

Entalpi adonan 17.840,6 Entalpi biskuit 118.937,5

Panas yang diberikan 331.746,7

Entalpi uap air 214.062,5

Panas yang hilang 16.587,5

Total 349.587,3 Total 349.587,3

Q= m cp ∆T

Diperoleh dari tabel atau diprediksi

Q=mλ

prediksiSelisih panas masuk dgn panas keluar

TugasBuat neraca panas pada sterilisasi pengalengan

cocktail. Data yang diperoleh:Kapasitas produksi : 10.000 kaleng/hari. Ukuran

kaleng 300 gKomposisi isi : buah pepaya 15%, nanas 15%,

bengkoang 10%, labu 10%, sirup gula (30%) 50%Sterilisasi pada suhu 115oCKaleng beserta isinya bersuhu awal 30oCPanas yang hilang selama sterilisasi 5%

Spesifikasi alatTujuan untuk memudahkan dalam pengadaan

peralatanSpesifikasi yang perlu disajikan:

IdentifikasiFungsiOperasiBahan yang ditanganiData dasar keteknikanKontrol pentingKebutuhan insulasiToleransi yang diijinkanPower

Contoh untuk Heat exchangerHeat exchanger Identifikasi : item kondenser,

jumlah 1, nomer item H-5Fungsi : mengkondensasikan

uap metanol dari fraksinasi kolom

Operasi : kontinyuBahan yang ditangani: Air

pendingin, laju 400 gpm

Data dasar : tek. 20 psig, suhu 15-20oC, kapasitas 3500000btu/h, diameter 10 cm

Utilitas: air tdk diolahKontrol : laju air pendingin

diatur oleh suhu uap Insulasi: gabus 2 inchiToleransi : SNI untuk plat

penukar panas

Mesin cetak bakso Keunggulan : Full Stainless steel lebih tebal dari model lama Body lebih kokoh Area Gear dari bahan kuningan tebal dan kuat 4 ukuran cetakan : 1.7 cm, 2 cm, 2.5 cm, 3 cm Hemat listrik Spesifikasi Cetak Bakso Terbaru Tipe : Bakso-230 Maksindo Dimensi : 70x38x123.5 cm Kapastas : 230 butir / menit Berat mesin : 90 kg Listrik : 750 W, 220 V, 1 HP, 50 Hz Speed : 2800 rpm Harga Mesin : Rp 9.500.000 (Rp 9.500.000)

contohMESIN PENCETAK TABLET Jenis: Mesin Pentablet sistem kontinyuFungsi: Untuk membuat serbuk bee pollen menjadi bentuk

tabletPrinsip kerja : memadatkan serbuk dengan panas. digunakan

setelah proses pencampuran di tangki pencampuran 3. kapasitas :20.000 tablet per jam. Tekanan maksimum 10.000 psiTablet : diameter 24 mm, ketebalan 20 mm, motor penggerak 8 kW, Dimensi : luasan area 100×100 cm, berat 1200 kg, merek PR27

Pastiles Vichy.

Contoh juicerTipe : Screw–Type Juice ExtractorDaya : 1 HP, tiga fase, motor 220 VBahan : Seluruh bagian kontak dibuat dari

stainless steel Kapasitas masukannya 1600 kg/jamAksesoris :

terdapat dua set pisauPengatur kecepatanBerbagai ukuran saringan.

Cup sealer semi otomatisKeunggulan mesin cup sealer otomatis ini:Dilengkapi dengan sensorOtomatis, tanpa handle. Anda tingga menaruh cup gelas di di

mesin. dan mesin akan langsung berproses untuk menutup gelas plastik Anda

Dilengkapi dengan counter penghitungSpesifikasi mesin cup sealer automatic ini :Model : ZF-07Listrik : 350, 220 V, 50 HzKapasitas : 400-600 cup/jamDimensi : 280x345x540 mmBerat : 23.5 kgHarga : Rp 5.000.000 Rp 3.900.000

• Zat fluida (zat bersifat mengalir) bergerak dari daerah tekanan tinggi menuju tekanan rendah

• Energi mekanis (mechanical energy) dari sumber diubah menjadi energi tekanan (pressure energy) atau energi kecepatan (velocity energy) pada zat fluida

• Energi tekanan akan berkurang akibat gesekan fluida dg dinding dalam pipa, katup (valve), belokan, pembesaran diameter saluran/pipa, ketinggian

Pompa

5

Type of Pump• Jet pump

• Air lift

• Piston pump

• Diaphragm/membrane pump

• Rotary pump- Rotary peristaltic pump- Gear pump- Lobe pump- Vane pump- Propeller pump- Turbine pump- Progressive cavitive pump

• Centrifugal pump

13

Jet Pump

Pompa jet beroperasi berdasarkan energi kecepatan sebuah semburan fluida. Fluida, baik yang bisa dimampatkan (compressible) ataupun tidak (incompressible), didesak melalui sebuah jet atau nozel (nozzle) berdimensi tertentu sehingga hampir semua energi yang terlibat dikonversikan menjadi energi kecepatan. Energi ini kemudian disalurkan ke fluida yang akan dipompa.

