III. METODE PENDEKATAN
A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan Penelitian ini akan dilaksanakan di PT. Triteguh Manunggal Sejati, Tangerang. Penelitian dilakukan selama 2 (dua) bulan, yaitu mulai dari bulan Oktober sampai dengan bulan November 2009. PT Triteguh Manunggal Sejati (TRMS) terletak di Jl. . Baru Zona Industri Keroncong Desa Gebang Raya RT. 001 RW. 02 Pasar Kemis, Tangerang, Indonesia.
B. Bak Pasteurisasi dan Bak Pendingin Di dalam bak pasteurisasi terdapat konveyor yang akan membawa produk ketika masuk ke dalam bak sampai keluar dari bak. Di bawah konveyor, di atas permukaan bak pasteurisasi, terdapat pipa steam yang mengeluarkan steam sehingga menjaga suhu air di dalam bak supaya stabil di suhu 860 C. Pipa steam memiliki lubang di bagian atasnya sehingga steam yang keluar akan memanaskan secara langsung air yang berada di dalam bak. Jadi, ada kemungkinan kontaminasi dengan produk jika bak dimasukkan produk. Proses pasteurisasi berlangsung selama 3.5 – 7 menit, tergantung jumlah produk yang berada di dalam bak. Pada saat pengukuran ternyata terdapat perbedaan suhu sebesar 2 – 30 C antara suhu input produk ke bak percobaan dengan yang proses yang berjalan sebenarnya. Dengan kata lain, suhu input percobaan 2 – 30 C lebih rendah dibandingkan suhu input proses yang berjalan. Hal ini disebabkan karena pada waktu percobaan dilakukan proses filling secara manual sehingga bisa terjadi penurun suhu, sedangkan proses yang berjalan menggunakan filling otomatis. Sedangkan pada bak pendingin, pipa pendingin berada di atas bak sehingga air pendingin masuk ke bak pendingin secara gravitasi. Air pendinginan akan didinginkan oleh chiller sebelum masuk ke bak pendingin. Pabrik memiliki empat buah chiller untuk mendinginkan air.
13
Gambar 8. Bak Pasteurisasi
Gambar 9. Bak Pendingin
14
Adapun dimensi dari bak pasteurisasi, pra-pendingin, dan pendingin sebagai berikut:
Tampak Samping dari Bak
Tampak Atas dari Bak Gambar 10. Ilustrasi Dimensi Bak Pasteurisasi, Pra-pendingin, dan Pendingin Tabel 2. Dimensi Bak Pasteurisasi, Pra-pendingin, Pendingin PraParameter Pasteurisasi pendingin PA 10.7 m 6.7 m PB 11.7 m 7.3 m PC 0.54 m 0.43 m Lebar 1m 1.4 m Tinggi air dari dasar permukaan bak 0.31 m 0.38 m
Pendingin 10.36 m 11.42 m 0.5 m 1m 0.33 m
Tabel 3. SOP Proses Pasteurisasi di Industri Suhu center point produk (cpp) : Awal pasteurisasi 1 menit sebelum keluar pasteurisasi Akhir pasteurisasi Akhir pendinginan produk Koko Akhir pendinginan produk Jelly Waktu pasteurisasi Waktu pendinginan
75 – 850 C Minimal 800 C 82 – 840 C Maksimal 270 C Maksimal 370 C 3.5 - 8 menit 4.5 - 7 menit
C. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: Alat 1. Termokopel tipe CC. 2. Temperature recorder (data logging system). 3. Velometer. 4. Sealer semi-otomatis.
15
5. Seal silikon. 6. Mur. 7. Obeng. 8. Kunci pas. 9. Cutter. 10. Meteran. Bahan 1. Cup plastik minuman untuk produk jelly drink dan koko drink. 2. Seal plastik.
