JURNAL heat transfer

download JURNAL heat transfer

of 15

  • date post

    08-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    95
  • download

    9

Embed Size (px)

description

Heat Transfer-sebagai tugas mata kuliah satuan proses

Transcript of JURNAL heat transfer

ANALISA PERSAMAAN PANAS DAN NILAI STERILISASIPADA PROSES STERILISASI MAKANAN KALENG(Heat Equation Analize and Sterilized Value of Canned Food Sterilization Process : A review)Dedik Ardian

Oleh :Fauziyyah Pucitraningrum(1)NIM : 12/39520/TP/10308(1) Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas TeknologiPertanian, Universitas Gadjah [email protected]

ABSTRAKSI

Perpindahan energi terjadi karena adanya perbedaan temperatur diantara benda atau material. Ilmu perpindahan panas tidak hanya mencoba menjelaskan bagaimana energi panas itu berpindah dari suatu benda ke benda lainya, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Salah satu dari beragam masalah yang dapat diselesaikan dengan ilmu perpindahan panas adalah persamaan panas pada proses sterilisasi makanan kaleng. Optimasi proses sterilisasi makanan kaleng diperlukan untuk dapat menentukan kombinasi suhu dan waktu selama pemanasan yang dapat memenuhi kriteria keamanan pangan dan mutu. Penyelesaian dan simulasi model dari permasalahan menggunakan metode beda hingga untuk mendapatkan solusi numeriknya. Metode beda hingga merupakan salah satu bentuk penyelesaian numerik yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan difrensial.Pentingnya penggunan perpindahan panas untuk proses sterilisasi makanan kaleng mempunyai harapan untuk memberikan konsumen makanan kaleng yang sehat, aman dan jauh dari bakteri kontaminan. Kata kunci : heat transfer, kaleng, makanan, persamaan panas, sterilisasi

Transfer Panas

12

I. Pendahuluan Dalam kehidupan sehari-hari banyak dijumpai hal-hal yang berkaitan dengan perpindahan panas, terutama dalam bidangindustri. Perpindahan panas atau heat transfer adalah ilmu yang meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur diantara benda atau material. Ilmu perpindahan panas tidak hanya mencoba menjelaskan bagaimana energi panas itu berpindah dari suatu benda ke benda lainya, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisikondisi tertentu. Salah satu dari beragam masalah yang dapat diselesaikan dengan ilmu perpindahan panas adalah persamaan panas pada proses sterilisasi makanan kaleng. Menurut Cengel (1997) aplikasi perpindahan panasdapat dijumpai pada berbagai bidang keteknikan diantaranya pada industri permesinan, pesawat terbang, sistem permesinan dan pendinginan, yang mana selalu melibatkan ketiga mekanisme perpindahan panas pada berbagai bentuk penampang yakni konduksi, konveksi danradiasi (Pieter W. Tetelepta, 2009)Suatu benda tidak dapat memiliki panas, akan tetapi panas dapat dikenali pada saat melalui batas sistem. Sedangkan perpindahan panas adalah berlangsungnya perpindahan energi karena adanya perbedaan temperatur antara dua sistem yang bersinggungan, dimana arah perpindahannya dari daerah yang bertemperatur lebih rendah didalam suatu medium baik padat, cair maupun gas. Perpindahan panas mengenal tiga cara pemindahan yang berbeda yaitu: 1. Konduksi atau hantaranq konduksi = - kADengan :q konduksi: laju perpindahan panas(w)k :konduktifitas bahan(w/moC)A : luas permukaan (m2) : gradien temperatur (k/m) 2. Konveksiq konveksi = HA (Ts-T)Dengan :q konveksi : laju pindah konveksi (w)H: koefisien konveksi (w/m2oC)A: luas permukaan (m2)Ts: suhu permukaan (k)T: suhu fluida lingkungan (k)