Pompa jet sering digunakan pada pemompaan campuran air dan minyak (sumps) atau sisa pengolahan (residues) yang mengandung bahan padatan (solid) atau secara kimiawi bahan-bahan aktif yang tidak bisa lewat pada sebuah pompa mekanis secara memuaskan.

14

Air LiftSecara praktis, pengangkat udara (air lift) dianggap bukan pompa karena alat ini tidak merubah head tekanan atau head kecepatan dalam persamaan Bernoulli.

Udara disalurkan dari bagian bawah pipa angkat dan bercampur dengan cairan. Campuran udara-cairan, yang memiliki berat spesifik lebih ringan dari cairan, naik di dalam pipa dan dikeluarkan pada ketinggian tertentu dari permukaan cairan.

Alat ini dapat dipakai untuk mengangkat fluida-fluida yang mengandung benda asing dan cairan-cairan yang bersifat korosif. Dari 20 sampai 40% energi yang dipakai untuk mengkompres udara bisa digunakan untuk mengangkat cairan.

15

Air Lift

]34/)34H3,3([logC

H8,003,0V

s

pair

Hp (m) C 3 – 18 245 18 – 60 233 60 – 150 216150 – 195 185195 – 225 156

Vair = jumlah udara bebas yang diperlukan untuk mengangkat 1 liter air (m3)

Hp = tinggi pengangkatan (m)Hs = submerjensi (submergence) atau bagian pipa yang

terbenam = jarak dari permukaan air ke titik dimana udara dimasukkan (m)

C = konstanta (lihat daftar berikut)

…………….. (12)

16

Piston Pump

Karakteristik:• Efisiensi mekanis pompa = 80-90%. • Kehilangan tenaga terutama oleh gesekan. • Fluida yang mengandung bahan abrasif atau

korosif tidak dapat dipompa dengan pompa piston biasa.

• Pompa piston cocok dipakai untuk operasi bertekanan tinggi.

17

Diaphragm/Membrane Pump

18

hisap tekan

Diaphragm/Membrane PumpA diaphragm pump is a positive displacement pump that uses a combination of the reciprocating action of a rubber, thermoplastic or teflon diaphragm and suitable non-return check valves to pump a fluid.

When the volume of a chamber of the pump is increased (the diaphragm moving up), the pressure decreases, and fluid is drawn into the chamber.

When the chamber pressure later increases from decreased volume (the diaphragm moving down), the fluid previously drawn in is forced out.

Finally, the diaphragm moving up once again draws fluid into the chamber, completing the cycle. This action is similar to that of the cylinder in an internal combustion engine.

19

Diaphragm/Membrane PumpKarakteristik:• has good suction lift characteristics, some are low pressure pumps

with low flow rates; others are capable of higher flows rates, dependent on the effective working diameter of the diaphragm and its stroke length.

• can handle sludges and slurries with a good amount of grit and solid content.

• has good dry running characteristics.• is a low-shear pump.• can be used to make artificial hearts. • is used to make air pumps for the filters on small fish tanks. • can be up to 97% efficient. • has good self priming capability. • can handle highly viscous liquids.• is available for industrial, chemical and hygienic applications.• causes a pulsating flow that may cause water hammer.

20

Rotary PumpKarakteristik:• Pompa rotari harganya murah dan konstruksinya juga

sederhana • Dapat memompa fluida dalam jumlah besar karena pompa

ini bisa bekerja dengan kecepatan putar tinggi. • Efisiensi mekanisnya bisa mencapai 90% atau lebih pada

kondisi operasi yang baik.

Yang termasuk kategori rotary pump:• Rotary peristaltic pump• Gear pump (internal gear pump, external gear pump)• Lobe pump• Vane pump• Propeller pump• Turbine pump• Progressive cavitive pump

21

Rotary Peristaltic Pump

22

• The fluid is contained within a flexible tube fitted inside a circular pump casing.

• A rotor with a number of "rollers", "shoes" or "wipers" attached to the external circumference compresses the flexible tube.

• As the rotor turns, the part of tube under compression closes thus forcing the fluid to be pumped to move through the tube.

