1.1 Latar Belakang
Bahan pangan pada umumnya tidak selalu dikonsumsi secara langsung tetapi diolah terlebih dahulu menjadi berbagai jenis produk pangan lainnya. Selain untuk menambah keanekaragaman pangan, pengolahan pangan juga bertujuan untuk memperpanjang masa simpan.
Semua bahan pangan yang dihasilkan dari komoditas pertanian memiliki kadar air yang tinggi sehingga merupakan media terjadinya kerusakan. Untuk mempertahankan nilai nutrisi yang terkandung dalam bahan pangan, maka diperlukan suatu pengolahan yang tepat sehingga masa simpan, nilai guna, serta nilai tambahnya meningkat.
Buah sebagai komoditas pertanian memiliki masa simpan yang singkat sehingga memerlukan pengolahan untuk memperpanjang masa simpannya. Pengolahan untuk memperpanjang masa simpan buah memiliki berbagai macam bentuk, di antaranya dengan dibuat menjadi asinan, manisan, pasta, sirup, dan serbuk.
Provinsi Jawa Barat merupakan salah satu provinsi penghasil hortikultura terbesar dengan empat komoditas unggulan yaitu kubis, tomat, kentang, dan cabai merah. Sentra penghasil tomat terbesar (sekitar 40%) berada di Kabupaten Bandung (Bappeda Jabar, 2007). Pada tahun 2007, hingga bulan Agustus, produksi tomat di Jawa Barat mencapai 153.720 ton dengan luas areal produksi 5.802 ha (Dinas Pertanian dan Tanaman Pangan Provinsi Jawa Barat, 2007).
Tomat merupakan salah satu komoditas yang harganya fluktuatif bahkan tidak jarang pada masa panen raya tomat tidak memiliki harga jual sama sekali sehingga banyak yang tidak termanfaatkan. Diversifikasi produk olahan merupakan salah satu cara mengatasi anjloknya harga pada saat panen raya (BPTP Jawa Barat, 2000).
Buah tomat akan segera mengalami kerusakan jika tanpa perlakuan saat penyimpanan, dan hanya akan bertahan selama 7 hari pada suhu kamar (Sinaga, 1984).
Seiiring dengan berkembangnya teknologi pengolahan pangan, tomat tidak hanya dikonsumsi segar tetapi juga digunakan sebagai bahan baku industri pengolahan saus, pasta tomat atau pengalengan tomat. Sekarang ini, industri-industri pengguna pasta tomat masih memprioritaskan pasta tomat impor sebagai bahan baku dikarenakan belum adanya industri dalam negeri yang dapat memproduksi pasta tomat dengan standard kualitas yang dapat memenuhi kebutuhan untuk diolah lebih lanjut menjadi produk lanjutan.
Makin maraknya industri saus yang berbahan dasar pasta tomat mengakibatkan impor pasta tomat meningkat. Walaupun potensi tomat di Indonesia khususnya di Jawa Barat melimpah, tetapi sampai sekarang belum ada industri pengolahan pasta tomat di Indonesia.
UPTD BPT Mekanisasi Provinsi Jawa Barat telah merancang bangun suatu mesin pembuat pasta buah yaitu ekstraktor vakum. Mesin ini berupa mesin pembuat pasta buah dengan penambahan vakum sebagai komponen untuk mengkondisikan udara dalam tabung ekstraktor sehingga tekanan dalam tabung mendekati keadaan vakum.
Dengan penambahan vakum pada mesin tersebut, maka penguapan bubur buah dapat dilakukan pada suhu rendah. Karena semakin rendah tekanan uap air dalam tabung, maka akan semakin rendah pula titik didih air.
Akan tetapi, mesin tersebut belum diketahui kinerjanya sehingga belum diketahui sampai sejauh mana kemampuan dan kekurangan dari mesin tersebut. Untuk mengatasi masalah tersebut perlu dilakukan pengujian tentang kelayakan teknis dan kinerja mesin tersebut.
1.2 Identifikasi masalah
Berdasarkan uraian latar belakang, maka permasalahan yang diidentifikasi adalah belum diketahuinya kelayakan teknis mesin pembuat pasta tomat (ekstraktor vakum).
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menguji kelayakan teknis mesin ekstraktor vakum yang terdiri dari jumlah penguapan air, kebutuhan daya pompa dan kapasitas isap vakum, kinerja kondensor, kebutuhan minimal air selama proses evaporasi, serta besarnya energi yang dibutuhkan sehingga dapat diketahui sejauh mana kemampuan serta kekurangan dari ekstraktor vakum tersebut.
1.4 Kegunaan Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan:
1. Dapat memberikan informasi kepada UPTD BPT Mekanisasi Provinsi Jawa Barat mengenai kelayakan teknis mesin ekstraktor vakum sehingga mesin tersebut dapat digunakan sebagai salah satu alternatif dalam proses pembuatan pasta buah.
2. Dapat memberikan informasi dasar kepada UPTD BPT Mekanisasi Provinsi Jawa Barat untuk perbaikan mesin sehingga mesin tersebut dapat berfungsi secara maksimal.
1.5 Kerangka Pemikiran
Untuk bahan pangan, terutama buah tomat, sangat mudah mengalami kerusakan. Hal ini menyebabkan masa simpan buah tomat sangat pendek. Untuk itu, sangat diperlukan suatu pengolahan buah tomat menjadi bentuk lain untuk memperpanjang masa simpannya. Salah satu cara untuk memperpanjang masa simpan buah tomat adalah dengan diproses menjadi bentuk pasta.
Buah tomat memiliki kandungan gizi yang sangat berguna bagi tubuh. Kebanyakan dari kandungan gizi tersebut tidak tahan terhadap perlakuan panas yang berlebihan. Pengolahan buah tomat pada suhu yang tinggi akan menyebabkan kandungan gizi pada buah tomat menjadi berkurang. Untuk itu, pengolahan buah tomat pada suhu yang rendah sangat diperlukan untuk mempertahankan kandungan gizi pada buah tomat tersebut.
Salah satu metode pembuatan pasta buah tomat yaitu metode evaporasi dengan menggunakan ekstraktor vakum. Mekanisme kerja ekstraktor vakum adalah dengan cara menguapkan bubur buah tomat secara evaporasi dalam suatu tabung ekstraktor dengan kondisi tertutup pada tekanan di bawah 1 atm. Hal ini mengakibatkan air dapat mendidih pada suhu rendah mendekati 0 oC.
Berdasarkan tabel hubungan antara tekanan dan sifat termodinamika air (Tabel 3), tekanan sebesar 7,5 cmHg akan mengakibatkan titik didih air menurun menjadi sebesar 45,8 oC. Dengan menginterpolasi data yang terdapat pada tabel, maka titik didih air pada tekanan 6 cmHg adalah sebesar 39,7 oC, sehingga proses evaporasi bubur buah tomat sudah dapat terjadi pada suhu setinggi 50 oC. Pada suhu setinggi itu, kandungan gizi pada buah tomat akan tetap terjaga saat proses kristalisasi berlangsung.
Penurunan tekanan dalam tabung ekstraktor dihasilkan dari pompa vakum yang terdapat pada mesin ekstraktor vakum tersebut. Pompa vakum yang digunakan berupa pompa water jet. Prinsip kerja pompa tersebut adalah mengalirkan air dalam tabung pendorong melalui suatu nozel yang terdapat pada tabung vakum. Mengalirnya air melalui nozel akan menyebabkan terjadinya perbedaan kecepatan. Dengan semakin bertambahnya kecepatan, maka udara dalam tabung ekstraktor akan terhisap keluar sehingga kondisi dalam tabung ekstraktor menjadi vakum.