D. Diagram Alir Penelitian Berikut alur dari penelitian yang akan dilaksanakan: 1. Pengamatan aliran fluida
1. Pengambilan data di bak pasteurisasi dan bak pendingin
1. Penentuan
2.Pemasangan
rancangan
termokpel
percobaan
3.Pencatatan data suhu vs waktu
2. Pengambilan data produk di bak pasteurisasi dan bak pendingin
4. Pencatatan suhu
nan
3. Pemasangan termokopel
awal bak dan selang pemanasan/pendingi
2. Persiapan bahan
4. Pengukuran suhu
3. Perhitungan energi dan pindah panas
5. Pengukuran laju
5 Pencatatan data 1. Perhitungan pindah panas
steam
4. Modifikasi desain dari bak pasteurisasi dan bak pendingin
2. Perhitungan energi
Gambar 11. Alur Proses Penelitian Utama
16
Pipa Steam Gambar 12. Piktorial dari Bak Pasteurisasi
17
E. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam lima tahap. Tahap pertama ialah pengukuran suhu dan waktu dari bak pasteurisasi bak pendingin. Tahap kedua adalah pengambilan data produk yaitu pengukuran suhu dan waktu produk di bak pasteurisasi dan bak pendingin. Tahap ketiga ialah pengukuran dimensi dari bak pasteurisasi dan bak pendingin. Tahap keempat ialah perhitungan energi dan pindah panas, dan tahap kelima akan dilakukan modifikasi desain dari bak pasteurisasi dan bak pendingin (lihat Gambar 11).
1. Pengambilan Data di Bak Pasteurisasi dan Bak Pendingin 1.
Pengamatan dari arah aliran steam yang diberikan.
2.
Pemasangan termokopel di bak pasteurisasi sesuai arah aliran steam.
3.
Lakukan pencatatan data dan pembuatan plot suhu vs waktu. Pada waktu yang bersamaan dengan dialirkannya steam atau pendingin, recorder dinyalakan. Pemanasan suhu 820 C tersebut dipertahankan selama 15 menit.
4.
Lakukan pencatatan data mengenai : (a) suhu awal bak (initial temperature) dan jam (waktu) mengalirkan steam ke dalam pasteurisasi; (b) suhu setiap waktu pemasakan (misalkan dicatat selama 1 menit).
5.
Perlakuan yang sama dilakukan pada bak pra-pendingin dan pendingin dengan rancangan percobaan yang sama.
6.
Lakukan pengukuran laju steam tepat pada lubang pipa steam dengan menggunakan velometer. Penentuan titik – titik pemasangan probe di bak pasteurisasi, pra-
pendingin dan pendingin:
18
Pipa steam atau pendingin
Air Gambar 13. Distribusi Titik Pengukuran Suhu Air Medium Pemanas sebelum Proses Pasteurisasi Keterangan : 1. No 1 s.d. 4 merupakan titik-titik tempat penempatan sensor termokopel. 2. Pengukuran dilakukan saat tidak ada produk di dalam bak. 3. Pipa pendingin digunakan di bak pendingin dan bak pra-pendingin sedangkan pipa pemanas (steam) digunakan di bak pasteurisasi. 4. Pipa steam mempunyai lubang di bagian atasnya sehingga memanaskan langsung air yang berada di dalam bak (posisi pipa steam berada di dasar bak di bawah konveyor). Sedangkan pipa pendingin mempunyai lubang di bagian bawahnya sehingga mendinginkan langsung air yang berada di dalam bak (posisi pipa pendingin berada di atas bak).
2. Pengambilan Data Produk di Bak Pasteurisasi dan Bak Pendingin a. Penentuan Rancangan Percobaan
Pipa pendingan atau pemanas
Air
Gambar 14. Distribusi Titik Pengukuran Suhu Air selama Proses Pasteurisasi
19
Keterangan : a. No 1 s.d 9 merupakan titik-titik pemasangan termokopel di bak. b. Pipa pendingin digunakan di bak pendingin dan bak pra-pendingin sedangkan pipa pemanas (steam) digunakan di bak pasteurisasi. c. Pengukuran di produk mengikuti titik 1, titik 2, dan titik 3 mulai dari produk masuk sampai keluar bak sedangkan titik pengukuran suhu air di bak di kesembilan titik tersebut. Sehingga data – data yang diperoleh adalah data suhu produk di titik 1, titik 2, titik 3, dan rata – rata suhu air dari kesembilan titik pengukuran. b. Persiapan bahan 1. Ambil cup yang akan digunakan kemudian periksa kondisi cup dalam keadaan baik (tidak berlubang) atau tidak. 