Size Reduction

Introduction

Definisi Pengecilan ukuran sebagai istilah yang umum meliputi juga pemotongan, pemecahan dan penggilingan. Pengecilan ukuran secara mekanis  tanpa terjadi perubahan pada sifat-sifat kimianya. Dalam pengecilan ukuran meliputi tata cara pemecahan, pemotongan dan penggilingan.

TUJUAN Memperbesar luas permukaan bahan.  membantu kelancaran beberapa proses seperti: membantu ekstrasi suatu senyawa dengan meningkatkan luas kontak bahan dengan pelarut; mempercepat waktu pengeringan bahan; mempercepat proses pemasakan, blansir dll. Meningkatkan efisiensi proses pengadukan Memenuhi standar ukuran produk spesifik Memecah bahan yang mengandung molekul/senyawa/bahan berharga untuk dipisahkan

Pengecilan ukuran dalam industri pangan penggilingan padi-padian, pengupasan buah-buahan, penggilingan tangkai buah, pengirisan ikan menjadi fillet, pengecilan zat padat menjadi bagian-bagian yang lebih kecil untuk mempertinggi daya kelezatan dan mempertinggi daya campur.

Pengecilan ukuran  berperan penting dalam pemisahan secara mekanis. pengambilan pati dari kentang, kentang harus lebih dahulu dikecilkan sedemikian rupa sehingga sel-selnya terbuka dan glanuar-glanuar pati keluar. Untuk memperoleh cairan keluar dari padatan juga memudahkan jika padatan dilakukan pengecilan lebih dahulu.

Size Reduction bahan padat : bahan cair : penghancuran dan pemotongan emulsifikasi atau atomisasi.

Penghancuran dan Pemotongan Mengurangi ukuran bahan padat dengan kerja mekanis yaitu membaginya menjadi partikel-partikel lebih kecil Penghancuran

Penghancuran dan Pemotongan Pemotongan  untuk memecahkan potongan besar bahan pangan menjadi potongan-potongan kecil yang sesuai untuk pengolahan lebih lanjut Pemotongan

Penghancuran dan Pemotongan Penggilingan  ukuran bahan diperkecil dengan mengoyakkannya Proses Penggilingan : bahan ditekan oleh gaya mekanis dari mesin penggiling kemudian penyobekan Energi yang dibutuhkan, tergantung : kekerasan bahan kerapatan bahan (patah)

Emulsifikasi atau Atomisasi Emulsi  suspensi yang stabil dari suatu bahan cair di dalam bahan cair lain, bahan-bahan cair tersebut tidak tercampur Emulsi Stabil  apabila cairan tersebut dapat menahan tanpa mengalami perubahan untuk waktu yang lama, tanpa butir fase dispersi berkumpul satu sama lain atau timbul ataupun mengendap Fase Dispersi ??

Emulsifikasi atau Atomisasi Kestabilan Emulsi di kontrol oleh : Gaya permukaan bidang atas Ukuran butir fase dispersi Sifat kekentalan fase tetap Perbedaan kerapatan antara kedua fase

KEBUTUHAN ENERGI ALAT SIZE REDUCTION Beberapa step operasi dilakukan untuk memproduksi material dari ukuran >30 cm menjadi 75 μm : Mereduksi ukuran besar (coarse size reduction, crushing) untuk material >7 cm. Mereduksi ukuran sedang (intermediate size reduction, crushing) untuk ukuran 1 - 7 cm. Mereduksi padatan halus (fine size reduction, grinding).

Istilah Variabel Operasi SR 1. Moisture content : kandungan cairan. Di bawah 3 – 4 % (%berat) cairan dalam bahan, SR tidak mengalami kesulitan. Di atas 4%, bahan menjadi sticky (lengket), cenderung menyumbat mesin/alat. Di atas 50%, wet size reduction, biasanya untuk padatan halus. 2. Reduction ratio: rasio diameter rerata umpan dengan diameter rerata produk. Mesin penghancur ukuran besar atau crusher, mempunyai rasio 3 s/d 7. Mesin penghancur ukuran halus atau grinder, mempunyai rasio s/d 100.

Size Reduction Equipment

Faktor-Faktor Pemilihan Alat SR : Ukuran umpan, SR ratio, Distribusi ukuran partikel dari arus produk, Kapasitas, Sifat bahan, seperti hardness, abrasiveness, stickiness, densitas, flammability. Kondisi basah atau kering.

Using to reduce the size of food materials fibrous foods (as meats, fruits and vegetables) to smaller pieces or pulps dry particulate foods to powders.

slicing and flaking equipment dicing equipment shredding equipment SR of Fibrous Foods slicing and flaking equipment dicing equipment shredding equipment pulping equipment Tugas : Cari pengertian, gambar, spesifikasi dan cara kerja dari alat-alat diatas !

SR of Dry Foods Ball mills Disc mills Hammer mills Roller mills Tugas : Cari pengertian, gambar, spesifikasi dan cara kerja dari alat-alat diatas !

