Jumat, 10 Desember 2010

Perpindahan Panas

I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan mengenai : 1.1. Latar Belakang ercobaan, 1.2. Tujuan Percobaan, 1.3. Prinsip Percobaan, 1.4. Manfaat Percobaan dan 1.5. Waktu dan Tempat Percobaaan.

1.1. Latar Belakang Percobaan

Sejak dahulu kala manusia telah melakukan pengawetan panas pangan. Pengeringan, pengasinan dan fermentasi biasanya mereka lalkukan bila makanan berlebih dan digunakan untuk saat makanan segar tidak ada. Sejak jaman purbakala, manusia telah memanfaatkan panas api untuk memasak bahan pangan.

Proses perpindahan panas adalah suatu aliran suatu zat alir tidak berbobot dan tidak dapat dilihat, disebut kalorik, yang timbul apabila suatu zat dibakar, dan bergerak dari daerah yang banyak kaloriknya (suhunya tinggi) ke daerah yang kurang kaloriknya (suhunya lebih rendah). Apabila perpindahan energi semata-mata terjadi karena perbedaan suhu, peristiwa demikian disebut pengaliran panas. Seperti contoh nyala api pembakar bunsen mengenai suatu sistem yang terdiri atas air dan uap air pada suhu yang lebih rendah . (Wirakartakusumah, 1992).

1.2. Tujuan Percobaan

Tujuan dari percobaan perpindahan panas adalah untuk mengetahui proses terjadinya perpindahan panas yang berasal dari bahan dengan suhu tinggi kebahan pangan dengan suhu rendah. Baik secara konduksi, konveksi, dan radiasi.

1.2. Prinsip Percobaan

Prinsip dari percobaan perpindahan panas adalah berdasarkan konduksi yang merupakan proses perpindahan panas yang terjadi tanpa adanya perpindahan moleku-molekul benda. Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang disertai perpindahan molekul bahan yang bergerak akibat dorongan. Dan perpindahan panas radiasi didasarkan pada proses perpindahan panas yang terjadi karena pancaran dalam bentuk gelombang magnetik.

1.3. Manfaat Percobaan

Manfaat percobaan dari perpindahan panas adalah untuk mengetahui proses perpindahan panas dalam bentuk pemberian maupun pengambilan panas dari bahan untuk merubah sifat fisik, kimia dan karakteristik penyimpanan dari bahan tersebut. Proses pemanasan, pemindahan panas pada bahan pangan dimaksudkan untuk menghilangkan atau mengurangi aktifitas biologis yang tidak diinginkan, seperti aktifitas enzime atau mikroba.

1.5. Tempat Percobaan

Percobaan pencampuran air, minyak, gula, pewarna orange dilakukan di Laboratorium Mesin dan Peralatan Industri Pangan, Jurusan Teknologi Pangan, Fakultas Teknik, Universitas Pasundan, Bandung.


II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini menguraikan mengenai : 2.1. Perpindahan Panas, 2.2. Mekanisme Perpindahan Panas, 2.3. Aplikasi Pengolahan,

2.1. Perpindahan Panas

Perpindahan panas merupakan satu unit operasi yang penting dalam industri pangan, karena hampir setiap proses pengolahan membutuhkan pemindahan panas baik dalam bentuk pemberian maupun pengambilan panas dari bahan untuk merubah sifat fisik, kimia dan karakteristik penyimpaan dari bahan tersebut. Proses pemanasan dalam pengolahan dan pengawetan pangan dimaksudkan untuk menghilangkan atau mengurangi aktivitas biologis yang tidak diinginkan, seperti aktivitas enzim dan mikroba. Selama proses tersebut, secara simultan terjadi juga kerusakan gizi serta faktor-faktor yang menentukan mutu bahan pangan, seperti warna, cita rasa dan tektur. Dengan dimengerrtinya prinsip-prinsip fisika pindah panas dan diketahuinya sifat bahan pangandan mikroba, maka dapat ditentukan kondisi optimum dalam hal pemindahan panas dan dapat membuat optimasi dalam memusnahkan mikroba dan mempertahankan gizi serta faktor mutu bahan pangan
(Wirakartakusumah, 1992).

