TK- 4104 Perancangan Produk Kimia

TUGAS 1

Oleh:

Adinda Asri Pixelina (13012002)Dinda Kirana Bestari (13012022)

Lantika Arinamurti Rivayanti (13012027)

Dosen:

Prof. Johnner Sitompul

SEMESTER I 2015/2016PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

TUGAS 1

Permasalahan

Seorang enterpreneur bermaksud untuk meningkatkan ‘brand image’ dari perusahannya. Pengusaha menawarkan ke mahasiswa perancangan produk kimia untuk merancang bakso terbesar di dunia. Berikan saran atas ide tersebut sesuai metodologi perancangan produk kimia terhadap ide tersebut. Khususnya argumen-argumen yang jelas berapa besar ukuran bakso yang bisa dibuat. Untuk hasil perancangan produk anda, laporan perlu dipresentasikan di hadapan panel seperti program apprentice untuk menguji hasil rancangan yang terbaik.

Hint : gunakan data-data di literatur dan memakai fenomena ‘heat transfer’ untuk menentukan seleksi ukuran atau besarnya bakso dan gunakan persamaan analitik yang ada di literatur

Solusi

1. Menentukan daging dan bahan lain yang digunakan pada baksoKonsumsi daging unggas secara langsung dan lewat produksi olahan sudah sangat berkembang di seluruh dunia. Dalam beberapa tahun terakhir, daging dari burung puyuh dikenal oleh konsumen. Daging puyuh yang paling sering dikonsumsi oleh manusia didapatkan dari burung puyuh dengan spesies Coturnix coturnix japonica. Distribusi spesies ini pada alam liar tersebar luas pada daerah Asia, Eropa, dan Afrika.

Daging puyuh sangat baik untuk kesehatan. Berikut kelebihan daging puyuh pada bidang kesehatan.a. Makanan alternatif bagi para penderita jantung koroner dan darah tinggi.b. Kandungan kolesterol sangat rendah. c. Kaya mikronutrien dan berbagai vitamin termasuk folat, B kompleks dan vitamin

E dan Kd. Bahkan dibandingkan dengan telur unggas lainnya, seperti ayam, bebek dan

angsa, ternyata telur puyuh mengandung beberapa komposisi yang cocok bagi perkembangan otak dan tulang bagi balita.

e. Bisa melancarkan peredaran darah.f. Menguatkan tulang belakang.g. Daging burung puyuh, bergizi, kaya protein, besi, kalsium, fosfor, yang dikenal

sebagai tempat penyimpan logam.

Selain baik untuk kesehatan, daging puyuh memiliki tekstur daging halus dan lembut sehingga sangat cocok untuk dijadikan olahan bakso. Daging puyuh juga memiliki rasa yang gurih dibandingkan daging ayam.

Bila dilihat dari ketersediaan bahan baku yaitu burung puyuh, dikatakan bahwa populasi burung puyuh tiga tahun terakhir (2010-2012) relatif stabil. Menurut statistik PKH, populasi puyuh tahun 2010 sebanyak 7.053.576 ekor, tahun 2011 sebanyak 7.356.648 ekor, dan tahun 2012 sebanyak 7.840.880 ekor. Burung puyuh merupakan salah satu ternak yang mudah dibudidayakan, memiliki masa pemeliharaan yang singkat, dan memiliki peran penting dalam upaya peningkatan pendapatan masyarakat.

Burung puyuh, menurut Direktur Perbibitan Ditjen PKH, Ir. H. Abubakar, SE, MM., adalah plasma nutfah Indonesia karena pembibitan puyuh sudah dilakukan bertahun-tahun dan untuk kebutuhan bibit sudah dapat dipenuhi dari dalam negeri. Hal ini sudah disepakati bahwa burung puyuh merupakan unggas lokal Indonesia.

Dapat dilihat bahwa bakso menggunakan daging burung puyuh ini memiliki kesempatan dan pasar yang baik. Bila harga daging sapi dan ayam terus melonjak, penggunaan daging burung puyuh dapat menjadi alternatif.

2. Menentukan komposisi baksoKomposisi bakso yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 2.1. Komposisi Bakso (Ikhlas,dkk., 2011)

Nama Bahan KomposisiDaging burung puyuh

65%

Tepung sagu 3%Protein Kedelai 3,2%Minyak palm 10%Garam 2,1%Gula 2%Rempah 0,9%Air dingin 13,8%

3. Mencari data analisis proximat dari bakso dengan komposisi tersebut Analisis proximat yand dilakukan pada bakso meliputi kandungan moisture, protein, fat, dan ash content. Ikhlas dkk menyebutkan untuk menganalisis protein dilakukan dengan metode Kjeldahl assay, sedangkan lemak dianalisis dengan melakukan ekstraksi sampel menggunakan peralatan sokhlet dengan pelarut petroleum ether. Moisture dihitung dengan cara pengeringan menggunakan oven pada 10 gram sampel pada temperatur 1000C. Ash ditentukan dengan cara insinerasi pada furnace dengan temperatur 5000C dan karbohidrat merupakan sisanya.