• As the tube opens to its natural state after the passing of the cam fluid flow is induced to the pump. This process is called peristalsis

• The pump is typically used to pump clean/sterile or aggressive fluids, because cross contamination cannot occur. Some common applications include pumping aggressive chemicals, high solids slurries and other materials where isolation of the product from the environment, and the environment from the product, are critical.

Gear Pump

23

Gear Pump

external gear pump(gigi lengkung)

internal gear pump(gigi lurus)

internal gear pump(gigi cuping)

gearpenggerak

gear ygdigerakkan

hisap tekan

hisap tekan

hisap tekan

gearpenggerak

gear ygdigerakkan

24

Gear PumpKarakteristik:• Cocok dipakai untuk berbagai operasi

pengolahan karena aksi positifnya memberikan aliran bahan yang lancar dan kontinyu

• Mudah dibongkar untuk pembersihan. • Sesuai untuk pemompaan bahan-bahan

yang kental seperti es krim, sirup dan minyak.

• Bekerja sangat baik untuk memompa fluida-fluida yang memiliki sifat pelumasan.

• Gir-gir luar (eksternal) sering ditambahkan untuk menjaga kerapatan gir saat pemompaan, terutama untuk operasi tekanan tinggi.

25

Lobe Pump

26

Lobe Pump

hisap tekan

27

driving lobehousing

driven lobe

Vane Pump

Karakteristik:

• This pump, although more subject to wear than other rotary pumps, can develop a high pressure because of a better seal between the rotor and the housing.

• Its chief use in the processing field is evacuating, particularly for dry vacuum pump work such as that done by milking machines and vacuum pans.

28

Propeller Pump

29

Turbine Pump

30

Turbine PumpKarakteristik:• Fluida dialirkan melalui saluran oleh daun kipas (blade) berukuran kecil

yang dirangkai di dalam impeller. • Energi disuplai ke cairan oleh sirkulasi antara impeller dan penutup.

Tiap kali fluida bersirkulasi, energi disuplai ke fluida sehingga menghasilkan kenaikan head operasi.

• Untuk head pengeluaran rendah, kecepatannya tinggi dan jumlah sirkulasinya minimum. Ketika katub pengeluaran (throttle) ditutup, laju pengeluaran menurun dan sirkulasi meningkat, maka head operasipun meningkat.

• Head operasi dapat ditingkatkan hanya dengan satu pompa tunggal dengan diameter impeller sama.

• Tenaga yang dibutuhkan berkurang bila kapasitas naik (atau head operasi berkurang). Hal ini merupakan kebalikan dari pompa sentrifugal.

31

Turbine Pump

Karakteristik:• Efisiensinya lebih rendah pada pompa berkapasitas besar, namun

sama besar atau lebih tinggi pada kapasitas sampai 0,002 m3/dt. • Pompa jenis ini dibuat dengan ukuran kapasitas kecil untuk head

operasi yang tinggi. • Pompa ini cocok digunakan untuk sistem pemompaan sumur bor

rumah tangga (deep-well domestic water system), pengumpanan boiler, penyemprotan dan pencucian bertekanan tinggi, dan penggunaan lain yang sejenis.

• Rendahnya efisiensi bukanlah dianggap suatu faktor kekurangan karena head operasi tinggi bisa diperoleh tanpa harus menggunakan sistem multi tahap.

32

Progressive Cavitive Pump

Karakteristik:• Widely used for pumping difficult materials such as sewage sludge

contaminated with large particles.• This pump consists of a helical shaped rotor, about 10 times as long

as its width.• As the shaft rotates, fluid is gradually forced up the rubber sleeve.

Such pumps can develop very high pressure at quite low volumes.

33

Centrifugal Pump

34

Centrifugal Pump

35

Centrifugal Pump

Pompa sentrifugal banyak digunakan untuk memompa air, susu, pelumas, larutan kimia, bahan-bahan yang diolah (dalam bentuk fluida) dan sebagainya.

Keungulan pompa sentrifugal:• sederhana• mudah dibongkar sehingga mudah untuk

dibersihkan, dicuci dan disterilkan• memiliki kemampuan untuk memompa

larutan yang mengandung bahan padat • bisa didisain untuk operasi tekanan tinggi• dalam kondisi baik efisiensi mekanisnya

bisa mencapai 90%• cocok digunakan untuk memompa produk-

produk pangan

36

Centrifugal PumpKelemahan:• Impeller can be worsened by suspended solids• Corrosion inside the pump caused by the fluid properties • Overheating due to low flow • Leakage along rotating shaft • Centrifugal pumps must be filled with water in order to operate

Karakteristik• Bila head operasi (H) meningkat, debit (q) menurun.• Pompa dengan baling-baling tebal dan lingkaran dalam

sempit menghasilkan head tinggi dengan debit rendah.• Peningkatan sudut pitch baling-baling akan menyebabkan

penurunan putaran per menit yang dibutuhkan untuk debit tertentu. Hal ini akan menurunkan head maksimum, suatu keadaan yang tidak diharapkan.

