IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengamatan
Hasil pengamatan dari percobaan perpindahan panas antara susu dengan air adalah sebagai berikut:
Tabel 2. Hasil Pengamatan Perpindahan Panas
Keterangan Hasil Waktu 2 menit V air 0,008 m3 V susu 0,001 m3 T1 air 343 K T2 air 327 K T1 susu 295 K T2 susu 334 K ∆ TLMTD air 294,299 K Q perpindahan panas 9831,075 kj
(Sumber : Rianty Hedianti, Kelompok A, 2012) 4.2 Pembahasan
Suhu yang ditunjukkan termometer tak lain adalah suhu tiap sistem yang berada dalam kesetimbangan termal dengannya. Yang khas pada termometer adalah kepekaannya (perubahan koordinat keadaan akibat sedikit saja peerubahan suhu, dapat terukur), ketelitiannya dalam mengukur koordinat keadaan, dan reproduksibilitasnya (dapat diperbanyak). Satu lagi sifat yang sering dikehendaki dari termometer ialah kecepatannya mencapai kesetimbangan termal dengan sistem lainnya (Zemansky, 1982).
Pemindahan panas atau kalor merupakan suatu fenomena pemindahan energi. Peningkatan panas akan menyebabkan molekul-molekul bergerak lebih cepat, sehingga dengan diserapnya panas energi kinetika molekul akan meningkat. Bila molekul dengan kecepatan tinggi bertumbukan dengan molekul yang bergerak dengan kecepatan lebih rendah, maka panas akan dipindahkan, sehingga molekul yang lebih cepat akan kehilangan energi, sedangkan molekul yang lambat memperoleh tambahan energy (Zemansky, 1982).
Termometer yang banyak digunakan di laboratorium adalah termometer termokopel, berupa hubungan dua jenis logam atau logam campuran. Koordinat keadaan termometer ini adalah sebuah besaran kelitrikan yang disebut gaya gerak listrik (ggl) yang dapat diukur dengan potensiometer. Yang sering dipakai adalah termokopel yang salah satu hubungannya terbuat dari platina murni dan yang satu lagi 90% platina dan 10% rhodium. Tembaga dan suatu logam campuran yang disebut konstanta juga sering dipakai (Zemansky, 1982).
Termometer tahanan terdiri atas suatu kawat halus, yang biasanya terlindung oleh pipa perak berdinding tipis. Dengan kawat tembaga, termometer ini dihubungkan ke suatu alat pengukur tahanan, misalnya jembatan Whetatone. Karena tahanan dapat diukur dengan ketelitian yang tinggi, termometer tahanan merupakan salah satu alat pengukur suhu yang sangat teliti. Untuk mengukur suhu yang sangat rendah, haruslah dipakai tabung karbon berukuran kecil atau sepotongan kecil kristal germanium sebagai pengganti kumparan kawat halus yang terbuat dari platina (Zemansky, 1982).
Termometer gas terutama dipakai di lembaga standar dan di laboratorium riset universitas. Termometer itu biasanya besar, memakan tempat, dan lambat mencapai kesetimbangan termalnya. Tiap termometer yang dibicaraka diatas dapat dipakai untuk menunjukkan konstannya sutu suhu jika koordinat-keadaannya atausifat termotriknya tetap konstan. Dengan memakai alat tersebut terbuktikan bahwa suatu sistem yang terjadi dari bentuk padat dan bentuk cair bahan yang sama, pada tekanan tetap konstan akan berada dalam kesetimbangan fase hanya pada satu suhu tertentu. Begitu pula, suatu cairan akan berada dalam kesetimbangan fase dengan uapnya hanya pada satu suhu tertentu bila tekanan dibuat tetap konstan (Zemansky, 1982).
Sampai saat ini perkataan panas dipakai hanya dalam hubungannya dengan pengaliran atau perpindahan. Jadi pengaliran panas ialah perpindahan energi yang disebabkan hanya olh perbedaan suhu. Jika sepotong kawat tahanan terendam dalam zat cair atau terbalut zat padat, dan dimasukkan sebagai bagian sistem, timbulnya beda potensial konstan V dan arus konstan I dalam kawat tahanan itu membangkitkan suatu aliran energi yang disebut pengerjaan usaha (Zemansky, 1982).
Perpindahan panas konduksi adalah proses perpindahan panas yang terjadi secara merambat dari satu molekul ke molekul lainnya, tanpa berpindahnya molekul-molekul benda. Perpindahan panas cara ini terjadi pada benda-benda padat. Banyaknya panas yang berpindah dari daerah yang mempunyai suhu tinggi
ke daerah yang mempunyai suhu rendah per satuan luas permukaan perpindahan panas (Giancoli, 1998).
