ACARA II PENENTUAN PANAS SPESIFIK BAHAN
I.
Tujuan Praktikum
a. Mahasiswa mampu memahami salah satu metode penentuan panas spesifik bahan hasil pertanian b. Mahasiswa dapat menentukan besarnya panas spesifik bahan hasil pertanian
II. Tinjauan Pustaka
a. Tinjauan Alat Bahan Alat yang terpenting dalam praktikum ini ialah kalorimetri (calorimeter ). ). Kalorimetri adalah pengukuran panas secara kuantitatif yang masuk selama proses kimia atau selama perubahan panas. Kalorimeter adalah alat untuk mengukur panas dari reaksi yang dikeluarkan. Sebagai contoh, jika energi dari reaksi kimia eksotermal diserap air, perubahan suhu dalam air akan mengukur jumlah panas yang ditambahkan. Kalorimeter digunakan untuk menghitung energi dari makanan dengan membakar makanan dalam atmosfer dan mengukur jumlah energi yang meningkat dalam suhu kalorimeter. Prinsip kerja kalorimeter dimulai dari masuknya listrik melewati kumparan, ada daya disipasi yang berupa panas, dan selanjutnya akan menaikkan suhu air (Nurfauziawati, 2010). Kapasitas
kalorimetrik
kalorimeter
(C-calorimeter ) (C-calorimeter
dapat
ditentukan dengan menggunakan 600 g air suling pada 5ºC dan 300 g air suling pada 90ºC. Dalam hal ini, panas spesifik (Cp) juga dapat ditentukan dengan menggunakan 300 g bahan pada 90 ºC dan 600 g air suling pada 5 ºC. Sebelum percobaan, sampel disimpan untuk menjamin suhu awal yang diinginkan. Selain itu, kalorimeter dipertahankan dengan sampel pada suhu awal yang diinginkan. Untuk memberikan hasil yang valid, percobaan dilakukan dalam tiga ulangan (Oliveira, 2012).
Penggunaan kalorimeter yang terpenting adalah penentuan kalor spesifik zat yang dikenal sebagai “metode campuran”; contoh zat dipanaskan sampai suhu tinggi, yang diukur secara akurat, dan kemudian dimasukkan secara tepat dalam kalorimeter yang berisi air dingin. Kalor yang hilang oleh zat akan diterima oleh air dan kalorimeter. Dengan mengukur
suhu
akhir
campuran,
kalor
spesifik
dapat
dihitung
(Giancoli, 1997). Adapun bahan yang diperlukan dalam praktikum ini ialah kopi. Dalam hal ini, disajikan tabel kalor panas spesifik dua jenis kopi pada waktu penyimpanan yang diteliti sebagai berikut. Waktu 1 hari
Kopi Cp (J/kg K) Robusta 4,005.756
43 hari 29 hari
Robusta Robusta
4,013.794 4,007.737
15 hari 1 hari 15 hari
Robusta Arabika Arabika
4,006.737 3,700.927 3,700.927
29 hari 43 hari
Arabika Arabika
3,700.927 3,700.927
(Lilis, 2001). Adapun bahan yang dipakai ialah tepung beras. Panas spesifik tepung beras sama dengan panas spesifik tepung padian (gandum, cantel) yang juga memiliki nilai sama dengan panas spesifik tepung kering (kanji) sebesar 1.54 kJ/(kg)( oC) = 0.37 kcal/(kg)(oC). Panas spesifik untuk padi padian lain dapat ditentukan dengan kadar lengas yang berlainan. Sedangkan panas spesifik bahan kering sayuran dan buah-buahan adalah 0.8-0.9 kJ/(kg)( oC) dan untuk susu kering kaya lemak adalah 1.8-1.9 kJ/(kg)(oC), menunjukkan bahwa panas spesifik bahan kering pada bahan yang berlainan adalah sangat berbeda (Fathina, 2013). Selain itu, karakteristik tepung beras, diantaranya dilihat dari kadar air yang dikandungnya. Tepung beras yang terfosforilasi ternyata memiliki kadar air yang beragam. Kadar air tepung beras biasa umumnya lebih tinggi kadar air tepung beras terfosforilasi. Hal ini kemungkinan
disebabkan oleh adanya perbedaan dalam proses pengeringan awal. Tepung beras biasa dikeringkan dengan cara dijemur, dimana suhu tidak terkontrol dan tidak kontinyu, sedangkan tepung beras terfosforilasi dikeringkan dengan oven blower pada suhu yang terkontrol (45 0C) dan berlangsung kontinyu (Munarso, 2004).
