NG BANGUN DAN PEMBUATAN SEGMEN PENDI

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN DAN PEMBUATAN SEGMEN PENDINGIN UNTUK SIMULATOR PASTEURISASI KONTINYU DAN KARAKTERISASI MIKROBIOLOGI PADA SUSU SAPI SEGAR PADA HTST (HIGH TEMPERATURE SHORT TIME) Design and Manufacturing of Cooling Segment for Continuous Pasteurization Simulator and Microbiological Characterization of Fresh Cow s Milk in HTST (High Temperature Short Time) TUGAS AKHIR Diajukan sebagai persyaratan kelulusan Pendidikan Diploma-III Teknik Kimia OLEH Juanan Rosul ( ) Ahmad Luthfi ( ) PROGRAM STUDI D-III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

2

3 CURRICULUM VITAE Nama : Juanan Rosul NIM : TTL : Jakarta, 13 April juanan.rosul@gmail.com Phone : PENDIDIKAN Nama Sekolah Jurusan Tahun Pendidikan Politeknik Negeri Bandung Teknik Kimia SMA Negeri 3 Karawang IPA SMP Negeri 1 Karawang SDN Sirnabaya 3 Karawang Nama : Ahmad Luthfi NIM : TTL : Bandung, 17 Juni amed_sigma@yahoo.com Phone : PENDIDIKAN Nama Sekolah Jurusan Tahun Pendidikan Politeknik Negeri Bandung Teknik Kimia SMA Negeri 2 Bandung IPA SMP Negeri 1 Bandung SD Negeri Pasirkaliki 2 Cimahi

4 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena dengan segala rahmat dan ridho-nya, penulis dapat menyelesaikan pelaksanaan Tugas Akhir dan menyelesaikan laporan Tugas Akhir tepat pada waktunya. Tugas Akhir merupakan mata kuliah wajib yang menjadi salah satu syarat kelulusan di Program Studi D3 Teknik Kimia, Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Bandung. Judul Tugas Akhir yang penulis pilih adalah Rancang Bangun dan Pembuatan Segmen Pendingin Untuk Simulator Pasteurisasi Kontinyu serta Karakterisasi Mikrobiologi pada Susu Sapi Segar pada HTST (High Temperature Short Time). Tujuan dari pelaksanaan tugas akhir ini adalah untuk memberikan pengalaman penelitian kepada mahasiswa. Pada tugas akhir ini penulis melakukan penelitian berupa rancang bangun dan pembuatan alat penukar panas jenis Double Pipe Heat Exchanger (DPHE) yang diperuntukan sebagai segmen pendingin pada simulator pasteurisasi kontinyu jenis High Temperature Short Time (HTST) dan juga melakukan karakterisasi mikrobiologi pada susu sapi segar hasil pasteurisasi pada simulator pasteurisasi kontinyu jenis High Temperature Short Time (HTST). Dalam proses pelaksanaan Tugas Akhir dan penyelesaian laporan Tugas Akhir ini, penulis telah banyak mendapat bimbingan, masukan, petunjuk dan dorongan semangat dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Dwi Nirwantoro Nur, MT selaku ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 2. Ibu Ir. Emmanuela Maria Widyanti, MT selaku dosen pembimbing 1 yang telah bersedia membimbing, mengarahkan, memotivasi penulis selama pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir, dan mengajarkan penulis banyak hal. i

5 3. Ibu Ir. Ninik Lintang, MT selaku dosen pembimbing 2 yang telah bersedia membimbing, mengarahkan, memotivasi penulis selama pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir, dan mengajarkan penulis banyak hal. 4. Bapak Ir. Nurcahyo, MT selaku dosen pembimbing umum yang telah bersedia meluangkan waktu dan tenaganya untuk membimbing, membantu, memotivasi penulis selama pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir, dan mengajarkan penulis banyak hal. 5. Bapak Rispiandi, ST, MT selaku koordinator Tugas Akhir dan ketua Prodi D3 Teknik Kimia, Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung, yang telah memberikan arahan dan motivasi dalam pelaksanaan Tugas Akhir. 6. Seluruh teknisi Jurusan Teknik Kimia, Poiteknik Negeri Bandung atas keramahannya dan selalu membantu serta men-support kami selama pelaksanaan Tugas Akhir. 7. Orang tua dan keluarga serta orang-orang tersayang yang selalu memberikan dorongan semangat kepada penulis. 8. Semua pihak yang telah berpartisipasi membantu dalam pelaksanaan maupun penyusunan laporan kerja praktik ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu. Dalam penyusunan laporan ini penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan didalamnya. Untuk itu penulis memohon maaf dan mengharapkan kritik membangun dan saran dari pembaca agar penulisan selanjutnya dapat lebih baik lagi. Penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat dan menambah ilmu pengetahuan bagi setiap pembaca. Bandung, Juli 2012 Penulis ii

