LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA TERAPAN ACARA IV PERPINDAHAN PANAS
Disusun oleh: Fadhil Alfiyanto Rahman Shinta Meutia Herlina
(A1F015071) ( A1F015081 )
KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS PERTANIAN PURWOKERTO 2016
I.
PENDAHULUAN A. Latar belakang
Dalam kehidupan sehari-hari banyak terlihat fenomena perpindahan panas dari material atau fluida yang mempunyai temperatur lebih tinggi ke material atau fluida yang mempunyai temperatur lebih rendah. Perpindahan panas (heat transfer) adalah proses perpindahan energi dari suatu benda atau sistem yang suhunya lebih tinggi ke benda atau sistem lain yang suhunya lebih rendah sebagai akibat adanya gaya dorong (driving force) perbedaan temperature. Kecepatan pindah panas ini akan bergantung pada perbedaan suhu antar kedua kondisi. Semakin besar perbedaan, maka semakin besar kecepatan pindah panasnya. Ada tiga bentuk mekanisme perpindahan panas yang diketahui, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Perpindahan panas dari suatu zat ke zat lain sering terjadi berulang-ulang dalam industri pangan seperti proses memasak, membakar, sterilisasi ataupun pendinginan termasuk ke dalam perpindahan panas. Pada kebanyakan pengerjaan, diperlukan pemasukan atau pengeluaran kalor, untuk mencapai dan mempertahankan keadaan yang dibutuhkan sewaktu proses berlangsung. Ilmu perpindahan panas tidak hanya membahas bagaimana energi itu berpindah dari suatu bagian ke bagian lainnya tetapi juga meramalkan laju perpindahan energi pada kondisi-kondisi tertentu. Oleh karena itu, untuk lebih memahami proses pindah panas, maka dilakukanlah praktikum perpindaahan kalor.
B. Tujuan Percobaan ini bertujuan untuk memelajari perpindahan panas konduksi pada alat pemasak dan bahan pangan padat.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
Kalor merupakan bentuk energi. Perubahan jumlah kalor pada suatu benda ditandai dengan kenaikan dan penurunan suhu atau bahkan perubahan wujud benda tersebut. Jika benda menerima kalor, suhunya akan naik. Banyak kalor yang akan diterima atau dilepaskan suatu benda sebanding dengan besar kenaikan dan penurunan suhunya. Secara matematis hubungan antara banyak kalor dan kenaikan suhu ditulis sebagai berikut Q = m. c. ΔT Dimana: Q = Kalor (J) m = Massa air (kg) ΔT = Perubahan Suhu (oC) c = Kalor Jenis air (J/kg oC) Kalor jenis zat (cv) adalah kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikkan suhunya sebesar satu satuan suhu pada volume konstan dengan kalor jenis air diambil 4.200 J/kgoC. Kemudian Q merupakan hasil kali dari daya dan waktu maka : Q = P.t Dimana : P = Daya (watt) t = Waktu (sekon) Banyaknya kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap. Pernyataan ini pertama kali oleh black. Oleh karena itu, pernyataan tersebut sering disebut asas Black, secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut: Qterima = Qlepas Pada umumnya terdapat tiga proses perpindahan panas yaitu radiasi, konveksi, dan konduksi. Radiasi atau pancaran merupakan perpindahan panas melalui gelombang dari suatu zat ke zat yang lain. Semua benda memancarkan panas. Keadaan ini baru terbukti setelah suhu meningkat. Pada hakekatnya proses perpindahan perpindahan
