PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SEGMEN PEMANASAN UNTUK SIMULATOR PASTEURISASI SUSU SECARA KONTINYU DAN KARAKTERISASI PERPINDAHAN PANAS TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SEGMEN PEMANASAN UNTUK SIMULATOR PASTEURISASI SUSU SECARA KONTINYU DAN KARAKTERISASI PERPINDAHAN PANAS DESIGN AND MANUFACTURING OF HEATING SEGMENT FOR COUNTINOUS MILK PASTEURIZATION AND CHARACRERIZATION OF HEAT TRANSFER TUGAS AKHIR Oleh : ADITYA RACHMAN NIM RIDWAN IMADUDDIN NIM PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JULI 2012

2 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SEGMEN PEMANASAN UNTUK SIMULATOR PASTEURISASI SUSU SECARA KONTINYU DAN KARAKTERISASI PERPINDAHAN PANAS DESIGN AND MANUFACTURING OF HEATING SEGMENT FOR COUNTINOUS MILK PASTEURIZATION AND CHARACRERIZATION OF HEAT TRANSFER TUGAS AKHIR Laporan ini diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Diploma III Teknik Kimia Oleh : ADITYA RACHMAN NIM RIDWAN IMADUDDIN NIM PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JULI 2012

3

4 Curriculum Vitae Nama : Aditya Rachman NIM : Kno_thing@yahoo.com Tempat Tanggal Lahir : Cimahi, 5 juni 1989 SD Lulus Tahun SLTP Lulus Tahun SMA Lulus Tahun : 2001 di SD Muhammadiyah II : 2004 di SMP N 3 Garut : 2007 di SMA N 1 Samarang, Garut Nama : Ridwan Imaduddin NIM : sadidulqoul@gmail.com Tempat Tanggal Lahir : Bandung, 24 Desember 1991 SD Lulus Tahun SLTP Lulus Tahun SMA Lulus Tahun : 2003 di SDN Bojong Baraja : 2006 di SMPN 1 Rancaekek : 2009 di SMAN 1 Rancaekek

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta laporannya yang berjudul Perancangan dan Pembuatan Segmen Pemanasan Untuk Simulator Pasteurisasi Secara Kontinyu dan Karakterisasi Perpindahan Panas Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. Pada kesempatan ini penyusun ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan, dukungan, kerja sama, dan saran yang telah diberikan oleh berbagai pihak antara lain kepada: 1. Ir. Dwi Nirmantoro, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 2. Ir Ninik Lintang, MT selaku pembimbing I 3. Ir. Nurcahyo, MT selaku pembimping II 4. Rispiandi ST, MT selaku Ketua Prodi D3 Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 5. Keluarga yang senantiasa memberikan dukungan 6. Semua pihak yang telah banyak membantu namun tidak dapat disebutkan satu persatu. Penyusun menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penyusun menerima dengan tangan terbuka atas segala saran dan kritik yang membangun dari semua pihak demi perbaikan laporan ini ke depannya. Akhir kata, penyusun berharap semoga laporan Tugas Akhir ini dapat berguna dan bermanfaat kepada setiap pembaca. Bandung, Juli 2012 Penyusun i

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 kontinyu, ada tiga komponen yang sangat penting dan saling berkaitan yaitu segmen pemanas, segmen holding tube dan segmen pendingin. Segmen pemanasan adalah alat yang digunakan untuk menaikan suhu susu hingga mencapai suhu pasteurisasi yang dibutuhkan. Dalam penelitian ini, dilakukan rancang bangun dan pembuatan segmen pemanasan untuk simulator pasteurisasi kontinyu serta karakterisasi perpindahan panas untuk mengetahui kemampuan alat. Double pipe heat exchanger dibuat dengan bahan konstruksi berupa stainless steel untuk pipa dalam dan carbon steel untuk pipa luar kemudian dibagi menjadi 5 hairpin, D i dan D o untuk pipa dalam masing-masing 0,004 dan 0,005 m serta D i dan D o untuk pipa luar masing-masing 0,014 dan 0,016 m. Uji karakteristik perpindahan panas pada double pipe heat exchanger (segmen pemanasan) dilakukan dengan melakukan pengamatan pengaruh variasi laju alir terhadap parameter hi, ho dan U, didapatkan hasil bahwa nilai hi, ho dan U berbanding lurus dengan nilai N Re dengan kualitas susu tidak terdenaturasi. Kata kunci : pasteurisasi, segmen pemanasan, U, h i, h o. ii

