Panas spesifik tphp 3

I. PENDAHULUAN 0

Latar Belakang Pemahaman tentang sifat-sifat dari bahan hasil pertanian dan perubahan-

perubahan yang terjadi dapat digunakan untuk menilai dan menetapkan mutu bahan tersebut. Disamping itu hal tersebut dapat juga digunakan untuk menentukan cara-cara

penanganan dalam usaha mempertahankan mutunya.

Dalam hal ini diperlukan cara-cara analisis komponen penting yang berpengaruh terhadap mutu. Hasil pengolahan primer yang merupakan bahan baku pada proses pengolahan berikutnya diharapkan mempunyai sifet-sifat yang dikehendaki. Salah satunya yaitu panas spesifik yang merupakan salah satu dari karakteristik termal bahan hasil pertanian. Karakteristik termal bahan hasil pertanian sangat penting diketahui untuk membangun sebuah sistem pengolahan bahan hasil pertanian yang berhubungan dengan penggunaan termal, misalnya untuk perencanaan, pengendalian dan operasi dalam perlakuan seperti : 0

Pemanasan

1

Penggorengan dengan vacuum frying

2

Pengeringan

3

Pendinginan, dan

4

Pembekuan. Panas spesifik yang seperti telah diketahui merupakan salah satu dari

karakteristik termal dari suatu bahan hasil pertanian, dapat didefinisikan sebagai jumlah energi panas yang diserap atau dilepaskan oleh satuan massa bahan dalam suatu perubahan suhu , tanpa terjadi perubahan fasa dari bahan. 1

Tujuan Adapun tujuan dari kegiatan ini adalah menentukan panas spesifik (Cp)

dari beberapa jenis bahan.

II. TINJAUAN PUSTAKA Panas spesifik dapat didefinisikan sebagai jumlah energi panas yang diserap atau dilepaskan oleh satuan massa bahan dalam suatu perubahan suhu, tanpa terjadi perubahan fasa bahan (Zain,2005). Persamaan umum dari panas spesifik adalah sebagai berikut: Cp =

q m∆T

dimana Cp = panas spesifik (J/Kg K) q = energi panas (J) m = massa bahan (kg) ΔT = perbedaan suhu (K) Panas spesifik bahan pertanian

dapat diukur secara langsung dengan

menggunakan bomb calorimeter atau dengan menggunakan pendekatan persamaan-persamaan sebagai berikut: 0

Persamaan Siebel Siebel (1918) dalam Toledo (1991), menyatakan bahwa panas spesifik

untuk buah-buahan, sayuran dan konsentrat yang berasal dari tumbuhan yang tidak mengandung lemak memiliki nilai yang bervariasi sesuai dengan kadar airnya sehingga dengan demikian panas spesifik bahan merupakan rata-rata dari panas spesifik air dan panas spesifik padatannya. Persamaan panas spesifik bahan jika suhu bahan di atas titik beku adalah: Cp = 3349M + 837.36 Sedangkan jika suhu bahan di bawah titik beku, persamaannya adalah: Cp = 1256M + 837.36 Dimana: Cp = panas spesifik bahan (J/kg K) M = fraksi massa air

Apabila bahan mengandung lemak maka panas spesifik bahan ditentukan oleh fraksi massa lemak (F), fraksi massa padatan non lemak (SNF) dan fraksi massa air (M). Dengan demikian persamaannya adalah sebagai beikut: Suhu diatas titik beku : Cp = 1674.2 F + 837.36 SNF + 4186.8 M Suhu dibawah titik beku: Cp = 164.2 F + 837.36 SNF + 2093.4 M 1