Keberhasilan dari proses evaporasi dalam tabung ekstraktor sangat dipengaruhi oleh kinerja seluruh komponen mesin ekstraktor vakum. Proses evaporasi pada suhu rendah dipengaruhi oleh tekanan dalam tabung ekstraktor tersebut. Untuk itu, kapasitas isap vakum pada pompa harus dapat mencapai besarnya tekanan yang dibutuhkan.
Proses evaporasi yang terjadi dalam tabung ekstraktor sangat dipengaruhi oleh suhu larutan tomat yang diuapkan. Penguapan air dalam larutan tomat hanya dapat terjadi bila larutan tomat dipanaskan melebihi titik didih air yang terkandung dalam larutan tersebut. Untuk itu, energi yang diberikan harus sesuai dengan energi yang dibutuhkan selama proses berlangsung.Tomat
Tomat sangat berguna bagi tubuh karena mengandung karbohidrat, protein dan lemak yang diperlukan untuk pertumbuhan dan kesehatan (Tugiyono, 2005).
Nilai gizi tomat per 100 gram bahan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi Kimia Buah dan Sari Buah Tomat
Komponen Gizi | Tomat | ||
Buah Muda | Buah Masak | Sari Buah | |
Energi (kal) | 23,00 | 20 | 15 |
Protein (g) | 2,00 | 1,00 | 1 |
Lemak (g) | 0,70 | 0,3 | 0,2 |
Karbohidrat (g) | 2,0 | 4,2 | 3,5 |
Vitamin C (mg) | 30 | 40 | 10 |
Air (g) | 93 | 94 | 94 |
Sumber : Direktorat Gizi Departemen Kesehatan RI (1981) dikutip oleh Wiryanta (2003).
Berdasarkan Tabel 1, dapat dilihat bahwa komponen gizi buah tomat menurun ketika buah tomat diolah menjadi sari buah tomat. Untuk pengolahan lebih lanjut, maka komponen gizi dari buah tomat tersebut akan semakin menurun.
Kerusakan komponen gizi antara lain disebabkan oleh suhu, air, udara, serta cahaya. Suhu yang terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat mempercepat kerusakan buah tomat. Suhu dapat merusak baik secara langsung maupun tidak langsung. Secara langsung yaitu terjadinya perubahan sifat fisik dan secara tidak langsung adalah dengan mempercepat aktivitas enzim dan mikroba pembusuk. Pemanasan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan denaturasi protein, pemecahan emulsi lemak dan rusaknya vitamin. Pendinginan yang tidak diawasi juga dapat merusak bahan.
Udara, khususnya oksigen, dapat memercepat kerusakan lemak, yaitu dengan terjadinya ketengikan secara oksidatif pada buah tomat. Kerusakan ditandai dengan bau tengik karena terjadinya perubahan cita rasa. Oksigen dapat merusak vitamin A dan vitamin C. Oksigen juga dapat menimbulkan kerusakan warna, sehingga buah tomat menjadi pucat.
2.2 Pasta tomat
Pasta tomat merupakan salah satu produk olahan setengah jadi (intermediate product) dari hasil olahan buah tomat sebelum mengalami proses selanjutnya. Pasta tomat adalah lumatan tomat yang ditingkatkan konsentrasinya melalui proses evaporasi. Pasta tomat dibuat dari buah tomat segar yang dihancurkan dan dipisahkan dari kulit dan bijinya selanjutnya melalui proses evaporasi.
Menurut Gould (1992), pasta tomat adalah pekatan yang diperoleh dari tomat matang dengan atau tanpa pemanasan dan terbebas dari kulit dan bijinya serta mengandung total padatan tidak kurang dari 24%. Citarasa pasta tomat semaksimal mungkin dipertahankan seperti buah segarnya dengan teknik evaporasi.
Indonesia belum mempunyai standar mutu pasta tomat. Oleh karena itu, sebagai pembanding digunakan parameter analisis pasta tomat impor yaitu rata-rata dari tiap parameter mutu pasta tomat merk Heinz, Del Monte, S&W (Tabel 2).
Tabel 2. Rata-rata Karasteristik Pasta Tomat Impor
Parameter Analisis | Rataan |
Kadar Air (%) | 77,6 |
pH | 4,82 |
Total Padatan Terlarut (o) | 25,4 |
Sumber : Bella, 2002
Pengadukan bubur buah tomat dalam alat penguapan merupakan hal yang penting. Kecepatan putar pengadukan mempengaruhi laju pindah kalor. Dengan kecepatan putar pengadukan bubur buah tomat yang baik, maka laju penguapan akan meningkat. Dengan meningkatnya laju penguapan, maka proses evaporasi pun akan semakin cepat.
Pengadukan dalam proses pengolahan sangat membantu pembuatan pasta tomat. Gesekan antara bubur buah tomat dan permukaan wadah mengakibatkan suhu di dalam wadah bertambah. Selain itu bubur buah tomat akan semakin mudah mengental karena semakin cepat perputaran maka luas permukaan akan semakin kecil.Evaporasi
Menurut Masyithah (2006), secara umum evaporasi adalah menghilangkan kandungan air dari suatu larutan dengan cara mendidihkan larutan tersebut didalam suatu tabung yang disebut evaporator. Salah satu tujuan lain dari evaporasi adalah untuk mengurangi volume dari suatu produk sampai batas-batas tertentu tanpa menyebabkan kehilangan zat-zat yang mengandung gizi. Pengurangan volume, akan mengakibatkan turunnya biaya pengangkutan. Selain itu, juga akan meningkatkan efisiensi penyimpanan dan dapat membantu pengawetan, atas dasar berkurangnya jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh mikroorganisme untuk kehidupannya.
Menaikkan konsentrasi dari fraksi padatan di dalam suatu larutan adalah dengan menguapkan air bebas yang ada dalam larutan tersebut. Proses penguapan ini dilakukan dengan menaikkan suhu larutan sampai mencapai titik didihnya dan menjaganya untuk beberapa waktu sampai konsentrasi yang diinginkan.
Evaporasi tidak sama dengan pengeringan. Dalam evaporasi, sisa penguapan adalah zat cair, kadang-kadang zat cair yang sangat viskos, dan bukan zat padat. Evaporasi berbeda pula dari distilasi karena pada evaporasi, uap hasil proses biasanya merupakan komponen tunggal, dan walaupun uap itu merupakan campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha untuk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Evaporasi berbeda dari kristalisasi karena evaporasi menitik beratkan pada pemekatan larutan dan bukan pembuatan zat padat atau kristal (Masyithah, 2006).
Kesetimbangan massa dapat digunakan untuk menentukan laju penguapan untuk mendapatkan derajat konsentrasi yang diinginkan. Hubungan ini dapat menentukan jumlah medium pemanas yang dibutuhkan untuk mencapai penguapan yang diinginkan. Selain itu, yang perlu diperhatikan adalah pindah kalor yang terjadi dari medium pemanas ke larutan, dengan memperhatikan bahwa kebutuhan luas permukaan pindah kalor tidak akan dapat dihitung tanpa terlebih dahulu menduga koefisien pindah kalor keseluruhan bagi permukaan pemanas (Wirakartakusuma, 1989).
Banyaknya padatan yang ada pada larutan akan mengakibatkan titik didih yang lebih tinggi apabila dibandingkan dengan titik didih dari air pada tekanan yang sama. Perbedaan titik didih ini menjadi lebih besar seiring dengan bertambah tingginya konsentrasi larutan (Anonim, 2004).
2.3.1 Evaporator
Kebanyakan evaporator dipanaskan menggunakan uap yang dikondensasikan di atas tabung logarm. Bahan yang dievaporasikan biasanya mengalir di dalam tabung. Uap yang digunakan biasanya adalah uap bertekanan rendah, yaitu di bawah 1 atm. Zat cair yang mendidih biasanya berada dalam keadaan vakum sedang, yaitu kira- kira 0,05 atm. Berkurangnya titik didih zat cair menyebabkan beda suhu antara uap dan zat cair yang mendidih itu meningkat, sehingga laju perpindahan kalor di da1am evaporator itu meningkat pula (McCabe, 1993).
