KAJIAN PINDAH PANAS DAN MASSA PADA PENGERINGAN LAPIS T I P I S FILLET IKAN PATIN SECARA ABSORBS1 MENGGUNAKAN ABSORBEN KAPUR API
OLEH: MURSALIN
PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
hfi~rsalin. 99208. Kaj~anPidah Panas dan Massa pada Pengeringan Lapis Tipis Fillet Ikan Patin secara Absorbsi Menggunakan Absorben Kapur Api. Dibawah bibingan Dr. Ir Puiwiyatno Hariyadi, b4.S~.dan Prof. Dr. Soewamo T. Soekarto, M.Sc
--
--
Penelitian ini 1)ertujuan untuk (1) mengetahi pengamh luas permukaan bongkahan kxp'ur terhadap suhu kapur dan suhu m g pengering absorbsi, energi eksotermis kapur dan nlergi penguapan air daijllet ikan patin, dan parameter-parameter sepetti waktu, k'xstanta dan laju perlgeringan fllet ikan patin. (2) Mengetahui pengaruh rasio penggunaan k,yur : ikan terhadap finomena perubahan suhu dan energi dalam mang pengering absorb6 laju pl%geringanfIIet ikan patin dan kecepatan absorbsi air oleh kapur api, dan fenomena piidah pimas dan piidah mass1 yang terjadi selama proses pengeringan. (3) Mengetahui &i-fi.aksi air yimg ada pada N e t ikan patin dan mengetahui pengaruhnya temadap parameter-parameter pmgeringan selama berlingsungnya proses pengeringan absorbsi. Penelitian ini teIbagi dalam 3 percobaan, percobaan 1 disusun dalam tiga perlakuan, yaitu lug. permukaan bongkalan kapur UI (0.0865 m2/kg), U2 (0.1040 m2/kg),dan U3 (0.1309 m2ikg). P~xobaan2 terdiri atas 7 taraf perlakuan, yaitu PI (perbandingan beratjet ikan dan kapur api 1 : 2:1, PZ(1 : 2.5), P3 (1 : 3), P4 (1 : 3.5), P5 (1 : 4), P6 (I : 5) dan P7 (1 : 6). Pada percobaan 3, is~t:mi sorpsi air bahar~diukur secara absorbsi dalam desikator berisi garam jenuh pada berbagai kondisi RH (RH 6.87??.. 97%). Pengeiingan ini menghasilkan fillet dengan penampakan yang baik clan wama putihhming yang cerah. K ~ w aisotermi sorpsi airfllet ikan patin behatuk sigmoid, sesuai dengan brnuk mum h a untuk bahan pangan yang kompleks susunan kimianya dan atau bahan p;m3an yang mengandmg protein cukup tin&. Fillet ikan patin mempunyai kapasitas air terikat p~inler,sekunder dan temier masingmasing sebesar 4.71, 15.06dan 74.92 %basis kering. Suhu permukaan kapur dalam m g pengehg berkisar antara 30.541.S°C, suhu udara &Jam ruang pengering berkisar antara 28.0-32.5 OC dan lama pengeringan yang dibutuhkan urltuk mencapai kadar air bahan h a n g dati 12 % basis basah semakin singkat dengan pmngkatan luas ermukaan bongkahan kapur. Peningkatan luas permukaan kapur dari 0.0865 merjadi 0.1309 ml'/kg diipat mengurangi waktu pengeringan dari 50 menjadi 40 jam. Peningkatan jnmlah kapur dalam rasio kapur : ikan dapat mereduksi waktu pengeringan. Hubungtm antara nilai rasio kapur : ikan dengan lama waktu pengeringan &pat dilukiskan dengitn persamaan "Y = 4.0475x2 - 4 4 . 0 5 1 ~+ 156.17, dimana Y adalah lama proses pengeringan (jam) dan X adalah nilai rasio kapur : ikan yang digunakan, dt:ngan batas penggullaan 2 s X < 6. Peningkatan laju pengeringan bahan mencapai mak.simum pada rasio kapur : ikan 3.5 : 1 dan relatif konstan pada nilai rasio di atasnya. Pcnggunaan rasio kapur : ikan (3.5 : 1) dan luas pennukaan bongkahan kapur 0.1309 m2/cg menghasilkan I.ju pindah panas tertinggi, dengan nilai perubahan energi internal si!it~:m sebesar 7.19 Jls dan pola pindah panas yang lebih bersifat konduktif daripada konvektif.