7 ABSTRACT Pasteurization is one of technologies used in the process of preservation of milk, 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. Heating segment is a device used to raise the temperature of milk until it reaches the required temperature. In this research, engineering and manufacturing of continuous heating segment and heat transfer characterization were carried out to determine the performance of the device. Double pipe heat exchanger constructed by stainless steel for inside pipe and carbon steel for outside pipe and the devided to 5 hairpins, length of each hairpin of 1 m. D i and D o for inside pipe are 0,004 and 0,005 m, D i and D o for outside pipe are 0,014 and 0,016 m. Testing of heat transfer characteristics in the double pipe heat exchanger (heating segment) was performed by observations of milk flow rate variation to parameter hi, ho and U. The result showed that the value of hi, ho, and U obtained was directly proportional to the flow rate and the output milk was not denaturated. Key words : pasteurization, heating segment, U, hi, ho. iii

8 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN DEPAN HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR...i ABSTRAK...ii ABSTRACT...iii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Ruang Lingkup Tahap Penelitian Sistematika Penulisan...4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 3.1 Pasteurisasi Alat Perpindahan Panas Pasteurisasi Susu Dasar Perpindahan Panas Jenis Perpindahan Panas Perpindahan Panas Konduksi Perpindahan Panas Melalui Dinding Pipa Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan Panas Radiasi Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan Log Mean Temperature Difference (LMTD) Bilangan Tak Berdimensi Bilangan Grashof...15 iv

9 2.7.2 Bilangan Nusselt Bilangan Prandtl Denaturasi Protein...17 BAB III METODOLOGI 3.1 Tahap Pengamatan Awal Tahap Perancangan dan Pembuatan Alat Tahap Perancangan Pembuatan Alat Tahap Perakitan Pengoperasian Alat Tahap Perakitan Tahap Pengoperasian Tahap Analisa Kinerja Alat Tahap Uji Karakteristisasi Perpindahan Panas Tahap Uji Karakterisasi Denaturasi Protein...29 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Perancangan Alat Hasil Perancangan Double Pipe Heat Exchanger Hasil Perancangan Bak Penampung Hasil Perancangan Meja Alas Double Pipe Heat Exchanger Hasil Perancangan Support Hasil Pembuatan Alat Hasil Pembuatan Alat Double Pipe Heat Exchanger Hasil Pembuatan Meja Alas Double Pipe Heat Exchanger Hasil Pembuatan Support Hasil Pembuatan Bak Penampung Hasil Perangkaian Alat Hasil Pengujian Kinerja Segmen Pemanasan Hasil Uji Karakteristik Perpindahan Panas Double Pipe Heat Exchanger Karakterisasi Temperatur Pada Pasteurisasi v

10 Pengaruh Perubahan Nilai N Re Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan (U) Pengaruh Perubahan Nilai N Re Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Pada Susu (h i ) Pengaruh Perubahan Nilai N Re Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Pada Steam (h o ) Pengaruh Perubahan Nilai N Re Terhadap Kehilangan Panas Harga Bilangan Tak Berdimensi Dalam Segmen Pemanasan Alat Double Pipe Heat Exchanger Hasil Uji Pengaruh Waktu Tinggal Terhadap % Protein Sisa Pada Variasi N Re...46 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...47 DAFTAR PUSTAKA...48 LAMPIRAN vi

