5
BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Kelapa Kelapa adalah pohon serba guna bagi masyarakat tropika. Hampir semua
bagiannya dapat dimanfaatkan orang. Kelapa (Cocos nucifera) adalah tanaman yang sangat lazim ditemukan di daerah tropis. Kelapa sangat populer di masyarakat karena memiliki banyak manfaat bagi kehidupan manusia. Beragam manfaat tersebut diperoleh dari buah, air, sabut, dan tempurung (Andi, 2005). Buah kelapa berbentuk bulat panjang dengan ukuran kurang lebih sebesar kepala manusia. Tebal sabut kelapa kurang lebih 5 cm dan daging buah 1 cm atau lebih. Tabel. 2.1 komposisi buah kelapa Daging buah (buah tua) Sabut Tempurung Daging buah Air buah
Jumlah berat (%) 35 12 28 25
Sumber: Ketaren 1986
Endocarp Endosperm Water Mesocarp Exocarp
Gambar 2.1 komposisi buah kelapa
6
Buah kelapa adalah bagian paling bernilai ekonomi. Sabut, bagian mesokarp berupa serat-serat kasar, diperdagangkan sebagai bahan bakar, pengisi jok kursi, anyaman tali dan lain-lain. Tempurung atau batok bagian endocarp digunakan sebagai bahan bakar, wadah minuman, bahan baku kerajinan dan arang aktif. Endosperm buah kelapa yang berupa cairan serta endapannya yang melekat di dinding dalam batok (daging buah kelapa) adalah sumber penyegar yang mengandung beraneka enzim dan memiliki khasiat penetral racun dan memberikan efek penyegar (Palungkun, 1992). 2.2
Santan Santan adalah emulsi minyak dalam air yang berwarna putih susu yang
diperoleh dengan cara pemerasan parutan daging kelapa dengan atau tanpa penambahan air. Santan kental merupakan hasil olahan santan kelapa yang telah diberi emulsifier, sehingga emulsinya lebih stabil. Namun, santan kental mudah rusak dan berbau tengik, karena itu perlu diupayakan produk santan kental siap pakai yang mempunyai daya tampung cukup. Untuk memperpanjang masa simpan santan kental diperlukan perlakuan pemanasan (Ramdhoni et al., 2009). Santan merupakan bentuk emulsi minyak dalam air dengan protein tinggi sebagai stabilisator emulsi. Air sebagai pendispersi dan
minyak sebagai fase
terdispersi. Di dalam sistem emulsi minyak air, protein membungkus butir-butir minyak dengan suatu lapisan tipis sehingga butir-butir tersebut tidak dapat bergabung menjadi satu fase kontinu. Butir-butir minyak dapat bergabung menjadi satu fase kontinuu jika sistem emulsi dipecah dengan jalan merusak protein sebagai pembungkus butir-butir minyak. Pemarutan merupakan tahap pendahuluan dalam memperoleh santan. Pemarutan bertujuan untuk menghancurkan daging buah dan merusak jaringan yang mengandung santan sehingga santan mudah keluar dari jaringan tersebut. Pemerasan dengan menggunakan tangan untuk memberikan tekanan pada hasil parutan dan memaksa santan keluar dari jaringan. Mengekstraksi santan dapat dilakukan dengan tangan dan selanjutnya dilakukan penyaringan. Dalam industri makanan, peran santan sangat baik sebagai sumber gizi, penambah aroma, cita rasa, flavour dan perbaikan tekstur bahan pangan hasil olahan.
