Sifat Sifat Produk Pertanian

  

SIFAT PRODUK

PERTANIAN

  (7X) SISTEM PERKULIAHAN

  1. Tatap muka (4 kali pertemuan)

  2. Group discussion ( 3 x petemuan)

  3. Praktikum Penilaian :

  1. Kehadiran

  2. Tugas

  3. Quis

  4. UAS/UTS

POKOK BAHASAN (7X)

• Pentingnya sifat produk pertanian (fisik, mekanis, thermal, elektrikal, dan optis)
• Sifat fisik (bentuk dan ukuran, kriteria, volume, kerapatan dan porositas)
• Kerusakan mekanis (nilai ekonomis, penyebab kerusakan, reaksi kimia dan biologi, evaluasi kerusakan, kerusakan karena benturan dan beban, stress cracking, allowable load)

  Apa sih Pentingnya Sifat Produk Pertanian

Pentingnya Sifat Bahan Pertanian

• • Pertanian moderen menggunakan teknik dan

  peralat mekanis, termal, elektris dan optis

• • Walaupun aplikasi teknologi berdasarkan sifat

  bahan telah banyak, tetapi pengetahun sifat

  produk masih terbatas
• Sifat bahan pertanian penting dalam desain mesin, struktur, proses dan kontrol
• Sifat tersebut juga penting untuk analisis efisiensi mesin pengembangan, produk baru, dan evaluasi mutu produk

  A

  SIFAT PRODUK B PERTANIAN F

SIFAT FISIK

• Sifat Fisik : bentuk, ukuran, volume, luas permukaan, warna, dan porositas
• Bentuk dan ukuran perlu digunakan untuk analisis pemisahan bijian dari bahan lain, kemasan, pengangkutan bahan dengan udara dan grading

• Luas permukaan dan diameter penting untuk menentukan kecepatan terminal, drag koefisien, dan Reynold number
• Kerapatan dan specific grafity digunakan untuk memisahkan produk dari bahan lain dan pengembangan mesin grading
• Warna dan reflectance produk perlu untuk

  pemisahan produk, pemanenan dan grading.

  Sifat mekanik Sifat fisik

SIFAT MEKANIK

• Kerusakan mekanis biji yang terjadi selama pemanenan, perontokan, dan penanganan akan mempengaruhi daya kecambah, serangan serangga dan jamur, serta mutu produk.
• Kerusakan bijian merupakan subjek penting penggilingan, penyediaan pakan ternak
• Kekuatan tekan, impact, shear resistance perlu untuk kajian tentang pengurangan ukuran biji dan cracking yang timbul selama pemanenan dan penanganan
• Koefisien gesek statis dan slaiding perlu menduga tingkah laku produk selama pemanenan, penanganan dan penyimpanan
• Shearing resistance tanaman perlu untuk pemotongan
• Sifat rheologi dan sifat aliran

• Sifat ini penting untuk pengakutan bahan dengan menguapkan air dan udara
• Jika kecepatan udara melebihi kecepatan terminal, maka benda akan terangkut.
• Untuk menjatuhkan buah secara berlahan, kec udara pengangkut diatur sedikit dibawah kec terminal
• Kecepatan terminal Vt (m/det)

  0.5 Vt = ((2 m g )/(C Ap ρf))

SIFAT THERMAL

• Sifat termal : panas jenis, konduktivitas panas, konduktivitas permukaan, dan emisivitas
• Banyak produk pertanian yang perlu diolah secara termal sebelum digunakan konsumen
• Pengolahan termal : penggorengan, pendinginan, pengeringan dan pembekuan.
• Pemberian panas pada biji rumput alfalfa (220oF selama 4 menit) akan mengurangi persentase biji keras
• Aktivitas enzym dan mikroorganisme pembusuk dapat dikendalikan, bila buah dan sayur disimpan pada suhu rendah
• Suhu dan kecepatan udara pengering merupakan faktor penting yang menentukan laju pengeringan produk

SIFAT ELEKTRIS

• Sifat elektris : konduktansi, kapasitansi, dielektric, dan reaksi terhadap elektromagnetis
• Konduktansi dan kapasitansi digunakan untuk menentukan kadar air bijian
• Pemisahan elektrostatis didasarkan kepada kemampuan produk (biji) untuk memegang arus elektrostatis

  Sifat Optis

• Sifat Optis ( light transmitance dan reflectance) digunakan untuk sortasi, grading, penentuan kematang dan warna permukaan produk.

  Reference

• Bakker-Arkema, F.W., J. DeBaerdemaeker, P. Amirante, M.

  Ruiz-Altiment, and C.J. Studman (1999). CIGR Handbook of Agricultural Engineering Volume IV: Agro-Processing Engineering. ASAE

• Hall, C.W. and D.C. Davis. 1979. Processing Equipment for Agricultural Products. The AVI Publishing Company, Inc.