Bila menggunakan satu evaporator, uap dari zat cair yang mendidih dikondensasikan dan dibuang. Metoda ini disebut sebagai evaporasi efek-tunggal (single-effect evaporation). Walaupun sederhana, namun proses ini tidak efektif dalam penggunaan uap. Untuk menguapkan l lb air dari larutan, diperlukan 1 sampai 1,3 lb uap. Jika uap dari satu evaporator dimasukkan ke dalam rongga uap (steam chest) evaporator kedua, dan uap dari evaporator kedua dimasukkan ke dalam kondensor, maka operasi ini akan menjadi efek ganda (double effect).
Kalor uap yang semula digunakan lagi dalam efek yang kedua, dan evaporasi yang didapatkan oleh satu satuan masa uap yang dimasukkan ke dalam efek pertama, menjadi harmpir lipat dua. Efek ini dapat ditambah lagi dengan cara yang sama. Metoda yang umum digunakan untuk meningkatkan evaporasi per lb uap dengan menggunakan sederatan evaporator antara penyediaan uap dan kondenser itu disebut sebagai evaporasi efek-berganda (multiple effect evaporation).
2.3.2 Jenis-jenis Evaporator
Menurut McCabe (1993), jenis-jenis utama evaporator tabung dengan pemasukan uap yang lazim dipakai adalah:
1. Evaporator tabung horizontal
Evaporator tabung horizontal sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2 adalah merupakan evaporator jenis klasik yang telah lama digunakan. Larutan yang akan dievaporasikan berada di luar tabung horizontal dan uap mengalir di dalam tabung horizontal. Tabung horizontal diliputi dan dikelilingi oleh sirkulasi yang alami dari cairan yang mendidih sehingga meminimumkan pengadukan cairan. Sebagai hasilnya maka pada evaporator jenis ini dijumpai koefisien perpindahan panas keseluruhan yang lebih rendah berbanding pada evaporator jenis lain, ini bermanfaat khususnya untuk mengevaporasikan larutan yang viskos. Koefisien keseluruhan yang berada antara 200-400 BTU/jam.ft2.oF (1100-230-Evaporator satu lintas
Evaporator ini merupakan pengembangan dari evaporator tabung panjang. Pada
kedua evaporator ini larutan mendidih di dalam tabung vertikal dan media
pemanas di luar tabung vertikal. Media pemanas yang digunakan biasanya uap yang
terkondensasi. Pada evaporator satu lintas, cairan bahan dilewatkan melalui
tabung hanya satu kali lewat saja, uapnya lepas dan keluar dari unit itu
sebagai cairan pekat. Seluruh evaporasi dilaksanakan dalam satu lintas saja (McCabe, 1993).
Pendidihan atau pemanasan cairan di dalam tabung akan menyebabkan aliran
naik ke atas melewati tabung, dan cairan yang tidak menguap mengalir ke bawah
dan keluar melalui anulus yang terletak di bahagian dasar evaporator. Pada instalasi
yang besar, terdapat beberapa lubang keluaran cairan atau produk dan tidak
hanya satu seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Evaporator Satu Lintas
(McCabe, 1993)
3. Evaporator vertikal tabung panjang
Evaporator vertikal tabung panjang mempunyai lubang masuk masing-masing
untuk zat cair bahan dan untuk uap, lubang keluar masing-masing untuk uap,
cairan pekat, kondensat uap, dan gas takmampu kondensasi yang terkandung dalam
uap. Zat cair dan uap mengalir ke atas di dalam tabung sebagai akibat dari
peristiwa didih zat cair yang terpisah kembali ke dasar tabung dengan gravitasi
(McCabe, 1993).
Bahan encer, biasanya pada suhu di sekitar suhu kamar, masuk ke dalam
sistem dan bercampur dengan zat cair yang kembali dari separator. Bahan itu
mengalir ke atas di dalam tabung sebagai zat cair pada jarak tertentu, yang
tidak panjang, sambil menerima kalor dari uap. Di dalam zat cair itu terbentuk
gelembung-gelembung sehingga meningkatkan kecepatan liniernya dan meningkatkan
laju perpindahan panas. Di dekat puncak tabung, gelembung itu bertambah besar
dengan cepat. Pada zone ini gelembung uap berganti-ganti dengan potongan zat
cair dalam tabung naik dengan cepat melalui tabung dan keluar dengan kecepatan
tinggi dari ujung atas tabung.
Dari tabung itu, campuran zat cair selanjutnya masuk ke dalam separator.
Diameter separator itu lebih besar dari diameter penukar panas, sehingga
kecepatan linier uap menjadi jauh berkurang. Untuk membantu pemisahan
tetes-tetes zat cair, uap itu dibuat menumbuk seperangkat sekat, lalu mengalir
melewati sekat itu sebelum keluar dari separator.
Gambar 4. Evaporator Vertikal
Tabung Panjang (McCabe, 1993)
4. Evaporator tabung paksa
Pada evaporator sirkulasi paksa, caitan yang akan dievaporasikan dipompakan
melewati penukar panas (heat exchanger) dimana media pemanas mengelilingi
pipa-pipa yang membawa cairan yang akan dievaporasikan. Gabungan penurunan
tekanan dan head hidrostatik di dalam alat ini adalah cukup besar untuk
mencegah larutan mendidih di dalam pipa penukar panas, sehingga uap yang
dihasilkan akan tersembur keluar, pada saat cairan memasuki ruang kosong di
dalam tabung (McCabe, 1993).
Gambar 5. Evaporator Tabung Paksa
(McCabe, 1993)
2.3.3 Pindah Kalor dalam Evaporator
Proses evaporasi dalam
evaporator merupakan suatu proses dalam ruangan tertutup. Sistem yang berlaku
di dalamnya adalah sistem tertutup, yang berarti dalam evaporator tersebut terjadi
perpindahan energi (kalor dan
kerja) tetapi tidak terjadi perpindahan massa ke
lingkungan.
Sesuai dengan hukum kekekalan massa yang
mengatakan bahwa massa tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, maka berat
massa suatu zat sebelum dan sesudah proses adalah sama. Sehingga berat massa
produk yang dihasilkan adalah sama dengan berat massa yang diproses. Yang terjadi
dalam proses tersebut adalah perpindahan energi dalam evaporator ke lingkungan.
Besarnya perpindahan energi yang terjadi
dalam proses tersebut adalah sesuai dengan hukum termodinamika pertama. Hukum
tersebut menyatakan bahwa perubahan energi dalam suatu sistem
termodinamika tertutup adalah sama
dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang
dilakukan terhadap sistem (McCabe, 1993).
Hukum kesetimbangan massa menyatakan laju energi yang masuk ke dalam sistem
dikurangi dengan laju energi yang keluar dari sistem sama dengan laju energi
akumulasinya (Geankoplis, 1983).
Ein – Eout = Est ..............................................................
(1)
Dimana:
Ein : Energi yang
masuk ke sistem
Eout : Energi yang
keluar dari sistem
Est : Energi
yang terakumulasi dalam sistem
Mekanisme perpindahan
energi (kalor) yang terjadi dalam proses evaporasi dapat berupa konduksi maupun
konveksi.
a.
Konduksi (keadaan steady)
Suatu material bahan mempunyai gradient,
maka kalor akan mengalir tanpa disertai oleh suatu gerakan zat. Aliran kalor
seperti ini disebut konduksi atau hantaran. Konduksi thermal pada logam
- logam padat terjadi akibat gerakan elektron yang terikat dan konduksi thermal
mempunyai hubungan dengan konduktivitas listrik. Pemanasan pada logam
berarti pengaktifan gerakan molekul, sedangkan pendinginan berarti pengurangan
gerakan molekul (Geankoplis, 1983).
