Pindah panas peralihan, Summaries of Food Process Engineering

Download Pindah panas peralihan and more Summaries Food Process Engineering in PDF only on Docsity!

PINDAH PANAS PERALIHAN (TRANSISI) II

Laporan Hermina Novia Tobing 170305059 II/

LABORATORIUM DASAR SATUAN OPERASI

PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

ABSTRAK

Pindah panas di dalam pengolahan hasil pertanian sangat berperan, antara lain bahwa hampir seluruh hasil pertanian mengalami proses pemanasan atau pengeringan sedangkan untuk hasil ternak mengalami proses pendinginan. Perpindahan panas adalah salah satu dari disiplin ilmu teknik termal yang mempelajari cara menghasilkan panas, menggunakan panas, mengubah panas, dan menukarkan panas diantara sistem fisik. Mekanisme perpindahan panas dibagi menjadi konduksi (hantaran), konveksi, dan radiasi (sinar). Terjadi tiga kali pengulangan pada tempe dengan waktu 0, 5, 10, 15, dan 20 menit. Di setiap suhu dalam maupun luar diperoleh hasil yang berbeda. Dalam percobaan pada tempe, air direbus sampai mendidih pada 100oC dan tempe dimasukkan ke dalam heater atau bisa juga panci. Grafik hubungan antara waktu terhadap suhu dibuat dengan menggunakan estimasi kalkulator dan perkiraan dengan metode grafik (metode Ball). Suhu luar dengan menggunakan estimasi kalkulator yaitu 17, menit. Sedangkan dengan metode grafik diperoleh pada 0 menit suhunya yaitu 50 oC, pada 5 menit suhunya yaitu 44,81oC, pada 10 menit suhunya yaitu 40,42oC, pada 15 menit suhunya yaitu 36,82oC, dan pada 20 menit suhunya yaitu 33,92oC. Dari hasil praktikum, didapat bahwa semakin lama tempe dibiarkan, maka suhu tempe akan semakin menurun. Hal ini disebabkan energi panas pada tempe berpindah pada lingkungan sekitar karena suhu lingkungan lebih rendah daripada suhu tempe. Energi panas akan berpidah dari temperatur yang lebih tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Perpindahan ini akan terus terjadi hingga suhu pada tempe dan suhu lingkungan seimbang atau mendekati sama. Tujuan percobaan ini adalah untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan untuk menyamakan suhu bahan dengan suhu perebusan dan untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan oleh suatu bahan agar suhunya menyamai suhu kamar.

keduanya memiliki temperatur yang sama pada suatu titik kesetimbangan termal. Perpindahan panas secara spontan terjadi dari tempat bertemperatur tinggi ke tempat bertemperatur rendah, seperti yang dijelaskan oleh hukum kedua termodinamika. Formulasi Kelvin-Planck atau hukum termodinamika kedua menyebutkan bahwa adalah tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah, dengan kata lain tidak semua proses di alam semesta adalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Aliran energi kalor memiliki arah yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor. Konveksi terjadi ketika aliran bahan curah atau fluida (gas atau cairan) membawa panas bersama dengan aliran materi. Aliran fluida dapat terjadi karena proses eksternal, seperti gravitasi atau gaya apung akibat energi panas mengembangkan volume fluida. Konveksi paksa terjadi ketika fluida dipaksa mengalir menggunakan pompa, kipas atau cara mekanis lainnya. Tujuan Percobaan Adapun tujuan percobaan ini adalah untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan untuk menyamakan suhu bahan dengan suhu perebusan dan untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan oleh suatu bahan agar suhunya menyamai suhu kamar.