• • Mohsenin, Nuri. N.1984. Electromagnetic Radiation Properties of

  foods and Agricultural Products. Gordon and Dreach Science

  Publishers. New York.

• • Mohsenin, Nuri. N.1970. Physical Properties of Plant and Animal

  Materials. Gordon and Dreach Science Publishers. New York.
• Sitkei, G. 1986. Mechanics of Agricultural Materials. Elsevier.

  sEe uu …..

  

Next Week

PHYSICAL PROPERTIES

  According to Mohsenin (1970) shape, size, volume, surface area, density, porosity, color and appearance are some of the physical characteristics which are important in problems associated with design of a specific machine or analysis of the behavior of the product in handling of the material.

  PENDAHULUAN

Sifat fisik biji, buah, sayuran, rumput dan serat yang penting untuk dikaji adalah :

• Bentuk dan ukuran
• Volume • Spesific gravity
• Luas permukaan Dalam bab ini dibahas metode untuk menentukan sifat fisik tersebut.

BENTUK DAN UKURAN

  Biji, buah, dan sayuran mempunyai bentuk dan ukuran yang tidak teratur.

  Kriteria untuk menentukan bentuk dan ukuran :

  1. Charted standard

  2. Roundnees

  3. Sphericity

  4. Resemblance to geometric bodies

  5. Average projected area Dalam metode : dilakukan melalui pengamatan terhadap dari potongan dan atau mengukur parameter2

  Bahan. kemudian membandingkannya dengan bentuk-bentuk yang sudah ada pada bentuk acuan

  Bentuk Deskripsi Bundar (Round) Menyerupai bentuk bulatan (spheroid) Oblate Datar pada bagian pangkal dan pucuk atau puncak Kerucut (Conic) Meruncing ke arah bagian puncak Bujur telur (Ovate) Bentuk seperti telur dan melebar pada bagian pangkal Berat sebelah atau miring

  (Lopsided) Poros yang menghubungkan pangkal dan puncak tidak tegak lurus melainkan miring Bujur telur terbalik (Obovate) Seperti telur terbalik Bulat panjang (Elliptical) Menyerupai bentuk elips (bulat panjang) Kerucut terpotong (Truncate) Kedua ujungnya mendatar atau persegi Tidak seimbang (Unequal) Separuh bagian lebih besar daripada yang lain

  Ribbed Pada potongan melintangnya sisi-sisinya menyerupai sudut-sudut Teratur (Regular) Bagian horizontalnya menyerupai lingkaran Tidak teratur (Irregular) Potongan horizontalnya sama sekali tidak menyerupai lingkaran

  Kebundaran adalah suatu ukuran ketajaman sudut-sudut dari suatu benda padat.

Nilai kebundaran suatu bahan berkisar 0-1.

Apabila nilai kebundaran suatu bahan hasil

pertanian mendekati 1, maka bentuk bahan tersebut mendekati bundar.

  

didefinisikan sebagai

• Kebulatan perbandingan antara diameter bola yang mempunyai volume yang sama dengan objek dengan diameter bola terkecil yang dapat mengelilingi objek.
• Seperti halnya nilai kebundaran, nilai kebulatan suatu bahan juga berkisar antara 0-1.
• Apabila nilai suatu kebulatan bahan hasil pertanian mendekati 1, maka bahan tersebut

  From Mohsenin (197), the geometric mean diameter d _g in mm is given by

  

4. RESEMBLANCE TO GEOMETRIC BODIES

Kemiripan terhadap benda-benda geometri

  Selain membandingkan dengan bentuk standar Penentuan bentuk bahan hasil pertanian dapat juga ditentukan dengan melihat kemiripan dengan benda-benda geometri tertentu:

  prolate spheroid ),

• bulat memanjang (

  oblate spheroid )

• bulat membujur (

  silinder

• kerucut berputar atau

adalah

• Bulat memanjang (prolate spheroid)

  bentuk yang terjadi apabila sebuah bentuk elips berputar pada sumbu panjangnya. Salah satu contoh dari bentuk ini adalah buah lemon (sejenis jeruk sitrun). adalah bentuk

• Bulat membujur (oblate spheriod)

  

yang terjadi apabila sebuah elips berputar pada

sumbu pendeknya. Salah satu contohnya adalah buah anggur. adalah bentuk

• Kerucut berputar atau silinder yang menyerupai kerucut atau silinder (tabung).

  Contohnya adalah wortel atau mentimun.