37

75xHq

P

P = the input power required (hp) q = the flow rate (m3/s) = the fluid density (kg/m3) = g = the fluid density (kg’/m3)g = the gravitational constant (9.81 m/s2) H = the energy head added to the flow (m-H2O) = the efficiency of the pump plant (decimal)1 hp= 75 kgm/s = 746 W

The head added by the pump (H) is a sum of:- the static lift- the head loss due to friction - any losses due to valves or pipe bends

38

Operating Conditions


For a specific pump with speed varying:

N1/N2 = q1/q2

N12/N2

2 = H1/H2

N13/N2

3 = P1/P2

N = runner speed (rpm)q = flow rate (l/min)H = total head (m)P = input power required (hp)

Example A pump, operating at 1760 rpm, delivering 473 l/min at 12 m of head, and requiring 1.63 hp, is speeded up to 2100 rpm. What are the new operating condition?

39

N1/N2 = q1/q2

1760/2100 = 473/q2

q2 564 l/min

N12/N2

2 = H1/H2

17602/21002 = 12/H2

H2 17 m

N13/N2

3 = P1/P2

17603/21003 = 1.6/P2

P2 2.7 hp

For a number of geometrically similar pumps with speed constant and diameter varying:

D13/D2

3 = q1/q2 D = diameter of the runner (cm)

D12/D2

2 = H1/H2

D15/D2

5 = P1/P240


ExampleA pump with 18 cm-diameter runner delivers 473 l/min against a 12-m head and requires 1.6 hp. If the speed is maintained constant and the runner diameter is increased to 20 cm, what are the new operating condition?

D13/D2

3 = q1/q2

183/203 = 473/q2

q2 649 l/min

D12/D2

2 = H1/H2

182/202 = 12/H2

H2 14.8 m

D15/D2

5 = P1/P2

185/205 = 1.6/P2

P2 2.7 hp

41


42

Combination:

D2 = D1(H11/4/q1

1/2)(q21/2/H2

1/4)

N2 = N1(q11/2/H1

3/4)(H23/4/q2

1/2)

P2 = P1(N23/N1

3)(D25/D1

5)

Example A 1.63-hp pump with 18 cm-diameter runner, operating at 1760 rpm, delivers 568 l/min against 11 m of head. If the same pump is desireable to deliver 284 l/min against a 20-m head, what are the new operating condition of the pump?

D2 = D1(H11/4/q1

1/2)(q21/2/H2

1/4) = 18(111/4/5681/2)(2841/2/201/4) 11 cm

N2 = N1(q11/2/H1

3/4)(H23/4/q2

1/2) = 1760(5681/2/113/4)(203/4/2841/2)= 3897 rpm

P2 = P1(N23/N1

3)(D25/D1

5) = 1.63(38973/17603)(115/185)= 1.5 hp


EXAMPLE 2. Pump horsepowerWater is raised from a reservoir up 35 m to a storage tank through a 7.5 cm diameter pipe. If it is required to raise 1.6 cubic metres of water per minute, calculate the horsepower input to a pump assuming that the pump is 100% efficient and that there is no friction loss in the pipe.

1 Horsepower = 0.746 kW.

Volumetric flow rate, q= 1.6 m3/min = 1.6/60 m3/s = 2.7 x 10-2 m3/s

Area of pipe, A= (/4) x (0.075)2 = 4.42 x 10-3 m2

Velocity in pipe, v= 2.7 x 10-2/(4.42 x 10-3) = 6 m/s

11

Ec = Hg + v2/2Ec = 35 x 9.81 + 62/2 = 343.4 + 18 = 361.4 m2/s2

Therefore total power required = Ec x mass rate of flow = Ecq = 361.4 x 2.7 x 10-2 x 1000 m2/s2 x kg/m3xm3/s = 9758 J/s

and, since 1 hp = 7.46 x 102 J/srequired power = 13 hp

12

EXAMPLE Centrifugal pump for raising water Air untuk prosesing di pabrik disimpan pada tangki dengan ketinggian 22 m. Debit yang dimpompa ke tangki sebesar 1,2 m3/menit. Pipa galvanis berdiameter 15 cm sepanjang 120 m digunakan mengalirkan air. Pipa terdiri dari sambungan 8 right angle bend. Berapa daya pompa yang dibutuhkan.