b. Tinjauan Teori Sifat
fisik
bahan
makanan
berbasis
pertanian
dapat
dikelompokkan menjadi 5 kategori yaitu sifat termofisik/thermal, meliputi konduktivitas thermal, kapasitas panas spesifik, titik beku dan besaran besaran termofisik lainnya yang merupakan fungsi suhu dan komposisi bahan, sifat mekanik (rheologi dan tekstur), meliputi viskositas, modulus elastis, gaya tekan, dan sifat bahan makanan cair dan padat, sifat kelistrikan, meliputi konduktivitas terhadap arus searah berfrekuensi 50 Hz dan permitivitas dielektrik kompleks pada frekuensi 915 dan 2450 MHz, koefisien difusi dan sifat penjerapan terhadap air, berkaitan dengan keamanan terhadap aktivitas mikrobiologi, sifat optik (spektral dan warna). Dalam hal ini, percobaan bertujuan mengetahui fisik bahan pangan pertanian bersifat termofisik (Aziz, 2007). Bahan pertanian juga dibutuhkan dalam pengolahan makanan. Pengolahan makanan melibatkan pemanasan atau pendinginan bahan pangan berbagai komposisi lebih dari berbagai suhu. Desain optimal proses membutuhkan pengetahuan tentang sifat teknis bahan makanan termasuk sifat termal sebagai fungsi dari variabel yang relevan dengan kondisi pengolahan dan penyimpanan. Panas spesifik (cp) merupakan parameter
penting
yang
sangat
termodinamika
digunakan
dalam
perpindahan panas dan perhitungan neraca energi. Panas spesifik sensitif terhadap komposisi bahan tertentu jika memanaskan komponen individu yang berbeda dan interaksi antar komponen material. Panas spesifik material biasanya meningkat sebagai fungsi temperatur. Peralatan, waktu, dan tenaga kerja yang terkait dengan generasi data eksperimen yang akurat
untuk membuat basis data yang relevan dengan pengolahan dan kondisi penyimpanan dapat menjadi substansial (Kaletunc, 2006). Untuk pengolahan bahan pertanian, yang berhubungan dengan panas spesifik bahan pertanian, misalnya dilakukan penggorengan. Pengulangan penggorengan pada suhu tinggi akan mempengaruhi mutu kimia dan organoleptik minyak goreng. Cita rasa makanan yang digoreng akan dipengaruhi oleh kualitas minyak goreng, bahan dan proses penggorengan. “ Deep frying ” menurunkan asam lemak tak jenuh pada minyak dan meningkatkan buih, warna, viskositas, densitas, panas spesifik dan kandungan asam lemak bebas, komponen polar dan komponen polimerik (Aminah, 2010). Penggorengan tersebut memerlukan sejumlah kalor. Kalor atau energi kalor adalah jumlah energi yang dipindahkan antara dua benda yang pada awalnya mempunyai suhu berbeda. Perubahan suhu sejumlah senyawa tertentu dapat digunakan sebagai pengukuran jumlah kalor yang dipindahkan ke atau dari senyawa tersebut. Karena kalor, seperti halnya kerja, adalah bentuk perpindahan energi, sehingga satuan yang tepat adalah Joule (Oxtoby, 2001). Cara kerja kalor ialah dengan perpindahan panasnya. Kalor dapat berpindah dalam tiga cara yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Perpindahan kalor secara konduksi lebih cepat dibanding cara konveksi, sedangkan perpindahan kalor melalui radiasi paling lambat dibanding cara aliran yang lain. Konduksi kalor biasanya bermedium padat dan perpindahan kalor itu disebabkan oleh perpindahan tenaga getar atom ke atom tetangganya. Adapun konveksi kalor biasa terjadi pada medium cair dan udara, yang dicirikan oleh ikut berpindahnya atom atau molekul pembawa kalor. Jadi pada konveksi, atom atau molekul itu boleh jadi melakukan gerak translasi, rotasi, dan vibrasi sekaligus. Perpindahan kalor melalui radiasi tidak memerlukan medium sehingga peristiwa ini bisa terjadi pada medium udara atau hampa (Jati, 2008).