Persamaan Choi dan Okos (Toledo,1991) Berbeda dngan Siebel, Choi dan Okos lebih detail lagi dengan

memasukkan komposisi bahan non lemak. Panas spesifik (J/kg K) merupakan fungsi suhu (oC). Berikut ini panas spesifik berbagai komponen bahan: Protein : Cpp = 2008.2 + (1208.9 x 10-3 T) – (1312.9 X 10-6 T2) Lemak: Cpp = 1984.2 + (1473.3 x 10-3 T) – (4800.8 X 10-6 T2) Karbohidrat : Cpp = 1548.8 + (1962.5 x 10-3 T) – (5939.9 X 10-6 T2) Serat : Cpp = 1845.9 + (1930.6 x 10-3 T) – (4650.9 X 10-6 T2) Abu : Cpp =1092.6 + (1889.6 x 10-3 T) – (3681.7. X 10-6 T2) Air diatas titik beku: Cpp = 4176.2 + (9.0862 x 10-5 T) – (3681.1 X 10-6 T2) Panas spesifik campuran diatas titik beku adalah: Cp = P(Cpp) + F(Cpt) + C(Ccpc) + Fi(Cpfi) + A(Cpa) + M(Cwaf) dimana P, F, C, Fi, A, dan M merupakan fraksi massa dari protein , lemak, karbohidrat, serat, abu, dan air.

Heat Capacity of Liquid Water at 101.325 kPa ( 1 atm) Temperature o C K 0 273.15 10 283.15 20 293.15 30 303.15 40 313.15 50 323.15 60 333.15 70 343.15 80 353.15 90 363.15 100 373.15 Geankoplis, Christine J.,(1978)

Heat Capacity Cp Cal/groC 1.0080 1.0019 0.9989 0.9987 0.9987 0.9992 1.0001 1.0013 1.0029 1.0050 1.0076

kJ/kg K 4.22 4.195 4.185 4.181 4.181 4.183 4.187 4.192 4.199 4.208 4.219

Termal data for some food product Food product Fruit Apples Bananas Grapefruit Peaches Pineapples watermelons

Specific Heat kJ/kgoC Above Freezing Below Freezing 3.6 3.35 3.81 3.78 3.68 4.06

1.88 1.76 1.93 1.93 1.88 2.01

Termal data for some food product Food

Specific Heat Capacity Above Freezing Below Freezing Apple 0.87 btu/lboF 0.42 btu/lboF o 3.64 kJ/kg C 1.76 kJ/kgoC Oranges 0.9 btu/lboF 0.43 btu/lboF 3.77 kJ/kgoC 1.8 kJ/kgoC http://www.engineeringtoolbox.com/

Specific Heat of Water Fase : 0

Gas

: 1850 J/kg.0C

1

Liqud

: 4180 J/kg.0C

2

Solid

: 2060 J/kg.0C

(http://en.wikipedia.org)

III. METODOLOGI 3.1. Waktu dan Tempat Praktikum ini dilaksanakan pada, Hari

: Sabtu

Tanggal

: 15 Oktober 2005

Waktu

: 11.00-13..00

Tempat

: Laboratorium Teknik Pascapanen

3.2. Bahan dan Alat Adapun bahan-bahan dan alat-alat yang digunakan adalah: Bahan : 0

Apel

1

Jeruk

2

Air

Alat 0

: Timbangan analitik

: untuk menimbang massa apel,jeruk dan air

panas. 1

Termos

: untuk menempatkan air panas dan bahan pecobaan

2

Water heater

: untuk memanaskan air.

3

Termometer

: untuk mengukur suhu air panas dan bahan-bahan.

4

Stopwatch

: untuk menghitung lamanya waktu percobaan.

5

Gelas ukur

: untuk mengukur volume.

3.3. Metode 0

Memanaskan air dengan menggunakan water heater

1

Menimbang bahan dengan meggunakan timbangan analitik (mb) dan

ukurlah suhu bahan awal (Tb1) dengan asumsi Tb1 = Truangan 2

Menimbang air panas dengan menggunakan timbangan analitik (ma)

3

Setelah selesai ditimbang, air panas dimasukkan ke dalam termos dan

ukurlah suhunya. 4

Setelah suhu bahan awal dan suhu air awal diukur, bahan dimasukkan ke

dalam termos. 5

Menutup termos dan dibiarkan selama 15 menit.