Perpindahan panas radiasi adalah merupakan proses perpindahan panas yang terjadi secara pancaran dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Perpindahan panas radiasi tidak memerlukan zat perantara atau medium. Gelombang elektromagnetik bergerak dengan kecepatan sama dengan kecepatan sinar dan mempunyai karakteristik panjang gelombang serta frekuensi yang sama (Giancoli, 1998).
Radiasi dengan panjang gelombang antara 0,8 sampai 400 mikrometer (infra merah) disebut radiasi panas, karena radiasi pada panjang gelombang ini langsung diserap oleh bahan dikonversikan menjadi panas. Sinar infra merah dipancarkan secara cepat pada permukaan bahan, sehingga biasa digunakan untuk pemanasan pada permukaan (Giancoli, 1998).
Semua bahan memancarkan radiasi elektromagnetik, jumlah dan panjang gelombang tergantung pada keadaan fisik dan suhu bahan tersebut. Sebagai perbandingan digunakan bahan yang memancarakn radiasi elektromagnetik secara maksimum, bahan ini disebut sebagai “black body” (Giancoli, 1998).
Menurut teori kinetik, suhu elemen suatu zat sebanding dengan energi kinetik rata-rata molekul-molekul yang membentuk elemen itu. Energi yang dimiliki oleh suatu elemen zat yang disebabkan oleh kecepatan dan posisis relatif molekul-molekulnya disebut energi dalam. Jadi, semakin cepat molekul bergerak, semakin tinggi suhu maupun energi dalam elemen zat. Pemindahan panas secara
konduksi terjadi bila energi panas dipindahkan dari satu molekul atau atom ke molekul atau atom sebelahnya tanpa merubah posisi molekul tersebut (Wirakartakusumah, 1992).
Perpindahan panas dalam heat exchanger dilakukan dengan mengkontakkan dua fluida melalui suatu bidang penukar panas. Fluida pemanas atau pendingin berada dalam suatu jaket, di dalam pipa atau di luar pipa. Luas bidang pemanas harus cukup sesuai dengan kebutuhan panas (Wirakartakusumah, 1992).
Penggunaan panas dalam pengolahan makanan dapat diklasifikasikan berdasarkan tujuan pemanasan. Beberapa bentuk pemanasan antara lain pemasakan, blansir, pasteurisasi dan sterilisasi. Pemasakan atau cooking adalah suatu proses yang tujuan utamanya untuk menghasilkan makanan yang dapat dan enak dimakan. Paling sedikit ada 6 jenis pemanasan, yaitu pemanggangan, perebusan, brioling, penggorengan dan stweing, baking, dan roasting menggunakan udara panas kering dengan suhu di atas 100 ºC, brioling dan
stewing dilakukan dengan memasukkan produk dalam air mendidih, sedangkan
penggorengan melibatkan pemakaian minyak dan suhu 150 ºC (Wirakartakusumah, 1992).
Percobaan perpindahan panas dilakukan dengan cara pasteurisasi dengan menggunakan alat Plat Heat Exchanger yaitu pasteurizer.
Gambar 8. Pasteurizer
Pasteurizer digunakan untuk memberikan heat treatment pada produk yang
telah dikemas. Pasteurizer yang digunakan berbentuk bak dari lempengan stainless steel berukuran 2 x 1 x 0.8 m. Sumber panas yang digunakan untuk menaikkan suhu air di dalamnya berasal dari steam (uap panas) yang dihasilkan dari boiler. Air tersebut berfungsi sebagai media penghantar panas dalam proses pasteurisasi. Uap panas dialirkan secara terus-menerus sampai suhu air yang ditunjukkan oleh termometer mencapai 85oC. Setelah mencapai suhu tersebut, suplai steam dihentikan dan kondisi tersebut dijaga selama 15 menit. Di sebelah
pasteurizer terdapat bak pendingin yang berfungsi untuk mendinginkan produk
setelah dipasteurisasi. Bak pendingin tersebut berisi air dengan suhu maksimum 15oC yang berasal dari cooler. Bak pendingin yang digunakan mempunyai ukuran yang sama dengan pasteurizer yang ada (Model Industri, 2010).
Perpindahan panas pada sampel susu ini menggunakan alat pasteurisasi dengan metode HTST (High Temperature Sort Time). Pasteurisasi yang sekarang umum dikerjakan, yaitu cara Batch dan High Temperature Short Time (HTST). Pasteurisasi cara Batch, pemanasan dilaksanakan dalam 2 tangki berdinding
rangkap dengan air panas yang dialirkan ke dalam dinding rangkap berupa lapisan tipis (spray system) dengan kecepatan tinggi atau dengan memenuhinya sama dengan medium pemanas tersebut (flooded system). Setelah pemanasan, susu didinginkan pada tangki yang sama dengan mengganti air panas dengan air dingin yang dialirkan melalui pipa yang sama. Pasteurisasi cara Batch biasanya digunakan oleh industri susu skala kecil mengingat kapasitas pengolahan susunya yang masih terbatas jumlahnya. Kebutuhan akan energi cukup besar untuk membuat air pemanas dan air pendingin untuk memanaskan dan mendinginkan susu. Sementara susu yang dihasilkan dalam jumlah yang sedikit. Ini sangat berpotensi mengalami kerugian dalam setiap proses pasteurisasi susu (Model Industri, 2010).