  Untuk objek-objek yang berukuran kecil seperti biji-bijan, garis besar proyeksi dari setiap objek dapat diukur dengan menggunakan sebuah alat pembesar photo (photographics enlarger), namun cara sederhana juga dapat pula dilakukan dengan metode proyeksi dengan Adapun cara penggunaan pengukuran dimensi sumbu menggunakan OHP adalah sebagai berikut

• Bahan (biji-bijian) diletakan di atas OHP untuk diproyeksikan
• Kertas milimeter blok dipasangkan pada layar, sehingga proyeksi bahan berada di atas kertas milimeter blok tersebut
• Buatlah pola pada kertas milimeter blok sesuai dengan batas garis tepi dari bahan

• • Setelah dilakukan penjiplakan pola (tracing) maka sumbu a,

  

b, dan c dari bahan dapat diukur. Sumbu a adalah sumbu

terpanjang (sumbu mayor), sumbu b adalah sumbu pertengahan (sumbu intermediate) dan sumbu c adalah sumbu terpendek (sumbu minor)

  Porosity

  ε in % is the parameter indicating the

  amount of pores in the bulk material. It is calculated (Mohsenin, 1970) from

  ρ _b divided by volume containing the mass. ₃ The solid density in g/cm is defined as the mass of ρ _s

  AREA

  2

  and specific surface

• Surface area S in mm

  2

  3

  area S in mm /cm were estimated by the

  s

  formula corresponding to the geometrical shape similar to the shape of fruit, which are spherical.

• The specific surface area is defined to be the surface area of one bean multiplied by number of beans in given mass and divided by bulk volume. Bulk volume itself is found by multiplying mass of one bean by the numbers

  Bila suatu bahan padatan yang mengalir bebas (free flowing) dikeluarkan melalui suatu bukaan vertikal maupun horisontal, akan membentuk suatu unggunan dengan sudut tertentu dengan bidang horisontal, sudut ini disebut angle of repose

  “ ”. Angle of repose bervariasi

sedikit tergantung pada komposisi ukuran butiran

dan bentuk partikel butiran.

  

The angle of repose of (bulk material) fruits was measured

in two ways, filling method and emptying method The filling method was determined by using a hollow

cylindrical PVC of 109 mm in diameter and 107 mm in height.

  

The cylinder was placed in a container containing one layer of

fruits (Figure 8). Then it was filled with J.Curcas L. fruits and raised slowly until it forms a cone of fruits (Figure 9). The diameter and height of the cone were recorded (Figure 10).

  The angle of repose was calculated by using the formula as Amin et al. (2004). _-1 (2H) φ= tan (D)

PENDAHULUAN

  Kerusakan mekanis dari produk pertanian dapat terjadi selama proses:

• Pemanenan • Penanganan • Pengolahan Beberapa produk pertanian (buah dan sayur)

KERUSAKAN BIJIAN

  Biji mengalami kerusakan selama perontokon, pengangkutan, dsb.

  Hal ini mempengaruhi mutu gilingan, kehilangan selama pengayakan, dan daya kecambah bijian.

  

Beberapa faktor yang mempengaruhi kerusakan biji:

• Varietas • Tingkat kematangan
• Kondisi penyimpanan dan pengeringan
• Kadar air biji
• Faktor disain mesin yang digunakan

SAYURAN

• Kerusakan mekanis produk (seperti kentang) dinyatakan sebagai persentase berat produk yang mengalami pengelupasan kulit, terpotong, memar, dan retak.
• Kerusakan kentang yang terjadi selama operasi: penggalian (10,1%), penumpukan dan kemasan (5,4%), penggudangan (5,7%), dan pembongkaran (5,2%).

• • Kerusakan produk buah karena vibrasi dapat mencapai

  10%.
• Kerusakan kentang dapat terjadi selama penyimpanan karena mengkerut atau tumbuh akarnya.

MEKANIS

• Kerusakan mekanis dapat disebabkan oleh gaya internal atau gaya eksternal dibawah kondisi statis atau dinamis.
• Kerusakan karena gaya internal sbg akibat dari perubahan suhu, kadar air, kimia, dan biologi.
• Kerusakan bahan sering dihubungkan dengan teori

  stress maksimum. Salah satu kriteria kekuatan: stress

  maksimum yang diijinkan.
• Perlu diketahui sifat mekanis produk seperti stress karena tarikan, tekanan, geseran.

• • Pemetikan buah menimbulkan kerusakan mekanis. Jika

  pohon digoyang, akan timbul gaya impact antara buah dengan batang dan buah lainnya. Jaringan buah akan

PERUBAHAN BIOLOGI DAN KIMIA

• • Kerusakan mekanis biasanya akan diikuti oleh

  reaksi kimia dan biologi. Contoh: tumbuhnya

  jamur pada bijian yang rusak, pencoklatan pada jaringan apel yang luka, timbulnya bintik hitam pada kentang setelah terkena gaya statis atau dinamis.
• Terbentuknya warna hitam tsb disebabkan oleh oksidasi. Warna coklat antara lain disebabkan oleh aktivitas enzym dan oksigen.
• Bakteri masuk ke dalam produk melalui kulit

PERUBAHAN BIOLOGI DAN KIMIA

• Jaringan yang robek akan langsung berhubungan dengan udara. Selanjutnya laju respirasi dan panas akan meningkat.

