LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK PENANGANAN HASIL PERTANIAN KARAKTERISTIK TERMAL BAHAN HASIL PERTANIAN (PENGUKURAN NILAI KAPASITAS KALOR)
Oleh :
Nama
: Wendi Irawan Dediarta
NPM
: 150310080137 150310080137
Hari, Tanggal Praktikum : Rabu, 23 Maret 2011 Waktu
: 16.00 – 17.00
Co. Ass.
: - Citra Pratiwi
- Wince Widaningsih
LABORATORIUM TEKNIK PASCA PANEN PROGRAM STUDI AGRIBISNIS FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN PADJADJARAN 2011
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Untuk mendapatkan produk pertanian yang berkulitas baik sampai pada tangan konsumen, maka dibutuhkan penanganan yang baik pula pada bahan hasil pertaniannya. Pengetahuan dan pemahaman mengenai karakteristik termal khususnya kapasitas kalor dari bahan hasil pertanian sangat penting untuk diketahui agar penanganan bahan hasil pertanian bisa dilakukan dengan baik. Dengan pengetahuan tetang kapasitas kalor tersebut maka bahan hasil pertanian dapat diperlakukan secara tepat baik dalam proses penyimpanan, distribusi, dan dalam proses pengolahan hingga menghasilkan produk pertanian yang berkualitas baik bagi konsumen. Untuk mengetahui kapasitas kalor dari bahan hasil pertanian maka yang perlu kita lakukan adalah dengan memasukkan sampel bahan ke dalam termos yang telah terisi air panas dengan massa dan suhu tertentu lalu menutup termos tersebut selama 15 menit. Setelah itu sampel bahan dikeluarkan untuk diukur suhunya dan juga suhu air dalam termos tersebut. Dengan asumsi bahwa panas yang terdapat pada bahan setara dengan panas air di termos tersebut, kita dapat menghitung panas spesifik pada sampel bahan tersebut. Jadi dengan demikian kita dapat mengetahui berapa besarnya panas yang diserap oleh bahan hasil pertanian tersebut selama dimasukkan dalam termos.
1.2 Tujuan Praktikum
Untuk menentukan panas spesifik (Cp) dari beberapa jenis bahan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Karakteristik termal bahan hasil pertanian sangat penting diketahui untuk membangun sebuah sistem pengolahan bahan hasil pertanian yang berhubungan dengan panas. Bahan-bahan pertanian, baik tanaman maupun hewan beserta produknya, tidak lepas dari perlakuan panas. Proses-proses utama adalah pemanasan, pendinginan, dan pembekuan. Tujuan perlakuan panas pada umumnya adalah pengawetan atau pencegahan terhadap pengecambahan. Pemanasan dan pendinginan bahan dapat dilakukan dengan konveksi, konduksi atau radiasi. Untuk menghitung proses-proses tersebut, pengetahuan tentang sifat panas seperti: panas spesifik, koefisien konduksi panas, koefisien difusi, koefisien absopsi atau emisi, sangat diperlukan. Dalam pemanasan dan pengeringan produk pertanian, adalah sangat penting untuk mengetahui berapa suhu harus diberikan dan untuk waktu berapa lama supaya tidak terjadi kerusakan. Sebagai contoh, kapasitas perkecambahan suatu benih turun dengan drastis apabila terkena panas yang berlebihan, sementara kualitas bahan-bahan lain mungkin memburuk. Ada beberapa macam karakteristik termal bahan hasil pertanian diantaranya : Panas spesifik ( specific heat ). ). Panas spesifik merupakan jumlah energi panas yang diserap atau dilepaskan oleh suatu berat bahan dalam suatu perubahan suhu, tanpa terjadi perubahan fasa bahan, atau jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu o
1 kg bahan sebesar 1 C. Pengetahuan tentang panas spesifik sangat diperlukan untuk perhitungan proses-proses pemanasan atau pendinginan. Panas spesifik bahan-bahan pertanian sangat tergantung pada lengas bahan tersebut. Persamaan umum dari panas spesifik adalah sebagai berikut :
