Komputasi Perpindahan Gas Respirasi pada Cabai Rawit Merah Berbasis X-Ray Computed Tomography dan Computational Fluid Dynamics
WARDA FEBRIANTI, Bayu Nugraha, S.T.P., M.Sc., Ph.D., IPM.; Hanim Zuhrotul Amanah, S.T.P., M.P., Ph.D., IPU.
2024 | Skripsi | TEKNIK PERTANIAN
Harga jual cabai rawit merah (Capsicum frutescens L.) yang kerap
mengalami fluktuasi karena tingkat kebutuhan tidak sebanding dengan
ketersediaan, serta mudah mengalami kerusakan menjadi alasan utama diperlukan
penanganan pascapanen untuk menjaga kualitas cabai rawit merah. Controlled
Atmosphere Storage (CAS) dapat digunakan untuk memperpanjang umur simpan
dan mempertahankan kualitas produk pertanian, namun belum adanya informasi
kondisi penyimpanan yang optimal untuk cabai rawit merah. Penentuan kondisi
penyimpanan yang optimal dapat dilakukan melalui pendekatan secara komputasi. Penelitian
ini bertujuan untuk memvisualisasi struktur fisik cabai rawit merah, memetakan
konsentrasi gas respirasi, memprediksi kerusakan internal, merekomendasikan
kondisi udara penyimpanan optimal, serta mengetahui pengaruh model sederhana
(silinder) terhadap konsentrasi gas interal. Komputasi perpindahan gas
respirasi dilakukan menggunakan X-ray Computed Tomography dan Computational
Fluid Dynamics (CFD) dengan software COMSOL Multiphysics. X-Ray CT
digunakan untuk membuat model virtual cabai rawit merah. CFD digunakan untuk
komputasi dan diatur pada kondisi batas dengan 2 variasi konsentrasi CO2
(0,10 kPa dan 5,07 kPa) serta 5 variasi konsentrasi O2 (0,10 kPa,
3,04 kPa, 9,12 kPa, 15, 20 kPa, dan 21,28 kPa) pada suhu panas (36oC),
suhu ruang (30oC) dan suhu dingin (10oC). Hasil
penelitian menunjukkan bahwa scanning X-ray CT dapat memvisualisasikan cabai
rawit merah secara makro dalam bentuk 3D. Peninkatan kecepatan udara
(perbandingan 0,15 m/s dan 1 m/s) pada ruang simpan berpengaruh signifikan
terhadap pemerataan distribusi konsentrasi gas eksternl cabai rawit merah.
Konsentrasi gas internal cabai rawit merah dipengaruhi oleh ukurannya. Semakin
besar ukuran cabai rawit merah semakin rendah konsentrasi O2 dan
semakin tinggi konsentrasi CO2. Kerusakan internal terjadi pada
keseluruhan cabai rawit merah yang disimulasi pada suhu 36oC, 30oC,
dan 10oC dengan kondisi 0,10 kPa (O2) – 0,10 kPa (CO2)
serta kondisi 0,10 kPa (O2) - 5,07 kPa (CO2) (melebihi
nilai RQ (Respiratory Quotient) limit). Adapun kondisi penyimpanan
optimal dapat dilakukan pada suhu 10oC dengan konsentrasi 3,04 kPa O2
dan 5,07 kPa CO2. Model geometri sederhana (silinder) tidak mampu
memprediksi gradien konsentrasi yang terjadi selama penyimpanan.
The selling price of red cayenne pepper (Capsicum frutescens L.)
often fluctuates due to an imbalance between demand and availability, and their
susceptibility to damage, is the primary reason for requiring post-harvest
handling to maintain their quality. Controlled Atmosphere Storage (CAS) can extend
shelf life and preserve the quality of agricultural products, but there is currently
no information on optimal storage conditions for red cayenne pepper.
Determination of optimal storage conditions can be achieved through a
computational approach. This study aims to visualize the physical structure of
red cayenne pepper, map the respiration gas concentrations, predict internal
damage, recommend optimal storage air conditions, and determine the effect of
using a simple model (cylinder) on internal gas concentrations. Computational
gas displacement was conducted using X-ray Computed Tomography and
Computational Fluid Dynamics (CFD) with COMSOL Multiphysics software. X-ray CT
was utilized to create a virtual model of red cayenne pepper. CFD simulations
were conducted under boundary conditions with 2 variations of CO2 concentrations
(0.10 kPa and 5.09 kPa) and 5 variations of O2 concentration (0.10
kPa, 3.04 kPa, 9.12 kPa, 15, 20 kPa, and 21.28 kPa) at hot (36oC),
room (30oC) and cold (10oC) temperatures. The results
showed that X-ray CT scanning could visualize red cayenne pepper in macro 3D
form. Increasing air velocity (comparison of 0.15 m/s and 1 m/s) in storage
significantly affected the uniform distribution of external gas concentrations
of red cayenne peppers. Internal gas concentrations in red cayenne peppers were
influenced by their size, with larger peppers exhibiting lower O2
concentrations and higher CO2 concentrations. Internal damage
occurred across all simulated conditions at 36oC, 30oC,
and 10oC temperatures with conditions of 0,10 kPa (O2) –
0,10 kPa (CO2) and 0,10 kPa (O2) - 5,07 kPa (CO2)
(exceeding the RQ (Respiratory Quotient) limits). The optimal storage conditions were identified at 10oC
with 3,04 kPa (O2) – 5,07 kPa (CO2) concentration. The
simple geometric model (cylinder) was inadequate in predicting gas concentration
gradients occurring during storage.
Kata Kunci : X-ray CT, karbon dioksida, oksigen, CFD, penyimpanan