SURATPERNYATAAN
Ilengan ini saya rnenyatakan bahwa tesis yang berjudul
Kajian Pindah Panas dan Massa pada Pengeringan Lapis Tipis Fillet Ikan Patin secara Absorbsi Meilggunakan Absorben Kapur Api adalah benar ~nerupakankarya saya sendiri dan belum pernah dipublikasikan. Semua sumber data dan informasi yang digunakan lelah dinyatakail secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
13ogor, September 2002
KAJIAIY PINDAH PANAS DAN MASSA PADA PENGERIIYGAN LAPIS n P I s FILLET IKAN PATIN SECARA ABSORBS1 MENGGUNAKAN ABSORBEN KAPUR API
MURSALIN
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleb gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pangan
PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2002
Judul Tesis
:
Kajian Pindah Panas dan Massa pada Pengeringan Lapis Tipis Fillet Ikan Patin secara Absorbsi Menggunakan Absorben Kapur Api
Nama
:
Mursalin
NRP
:
99208
Program Studi
:
IlmuPangan
Menyetujui, 1. Komisi Pembimbing
AWgota
Ketua
Mengetahui, 2. Ketua Program Studi Ilmu Pangan
-
qi%dhc-Prof. Dr. Betty Sri Laksmi Jenie, MS
Tanggal Lulus: 03 Juni 2002
da Manuwoto, M.Sc
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Kurungan Nyawa, Ogan Komering Ulu, pada tanggal 27 Oktober 1971 sebegai anak ketiga dari pasangan Murod dan Zainab. Pendidikan :arjana ditempuh tli Prog~amStudi Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian IJniversitas Lampulg, lulus pada tahun 1994. Pada tahun 1999, penulis diterima di I'rogram Studi Ilmu Pangan pada Program Pascasaqana IPB dan menamatkannya pads tahun 2002. Beasiswa pendidikan pascasaqana diperoleh dari BPPS Dikti
Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia. Penulis bekeja sebagai dosen di Universitas Jambi sejak tahun 1998 clan tlitempatkan di Fal~ultasPertanian pada Program Studi Teknologi Hasil Pertanian. !data kuliah yang menjadi tanggung jawab peneliti ialah Satuan Operasi dan lcekayasa Proses Pangan. Selama mengikuti program S2, penulis menjadi anggota Persatuan Ahli :'eknologi Pangan Indonesia (PATPI).
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya s~hinggakarya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan :,ejak bulan Juli 2001 ini adalah pengeringan, dengan judul Kajian Findah Panas dan Massa pada Pengeringan Lapis Tipis Fillet Ikan Patin secara Absorbsi Menggunakan Absorben Kapw Api. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, h4.S~.dan Bapak Prof. Dr. Soewarno T. Soekarto, M.Sc. selaku pembimbing serta Eiapak Dr. Ir. Anton Apriyantono, M.S. dan Bapak Dr. Ir. Atjeng Syarif, M.Sc. yang t~:lahbanyak membcri saran dan masukan. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Ubak, Umak, Amak dan seluruh keluarga atas do'a, tiorongan, perhatian dan kasih sayangnya, teristimewa kepada istri tcrsayang Eva Achn~ad,S.Hut., M.Sc. dan ananda tercinta Hanifah Alipasha Mwsalin yang telah dengan sitbar, penuh kasih sayang dan pengorbanan memberikan dorongan dan dukungan yang tak terhingga kepada penulis sampai selesainya penelitian dan penulisan karya ilm ah ini. Disamping ity terima kasih juga penulis ucapkan kepada Eapak dan Ibu teman-teman IPN, keluarga IPN'99, para teknisi dan laboran Mas Nunvanto dan Mbal; Sri, Mas Taufik dan Abah Karna atas segala bantuan dan keq a s~manya. Semoga All;& SWT membalas budi baik semua pihak yang telah terlibat lrlngsung maupun bdak langsung pada penyelesaian penelitian dan penulisan karya llmiah ini. Akhirul lcalam, penulis berharap semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2002 Mursalin
DAFTAR IS1 Halaman LlAFTAR TABEL ........................... ........................................