TINJAUAN PUSTAKA

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ketempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali. Dalam suatu proses, panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu suatu zat dan atau perubahan tekanan, reaksi kimia, dan kelistrikan. Proses terjadinya perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung, yaitu fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah dan secara tidak langsung, yaitu bila diantara fluida panas dan fluida dingin tidak berhubungan langsung tetapi dipisahkan oleh sekat-sekat pemisah. Perpindahan panas secara konduksi merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antara yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikut oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisik. Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat dibandingkan molekul-molekul benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat ini, tenaganya dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih cepat maka akan memberikan panas (Suswanto, dkk., 2015). Perpindahan panas secara konveksi yaitu perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel atau zat tersebut secara fisik. Perpindahan panas konveksi yaitu konveksi dapat terjadi pada fluida mengalir (zat cair dan gas). Perpindahan panas secara konveksi terdiri dari dua macam yaitu perpindahan panas secara konveksi paksa dan perpindahan panas secara konveksi bebas. Perpindahan panas secara konveksi paksa ditandai dengan adanya fluida yang bergerak disebabkan oleh peralatan bantu. Alat bantu untuk menggerakkan fluida dapat berupa kipas angina, blower, pompa, dll. Kedua yaitu perpindahan panas secara konveksi bebas yaitu ditandai dengan adanya fluida bergerak yang disebabkan karena adanya perbedaan massa jenisnya. Jadi pergerakan aliran fluida tidak disebabkan karena adanya alat bantu pergerakan. Prosedur untuk menghitung laju perpindahan panas secara konveksi paksa dan bebas berbeda- beda (Nuryanto, 2002). Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi karena pancaran/sinaran/radiasi gelombang elektromagnetik, tanpa memerlukan

kedelai. Sedangkan flavour yang spesifik disebabkan oleh terjadinya degradasi komponen-komponen dalam kedelai selama fermentasi (Anonim, 2010). Sterilisasi adalah operasi yang paling penting dalam proses pengalengan makanan. Proses ini bertujuan untuk menghancurkan mikroba pembusuk dan patogen, membuat produk menjadi cukup masak, tekstur dan cita rasa sesuai dengan yang diinginkan. Oleh karena itu proses pemanasan ini harus dilakukan pada suhu yang cukup tinggi untuk menghancurkan mikroba, tetapi tidak boleh terlalu tinggi sehingga membuat produk menjadi terlalu masak. Jumlah panas yang diperlukan untuk sterilisasi yang memadai tergantung pada beberapa faktor antara lain ukuran kaleng, jenis bahan, pH, jenis mikroba, suhu awal bahan, dan sumber panas (Kiziltas, dkk., 2010). Selama proses sterilisasi berlangsung, suhu produk tidak akan segera mencapai suhu sesuai dengan yang dikehendaki, tetapi rambatan panas terjadi secara perlahan-lahan. Kecepatan perambatan panas ke dalam makanan dapat diketahui dengan heat penetration test dengan menempatkan termokopel pada bagian terdingin ( cold spot ). Model perpindahan panas yang terjadi pada sterilisasi makanan kaleng akan mengikuti koordinat silinder (Stoforos, 1995).

METODE

Waktu dan Tempat Percobaan Percobaan yang berjudul Pindah Panas Peralihan (Transisi) II dilakukan pada hari Rabu, 2 8 November 2018 di Laboratorium Dasar Satuan Operasi Program Studi Ilmu dan Teknolohi Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan. Bahan Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah tempe, bakso, sosis, kentang mini, telur puyuh rebus (kupas kulit), tahu atau bahan lain yang ditentukan dan air. Alat Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah heater , termometer, termokopel, penjepit, stopwatch , jangka sorong, kalkulator 3600, kertas grafik, diagram Heissler, diagram Schneider, dan diagram untuk metode Ball. Prosedur Percobaan

1. Tebal bahan dan suhu ruangan diukur pada saat percobaan.
2. Air direbus sampai mendidih pada 100oC.
3. Bahan dimasukkan ke dalam heater selama 10 menit lalu diangkat semuanya dan didinginkan dengan udara.
4. Suhu pendinginan diukur selama 0, 5, 10, 15, dan 20 menit, setiap perlakuan dilakukan sebanyak tiga kali pengulangan. Bahan yang dibutuhkan adalah 3 x 5 = 15 buah.
5. Suhu pendinginan yang 0 menit langsung diukur segera setelah bahan dikeluarkan dari air mendidih. Selanjutnya stopwatch dinyalakan dan waktu mulai dihitung. Waktu terus berlanjut artinya menit ke 5 setelah 5 menit di suhu ruang dan seterusnya.
6. Waktu yang dibutuhkan agar suhu bahan menyamai suhu ruangan atau suhu udara di ruangan dihitung dengan metode estimasi dan metode grafik.