6

Setelah 15 menit, tutup termos dibuka dan diukur kembali suhu air (Ta2)

dan suhu bahan (Tb2). 7

Menghitung Cp bahan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: qa = qb macpa ∆ Ta = mb cpb ∆ Tb dimana:

ma = massa air panas (kg) mb = massa bahan (kg) cpa = kapasitas panas spesifik air (kJ/kg K) cpb = kapasitas panas spesifik bahan (kJ/kg K) ∆ Ta = perbedaan suhu air (K) = Ta1 – Ta2 ∆ Tb = perbadaan suhu bahan (K) = Tb2-Tb1

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Apel SAMPEL KE-

MASSA

SUHU AWAL

SUHU AKHIR

1 2

BAHAN 112.7 gr 98.5 gr

BAHAN 27 0C 27 0C

BAHAN 50 0C 55 0C

Jeruk

∆ Tb 23 K 28 K

∆ Tb

SAMPEL KE-

MASSA

SUHU AWAL

SUHU AKHIR

1 2 3

BAHAN 78.5 gr 66.1 gr 72.3 gr

BAHAN 27 0C 27 0C 27 0C

BAHAN 54 0C 56 0C 59 0C

27 K 29 K 32 K

MASSA AIR

SUHU AWAL

SUHU AKHIR

∆ TB

507.5 gr 516.4 gr

AIR 77 0C 850C

AIR 60 0C 640C

17 K 21 K

Air PADA BAHAN Apel Jeruk

Perhitungan untuk mencari Cp: JERUK Jeruk 1. qa = qb ma c pa ∆Ta = mb c pb ∆Tb 0.5164 kg × 4180 .9 J / kgK × 21 K = 0.0785 kg × c pb × 27 K

45339.35 J= 2.1195kg K x Cpb c pb =

45339 .35 J 2.1195

kgK

cpb = 21391.53 J/kgK Jeruk 2. qa = qb ma c pa ∆Ta = mb c pb ∆Tb 0.5164 kg × 4180 .9 J / kgK × 21 K = 0.0861 kg × c pb × 29 K

45339.35 J = 2.4108 kg K x Cpb c pb =

45339 .35 J 2.4108

kgK

cpb = 18806.77 J/kgK Jeruk 3. qa = qb

ma c pa ∆Ta = mb c pb ∆Tb 0.5164 kg × 4180 .9 J / kgK × 21 K = 0.0723 kg × c pb × 32 K

45339.35 = 2.3136K x Cpb c pb =

45339 .35 J 2.3136

kgK

cpb = 19601.96 J/kgK Panas

Spesifik

Rata −rata =19933 .56 J / kgK

= 19.93 kJ/kgK APEL Apel 1. qa = qb ma c pa ∆Ta = mb c pb ∆Tb 0.5075 kg × 4180 .9 J / kgK × 17 K = 0.1127 kg × c pb × 23 K

36070.71J= 2.5921kg K x Cpb c pb =

36070 .71 J 2.5921

kgK

cpb =13915.634 J/kgK Apel 2. qa = qb ma c pa ∆Ta = mb c pb ∆Tb 0.5075 kg × 4180 .9 J / kgK ×17 K = 0.0983 kg × c pb × 28 K

360770.71J= 2.758 kg.K x Cpb c pb =

36070 .71 J 2.758 kgK

cpb = 13078.576 J/kgK Panas

Spesifik

Rata −rata =13497 .1034

J / kgK

= 13.5 KJ/kgK 4.2. Pembahasan

Pada kegiatan praktikum kali ini, yaitu mengenai karakteristik termal suatu bahan hasil pertanian yang dikhususkan pada penentuan panas spesifik (Cp) atau yang sering disebut juga specific heat capacity dari bahan hasil pertanian. Pengetahuan mengenai karakteristik termal bahan hasil pertanian sangat penting diketahui untuk membangun sebuah sistem pengolahan bahan hasil pertanian yang berhubungan dengan penggunaan termal. Dari data hasil pengamatan dapat disimpulkan sebagai beikut: No