PAFTAR SIMBOL ....................................................................
ix
xiv
PENDAHULUAN Latar Belakang ...............................................................
1
Tujuan dan Manfaat Hasil Penelitian ....................................
4
TINJAUAN PUSTPXA Pindah Pana:; .................................................................. Pindah Pmas Secara Konduksi ........................................ Pindah P m Secara Konveksi ....................................... Pindah Pmas Dalam Lemari Pengering Absorbsi ..................
5
6 14 14
Teori Pengeringan ....................................................... Air dalanl Bahan Pangan .............................................. Sifat-sifat Transport dalam Pengeringan ............................ Mekanislne Pengeringan ............................................... Laju Penseringan ....................................................... Laju ?engeringan Konstan ........................................ Laju Pengeringan Menurun ....................................... Kadar Air Keseimbangan dan Konstanta Pengeringan ............. Pengeringan Absorbsi .....................................................
28
Prinsip Pzngeringan Absorbsi ......................................... Karakteri stik Kapur Api ............................................... Energi Emas dari Kapur Api .......................................... Aplikasi Pengeringan Absorbsi dengan Kapur Api ................ Keunggulan Pengeringan Absorbsi dengan Kapur Api ............
29 31
32 33 35
BAHAN DAN MI
Pengarul~Luas Permukaan Bongkahan Kapur terhadap Peningktltan Suhu dalam Sistem Pengering Absorbsi ............ Pengarull Luas Permukaan Bongkahan Kapur terhadap Produksi dan Penggunaan Energi dalam Sistem Pengering Absorbsi .................................................... Enerlgi Eksotermis Kapur ......................................... Enerjgi Penguapan Air ............................................. Selis h dan Efisiensi Penggunaan Energi Eksotermis Kapur . Pan%;Sensibel Udara dalam Ruang Pengering Absorbsi ..... Pana:; Sensibel Fillet Ikan Patin .................................. Pengad Luas Permukaan Bongkahan Kapur terhadap Parameter Pengeringan Fillet Ikan Patin ............................
Lama Pengeringan ................................................ Profii Penurunan Kadar Air selama Pengeringan ............. Pengaruh Luas Permukaan Bongkahan Kapur terhadap Laju Pengeringan Fillet Ikan Patin ................................... Laju I'engeringan terhadap Kadar Air .......................... Laju l'engeringan terhadap Waktu Pengeringan ............... Pengeringan Absorbsi Pada Berbagai Rasio Kapur : Ikan ........... Pengaruh Rasio Kapur : Ikan terhadap Mekanisme Pengerinlpn Fillet Ikan Patin ..................................... Lama Pengeringan ................................................ Profil Penurunan Kadar Air Selarna Pengeringan ............ Anali:;is Laju Pengeringan Fillet Ikan Patin .................. A~alisaberdasarkan graf~kp e n m a n kadar air .......... Analisa berdasarkan Model Matematika Pengeringan k p i s Tipis ..................................................... Kajian Piltdah Panas pada Berbagai Rasio Kapur :Ikan
..........
Kajian Pirtdah Massa pada Berbagai Rasio Kapur : Ikan
..........
IG3SIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ................................................................. Saran .........................................................................
DAFTAR GAMBAR Gambar:
Halaman
1. Peristiwa tumbukan dua partikel pada pindah panas secara konduksi 2. Aliran panas t:atu arah pada analisis pindah panas di dalam volume bahan padat ................................................................... 3. Isotermi s0rp.i air untuk bahan pangan secara umum
..................
............................... Kurva laju pengeringan pada bahan padat ............................... Konstruksi le~naripengering absorbsi .....................................