7
2.3
Proses Pembuatan Minyak Kelapa Secara umum proses pembuatan minyak kelapa dapat dilakukan dengan dua
cara (MAPI, 2006): 1. Minyak kelapa diekstrak dari daging kelapa segar, atau dikenal dengan proses basah. Untuk menghasilkan minyak dari proses basah dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu: a. Cara Basah Tradisional b. Cara Basah Fermentasi c. Cara Basah Lava Process d. Cara Basah dengan Penggorengan 2. Minyak kelapa diekstrak dari daging kelapa yang telah dikeringkan (kopra) atau yang dikenal proses kering. Untuk menghasilkan minyak dari proses kering dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu: a. Ekstraksi secara mekanis (cara pres) b. Ekstraksi dengan pelarut 2.3.1 Pengolahan minyak kelapa cara basah Pembuatan minyak kelapa cara basah dapat dilakukan melalui pembuatan santan terlebih dahulu atau dapat juga dipres dari daging kelapa setelah digoreng. a. Cara basah tradisional Cara basah tradisional ini sangat sederhana dapat dilakukan dengan cara menggunakan peralatan yang biasa terdapat pada dapur keluarga. Pada cara ini, mula-mula dilakukan ekstraksi santan dari kelapa parut. Kemudian santan dipanaskan untuk menguapkan air dan menggumpalkan bagian bukan minyak yang disebut blondo. Blondo ini dipisahkan dari minyak. Terakhir, blondo diperas untuk mengeluarkan sisa minyak. b. Cara basah fermentasi Cara basah fermentasi agak berbeda dengan cara basah tradisional. Pada cara basah fermentasi, santan didiamkan untuk memisahkan skim dari krim. Selanjutnya krim difermentasikan untuk memudahkan menggumpalkan bagian bukan minyak
8
(terutama protein) dari minyak pada waktu pemanasan. Mikroba yang berkembang selama fermentasi, terutama mikroba penghasil asam. Asam yang dihasilkan menyebabkan protein santan mengalami penggumpalan dan mudah dipisahkan pasa saat pemanasan. c. Cara basah lava process Cara basah lava process agak mirip dengan cara basah fermentasi. Pada cara ini, santan diberi perlakuan sentrifugasi agar terjadi pemisahan skim dan krim. Pada proses sentrifugasi, santan diberi perlakuan sentrifugasi pada kecepatan 3000-3500 rpm. Sehingga terjadi pemisahan fraksi kaya minyak (krim) dan fraksi minyak miskin (skim). Selanjutnya diasamkan. Selanjutnya krim diasamkan dengan menambahkan asam, asetat, sitrat, HCl samapi pH4. Setelah itu santan dipanaskan dan diperlakukan seperti cara basah tradisional atau cara basah fermentasi. Skim santan diolah menjadi konsentrat protein berupa butiran atau tepung. d. Cara basah dengan penggorengan Pengolahan minyak dengan cara penggorengan, proses ekstraksi minyak dilakukan dari hasil penggilingan atau parutan daging kelapa dengan langkah sebagai berikut:
Gambar 2.2 Proses produksi minyak kelapa basah Sumber: SIPUK, BI, dalam MAPI, 2006
9
Proses ekstraksi minyak kelapa dengan cara penggorengan dapat dijelaskan dengan langkah-langkah sebagai berikut: Pertama, daging kelapa segar dicuci bersih dan kemudian digiling atau diparut dengan penggiling atau pemarut. Kedua, potongan-potongan daging kelapa yang digiling, kemudian dimasukkan dalam wadah penggorengan yang telah berisi minyak goreng panas pada suhu 110oC-120oC selama 15-40 menit. Ketiga, untuk mempercepat pemisahan butiran kelapa panas dengan unsur minyak dapat dilakukan dengan cara mengaduk-aduknya. Butiran sudah berpisah dari minyak kemudian dikeluarkan dari wadah penggorengan, sementara minyak hasil penggorengan dibiarkan mengalir terpisah ketempat penampungan minyak. Keempat, butiran-butiran kelapa yang sudah dikeluarkan tadi masih mengandung minyak. Oleh karena itu butiran kelapa diperas menggunakan mesin press. Minyak dihasilkan dari proses ini kemudian ditampung. Kelima, minyak kelapa dapat langsung dikemas untuk langsung dijual. 2.3.2 Pengolahan minyak kelapa cara kering a. Cara pres Cara pres dilakukan terhadap daging buah kelapa kering (kopra). Proses ini memrlukan investasi yang cukup besar untuk pembelian alat dan mesin. Uraian ringkas cara pres ini adalah sebagai berikut: a. Kopra dicacah, kemudian dihaluskan menjadi serbuk kasar. b. Serbuk kopra dipanaskan, kemudian dipres sehingga mengeluarkan minyak. Ampas yang dihasilkan masih mengandung minyak. Ampas digiling sampai halus, kemudian dipanaskan dan dipres untuk mengeluarkan. c. Minyak yang terkumpul diendapkan dan disaring. d. Minyak hasil penyaringan diberi perlakuan berikut:
10
- Penambahan senyawa alkali (KOH atau NaOH) untuk netralisasi (menghilangkan asam lemak bebas) - Penambahan bahan penyerap (absorben) warna, biasanya mengandung arang aktif dan atau bentonit agar dihasilkan warna minyak yang jernih dan bening. - Pengaliran uap air panas ke dalam minyak untuk menguapkan dan menghilangkan senyawa-senyawa yang manyebabkan bau tidak dikehendaki. e. Minyak yang telah bersih, jernih, dan tidak berbau dikemas di dalam kotak kaleng, botol plastik atau botol kaca. b. Cara ekstrasi pelarut Cara ini menggunakan cairan pelarut (selanjutnya disebut pelarut saja) yang dapat melarutkan minyak. Pelarut yang digunakan bertitik didih rendah, mudah menguap, tidak berinteraksi secara kimia dengan minyak dan residunya tidak beracun. Walaupun cara ini cukup sederhana, tapi jarang digunakan karena biayanya relatif mahal. Uraian ringkas ekstraksi pelarut ini adalah sebagai berikut: a. Kopra dicacah, kemudian dihaluskan menjadi serbuk. b. Serbuk kopra ditempatkan pada ruang ekstraksi, sedangkan pelarut pada ruang penguapan. Kemudian pelarut dipanaskan sampai menguap. Uap pelarut akan naik ke ruang kondensasi. Kondensat (Uap pelarut yang mencair) akan mengalir ke ruang ekstraksi dan melarutkan lemak serbuk kopra. Jika ruang ekstraksi telah penuh dengan pelarut, pelarut yang mengandung minyak akan mengalir (jatuh) dengan sendirinya menuju ruang penguapan semula. c. Di ruang penguapan, pelarut yang mengandung minyak akan mrnguap, sedangkan minyak tetap berada di ruang penguapan. Proses ini berlangsung terus menerus sampai tiga jam. d. Pelarut yang mengandung minyak diuapkan. Uap yang terkondensasi pada kondensat tidak dikembalikan lagi ke ruang penguapan, tapi dialirkan ke tempat penampungan pelarut. Pelarut ini dapat digunakan
11
lagi untuk ekstraksi. Penguapan ini dilakukan sampai diperkirakan tidak ada lagi residu pelarut pada minyak. e. Selanjutnya, minyak dapat diberi perlakuan netralisasi, pemutihan dan penghilang bau. 2.4
Alat Pemeras Santan Proses pembuatan minyak goreng dari bahan kelapa dimulai dari memarut
daging kelapa yang sudah tua, memeras parutan kelapa untuk memeroleh santan, selanjutnya dipanaskan untuk menguapkan kandungan air. Saat ini pemarutan telah menggunakan mesin pemarut yang digerakkan tenaga listrik. Sedangkan pemerasan masih dilakukan secara manual dengan tangan menggunakan tapis (saringan dari bagian pohon kelapa) atau kain. Kini telah juga tersedia alat pemeras mekanis tipe ulir piston dan tipe kombinasi ulir piston dan hidrolik, namun kurang efisien karena langkahnya terlalu banyak dalam satu siklus (Surata, 2001).
Gambar 2.3 alat pemeras santan tipe kombinasi ulir piston dan hidrolik
2.5
Ulir Daya Ulir daya (power screw) adalah peralatan yang berfungsi untuk mengubah
gerak putar menjadi gerak lurus dan biasanya mentransmisikan daya. Ulir daya
12
digunakan antara lain untuk mengangkat atau menurunkan beban seperti pada dongkrak mobil, mengubah gerak putar menjadi gerak lurus misalnya pada ragum dan memberi gaya tekan/tarik yang besar seperti pada mesin pres. Gambar 2.4 berikut menunjukkan beberapa konfigurasi dasar ulir daya.
a) Ulir daya poros lurus
b) Ulir daya poros tirus
c) Ulir daya dengan pitch bervariasi
d) Ulir daya poros tirus pitch bervariasi
Gambar 2.4 Ilustrasi konfigurasi ulir daya Sumber: Sari, 2006
Selain konfigurasi dasar ulir daya, ulir juga memiliki banyak variasi profil bentuk. Umumnya ulir daya menggunakan profil tipe square (segi-empat), tipe acme, dan tipe buttress seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5 berikut.
p
p
½p
14,5
o
p
7
o
0,163p
½p
45
½p
d (a) Square
dp
dr
(b) Acme
Gambar 2.5 Profil ulir daya
(c) Buttress
o
13
Ulir daya dengan konfigurasi poros lurus merupakan mekanisme yang paling banyak dipakai pada alat pres, karena proses pembuatan yang mudah. Jarak pitch dan diameter dasar ulir konstan sepanjang poros ulir, seperti ditunjukkan pada gambar 2.6 berikut.