Dimana : Cp = Panas spesifik (J/kg K) K) q
= Energi panas (J)
m
= Massa bahan (kg)
= Perbedaan suhu (K)
Pada suhu kamar, panas spesifik suatu bahan yang mengandung air dapat dihitung berdasarkan nilai-nilai panas spesifik dari bahan kering dan airnya: c = cd (1- U1 ) + cw U1 Dimana : c
= Panas spesifik (J/kg K)
cd
= Panas spesifik bahan kering
cw
= Panas spesifik air
U1 = Kadar lengas bahan (dihitung denganbasis basah)
Panas spesifik tepung (kanji) kering dan tepung padian (gandum, cantel) adalah sekitar 1.54 kJ kg -1 oC-1 (0.37 kcal kg-1 oC-1). Panas spesifik untuk padipadian lain pada kadar lengas yang berlainan bisa ditentukan menggunakan persamaan di atas. Panas spesifik bahan kering sayuran dan buah-buahan adalah 0.8-0.9 kJ kg -1 oC-1, dan untuk susu kering kaya lemak adalah 1.8-1.9 kJ kg -1 oC-1, menunjukkan bahwa panas spesifik bahan kering pada bahan yang berlainan adalah sangat berbeda. Panas spesifik untuk sayuran beku adalah kira-kira setengah dari nilai apabila diukur pada temperatur kamar. Pada umumnya, nilainya antara 1.8 dan 2.0 kJ kg-1 oC-1 (0.43-0.48 kcal kg -1 oC-1). Nilai-nilai yang lebih rendah ditunjukkan pada bahan-bahan yang mempunyai lengas rendah. Pada umumnya, panas spesifik sedikit naik dengan naiknya suhu, tetapi untuk beberapa kasus diperoleh kecenderungan sebaliknya. Pada interval suhu tersebut perubahan panas spesifik terhadap suhu bisa dikategorikan linier. Panas spesifik bahan hasil pertanian dapat diukur secara langsung l angsung dengan menggunakan bomb calorimeter atau dengan pendekatan menggunakan persamaan-persamaan
berikut: a. Persamaan Siebel Siebel (1918) dan 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.
b. Persamaan Choi dan Okos (Toledo, 1991) Bila pada persamaan Siebel boleh dikatakan cukup sederhana, maka persamaan Choi dan Okos ini lebih detail lagi dengan memasukkan komposisi bahan non lemak seperti protein, karbohidrat serat dan abu. Panas spesifik (J/ kg K) merupakan fungsi suhu (°C). Berikut ini panas spesifik berbagai komponen bahan.
Air diatas titik beku :
Panas spesifik campuran diatas titik beku adalah :
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).
Termal data for some food product
Termal data for some food product
Specific Heat of Water Fase : 0
Gas
: 1850 J/kg. C
Liqud
: 4180 J/kg. C
Solid
: 2060 J/kg. C
0 0
(http://en.wikipedia.org)
Konduktivitas termal (Thermal Conductivity) Konduktivitas termal merupakan jumlah panas yang dialirkan per
satuan luas dan satuan ketebalan dari suatu bahan dalam satuan waktu dengan perubahan sebesar satu satuan suhu. Nilai konduktivitas termal suatu bahan hasil pertanian ditentukan oleh komposisinya dan juga dari persentase ruang
kosong, bentuk, ukuran dam susunan ruang kosong serta faktor-faktor lain yang membatasi aliran panas. Menurut Choi dan Okos dalam Toledo (1991), konduktivitas termal bahan hasil pertanian ditentukan dengan persamaan :
Dimana : k = Konduktivitas termal (W/m K) ki = Komponen penyusun bahan Xvi
= Fraksi volume setiap komponen
Nilai konduktivitas termal dari komponen penyusun bahan yaitu :
Nilai fraksi volume (Xvi) setiap komponen dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut :
Dimana : Xi
= Fraksi massa komponen
ρi = Densitas komponen penyusun bahan ρ
= Densitas bahan
Adapun nilai dari densitas komponen penyusun bahan (ρi) dapat diketahui dengan menggunakan persamaan-persamaan persamaan-persamaan sebagai berikut :
