KARAKTERISTIK FISIK DAN TERMIK
Tujuan Instruksional Khusus (TIK) pada pertemuan ini adalah : Mampu menjelaskan hubungan antara karakteristik fisik dan termik bahan hasil pertanian dengan disain alat dan proses pengolahannya
Karakteristik Fisik :
Bentuk Ukuran Volume Luas Permukaan Sudut Curah
Densitas Porositas Warna Penampakan
Karakteristik Mekanis
Kekerasan Sifat Reologi Kekuatan Kompresif Resistensi Impak Shear
Karakteristik Thermal
Panas spesifik Panas Laten Konduktivitas Panas Difusivitas Panas
KARAKTERISTIK FISIK 1. Bentuk dan Ukuran Tidak dapat dipisahkan
Penting untuk merancang alat seperti grading dan sortasi Dibedakan atas 2 kasus : 1. Komoditi yang bentuk dan ukurannya dapat dibedakan
dengan mata telanjang 2. Produk berbentuk bubuk : kopi, garam, susu bubuk dll. Mempengaruhi :
- penerimaan konsumen - pengemasan - distribusi
- proses pengolahan
Kriteria untuk menjelaskan bentuk dan ukuran :
a. Menggunakan Tabel Standar (Standard Chart) Bentuk
Deskripsi
Bulat
Mendekati bola
Oblat
Pipih pada ujung tangkai dan ujung tanpa tangkai
Oblong
Diameter vertikal > diameter horizontal
Konik
Mengecil ke arah ujung
Ovat
Bentuk telur, agak lebar di ujung tangkai
Blik
Aksis yang menghubungkan tangkai dan apeks ramping
Abovat
Ovat terbalik
Eliptikal
Mendekati elipsoid
Trunkat
Kedua ujung datar
Unekual
Setengah bagian > dari setengah bagian lainnya
Ribbed
Pada potongan melintang sisinya kurang lebih angular
Regular
Potongan melintang horizontal mendekati lingkaran
Irregular
Potongan melintang horizontal menjauhi lingkaran
Potongan Membujur
Bulat
Trunkat
Blik
Potongan Melintang
Regular Oblat
Oblong
Irregular Unequal
Konik
Ribbed
b. Kebulatan (sphericity) dan kebundaran (roundness) o adalah ukuran ketajaman pojok (sudut) suatu benda padat
AP o Roundness =
luas proyeksi objek terkecil =
AC
luas proyeksi objek terbesar
Akar pangkat tiga dari hasik kali ketiga sumbu o Sphericity = Sumbu Terpanjang
kebulatan=Fm/Fc kebulatan rerata = ∑r/nR kebundaran=di/dc Defenisi kebulatan dan kebundaran
Ukuran menyatakan besaran materi atau isi pada suatu komoditas yang dimanifestasikan dalam bentuk besaran : - berat
- volume
- luas
- panjang
- lebar
- diameter
- tebal Ukuran produk tepung dinyatakan dengan mesh (saringan), yaitu jumlah lubang persatuan luas (n/in2) atau N/cm2 Penentuan ukuran buah dan sayuran : pengukuran panjang/berat atau volume.
2. Volume dan Densitas Aplikasi dalam : pengeringan dan penyimpanan rancangan silo dan ruang penyimpanan mesin kompresi mekanikal pemisahan bahan-bahan asing penentuan kemurnian benih separasi dan grading evaluasi kematangan tekstur dan kelunakan buah estimasi ruang udara di dalam jaringan tanaman evaluasi kualitas produk seperti kacang kapri, jagung manis dan kentang (densitas meningkat jika matang)
Metode penentuan volume dan densitas : -Gelas ukur -Piknometer -densitimeter Densitas Kamba dan Densitas Nyata Densitas Kamba = perbandingan bobot bahan dengan volume yang ditempatinya, termasuk ruang kosong di antara butiran makanan
Pengukuran : - Menimbang bahan yang menempati wadah literan sesuai dengan volume
Densitas Nyata
Pengukuran 1 :
= perbandingan bobot bahan dengan volume yang hanya ditempati oleh butiran bahan tidak termasuk ruang kosong.
• Gelas ukur diisi toluena (C6H5CH3) sampai volume tertentu • Kenaikan volume toluena akibat sejumlah bobot butiran = densitas nyata
Pengukuran 2 :
• Dengan piknometer • Timbang piknometer kosong (a) • Timbang piknometer + toluena (b) • Timbang piknometer + butiran bahan yang diketahui bobotnya (X gram) + toluena sampai penuh (c) • Timbang piknometer + air sampai penuh (d)
Densitas nyata dihitung dengan rumus :
densitas toluena x bobot biji D=
toluena x X =
bobot toluena yang diusir biji
(b+X) - c
Densitas toluena : b-a toluena =
g/cm2
d- a Densitas kamba bervariasi menurut kadar air berat air yang dipindahkan (lb) Volume (in3) = densitas air (lb/in3)
Gambar 7. Pengukuran volume
3. Sudut Curah • Penting untuk disain wadah, fasilitas penyimpanan, dan alat pembantu lain dalam pengolahan biji-bijian • adalah sudut yang terbentuk antara bidang datar dengan sisi miring curahan bila sejumlah biji dituangkan dengan cepat di atas bidang datar.
d Tg = t/0.5 d = 2t/d
4. Luas Permukaan Luas permukaan daun menentukan : kapasitas fotosintesis Laju pertumbuhan Hubungan tanaman-tanah-air
Luas permukaan buah dan biji penting dalam : Pengukuran respirasi Penentuan warna Pemantulan cahaya
Fenomena transfer panas
Luas permukaan bahan juga menentukan image-sensor untuk
keperluan otomatisasi dan robotisasi mesin-mesin pertanian.