2. Lubangi cup. Letak lubang sesuai dengan pindah panas yang akan terjadi (konveksi, konduksi, atau gabungan dari keduanya). Di dalam cup akan dimasukkan cairan dan butiran-butiran nata, sehingga pindah panas yang terjadi merupakan gabungan dari konveksi dan konduksi. Jadi posisi lubang dari cup diantara di bagian tengah dan 1/3 dari ketinggian cup dari bawah. c. Pemasangan termokopel 1. Pasang sensor termokopel pada cup yang sudah dilubangi, kemudian tutup dengan seal silikon agar tidak bocor. 2. Pasang mur di bagian dalam cup dan menempel dengan termokopel kemudian kencangkan mur dengan kunci pas agar tidak bocor. 3. Isi cup dengan cairan dan nata. Kemudian cup ditutup dengan di-seal menggunakan sealer semi otomatis. 4. Hubungkan termokopel yang terpasang dalam cup tersebut pada temperature recorder. d. Pengukuran suhu 1. Letakkan tiga sensor termokopel di dalam bak sesuai dengan rancangan percobaan. Data logger system hanya mempunyai empat probe sehingga peletakkan termokopel di bak berjumlah tiga sensor
20
termokopel dan satu sensor termokopel di cup. Jadi satu termokopel dipasang di dalam cup dijalankan mengikuti titik 1, 2, dan 3 (tiga sensor termokopel yang berada di dalam bak). Begitu seterusnya sampai titik ke-9. 2. Letakkan cup tersebut dalam bak dan biarkan berjalan sesuai pergerakan konveyor di dalam bak sesuai titik – titik dalam rancangan percobaan. e. Pencatatan data 1. Lakukan pencatatan data dan pembuatan plot suhu vs waktu. Pada waktu yang bersamaan dengan dimasukkannya cup, recorder dinyalakan. Pemanasan suhu 820 C tersebut dipertahankan selama 3.5 menit. 2. Lakukan pencatatan data mengenai : (a) suhu awal produk (initial temperature) dan jam (waktu) memasukkan cup ke dalam bak pasteurisasi; (b) suhu setiap waktu pemasakan (misalkan dicatat selama 10 detik). 3. Setelah periode pemasakan dilakukan, angkat cup tersebut kemudian lepaskan sensor termokopel dari cup. 4. Lakukan metode pengukuran yang sama untuk proses pra-pendingin dan pendingin dengan rancangan percobaan yang sama.
Gambar 15. Titik Termokopel dalam Cup Produk
21
Tabel 4. Plot Suhu Terhadap Waktu Waktu (10 detik) 10 20 30 120 150 180 210 ..... Dst
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
3. Perhitungan Energi dan Pindah Panas 1. Perhitungan dari laju pindah panas yang digunakan untuk proses pasteurisasi, pra-pendingin dan pendingin. 2. Perhitungan konsumsi energi yang digunakan selama proses pindah panas yang terjadi di bak pasteurisasi, bak pra-pendingin dan bak pendingin sehingga dapat diketahui besarnya energi yang diperlukan per siklus dari tiga proses. Analisis laju pindah panas dan energi dengan menggunakan rumus: A. Perhitungan panas jenis produk Cp = 0.0837 + 0.034 x KA Dimana : Cp = Panas jenis produk (KJ/KgK) KA = Kadar air produk (%) B. Pendugaan suhu output produk
Dimana :
T = suhu output produk (0C) Tm = suhu medium (0C) To = suhu input produk (0C) U = overall heat transfer coefficient (W/m2K) A = luas permukaan (m2) t
= lama waktu proses (detik)
22
W = Berat produk (Kg) Cp = Panas jenis produk (KJ/KgK) C. Jumlah pindah panas dari medium ke produk q = m x Cp x (Tout – Tin) Dimana :
q = Laju pindah panas (W/m2) m = massa produk (Kg) Cp = Panas jenis produk (Kg/KJ) Tout = Suhu keluar produk (0C) Tin = Suhu masuk produk (0C)
D. Bilangan Reynold (Re) Re = V∞ x d/ν Dimana :
Re = Bilangan Reynold V∞ = Kecepatan aliran (m/s) d = diamater penampang (m) ν = Viskositas kinematik aliran (m2/s)
E. Perhitungan Nilai Koefisien Pindah Panas Konveksi (h) dari Air h = k x Nu/d Dimana :
h = Koefisien pindah panas konveksi (W/m2 C) k = Konduktivitas panas (W/m C) Nu = Nusselt number d = diameter penampang (d)
4. Modifikasi Desain dari Bak Pasteurisasi dan bak pendingin 1. Dari data profil sebaran suhu vs waktu dan sebaran laju aliran fluida dari produk, dilakukan modifikasi desain dari bak pasteurisasi dan bak pendingin yang baru. Desain hanya sebatas berupa gambar teknik dengan menggunakan program Autocad atau sejenisnya.
23