Contoh perpindahan kalor secara
konduksi antara lain adalah perpindahan kalor pada logam cerek pemasak air atau
batang logam pada dinding tungku. Laju perpindahan kalor secara konduksi
sebanding dengan gradien suhu (Geankoplis, 1983).
....................................................................
(2)Dimana:
q = nilai
perpindahan kalor (W)
k =
konduktivitas thermal (W/m.K)
A = luas
permukaan bahan (m2)
T = suhu (K)
x = tebal bahan
(m)
Gambar 6. Konduksi pada Dinding
Datar (Geankoplis, 1983)
Laju perpindahan kalor secara
konduksi pada silinder mempunyai perbedaan dengan laju perpindahan kalor secara
konduksi pada pelat / balok, karena beda persamaan luas bidang permukaan (Geankoplis, 1983).
..........................................................
(3)
..............................................................
(4)Dimana:
q = nilai
perpindahan kalor (W)
k =
konduktivitas thermal (W/m.K)
Alm =
luas permukaan silinder (m2)
T = suhu (K)
r = jari-jari
silinder (m)
Gambar 7. Perpindahan Kalor
Secara Konduksi pada Silinder (Geankoplis, 1983)
b.
Konveksi
Arus fluida yang melintas pada
suatu permukaan, maka akan ikut terbawa sejumlah enthalphi. Aliran enthalphi
ini disebut aliran konveksi kalor atau konveksi. Konveksi merupakan suatu
fenomena makroskopik dan hanya berlangsung bila ada gaya yang bekerja pada
partikel atau ada arus fluida yang dapat membuat gerakan melawan gaya gesek (McCabe, 1993).
Contoh sederhana pepindahan kalor
secara konveksi adalah aliran air yang dikalorkan dalam belanga. Berdasarkan
gaya penyebab terjadinya arus aliran fluida, konveksi dapat diklasifikasikan :
1.
Konveksi alamiah
Konveksi alamiah dapat terjadi
karena ada arus yang mengalir akibat gaya apung, sedangkan gaya apung terjadi
karena ada perbedaan densitas fluida tanpa dipengaruhi gaya dari luar sistem.
Perbedaan densitas fluida terjadi karena adanya gradien suhu pada fluida.
Contoh konveksi alamiah antara lain aliran udara yang melintasi radiator kalor
(McCabe, 1993).
2.
Konveksi paksa
Konveksi paksa terjadi karena
arus fluida yang terjadi digerakkan oleh suatu peralatan mekanik ( contoh :
pompa, pengaduk ), jadi arus fluida tidak hanya tergantung pada perbedaan
densitas. Contoh perpindahan kalor secara konveksi paksa antara lain : pemanasan
air yang disertai pengadukan.
Gambar 8. Ilustrasi Aliran Fiuda
pada Konveksi Alamiah dan Paksa (McCabe,
1993)
2.4 Ekstraktor
vakum
Ekstraktor vakum merupakan suatu mesin pembuat pasta buah dengan
penambahan vakum sebagai salah satu komponennya. Vakum tersebut berfungsi untuk mengkondisikan udara dalam tabung ekstraktor
sehingga tekanan dalam tabung mendekati keadaan vakum.
Dengan penambahan
vakum pada mesin tersebut, maka penguapan bubur buah dapat dilakukan pada suhu
rendah. Karena semakin rendah tekanan uap air dalam tabung, maka akan semakin
rendah pula titik didih air.
2.4. Pemvakuman
Vakum dianggap
sebagai kondisi dimana tekanan udara lebih rendah dari tekanan udara normal.
Vakum dibagi menjadi vakum rendah, vakum tinggi, dan vakum ultra tinggi.
Melalui
serangkaian pengujian yang dilakukan oleh Achmad Yahya (2008), ternyata
didapatkan bahwa proses pemvakuman dapat menurunkan nilai RH udara dalam lingkungan
yang divakum tersebut. Hal ini sebenarnya juga dapat dijelaskan secara teori,
di mana RH adalah hasil pembagian antara tekanan parsial uap air (Pw) dengan
tekanan parsial uap air pada saat jenuh (Pws). Kedua besaran tersebut mengalami
penurunan yang tidak sama besar pada saat proses vakum terjadi. Turunnya nilai
Pw dipengaruhi langsung oleh banyaknya molekul air yang tersedot oleh pompa
vakum, sedangkan nilai Pws dipengaruhi oleh suhu, yang mana suhu di sini
relatif konstan, kalaupun turun hanya sedikit. Hal ini menyebabkan penurunan
nilai Pw lebih besar dari penurunan nilai Pws, sehingga nilai RH juga akan
turun.
Rasio
kelembaban merupakan simbol dari daya tampung udara terhadap uap air. Proses
pemvakuman dapat meningkatkan nilai rasio kelembaban, walaupun tidak
signifikan. Semakin rendah pemvakuman yang dilakukan maka semakin tinggi nilai
rasio kelembaban. Ini berarti semakin besar daya tampung udara terhadap uap
air. Dengan kata lain, semakin
besar pula kapasitas penguapan yang akan diperoleh.
2.4.2 Mekanisme Kerja Ekstraktor
Vakum
Ekstraktor vakum cocok untuk bahan pangan berbentuk bubur. Bahan pangan
berbentuk bubur tersebut ditempatkan dalam suatu tabung tertutup yang
didalamnya terdapat suatu pengaduk. Bubur dalam tabung dipanaskan dengan cara
memanaskan air yang mengelilingi tabung tersebut.
|
Gambar 9. Diagram Perubahan Fase Dari Air (IAPWS, 1997)
Seperti terlihat dalam Gambar 9, dengan semakin rendahnya
tekanan, maka titik didih air akan semakin rendah pula. Apabila tekanan dalam
tabung ekstraktor berada di bawah 1 atm, air dalam bubur dapat mendidih pada
suhu rendah mendekati 0 oC. Ketentuan inilah yang menjadi dasar
mekanisme kerja ekstraktor vakum
tersebut.
Tabel 3. Hubungan
Tekanan dengan Sifat Termodinamika Air
Tekanan Uap Air (cmHg) | Titik Didih (oC) | Kalor Laten Penguapan (kJ/kg) | Volume Jenis (m3/kg) |
0,45 | 0,01 | 2.501,3 | 206,3 |
0,75 | 7 | 2.484,9 | 129,2 |
2,40 | 25 | 2.442,3 | 43,4 |
7,50 | 45,8 | 2.392,8 | 14,7 |
76 | 100 | 2.257 | 1,7 |
Sumber : Reichsansalt, Holborn, Scheel, and Henning, 1909
Mekanisme kerja ekstraktor vakum adalah berdasarkan
bahwa penurunan tekanan akan menyebabkan turunnya titik didih air dalam bubur. Kevakuman dalam tabung ekstraktor
menentukan besarnya kalor yang dibutuhkan untuk evaporasi. Semakin rendah
tekanan dalam tabung ekstraktor, maka semakin rendah pula titik didih air dalam
bubur sehingga kalor yang dibutuhkan pun akan semakin sedikit.
Proses evaporasi dalam tabung ekstraktor
akan menghasilkan uap panas. Uap panas tersebut akan terhisap keluar melalui
kondensor. Di dalam kondensor, uap panas akan mengalami kondensasi sehingga
berubah fasa menjadi cair. Air yang mengalami proses kondensasi (kondensat)
akan ditampung di dasar kondensor sedangkan udaranya akan dikeluarkan menuju
tabung vakum.
2.4.3 Bagian Utama dan Kegunaan Komponen Ekstraktor Vakum
a.