4. Kurva hubung;an kadar air terhadap waktu 5. 6.
7. Skema fisik aliran energi dan massa dalam ruang pengering absorbsi meng;gunakan absorben kapur api .............................. 8. Lokasi titik pe:lgukuran suhu dan RH dalam lemari pengering absorbsi ........................................................................
9. Prosedur dan ~engamatanuntuk percobaan pengeringan pada berbagai rasio kapur : ikan ................................................. 10. Diagram alir p.osedur percobaan pengeringan fillet ikan patin secara absorbs menggunakan absorben kapur api .....................
I 1. Kuwa isotermi sorpsi airfillet ikan patin hasil pengeringan absorbsi 12. Hasil analisis regresi persamaan BET untuk data isotermi sorpsi airfillet ikan pitin secara absorbsi ....................................... 13. Plot logaritma data isotermi sorpsi airfiller ikan patin
................
14. Plot nilai aktiv~tasair dengan kadar air kesetimbangan bahan pada RH lebih dari 50% ................................................... 15. Kadar air setirr bangfillet ikan patin pada RH lebih besar dari 50 % 16. Pengaruh perbedaan ukuran bongkahan kapur api terhadap suhu permukaan kapur (a), ruang pengering absorbsi (b) dan selisih keduanya (c) ................................................................. 17. Pengaruh perbcdaan ukuran bongkahan kapur terhadap produksi energ eksotermis kapur api setiap waktu ....................
18. Pengaruh perbc:daan ukuran bongkahan kapur terhadap akumulasi energi eksotermis dari kapur api ............................. 19. Pengaruh perbedaan ukuran bongkahan kapur terhadap energi penguapan air dari bahan setiap waktu ................................
7
20. Pengamh ukurau bongkahan kapur terhadap akumulasi energi penguapan air d:ilam bahan selama pengeringan .......................
2 ' . Pengamh perbetlaan ukuran bongkahan kapur terhadap selisih energi eksoterm s dan penguapan air dalam sistem setiap waktu .... 221. Pengaruh ukurar~bongkahan kapur terhadap akumulasi selisih energi eksotem s dan penguapan air dalam sistem selama pengenngan ................................................................. 2 . Pengaruh perbetlaan ukuran bongkahan kapur terhadap panas sensibelfillet ikan patin dalam sistem setiap waktu ............
24. Pengaruh perbetlaan ukuran bongkahan kapur terhadap akumulasi panas sensibelfrllet ikan patin dalam sistem ........................... 2
Profil penurunarl kadar airfillet ikan patin (% berat kering) selama pengeringan absorpsi dengan berbagai ukuran luas permukaan kapur ........................................................................
2
Profil laju pengeringanfiller ikan patin terhadap waktu pada luas permukaan kapur 0.0865 m2/kg (a), 0.1040 m2ikg(b) dan 0.0865 m2k g (c I ........................................................
2 . Grafik laju pengeringan (dM1dt)fillet ikan patin terhadap kadar air untuk ketiga,jenis perlakuan luas permukaan bongkahan kapur . 211. Waktu pengeringan yang dibutuhkan olehfillet ikan patin untuk mencapai kadar air aman pada berbagai rasio kapur : ikan .......... 2
Profil penurunarl kadar airfiller ikan patin (% berat kering) selama pengeringan absorpsi dengan berbagai rasio kapur : ikan ..
30. Laju pengeringanfillet ikan patin terhadap kadar air (%basis kering) pada berbagai rasio kapur : ikan ....................
3 . Profil laju pengeringanfillet ikan patin pada berbagai nilai rasio kapur : ikan, ditc:ntukan dengan analisis model pengeringan . . . lapls tip~s............................................................... 3
Hubungan antarii nilai rasio kapur : ikan dengan perubahan energi internal sistem ~engeringabsorbsi menggunakan absorben kapur api ...................................................................
33. Skema penentuan arah positif dan negatif pada titik-titik pengukuran suh~~fillet ikan patin ...........................
24. Hubungan anrarii nilai rasio kapur : ikan dan koefisien transfer uap air pada permukaan bahar, .............................