Perpindahan panas memiliki kemampuan menjadi sangat rendah dalam mode panas atas, karena untuk membatasi refluks dengan kekuatan kapiler. Perpindahan kalor pada kondisi tertentu dapat dirumuskan q = M c ∆T, di mana q adalah kalor yang dipindahkan ke benda dengan massa M (kg/s) dengan kapasitas kalor spesifik c (J/kg. K) untuk menyebabkan perubahan suhu sebesar ∆T (K). Perpindahan panas terutama
dengan
transportasi
panas
berpengaruh
banyak
dalam
penggabungan yang tidak terkondensasi gas (Shingu, 2010). Sedangkan kalor bahan pertanian memiliki spesifikasi tertentu. Nilai kalor tergantung pada sifat bahan yang memperngaruhi massa jenisnya. Sehingga semakin tinggi berat jenis bahan bakar, maka semakin tinggi nilai kalor yang diperolehnya. Nilai kalor juga akan berpengaruh pada laju pembakaran pada proses pembakaran, semakin tinggi nilai kalor bakar maka semakin lambat laju pembakaran pada proses pembakaran (Tirono, 2011). Kalor juga dapat menentukan suatu panas spesifik bahan pertanian (kalor jenis bahan). Panas spesifik (Cp) bahan pangan pertanian merupakan jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan temperatur satu satuan kuantitas bahan pangan sebesar satu derajat dikali bobot produk dikali perubahan temperatur yang diinginkan. Sifat fisik bahan seperti dimensi, densitas, panas laten, panas jenis serta sifat termal yaitu konduktivitas termal, difusivitas termal, dan emisivitas termal. Data sifat fisik bahan juga sangat diperlukan dalam operasi pada industri pengolahan pangan guna pengembangan model termal untuk mendapatkan hasil yang akurat serta memprediksi atau mengontrol panas dalam bahan makanan selama proses pengolahan (Jassin, 2010). Panas psesifik bahan meningkat dengan semakin besarnya diameter butiran atau luas permukaan bahan. Kondisi ini disebabkan karena semakin besar diameter, maka semakin banyak udara yang terkandung pada bahan. Kondisi ini cukup beralasan karena panas jenis
udara
jauh
lebih
besar
dibandingkan
panas
spesifik
bahan
(Siswantoro, 2008) Untuk kalor dan panas spesifik juga dapat ditentukan efisiensi energy yang dibutuhkan. Semakin besar nilai efisiensi maka banyak energi yang diserap oleh bahan sehingga menghemat penggunaan energi. Ini berarti biaya produksi dapat ditekan. Semakin kecil efisiensi panas maka semakin banyak energi yang menghilang, berarti pemborosan energi dan memperbesar
biaya
produksi
suatu
usaha.
Faktor-faktor
yang
mempengaruhi efisiensi adalah massa bahan, besarnya kalor spesifik bahan dan besarnya perubahan suhu yang terjadi (Fathina, 2013).
III. Metode
a. Alat dan Bahan 1. Kalorimeter 1 unit 2. Thermometer 3. Alat pencatat 4. Pengukur waktu 5. Timbangan 6. Kompor listrik 7. Air murni 8. Bahan hasil pertanian (kopi dan tepung beras) 9. Pengaduk 10. Penjepit
b. Cara Kerja 1. Penentuan Panas Spesifik Bahan Kalorimetri ditimbang (a gram) dan dicatat suhunya (T1)
Air murni ditimbang (b gram) dan dicatat suhunya (T2),kemudian dimasukkan ke dalam kalorimeter. Tepung beras ditimbang sebesar 25 gr
Tepung beras dipanaskan hingga merata sampai suhu 80 oC
Tepung beras yang sudah dipanaskan ditimbang (c gram), kemudian bahan dimasukkan ke dalam kalorimeter. Campuran bahan hasil pertanian diaduk secara perlahan dan dicatat suhu akhir cam uran T4 Hitung panas yang diberikan oleh bahan
Hitung panas yang diterima oleh air
Hitung panas yang diterima oleh kalorimeter
Hitung panas spesifik bahan
2. Penentuan efisiensi menggunakan panas kopi Ditimbang air murni 100 g dan dicatat suhunya (T1).
Ditimbang kopi 25 g dan dimasukkan ke dalam air murni, diaduk hin a merata dan catat suhun a T2 . Dipanaskan sampai dengan suhu 80 oC
Waktu yang diperlukan untuk pemanasan dicatat
Hitung jumlah kebutuhan panas bahan, jumlah panas yangdiberikan dan efisiensi emanasan.