Berdasarkan Ikhlas dkk, analisis proximat yang dilakukan pada bakso yang belum dimasak dengan komposisi ditunjukkan pada Tabel 1 adalah seperti ditampilkan pada Tabel 2.

Tabel 3.1. Analisis Proksimat Bakso Sebelum Dimasak

Proximate Analysis

%

Moisture 68,21Protein 13,15Fat 12,23Ash 2,18Carbohydrate 4,23

Hasil dari analisis proksimat tersebut akan digunakan untuk menentukan data termal seperti nilai Cp, k, dan juga ρ yang merupakan parameter penting dalam perancangan produk ini.

4. Menentukan data fisik dari baksoData termal yang harus diketahui sebelumnya adalah panas spesifik (Cp), konduktivitas panas (k), dan difusivitas panas dari bakso yang merupakan parameter terpenting dalam menentukan laju dari transfer panas.

Penentuan Cp dan k dilakukan dengan persamaan prediktif yang merupakan persamaan empirik. Persamaan yang digunakan berbasiskan dari beberapa komponen dalam makanan tersebut. Persamaan yang komprehensif untuk memprediksi Cp dengan basis komposisi dan temperatur yaitu sebagai berikut.

Cp=∑i−1

n

Cpi X i(4.1)

Untuk menyelesaikan persamaan 4.1 digunakan data analisis proksimat yang telah dimiliki sebelumnya dan fungsi Cp komponen makanan murni terhadap temperatur.

Gambar 4.1. Data fungsi Cp komponen makanan murni terhadap temperatur

Selanjutnya digunakan temperatur lingkungan 25oC untuk mendapatkan Cp komponen makanan murni. Kemudian, dapat diperoleh Cp bakso pada keadaan mentah. Cp bakso yaitu sebesar 3.4563 x 103 J/kgoC.

Hal yang sama dilakukan untuk mendapatkan nilai k. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut.

k=∑i−1

n

k i Y i(4.2)

Y i=

X i

ρi

∑i−1

n

( X i

ρi)(4.3)

Untuk menyelesaikan Persamaan 4.3 dan 4.2 digunakan data analisis proksimat yang telah dimiliki sebelumnya dan fungsi k dan densitas (ρ) komponen makanan murni terhadap temperatur.

Gambar 4.2. Data fungsi k komponen makanan murni terhadap temperatur

Gambar 4.3. Data fungsi ρ komponen makanan murni terhadap temperatur

Selanjutnya digunakan temperatur lingkungan 25oC untuk mendapatkan k dan ρ komponen makanan murni. Dilakukan terlebih dahulu perhitungan fraksi tiap komponen terhadap ρ. Hitung fraksi Yi melalui persamaan 4.3. Kemudian, dapat diperoleh k dan ρ bakso pada keadaan mentah. k dan ρ bakso secara berturut-turut yaitu sebesar 4.8595 x 10-1 W/moC dan 1.0837 x 103 kg/m3.

Perpindahan panas yang terjadi pada kasus ini berada pada kondisi unsteady-state karena pemasakan bakso mentah dalam suatu tungku besar dan medium air yang dipanaskan memiliki perubahan nilai temperatur seiring perubahan waktu dan jarak. Selama terjadi transfer panas menuju bagian pusat bakso terdapat dua resistan panas yaitu resistan konvektif pada film air yang mengelilingi bakso dan resistan konduktif dalam bakso.

5. Menghitung waktu yang dibutuhkan untuk memasak bakso hingga matang sempurna

Parameter yang diketahui untuk menghitung waktu hingga bagian pusat bakso matang adalah sebagai berikut. Bakso dianggap memiliki bentuk spherical.