Bahan Hasil Pertanian

1 2

Apel Jeruk

Panas Spesifik (Cp) KJ/kgK 13.5 19.93

Merujuk dari data diatas dapat dinyatakan bahwa nilai panas spesifik dari apel 13.5 kJ/kgK dan jeruk 19.93 kJ/kgK. Hal ini berbeda dengan literature yang didapatkan, Earle(1983) dalam table termal data for some food product menyatakan bahwa nilai panas spesifik dari apel 3.6 kJ/kgoC. Dan dari http://www.engineeringtoolbox.com menyebutkan bahwa nilai panas spesifik dari apel sebesar 0.87 btu/lboF atau 3.64 kJ/kgoC, sedangkan untuk jeruk nilai panas spesifiknya sebesar 0.9 btu/lboF atau 3.77 kJ/kgoC. Dari percobaan tersebut juga terjadi perpindahan panas dari air panas ke bahan-bahan. Hal tersebut dapat terlihat dari meningkatnya suhu jeruk dari 270C menjadi 540C untuk jeruk 1, 560C untuk jeruk 2, dan 59oC untuk jeruk 3. Begitu pula dengan suhu apel dari 27oC menjadi 50oC untuk apel 1, dan 55oC untuk apel 2. Penentuan nilai Cp suatu bahan menggunakan persamaan sebagai berikut: qa = qb macpa ∆ Ta = mb cpb ∆ Tb dimana: ma = massa air panas (kg) mb = massa bahan (kg) cpa = kapasitas panas spesifik air (kJ/kg K) cpb = kapasitas panas spesifik bahan (kJ/kg K)

∆ Ta = perbedaan suhu air (K) = Ta1 – Ta2 ∆ Tb = perbadaan suhu bahan (K) = Tb2-Tb1 Dari hasil yang didapat terjdi perbedaan yang cukup besar antara nilai teoritis dan hasil perhitungan. Hal ini dikarenakan : 0

Kesalahan pembacaan skala pada termometer untuk penentuan besarnya

suhu dari air dan bahan hasil pertanian. 1

Pada saat pengukuran suhu bahan akhir (Tb2) dimana pada pengukuran

suhu, termometer ditempatkan kurang masuk kedalam bahan, sehingga hasil yang didapat kurang akurat.

V. KESIMPULAN 0

Panas spesifik merupakan sebagai jumlah energi panas yang diserap atau

dilepaskan oleh satuan massa bahan dalam suatu perubahan suhu, tanpa terjadi perubahan fasa bahan. 1

Suhu bahan meningkat atau naik setelah dimasukkan ke dalam air panas

2

Suhu air menurun setelah bahan dimasukkan ke dalam air

3

Kalor berpindah dari medium bersuhu tinggi ke medium yang suhunya

lebih rendah, terlihat adanya perbedaan antara suhu awal dengan suhu akhir dari bahan dan air. 4

Nilai panas spesifik dari setiap bahan berbeda – beda begantung pada

karakteistik bahan penyusunnya.

VI. DAFTAR PUSTAKA

Earle, R.L.1983.Unit Operations in Food Processing.2nd ed.Pergamon Press International Library. Oxfrod. Geankoplis, C.J. 1983.Transport Processes and Unit Operataions.Allyn and Bacon, Inc., Colorado Zain, Sudaryanto. Dkk. Teknik Penanganan Hasil Pertanian. Penerbit Pustaka Giratuna: Bandung. http://www.engineeringtoolbox.com/specific-heat-capacity-food-24295.html. 2005.20/10/2005.11:13 AM http://en.wikipedia.org/wiki/ specific-heat-capacity. 2005..20/10/2005. 11:45 AM

LAPORAN PRAKTIKUM TPHP KARAKTERISTIK TERMAL BAHAN HASIL PERTANIAN (Panas Spesifik)

Oleh: CHAERUL WAHIDIN E1E03004

LABORATORIUM TEKNIK PASCA PANEN JURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN 2005