3. Radiasi atau Pancaran.q radiasi = A(Ts4-Tsur4)Dengan :q radiasi: laju pindah panas radiasi (w): sifat radiatif 0 1, + 1 emisivitas sempurna: 5,67 x 10-8 adalah konstanta Sefan BoltzmanTs : suhu permukaan (k)Tsur : suhu keliling (k)A: luas permukaan (m2)

Masalah Perpindahan Panas tidak hanya bergantung pada prosesnya tetapi juga bergantung pada kondisi proses berlangsungnya perpindahan panas tersebut. Umumnya kondisi berlangsungnya proses perpindahan panas ada dua macam yaitu :1. Kondisi Steady (Tunak), adalah bila laju perpindahan panas dalam suatu system tidak berubah terhadap waktu, misalnya persamaan Laplace2. Kondisi Unsteady (Tidak tunak), kondisi bila temperatur di berbagai titik dari system berubah terhadap waktu atau, misalnya persamaan parabolikPersamaan laju perpindahan panas konduksi merupakan persamaan dasar konduktivitas termal. Konduktivitas termal tergantung pada temperature, bila aliran panas dinyatakan dalam satuan watt, maka satuan konduktivitas termal adalah watt per meter per derajatcelcius/Kelvin. Angka konduktivitas termal menunjukkan panas yang mengalir pada bahan tertentu. Konduktivitas yang dimaksud karena kaleng merupakan benda logam yang dapat menghantarkan panas secara konduksi sehingga diperlukan konduktivitas termal yang tepat untuk setiap bahan (logam)Proses sterilisasi makanan kaleng dengan pemanasan dilakukan untuk penentuan jaminan keselamatan bahan makanan. jaminan ini meliputi tepat atau tidaknya tanggal kadaluwarsa yang tercantum pada label, rusak tidaknya kualitas makanan dan jumlah kandungan nutrisi yang ada. Namun demikian, proses sterilisasi makanan yang diberikan tidak semata-mata membunuh mikroba, tetapi juga harus mempertimbangkan mutu akhir dari produk, dimana kerusakan mutu oleh pemanasan harus diminimalkan. Dengan demikin optimalisasi sterilisasi makanan kaleng perlu untuk dapat menentukan kombinasi suhu da waktu selama proses pemanasan yang memenuhi kriteria keamanan dan mutu pangan. Tujuan dari review ini adalah mengkombinasikan beberapa ilmu yang berkaitan dengan proses sterilisasi makanan kaleng, dimana makanan kaleng merupakan makanan yang mudah dijumpai di hampir seluruh pelosok negeri. Kemudian sterilisasi merupakan suatu tahapan yang sangat menentukan kualitas dan keamanan pangan suatu produk terutama makanan kaleng yang tergolong makanan instan, makan setengah jadi atau bahkan makanan siap saji. Beberapa contoh makanan kaleng adalah ikan kaleng, daging kaleng, minuman kaleng bersoda, cincau, koktail buah dan susu.Batasan masalah pada penelitian ini adalah :1. Benda bersifat homogen sehingga konstanta kalor jenis bahan c, konduktifitas suhu bahan k dan massa jenis bahan tidak bergantung terhadap x, y, dan z.2. Perubahan panjang, lebar dan tinggi benda yang terjadi sangat kecil sekalipun terjadi perubahan suhu, sehingga dapat diabaikan.3. Benda terisolasi sempurna pada seluruh permukaannya.4. Jika panas mengalir dari titik P menuju titik P dan suhu T hanya bergantung pada posisi dan waktu, yaitu x, y, z dan t, maka secara matematis dapat ditulis .5. Persamaan Panas yang didapatkan adalah persamaan panas pada kaleng makanan bukan pada makanan.6. Kaleng makanan berbentuk silinder