Energy for Size Reduction

Kick’s law Rittinger’s law Bond’s law The energy required to reduce the size of solid foods is calculated using one of three equations, as follows: Kick’s law Rittinger’s law Bond’s law

Kick’s law the energy required to reduce the size of particles is proportional to the ratio of the initial size of a typical dimension to the final size of that dimension E(J.kg-1) = the energy required per mass of feed (W/(kg/s)) KK = Kick’s constant, d1 (m) = the average initial size of pieces, d2 (m) = the average size of ground particles. d1/d2 = the size reduction ratio (RR) and is used to evaluate the relative performance of different types of equipment. Coarse grinding has RRs below 8:1, whereas in fine grinding, ratios can exceed 100:1

Rittinger’s law the energy required for size reduction is proportional to the change in surface area of the pieces of food E(J.kg-1) = the energy required per mass of feed (W/(kg/s)) KR = Rittinger’s constant, d1 (m) = the average initial size of pieces, d2 (m) = the average size of ground particles.

Bond’s law E(J.kg-1) = the energy required per mass of feed (W/(kg/s)) W (J kg-1) = the Bond Work Index (40,000–80,000 J kg-1 for hard foods Such as sugar or grain) d1 (m) = diameter of sieve aperture that allows 80% of the mass of the feed to pass d2 (m) = diameter of sieve aperture that allows 80% of the mass of the ground material to pass.

Bond’s law is intermediate between these two. Kick’s law gives reasonably good results for coarse grinding in which there is a relatively small increase in surface area per unit mass. Rittinger’s law gives better results with fine grinding where there is a much larger increase in surface area Bond’s law is intermediate between these two. Kick’s  memberikan hasil yang cukup baik untuk grinding kasar di mana ada peningkatan yang relatif kecil di daerah permukaan per satuan massa Rittinger  memberikan hasil yang lebih baik dengan baik menggiling di mana ada peningkatan yang jauh lebih besar di daerah permukaan Namun, persamaan hukum Rittinger dan hukum Bond dikembangkan dari penelitian terhadap bahan keras (batu bara dan kapur) dan penyimpangan dari hasil prediksi kemungkinan dengan banyak makanan. However,equations Rittinger’s law and Bond’s law were developed from studies of hard materials (coal and limestone) and deviation from predicted results is likely with many foods.

Rittinger melakukan percobaan tentang hal ini, menggunakan “a drop weight crusher” Hasil percobaannya dinyatakan dalam :

Tabel Rittinger Number

Contoh : Untuk Quartz  setiap energi 1 kg.cm akan memberikan luas permukaan baru sebesar 17,56 cm2. Luas permukaan baru = selisih luas permukaan sebelum dihancurkan dan setelah dihancurkan. Proses pengecilan ukuran partikel terjadi sebagai akibat kombinasi gaya tumbukan dan abrasi. Menurut Rittinger, energi yang dibutuhkan untuk pengecilan partikel sebanding dengan luas permukaan baru yang dihasilkan.

Size Determination

Screening (pengayakan) Screening  melewatkan bahan melalui ayakan seri (sieve shaker) yang mempunyai ukuran lubang ayakan semakin kecil. Setiap pemisahan padatan berdasarkan ukuran diperlukan pengayakan. Standar screen mampu mengukur partikel dari 76 mm sampai dengan 38 μm. Operasi screening dilakukan dengan jalan melewatkan material pada suatu permukaan yang banyak lubang atau openings dengan ukuran yang sesuai.

Fraksi oversize = fraksi padatan yang tertahan ayakan. Fraksi undersize = fraksi padatan yang lolos ayakan. Jika ayakan lebih dari 2 ayakan yang berbeda ukuran lubangnya, maka akan diperoleh fraksi-fraksi padatan dengan ukuran padatan sesuai dengan ukuran lubang ayakan.

Satuan Mesh Mesh : jumlah lubang dalam 1 inchi persegi. Contoh : ayakan 10 mesh, artinya sepanjang 1 inch terdapat 10 lubang dan kawatnya. Maka: Jarak antar pusat kawat yang satu dengan kawat berikutnya = 1/10 = 0,1 in.

Apabila suatu massa partikel diayak maka dapat dihitung :

Referensi Earle, R.L., 1969. Satuan Operasi Dalam Pengolahan Pangan. P.T. Sastra Hudaya: Jakarta. McCabe, Unit Operation of Chemical Engineering Geankoplis, Unit Operation and Process Stumbo, G.R., 1949. Teknologi Pangan. P.T. Sastra Hudaya: Jakarta. Suharto, 1991. Teknologi Pengawetan Pangan. PT. Rineka Cipta: Jakarta.

EXERCISE Pada proses pengilingan kacang hijau sebanyak 1500 gram selanjutnya ditimbang menggunakan ayakan sebesar 80 mesh. Kacang hijau yang tertahan ayakan sebesar 475 gram. Hitunglah berapa persen berat bahan yang lolos dan tertahan pada ayakan ! Jelaskan apa yang dimaksud 80 mesh ? Apa yang perlu dilakukan sehingga bagian yang tertahan pada ayakan lebih banyak ?

Thank you