radiasi terjadi dengan perantaraan foton dan juga gelombang elektromagnet. Terdapat dua teori yang berbeda untuk menerangkan bagaimana proses radiasi itu terjadi. Semua bahan pada suhu mutlak tertentu akan menyinari sejumlah energi ka1or tertentu. Semakin tinggi suhu bahan tadi maka semakin tinggi pula energi ka1or yang disinarkan. Proses radiasi adalah fenomena permukaan. Proses radiasi tidak terjadi pada bagian dalam bahan. Tetapi suatu bahan apabila menerima sinar, maka banyak ha1 yang boleh terjadi. Energi ka1or yang menimpa suatu permukaan, sebagian akan dipantulkan, sebagian akan diserap ke da1am bahan, dan sebagian akan menembus bahan dan terus ke luar. Jadi da1am mempelajari perpindahan ka1or radiasi akan dilibatkan suatu fisik permukaan (Masyitah dan Haryanto 2006) Konveksi atau aliran adalah pengangkutan ka1or oleh gerak dari zat yang dipanaskan. Proses perpindahan panas secara aliran atau konveksi merupakan satu fenomena permukaan. Proses konveksi hanya terjadi di permukaan bahan. Jadi dalam proses ini struktur bagian dalam bahan kurang penting. Keadaan permukaan dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan permukaan itu adalah yang utama. Lazimnya, keadaan keseirnbangan termodinamik di dalam bahan akibat proses konduksi, suhu permukaan bahan akan berbeda dari suhu sekelilingnya. Dalam hal ini dikatakan suhu permukaan adalah T1 dan suhu udara sekeliling adalah T2 dengan Tl>T2. Kini terdapat keadaan suhu tidak seimbang diantara bahan dengan sekelilingnya. Perpindahan kalor dengan jalan aliran dalam industri kimia merupakan cara pengangkutan kalor yang paling banyak dipakai. Konveksi hanya dapat terjadi melalui zat yang mengalir, maka bentuk pengangkutan ka1or ini hanya terdapat pada zat cair dan gas. Pada pemanasan zat ini terjadi aliran, karena masa yang akan dipanaskan tidak sekaligus dibawa kesuhu yang sama tinggi. Oleh karena itu bagian yang paling banyak atau yang pertama dipanaskan memperoleh masa jenis yang lebih kecil daripada bagian masa yang lebih dingin. Sebagai akibatnya terjadi sirkulasi, sehingga kalor tersebar pada seluruh zat (Masyitah dan Haryanto 2006).
Perpindahan kalor secara konduksi adalah proses perpindahan kalor dimana kalor mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah dalam suatu medium (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung sehingga terjadi pertukaran energi dan momentum. Laju perpindahan panas yang terjadi pada perpindahan panas konduksi adalah berbanding dengan gradien suhu normal sesuai dengan persamaan berikut persamaan Dasar Konduksi :
Keterangan : q = Laju Perpindahan Panas (kj / det,W) k = Konduktifitas Termal (W/m.°C) A = Luas Penampang (m²) dT = Perbedaan Temperatur ( °C, °F ) dX = Perbedaan Jarak (m / det) ΔT = Perubahan Suhu ( °C, °F ) dT/dx = gradient temperatur kearah perpindahan kalor. konstanta positif ”k” disebut konduktifitas atau kehantaran termal benda itu, sedangkan tanda minus disisipkan agar memenuhi hokum kedua termodinamika, yaitu bahwa kalor mengalir ketempat yang lebih rendah dalam skala temperatur. (J.P. Holman, hal: 2) Konduktivitas termal suatu bahan adalah ukuran kemampuan bahan untuk menghantarkan panas. Berlaku untuk sebuah bahan berbentuk balok dengan penampang lintang A, energy yang dipindahkan persatuan waktu antara dua permukaan berjarak l. (Halauddin, 2006) Hubungan dasar aliran panas melalui konduksi adalah perbandingan antara laju aliran panas yang melintas permukaan isothermal dan gradient yang terdapat pada
permukaan tersebut berlaku pada setiap titik dalam suatu benda pada setiap titik dalam suatu benda pada setiap waktu yang dikenal dengan hukum fourier (Muttaqin, 2012).
III.