Difusivitas termal (Thermal diffusivity) Difusivitas termal merupakan karakteristik termal yang digunakan
untuk menentukan laju aliran energi panas di dalam bahan hasil pertanian yang berwujud padat pada berbagai bentuk. Karakteristik ini berhubungan dengan kemampuan bahan untuk mengalirkan energi panas dan kemampuan untuk menyimpan energi panas. Difusivitas termal dapat ditentukan dengan menggunakan menggunakan persamaan sebagai berikut :
Dimana : α
= difusivitas termal (m2/s)
k
= konduktivitas termal (W/m K)
Cp
= panas spesifik (J/kg K)
ρ
= densitas massa (kg/m3)
Enthalpy) Entalpi ( Enthalpy
Entalpi merupakan kandungan energi panas dari suatu bahan. Secara umum entalpi digunakan untuk mengukur mengukur energi dalam uap air, yaitu
:
Dimana : Q = jumlah energi panas (J) m = massa (kg) h1
= entalpi pada suhu T1 (J/kg)
h2
= entalpi pada suhu T2 (J/kg)
Koefisien konduksi panas Laju atau kecepatan pemanasan dan pendinginan suatu bahan, seperti
profil perkembangan suhu didalamnya, sangat tergantung pada koefisien konduksi atau penghantaran panas, dan pengetahuan terhadap parameter ini sangat diperlukan untuk keperluan perhitungan. Seperti pada panas spesifik, koefisien konduksi panas tergantung pada kandungan lengas dan suhu, dan untuk bahan-bahan berongga ( porous), misalnya kumpulan bijian, juga tergantung pada porositas bahan. Untuk bahan-bahan berserat, arah aliran panas, sejajar atau memotong serat, juga merupakan salah satu faktor penentu. Koefisien-koefisien konduksi panas berbagai produk pertanian sebagai fungsi lengas. Koefisien konduksi panas yang relatif tinggi pada gandum disebabkan karena porositasnya yang rendah. Semakin tinggi porositas, semakin rendah koefisien konduksi panasnya. Koefisien konduksi panas bijian dalam bentuk tunggal dalam d alam tumpukan berbeda dengan koefisien dalam kesatuan kumpulannya . Efek suhu terhadap koefisien konduksi panas berlainan tergantung sifat bahannya. Koefisien konduksi panas pada air sedikit meningkat terhadap suhu, dan berdasarkan hal ini, kelakuan yang sama diperkirakan terjadi pada bahan-bahan yang mempunyai kadar lengas tinggi. Meski demikian, hasil pengukuran beberapa bahan justru menunjukkan hasil sebaliknya. Seperti ditunjukkan pada banyak data, koefisien konduksi panas pada kumpulan bijian dan cacahan rumputan adalah rendah. Dengan demikian, panas biologis yang muncul selama penyimpanan dalam volume yang besar ditransfer ke lingkungan dengan lambat.
BAB III METODOLOGI PENGAMATAN DAN PENGUKURAN
3.1 Alat Dan Bahan Alat :
Timbangan analitik
Termos
Water heater
Thermometer
Stopwatch
Gelas ukur
Beaker glass
Bahan :
Jeruk
Tomat
Air
3.2 Prosedur Praktikum
1. Memanaskan air dengan menggunakan water heater. 2. Menimbang bahan dengan menggunakan timbangan analitik (mb) dan mengukur suhu awal bahan (Tb 1) dengan asumsi Tb 1 = T ruangan yaitu o
o
25 C+273 = 293 K. 3. Menimbang air panas dengan menggunakan timbangan analitik ( ma). 4. Setelah selesai ditimbang, kemudian memasukkan air panas ke dalam termos sampai setengah tinggi termos dan mengukur suhunya (Ta 1). 5. Setelah suhu bahan awal dan suhu air awal diukur, kemudian memasukkan bahan ke dalam termos. 6. Menutup termos dan membiarkan selama 15 menit. 7. Setelah 15 menit, kemudian membuka tutup termos dan mengukur kembali suhu air (Ta2) dan suhu bahan (Tb 2). 8. Menghitung Cp bahan dengan menggunakan persamaan berikut :
qa = qb ma Cpa ΔTa = mb Cpb ΔTb
*asumsi panas hilang diabaikan.