6 ABSTRAK Pasteurisasi merupakan salah satu teknologi yang digunakan di dalam proses pengawetan susu, dengan cara mengurangi jumlah bakteri saprofit dan bakteri pathogen yang terdapat dalam susu menggunakan panas. Dalam simulator pasteurisasi continue, ada tiga komponen yang sangat penting dan saling berkaitan yaitu segmen pemanasan, segmen holding tube, dan segmen pendinginan. Segmen pendinginan adalah alat yang digunakan untuk menurunkan suhu susu hasil pasteurisasi sehingga siap untuk langsung dikonsumsi. Dalam penelitian tugas akhir ini, dilakukan rancang bangun dan pembuatan segmen pendingin untuk simulator pasteurisasi continue, karakterisasi mikrobiologi pada susu hasil pasteurisasi dan melakukan uji denaturasi protein susu pada segmen pendinginan. Double Pipe Heat Exchanger (segmen pendingin) yang dibuat memiliki ukuran pipa dalam 1 / 8 Inch dan pipa luar ½ Inch. Uji karakteristik perpindahan panas pada Double Pipe Heat Exchanger (segmen pendingin) dilakukan dengan mengamati nilai hi, ho, dan U yang dihasilkan terhadap variabel nilai N Re susu yang diberikan. Nilai N Re terendah yang dipakai adalah 840 dan nilai N Re tertinggi yang dipakai adalah Dari hasil pengamatan diperoleh bahwa nilai hi, ho, dan U yang dihasilkan berbanding lurus dengan nilai N Re aliran susu. Nilai hi pada N Re 840 adalah 1,72 kw/m 2 K, nilai hi pada N Re 4200 adalah 6,25 kw/m 2 K, nilai ho pada N Re 2200 adalah 6,13 kw/m 2 K, nilai U pada N Re 4200 adalah 1,70 kw/m 2 K. Karakterisasi mikrobiologi dilakukan dengan menghitung jumlah mikroba pada proses pasteurisasi yang berlangsung pada unit simulator pasteurisasi continue. Jumlah mikroba pada susu hasil pasteurisasi pada aliran turbulen dengan suhu holding 92 o C mencapai CFU/ml, aliran turbulen dengan suhu holding 86 o C mencapai CFU/ml, aliran laminer dengan suhu holding 86 o C mencapai CFU/ml, aliran transisi dengan suhu holding 86 o C mencapai CFU/ml. Hasil uji denaturasi protein susu pada segmen pendinginan menunjukkan bahwa pada aliran laminer, transisi, dan turbulen, kadar protein susu hasil pasteurisasi dapat dipertahankan. Nilai rata-rata kadar protein susu akhir untuk berbagai N Re mencapai 1,28%. Kata Kunci : Pasteurisasi, Segmen Pendingin, Double Pipe Heat Exchange, Susu, Denaturasi Protein iii

7 ABSTRACT Pasteurization is one of technologies used in the milk preservation process, by reducing the number of saprophyte bacteria and pathogenic bacteria found in milk using heat. In the continuous pasteurization simulator, there are three components that are very important and interrelated, they are heating segment, holding tube segment, and cooling segment. Cooling segment is a device used to lower the temperature of the pasteurized milk that is ready for direct consumption. In this final project research, design and manufacturing of cooling segments for continuous pasteurization simulator, microbiological characterization of pasteurized milk, and milk protein denaturation test of cooling segments was carried out. Constructed Double Pipe Heat Exchanger (cooling segment), has the inner pipe size of 1 / 8 inch and the outer pipe size of ½ inch. Test of the heat transfer characteristics in the Double Pipe Heat Exchanger (cooling segment) is performed by observing the value of hi, ho, and U resulted from various N Re of milk. The lowest N Re value that used are 820 and the high N Re value that used are From the observation found that the value of hi, ho, and U were directly proportional to the value of N Re of milk. Value of hi of N Re 840 is 1,72 kw/m 2 K,Value of hi of N Re 4200 is 6,25 kw/m 2 K, Value of ho of N Re 2200 is 6,13 kw/m 2 K, Value of U of N Re 4200 is 1,70 kw/m 2 K. Microbiological characterization is performed by counting the number of microbes in the pasteurization product of the continuous pasteurization simulator unit. The number of microbes in pasteurized milk in turbulent flow by holding temperature of 92 O C, reached CFU/ml, turbulent flow by holding temperature of 86 O C, reached CFU/ml, laminar flow by holding temperature of 86 O C reached CFU/ml, the flow transition by holding temperature reached of 86 O C CFU/ml. Result of milk protein denaturation test of cooling segments showed that at laminar, transition, and turbulen flow, milk protein concentration of pasteurized milk could be hold. The average value of final milk protein concentration in various N Re is 1,28%. Keyword: Pasteurization, Cooling Segment, Double Pipe Heat Exchanger, Milk, Protein Denaturation iv