Dalam melaksanakan operasi perpindahan panas, perlu diperhitungkan :

1. Jumlah panas yang dipindahkan (q).

2. Tingkat panas (suhu).

3. Tahanan terhadap perpindahan panas.

2.2. Mekanisme Dasar Perpindahan Panas

2.2.1. Konduksi

Konduksi adalah proses perpindahan panas atau kalor yang terjadi secara merambat dari satu molekul ke molekul lainnya, tanpa berpindahnya molekul-molekul benda. Konduksi panas hanya dapat terjadi dalam suatu benda apabila ada bagian-bagian benda itu berada pada suhu yang tidak sama, dan arah alirannya selalu dari titik yang suhunya lebih tinggi ke titik yang suhunya lebih rendah (Zemansky, 1982).

Dasar hukum pemindahan panas secara konduksi diungkapkan oleh Fourier. Bunyi Hukum Fourier menyatakan bahwa kecepatan pemindahan panas melalui suatu bahan seragam adalah berbanding langsung dengan luas permukaan, perubahan suhu dan berbanding terbalik dengan ketebalan bahan (Wirakartakusumah, 1992).

2.2.2. Konveksi

Istilah konveksi dipakai untuk perpindahan panas dari satu tempat ke tempat lain akibat perpindahan bahannya sendiri. Tungku udara panas dan sistem pemanasan dengan air panas adalah dua contohnya. Jika bahan yang dipanaskan dipaksa bergerak dengan alat peniup atau pompa, prosesnya disebut konveksi yang dipaksa, kalau bahan itu mengalir akibat perbedaan rapat massa, prosesnya disebut konveksi alamiah atau konveksi bebas (Fellows, 1990).

Kecepatan pindah panas dapat ditentukan dengan hukum Newton yang menyatakan bahwa kecepatan pemindahan panas secara konveksi berbanding lurus dengan luas permukaan dan perbedaan suhu antara fluida yang panas dengan bagian yang dingin (Wirakartakusumah, 1992).

2.2.3. Radiasi

Mekanisme radiasi adalah energi yang dipindahkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu bahan dan diserap oleh bahan lainnya. Gelombang elektromagnetik bergerak dengan kecepatan sama dengan kecepatan sinar dan mempunyai karakteristik penjang gelombang serta frekuensi yang sama (Wirakartakusumah,1992).

2.3. Aplikasi Pengolahan

Blanching atau blansir adalah perlakuan panas yang lazim dilakukan pada makanan sebelum proses pembekuan, pengeringan atau pengalengan. Tujuan blansir tergantung proses yang akan dilakukan selanjutnya. Tujuan blansir sebelum proses pengeringan dan pembekuan adalah untuk menginaktifkan enzim. Bila produk tidak dibekukan terlebih dahulu dan langsung dikeringkan, maka produk tersebut akan mengalami perubahan warna, cita rasa dan nilai gizi yang lebih cepat sebagai hasil aktifitas enzim. Dua jenis enzim yang tahan panas biasanya terdapat dalam jaringan tanaman, yaitu periksidase dan katalase. Oleh karena itu, adanya aktifitas enzim ini dapat digunakan sebagai cara untuk evaluasi kecukupan proses blansir. Waktu pemanasan yang diperlukan untuk menonaktifkan enzim dalam buah dan sayuran tergantung dari jenis bahan, metode pemanasan, ukuran bahan serta suhu medium pemanasan. Untuk blansir dengan tujuan komersial biasanya dilakukan pada suhu 100°C tetapi dengan waktu yang berbeda-beda tergantung jenis bahannya. Sebagai medium pemanasan biasanya digunakan air, tetapi uap atau udara panas pun dapat digunakan. Blansir yang dilakukan sebelum pengalengan bertujuan untuk menghilangkan gas dari jaringan, membersihkan dan melunakkan jaringan sehingga mempermudah pengepakan dalam kaleng, menaikkan suhu sebelum sterilisasi dan untuk menonaktifkan enzim. Blansir dapat dilakukan dengan penggunaan uap panas atau air panas. Blansir dengan uap panas dapat dilakukan dengan cara batch ataupun kontinyu (Wirakartakusumah, 1992).