HASIL

Tabel 1. Suhu tempe pada 0 menit Tempe Suhu Pusat (°C) Ulangan I 80 Ulangan II 85 Ulangan III 88 Rata-rata 84, Tabel 2. Suhu tempe pada 5 menit Tempe Suhu Pusat (°C) Ulangan I 50 Ulangan II 51 Ulangan III 55 Rata-rata 52 Tabel 3. Suhu tempe pada 10 menit Tempe Suhu Pusat (°C) Ulangan I 36 Ulangan II 38 Ulangan III 39 Rata-rata 37, Tabel 4. Suhu tempe pada 15 menit Tempe Suhu Pusat (°C) Ulangan I 33 Ulangan II 35 Ulangan III 35 Rata-rata 34, Tabel 5. Suhu tempe pada 20 menit Tempe Suhu Pusat (°C) Ulangan I 32 Ulangan II 32 Ulangan III 32 Rata-rata 32

1. Waktu pindah panas dengan menggunakan estimasi kalkulator t = Mode + 2 + Shift + AC + 0 (Suhu I RUN 5 (Suhu II RUN 10(Suhu III RUN 15(Suhu IV RUN 20 (Suhu V RUN suhu ruangan + Shift) t = Mode + 2 + Shift + AC + 0 (84,33 RUN 5 ( 52 RUN 10(37,66 RUN 15 (34,33 RUN 20 (3 2 RUN 31 + Shift) t = 17,44 menit
2. Perkiraan dengan metode grafik (metode Ball) Menentukan nilai Bi Diketahui: h = 300 W/m^2 K = 300 W/m^2 C r = 2 cm = 2x 10-2^ m L= r/2 = 1 x 10-2^ m K= 0,552 W/mC Bi = h x L k

300 W / m 2 C x 0,01 m 0,552 W / mC Bi = 5, Berdasarkan nilai Bi maka didapat nilai Fh x ∝ dc 2 =^ 1,6 dan nilai Jc = 1, 25 Jika diketahui nilai ∝ tempe = 4,695 x 10-3^ ft^2 /hr setara dengan 12, 117795 x 10 -8^ m^2 /s.  Fh x ∝ dc 2 =^ 1, 1,6 = Fh x ∝ dc 2 Fh = 1,6 x dc 2 ∝ Fh = 1,6 x 10 − 4 m 2 12,117795 x 10 − 8 m 2 / s Fh = 1.320, 372 s Fh = 22,0062 menit  Diketahui : Fh= 1.320,372 s Jc= 1, T = 90^0 C

Log (T - T) =

t Fh

+ log [Jc (T - Ti)]

Log (9 50 C - T) =

( 5 x 60 ) 1320 , 372

+ log [1,25 ( 950 C – 310 C)]

Log (9 50 C - T) =

• log [1,25(62)] Log (90^0 C - T) = 0,2272 + log 80 0 C Log (90^0 C - T) = 1, log 95 log T

= 2,12 0 C

Log 9 5 = 2,12 0 C log T

T =

T = 44,81^0 C

 Pada suhu 10 menit

Log (T - T) =

t Fh

+ log [Jc (T - Ti)]