DAFTAR TABEL Tabel:
Halaman
1. Berbagai larutan garam jenuh dan nilai aktivitas air/RH yang digunakan dalsm keseimbangan kadar air ................................
58
2. Kapasitas air terikat primer (ATP), air terikat sekunder (ATS) dan air terikat tersier (ATT)fillet ikan patin .................................
76
3. Suhu permukaim kapur, udara dalam ruang pengering absorbsi dan selisih keduanya pada berbagai perlakuan luas permukaan bongkahan kapur ............................................................
83
4. Luas permukaan bongkahan kapur, kadar air awal bahan dan ratarata energi per,iam yang dicapai sistem selama pengeringan .........
89
5. Hasil perhitung;an panas sensibel udara dalam ruang pengering absorbsi selam:~pengeringan ...............................................
97
6. Waktu pengerit~ganfilletikan patin untuk mencapai kadar air kurang dari 12% basis basah pada berbagai ukuran luas permukaan bongkahan kapur ............................................................
101
7. Hasil analisis laju pengeringan dengan model pengeringan lapis tipis pada peng:ringan fillet ikan patin dengan berbagai ukuran luas permukaar kapur ...................................................... 8. Fase-fase laju ~engeringanfiuetikan patin terhadap kadar air pada ketiga perlakual luas permukaan bongkahan kapur dan jenis air yang teruapkan selama pengeringan absorbsi .......................... 9. Waktu pengerirganfillet ikan patin secara absorpsi untuk mencapai kadar air aman pada berbagai rasio kapur : ikan ....................... 10. Fase-fase laju pengeringanfillet ikan patin terhadap kadar air pada ketujuh perlakuan rasio kapur : ikan dan jenis air yang teruapkan selama pengeringan ........................................................ 1 1. Laju penurunan kadar airfillet ikan patin pada berbagai tingkat rasio kapur api : ikan, ditentukan dengan analisis model umum pengeringan lay:is tipis .....................................................
12. Laju peningkatsn energi internal dalam sistem pengering absorbsi pada berbagai tingkat rasio kapur api : ikan ............................ 13. Rata-rata suhu pada setiap titik pengukuran panasfillet ikan patin selama pengerir gan pada berbagai tingkat rasio kapur api : ikan ....
14. Data penyusun model matematis persamaan pindah panas pada fillet ikan patin iengan jarak positif dan negatif dari pusat panas bahan .......................................................................
15. Model pindah panas pada pengeringan lapis tipisjllet ikan patin secara absorbxi pada jarak positif dari pusat panas bahan ............ 16. Model pindah panas pada pengeringan lapis tipisfillet ikan patin secara absorb:;i pada jarak negatif dari pusat panas bahan ...........
17. Rekapitulasi hasil perhitungan koefisien transfer uap air di permukaan bahan (fv) pada berbagai tingkat rasio kapur : ikan
....
18. Komponen a ~ , apenyusun l model matematis persamaan pindah massa selama pengeringanjllet ikan patin secara absorbsi pada berbagai rasio kapur:ikan ................................................ 19. Komponen be:~tukanpenyusun model matematis persamaan pindah massa jelama pengeringanfillet ikan patin secara absorbsi pada berbagai rasio kapur:ikan .......................................... 20. Komponen fur~gsipenyusun model pindah massa pada pengeringan lapis t i p i s p e t ikan patin secara absorbsi pada . . berbagai rasio kapur : ikan .............................................. 21. Model pindah massa pada pengeringan lapis tipisfillet ikan patin secara absorbsi pada berbagai rasio kapur : ikan ..............
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Data hasil penfykuran kadar air, suhu dan RH lkan patin pada berbagai luas permukaan kapur ...... ... ..... ..... ........... ..... ..... 2. Kalibrasi alat ~engukurRH (higrometer) ............................. 3. Kalibrasi probt: pengukur suhu dalam termokopel
............ ... ...
4. Perhitungan luiis permukaan bongkahan kapur api ....................
5. Pengaruh luas permukaan bongkahan kapur terhadap suhu selama pengeri ngan.. ..................................................... 6. Perhitungan energi eksotermis kapur, penguapan air dan .. s e l ~ s ~keduan)a h ...........................................................