Tabung
Ekstraktor
Tabung ekstraktor
terbuat dari stainless steel yang
berfungsi sebagai tempat berlangsungnya proses evaporasi. Bentuk dari tabung
ekstraktor adalah silinder. Pada tutup tabung terdapat suatu pengaduk. Pengaduk
tersebut merupakan sebuah batang bersirip yang digerakkan oleh sebuah motor
sehingga pengaduk tersebut dapat berputar. Pengaduk tersebut berfungsi untuk
mengaduk bubur tomat selama proses evaporasi berlangsung.
b.
Pompa
Vakum
Pompa vakum
merupakan komponen terpenting pada alat ekstraktor vakum. Pompa ini berfungsi
sebagai alat penghisap udara dalam tabung ekstraktor sehingga tekanan dalam
tabung menjadi lebih rendah dari lingkungan dan uap air dari bahan dapat
dikeluarkan.
Pompa yang
digunakan adalah pompa water jet dan
digerakkan dengan motor listrik. Pompa ini mensirkulasikan air dalam bak
penampung air ke dalam tabung vakum. Fluida bertekanan tinggi dari pompa akan
dialirkan memasuki nozel yang terdapat pada tabung vakum yang terhubung dengan
tabung ekstraktor. Dengan semakin bertambahnya kecepatan fluida, maka udara dalam
tabung ekstraktor akan terhisap ke luar sehingga tabung ekstraktor akan menjadi
vakum. Pompa water jet dipilih karena
cara mengoperasikan dan pemeliharaannya mudah, serta biaya operasinya rendah.
c.
Kondensor
Kondensor berfungsi
untuk mengembunkan uap air panas yang dikeluarkan selama proses evaporasi
dengan menggunakan media air sebagai pendingin yang disirkulasikan di dalam bak
air. Kondensor berupa tabung dengan lilitan pipa tembaga yang dialiri air pada
bagian dalamnya. Untuk menampung kondensat, pada bagian bawah tabung kondensor
dilengkapi dengan tabung penampung air.
d.
Bak
Penampung
Bak penampung air
berfungsi sebagai tempat penampungan air yang digunakan dan disirkulasikan oleh
pompa water jet. Bak penampung air
berupa kotak berisi air yang disirkulasikan oleh pompa water jet untuk mengkondisikan udara dalam tabung ekstraktor agar
tekanan dalam tabung ekstraktor menjadi rendah sehingga proses evaporasi dapat
dilakukan pada suhu rendah.
e.
Sumber
Tenaga
Sumber tenaga merupakan sumber energi yang digunakan untuk menggerakkan
atau menjalankan ekstraktor vakum.
Sumber tenaga yang digunakan untuk menjalankan ekstraktor vakum ini adalah listrik dengan tegangan 220 Volt.
f.
Thermostat
Thermostat
berfungsi untuk mengatur suhu yang digunakan dalam proses evaporasi.
Alat yang
digunakan dalam penelitian ini yaitu :
1.
Ekstraktor vakum, digunakan untuk proses pembuatan pasta buah tomat;
2.
Thermostat,
digunakan untuk mengatur tingginya suhu yang digunakan dalam proses evaporasi;
3.
Clamp ampere meter, digunakan untuk mengukur besarnya kuat arus yang
diperlukan selama proses berlangsung;
4.
Thermometer infrared, digunakan untuk mengukur suhu bubur tomat selama proses
berlangsung;
5.
Blender,
digunakan untuk membuburkan buah tomat menjadi bubur tomat;
6.
Kompor,
digunakan untuk memanaskan air yang digunakan pada saat pencelupan buah tomat
untuk mempermudah pelepasan kulit tomat;
7.
Panci,
digunakan untuk menampung air panas untuk pencelupan tomat;
8.
Pisau,
digunakan untuk memotong buah tomat pada saat pemisahan daging dan bijinya;
9.
Timbangan,
digunakan untuk menimbang buah tomat sebelum dan setelah proses berlangsung;
10.
Gelas
ukur, digunakan untuk mengukur volume bubur tomat;
11.
Pengukur
waktu, digunakan untuk mengukur waktu proses; dan
12.
Meteran,
digunakan untuk mengukur panjang dimensi mesin.
Bahan yang
digunakan dalam penelitian ini yaitu :
1.
Buah
tomat; dan
2. Air.
3.3
Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini
adalah metode deskriptif analisis melalui pengukuran dan perhitungan
menggunakan persamaan-persamaan sehingga diharapkan dapat memberikan informasi
mengenai kelayakan teknis dari ekstraktor
vakum dan dapat menarik kesimpulan untuk melakukan modifikasi terhadap mesin tersebut sehingga kinerjanya lebih efektif dan efisien.
3.3
Peubah
yang Diukur
3.3.1 Analisis Teknik
1.
Kapasitas teoritis
mesin
Karena berbentuk tabung, maka persamaan perhitungan
volume maksimal ekstraktor vakum buah dapat dilihat di bawah ini :
.............................................................................. (5)Dimana
:
= volume maksimal tabung ekstraktor (l)π = 3,14
r = jari-jari tabung ekstraktor (m)
t =
tinggi tabung ekstraktor (m)
2.
Pompa vakum
Untuk
menurunkan tekanan dalam tabung ekstraktor digunakan pompa vakum sistem water jet.
Kecepatan
aliran air dari pompa dihitung menggunakan persamaan berikut:
.............................................................................................
(6)Dimana
:
v = kecepatan aliran air (m/s)
Q = debit air yang keluar dari pompa (m3/s)
A = luas penampang pipa (m2)
Head loss akibat gesekan
pada pipa menurut persamaan Darcy (Henderson-Perry, 1954):
...........................................................................
(7)Dimana
:
hf = head
loss akibat gesekan pada pipa (m)
f = koefisien gesek dalam pipa
L = panjang pipa (m)
D = diameter dalam pipa (m)
v = kecepatan aliran air (m/s)
g = percepatan gravitasi (9,81 m/s2)
Untuk
mencari debit aliran air yang masuk ke dalam tabung vakum digunakan persamaan:
A
....................................................... (8)Dimana
:
Q = debit aliran air yang masuk ke dalam tabung vakum (m3/s)
|
|
|
|
|
|
| |
| |
|
Gambar
11. Aliran Air Pada Pompa Vakum
Untuk
mencari besarnya tekanan pada inlet menggunakan persamaan (Reuben dan Steven):
........................................................................
(9)Untuk
mencari kecepatan aliran air pada penampang nozel menggunakan persamaan
kontinuitas berikut:
..............................................................................
(10)Untuk
mencari head loss akibat penyempitan
saluran pada nozel digunakan persamaan berikut:
..............................................
(11)Untuk
mengetahui perbedaan tekanan digunakan persamaan Bernoulli seperti di bawah
ini:
..............................................
(12)
.........................................................
(13)
..........................................................
(14)Dimana:
P1 = tekanan pada inlet (kg/m2)
P2 = tekanan pada outlet (kg/m2)
v1 = kecepatan aliran air pada inlet (m/s)
v2 = kecepatan aliran air pada outlet (m/s)
z = elevasi pada titik tertentu (m)
hL = head
loss akibat penyempitan pipa (m)
A1 = luas permukaan pada inlet (m2)
A2 = luas permukaan pada outlet (m2)
C = konstanta
Daya pompa dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan (Henderson-Perry, 1954):
Daya (HP) = .................................................................
(15)
Dimana :
Q = debit aliran air pada pompa (m3/s)
γ = berat jenis air (kg/m3)
H = total head pemompaan (m)
eff = efisiensi pompa
3.
Kondensor
Panjang
minimum lilitan pada tabung kondensor dihitung dengan persamaan:
h = ..........................................................................................
(16)
Dimana:
h = panjang
minimum lilitan pada tabung (m)
ΔP = perbedaan
tekanan atmosfer dengan tekanan dalam tabung ekstraktor (kg/m2)
g = percepatan
gravitasi (m/s2)
Jumlah
air yang dibutuhkan untuk mengkondensasi uap hasil evaporasi dapat dihitung
dengan persamaan:
W = .............................................................................