8 DAFTAR ISI JUDUL PENELITIAN LEMBAR PENGESAHAN BIODATA / CURRICULUM VITAE KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR LAMPIRAN... vii DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Maksud dan Tujuan Ruang Lingkup Penelitian Tahapan Penelitian Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pasteurisasi Susu Sapi Alat Penukar Panas Pasteurisasi Susu Perpindahan Panas Jenis Perpindahan Panas Perpindahan Panas Konduksi Perpindahan Panas Melalui Dinding Pipa Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan Panas Radiasi Koefisien Perpindahan Panas Overall Log Mean Temperature Difference (LMTD) v

9 2.4.8 Bilangan Reynolds Bilangan Nusselt Bilangan Prandtl Bakteri Pengendalian Pertumbuhan Bakteri Perhitungan Jumlah Mikroba Perhitungan Mikroba Metode Total Plate Count Denaturasi Protein BAB III METODOLOGI 3.1 Tahap Pengamatan Awal Tahap Perancangan dan Pembuatan Alat Tahap Perancangan Pembuatan Alat Tahap Perakitan dan Pengoperasian Alat Tahap Perakitan Tahap Pengoperasian Tahap Pengujian Karakterisasi Perpindahan Panas Penghitungan Jumlah Koloni Mikroorganisme Pada Proses Pasteurisasi Perhitungan Kadar Protein Susu Menggunakan Metode Titrasi Formol BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Perancangan Alat Hasil Perancangan Double Pipe Heat Exchanger Hasil Perancangan Tempat Penampungan Hasil Perancangan Support Hasil Pembuatan Alat Hasil Pembuatan Double Pipe Heat Exchanger vi

10 4.2.2 Hasil Pembuatan Tempat Penampungan Hasil Pembuatan Support Hasil Perangkaian Alat Terintegrasi Uji Karakteristik Perpindahan Panas Karakteristik Temperatur dalam Proses Pasteurisasi Koefisien Perpindahan Panas dalam Segmen Pendinginan Karakteristik Perpindahan Panas Secara Konveksi Pada Susu Karakteristik Perpindahan Panas Secara Konveksi Pada Air Pendingin Karakteristik Perpindahan Panas Secara Keseluruhan (U) Karakteristik Bilangan Nusselt dan Bilangan Prandtl Karakteristik Penyerapan Panas dari Lingkungan Hasil Uji Karakteristik Mikrobiologi Hasil Uji Karakterisasi Denaturasi Protein Hasil Karakterisasi Protein Pada N Re Turbulen Hasil Karakterisasi Protein Pada NRe Transisi Hasil Karakterisasi Protein Pada N Re Laminer BAB 5 SARAN DAN KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xi DAFTAR LAMPIRAN A. Indeks Singkatan B. Data Pengamatan C. Perhitungan Data D. Prosedur Kerja E. Foto dan Gambar F. Metode Total Plate Count vii

11 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Syarat Mutu Susu Pasteurisasi sesuai SNI Tabel 2.1 Jenis-Jenis Pasteurisasi... 7 Tabel 2.2 Kandungan Gizi Susu Sapi per 100 Gram... 8 Tabel 2.3 Bakteri Saprofit dan Patogen pada Susu Sapi... 9 Tabel 2.4 Spesifikasi Persyaratan Mutu Batas Maksimum Cemaran Mikroba Pada Susu Tabel 2.5 Perbandingan Kelebihan dan Kekurangan PHE dan THE Tabel 3.1 Luas Area dan Diameter Equivalen pada DPHE Tabel 3.2 Faktor Konversi Nitrogen Menjadi Protein Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Jumlah Mikroorganisme viii