II. MetodologiMetode perhitungan yang digunakan berupa : 2.1 Metode Numerik Digunakan metode dasar berupa metode numerik yang merupakan teknik untuk menyelesaikan masalah- masalah yang diformulasikan secara matematis dengan cara operasi hitungan. Pada metode Numerik dilakukan operasi hitungan dalam jumlah besar dan berulang-ulang. Oleh karena itu, diperlukan bantuan komputer untuk melakukan operasi hitungan tersebut. Sedangkan difrensial numerik digunakan untuk memperkirakan bentuk difrensial kontinu menjadi bentuk diskret.Dapat dijelaskan dengan deret Tylor berikut ini :f(a+h) = f (a) + h 2 + ........+ f(n-1)(a)+ RnDengan Rn merupakan suku sisa . 2.2 Metode beda hingga Suatu fungsi dari suatu variable bebas f dan dapat dideferensialkan sampai n kali didalam interval [x0 - h, x0 + h], dimana h cukup kecil, dapat diuraikan dalam bentuk deret pangkat yang selanjutnya diperoleh suku pertama sebagai berikut :E1 = f (x0)| = 0(h)Dengan orde kesalahan :E1 = 0(h2) = - f (4)(x0)|Dengan x0-h x0 +h. 2.3 Proses sterilisasiSterilisasi (Processing) pada pengalengan adalah proses pemanasan wadah serta isinya pada suhu dan jangka waktu tertentu untuk menghilangkan atau mengurangi faktor-faktor penyebab kerusakan makanan, tanpa menimbulkan gejala lewat pemasakan (over cooking) pada makanannya. Waktu dan suhu yang diperlukan untuk proses sterilisasi biasanya tergantung pada konsistensi atau ukuran partikel bahan, derajat keasaman isi kaleng, ukuran headspace, besar dan ukuran kaleng, kemurnian uap air (steam) yang digunakan, dan kecepatan perambatan panas.2.3 Nilai Sterilisasi Ketahanan panas untuk setiap mikrobia berbeda-beda, dan dapat ditampilkan pada tabel berikut ini :Tabel 1 : Ketahanan panas setiap mikrobia pada level yang sama .OrganismeWaktu(menit)Suhu(oC)

Sel vegetatif1080

Khamir560

Kapang30-6088

Bakteri termofilik : Clostridu Thermosachharilyticum Bacillus3-4121

Bakteri Mesofilik Clostridium Botulinum Toksin Botolinu A & B Clostridinum Sporogees Bacillus Subtallis0.6-3121

Jenis suspensi perlu diketahui dan disiapkan dipanaska pada suhu konstan, maka jumlah mikrobia mengikuti pola logaritmik sebagai fungsi dari waktu. Pada suhu tertentu,laju inaktifasi mikroba selama waktu pemanasan pada suhu tertentu dapat dinyatakan sebagai berikut : = -kNdengan :N : Jumlah mikroba sisa yang masih hidup setelah pemanasant : Waktu pemanasank : laju reaksidan diintegralkan hingga diperoleh persamaan sebagai berikut ini yang menunjukan plot kurva semilogaritma N terhadap t , yang langsung dapat di sederhanakan :ln = -ktmenjadi log = - kemudian nilai slope 2.303/k di nyatakan dalam dan merupakan waktu penurunan desimal (decimal reduction time). Nilai dipengaruhi oleh suhu, semakin tinggi suhu pemanasan maka waktu yang di perlukan untuk menginaktivasi mikrobia dalam makanan akan semakin pendek. Hal ini dapat di tunjukan dengan kurva berikut yang merupakan gambaran kurva setelah nilai slope di nyatakan dalam :

Gambar 1 : Pengaruh suhu terhadap

Gambar 2. Kurva semilogaritmik hubungan dengan suhuPersamaan yang digunakan adalah sebagai berikut :

Dengan : waktu yang dibutuhkan untuk mengurangi bakteri sebanyak 90 persen (menit) ref: nilai pada suhu tertentu (menit)T : suhu pemanasan tertentu ( 0C / 0F )T ref : suhu standar yang digunakan untuk nilai ( 0C / 0F ) ref : sensitifit