(17)
Dimana:
W = laju aliran massa air dingin yang dibutuhkan (kg/s)
V = laju aliran massa uap yang akan dikondensasi (kg/s)
hg = entalpi spesifik uap yang akan
dikondensasi (MJ/kg)
hfc = entalpi spesifik kondensat (MJ/kg)
hfw = entalpi spesifik air dingin yang memasuki
kondensor (MJ/kg)
Volume
ruang penampung kondensat pada kondensor:
V = πr2t
.......................................................................................
(18)
Dimana:
V = volume ruang penampung kondensat (m3)
r = jari-jari kondensor (m)
t = tinggi ruang penampung (m)
4.
Tabung Ekstraktor
Tebal
minimum tabung terhadap kemungkinan belah dapat dihitung menggunakan persamaan
berikut (Singer dan Pytel, 1995):
tb
= ......................................................................................
(19)
Dimana:
tb = tebal minimal tabung terhadap kemungkinan
belah (mm)
di = diameter dalam tabung (m)
P = tekanan di dalam tabung (N/m2)
σt = tegangan tarik yang diizinkan (N/m2)
5.
Kebutuhan air total
Volume
air yang dibutuhkan selama proses pembuatan pasta buah tomat didapat dari hasil
penjumlahan dari air yang dibutuhkan dalam kondensor dengan air yang dibutuhkan
untuk memvakumkan tabung ekstraktor. Kebutuhan air total dapat didapat melalui
persamaan:
Vtotal = Vkondensat + Vpompa
vakum
...................................................
(20)
6.
Jumlah air yang
diuapkan
Jumlah
massa air yang diuapkan:
................................................
(21)
Dimana :
m = jumlah massa air yang diuapkan (kg)
m1 = berat bubur tomat yang diproses (kg)
m2 = berat pasta tomat yang dihasilkan (kg)
ka1 = kadar air awal (%)
ka2 = kadar air akhir (%)
7.
Kalor yang dibutuhkan
Kalor
yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu tabung dan air sampai mencapai suhu yang
diinginkan:
...................................................
(22)Dimana
:
= kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
tabung dan air sampai mencapai suhu yang diinginkan (J)ma = massa
air (kg)
Cpa = kalor
spesifik air (kJ/kgoC)
ΔTa = perbedaan
antara suhu setting dan suhu awal air (oC)
ms = massa
stainless steel (kg)
Cps = kalor
spesifik stainless steel (kJ/kgoC)
ΔTs = perbedaan
antara suhu setting dan suhu awal
stainless steel (oC)
Kalor
yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu bubur tomat hingga mencapai suhu yang
diinginkan dan menguapkan air bubur tomat hingga kadar air yang ingin dicapai :
........................................ (23)Dimana
:
= kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
bubur tomat hingga mencapai suhu yang diinginkan dan menguapkan air bubur tomat
hingga kadar air yang ingin dicapai (J)mt = massa
bubur tomat (kg)
Cpt = kalor
spesifik bubur tomat (kJ/kgoC)
ΔTt = perbedaan
antara suhu setting dan suhu awal bubur tomat (oC)
8.
Kebutuhan tenaga
Kebutuhan
tenaga atau daya yang diperlukan untuk melakukan proses evaporasi dapat
dihitung dengan mengukur besarnya tegangan dan kuat arus yang terjadi pada saat
proses berlangsung. Berikut persamaan yang dapat dipakai dalam perhitungan
kebutuhan daya :
..................................................................................... (24) Dimana
:
I = kuat arus listrik (A)
V = tegangan listrik (V)
3.3.1 Prosedur Pengujian
Prosedur yang dilakukan dalam proses pembuatan pasta buah tomat dengan
menggunakan ekstraktor vakum dibagi menjadi 3 tahap seperti terlihat pada
Gambar 12:
1.
Pembuangan kulit dan biji tomat :
· Pencucian. Pencucian berfungsi agar buah
tomat yang akan diproses terbebas dari kotoran, misalnya debu, pestisida, dll.
· Perendaman. Perendaman dengan menggunakan
air bersuhu 90 oC selama 5 menit berfungsi agar tomat menjadi belah
dan mempermudah pelepasan kulit.
· Pembuangan biji. Pembuangan biji berfungsi
untuk memisahkan daging buah tomat dari bijinya sehingga bagian tomat yang
diproses benar-benar hanya daging buahnya.
2.
Pembuburan
:
Pembuburan dilakukan menggunakan blender hingga
seluruh daging buah hancur menjadi bubur. Pembuburan dilakukan agar fasa daging
tomat menjadi seragam serta memperluas bidang pemanasan sehingga lebih mudah
mendidih.
3.
Penurunan
kadar air :
Proses
pembuatan pasta buah tomat digunakan proses evaporasi dengan penurunan tekanan
sebesar -58 cmHg pada suhu 60 oC.
4.1
Kapasitas
Teoritis Mesin
Proses
evaporasi pada mesin ekstraktor vakum berlangsung di dalam tabung ekstraktor.
Volume bubur tomat yang dapat diproses dalam satu kali proses bergantung pada
besarnya volume tabung ekstraktor tersebut. Untuk itu, kapasitas teoritis mesin
dapat dihitung dengan cara menghitung volume tabung ekstraktor. Berdasarkan
hasil pengukuran, ekstraktor vakum tersebut dapat memproses bubur tomat
maksimal sebanyak 28,61 liter dalam satu kali proses (Lampiran 8).
Dengan
pengaduk berkecepatan 10 rpm, maka bubur tomat sebanyak itu tidak dapat teraduk
secara sempurna. Dengan tidak teraduknya bubur tomat secara sempurna pada saat
proses evaporasi berlangsung, maka akan menyebabkan bubur tomat tidak dapat
menerima kalor secara merata. Hal ini menyebabkan waktu proses yang dibutuhkan
menjadi sangat lama sehingga akan terjadi penggosongan pada sebagian bubur
tomat, terutama pada bagian yang bersinggungan dengan dinding tabung
ekstraktor.
Untuk
menghindari hal tersebut, maka volume bubur tomat yang dapat diproses adalah
hanya sebatas tinggi sirip pengaduk yang terdapat pada batang pengaduk tersebut
yaitu setinggi 14 cm atau sebanyak 9,89 liter. Hal ini akan menyebabkan bubur
tomat akan teraduk secara sempurna sehingga kalor yang diterima bubur tomat
pada saat proses berlangsung akan merata dan waktu proses yang dibutuhkan akan
menjadi lebih singkat.
4.2
Kapasitas
Hisap Vakum dan Daya Pompa
Dalam
pembuatan pasta tomat yang bergizi baik, diperlukan proses evaporasi pada suhu
dibawah 60 oC. Ini dilakukan karena vitamin C dalam tomat akan rusak
pada suhu 60 oC. Untuk itu, kondisi vakum sangat diperlukan agar
titik didih air dalam bubur tomat yang diproses pada suhu dibawah 60 oC.
Berdasarkan
hasil analisis teknik, kemampuan pompa dapat menghasilkan penurunan tekanan
hingga mencapai -73,32 cmHg (Lampiran 9). Dengan penurunan tekanan sebesar itu,
maka air dalam bubur tomat dapat mendidih pada suhu 26,14 oC,
sehingga kandungan gizi (khususnya vitamin C) tidak akan hilang dan waktu penguapan
air akan lebih singkat serta kalor yang dibutuhkan dalam proses evaporasi akan
lebih sedikit. Besarnya daya yang dibutuhkan oleh pompa untuk proses pembuatan
pasta tomat adalah sebesar 2,64 HP.
Berdasarkan
hasil pengukuran, kemampuan pompa hanya dapat menghasilkan penurunan tekanan
sebesar -58 cmHg. Dengan penurunan tekanan sebesar itu, maka air dalam bubur
tomat baru dapat mendidih pada suhu 54,1 oC (Lampiran 9).