Pasteurisasi merupakan pemanasan yang dilakukan pada suhu kurang dari 100ºC, akan tetapi dengan waktu yang bervariasi dari mulai beberapa detik sampai beberapa menit tergantung dari tingginya suhu tersebut. Makin tinggi suhu pasteurisasi, makin singkat proses pemanasannya. Pasteurisasi merupakan proses untuk menginaktifkan sel-sel vegetatif mikroba patogen, pembentuk toksin maupun sel pembusuk. Tinggi suhu dan lama pemanasan dalam pasteurisasi tergantung pada ketahanan mikroba yang akan dibunuh dan sensitifitas mutu makanan terhadap pemanasan. Tujuan utama pasteurisasi adalah untuk menonaktifkan sel-sel vegetatif mikroba patogen, pembentuk toksin maupun pembusuk. Tinggi suhu dan lama pemanasan pada pasteurisasi tergantung pada ketahanan panas mikroba yang akan dibunuh dan sensitifitas makanan terhadap pemanasan. Penggunaan metode HTST (High Temperature Short Time) biasanya menghasilkan produk dengan mutu yang lebih baik dibandingkan metode LTLT (Low Temperature Low Time). Pada pasteurisasi susu kondisi HTST yang digunakan adalah 161°F selama 15 detik. Untuk susu khususnya, pasteurisasi ini bertujuan untuk membunuh Coxiella burnetti, yaitu jenis mikroba riketsia yang dapat menyebabkan demam Q. Untuk minuman hasil fermentasi seperti bir dan anggur, pasteurisasi digunakan untuk membunuh kapang liar atau kontaminan (Wirakartakusumah, 1992).

Sterilisasi merupakan pemanasan yang bertujuan untuk menginaktifkan spora bakteri. Spora bakteri lebih tahan terhadap panas dibanding sel vegetatifnya. Makanan olahan bahan pangan biasa disterilisasi komersial agar bahan terbebas dari mikroba, namun tekstur bahan pangan tidak rusak. Alat yang digunakan dalam sterilisasi konvensional bisa bersifat batch maupun kontinyu. Still retort adalah alat yang bersifat batch, baik yang vertikal maupun yang horizontal. Untuk proses sterilisasi kontinyu digunakan tipe retort agitasi atau sterilmatik, hidrostatik dan hidrolik. Sterilisasi suatu produk dikatakan steril bila tidak ada satupun mikroba dapat tumbuh pada produk tersebut. Spora bakteri lebih tahan terhadap panas dibanding sel vegetatifnya. Oleh karena itu dalam proses sterilisasi, pemanasan terutama ditujukan untuk menonaktifkan spora bakteri. Bagi makanan istilah sterilisasi sebetulnya kurang tepat, sebab dalam proses ini sebetulnya pada makanan masih terdapat bakteri yang tidak patogen yang masih hidup, walaupun semua bakteri patogen terbunuh. Bakteri non patogen ini berada dalam fase dorman, artinya pada kondisi setelah pengolahan panas tidak bereproduksi. Oleh karena itu makanan yang telah dipanaskan disebut telah disterilkan secara komersial (Wirakartakusumah, 1992).


2.4. Macam-macam Alat Pemindah Panas

Macam-macam alat pemindah panas yaitu :

1. Double pipe heat exchanger

2. Plate heat exchanger

3. Shell and Tube heat exchanger

Gambar 7. Double pipe Heat Exchanger

Plate Heat Exchanger adalah salah satu tipe penukar panas yang menggunakan lempengan besi untuk menghantarkan panas antara dua fluida. Ini merupakan salah satu kemampuan utama yang dimiliki oleh plate heat exchanger yang bekerja secara konvensional, selain itu banyak terdapat daerah permukaan yang luas dan terbuka karena fluida akan dikeluarkan dari lempengan-lempengan tersebut. Plate heat exchanger memiliki kemampuan mentranfer panas dengan kecepatan tinggi untuk merubah temperatur/suhu selain itu PHE memerlukan sealed gaskets yang berguna sebagai penyumbat cairan fluida agar tidak keluar dari lempengan.

Gambar 8. Plate Heat Exchanger

Secara ideal keseimbangan panas hendaknya dibangun atas dasar data konsentrasi entalpi. Data tersebut tidak selalu tersedia untuk bahan-bahan pangan dan modikasi keseimbangan panas digunakan rata-rata perhitungan panas spesifik dari bahan-bahan. Faktor-faktor yang mempengaruhi koefisien seluruh perpindahan panas adalah :