• • Laju respirasi dinyatakan sebagai volume CO2 per unit berat

  dari produk per unit waktu. Selama pernafasan, terjadi perombakan glukosa:

  C6H1206 + 6 02 -- 6 C02 + 6 H2O + panas

• Tingkat kerusakan mekanis berbanding langsung dengan laju respirasi dan pengambilan oksigen dari lingkungan sekitar. Penambahan oksigen dapat digunakan untuk mengurangi akibat buruk yang timbul dari kerusakon tersebut.

• • Pengukuran CO2 dlm waktu tertentu dapat digunakan untuk

  mengidentifikasi tingkat kerusakan produk (ubi jalar)

KERUSAKAN MEKANIS • Abrasion: Kulit produk rusak atau terkelupas

• • Bruising: Perubahan fisik produk (warn atau rasa). Kulit

  belum tentu rusak.
• Cracking: keretakan peda produk.
• Cutting: produk yang terpotong.
• Puncture: Kondisi produk yang tertusuk oleh benda tajam.
• Splitting: Kondisi produk yang terbagi kedalam beberapa bagian.

  

Buah yang mengalami kerusakan harus

segera diproses.

  

Kerusakan biji akan mengurangi daya

kecambahnya.

  (IMPACT)

• Kerusakan mekanis dari produk selama pemanenan, pengangkutan penanganan, dan pengolahan biasanya diakibatkan olen tumpukan antara produk dengan benda lain.
• Masalah impact dpt dinyatakan sbb: mv1 - mv2 = F dt

  dimana m: massa (kg) v1 dan v2 : kecepatan benda pd awal dan akhir tumbukan (m/det), F: gaya yg timbul waktu t selama tumbukan terjadi (N), t: waktu (det).

  Sering kali benda yg ditumbuk dim keadaan diam shg

  (IMPACT)

• Produk yg jatuh dr ketinggian tertentu tidak akan rusak bila Stress (

  σ ) maksimum selama tumbukan tidak melebihi nilai stress yg dii jinkan:

  σ max < =

  σ diijinkan

  σ max = Fmax / A dimana

  A: luas area kontak waktu terjadi tumbukan. Selanjutnya: 2m (T(2gh))/2,6 At ((2m (1(2gh))//t)RX)"'<= QdiWnkan dimana

  h: ketinggian jatuh, R: jari- jari Iengkungan pd produk

KETINGGIAN TUMBUKAN (IMPACT)

• Jadi ketinggian yg diijinkan (h): h < = ((0.04 06diijinkan (1-V2) R4 ,Lt2)/(m2 E4)) Contoh kasus: Berapa ketinggian maksimum yg tidak menimbulkan kerusakan umbi produk tertentu X? Diketahui massa m = 1 kg, jari-jari R = 5cm, A t = 3x10- 3 detik, stress

  σ diijinkan =300N/cm2, v = 0,45 m/det, E

  = 1806 N/cm2 Jawab:

dari persamaan diatas, maka ketinggian maksimum h =

  61 cm

CUSHIONING MATERIAL

• Untuk mengurangi kerusakan produk karena

  tumbukan dapat digunakan pelapis dari bahan yang empuk (cushioning material).

• Bahan pelapis ini dimaksudkan untuk menyerap

  energi poda tumbukan, memperpanjang waktu tumbukan, dan memperluas area kontak.

   Dengan ini gaya dan stress yg timbul selama tumbukan akan berkurang secara nyata.

• Persamaan energi mv2 = F dz

   dimana m: massa, v: kecepatan tumbukan, F: gaya,

  KERUSAKAN - MEKANIS

• Sensitivitas thp kerusakan produk dipengaruhi oleh beberapa parameter spt kondisi fisik dan biologis

  produk (suhu, kadar air, tingkat kematangan, tingkat

  pertumbuhan), beban (statis, dinamis, laju pemuatan, dsb).
• Jika suhu tinggi, maka tekstur produk berubah (elastisitas turun).
• Jika kadar air dari biji meningkat. energi untuk menghancurkannya menjadi iebih tinggi.
• Tomat yang lewat matang akan lebih mullah rusak.

  Ketingglan jatuh tomat yg diijinkan sekitar 45 cm.

• Buah dalam kemasan akan mengalami kerusakan akibat gaya statis (dari produk diatasnya) dan gaya

KERUSAKAN MEKANIS

• Ketinggian tumpukan produk dim kemasan dapat ditentukan melalul percobaan. Buah peaches dapat ditumpuk sampal 70 cm (sanggup menahan beban 15 N)
• Selama pergangkutan, lapisan buah paling atas akan mengalami akselerasi paling .tinggi. Semakin tinggi lapisan (sampai titik tertentu misalnya 60 cm), kerusakan karena vibrasi akan semakin kecil; tapi kerusakan karena gaya statis akan semakinn besar.
• Untuk mengurangi kerusakan produk selama transport, maka,suspensi kendaraan harus, didisain shg vibrasi minimum dan lapisan buah pada bagian atas ditutup

Kuliah:8

  SIFAT AERO HYDRO DINAMIK BAHAN PERTANIAN Dr. Andasuryani, STP,Msi

• Udara dan air sering digunakan dalam proses

  penanganan dan prosesing produk pertanian

  seperti pemindahan bahan dan pemisahan produk dari bahan-bahan yang tidak diperlukan (kotoran) Mengurangi kerusakan bahan (misal pada sayur dan buah-buahan)
• Sifat bahan pertanian yang mengalami proses pemindahan dan pemisahan dari bahan yang tidak diperlukan dengan mengggunakan air dan udara

  Pemisahan aerodinamik dari potongan kentang.