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1a Plate Heat Exchanger...7 Gambar 2.1b Tubular Heat Exchanger...7 Gambar 2.2 Perpindahan Panas Secara Konduksi Pada Dinding...10 Gambar 2.3 Perpindahan Panas Secara Konduksi Pada Pipa...11 Gambar 2.4a Perpindahan Panas Secara Konveksi Pada Dinding...12 Gambar 2.4b Perpindahan Panas Secara Konveksi Pada Silinder...12 Gambar 2.5 Perpindahan Panas Secara Radiasi...13 Gambar 2.6a Profil Temperatur Double Pipe Heat Exchanger (Cocurrent Flow)...14 Gambar 2.6b Profil Temperatur Double Pipe Heat Exchanger (Counter current Flow)...14 Gambar 2.7 Susu Terdenaturasi...18 Gambar 3.1 Skema Double Pipe Heat Exchanger dengan Autocad...20 Gambar 3.2 Skema Awal Alat Pasteurisasi Kontinyu...24 Gambar 3.3 Diagram Proses Uji Karakteristik Perpindahan Panas...26 Gambar 3.4 Diagram Proses Perancangan Alat Pasteurisasi Segmen Pemanas..27 Gambar 3.5 Diagram Proses Running...28 Gambar 4.1 Skema Diameter Pipa Dalam dan Luar...31 Gambar 4.2 Skema Double Pipe Heat Exchanger...31 Gambar 4.3a Skema Meja Alas yang Akan Dibuat (Tampak Atas)...32 Gambar 4.3b Skema Meja Alas yang Akan Dibuat (Tampak Samping)...32 Gambar 4.4a Skema Penyangga Utama (Tampak Atas) Gambar 4.4b Skema Penyangga Utama (Tampak Samping) Gambar 4.5 Skema Penyangga Double Pipe Heat Exchanger...34 Gambar 4.6 Skema Sambungan Silikon Antar Hairpin Gambar 4.7 Hasil Pembuatan Alat Double Pipe Heat Exchanger...36 Gambar 4.8 Hasil Modifikasi Alas Double Pipe Heat Exchanger...36 Gambar 4.9 Hasil Support yang Telah Dibuat dan Terintegrasi Pada Alat...37 vii

12 Gambar 4.10a Hasil Modifikasi Bak Penampung (Sebelum)...38 Gambar 4.10b Hasil Modifikasi Bak Penampung (Sesudah)...38 Gambar 4.11 Hasil Perangkaian Double Pipe Heat Exchanger Dengan Segmen Lain Gambar 4.12 Kurva Karakteristik Temperatur Pada Variasi N Re...40 Gambar 4.13 Kurva Pengaruh Perubahan Nilai N Re Terhadap Nilai U...41 Gambar 4.14 Kurva Pengaruh Perubahan Nilai N Re Terhadap Nilai h i...42 Gambar 4.15 Kurva Pengaruh Perubahan NilaiN Re Terhadap Nilai h o...43 Gambar 4.16 Kurva Pengaruh Perubahan Nilai N Re Terhadap Kehilangan Panas...44 Gambar 4.17 Kurva Pengaruh Perubahan N Re Terhadap Bilangan Prandlt dan Nusselt Gambar 4.18 Kurva Pengaruh Perubahan N Re Terhadap Bilangan Grashof Gambar 4.19 Kurva Karakteristik Denaturasi Protein Pada Variasi N Re...46 viii

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan Kelebihan dan Kekurangan dari PHE dan THE...8 Tabel 2.2 Bilangan Prandtl dari Berbagai Zat...17 Tabel 2.3 Waktu dan temperatur yang Dibutuhkan agar Protein Tidak Banyak Terdenaturasi...18 Tabel 4.1 Hasil Perhitungan h i Untuk Rezim Laminer...42 ix

14 Daftar Pustaka Anonim Pedoman Teknis Operasional Alat Pasteurisasi Susu. (online 18 januari 2012). Anonim Teknologi Pembekuan Makanan. Teknologi Pembekuan Makanan (online 21 Januari 2012). Anonim Susu Pasteurisasi. main/sni /detail sni/4384 (online 21 januari 2012). Anonim Nusselt Number. (online 23 Juli 2012). Anonim Grashof Number. (online 23 Juli 2012). Anonim Prandtl Number. (online 23 Juli 2012). Brodkey, R.S dan Herskey, H.C Transport Phenomena. Singapore : McGraw-Hill Book Co. Fakhrul Ulum Pedoman Teknis Operasional Alat Pasteurisasi Susu. (online 2 Juli 2012). Geankoplis, C.J Tranport Processes and Unit Operation. New Jersey : Prentice-Hall Inc. Kern, D. Q Process Heat Transfer. Singapore : McGraw-Hill Book Co. Lutfi, Ahmad dan Juanan Rosul Rancang Bangun dan Pembuatan Segmen Pendingin Untuk Simulator Pasteurisasi Kontinyu dan Karakterisasi Mikrobiologi Pada Susu Sapi Pada HTST. Bandung : Politeknik Negeri Bandung. Palen, J.W Heat Transfer Source Book. Hemisphere Publishing Corporation. Rusyda, Mohamad dan Muhamad Pramadia Perancangan dan Pembuatan Segmen Holding Tube Untuk Simulator Pasteurisasi Kontinyu serta Karakterisasi Denaturasi Protein Susu. Bandung : Politeknik Negeri Bandung. 48