Gambar 2.6 geometri ulir daya poros lurus
Menurut Sorin-Stefan et al. (2013), laju aliran volume dihitung berdasarkan persamaan: Qv = Vte . (1 - ).n.k.60 [m3/j] …………………………………
(1)
Dimana: Vte - volume teoritis bahan yang dipindahkan oleh ulir dalam sekali rotasi [m3]; n – kecepatan putar ulir [rpm]; k – koefisien aliran balik bahan melalui puncak ulir (k = 0,2 – 0,35);
- rasio tekanan, dihitung dengan rumus
= (Vi – Vf)/Vi,
dengan Vi = volume awal [m3] dan Vf = volume akhir setelah penekanan [m3]. Volume teoritis bahan yang dipindahkan oleh poros ulir dihitung berdasrkan persamaan: Vte = (d22 – d12) (p – δ) [m3] …………………………………
(2)
Dimana: p – jarak pitch [m]; δ – lebar pitch [m]; do – diameter luar ulir [m]; d1 – diameter poros [m]. Dengan mensubstitusi persamaan (2) ke dalam persamaan (1) diperoleh: Qv = (d22 – d12) (p – δ) (1 - ).n.k.60 [m3/j] ………………….
(3)
14
2.6
Analisis Gaya pada Ulir Daya Alat pemeras santan dirancang menggunakan ulir daya poros lurus dengan
profil tipe square (segi-empat). Ilustrasi gaya-gaya yang bekerja pada ulir daya saat mendorong beban ditunjukkan dalam Gambar 2.7 berikut. p
f N
W
πdp
λ
F
Gambar 2.7 Gaya-gaya yang bekerja pada ulir daya saat mendorong beban
Sudut kemiringan ulir (λ) disebut juga lead angle dihitung dengan persamaan:
tan
p d p
……………………………………………………………. 4) p = pitch (jarak ulir) dp = diameter pitch
Kesetimbangan gaya dalam arah vertikal: F – f cos λ – N sin λ = 0 dimana: f = μ N F – μ N cos λ – N sin λ = 0 F = N (μ cos λ + sin λ) …………………………………………………... 5) Kesetimbangan gaya dalam arah horizontal: W + f sin λ – N cos λ = 0
15
W + μ N sin λ – N cos λ= 0
N
…………………………………………..... 6)
W cos sin
Substitusikan persamaan 5) dan 6)
cos sin cos sin
F W
W
d p p d p p
…….…………....………..
7)
karena koefisien gesek: μ = tan θ, maka persamaan 7) menjadi
F W
tan cos sin cos tan sin
F W
sin cos cos sin cos cos sin sin
F W
sin( ) cos( )
F W tan( )
……………………………………………………. 8)
F = Gaya ulir, W = Beban pengepresan θ = arc tan = sudut gesek Torsi yang diperlukan untuk mendorong beban:
T F
dp 2
W
d p ( cos sin ) 2 (cos sin )
………………………………….
9)
atau dalam parameter pitch,
T W
d p ( d p p )
………………………………………. …
10)
2 (d p p )
Gaya tangan yang diperlukan untuk memutar ulir secara manual (dengan roda tangan): T Ft .r Ft
T r
…………………………………………………………. Ft = gaya tangan untuk memutar ulir r = jari-jari roda tangan
11)
16
2.7
Pendekatan Ergonomi dalam Desain Tujuan utama penerapan ergonomi adalah menciptakan keadaan fisik dan
psikis pekerja sehat, dengan menserasikan kemampuan, kebolehan dan keterbatasan manusia terhadap tugas atau pekerjaan yang akan dilaksanakan. Aplikasi ergonomi disamping menciptakan sistem kerja yang manusiawi, juga terbukti memberikan keuntungan secara ekonomi. Hendric (2002) menyatakan good ergonomic is good economic, yang berarti penerapan ergonomi yang benar akan memberikan keuntungan ekonomi yang lebih tinggi. Secara khusus ergnomi akan memberikan beberapa manfaat antara lain (1) pemakaian otot dan energy yang lebih efisien, (2) pemakaian waktu lebih efisien, (3) kelelahan berkurang, (4) kcelakaan akan berkurang, (5) penyakit akibat kerja berkurang, (6) kenyamanan dan kepuasan kerja meningkat, (7) efisiensi meningkat,(8) mutu produk dan produktivitas meningkat, (9) operasional dapat ditekan (Manuaba, 2000; Mac Leod 2006). Dalam penelitian ini aplikasi ergonomi dilakukan untuk merancang tinggi alat pemeras yang dioperasikan dalam posisi duduk, diameter roda tangan, diameter genggam handel, dan pemanfaatan gaya tangan untuk memutar ulir. Untuk orang Indonesia laki-laki tinggi siku rata-rata dalam posisi duduk adalah 240 mm, diameter genggam rata-rata 48 mm (Nurmianto, 1996). Diameter roda tangan untuk gaya yang besar dianjurkan antara 45,7-50,8 cm, dengan kekuatan tangan rata-rata 49 kg (Woodson, 1981).