Sifat-sifat aero hydro dinamik

  1). Koefisien drag 2). Kecepatan terminal

Koefisien Drag dan Kecepatan Terminal

  Fl Fr Fd

  Fd = gaya drag/ penahan Fl = gaya lift / terangkat

  2 V F  C A

  Gaya Drag

   d p f

  2 Fd = Gaya drag (N)

  C = koefisien drag

  2 A = luas permukaan bahan (m ) p

  3

  = densitas fluida (kg/ m ) ρ

  f

  V = kecepatan relatif bahan dengan

• Bila partikel jatuh bebas

  melalui udara atau selama

  pemisahan bahan asing 

  Gaya yang terlibat:
• – Gaya berat partikel
• – Gaya hambatan _{Sümer and Helvaci, 2008}

  aerodinamis

• Pada saat Fg = Fd maka V = Vt (kecepatan teminal  kecepatan fluida yang mempengaruhi pemisahan produk)

  2

       

   

   

  V A C W

  1 _{t f p p f p}

  2

  

  2

     

       

   

   

  V A C g m Fd Fg

  1 _{t f p p f p p}

  2

     

     

     

    _{p f p} ^{f p} _t CA W

  V

     

  2 ²    

     

    _{p f p t} ^{f p} A

  V W C

      ₂

  2

• Benda yang berbentuk bulat dengan dimensi efektif Dp

     

     

  

  4 ^{2 p p} D A

  

• – luas proyeksi produk dan berat (Mohsenin, 1986) adalah

     

     

  

  6 ^{2 p f} D g W

   

• Sifat aero dan hidro dinamik seperti kecepatan terminal dari bahan pertanian adalah penting dan dibutuhkan untuk perancangan sistem pengangkutan menggunakan aliran udara dan air dan peralatan pemisahan.

• • Pada sistem pembawa dengan tekanan udara

  (pneumatik) maka proses pemisahan bahan akan terjadi ketika kecepatan terminal udara

  lebih besar dari kecepatan terminal bahan.

• Pada gerak jatuh bebas, kecepatan yang stabil dari partikel bergantung pada sifat fisiknya dan densitas udaranya.

• • Sebuah partikel massa (mp) dalam jatuhnya bebas akan

  memperoleh :

• – terminal konstan atau suspensi atau kecepatan kritis (Vt)

• – gaya gravitasi (Fg) = gaya aerodinamis ke atas (Fd)  berlawanan arah
• Bila kecepatan terminal dicapai pada kondisi steady-

  state, gerak partikel akan naik atau turun, tergantung

  pada apakah kerapatan partikel (ρP) lebih kecil atau

• Oleh karena itu, pengetahuan tentang kecepatan terminal partikel mendefinisikan kisaran kecepatan

  fluida yang mempengaruhi pemisahan partikel secara

  efektif dalam aliran fluida.

• • Akibatnya, kecepatan terminal merupakan karakteristik

  aerodinamis penting dalam pemisahan partikel pneumatik (Mohsenin, 1986; Edwin et al., 2003)

• Sümer dan Helvaci (2008) melaporkan bahwa ketika sebuah partikel bergerak dalam cairan, bentuk bulat mempengaruhi sifat aerodinamis:

• – Partikel non-bola memiliki jumlah kecepatan

  terminal yang lebih kecil dan koefisien drag yang lebih besar.

  Nilai koef drag dari berbagai bentuk dasar benda

• Sifat fisik bahan:

  Perhitungan terminal

• – Density velocity bahan.
• – Bentuk dan ukuran
• – Koefisien drag

  Hubungan Koefisien Drag,

Kecepatan Terminal dengan bilangan Reynold

  8 W (  )    f p f

  2 CN  R

  2    p

  N 

  R V  d  f

• Data dari sifat aerodyamic kacang untuk tujuan pemisahan dari benda- benda asing sbb:
• Diameter mayor : 0.584 in
• Diameter minor : 0.252 in
• Diameter intermediate : 0.313 in
• 3

  lb

• Berat = 1.12 x 10
• 5

  3

  ft

• Volume = 1.52 x 10
• 3

  3

  slug/ft

• Massa jenis udara = 2. 38 x 10
• 7

  2

  lb sec/ft

• Viscositas udara = 3.74 x 10
• 5

  3

  ft

• Volume = 1.52 x 10 • Tentukan C dan Vt.