Dalam
penelitian, suhu bubur tomat saat proses evaporasi berlangsung adalah setinggi
53,6 oC. Dengan suhu setinggi itu, maka proses evaporasi tidak dapat
berlangsung dengan baik, karena air dalam bubur tomat tidak dapat mencapai
titik didihnya yaitu pada suhu 54,1 oC.
Perbedaan
nilai penurunan tekanan antara hasil analisis teknik dengan hasil pengukuran
disebabkan salah satunya karena terjadinya kebocoran dalam rangkaian mesin.
Karena rangkaian ekstraktor vakum banyak menggunakan pipa sambungan, maka
kerapatan antar pipa sambungan tersebut harus dijaga dengan baik. Kurang
rapatnya sambungan antar pipa akan menyebabkan terjadinya kebocoran yang sangat
sulit untuk diketahui letaknya.
Penyebab
lainnya adalah perbedaan debit aliran air yang dihasilkan pompa. Dari hasil
perhitungan, debit aliran air yang dihasilkan pompa untuk mengkondisikan tabung
ekstraktor adalah sebesar 8,15 x 10-3
m3/s (Lampiran 9).
Akan tetapi, pada saat pengukuran, debit aliran air yang dihasilkan pompa adalah sebesar 3,17 x 10-3
m3/s. Dengan debit aliran air sebesar itu, maka perbedaan kecepatan antara inlet dan outlet dalam
nozel akan mengalami penurunan, sehingga tekanan yang dihasilkan pun akan
berkurang.
4.3
Kondensor
Pada
saat proses evaporasi berlangsung, udara dan uap panas yang dihasilkan dari
proses evaporasi akan dihisap oleh pompa untuk dibuang keluar dari tabung ekstraktor.
Udara dan uap panas yang terhisap akan terlebih dahulu melewati kondensor
sebelum dibuang keluar dari tabung ekstraktor. Di dalam kondensor, udara dan
uap panas hasil evaporasi akan dikondisikan. Udara dan uap panas akan mengalami
proses kondensasi sehingga suhunya mengalami penurunan. Uap panas akan berubah
fasanya menjadi air setelah proses kondensasi. Air hasil kondensasi (kondensat)
akan ditampung dalam bak penampung kondensat yang berada pada dasar kondensor,
sedangkan udara akan diteruskan untuk dibuang secara kontinyu ke dalam bak air.
Berdasarkan
hasil perhitungan, kondensat yang dihasilkan setelah mengalami proses
kondensasi akan memiliki suhu setinggi 20,39 oC. Debit air yang
dibutuhkan untuk proses kondensasi adalah sebesar 1,8 x 10-4 m3/s
(Lampiran 10). Menurut hasil pengukuran, suhu kondensat yang dihasilkan adalah
setinggi 21 oC dengan debit air yang digunakan adalah sebesar 2,1 x
10-4 m3/s. Suhu kondensat berdasarkan hasil pengukuran
tidak berbeda jauh dengan hasil analisis teknik. Hal ini disebabkan debit air
yang digunakan untuk proses kondensasi telah mencukupi persyaratan debit
minimum yang dibutuhkan untuk proses kondensasi.
Dari
hasil perhitungan, panjang minimum pipa kondensor agar uap panas yang
dihasilkan dapat mengembun adalah sebesar 9,96 m (Lampiran 10). Berdasarkan
hasil pengukuran, panjang pipa kondensor yang digunakan adalah sebesar 10 m,
sehingga panjang pipa kondensor yang digunakan telah mencukupi.
Bak
penampung kondensat yang tersedia pada dasar kondensor dapat menampung
kondensat sebanyak 2,49 liter (Lampiran 10), sedangkan jumlah air yang diuapkan
dalam pembuatan pasta tomat adalah 3,208 liter. Untuk itu, agar dapat menampung
kondensat yang dihasilkan, maka volume bak penampung kondensat harus diperbesar
dengan cara merubah tinggi bak penampung kondensat menjadi 9,2 cm dengan
saluran vakum berada 2 cm dari permukaan bak penampung kondensat.
4.4
Ketebalan
Tabung Ekstraktor dan Kebutuhan Air Total
Menurut
hasil perhitungan, tebal minimum tabung ekstraktor terhadap kemungkinan belah
adalah sebesar 0,07 mm dengan tabung ekstraktor terbuat dari stainless steel (Lampiran 11), sedangkan
tebal tabung ekstraktor yang digunakan adalah sebesar 2 mm. Dengan ketebalan
tersebut, maka tabung ekstraktor yang digunakan akan mampu untuk menahan
tekanan dalam tabung sebesar -58 cmHg sehingga tabung tersebut tidak akan belah
ataupun penyok.
Selama
proses evaporasi berlangsung, dibutuhkan sejumlah air yang digunakan untuk
mengkondisikan tekanan dalam tabung ekstraktor serta untuk proses kondensasi.
Berdasarkan hasil perhitungan, jumlah total air yang dibutuhkan selama proses
evaporasi berlangsung adalah sebanyak 74,97 m3 atau setara dengan
74.970 liter air. Karena proses evaporasi dilakukan selama 2,5 jam atau 9.000
s, maka kebutuhan air setiap detiknya adalah sebanyak 8,33 liter (Lampiran 11).
Berdasarkan
hasil pengukuran, volume air dalam bak penampung adalah 732 liter. Karena
selama proses evaporasi berlangsung air disirkulasikan secara terus menerus,
maka volume air dalam bak penampung sangat berlebihan sehingga terjadi
pemborosan. Agar pemborosan air dapat diminimalisir, maka dimensi bak penampung
dapat diperkecil sehingga volume air dalam bak penampung dapat dikurangi.
4.5
Jumlah
Air Yang Diuapkan
Menurut
hasil perhitungan, jumlah air yang diuapkan selama proses evaporasi bubur tomat
adalah 3,208 kg air. Hasil ini didapatkan jika bubur tomat yang diproses adalah
5,2 kg dengan kadar air pasta tomat yang dihasilkan adalah sebesar 84%. Laju
penguapan air selama proses evaporasi berlangsung adalah sebesar 3,95 x 10-4 kg/s (Lampiran
12).
Dari hasil pengukuran, jumlah air yang diuapkan
selama proses evaporasi adalah 2,8 kg air dengan laju penguapan air 3,11 x 10-4
kg/s. Perbedaan jumlah air yang diuapkan antara hasil pengukuran dengan hasil
perhitungan dikarenakan proses evaporasi tidak berjalan maksimal. Hal ini
dikarenakan suhu bubur tomat pada saat proses berlangsung tidak mencapai titik
didih, sehingga waktu yang dibutuhkan untuk proses evaporasi menjadi lebih lama
dan laju penguapan air menjadi menurun.
Selain karena suhu bubur tomat, perbedaan tersebut
juga dikarenakan uap panas yang dihasilkan selama proses evaporasi berlangsung
tidak seluruhnya terhisap keluar. Hal ini dibuktikan dengan adanya titik-titik
air yang berada pada tutup tabung ekstraktor.
4.6
Kebutuhan
Kalor
Kandungan
gizi dalam buah tomat sangat rentan terhadap suhu. Suhu yang terlalu tinggi
akan menyebabkan kandungan gizi dalam buah tomat menjadi rusak. Salah satu
kandungan gizi yang terpenting adalah vitamin C. Vitamin C akan rusak pada suhu
60 oC. Untuk itu, proses pemanasan dilakukan pada suhu 60 oC
sehingga suhu bubur tomat yang diproses tidak akan mencapai 60 oC
dan kandungan gizi yang terkandung pun tidak rusak.