Log (9 50 C - T) =

10 x 60 1320 , 372

• log [1,25 ( 950 C – 310 C)] Log (9 50 C - T) = 0,4544 + log 80 log 95 log T

= 2,35 0 C

Log 9 5 = 2,35 0 C log T

T =

T = 40,42^0 C

Rasio pada 1 0 menit : Ts − T Ti − T

T (^) = Suhu ruang Ti= Suhu awal (t=0) Ts = Suhu 5 menit

 Pada suhu 15 menit

Log (T - T) =

t Fh

• log [Jc (T - Ti)] Log (9 50 C - T) = 15 x 60 1320 , 372
• log [1,25 ( 950 C – 310 C)] Log (9 50 C - T) =

+ log [ 80 ]

Log (9 50 C - T) = 0,68165 + log 80 log 95 log T

= 2,58 0 C

Log 9 5 = 2,58 0 C log T T =

T = 36,82^0 C

 Pada suhu 20 menit

Log (T - T) =

t Fh

• log [Jc (T - Ti)] Log (9 50 C - T) = 20 x 60 1320 , 372
• log [1,25 ( 950 C – 310 C)] Log (9 50 C - T) = 0, 90 + log 80 log 95 log T

= 2,8 0 C

Log 9 5 = 2,58 0 C log T T =

T = 33,92^0 C

Rasio pada 15 menit : Ts − T Ti − T

T = Suhu ruang Ti= Suhu awal (t=0) Ts = Suhu 5 menit

yaitu 0 menit, 5 menit, 10 menit, 15 menit, dan 20 menit dengan pengulangan pada tempe masing-masing waktu sebanyak 3 kali. Diamati perubahan suhu dari tempe. Didapat hasil bahwa semakin lama tempe dibiarkan di ruang terbuka dengan suhu ruang, suhu tempe akan semakin menurun. Hasil yang didapat, pada saat menit ke-5 di ulangan pertama, bagian dalam tempe suhunya adalah 46oC, sedangkan disaat 10 menit menjadi 39oC. Begitu pula pada saat menit ke-15, suhunya semakin menurun lagi, yaitu 35oC. Dan pengamatan terakhir yaitu sampe menit ke-20. Tempe mengalami penurunan suhu kembali di menit ke-20, yaitu menjadi 30oC. Hal ini membuktikan bahwa panas dapat berpindah dari satu zat ke zat lain. Dalam praktikum ini, suhu tempe menurun karena energi panas pada tempe berpindah pada udara disekitarmya dimana suhu disekitarnya lebih rendah daripada tempe, sehingga energi panas dari tempe berpindah pada lingkungan. Hasil praktikum ini dapat membuktikan teori bahwa perpindahan kalor merupakan perpindahan kalor dari tempat yang bertemperatur tinggi ke temperatur lebih rendah, jadi panas dapat berpindah karena adanya beda temperatur. Suhu ruang yang pada saat itu lebih rendah daripada suhu tempe yang baru direbus, membuat energi panas dari tempe berpindah ke lingkungan sekitar tempe. Berikut adalah waktu pindah panas dengan menggunakan estimasi kalkulator yaitu suhu luar t = Mode + 2 + Shift + AC + 0 (Suhu I RUN 5 (Suhu II RUN 10(Suhu III RUN 15(Suhu IV RUN 20 (Suhu V RUN suhu ruangan + Shift) t = Mode + 2 + Shift + AC + 0 (63,33 RUN 5 (43,67 RUN 10(38, RUN 15 (34 RUN 20 (31 RUN 27 + Shift) t = 17,44 menit Perkiraan dengan metode grafik (metode Ball)  Menentukan nilai Bi Diketahui: h = 300 W/m^2 K = 300 W/m^2 C r= 2 cm = 2x 10-2^ m L = r/2 = 1 x 10-2^ m K = 0,552 W/mC Bi = h x L k