METODE A. Alat dan Bahan
Alat : 1. Wajan aluminium 2. Wajan Teflon 3. Wajan tanah 4. Kompor Bahan : Tahu putih
B. Prosedur Kerja 1. Transfer panas pada wajan Kompor dinyalakan dengan api sedang, suhu diukur di pusat wajan pada detik ke-0, 10, 20, 30, 40, 50, dan 60. Suhunya dicatat dan dibuat grafik perubahan suhu terhadap waktu
2. Transfer panas pada bahan pangan
Kompor dinyalakan sampai suhu wajan stabil
Potongan tahu diletakkan dengan tebal dan luas tertentu di atas kompor sampai sisi bahan yang lain terasa hangat
Suhu pada masing-masing permukaan diukur
Jumlah panas yang ditransfe dihitung dengan menggunakan hukum Fourier (catatan : konduktivitas bahan dihitung dengan pendekatan rumus konduktivitas untuk buh dan sayur dengankadar air > 60%: k=0,148+0,00493 W, W adalah kadar air bahan).
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Pengamatan 1. Transfer Panas pada Wajan
Wajan Alumunium Waktu (s)
Suhu (oC)
0
32
10
42
20
62
30
78
40
88
50
98
60
108
Suhu pada wajan Alumunium 120 y = 1.3071x + 33.357 R² = 0.984
suhu (oC)
100 80 60 40 20 0 0
10
20
30
40
waktu (s)
50
60
70
Wajan Teflon Waktu (s)
Suhu (oC)
0
28
10
29
20
41
30
58
40
78
50
93
60
113
Suhu pada wajan teflon 120 y = 1.5x + 17.857 R² = 0.967
suhu (oC)
100 80 60 40 20 0 0
10
20
30
40
waktu (s)
50
60
70
Wajan Tanah Waktu (s)
Suhu (oC)
0
28
10
28
20
29
30
32
40
42
50
53
60
68
Suhu pada wajan tanah 80 70 y = 0.6536x + 20.393 R² = 0.8364
suhu (oC)
60 50 40 30 20 10 0 0
10
20
30
40
waktu (s)
50
60
70
2. Transfer Panas pada Bahan Pangan
Tahu dengan wajan alumunium Waktu (detik)
Suhu (oC)
0
29
10
42
12
43
14
45
18
47
20
49
SUHU TA HU PA DA WA JA N A LUMI NI UM 60 y = 0.9828x + 30.379 R² = 0.9652
SUHU (OC)
50 40 30 20 10 0 0
5
10
15 WAKTU (S)
Diketahui : P = 5 cm L = 3 cm t = 3 cm
20
25
Perhitungan :
ΛT
= 42 - 29
Λx
3 = 13 = 4,3 3
K
= 0, 148 + ( 0, 00493.80 ) = 0, 148 + 0, 3944 = 0, 5424
L. A
= 2 ( pl + pt + lt ) = 2 ( 5.3 + 5.3 + 3.3 ) = 2. ( 39 ) = 78
Q
= - KA . ΛT Λx = - ( 0, 5424. 78 . 4,4 ) = 181, 92
Tahu dengan wajan teflon Waktu (detik)
Suhu (oC)
0
28
10
50
12
53
14
54
18
54
20
51
suhu tahu pada wajan teflon 80 70
y = 3.3368x R² = -2.075
suhu (oC)
60 50 40 30 20 10 0 0
5
10
15
waktu (s)
Diketahui : P = 5 cm L = 4 cm t = 3 cm
20
25
Perhitungan :
ΛT
= 50 - 28
Λx
4 = 22 = 5,50 4
K
= 0, 148 + ( 0, 00493.80 ) = 0, 148 + 0, 3944 = 0, 5424
L. A
= 2 ( pl + pt + lt ) = 2 ( 5.4 + 5.3 + 4.3 ) = 2. ( 47 ) = 94
Q
= - KA . ΛT Λx = - ( 0, 5424. 94 . 5,5 ) = 280,42
Tahu dengan wajan tanah Waktu (detik)
Suhu (oC)
0
30
10
54
12
55
14
56
18
58
20
55
suhu tahu pada wajan tanah 70 y = 1.3103x + 35.172 R² = 0.7771
60
suhu (oC)
50 40 30 20 10 0 0
5
10
15
waktu (s)
Diketahui : P = 4 cm L = 3 cm t = 5 cm
20
25
Perhitungan :
ΛT
= 54 - 30
Λx
3 = 24 = 8 3
K
= 0, 148 + ( 0, 00493.80 ) = 0, 148 + 0, 3944 = 0, 5424
L. A
= 2 ( pl + pt + lt ) = 2 ( 4.3 + 4.5 + 3.5 ) = 2. ( 47) = 94
Q
= - KA . ΛT Λx = - ( 0, 5424. 94 . 8 ) = 407,8
