SIFAT TERMIK 1 Panas Spesifik/Panas sensible jumlah energi atau panas untuk menaikkan suhu suatu unit massa satu derajad. Satuan : kJ kg-1K-1 /kcal kg-1K-1 /Btu lb-1 deg F-1 Sebagai contoh panas spesifik air adalah : 4,18 kJ kg-1 K-1 1 kcal kg-1 K-1 1 Btu lb-1 deg F-1

Pemanasan/pendinginan secara batch, jumlah energi/panas yang diperlukan/dihilangkan : Q = M C T m = massa (kg), C = panas spesifik, T = perubahan suhu.

Pada proses kontinyu, kecepatan transfer panasnya: Q/t = kecepatan aliran massa x C x T

Tabel Panas spesifik bbrp bhn & hasil pertanian

Komponen Suhu KJBtuAirEsCuAlStainless steelApel (ka. 84,1%)Cod 590F320F200F200F200F> titik beku< titik beku> titik beku< titik beku 4,182,040,380,890,463,591,883,76 2,05 1,0000,4870,0920,2140,1100,8600,4500,900 0,490

Air panas spesifik cukup tinggi ~ digunakan sbg media pendingin Air dibekukan panas spesifiknya turun drastis (sekitar setengahnya) Pns spesifik air lebih tinggi daripada komponen hasil pertanian lainnya pns spesifik hsl pertanian dipengaruhi oleh jumlah air dan keadaan fisik air Energi untuk menurunkan suhu bahan dari -10C ke -300C lebih rendah daripada dari 280C ke -10C.

1.1 Hubungan pns spesifik & komposisi Persamaan paling sederhana C = mw cw + ms cs mw = fraksi massa air cw = panas spesifik air 4,18 kJ kg-1 K-1 ms = fraksi massa padatan cs = panas spesifik padatan (1,46kJ kg-1 K-1) kontribusi utama : airBila memperhatikan minyak pada padatan :C = (0,5 mf + 0,3 msnf + mw) x 4,18 kJkg-1 K-1 mf = fraksi massa minyak/lemak msnf = fraksi massa padatan bukan lemak

Bila data proksimat tersediaC = mw cw + mc cc + mp cp + mf cf + ma ca w =air, c = karbohidrat, p = protein, f = lemak, a = abu, kemudian lihat TabelTabel Panas Spesifik komponen hasil pertanian

Komponen Panas Spesifik kJ kg-1 K-1 AirKarbohidratProteinLemakAbu 4,181,401,601,70 0,80

1.2 Panas spesifik gas dan uap Gas dpt dipnskan pd vol konstan atau tekanan konstancv (pns spesifik pd vol konstan) : panas untuk menaikkan suhu satu unit massa 1 derajad pada volume konstancp (pns spesifik pd tek konstan) : panas untuk menaikkan suhu satu unit massa 1 derajad pada tekanan konstan, ~ pada cp ini perlu energi tambahan untuk mempertahankan tekanan cp>cv, cp/cv = turun bila jumlah atom dalam molekul turun.

1.3 Hub ant pns spesifik gas & suhu Cp = a + bT + cT2 + dT3 a,b,c,d : konstantan (lihat Tabel..) T : suhu absolutTabel Nilai konstanta beberapa gas

Gas a102 b105c109 dKisaran suhu 0K

CO2H2O2 27,1129,0925,46 0,655-0,1901,519 -0,1000,400-0,715 --0,8701,311 273-3800273-1800 273-1800

Jumlah energi untuk meningkatkan suhu gas pada tekanan konstan: Q = cpdT

Kenaikan suhu dari T1 ke T2Q = T1T2(a + bT + cT2 + dT3) dT = [a + bT2/2 + cT3/3+ dT4/4]T1T2 = a(T1-T2) + b/2 (T22-T12) + ( c/3 (T23-T13) + d/4(T24-T14)

1.4 Penentuan panas spesifik (Cara campuran) Bahan (massa dan suhu diket) dimasukkan ke cairan (masa dan suhu diket) dlm wadah logam tembaga/ alumunium yg disebut kalorimeterSuhu akhir campuran dicatat Penentuan panas spesifik bahan diasumsikan bahwa kehilangan panas bahan sebanding dengan panas yang diperoleh cairan dan kalorimeter

Data yang diperlukan :- ms, mc & mf (massa bahan, kalorimeter & cairan)- cs, cc cf (panas spesifik bahan, kalorimeter & cairan) - Ts & Tf ( suhu bhn &cairan mula-mula) dan Tm (suhu akhir campuran) Sehingga dapat menghitung :- Panas yang hilang dari bahan = ms cs(Ts-Tm) - Panas yang diperoleh cairan = mf cf (Tm-Tf) - Panas yang diperoleh kalorimeter = mc cc (Tm-Tf)- Panas yang hilang dari bahan = panas yang diperoleh cairan + kalorimeter

ms cs (Ts-Tm) = mf cf (Tm-Tf) + mc cc (Tm-Tf)cs = (Tm-Tf) (mf cf+mc cc) /( Ts-Tm) ms

Kelemahan : ada panas hilang ke lingkungan sekitar ~ dikurangi dengan :- memasang insulator pada kalorimeter - suhu cairan diatur di bawah suhu kamar

2 Panas laten P (Tor) AB S L 4,6 T V C 0,01 T(0C)Gambar. Diagram fase air

T = tripel point, pd sh & tek ttt kombinasi ketiga fase (padat, cair, uap) seimbang. (Air terjadi pd tekanan 4,6 Tor dan suhu 0,010C)AT = kondisi pdt & cair seimbang, disebut garis titik lelehTB = kondisi uap dan cair seimbang disebut titik didih.TC = kondisi padat dan uap seimbang, bila: - tekanan di bawah 4,6 Tor maka air membeku - ada suplai energi, air langsung menjadi uap (SublimasiPrinsip ini digunakan pd freeze drying tak ada fase cair A (meleleh), tak ada pengkerutan dan case hardening spt pengeringan mgnk udr panas ~ bila tekanan naik di atas 4,6 Tor, es akan mencair sebelum dihilangkan sebagai uap