Berdasarkan
hasil analisis teknik, kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air dan
tabung ekstraktor hingga mencapai suhu 60 oC adalah sebesar 4797,1
kJ. Kalor sebesar ini diperlukan untuk menaikkan suhu air seberat 24 kg yang
bersuhu 20 oC serta tabung ekstraktor seberat 8,9 kg yang bersuhu 18
oC menjadi suhu 60 oC. Dengan daya dari pemanas sebesar
1000 W, maka waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu air dan tabung
ekstraktor adalah selama 79,95 menit (Lampiran 13).
Berbeda
dengan hasil pengukuran, waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu air dan
tabung ekstraktor adalah selama 90 menit. Perbedaan ini disebabkan oleh kondisi
tegangan listrik yang tidak stabil sehingga menyebabkan besarnya daya yang
diterima pemanas menjadi tidak maksimal.
Menurut
hasil analisis teknik, kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu bubur tomat
hingga mencapai suhu 53,6 oC dan menguapkan air dalam bubur tomat
hingga kadar air mencapai 84% adalah sebesar 8.244,85 kJ. Kalor sebesar ini
diperlukan untuk menaikkan suhu bubur tomat seberat 5,2 kg yang bersuhu 29 oC
menjadi suhu 53,6 oC, juga ditambah dengan kalor laten air pada suhu
53,6 oC. Dengan daya dari pemanas sebesar 1.000 W, maka waktu yang
diperlukan untuk menaikkan suhu air dan tabung ekstraktor adalah selama 137,41
menit (Lampiran 13).
Menurut
hasil pengukuran, waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu bubur tomat dari
suhu 29 oC hingga mencapai suhu 53,6 oC dan menguapkan
air dalam bubur tomat hingga kadar air mencapai 84% adalah selama 150 menit.
Perbedaan ini disebabkan suhu bubur tomat pada saat proses berlangsung tidak
mencapai titik didih yaitu pada suhu 54,1 oC, sehingga waktu yang
diperlukan dalam proses evaporasi menjadi lebih lama.
4.7
Kebutuhan
Tenaga
Kebutuhan tenaga atau daya dihitung berdasarkan
perkalian antara nilai tegangan listrik dan kuat arus listrik yang diperlukan pompa
pada saat proses berlangsung. Nilai kuat arus listrik dan tegangan listrik
dihitung dengan menggunakan alat clamp
ampere meter. Berdasarkan hasil pengukuran, besarnya daya yang dibutuhkan
untuk menjalankan pompa water jet adalah sebesar 618,58 W (Lampiran 13).
4.8 Kelayakan Mesin
Tabel 4. Rincian Hasil Analisis Teknik dan
Pengukuran
Kriteria | Analisis Teknik | Pengukuran |
Kapasitas mesin (liter) | 9,89 | 28,61 |
Jumlah air yang diuapkan (kg) | 3,208 | 2,8 |
Perubahan tekanan (cmHg) | -73,32 | -58 |
Daya pompa (HP) | 2,64 | 2,5 |
Titik didih air dalam bahan (oC) | 26,14 | 54,1 |
Debit pompa (m3/s) | 8,15 x 10-3 | 3,17 x 10-3 |
Panjang minimum pipa kondensor (m) | 9,96 | 10 |
Tinggi minimum ruang penampung kondensat (m) | 0,092 | 0,075 |
Suhu uap panas (oC) | 79,95 | - |
Suhu kondensat (oC) | 20,39 | 21 |
Debit kondensor (m3/s) | 1,8 x 10-4 | 2,1 x 10-4 |
Tebal minimum tabung ekstraktor (mm) | 0,07 | 2 |
Kebutuhan air total (m3) | 74,97 | - |
Energi panas untuk pemanasan air dan tabung (kJ) | 4.797,1 | - |
Lama pemanasan air dan tabung (menit) | 79,95 | 90 |
Energi panas untuk proses evaporasi bahan (kJ) | 8.244,85 | - |
Lama proses evaporasi (menit) | 137,41 | 150 |
Laju penguapan (kg/s) | 3,95 x 10-4 | 3,11 x 10-4 |
Kebutuhan tenaga untuk pompa (W) | 2.100 | 618,58 |
Volume air dalam bak penampung (liter) | - | 732 |
Berdasarkan Tabel 4, dapat dilihat bahwa volume
bubur tomat yang dapat diproses tidak sesuai dengan volume yang diharapkan.
Kapasitas aktual mesin hanya sepertiga dari kapasitas yang diharapkan.
Besarnya debit keluaran air dari pompa water jet jauh lebih sedikit
dibandingkan dengan hasil analisis teknik. Hal tersebut akan mempengaruhi
besarnya perubahan tekanan yang dihasilkan sehingga akan mempengaruhi tingginya
titik didih air dalam bubur tomat yang diproses.
Tinggi ruang penampung kondensat yang tersedia pada
kondensor mesin ekstraktor vakum
tidak dapat menampung jumlah kondensat yang dihasilkan dari proses evaporasi.
Hal ini akan menyebabkan sebagian kondensat akan meluap dan masuk ke dalam
tabung vakum sehingga akan mempengaruhi proses pemvakuman.
Tenaga (daya) yang diterima oleh mesin ekstraktor vakum sangat kecil bila
dibandingkan dengan kebutuhan tenaga seharusnya. Hal ini menyebabkan
komponen-komponen mesin ekstraktor vakum
tidak dapat bekerja secara maksimal.
Dari uraian diatas, maka dapat dilihat bahwa
beberapa komponen dari mesin ekstraktor
vakum belum memenuhi standard yang dibutuhkan untuk melakukan proses
pembuatan pasta tomat. Komponen mesin tersebut di antaranya adalah pompa vakum,
kondensor, dan kebutuhan tenaga untuk pompa.
Mesin ekstraktor
vakum sudah dapat digunakan dalam proses pembuatan pasta tomat. Akan
tetapi, karena beberapa komponen dari mesin ekstraktor
vakum tersebut belum memenuhi standard yang dibutuhkan, maka proses
evaporasi akan memerlukan waktu yang lama sampai menghasilkan kadar air pasta
tomat yang diinginkan.
5.1
Kesimpulan
Berdasarkan
hasil dan pembahasan, maka kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini di
antaranya :
1. Beberapa
komponen mesin ekstraktor vakum belum
memenuhi standard yang dibutuhkan untuk memproses bubur tomat menjadi pasta
tomat, yaitu pompa vakum, kondensor,
dan kebutuhan tenaga untuk pompa.
2. Mesin ekstraktor
vakum sudah dapat dioperasikan untuk memproduksi pasta tomat, akan tetapi
memerlukan waktu yang lama hingga mencapai kadar air pasta tomat yang
diinginkan.
3. Karena kecepatan putar pengaduk terlalu
kecil, maka volume maksimal bubur tomat yang dapat diproses hanya sebatas
tinggi sirip pengaduk yang terdapat pada batang pengaduk.
4. Mesin ekstraktor
vakum tidak dapat berfungsi pada kondisi optimal dikarenakan daya yang
diterima mesin tidak mencukupi besarnya daya yang dibutuhkan.
5.2
Saran
1. Mesin
tidak cocok dioperasikan di tempat yang memiliki kondisi tegangan listrik yang
tidak stabil.
2. Kapasitas
bak penampung kondensat diperbesar dengan cara menambah tinggi dinding bak
penampung kondensat minimal menjadi 9,2 cm sehingga seluruh kondensat dapat
tertampung dan tidak ikut masuk ke dalam tabung vakum.
3. Memperbesar
daya pemanas sehingga waktu proses dapat dipersingkat.
4. Memperbesar
daya pengaduk sehingga kecepatan putarnya bertambah cepat dan volume bubur
tomat yang dapat ditampung dalam satu kali proses menjadi lebih banyak.
5. Perlu
dilakukan pengkajian terhadap kandungan gizi yang terkandung pada pasta tomat
yang dihasilkan. 
gan boleh minta data aslinya? buat referensi TA saya. kebanyakan rumus diatas ga jelas. thx
BalasHapus