  Kuliah 9-10 SIFAT RHEOLOGI PRODUK PERTANIAN Dr. Andasuryani, STP,Msi

• Rheologi merupakan suatu ilmu yang mempelajari tentang deformasi dan

  aliran

• Deformasi dan aliran terjadi karena adanya gaya.
• Sebuah gaya dapat merubah bentuk produk bahan padat (buah dan sayuran) atau arah aliran dari bahan cair atau bahan berbentuk granular
• Sifat mekanik didefinisikan sebagai sifat/ karakteristik bahan jika

• • Sifat produk pertanian :

  rheologi sifat produk pertanian yang mengalami deformasi dan aliran akibat adanya gaya.

• Karena adanya gaya yang bekerja pada produk pertanian, maka sifat rheologi dapat juga dikatakan sebagai sifat mekanik produk pertanian

  Buah-

• Kapan terjadinya?

  buahan dan sayuran dapat mengalami deformasi karena adanya gaya

selama penanganan dan

pengiriman/packing/trans portasi.

• Bagaimana mengatasinya?

  Beberapa produk dipanen

sebelum produk-produk

tersebut masak penuh untuk mencegah kerusakan. Mendesain alat/mesin yg

mempertimbangkan sifat

rheologi bahan

Kegunaan:

• Merancang kemasan produk pertanian
• Merancang mesin pemanen
• Merancang mesin penanganan bahan
• Merancang daya pompa yang dibutuhkan untuk mengalirkan produk

  Alat ukur

• Instron Testing Machine

  • (https://fbns.ncsu.edu/rheo

• Force gauge • Texture analizer

  Kubik & Kazimirova 2015 ^{http://texturetechnologies.com/texture-profile-analysis/texture-profile-analysis.php}

  

Metode pengujian

• 1. Kompresi

  

Metode pengujian

• 2. Shear

  

Metode pengujian

• 3. Extrusi

  Metode pengujian

  Metode pengujian

• 5. Snap, bending dan break

  

Metode pengujian

• 6. Tension
• 7. Bulk analisis

   kombinasi dari kompresi, shearing dan ekstrusi

• Gaya gaya tekan
• gaya tarik

  Strain Stress Tegangan Stress  Regangan Strain 

  Istilah-istilah Standar

  Sifat-sifat mekanik

• Stress (MPa)

  

F

 

  

A

F _{ L} A

• Strain (mm/mm)
_{Kondisi awal} L _{Setelah deformasi}

   L  

  L

• Modulus Young / modulus elastisitas

  F L 

  E   *

• Energi (J)
• Firmness/keteguhan
• Jika bahan mendapat stress shear atau tekanan hidrostatik, maka modulus yang dipakai adalah modulus shear dan modulus curah ( )

  bulk  s

  Q L 

  Q  s

  G 

     

  Hubungan antara gaya dan deformasi Gaya

  Lateral Aksial Energi Firmness _{Kadar air Load (kg) Deformasi Load (kg) Deformasi Lateral Aksial Lateral Aksial 22 20 1.72 16.67 1.57 0.017 0.013 11.650 10.638}

  18 ^{30 1.80 23.33 1.43 0.027 0.017 16.667 16.279} _{14 93.33 2.62 26.67 1.20 0.122 0.016 35.669 22.222 10 106.67 2.72 26.67 1.13 0.145 0.015 39.264 23.529} 7 120 ^{3.49 26.67 0.92 0.209 0.012 34.417 29.091}

  20 ^{40 60 140 120 80 100} _{5 10 15 20} ⁽ ₂₅ ^{G a y a N)} _{Kadar Air (%)} Lateral Aksial ^{0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 5 10 15 20 (m 25 Def o rm a si m ) Kadar Air (%) Lateral Aksial}

  0.00 ^{0.05 0.10 0.15 0.20 0.25} _{5 10 15 20} ^(J ₂₅ ^{E nerg i ) 5 10 15 20 25 30 35 40 45} _{5 10 15 20} ^(N/m ₂₅ ^{F irm nes s m )} Efek posisi pembebanan dan kadar air terhadap sifat mekanik biji kakao

  _{Efek Posisi Gaya rupture Deformasi Energi Firmness (N) (mm) rupture (J) (N/mm)} Sifat Mekanik _{Perbedaan huruf di dalam setiap Lateral Aksial 24 1.250 0.0153 28.0770 74 2.467 0.1013 30.0067 kolom memperlihatkan perbedaan} a a a a _{b b b a yang signifikan (P<0.01, n=30) Lateral} Kadar air (%, _{bb) 7 120.000 1.7167 0.209200 39.2027 Gaya rupture Deformasi Energi rupture Firmness (N) (mm) (J) (N/mm) a a a a 10 106.6667 1.8000 0.131667 45.7021 18 30.0000 2.7167 0.027033 16.7248 14 93.3333 2.6167 0.121500 36.6898 b a b,c a b a} a a _{a, b, c a} ^{a, b a} _{kolom memperlihatkan perbedaan Perbedaan huruf di dalam setiap Kadar air (%, 22 20.0000 3.4867 0.017167 11.7142 Gaya rupture Deformasi Energi rupture Firmness} b a c a _{Aksial yang signifikan (P<0.01, n=15)} bb) _{10 26.6667 1.1333 0.01475 25.4383 7 26.6667 0.9167 0.01217 29.3086 (N) (mm) (J) (N/mm) a a a a a a a a}

