KARAKTERISTIK FISIK DAN TERMIK

Transkripsi

1 KARAKTERISTIK FISIK DAN TERMIK Tujuan Instruksional Khusus (TIK) pada pertemuan ini adalah : Mampu menjelaskan hubungan antara karakteristik fisik dan termik bahan hasil pertanian dengan disain alat dan proses pengolahannya

2 Karakteristik Fisik : Bentuk Ukuran Volume Luas Permukaan Sudut Curah Densitas Porositas Warna Penampakan

3 Karakteristik Mekanis Kekerasan Sifat Reologi Kekuatan Kompresif Resistensi Impak Shear

4 Karakteristik Thermal Panas spesifik Panas Laten Konduktivitas Panas Difusivitas Panas

5 KARAKTERISTIK FISIK 1. Bentuk dan Ukuran Tidak dapat dipisahkan Penting untuk merancang alat seperti grading dan sortasi Dibedakan atas 2 kasus : 1. Komoditi yang bentuk dan ukurannya dapat dibedakan dengan mata telanjang 2. Produk berbentuk bubuk : kopi, garam, susu bubuk dll. Mempengaruhi : - penerimaan konsumen - pengemasan - distribusi - proses pengolahan

6 Kriteria untuk menjelaskan bentuk dan ukuran : a. Menggunakan Tabel Standar (Standard Chart) Bentuk Bulat Oblat Oblong Konik Ovat Blik Abovat Eliptikal Trunkat Unekual Ribbed Regular Irregular Deskripsi Mendekati bola Pipih pada ujung tangkai dan ujung tanpa tangkai Diameter vertikal > diameter horizontal Mengecil ke arah ujung Bentuk telur, agak lebar di ujung tangkai Aksis yang menghubungkan tangkai dan apeks ramping Ovat terbalik Mendekati elipsoid Kedua ujung datar Setengah bagian > dari setengah bagian lainnya Pada potongan melintang sisinya kurang lebih angular Potongan melintang horizontal mendekati lingkaran Potongan melintang horizontal menjauhi lingkaran

7 Potongan Membujur Bulat Trunkat Blik Potongan Melintang Regular Ribbed Oblat Oblong Irregular Unequal Konik

8 b. Kebulatan (sphericity) dan kebundaran (roundness) o adalah ukuran ketajaman pojok (sudut) suatu benda padat AP luas proyeksi objek terkecil o Roundness = = AC luas proyeksi objek terbesar o Sphericity = Akar pangkat tiga dari hasik kali ketiga sumbu Sumbu Terpanjang kebulatan=f m /F c kebulatan rerata = r/nr kebundaran=d i /d c Defenisi kebulatan dan kebundaran

9 Ukuran menyatakan besaran materi atau isi pada suatu komoditas yang dimanifestasikan dalam bentuk besaran : - berat - volume - luas - panjang - lebar - diameter - tebal Ukuran produk tepung dinyatakan dengan mesh (saringan), yaitu jumlah lubang persatuan luas (n/in 2 ) atau N/cm 2 Penentuan ukuran buah dan sayuran : pengukuran panjang/berat atau volume.

10 2. Volume dan Densitas Aplikasi dalam : pengeringan dan penyimpanan rancangan silo dan ruang penyimpanan mesin kompresi mekanikal pemisahan bahan-bahan asing penentuan kemurnian benih separasi dan grading evaluasi kematangan tekstur dan kelunakan buah estimasi ruang udara di dalam jaringan tanaman evaluasi kualitas produk seperti kacang kapri, jagung manis dan kentang (densitas meningkat jika matang)

11 Metode penentuan volume dan densitas : -Gelas ukur -Piknometer -densitimeter Densitas Kamba dan Densitas Nyata Densitas Kamba = perbandingan bobot bahan dengan volume yang ditempatinya, termasuk ruang kosong di antara butiran makanan Pengukuran : - Menimbang bahan yang menempati wadah literan sesuai dengan volume

12 Densitas Nyata = perbandingan bobot bahan dengan volume yang hanya ditempati oleh butiran bahan tidak termasuk ruang kosong. Pengukuran 1 : Pengukuran 2 : Gelas ukur diisi toluena (C 6 H 5 CH 3 ) sampai volume tertentu Kenaikan volume toluena akibat sejumlah bobot butiran = densitas nyata Dengan piknometer Timbang piknometer kosong (a) Timbang piknometer + toluena (b) Timbang piknometer + butiran bahan yang diketahui bobotnya (X gram) + toluena sampai penuh (c) Timbang piknometer + air sampai penuh (d)

13 Densitas nyata dihitung dengan rumus : densitas toluena x bobot biji toluena x X D = = bobot toluena yang diusir biji (b+x) - c Densitas toluena : b - a toluena = g/cm 2 d - a Densitas kamba bervariasi menurut kadar air Volume (in 3 ) = berat air yang dipindahkan (lb) densitas air (lb/in 3 )