1. Koefisien perpindahan panas menembus sekat kondensasi pada uap di dalam perubahan panas.

2. Koefisien sekat cairan didih di dalam cairan pada alat pengubah panas.

3. Skala atau faktor-faktor hambatan baik di dalam maupun di luar dinding-dinding pembatas permukaan perpindahan panas.

4. Hambatan panas pada dinding bahan.

Perubahan energi panas dari bahan dapat diketahui dari perubahan suhunya. Skala suhu yang umum digunakan adalah derajat Celsius dan Fahrenheit serta skala-skala absolut derajat Kelvin dan RanSkine. Jumlah panas dapat diukur dengan satuan kalori, BTU atau Joule. Satu kalori adalah jumlah panas yang dibutuhkan oleh 1 gram air untuk menaikkan suhunya 1000C. Jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu bahan 1 derajat per satuan massa disebut : kapasitas panas”. Jika bahan dipanaskan maka suhu bahan berubah. Panas yang masuk dan menyebabkan perubahan suhu disebut “panas sensible”, karena perubahan panas dapat dirasakan. Penambahan panas yang tidak menyebabkan perubahan suhu disebut panas “panas laten”. Panas sensible dapat dihitung dari persamaan : Q = m Cp.

Misalnya dalam proses pemanasan dari suhu ruang menjadi uap, maka jumlah panas yang dipindahkan terdiri dari panas yang diperlukan untuk merubahn suhu air dari suhu ruang menjadi suhu didih (1000C) kemudian panas yang digunakan untuk merubah air 1000C menjadi uap pada suhu yang sama, sehingga total panas yang dipindahkan adalah sebagai berikut :

Qtotal = Qsensibel + Qlaten

Kecepatan perpindahan panas tergantung pada perbedaan suhu sehingga perbedaan suhu ini disebut sebagai “driving force” untuk perpindahan panas (Wirakartakusumah, 1992).

Seperti diketahui, panas berpindah dengan tiga cara : konduksi (melalui material yang padat dan bersifat penghantar panas), konveksi (melalui udara yang bergerak contohnya, udara panas dari api unggun), dan radiasi (melalui gelombang elektromagnetik contohnya, panas matahari sampai ke bumi) (Setiadi, 2004).


III METODOLOGI PERCOBAAN

Bab ini menguraikan mengenai: 3.1. Bahan yang Digunakan, 3.2 Alat yang Digunakan, dan 3.3. Metode Percobaan.

3.1. Bahan yang Digunakan

Bahan yang digunakan dalam percobaan proses perpindahan panas ini adalah air dan susu.

3.2. Alat yang Digunakan

Alat yang digunakan pada percobaan pengeringan adalah pasteurisator, termometer, dan gelas kimia.

3.3. Metode Percobaan

Susu murni sebanyak 0,5 L dimasukkan ke dalam wadah, dan diukur suhunya. Kemudian air panaskan hingga suhu 60-800 C kemudian diatur suhunya hingga mencapai suhu 60-800 C pada alat pasteurisator. Setelah suhu air dalam pasteurisator mencapai 60-800C, susu dimasukkan ke dalam pasteurisator selama 10 menit dan amati perubahan suhu pada susu dan air.


Perhitungan

Pengukuran suhu

Bahan hasil pasteurisasi

Oval: Bahan

Pasteurizer T=70oC

Pemanasan pada pasteurizer T= 700C

Pengukuran Suhu awal

Oval: Air

Gambar 9. Diagram Alir Percobaan Perpindahan Panas


IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini menguraikan mengenai : 4.1. Hasil Pengamatan dan
4.2. Pembahasan

4.1. Hasil Pengamatan

Hasil pengamatan dari percobaan pasteurisasi susu adalah :

Tabel 1. Data Pasteurisasi Susu

Keterangan

Hasil

Waktu

600 s

Volume air

0,7120 m3

Volume susu

0,5 L

T1 air

351 K

T2 air

348 K

T1 susu

291K

T2 susu

346 K

ΔTLMTD(air)

352,94 K

ΔTLMTD(susu)

317,73 K

Qair

248015,4742 kJ

Qsusu

629,979 kJ

Q total

247385,4937 kJ

Sumber : Gerry, Kelompok 4, Meja 2, (2010)