• Mulai awal sampai proportional limit : fungsi linear _{a y a} G

  Deformasi

• • Bila tidak linear, maka dinyatakan dalam :

• –Modulus tangen awal
• –Modulus secant

  A F  

  L L   

  

Modulus tangen awal : slope kurva tegangan

• – regangan yang terdapat pada titik awal
• – Modulus Secant : slope kurva tegangan

  regangan yang terdapat pada titik awal sampai titik tertentu

• – Modulus tangen : slope kurva tegangan

  regangan yang terdapat pada titik tertentu

Poisson ratio

• • Bahan bila ditarik/ditekan akan berubah

  ukuran/ diameternya.
• Ukuran/ diameter bahan menjadi semakin kecil bila ditarik dan semakin besar bila ditekan
• Perbandingan antara perubahan lateral (x) dengan perubahan panjang (L) disebut dengan POISSON RATIO

  2 x

   L 

  2 x

   Lo

  Kondisi awal Setelah deformasi

  L L L  

   x

  L x

  D D /

   D  D D

    

  

  2 L L  /

  L  L  L 

  X 

  X 

  X X  

  X 

  2 

  L 

  L Poisson ratio

    D Diameter awal ( cm )

   D  Diameter setelah defleksi ( cm ) L  Panjang awal ( cm )

• Persamaan Poisson Rasio (µ) bisa juga dicari dengan menghitung Modulus Secant dari bahan

  E ( 1  )( 1  2 )

    b

   ( 1  ) E

   k

  2 Eb = modulus secant bebas (kg/m ) ₂ Ek = modulus secant terkekang (kg/m ) Contoh soal Poisson ratio

• Hitunglah nilai poisson ratio dari bengkuang yang mempunyai nilai Eb/Ek =0.77
• Akibat adanya stress dan strain pada produk pertanian, maka munculah tiga

  sifat dasar yang menggambarkan perilaku

  rheologi.
• –Elastisitas : bahan Hookian –Plastisitas : bahan St Venant –Viskositas : bahan Newtonian

  Strain Stress

  Tanpa beban Beban Steel

  Biji jagung Karet Beban

  Beban Stress

  Stress Tanpa beban Tanpa beban

  Strain Strain

  Elastisitas Non Linear (Non- In-Elastisitas Hookean)

• Kebanyakan bahan pertanian memperlihatkan

  penyimpangan dari perilaku ideal tersebut.

  tergantung pada laju

• Hubungan s tress-strain dan waktu.

  strain

• • Waktu ini menghasilkan perilaku yang disebut

  dengan

  

VISCOELASTIS , yaitu kombinasi

karakteristik antara seperti bahan cairan ( ) dan bahan padatan ( ) liquid-like solid-like
• Bahan pangan padat selalu mengandung air
• – Misal: Ketimum 90% air

  

Untuk menjelaskan perilaku rheologi bahan

yang bersifat viscoelastis linear digunakan

model mekanik. _Mekanik Model

  Pegas Dashpot _{Mengikuti Hk.Hook Newtonian} Mengikuti _{Hk. Dipengaruhi} Tidak

  

Pegas dan dashpot akan

berkombinasi membentuk

model rheologi

Model Maxwell

   σ

  Pegas dan dashpot terhubung secara seri 

  Tegangan pada setiap k = E elemen sama =

  σ pegas σ dashpot β = 1/η

   Deformasi tidak sama ε pegas ≠ ε dashpot

  σ _E dengan :

• Model Maxwell akan menujukkan

  stress relaksasi yaitu:

• Penurunan stress sejalan dengan waktu saat

  bahan secara mendadak terdeformasi

• Relaksasi time : laju penurunan stress

Model Kelvin

   σ Pegas dan dashpot terhubung secara parallel.

  1/ η E

   Deformation sama tapi stress berbeda

   = pegas dashpot

  ε ε σ

   σ pegas ≠ σ dashpot

   σ = σ σ

• pegas dashpot

  d  _dash

  dt d E

           

     

        t

  E e E dt d E E

    

     

  1

Contoh

  

86.6

  

76.5

  

79.3

100

  90

  

82.7

  80

  

84.1

  70

  

Uji relaksasi pada buah apel memberikan hasil

sebagai berikut: Carilah hubungan antara stress dengan waktu

  Waktu (detik)

Stress

(kPa)

  

89.6

  50

  

93.1

  40

  

96.5

  30

  

108.3

10 103.4 20 102.1

  60

Contoh

• Tentukan hubungan antara regangan dengan waktu untuk bahan padat berikut. Diketahui = 250 k Pa dan