B. Pembahasan Pada praktikum perpindahan panas kali ini bertujuan untuk mempelajari perpindahan panas konduksi pada alat pemasak dan bahan pangan padat. Untuk membuktikannya, dilakukan dua percobaan, yaitu transfer panas pada wajan dan transfer panas pada bahan pangan. Pada percobaan transfer panas pada wajan, digunakan tiga jenis wajan yang berbeda, yaitu wajan aluminium, wajan Teflon, dan wajan tanah. Percobaan dilakukan dengan cara mengukur suhu di pusat wajan menggunakan thermometer dengan waktu 0, 10, 20, 30, 40, 50, dan 60 detik secara berturut-turut. Hasil dari percobaan ini menunjukkan bahwa transfer panas yang paling cepat dan baik secara berturut-turut adalah pada wajan aluminium, wajan teflon, dan wajan tanah, hal ini dapat terlihat pada grafik perubahan suhu terhadap waktu pada hasil pengamatan. Perbedaan transfer tersebut dipengaruhi oleh perbedaan material pada alat penggorengan, dalam percobaan ini adalah wajan. Logam adalah bahan yang memiliki sifat keras dan mengkilat, serta tahan terhadap suhu yang sangat tinggi. Logam juga dapat menghantarkan panas dengan baik, sehingga logam termasuk bahan konduktor. Apabila kita menggoreng dengan menggunakan wajan dari logam adalah salah satu contoh pemanfaatan sifat konduktor pada logam. Logam menghantarkan panas api dari kompor menuju ke masakan hingga menyebabkannya matang. Beberapa jenis logam yang mampu menghantarkan panas dengan baik adalah besi, baja, aluminium, tembaga, kuningan, dan nikel. Bahan dasar teflon atau polytetrafluoroethylene (PTFE) adalah fluorocarbon solid, karena berat molekul senyawa seluruhnya terdiri dari karbon dan fluor . Neither water and water-containing substances nor oil and oil-containing substances are wet by PTFE, as fluorocarbons demonstrate mitigated London dispersion forces due to the high electronegativity of fluorine. Baik air dan air yang mengandung zat atau minyak dan minyak yang mengandung zat yang basah oleh PTFE, sebagai fluorocarbons
menunjukkan dikurangi gaya dispersi London karena tingginya elektronegativitas fluor. PTFE has one of the lowest coefficients of friction against any solid. PTFE memiliki salah satu koefisien terendah dari gesekan terhadap setiap padat. Teflon adalah bahan sintetik yang sangat kuat, umumnya berwama putih. Teflon tahan terhadap panas sampai kira-kira 250°C.Di atas 250°C teflon mulai melunak, di dalam api akan meleleh dan sulit menjadi arang. Berat jenisnya kira-kira 2,2 g/cmI. Teflon tidak tahan terhadap larutan alkali hidroksida juga kurang tahan terhadap hidrokarbon yang mengandung khlor. Wajan tanah terbuat dari bahan dasar tanah, tanah merupakan bahan yang termasuk bahan yang tidak dapat menghantarkan panas dengan baik sehingga proses perpindahan panas pada wajan tanah berlangsung lambat. Pada percobaan ke-2 adalah transfer panas pada bahan pangan, dimana kita menggunakan wajan aluminium, wajan teflon dan wajan tanah sebagai penghantar panasnya sedangkan kita juga menggunakan tahu sebagai bahan panganya. Pada transfer panas pada bahan pangan yang pertama kita menggunakan wajan aluminium sebagai media penghantar panasnya