Diameter bakso, d = 0.9 m (hasil iterasi pada Ms. Excel) Dimensi karakteristik bakso, dc =

volumebo laluas permukaan bola

=

43

π r3

4 π r2 =13

r=16

d=16

0.9=0.15 m

Koefisien konvektif film, h = 5.1 W/moC (didapatkan dari Ryland, dkk., 2006) Temperatur pada permukaan bakso saat dipanaskan, Ta = 98oC (titik didih air

sebagai medium) Temperatur awal bakso mentah sebelum dimasukkan tungku, Ti = 25oC

(temperature lingkungan) Temperatur matang pusat bakso yang diinginkan, T = 75oC (menurut data

yang didapatkan dari http://whatscookingamerica.net) Konduktivitas panas bakso, k = 4.8595 x 10-1 W/moC Kapasitas panas bakso, Cp = 3.4563 x 103 J/kgoC. Densitas bakso, ρ = 1.0837 x 103 kg/m3

Gambar 4.4. Temperatur pada pusat geometri bola pada jari-jari dc

Lalu, digunakan Gambar 4.4. untuk mendapatkan Fourier number dengan langkah-langkah sebagai berikut.

a. Menghitung rasio temperatur

( T a−TT a−T i

)=98−7198−25

=3.6986 x10−1

b. Menghitung biot number

NBi=hdc

k= 5.1 x 0.15

4.8595 x10−1=1.5742

Kemudian,

1N Bi

=6.3523 x10−1

c. Membaca grafik pada Gambar 4.4. untuk rasio temperatur 3.6986 x10−1 dan (1/NBi) 6.3523 x10−1. Fourier number akan terbaca sebagai berikut.

N Fo=0.4

d. Menghitung waktu

N Fo=αtdc2 =

kρ Cp

tdc2 =0.4

t=0.4 dc2 ρCpk

=0.4 x 0.152 x1.0837 x 103 x 3.4563 x 103

4.8595 x10−1 =6.9373 x104 s

Didapatkan waktu pematangan bakso hingga bagian pusatnya selama 69373 sekon atau 19.3 jam.

6. Menguji waktu deformasi bakso pada kondisi pemasakan yang samaKetika waktu pematangan bakso hingga bagian pusatnya telah diketahui maka diperlukan adanya pengujian waktu deformasi bakso. Perhitungan waktu deformasi bakso dilakukan berdasarkan difusivitas air terhadap daging puyuh. Waktu yang diperlukan untuk pematangan bakso harus lebih kecil dari waktu deformasi bakso karena pada waktu deformasi bakso telah tercapai maka air yang berdifusi ke dalam bakso sudah terlalu banyak dan akibatnya bakso akan rusak.

Untuk menentukan waktu deformasi bakso dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

a. Menentukan parameter perhitungan yang digunakan

Dimensi karakteristik bakso, dc =

volumebolaluas permukaan bola

=

43

π r3

4 π r2 =13

r=16

d=16

0.9=0.15 m

Konsentrasi air maksimum pada bakso yang menyebabkan deformasi terjadi = 0,95

Difusivitas air dalam daging puyuh (D) = 3,9x10-8 b. Menentukan waktu deformasi

Gambar 6.1. Unsteady state mass transfer

Menghitung perbandingan konsentrasi

( Cma−Cm

C i−Cm)= 0,95−1

0,6821−1=0,157

Dengan membaca grafik yang ditunjukkan pada Gambar 6.1 serta menggunakan parameter perbandingan konsentrasi dan bentuk bakso yang diasumsikan spherical maka diperoleh nilai

Dtdc

2 =0,15

Dari persamaan tersebut diperoleh nilai waktu deformasi bakso sebesar 86583,46 sekon atau 24,04 jam.

Dikarenakan waktu pematangan bakso lebih kecil dari waktu deformasinya maka proses perancangan produk ini berhasil. Apabila waktu pematangan bakso lebih besar dari waktu deformasinya maka diperlukan iterasi sehingga tercapai waktu pematangan bakso lebih kecil dari waktu deformasinya.

Daftar Pustaka

Ikhlas,B; Huda,N; Noryati, I., “Chemical Composition and Physicochemical Properties of Meatballs Prepared from Mechanically Deboned Quail Meat Using Various Types of Flour”, International Journal of Poultry Science 10 (1): 30-37, 2011

Ryland, Kimberly; Wang, Lijun; Amézquita, Alejandro; and Weller, Curtis L. (2006) "Estimation of Heat Transfer Coefficients of Cooked Boneless Ham," RURALS: Review of Undergraduate Research in Agricultural and Life Sciences: Vol. 1: Iss. 1, Article 1.

Singh, R.P., Introduction to Food Engineering, Elsevier Inc, 2009.

http://www.poultryindonesia.com/news/utama-2/tumbuh-kembang-bisnis-puyuh// diakses pada hari Rabu, 8 September 2015 pukul 19.21.

http://whatscookingamerica.net) diakses pada hari Rabu, 8 September 2015 pukul 19.21