There is available a range of centrifugal pumps whose characteristics are shown in Fig. 4.4. Would one of these pumps be sufficient for the duty and what size of electric drive motor would be required?

Reynold numberAssume properties of water at 20°C are density 998 kg m-3,

and viscosity 0.001 N s m-2Cross-sectional area of pipe A = (π/4)D2

= π /4 x (0.15)2 = 0.0177 m-2 Volume of flow V = 1.2 m3 min-1 = 1.2/60 m3 s-1 = 0.02 m3 s-1.

Velocity in the pipe = V/A = (0.02)/(0.0177) = 1.13 ms-1

Now (Re) = Dvρ/µ = (0.15 x 1.13 x 998)/0.001

= 1.7 x 105

so the flow is clearly turbulent.

From Table 3.1, the roughness factor ε is 0.0002 for galvanized ironand so roughness ratio ε /D = 0.0002/0.15 = 0.001

So from Fig. 3.8, ƒ = 0.0053 Therefore the friction loss of energy = (4ƒv2/2) x (L/D)= [4ƒv2L/2D]= [4 x 0.0053 x (1.13)2 x 120]/(2 x 0.15)= 10.8 J.

Material Roughness factor () Material Roughness factor ()

Riveted steel 0.001- 0.01 Galvanized iron

0.0002

Concrete 0.0003 - 0.003 Asphalted cast iron

0.001

Wood staves 0.0002 - 0.003 Commercial steel

0.00005

Cast iron 0.0003 Drawn tubing Smooth

Friction factors in pipe

k

Valves, fully open:

gate 0.13

globe 6.0

angle 3.0

Elbows:

90° standard 0.74

medium sweep 0.5

long radius 0.25

square 1.5

Tee, used as elbow 1.5

Tee, straight through 0.5

Entrance, large tank to pipe:

sharp 0.5

rounded 0.05

Energy loss from bends and dischargeFor the eight right-angled bends, from Table

3.2 we would expect a loss of 0.74 velocity energies at each, making (8 x 0.74) = 6 in all. velocity energy = v2/2 = (1.13)2/2 = 0.64 J

So total loss from bends and discharge energy = (6 + 1) x 0.64 = 4.5 JThere would be one additional velocity energy loss because of the unrecovered flow energy discharged into the reservoir.

Energy to move 1 kg waterEnergy to move 1 kg water against a head of 22

m of water is E = Zg = 22 x 9.81 = 215.8 J.

Total energy requirement per kg: Etot = 10.8 + 4.5 + 215.8 = 231.1 J

energy requirement of pumpand theoretical power requirement

= Energy x volume flow x density = (Energy/kg) x kgs-1 = 231.1 x 0.02 x 998 = 4613 J s-1.

Now the head equivalent to the energy requirement = Etot/g = 231.1/9.81 = 23.5 m of water,

and from Fig. 4.4 this would require the 150 mm impeller pump to be safe, and the pump would probably be fitted with a 5.5 kW motor.

Tipe mixer

Penentuan kebutuhan Daya Mixer

Untuk Re<10 dan aliran turbulen

ContohA laboratory fermentor is equipped with a disc-flat blade turbine mixer with a diameter of 0.1 m. The fermentor is a cylindrical vessel with an inside diameter of 0.15 m,filled to the height of 0.2 m. Normally, the mixer is rotated at a speed of 600 rpm.The process is to be scaled-up to a fermentor with a capacity of 1 m3

Will 1 HP motor be sufficiently strong to turn the mixer?Data: For the fluid in the fermentor: ρ= 1000 kg/m3 , μ= 0.02

Pa.s.

Menentukan tipe aliranMendapatkan Po (dari gambar), utk Re=5000, Po= 5

Volume fermentor skala lab = 3.14 x 0.15 x 0.2 = 0,094 m3Daya yang dibutuhkan untuk 0.094 m3 sebesar 50W, maka untuk

1 m3 sebesar =50/0.094 = 532 W. 1 HP = 750 W berarti daya mencukupi

Size Reduction

Pengecilan Ukuran:• Pemotongan (cutting, chopping)

• Pengirisan (shredding)

• Pemecahan/penghancuran (crushing)

• Penggilingan (milling)

• Penepungan (grinding)

Kinerja alat pengecil ukuran yang diharapkan:• Ukuran produk seragam• Kenaikan suhu selama pengecilan ukuran minimum• Kebutuhan tenaga rendah• Kapasitas kerja tinggi• Operasi bebas hambatan

2

Energi Pengecilan

E = C ln (L1/L2) ………………. (27)

E = kebutuhan energi untuk mengecilkan ukuran (hp-h)C = konstantaL1 = dimensi bahan kondisi 1 (in)L2 = dimensi bahan kondisi 2 (in)

Example 5:Bila 5 hp-jam dibutuhkan untuk memperkecil suatu bahan dari 1/4 in menjadi 10 mesh, berapa besar tenaga yang dibutuhkan bila pengecilan dilakukan untuk 20 mesh ?