14 Gambar 7. Pengukuran volume

15 3. Sudut Curah Penting untuk disain wadah, fasilitas penyimpanan, dan alat pembantu lain dalam pengolahan biji-bijian adalah sudut yang terbentuk antara bidang datar dengan sisi miring curahan bila sejumlah biji dituangkan dengan cepat di atas bidang datar. d Tg = t/0.5 d = 2t/d

16 4. Luas Permukaan Luas permukaan daun menentukan : kapasitas fotosintesis Laju pertumbuhan Hubungan tanaman-tanah-air Luas permukaan buah dan biji penting dalam : Pengukuran respirasi Penentuan warna Pemantulan cahaya Fenomena transfer panas Luas permukaan bahan juga menentukan image-sensor untuk keperluan otomatisasi dan robotisasi mesin-mesin pertanian.

17 4. Luas Permukaan... a. Luas Permukaan Daun Pencetakan kontak permukaan di atas kertas yang peka terhadap cahaya Luas permukaan diukur dengan planimeter b. Luas Permukaan Buah Misal apel Apel dikupas dalam bentuk strip Gunakan planimeter untuk mengukur strip Contoh luas permukaan beberapa buah : -Plum : in 2 Apel : in 2 -Pir : in 2

18 5. Warna dan Penampakan Menentukan mutu fisik Pada beras dinyatakan dengan derajat sosoh atau derajat keputihan Pada umbi yang penting warna bagian dalam umbi Kelainan warna menunjukkan adanya kerusakan atau penyimpangan mutu Menunjukkan tingkat kematangan buah Pedoman dalam proses pengolahan Ditentukan oleh : 1.Adanya sinar sebagai sumber penerangan 2.Sifat absorbsi dan refleksi spektral benda 3.Kondisi lingkungan benda 4.Kondisi subjek yang melihat benda

19 WARNA sensasinya dengan karakteristik fisik lain seperti titik leleh, ukuran partikel, SG dll. Merupakan persepsi manusia terhadap penampakan dari sinyal yang diberikan oleh otak. Dipengaruhi oleh : Sejumlah atribut fisik (ukuran, tekstur, gloss, polarisasi, keadaan fisik) Serangkaian persepsi psikologis (latar belakang warna, type cahaya, karakteristik geometri objek).

20 SIFAT FISIK WARNA Defenisi warna : sebuah sensasi fisik jika distribusi energi dari cahaya direfleksikan atau ditransmisikan oleh/melalui bahan pangan. Energi digambarkan sebagai spektrum elektromagnetik yang kontiniu dengan kisaran dari sinar gamma (pjg gel 10-5 nm nm. Bagian dari spektrum elektromagnetik yang dapat dilihat oleh mata : nm mempengaruhi warna. UV = nm Infra red = nm

21 SIFAT FISIK WARNA.. Jika sinar putih melewati anggur yang berwarna merah, maka pigmen antosianin dari anggur akan mengabsorbsi energi pada daerah sinar tampak. Energi yang tidak diserap akan lewat mencapai mata panjang gelombang sinar yang ditransmisikan = nm warna merah. Jika panjang gelombang = nm warna violet.

22 Tabel 1. Warna, panjang dan jumlah gelombang sinar kromatik Warna Panjang Gelombang, nm Jumlah gelombang x 10 4 cm Merah Jingga Kuning Hijau Muda Hijau Biru Muda Biru Tua Nila Violet

23 3 Unsur warna untuk menyatakan pengukuran warna : - hue (warna kromatik) - value / lightness : warna akromatik atau kecerahan - kroma : intensitas warna kromatik Penglihatan manusia merespon 3 warna (tri stimulus) dengan panjang gelombang yang berbeda yaitu merah, hijau dan biru. Notasi standar untuk ketiga warna ini oleh International Committee on Illumination (ICI/CIE) : X = merah Y = hijau Z = biru

24 Pengukuran Warna 5 Cara menilai atau mengukur warna : Cara deskripsi Cara gambar (chart methods) Cara notasi subjektif dan objektif Cara spektrofotometri objektif Contoh deskripsi warna baku untuk daging sapi Cara panelis ahli subjektif Subjektif, visual No Urut/Skor Diskripsi Baku 1 Merah pink (dark pink) 2 Merah ceri (Light Cherry Red) 3 Merah ceri agak gelap (Slight dark cherry red) 4 Merah agak gelap (Moderately dark red) 5 Merah gelap (Dark red) 6 Merah sangat gelap (very dark red)

25 6. Porositas Ruang (void) dalam suatu massa seperti biji-bijian atau bahan porous lain. Penting dalam aliran udara dan panas Disebut juga faktor pengemasan (PF) PF = densitas partikel solid densitas kemasan densitas partikel solid