  σ σ0/ E= 0.3. t

  Є

  3

  0.18

  5

  0.25

  7.5

  0.28

• Gesekan selalu terjadi selama pergerakan bahan.
• Beberapa jenis bahan terutama hasil gilingan,

  pengalirannya kurang lancar sehingga diperlukan

  penggoyangan atau getaran
• Sifat gesekan seperti:

  , sangat penting: ange of repose

• – Koefisien gesekan dan
• Perancangan:
>– Storage bins
• – Hoppers – Chutes – Pneumatic conveying system
• – Screw conveyors

Angle of repose

  2 H '  tan

    s

  H’ = tinggi tumpukan granular/tepung s = keliling dasar tumpukan Tinggi tumpukan terbentuk pada waktu produk mengalir dari wadah langsung ke atas permukan horizontal Kecepatan aliran produk melalui lubang didasar lubang penyimpanan

  .

  5

  5   g D

     w C

  



    c B

   

  4 2 tan 

      W= kecepatan aliran produk (kg/det) D= diameter lubang (m)

  = densiti produk ρ _B Cc= koefisien pembuangan ( antara 0.5 dan 0.7) Contoh

• Suatu produk pertanian dengan densitas

  3

  curah 560 kg/m disimpan dalam wadah penyimpanan. Produk tersebut dikeluarkan berdasarkan gaya gravitasi melalui lubang keluaran yang berdiameter 0.075 m di dasar wadah. Uji

  

angle of repose menunjukkan diameter

tumpukan 10 cm dan tinggi 7.5 cm.

  Hitunglah kecepatan keluar produk

  Sudut peluncuran

( Angle of friction)

• Strain : perubahan yang terjadi akibat adanya gaya

• – Axial strain: regangan linear pada bidang sejajar

  terhadap sumbu
• – Transverse strain: regangan linear pada bidang tegak lurus terhadap sumbu

• – Shear strain: tangen dari perubahan sudut akibat

  adanya gaya antara dua garis yang saling tegak

  lurus melalui satu titik pada bahan

  Stress : intensitas gaya internal pada suatu titik atau

komponen gaya yang bekerja pada suatu bidang melalui suatu

titik
• – Compressive strength: kekuatan tekan maksimum dimana suatu bahan dapat bertahan tanpa mengalami kerusakan

• – Elastic Limit: tegangan terbesar dimana bahan dapat

  bertahan tanpa mengalami regangan permanen saat tegangan dilepas
• – Modulus elasticity: rasio tegangan dengan regangan dibawah batas proporsional
• Elastisitas • Plastisitas

  Elastisitas

• • Perilaku elastisitas terjadi bila stress berbanding

  langsung dengan strain

  L L A F E    *

    L L 

    A F

    s

  A Q  

  L s

    

   

  G

  

Pengenalan Perilaku dalam

Stress-Strain

  Bahan

  Perilaku Ideal suatu bahan:

• Elastik • Plastik • Viskous
Model Maxwell
• Pada saat awal, seluruh gaya/beban diambil oleh pegas, dimana Hk Hook berlaku.
• Sesuai dengan perubahan pegas, dashpot menyerap

  1 tegangan sedikit demi

  Stress sedikit sampai batas perpanjangan pegas.

• Pada titik ini seluruh tegangan sudah masuk

  Strain dalam aliran daphot dan

• – hubungan tegangan

  Model Maxwell regangan akan off

  

Ketika gaya (stress) diberikan, pegas dengan

 segera merespon dan memperlihatkan deformasi : = _pegas ε σ/E

  Pada saat yang sama dashpot mulai bergerak  dengan laju βσ = σ/η dan perpindahan dashpot pada waktu t adalah : _{t t}

       _dashpot dt dt  

   Total perpindahan menjadi :

   _t          _{t pegas dashpot} dt

   

  E

       pegas dashpot d  d

   _s 1  d d  d 

   _{s d dan}    

_s

 

  E dt E dt dt dt dt d

  



 d  1 d   d

    

dt

   dt E dt  d 

  1 d       Jika ε dt E dt  konstan → _E

   t d  E 

  Diselesaikan 

    dengan e    . dengan : dt  persamaan

Model Kelvin

• • Pegas dan dashpot

  sama-sama diberi

  beban/ gaya.
• Gaya pada pegas dimulai dari nol

  maka gaya pada

  dashpot juga dimulai dari nol dan

  1 Strain Stress

  2 Model Kelvin

• Metode pengukuran sifat rheologi
• –Hit Counter –Instron testing machine
• –Rheo meter
• –Texture meter
• –Viscometer
• –Penetro meter
• –Tendero meter

  Kuliah 11-12 SIFAT OPTIK DAN AKUISTIK BAHAN PERTANIAN Dr. Andasuryani, STP,Msi

• Berkaitan dengan penggunaan gelombang cahaya/spektrum gelombang elektromagnetik pada produk pertanian