E = C ln (L1/L2)

hhp55,7)0328,0/25,0(ln56,8E

56,8)065,0/25,0(ln

5)2L/1L(ln

EC

6

Energi Pengecilan

7

E = Ei (100/L2)1/2[1 - (1/q1/2)]

Ei = the amount of energy required to reduce unit mass of the material from an infinitely large particle size down to a particle size of 100 m (hp-h)

q = L1/L2

EXAMPLE 6. Grinding of sugar Sugar is ground from crystals of which it is acceptable that 80% pass a 500 m sieve, down to a size in which it is acceptable that 80% passes a 88 m sieve, and a 5-horsepower motor is found just sufficient for the required throughput. If the requirements are changed such that the grinding is only down to 80% through a 125 m sieve but the throughput is to be increased by 50% would the existing motor have sufficient power to operate the grinder?

Energi Pengecilan

8

Using the subscripts 1 for the first condition and 2 for the second, and letting m (kg/h) be the initial throughput, then if x is the required power:

88 m=8.8x10-6 m, 125 m=125x10-6 m, 500 m= 500x10-6 m

E1 = 5/m = Ei(100/88 x 10-6)1/2 [1 – (88/500)1/2] E2 = x/1.5m = Ei(100/125 x 10-6)1/2 [1 - (125/500)1/2]

E2/E1 = x/(1.5 x 5) = (88 x 10-6)1/2[1 - (125/500)1/2] (125 x 10-6)1/2[1 – (88/500)1/2]

x/(7.5) = 0.84 x (0.500/0.58) = 0.72 x = 5.4 hp

So the motor would be expected to have insufficient power to pass the 50% increased throughput, though it should be able to handle an increase of 40%.

Rittinger’s equation is said to fi t better fi ne milling while Kick’s expressiondescribes better coarse grinding

Sugar crystals were ground from an average diameter of 500 μ m to powderwith an average diameter of 100 μ m. The net energy consumption was0.5 kWh per ton. What would be the net energy consumption for grinding thecrystals to 50 μ m powder: a. according to Rittinger’s law; b. according to Kick’s law.

Cutting/Chopping/Slicing

- Pemotongan dilakukan dengan menekan/memaksa suatu pisau tipis yang tajam membelah bahan yang dikecilkan.

- Permukaan-permukaan baru yang dihasilkan oleh sisi pisau yang tajam secara relatif tidak rusak.

- Pemotongan banyak diterapkan pada pengecilan ukuran buah-buahan dan sayur-sayuran.

- Pemotongan arah horizontal disebut slicing (pengirisan)

- Karena pori-pori pada permukaan baru terbuka akibat pemotongan, pengeringan/penguapan atau setiap proses yang membutuhkan pemindahan cairan/uap dari/ke bahan berlangsung lebih cepat

9

Cutter/Chopper

jaw crushervegetable cutter

root cutter

fruit cutter

horizontal cutter

herbchopper

dicer

10

Peeler/Slicer

garlic peeler

potato peeler

pineapple peeler

manualslicerroot

slicer

11

Pulper/Husker/Sheller

cassavagrater

groundnutdecorticater

coffee pulper peasheller

12

Crushing

• Penghancuran (crushing) merupakan jenis pengecilan ukuran dengan memberikan gaya tekan atau pukul pada objek yang akan dikecilkan.

• Butiran-butiran yang dihasilkan berbentuk dan berukuran tidak beraturan.

• Karakteristik permukaan butiran baru tergantung pada jenis bahan dan metode aplikasi gaya.

• Gaya yang digunakan dalam penghancuran bisa berupa gaya statis seperti pada pemecahan (cracking) walnut atau berupa gaya dinamis seperti terdapat pada alat hammer mill.

• Aplikasi crusher dalam bidang pertanian penting namun penggunaannya tidak luas

13

Jaw Crusher

• Pada awalnya dipakai untuk mengecilkan limestone dan batuan lainnya.

• Poros (shaft) yang membawa cone penghancur berputar bebas.

• Jaw crusher murah dan bekerja lambat.

14

dodge type

blake type

Roll Crusher• Roll crusher sering digunakan

bersama-sama dengan burr mill atau hammer mill

• Penggiling jenis ini bersifat serbaguna (versatile) dan banyak dijumpai di usaha industri pertanian skala rumah tangga.