7. Contoh perhitungan penurunan kadar air ikan patin setiap waktu.. 8. Data pengukurim kadar air kesetimbangan fillet ikan patin secara absorbsi ....... ............................................................
9. Contoh perhitungan laju pengeringan dengan model matematika . .. pengeringan lap~st~pls........ ................ ............... ............. 10. Data hasil pengukuran kadar air Ikan patin setiap waktu untuk berbagai rasio kapur : ikan .............................................. 11. Data hasil pengukuran suhu dan kelembaban selama pengeringan 1k;in Patin pada berbagai rasio kapur : ikan.. .......... 12. Profil laju pengeringan ikan patin pada berbagai rasio kapur : ikan 13. Perhitungan laj 1 pengeringan (-dM/dt) ikan patin pada berbagai rasio k:apur : ikan ............................................... 14. Perhitungan laj 1 pengeringan ikan patin dengan model matematika paca berbagai rasio kapur : ikan ........................ 15. Perhitungan pevsamaan untuk penyusunan model pindah panas
..
16. Penentuan kele~nbabanmutlak ruang pengering absorbsi selama pengeringan ........... ......................... . ....... ..........
DAFTAR SIMBOL
Sirnbol
Satuan Luas Pet.mukaan
(m2)
Panas jeiis
(W/kg°K)
Panas je iis pada tekanan tetap
(kJ/kg°K)
Panas je:iis pada volume tetap
(kJ/kg°K)
Panas je:iis udara
(W/kg°K)
Selisih atau perubahan Koefisiei pindah panas konveksi
(tidak berdimensi) (kw/m2~)
Kelemkban mutlak
(kg air /kg udara kering)
Panas laten penguapan ikan
(kJ/kg) (kg air /kg udara kering)
Kelembaban mutlak udara dalam sistem setelah produk ikan mel:paskan uap air. Kelembaban mutlak udara dalam sistem setelah uap air di udara iiserap oleh kapur api
(kg air /kg udara kering)
Kelembaban mutlak udara dalam sistem mula-mula
(kg air /kg udara kering)
Konstanla pada persamaan (4), ( S ) , (6)
(tak berdimensi)
Konstanta pengeringan
(tak berdimensi)
Konstanta laju pengurangan konsentrasi air
(tak berdimensi)
Tebal b a l m yang dilalui oleh konduksi panas
(m)
Tebal da!.i masing-masing struktur komposit
(m)
Tebal da1.i masing-masing struktur komposit
(m)
Tebal da1.i masing-masing struktur komposit
(m)
Kadar ail. bahan
(%I
Kadar air bahan saat terjadinya peralihan periode pengeringan menurun fase (1) ke fase (2) Kadar air bahan saat terjadinya peralihan periode pengerin1:an menurun fase (2) ke fase (3)
Kadar air keseimbangan bahan massa il:an Jumlah no1 Jumlah ~ a n a yang s mengalir Fluksi panas Panas ycmg memasuki bahan per satuan luas Panas ytmg meninggalkan bahan per satuan luas Energi eksotermis kapur api Selisih c nergi eksotermis kapur dengan energi penguapan air dari bahan Panas y>ngditerima olehfillet ikan
(kJ)
Panas sensibel udara
(kJ)
Waktu Waktu pengeringan kritis, yaitu waktu pengeringan saat terjadin).a peralihan fase periode pengeringan menurun
(detik)
(ism)
Suhu mtdlak
(K)
Suhu fluida
("C)
Suhu balian padat
PC)
Volume
(m3)
Beratfillet ikan
(kg)
Berat ka2ur
(kg)
Sebanditlg dengan, simbol pada persamaan ( I ) dan (2)
(tidak berdimensi)
Selisih atau perubahan
(tidak berdimensi)
Selisih atau pembahan dalam jumlah yang sangat kecil
(tidak berdimensi)
Perubahm energi dalam Densitas ekspone~~sial Densitas udara
(JJs) (kg/m3) (tidak berdimensi) (kg/m3)