dimana : ma
= massa air panas (kg)
mb
= massa bahan (kg)
Cpa
= panas spesifik air (kJ/kg K) = 4,18
Cpb
= panas spesifik bahan (kJ/kg K)
ΔTa
= perbedaan suhu air (K) = Ta 1-Ta2
ΔTb
= perbedaan suhu bahan (K) = Tb 1-Tb2
BAB IV HASIL PERCOBAAN
PARAMETER
BAHAN JERUK
TOMAT
mb
0,00733 kg
0,00889 kg
mt
0,3037 kg
0,29582 kg
mt+a
0,51566 kg
0,5306 kg
ma
0,21196 kg
0,23478 kg
Ta1
355,15 K
357,65 K
Ta2
334,15 K
340,15 K
ΔTa
21 K
17,5 K
Tb1
298,15 K
298,15 K
Tb2
338,15K
345,55 K
ΔTb
40 K
47,4 K
Jeruk qa = qb ma Cpa ΔTa = mb Cpb ΔTb 0,21196 x 4,18 x 21 = 0,00733 x Cpb x 40 18,60 = 0,2932 Cpb Cpb = 63,43 kJ/kg kJ/kg K
Tomat qa = qb ma Cpa ΔTa = mb Cpb ΔTb 0,23478 x 4,18 x 17,5 = 0,00889 x Cpb x 47,4 17,17 = 0,42 Cpb Cpb = 40,88 kJ/kg K
Diperoleh data kapasitas kalor (Cp) dari hasil percobaan untuk jeruk dan tomat yaitu : Praktikum Kapasitas kalor (Cp) Jeruk
Tomat
63,43 kJ/kg K
40,88 kJ/kg K
Sedangkan Sedangkan menurut literatur kapasitas kalor (Cp) untuk jeruk dan tomat yaitu :
Literatur Kapasitas kalor (Cp) Jeruk
Tomat o
3,77 kJ/kg C
o
3,98 kJ/kg C
BAB V PEMBAHASAN
Praktikum kali ini kami mengukur suhu bahan hasil pertanian setelah direndam dalam termos yang berisi air panas. Dalam praktikum ini bahan hasil pertanian yang kita gunakan adalah jeruk dan tomat. Setelah merendam bahan pada termos selama 15 menit kemudian mengukur menggunakan termometer dengan menempelkannya pada bahan. Hasil yang diperoleh dari percobaan pengukuran pengukuran nilai kapasitas kalor (Cp) jeruk dan tomat muncul nilai kapasitas kalor (Cp) yang berbeda. Untuk jeruk dalam percobaan ini dihasilkan nilai sebesar 53,89 kJ/kg K. Untuk tomat diperoleh nilai kapasitas kalor (Cp) yang lebih besar yaitu sebesar 63,56 kJ/kg K. Hal ini menunjukkan bahwa kapasitas kalor yang diserap jeruk dalam proses pemanasan selama 15 menit di dalam termos yaitu sebesar 53,89 kJ/kg K. Sedangkan kapasitas kalor yang diserap tomat saat pemanasan di dalam termos selama 15 menit yaitu sebesar 63,56 kJ/kg K. Jika dilihat dari literatur, kapasitas kalor jeruk nilai panas spesifiknya o
o
sebesar 3.77 kJ/kg C sedangkan untuk tomat sebesar 3,98 kJ/kg C. Perbedaan panas spesifik antara literatur dan percobaan yang cukup jauh sebenarnya masih dalam tahap yang wajar. Hal ini karena metode dan alat yang digunakan dalam pengukuran belum tentu sama, seperti misalnya lama perendaman bahan yang digunakan untuk literatur tersebut belum tentu sama dengan lama perendaman bahan yang kami lakukan. Ini tentu sangat mempengaruhi karena semakin lama bahan tersebut direndam maka suhunya akan bertambah sedangkan suhu air perendamnya perendamnya akan berkurang. Faktor lain yang juga sangat mempengaruhi adalah alat yang digunakan dalam merendam bahan tersebut. bila kita menggunakan termos dari plastik sebagai media rendam, maka bisa saja alat yang digunakan dalam mengukur data pada literatur tersebut menggunakan bahan yang lain yang kehilangan panasnya
kecil, sehingga panas yang diperoleh bahan dapat lebih banyak. Jadi dengan beberapa faktor dan pertimbangan diatas, wajarlah bila data yang diperoleh tidak mendekati data literatur. Dari percobaan tersebut juga terjadi perpindahan panas dari air panas ke bahan-bahan. Hal tersebut dapat terlihat dari meningkatnya suhu jeruk dari 298K menjadi 352,8K. Pada tomat terjadi kenaikan suhu dari 298K menjadi 348,K Dari hasil yang didapat terjdi perbedaan yang cukup besar antara nilai teoritis dan hasil perhitungan. Hal ini dikarenakan :
Kesalahan pembacaan skala pada termometer untuk penentuan besarnya suhu dari air dan bahan hasil pertanian.