4.2. Pembahasan

Pasteurisasi merupakan pemanasan yang dilakukan pada suhu kurang dari 100ºC, akan tetapi dengan waktu yang bervariasi dari mulai beberapa detik sampai beberapa menit tergantung dari tingginya suhu tersebut. Makin tinggi suhu pasteurisasi, makin singkat proses pemanasannya. Pasteurisasi merupakan proses untuk menginaktifkan sel-sel vegetatif mikroba patogen, pembentuk toksin maupun sel pembusuk. Tinggi suhu dan lama pemanasan dalam pasteurisasi tergantung pada ketahanan mikroba yang akan dibunuh dan sensitifitas mutu makanan terhadap pemanasan. Tujuan utama pasteurisasi adalah untuk menonaktifkan sel-sel vegetatif mikroba patogen, pembentuk toksin maupun pembusuk. Tinggi suhu dan lama pemanasan pada pasteurisasi tergantung pada ketahanan panas mikroba yang akan dibunuh dan sensitifitas makanan terhadap pemanasan. Penggunaan metode HTST (High Temperature Short Time) biasanya menghasilkan produk dengan mutu yang lebih baik dibandingkan metode LTLT (Low Temperature Low Time). Pada pasteurisasi susu kondisi HTST yang digunakan adalah 161°F selama 15 detik. Untuk susu khususnya, pasteurisasi ini bertujuan untuk membunuh Coxiella burnetti, yaitu jenis mikroba riketsia yang dapat menyebabkan demam Q. Untuk minuman hasil fermentasi seperti bir dan anggur, pasteurisasi digunakan untuk membunuh kapang liar atau kontaminan (Wirakartakusumah, 1992).

Gambar 10. Pasteurizer

Yang terjadi pada alat pasteurisasi yaitu perpindahan secara konveksi dan konduksi. Konduksi yang terjadi pada pasteurizer yaitu ketika panas yang di berikan dari panas pipa ke air susu dari panas hasil konveksi air panas terhadap pipa.

Konduksi yaitu perpindahan panas melalui kontak langsung antara permukaan Contoh, Ketika tangan kita kedinginan kita akan merasa nyaman memegang gelas panas atau pada saat panas kita berbaring diatas lantai yang sejuk.

Konveksi yaitu perpindahan panas berdasarkan gerakan fluida dalam hal ini adalah udara, artinya panas tubuh dapat dihilangkan bergantung pada aliran udara yang melintasi tubuh manusia. Contoh, Kita akan merasa nyaman bila terkena hembusan angina pada saat kita berkeringat.

Radiasi perpindahan panas berdasarkan gelombang eletromagnetik, tubuh manusia mendapat panas dari pancaran panas yang lebih tinggi dan tubuh manusia dapat akan memancarkan panasnya secara radiasi ke setiap objek yang mempunyai suhu lebih dingin dari manusia,


V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini menguraikan mengenai: 5.1. Kesimpulan dan 5.2. Saran.

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang dilakukan, diperoleh data sebagai berikut, T1 air = 351 K, T2 air = 348 K, T1 susu = 291 K, T2 susu = 346 K, ΔTLMTD(air) = 352,94 K, ΔTLMTD(susu) = 317,73 K, Q air = 248015,4742 kJ, Q susu = 629,979 kJ, dan Q total = 247385,4937 kJ.

5.2 Saran

Pada praktikum percobaaan perpindahan panas diharapkan praktikan lebih teliti menentuan suhu dan menentukan ukuran.


DAFTAR PUSTAKA

Fellow, P., 1990, Food Processing Technology Principles and Practice, Ellis Horwood, New York.

Setiadi, Eveline, 2004, Insulasi, Pilihan Wajib untuk Kenyamanan Hidup Masa Kini, diambil dari http://www. kompas.com/ kompas- cetak/0401/15/metro/798269.htm

Wirakartakusumah, Aman. dkk, 1992, Peralatan Dan Unit Proses Industri Pangan, Institut Pertanian Bogor, Bogor.


LAMPIRAN PERPINDAHAN PANAS

Pasteurisasi Susu pada Suhu 78°C

Sampel = Susu Murni

V air = 0,1720 m3

V susu = 0,5 L

m air = 167,3604 kg

T1 air = 351 K

T2 air = 348 K

T1 susu = 291 K

T2 susu = 346 K

ΔTLMTD(air) = = = 352,94 K

m air = ρ. V

= (983,24 kg/m3)(0,1720 m3)

= 167,20

Qair = m × Cp × ΔTLMTD

Qair =167,20 × 4,198 × 352,94

Qair = 248015,4724 kJ

ΔTLMTD(susu) = = = 317,73 K

m susu = 0,515 kg

Qsusu = m × Cp × ΔTLMTD

Qsusu = 0,515 × 3,85 × 317,73

Qsusu = 627,979 kJ

Q perpindahan panas = Qair – Qsusu

Q perpindahan panas = 248015,4724 kJ – 629,979 kJ

= 247385,4937 kJ




Tidak ada komentar:

Poskan Komentar