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 (a) Plate Heat Exchanger Gambar 2.1 (b) Tubular Heat Exchanger Gambar 2.2 Perpindahan Panas Secara Konduksi Pada Dinding Gambar 2.3 Perpindahan Panas Konduksi Pada Pipa Gambar 2.4 Perpindahan Panas Secara Radiasi Gambar 2.5 Perpindahan Panas Secara Kombinasi Konveksi dan Konduksi (a) pada dinding (b) silinder Gambar 2.6 Profil Temperatur Double Pipe Heat Exchanger (a) Countercurrent Flow (b) Cocurrent Flow Gambar 2.7 Berbagai Bentuk Bakteri Gambar 2.8 Struktur Dasar Sel Bakteri Gambar 2.9 Telur Terdenaturasi Akibat Pemanasan Gambar 2.10 Susu Terdenaturasi Akibat Proses Pengadukan Gambar 3.1 Desain Segmen Pendinginan Gambar 3.2 Desain Awal Unit Pasteurisasi Gambar 4.1 Ukuran Diameter Pipa Dalam dan Pipa Luar Segmen Pendingin Gambar 4.2 Rancangan Segmen Pendingin (Double Pipe Heat Exchanger) Gambar 4.3 Skema rancangan meja alas, A tampak atas, B tampak samping Gambar 4.4 (a) Skema rancangan tiang penyangga tampak atas (b) Rancangan tiang penyangga tampak samping (c) Rancangan penyangga U Gambar 4.5 Skema Rancangan Saluran Penyambung Antar Segmen Gambar 4.6 Hasil Pembuatan Double Pipe Heat Exchanger ix

13 Gambar 4.7 (a) Hasil Pembuatan Tempat Penampungan Air Pendingin (b) Hasil Pembuatan Tutup Tempat Penampung Air Pendingin Gambar 4.8 Hasil Pembuatan Support Gambar 4.9 Tempat Penempatan Thermocouple Gambar 4.10 Rangkaian Unit Simulator Pasteurisasi Continue Gambar 4.11 Kurva Perkembangan Suhu dalam Berbagai N Re di Segmen Pendinginan Gambar 4.12 Kurva Karakteristik Pasteurisasi pada Aliran Turbulen Gambar 4.13 Kurva Pengaruh Perubahan N Re terhadap nilai h i Gambar 4.14 Kurva Nilai U Terhadap Variasi Nilai N Re Gambar 4.15 Kurva Hubungan N Nu dan N Pr terhadap N Re Gambar 4.16 Grafik Jumlah Mikroba Vs Waktu Tinggal untuk Berbagai Variasi Suhu dan Rezim Aliran Gambar 4.17 Kurva Denaturasi Protein pada N Re Gambar 4.18 Kurva Denaturasi Protein pada N Re Gambar 4.19 Kurva Denaturasi Protein pada N Re Gambar 4.20 Kurva Denaturasi Protein pada N Re Gambar 4.21 Kurva Denaturasi Protein pada N Re Gambar 4.22 Kurva Denaturasi Protein dalam Segmen Pendinginan untuk Berbagai Nilai N Re x

14 DAFTAR PUSTAKA Abrianto Koperasi Peternak Sapi Bandung Utara (KPSBU) Akan Mengurangi Kebutuhan Kepada IPS Secara Bertahap. Tersedia : bertahap.html (22 Desember 2011) Anonim Mikrobiologi Air Susu. Tersedia : how_interstitial=1&u=/journal/item (19 Desember 2011) Anonim Pedoman Teknis Operasional Alat Pasteurisasi Susu. Tersedia : (18 januari 2012). Anonim Teknologi Pembekuan Makanan. Tersedia : (21 Januari 2012) Anonim Susu Pasteurisasi. Tersedia : (21 januari 2012) Brodkey, Robert S. dan Harry C. Hershey Transport Phenomena. Singapura: McGraw-Hill Book Co. Geankoplis, Christie J Transport Processes and Unit Operations. Amerika Serikat: Prentice-Hall International. xi

15 IDFA Pasteurization : Definition and Methods. Tersedia : %20Methods.pdf (13 Juli 2012) Kern, D. Q Process Heat Transfer. Singapore : McGraw-Hill Book Co. Leoanggraini, Unung. Kinetika Kematian Mikroba dan Teknik Sterilisasi Media secara Batch. Bandung : Politeknik Negeri Bandung. Palen, J.W Heat Transfer SourceBook. Hemisphere Publishing Corporation. Qonita Mikrobiologi Air Susu. Tersedia : 2Fjournal% (10 Juli 2012) Rachman, Aditya dan Ridwan Imaduddin Perancangan dan Pembuatan Segmen Pemanasan Untuk Simulator Pasteurisasi Susu Secara Kontinyu dan Karakterisasi Perpindahan Panas. Bandung : Politeknik Negeri Bandung. SNI Standar Mutu Susu Pasteurisasi. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional. SNI Standar Mutu Susu Segar. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional. SNI Batas Maksimum Cemaran Mikrobadan Batas Maksimum Residu dalam Bahan Makanan Asal Hewan. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional. xii

16 SNI Metode Pengujian Cemaran Mikroba dalam Daging, Telur, dan Susu serta Hasil Olahannya. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional. Wilana, Muhamad Pramadia dan M. Rusyda Fakhriy Rancang Bangun dan Pembuatan Segmen Holding Tube serta Karakterisasi Denaturasi Protein. Bandung : Politeknik Negeri Bandung. xiii