dimana didapatkan hasil pengamatan bahwa suhu paling tinggi 490C dan setelah dilakukan perhitungan dengan hokum forier didapatkan hasil 181,92 W. Sedangkan pada wajan teflon didapatkan dengan suhu tertinggi 510C dan dilakukan perhitungn dengan menggunakan hokum forier didapatkan 280, 42 W. Pada transfer panas menggunakan wajan tanah didapatkan suhu tertinggi pada tahu adalah 550C dan setelah dilakukan perhitungan menggunakan hokum forier didapatkan hasil 407,8 W. Pada transfer panas bahan pangan didapatkan perbedaan suhu karena dimana penghantar yang berbeda pula. Pindah panas pada bahan pangan merupakan salah satu fenomena transpor yang penting dalam pengolahan. Panas digunakan untuk menaikkan suhu makanan atau panas diambil dari bahan makanan seperti halnya pada proses pendinginan atau pembekuan. Panas berperanan dalam merangsang atau menghambat suatu reaksi kimiawi misalnya dalam reaksi pencoklatan atau proses inaktivasi enzim.
Pengambilan panas dalam refrigerator dapat menurunkan kecepatan reaksi. Panas itu sendiri berpengaruh terhadap perubahan aroma.
V.
PENUTUP
A. Kesimpulan Bahan wajan yang digunakan dalam pengolahan pangan sangat berpengaruh dalam transfer panas. Dari pengamatan yang dilakukan, didapatkan hasil bahwa pada wajan alumunium paling cepat menghantarkan panas. Panas mudah sekali diserap alumunium. Daya hantar panas semakin cepat apabila dialiri panas karena sifat aluminium yang ringan. Yang kedua yaitu wajan teflon, wajan teflon menyerap panas secara bertahap dan dapat meredam panas. Yang paling lambat menghantarkan panas yaitu wajan tanah. Pada transfer panas dengan wajan tanah daya hantar panas sedikit sehingga perubahan suhu yang diperoleh juga tidak terlalu cepat dibandingkan dengan teflon dan alumunium. Transfer panas pada bahan pangan juga tetap dipengaruhi oleh penghantarnya. Pada transfer panas bahan pangan didapatkan perbedaan suhu karena dimana penghantar yang berbeda pula. B. Saran Diharapkan asisten praktikum lebih memahami dengan benar tentang materi dan cara kerja pada praktikum yang akan dilaksanakan agar acara praktikum berjalan dengan lancar dan mendapatkan hasil yang semestinya.
DAFTAR PUSTAKA Mara, I Made. 2012. Analisis Penyerapan Gas Karbondioksida (CO2) Dengan Larutan NaOH terhadap Kualitas Biogas Kotoran Sapi. Jurnal. Vol. 2 No. 1. Januari 2012. Mataram: Fakultas Teknik Universitas Mataram. J.P. Holman, hal: 2 dalam Muttaqin, Zaenal. 2012. Pengujian Efektivitas Penukar Kalor Multi Flat Plate Heat Exchanger Aluminium Dengan Aliran Cross Flow. Skripsi. Semarang: Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin. Masyithah, Z dan Haryanto, B. 2006. Perpindahan Panas. Medan: USU. Halauddin, 2006. Pengukuran Konduktivitas Termal Bata Merah Pejal. Jurnal Gradien. Vol. 2. No. 2. Bengkulu: Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Bengkulu.
LAMPIRAN DOKUMENTASI 1. Transfer Panas pada Wajan a. Wajan Aluminium
b. Wajan Teflon
c. Wajan Tanah
2. Transfer Panas pada Bahan Pangan
LAMPIRAN ACCAN
LAMPIRAN ACCAN