300 W / m 2 C x 0,01 m 0,552 W / mC Bi = 5,

 Berdasarkan nilai Bi maka didapat nilai Fh x ∝ dc 2 =^ 1,6 dan nilai Jc = 1, 25  Jika diketahui nilai ∝^ tempe = 4,695 x 10-3^ ft^2 /hr setara dengan 12, 117795 x 10-8^ m^2 /s.  Fh x ∝ dc 2 =^ 1, 1,6 = Fh x ∝ dc 2 Fh = 1,6 x dc 2 ∝ Fh = 1,6 x 10 − 4 m 2 12,117795 x 10 − 8 m 2 / s Fh = 1.320, 372 s Fh = 22,0062 menit  Diketahui : Fh= 1.320,372 s Jc= 1, T = 90^0 C Ti= 28^0 C

Log (T - T) =

t Fh

+ log [Jc (T - Ti)]

 Pada waktu 0 menit

Log (T - T) =

− t Fh

+ log [Jc (T - Ti)]

Rasio pada 0 menit : Ts − T Ti − T

T (^) = Suhu ruang Ti= Suhu awal (t=0) Ts = Suhu 5 menit

Log (T - T) =

t Fh

+ log [Jc (T - Ti)]

Log (9 50 C - T) =

10 x 60 1320 , 372

• log [1,25 ( 950 C – 310 C)] Log (9 50 C - T) = 0,4544 + log 80 log 95 log T

= 2,35 0 C

Log 9 5 = 2,35 0 C log T

T =

T = 40,42^0 C

 Pada suhu 15 menit

Log (T - T) =

t Fh

• log [Jc (T - Ti)] Log (9 50 C - T) = 15 x 60 1320 , 372
• log [1,25 ( 950 C – 310 C)] Log (9 50 C - T) =

+ log [ 80 ]

Log (9 50 C - T) = 0,68165 + log 80 log 95 log T

= 2,58 0 C

Log 9 5 = 2,58 0 C log T T =

T = 36,82^0 C

 Pada suhu 20 menit Rasio pada 15 menit : Ts − T Ti − T

T (^) = Suhu ruang Ti= Suhu awal (t=0) Ts = Suhu 5 menit

Log (T - T) =

t Fh

• log [Jc (T - Ti)] Log (9 50 C - T) = 20 x 60 1320 , 372
• log [1,25 ( 950 C – 310 C)] Log (9 50 C - T) = 0, 90 + log 80 log 95 log T

= 2,8 0 C

Log 9 5 = 2,58 0 C log T T =

T = 33,92^0 C

Pada praktikum ini perhitungan dengan menggunakan metode Ball dilakukan apabila rasio suhu <0,7, maka dilakukan pembuktian untuk membuktikan hasil pada praktikum sama atau tidak dengan teori pada perhitungan. Namun data yang didapat dari hasil praktikum dengan penggunaan metode Ball pada praktikum ini, kami mendapatkan hasil yang tidak sesuai dengan teori, karena dari data didapat perubahan suhu bahan menjadi lebih dingin setelah diangkat dari perebusan dimana waktu pendinginan semakin lama namun suhunya semakin tinggi. Hal ini tidak sesuai dengan teori Newton pada tahun 1701 yang menyatakan bahwa temperatur berbanding lurus dengan waktu. Bila temperatur sistem lebih tinggi daripada temperatur sekitarnya, maka akan terjadi pendinginan pada sistem atau penurunan temperatur dan demikian pun sebaliknya. Apabila perbedaan temperatur sistem dan sekitarnya kecil maka dengan sendirinya perubahan temperatur pada sistem adalah kecil juga karena perubahan temperatur maksimum dari sistem adalah menyamai temperatur sekitarnya. Bagi to>ts terjadi pendinginan yakni penurunan temperatur sistem dan bagi to<ts terjadi pemanasan atau kenaikan temperatur. Hal ini mungkin juga dapat disebabkan karena penggunaan kalkulator yang tidak benar, kesalahan pada saat input data, data suhu yang tidak sesuai, ukuran benda (tempe) yang tidak seragam, dan faktor-faktor lainnya yang dapat mempengaruhi hasil pada data saat dilakukan praktikum. Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan pangan makin cepat pemindahan panas ke dalam bahan dan makin cepat pula penghilangan air dari bahan. Koefisien pindah panas konveksi (h) merupakan