4. Luas Permukaan................. a. Luas Permukaan Daun • Pencetakan kontak permukaan di atas kertas yang peka terhadap cahaya • Luas permukaan diukur dengan planimeter b. Luas Permukaan Buah • Misal apel Apel dikupas dalam bentuk strip Gunakan planimeter untuk mengukur strip
Contoh luas permukaan beberapa buah :
-Plum : 5.4 – 7.0
in2
Apel : 17.2 – 25.2
in2
-Pir : 22.2 – 23.0 in2
5. Warna dan Penampakan Menentukan mutu fisik Pada beras dinyatakan dengan derajat sosoh atau derajat keputihan Pada umbi yang penting warna bagian dalam umbi Kelainan warna menunjukkan adanya kerusakan atau penyimpangan mutu
Menunjukkan tingkat kematangan buah Pedoman dalam proses pengolahan Ditentukan oleh :
1.Adanya sinar sebagai sumber penerangan 2.Sifat absorbsi dan refleksi spektral benda 3.Kondisi lingkungan benda 4.Kondisi subjek yang melihat benda
WARNA ≠ sensasinya dengan karakteristik fisik lain seperti titik leleh, ukuran partikel, SG dll. Merupakan persepsi manusia terhadap penampakan dari sinyal yang diberikan oleh otak. Dipengaruhi oleh : Sejumlah atribut fisik (ukuran, tekstur, gloss, polarisasi,
keadaan fisik) Serangkaian persepsi psikologis (latar belakang warna, type cahaya, karakteristik geometri objek).
SIFAT FISIK WARNA Defenisi warna : sebuah sensasi fisik jika distribusi energi
dari cahaya direfleksikan atau ditransmisikan oleh/melalui bahan pangan. Energi digambarkan sebagai spektrum elektromagnetik yang kontiniu dengan kisaran dari sinar gamma (pjg gel 105 nm – 1017 nm. Bagian dari spektrum elektromagnetik yang dapat dilihat oleh mata : 380-770 nm mempengaruhi warna. UV = 100-380 nm Infra red = 770-1.000.000 nm
SIFAT FISIK WARNA……..
Jika sinar putih melewati anggur yang berwarna merah, maka pigmen antosianin dari anggur akan mengabsorbsi energi pada daerah sinar tampak. Energi yang tidak diserap akan lewat mencapai
mata panjang gelombang sinar yang ditransmisikan = 700-770 nm warna merah. Jika panjang gelombang = 380-400 nm warna violet.
Tabel 1. Warna, panjang dan jumlah gelombang sinar kromatik Warna Panjang Gelombang, Jumlah gelombang x 104 nm cm-1 1. Merah
630 – 770
1.25 – 1.59
2. Jingga
610 – 630
1.59 – 1.64
3. Kuning
560 – 610
1.64 – 1.79
4. Hijau Muda
520 – 560
1.79 – 1.92
5. Hijau
480 – 520
1.92 – 2.08
6. Biru Muda
460 – 480
2.08 – 2.17
7. Biru Tua
440 – 460
2.17 – 2.27
8. Nila
420 – 440
2.27 – 2.38
9. Violet
400 - 420
2.38 – 2.50
3 Unsur warna untuk menyatakan pengukuran warna :
- hue (warna kromatik) - value / lightness : warna akromatik atau kecerahan - kroma : intensitas warna kromatik Penglihatan manusia merespon 3 warna (tri stimulus) dengan
panjang gelombang yang berbeda yaitu merah, hijau dan biru.
Notasi standar untuk ketiga warna ini oleh International Committee
on Illumination (ICI/CIE) :
X = merah
Y = hijau
Z = biru
Pengukuran Warna 5 Cara menilai atau mengukur warna : Cara deskripsi Cara gambar (chart methods)
Subjektif, visual
Cara notasi subjektif dan objektif Cara spektrofotometri objektif Contoh deskripsi warna baku untuk daging sapi Cara panelis ahli subjektif No Urut/Skor
Diskripsi Baku
1
Merah pink (dark pink)
2
Merah ceri (Light Cherry Red)
3
Merah ceri agak gelap (Slight dark cherry red)
4
Merah agak gelap (Moderately dark red)
5
Merah gelap (Dark red)
6
Merah sangat gelap (very dark red)
6. Porositas Ruang (void) dalam suatu massa seperti biji-bijian atau bahan porous lain. Penting dalam aliran udara dan panas Disebut juga faktor pengemasan (PF) densitas partikel solid – densitas kemasan PF = densitas partikel solid
KARAKTERISTIK MEKANIK Sifat Permukaan, Tekstur dan Kekerasan Penting dalam proses pengupasan secara mekanis
Untuk mendisain mesin grading Jenis sifat permukaan : halus, halus berbulu halus, halus berbulu kasar, kasar tidak berbulu dan kasar berbulu.