• Double roller, dengan atau tanpa permukaan bergerigi (serrated), menghasilkan produk yang lebih seragam daripada kebanyakan alat pengecil ukuran lainnya.

• Alat ini banyak digunakan dalam pengolahan sereal untuk konsumsi manusia.

15

Hammer Mill

• Alat ini digunakan untuk berbagai pengecilan ukuran termasuk penepungan (grinding) untuk produk pangan, pakan, dan pupuk buatan.

• Sebuah hammer mill terdiri dari sebuah pemukul berputar (rotating hammer) berkecepatan 1400 – 1500 rpm dan sebuah saringan berpori kasar.

• Bahan dipukul dan dihancurkan sampai cukup halus sehingga lolos melewati saringan yang terletak pada bagian bawah.

• Distribusi kehalusan terutama ditentukan oleh ukuran lubang saringan. Adapun putaran rotor per menit dan laju pengum-panan merupakan faktor penentu tambahan.

• Setelah lolos dari saringan, butiran-butiran tersebut dipindahkan oleh shovel, auger, elevator rantai atau oleh sebuah kipas.

16

Hammer Mill

Kelebihan Hammer Mill:

• Sederhana

• Serbaguna (versatile)

• Bebas dari kerusakan signifikan akibat benda-benda asing

• Keausan (wear) pada hammer tidak mengurangi efisiensinya secara material

Kekurangan Hammer Mill:

• Ketidakmampuan untuk menghasilkan butiran yang seragam

• Kebutuhan tenaga tinggi

17

Buhr Mill

• Buhr mill, disebut juga attrition mill, plate mill, pada prinsipnya terdiri dari dua plat kasar, satu diam yang lainnya berputar.

• Bahan yang diumpankan dikecilkan dengan efek penghancur-an dan penyobekan (shear).

• Kelebihan pengumpanan (over feeding) akan mengurangi efektifitas penggilingan dan menghasilkan panas yang berlebihan.

• Kecepatan operasi biasanya < 1200 rpm.

• Kehalusan pengecilan ditentukan oleh jenis plat dan jarak antara dua plat.

• Unit penyetelan jarak dilengkapi dengan per sehingga jarak akan bertambah dalam kasus kelebihan umpan atau bila benda asing masuk ke alat.

18

Buhr MillKelebihan Buhr Mill:

• Biaya awal rendah

• Produk relatif seragam

• Kebutuhan tenaga relatif rendah

Kekurangan Buhr Mill:

• Benda-benda asing bisa menyebabkan kerusakan (breakage)

• Pengoperasian kosong bisa menyebabkan buhr menjadi aus (wear)

• Buhr yang sobek menghasilkan kapasitas rendah

19

Disc/Plate Mill

20

• The material is fed between two circular plates, one of them fixed and the other rotating.

• The plates can be mounted horizontally or vertically.

Colloid Mill

21

Powderizing Line

22

Powderizer

23

Kapasitas peralatankapasitas produksi ekonomis : jumlah satuan produk yang dihasilkan selama satu satuan waktu tertentu, misalnya satu hari, satu bulan atau satu tahun.

Kapasitas produksi teknis : kemampuan produksi mesin atau peralatan yang terpasang beserta persyaratan teknisnya seperti pengurangan hari kerja operasional normal untuk keperluan servis atau reparasi kecil dan pengantian suku cadang.

kapasitas suatu unit pengolahan ditentukan oleh besarnya kapasitas masing-masing peralatan

Kapasitas peralatan yang terkecil dapat menentukan besarnya kapasitas produksi.

Dasar-dasar penetapan kapasitas produksi

Permintaan konsumen atau daya serap pasar : sifat produk, jenis produk

Penyediaan bahan mentah: kemudahan memperoleh, daya tahan

Modal

Tata letakTata letak : suatu pengaturan semua fasilitas

pabrik (alat-alat, mesin, dan gedung) yang bertujuan agar penggunaan ruang dan tenaga dapat seekonomis mungkin

tata letak: tata letak indoor dan tata letak outdoor.

Pangan: tata letak mesin/peralatan didasarkan atas urutan proses.

Pabrik produk mekanis, berdasarkan atas fungsinya.