Pada saat pengukuran suhu bahan akhir (Tb 2) dimana pada pengukuran suhu, termometer ditempatkan kurang masuk kedalam bahan, sehingga hasil yang didapat kurang akurat.
Dari data tersebut kita dapat menyimpukkan bahwa semakin besar kadar air suatu bahan maka panas spesifik bahan tersebut juga akan semakin besar pula.
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari percobaan mengenai pengukuran nilai kapasitas kalor suatu bahan pertanian dapat diambil kesimpulan yaitu:
– Tb1) suatu bahan hasil pertanian akan Massa dan perbedaan suhu (Tb 2 – Tb mempengaruhi besarnya kapasitas kalor
Suhu air awal mempengaruhi nilai kapasitas kalor yang dihasilkan
Panas spesifik suatu bahan berbanding lurus dengan kandungan air bahan
Semakin tinggi kadar air suatu bahan hasil pertanian maka semakin besar pula panas spesifik dari bahan tersebut.
Semakin besar nilai kehilangan panas pada termos maka semakin besar pula panas spesifik bahan yang terdapat dalam termos tersebut
5.2 Saran
Dari percobaan mengenai pengukuran nilai kapasitas kalor di laboratorium, peralatan yang ada kurang memadai sehingga harus menunggu giliran dari kelas lain. Sebaiknya pengadaan fasilitas peralatan percobaan disesuaikan dan dibenahi kembali agar praktikum dapat berjalan dengan lancar.
DAFTAR PUSTAKA
Sudaryanto, dkk. 2011. Penuntun Praktikum Mata Kuliah Teknologi Hasil Pertanian.
Fakultas
Teknologi
Industri
Pertanian
Universitas
Padjadjaran. Anonim.
2011.
Sifat-Sifat
Fisik
Bahan-Bahan
Pertanian.
http://bambangpurwantana.staff.ugm.ac http://bambangpurwantana.staff.ugm.ac.id/.../PengBhn03.d .id/.../PengBhn03.doc oc . (Diakses pada tanggal 28 Maret 2011). Anonim. 2008. Laporan Praktikum Karakteristik Termal Bahan Hasil Pertanian. www.scribd.com/doc/.../LAPORAN-PRAKTIKUM-3. http:// www.scribd.com/doc/.../LAPORAN-PRAKTIKUM-3.
(Diakses pada tanggal 28 Maret 2011). Anonim.
2008.
Kapasitas
Kalor
Bahan
Hasil
http://en.wikipedia.org/wiki/ http://en.wikipedia.org /wiki/ specific-heat-capacity.oc. specific-heat-capacity.oc. (Diakses pada tanggal 28 Maret 2011).
Pertanian.
LAMPIRAN
Gambar 1. Termos
Gambar 3. Alat pengukur suhu BHP
Gambar 2. Beaker Glass
Gambar 4. Pemasukan sampel ke dalam temos yang telah diisi air panas
Gambar 5. Pengeluaran sampel yang telah dimasukan ke dalam termos selama 15 menit
Gambar 6. Pengeluaran air dalam termos setelah dimasukan sampel selama 15 menit.
Gambar 7. Pengukuran suhu air kembali setelah sampel dimasukan dalam air di termos
Gambar 8. Pengukuran suhu sampel yang telah dimasukan dalam air panas selama 15 menit