Tekstur biasanya dihubungkan dengan kesan mulut bila dikunyah setelah di masak o mealy (seperti bertepung) o gritty/sandy (rasa berpasir) o Sticky (pulen) Kekerasan berhubungan erat dengan tingkat kematangan buah
Pengertian Sifat Mekanis Sifat mekanis adalah sifat yang berhubungan dengan
perilaku bahan akibat gaya yang diberikan terhadap bahan tersebut. Sifat mekanis yang berhubungan dengan perubahan bentuk dan aliran bahan disebut dengan sifat reologi Sifat Reologi adalah sifat fisik produk pangan/hasil pertanian yang berkaitan dengan deformasi bentuk akibat terkena gaya mekanis Sifat reologi = sifat mekanis Sifat mekanis belum tentu sifat reologi
Pengertian Sifat Mekanis Sifat mekanis adalah sifat yang berhubungan dengan
perilaku bahan akibat gaya yang diberikan terhadap bahan tersebut. Sifat-sifat mekanis bahan pangan dan hasil pertanian : 1. Kekerasan Penting dalam pengecilan 2. Kekuatan tekan ukuran pada biji-bijian 3. Tahanan geser Penting dalam disain teknik 4. Koefisien statis untuk memprediksi aliran bahan 5. Koefisien luncur (sliding) pada alat panen dan pengolahan 6. Koefisien gesekan Elisa Julianti-FP-USU
Penting dalam penentuan tekanan biji-bijian pada dinding gudang/silo
Sifat-sifat reologi : o kekentalan o kelengketan
o elastisitas o plastis o lentur
o kenyal
Penting untuk bahan pangan cair, kental, gel dan plastis
Contoh : dodol, jam, sirup, madu, susu kental manis, margarin, mentega, krim, puding, bubur,minyak goreng, sari buah dll.
• Berdasarkan sifat alirannya bahan pangan cair dibedakan atas : Newtonian : kekentalan tidak berubah dengan meningkatnya gaya Contoh : larutan gula encer, larutan asam, larutan garam Non Newtonian : kekentalan berubah dengan berubahnya gaya Ada 3 jenis produk Non Newtonian : 1. Plastis : saus tomat, puding, sambal cabe dalam botol
2. Pseudoplastis : susu segar, santan, krim encer 3. Dilatan : mentega kacang, dispersi tepung pati, gula kental
kekentalan
Gaya/Shear
B. Produk Plastis kekentalan
kekentalan
Gaya/Shear
C. Produk Pseudolastis
Gaya/Shear
D. Produk Dilatan
SIFAT THERMAL BAHAN Panas jenis (Cp) Enthalpy Konduktivitas panas (k) Difusivitas panas Koefisien pindah panas
permukaan
Penting dalam proses pemanasan dan pendinginan
1. Konduktivitas panas • adalah laju pindah panas (q) melalui permukaan bahan dengan luas A jika pada benda tersebut diberikan panas dengan perbedaan suhu sebesar T1-T2 qL k= A (T1-T2)
• Konduktivitas panas berhubungan dengan porositas, struktur dan komposisi kimia • Penting dalam :
penyimpanan biji-bijian proses pengolahan di pabrik pendinginan
Pindah panas konduksi
2. Difusivitas panas () • Penting dalam proses pengeringan, destilasi dan absorbsi • Menentukan kecepatan distribusi panas dalam bahan
• Semakin besar maka semakin cepat pembauran panas dalam bahan • Rumus : k = cp
Dimana : k = konduktivitas panas = densitas
cp = panas jenis
3. Panas Jenis (cp) • Adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu sebesar 1 oC atau 1oF • Panas jenis air dalam keadaan cair : 1.00 BTU/lb • Panas jenis air dalam keadaan beku : 0.48 BTU/lb • Rumus : 1. Untuk bahan berkadar air tinggi, rumus cp di atas titik beku : cp = 4.1868 (0.008 m + 0.2) 2. Untuk proses di bawah titik beku : cp = 4.1868 (0.003 m + 0.2) m = kadar air bahan (% basis basah)
3. Panas Laten • Adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk merubah fase bahan baik dari padat ke cair atau dari cair ke gas atau sebaliknya tanpa merubah suhunya. • Misal : Panas untuk merubah air pada suhu 32oF menjadi es pada suhu 32oF disebut panas laten pembekuan Panas yang dibutuhkan untuk merubah air pada suhu 212oF menjadi uap pada suhu 212oF disebut panas laten penguapan • Panas laten pembekuan air : 144 BTU/lb