Pertimbangan dalam perencanaan tata letak

Ruang Penyimpanan Mesin dan Peralatan proses dan penanganan bahan Keamanan Kerja Ekspansi Konstruksi Lantai Sarana Pendukung Jenis Bangunan

UTILITASUtilitas merupakan unit pokok dalam prasarana

produksi.AirSteamListrikBahan bakar

AirSumber airAir tanah : sanitasi pekerja, air ketel, air

cadanganAir PDAM : proses produksi, sanitasi peralatanPersyaratan air

k

Valves, fully open:

gate 0.13

globe 6.0

angle 3.0

Elbows:

90° standard 0.74

medium sweep 0.5

long radius 0.25

square 1.5

Tee, used as elbow 1.5

Tee, straight through 0.5

Entrance, large tank to pipe:

sharp 0.5

rounded 0.05

Material Roughness factor () Material Roughness factor ()

Riveted steel 0.001- 0.01 Galvanized iron

0.0002

Concrete 0.0003 - 0.003 Asphalted cast iron

0.001

Wood staves 0.0002 - 0.003 Commercial steel

0.00005

Cast iron 0.0003 Drawn tubing Smooth

Friction factors in pipe

ListrikLOKASI LUAS (m2) CANDLE LUMEN

Taman

Kantin

Mushola

Laboratorium

Perkantoran dan TU

Toilet

Area penyimpanan produk

Area Proses

Area Penerimaan dan

Pengeluaran Bahan Baku

30,4

13,57

50,53

20

129,50

10

30

130

36

5

6

9

15

34

2

25

36

10

152

81,42

454,77

300

4403

20

750

4680

360

TOTAL 11201,19

RUANG FC LUAS RUANG(ft²)LUMEN (FCxLUAS)

KANTOR 30 1184,07 35522,1

PROSES 20 10764,26 215285,2

TOILET 10 775,03 7750,3

LABORATORIUM 30 322,93 9687,9

GUDANG 10

BAHAN BAKU 1614,64 16146,4

BAHAN TAMBAHAN 645,86 6458,6

COOL STORAGE 4305,71 43057,1

MUSHOLA 10 258,34 2853,4

PARKIR 10

RODA 2 430,57 4305,7

MOBIL 645,86 6458,6

RUANG GANTI 10 322,93 3229,3

JALAN+HALAMAN 5 3229,28 16146,4

PEMBUANGAN LIMBAH 5 322,93 1614,65

TOTAL 368245,65

PERHITUNGAN JUMLAH LAMPUN= (E.A)/Qlampu.Cu.LLF

KETERANGAN:N = JUMLAH LAMPUE =KEKUATAN PENERANGAN(LUX)A =LUAS AREAQLAMPU =BESAR LUMEN DARI LAMPUCu =KOEFESIEN OF UTILITYè 0.5(STANDART)LLF =LIGHT LOST FILTER è 0.7(STANDAR)Untuk sistem penerangan langsung dengan warna plafon dan

dinding terang, CU ( coeffesien of utilization ) –nya 50-65 %. Light loss factor ( LLF ) = 0,7-0,8. LLF tergantung ; kebersihan sumber cahaya, tipe kap lampu, penyusutan cahaya dari permukaan lampu, dll.

Suatu ruang laboratorium di pabrik berukuran 20 x 20 m. Direncanakan dipasang lampu TL 36 watt. Berapa buah lampu TL yang dbutuhkan?

E= 500 LUXA=20 x 20 METER= 400 METER2

QLAMPUè 1 WATT = 75 LUMEN36 WATT = 2700 LUMENCu = 0.5 (STANDART UNTUK Cu)LLF = 0.7

N= (E.A)/Qlampu.Cu.LLF

N= (500.400)/(2700.0.5.0.7)= 211,64DIBUTUHKAN 212 LAMPU PADA RUANGAN TERSEBUT

Contoh perhitungan : ruangan kantor berukuran 20 x 10 x 3 m direncanakan memakai TL 4 x 40 watt dengan penerangan E = 300 lux. Hitung, jumlah lampu dan daya listrik yang dibutuhkan.

Penyelesaian : dari tabel, Untuk 1 bh TL 40 watt, jumlah lumen = 40 x 75 = 3000 lumen. Untuk

4 TL 40 watt, jumlah lumen = 4 x 3000 = 12.000 lumen. Dipilih CU 60 % dan LLF 0,8 Jumlah lampu yang dibutuhkan ( N ) = E x A dibagi lampu x CU x

LLF = 300 x 200 dibagi 12000 x 0,6 x 0,8 = 10,4 Jadi N = 11 buah 4 x TL 40 watt. Pemakaian watt untuk lampu TL 40

watt termasuk ballast = 50 watt. Jumlah beban dari lampu = 11 x 4 x 50 watt = 2200 watt. Untuk stop kontak peralatan kantor diperhitungkan 20 % dari beban lampu = 20 % x 2200 watt = 440 watt. Total kebutuhan watt = 2640 watt, atau watt/m2 = 13, 4.

perencanaan unit pengolahan pangan.ppt

Documents