Pasteurisasi cara High Temperature Short Time (HTST), pemanasan cepat ini dilaksanakan dengan penghantar panas berupa plate heat exchanger yang menggunakan air panas sebagai medium pemanas. Susu yang telah dipanaskan ini kemudian dialirkan ke bagian regenerasi untuk memanaskan susu yang masih dingin dari tangki. Pendinginan sendiri dilakukan pada bagian pendinginan dengan menggunakan air dingin. Pasteurisasi cara High Temperature Short Time (HTST) dimanfaatkan oleh industri susu skala besar yang memerlukan teknologi tinggi serta energi yang besar pula. Memang cara ini lebih canggih dan modern daripada cara Batch, tapi belum memperhatikan efisiensi dan efektifitas penggunaan energi yang mana masih memerlukan air panas dan air dingin, yang
berarti dalam proses pasteurisasinya memerlukan energi untuk membuat air panas dan air dingin (Model Industri, 2010).
Mekanisme kerja alat ini adalah berdasarkan perpindahan panas konveksi dan konduksi.
Konduksi yaitu pengangkutan kalor melalui satu jenis zat. Sehingga perpindahan kalor secara hantaran atau konduksi merupakan satu proses pendalaman karena proses perpindahan kalor ini hanya terjadi di dalam bahan. Arah aliran energi kalor, adalah dari titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah, proses konduksi pada alat ini yaitu ketika air panas yang merambat pada plat stainlesteel tabung tempat mengalirnya susu sehingga menimbulkan perpindahan panas dari air panas ke pada plat stainlesteel tersebut. Sedangkan konveksi ialah pengangkutan kalor oleh gerak dari zat yang dipanaskan. Proses perpindahan kalor secara konveksi merupakan suatu fenomena permukaan. Proses konveksi ini hanya terjadi pada permukaan bahan. Proses konveksi pada alat ini yaitu ketika
plate panas yang memanaskan air sebagai media pemanas dan saat stainlessteel
memanaskan susu. Sedangkan proses konduksi yang terjadi pada alat ini adalah saat air yang telah panas kemudian memanaskan plat stainlessteel.
Gambar 4. Mekanisme Alat Pasteurizer
Pada umumnya tipe heat exchanger dibedakan menjadi 4 menurut aliran fluidanya, yaitu:
1. Pararel Flow, merupakan tipe HE dimana fluida panas dan dingin masuk pada ujung yang sama, mengalir dengan arah yang sama dan berakhir pada ujung yang sama pula.
2. Counter Flow, merupakan tipe HE yang fluida panas dan dingin masuk pada ujung yang berlawanan, mengalir secara berlawanan arah dan berakhir pada ujung yang berlawanan arah pula.
3. Cross Flow, aliran fluida melintang atau tegak lurus.
4. Gabungan antara ke dua atau ketiga tipe diatas (Hadiwiyoto, 2009).
Perubahan energi panas dari bahan dapat diketahui dari perubahan suhunya. Jika bahan dipanaskan maka suhu bahan berubah. Panas yang masuk dan
Milk Water
Hot Milk Hot Water
Hot Water
menyebabkan perubahan suhu disebut panas sensible, karena perubahan panas dapat dirasakan. Perpindahan panas yang tidak menyebabkan perubahan suhu disebut panas laten. Panas sesible dapat dihitung dengan persamaan berikut :
Q = m Cp dT
Dimana Q panas sensible yang dipidahkankan (BTU), m massa bahan, Cp kapasitas panas, dT perubahan suhu bahan (Wirakartakusumah, 1992).
Perpindahan panas adalah proses dinamik dimana panas dipindahkan dari bahan yang bersuhu tinggi kebahan yang bersuhu lebih rendah. Kecepatan pemindahan panas tergantung pada perbedaan suhu sehingga perbedaan suhu ini disebut driving forse untuk pemindah panas (Wirakartakusumah, 1992).
Perubahan energi panas dapat diketahui dari perubahan suhunya, skala suhu yang umum digunakan adalah derajat celcius, Fahrenheit serta skala-skala absolut derajat kelvin dan rankine. Hubungan skala-skala tersebut adalah sebagai berikut :
Tabel 3. Skala suhu 0
C 0 F 0 K 0 R