P (atm) A L B S 5,4 TV C -57 T (0C) Diagram fase CO2Kondisi tripel point CO2: -570C, 5,4 atm, pada tekanan atmosfer : menyublim

Air dibekukan sampai -400C & kec.suplai energi konstanT(0C) F 100 D E 0 B C

A Waktu Kurva pemanasan air selama transisi dari es ke air superheated pd tek atm

A-B = suhu naik sampai BB = titik leleh (cair)B-C = perlu panas laten untuk mencairkan esC = semua es sudah mencairCD = suhu naik sampai mendidih, slope CD (pemanasan air) dari AB (pemanasan es), krn perbedaan kpsts pns spesifikD = air mulai mendidihDE = perlu panas laten untuk mengubah air i uap E = uap jenuhEF = uap jenuh terus dipanasi, sehingga menjadi uap superpanas, slope EF 2 kali slope CDPanjang BC dan DE berbeda, mencerminkan perbedaan pns laten pencairan (fusi) & penguapan

Air pada tekanan atmosfer Padat Cair Uap Pns laten pencairan Pns laten penguapan335 kJkg-12257 kJkg-1 = penyerapan energi = pelepasan energi

Panas laten penguapan 7 kali pencairanPanas laten penguapan air sangat tinggi biaya/beban energi untuk evaporasi dan rehidrasi sangat tinggi dibandingkan dengan proses yang hanya melibatkan panas spesifik. Uap air sangat berguna sebagai media transfer panas karena menghasilkan energi cukup besar bila terkondensasi. Bila hasil pertanian dibekukan juga mengeluarkan energi cukup banyak yang harus dihilangkan.

2.1 Perilaku air dalam bahan hasil pertanian selama pembekuan Suhu A

B Waktu Gambar Kurva pembekuan airBila energi dihilangkan dari air suhu turun, & pada 0oC es akan mulai terpisahSuhu akan konstan selama penghilangan panas laten sampai semua air terbekukanSuhu es kemudian turun.

Suhu I D E F J K G H WaktuKurva pembekuan bahan hasil pertanian

Padatan terlarut dlm bhn hsl pertanian kurva pembekuan menjadi rumitKebanyakan bahan hasil pertanian mulai membeku pada suhu dibawah 1oCSupercooling dapat terjadi, diikuti kenaikan suhu saat kristal es terbentuk dan mengeluarkan panas latenSetelah itu suhu relatif tetap (thermal arrest period), ketika sebagian besar air menjadi es (garis FG)Kurva IK adalah untuk pembekuan cepat

Pembentukan es solute/padatan naik ~ menurunkan titik bekuSemakin banyak kristal es konsentrasi padatan pada bahan tidak beku menjadi naikKenaikan konsentrasi dapat menaikkan kecepatan reaksi meskipun pada suhu rendah.

2.2 Nilai panas laten bahan hasil pertanian Panas laten dipengaruhi oleh kadar air. L = 335 mw(kJkg-1) w = fraksi massa airPada proses pembekuan diasumsikan semua air mebeku pada suhu 1oCProses pembekuan melibatkan perubahan panas sensible/spesifik dua kali dan panas laten sekali (suhu turun sampai titik beku, air berubah menjadi es dan suhu turun sampai suhu penyimpanan)

Mis: apel 200 kg dr sh kamar (25oC) disimpan pd -20 oC, maka panas yang harus dihilangkan :- Penghilangan pns untuk menurunkan sh dr 25 oC ke 1 oCQ = McT = 200 x 3,59 x 26 = 18.668 kJ- Penghilangan panas untuk pembekuanQ = ML = 200 x 281,5 = 56.300 kJ- Penghilangan pns untuk menurunkan sh dr 1 oC ke -20 oC Q = McT = 200 x 1,88 x 19 = 7.144 kJSehingga total panas yang harus dihilangkan =18.668 +56.300+7.144 = 82.112kJ (Perlu diingat bahwa 68,6%nya adalah panas laten)

3 Entalpi spesifik Proses berlangsung pd tek tetap perubahan panasnya dpt dihubungkan dengan perubahan entalpiBila entalpi bahan diketahui pada 2 suhu jumlah panas yang dihilangkan mrpk perbedaan nilai kedua entalpi tersebut (Perubahan entalpi meliputi pns laten & pns spesifik).Untuk setiap komoditas, mempunyai data entalpi masing-masingData pada diagram entalpi meliputi : entalpi, kadar air, suhu dan jumlah air yang terbekukan ()

Contoh = Diagram entalpi ikan laut dng sedikit lemak (lean) Ikan dengan kadar air 80%, suhu 25 oC diturunkan ke suhu 20 oC Eantalpi pada kadar air 80% suhu 25 oC = 99, -20 oC = 10, dan % air terbekukan : 89% Maka perubahan entalpi = 10 99 = -89 kcal kg-1, sehingga pns yang perlu dihilangkan 89 kcal kg-1.

Dari diagram entalpi dapat untuk menentukan jumlah air terbekukan pada suhu tertentuKebanyakan bahan hasil pertanian menunjukkan kecenderungan yang hampir sama sebagian besar air membeku pada kisaran suhu 1 - -10oC, aktivitas mikrobia juga berhenti pada suhu di bawah 10oC.

****************************