26 KARAKTERISTIK MEKANIK Sifat Permukaan, Tekstur dan Kekerasan Penting dalam proses pengupasan secara mekanis Untuk mendisain mesin grading Jenis sifat permukaan : halus, halus berbulu halus, halus berbulu kasar, kasar tidak berbulu dan kasar berbulu. Tekstur biasanya dihubungkan dengan kesan mulut bila dikunyah setelah di masak o mealy (seperti bertepung) o gritty/sandy (rasa berpasir) o Sticky (pulen) Kekerasan berhubungan erat dengan tingkat kematangan buah

27 Pengertian Sifat Mekanis Sifat mekanis adalah sifat yang berhubungan dengan perilaku bahan akibat gaya yang diberikan terhadap bahan tersebut. Sifat mekanis yang berhubungan dengan perubahan bentuk dan aliran bahan disebut dengan sifat reologi Sifat Reologi adalah sifat fisik produk pangan/hasil pertanian yang berkaitan dengan deformasi bentuk akibat terkena gaya mekanis Sifat reologi = sifat mekanis Sifat mekanis belum tentu sifat reologi

28 Pengertian Sifat Mekanis Sifat mekanis adalah sifat yang berhubungan dengan perilaku bahan akibat gaya yang diberikan terhadap bahan tersebut. Sifat-sifat mekanis bahan pangan dan hasil pertanian : 1. Kekerasan 2. Kekuatan tekan 3. Tahanan geser 4. Koefisien statis 5. Koefisien luncur (sliding) Penting dalam pengecilan ukuran pada biji-bijian Penting dalam disain teknik untuk memprediksi aliran bahan pada alat panen dan pengolahan 6. Koefisien gesekan Penting dalam penentuan tekanan biji-bijian pada dinding gudang/silo Elisa Julianti-FP-USU

29 Sifat-sifat reologi : o kekentalan o kelengketan o elastisitas o plastis o lentur o kenyal Penting untuk bahan pangan cair, kental, gel dan plastis Contoh : dodol, jam, sirup, madu, susu kental manis, margarin, mentega, krim, puding, bubur,minyak goreng, sari buah dll.

30 Berdasarkan sifat alirannya bahan pangan cair dibedakan atas : Newtonian : kekentalan tidak berubah dengan meningkatnya gaya Contoh : larutan gula encer, larutan asam, larutan garam Non Newtonian : kekentalan berubah dengan berubahnya gaya Ada 3 jenis produk Non Newtonian : 1. Plastis : saus tomat, puding, sambal cabe dalam botol 2. Pseudoplastis : susu segar, santan, krim encer 3. Dilatan : mentega kacang, dispersi tepung pati, gula kental

31 kekentalan Gaya/Shear B. Produk Plastis kekentalan kekentalan Gaya/Shear C. Produk Pseudolastis Gaya/Shear D. Produk Dilatan

32 SIFAT THERMAL BAHAN Panas jenis (C p ) Enthalpy Konduktivitas panas (k) Difusivitas panas Koefisien pindah panas permukaan Penting dalam proses pemanasan dan pendinginan

33 1. Konduktivitas panas adalah laju pindah panas (q) melalui permukaan bahan dengan luas A jika pada benda tersebut diberikan panas dengan perbedaan suhu sebesar T 1 -T 2 k = q L A (T 1 -T 2 )

34 Konduktivitas panas berhubungan dengan porositas, struktur dan komposisi kimia Penting dalam : penyimpanan biji-bijian proses pengolahan di pabrik pendinginan Pindah panas konduksi

35 2. Difusivitas panas ( ) Penting dalam proses pengeringan, destilasi dan absorbsi Menentukan kecepatan distribusi panas dalam bahan Semakin besar maka semakin cepat pembauran panas dalam bahan Rumus : = k cp Dimana : k = konduktivitas panas = densitas cp = panas jenis

36 3. Panas Jenis (cp) Adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu sebesar 1 o C atau 1 o F Panas jenis air dalam keadaan cair : 1.00 BTU/lb Panas jenis air dalam keadaan beku : 0.48 BTU/lb Rumus : 1. Untuk bahan berkadar air tinggi, rumus cp di atas titik beku : cp = (0.008 m + 0.2) 2. Untuk proses di bawah titik beku : cp = (0.003 m + 0.2) m = kadar air bahan (% basis basah)

37 3. Panas Laten Adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk merubah fase bahan baik dari padat ke cair atau dari cair ke gas atau sebaliknya tanpa merubah suhunya. Misal : Panas untuk merubah air pada suhu 32 o F menjadi es pada suhu 32 o F disebut panas laten pembekuan Panas yang dibutuhkan untuk merubah air pada suhu 212 o F menjadi uap pada suhu 212 o F disebut panas laten penguapan Panas laten pembekuan air : 144 BTU/lb