KAJIAN EKSPERIMENTAL NILAI KONDUKTIVITAS THERMAL DAN PANAS SPESIFIK BEBERAPA JENIS IKAN Experimental Study on Thermal Conductivity and Heat Specific of Several Fish Species Ernawati Jassin ABSTRAK Sifat termal terdiri dari konduktivitas termal (k) dan panas spesifik (Cp) berpengaruh signifikan terhadap perpindahan panas pada bahan hidup seperti produk pangan ikan. Meode yang digunakan untuk penetuan Nilai k dan Cp Ikan dengan pengukuran langsung dan berdasarkan komposisi proksimat .Hasil penelitian memperlihatkan Nilai k dan Cp berpengaruh nyata terhadap suhu di bawah 4 ⁰ C, sedangkan suhu di atas 4 ⁰ C tidak berpengaruh nyata. Kata kunci : konduktivitas thermal, panas spesifik ABSTRACT Thermal properties of thermal conductivity (k) and specific heat (Cp) significantly affects heat transfer in living material such as fish food products. Meode used for k and Cp Value Determination of Fish by direct measurement and based on proximate composition. The results show the value of k and Cp significantly affected the temperature below 4 ⁰ C, while temperatures above 4 ⁰ C had no significant effect. Keywords: Thermal conductivity, heat specific
PENDAHULUAN Sifat fisik bahan seperti dimensi, densitas, panas laten, panas jenis serta sifat termal yaitu konduktivitas termal, difusivitas termal, dan emisivitas termal, panas spesifik sangat signifikan berpengaruh dalam problem pindah panas pada bahan hidup seperti produk pangan ikan Data sifat fisik bahan tersebut sangat diperlukan dalam operasi pada industri pengolahan pangan guna pengembangan model termal untuk mendapatkan hasil yang akurat secara numerik dan juga untuk memprediksi atau mengontrol fluks panas dalam bahan makanan selama proses pengolahan seperti pemanasan, pembekuan, sterilisasi, pengeringan atau pasteurisasi Beberapa peneliti termasuk Hill, et al. (1967), Qashou, et al. (1972), Choi dan Okos (1983), Sweat (1975) dan Rahman (1993) telah menekankan perlunya mengetahui sifat termal produk pangan secara umum dan seafood secara khusus. Properti ini sangat tergantung pada karakteristik fisik makanan seperti suhu, ukuran, bentuk, keadaan (beku atau dicairkan), komposisi parameter (kadar air, kandungan lemak, protein, dan abu) serta dari bentuk susunan serat . Konduktivitas thermal bahan (k) adalah proses perpindahan panas secara konduksi atau besarnya laju pindah panas persatuan waktu dalam suatu unit operasi.. Nilai ini spesifik untuk tiap jenis bahan. Nilai k akan berbeda untuk bahan yang berbeda disebabkan pada komponen yang terkandung di dalam bahan berbeda. Nilai k juga dipengaruhi oleh suhu, sehingga nilai k bahan pada berbagai suhu sangat penting diketahui. 1
Panas spesifik (Cp) bahan pangan adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan temperatur satu satuan kuantitas bahan pangan sebesar satu derajat dikali bobot produk dikali perubahan temperatur yang diinginkan. Informasi tentang panas spesifik sangat penting, apabila wujud dari bahan pangan mengalami perubahan, maka nilai dari variable panas spesifik harus dimasukan dalam penghitungan beban panas Selain dengan pengukuran, konduktivitas termal bahan juga dapat diprediksi dengan menggunakan model empiris. Hubungan teoritis dan empiris yang digunakan dalam merancang proses panas menggunakan sifat-sifat thermal dari bahan yang digunakan harus diketahui, namun informasi sifat-sifat ini masih terbatas, dan yang tersedia diperoleh dengan berbagai teknik yang berbeda, serta nilai ini tidak selalu tersedia. METODOLOGI Penelitian ini mulai dilakukan pada bulan Juli - Agustus 2010. Pelaksanaan penelitian ini dilakukan di Laboratorium THP Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan Universitas Hasanuddin dan Laboratorium Kimia dan Mikrobiologi Politeknik Pertanian Negeri Pangkep. Prosedur percobaan adalah sebagai berikut : 1. Pengukuran konduktivitas thermal dan panas spesifik ikan menggunakan alat ukur. - Pengukuran nilai k dilakukan di Laboratorium THP Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan Universitas Hasanuddin menggunakan alat ukur suhu dan Thermocontrol autonics tipe TZ4M dan TZN4S - Sampel filet ikan dibuat kubus ukuran 5 cm x 3,5 cm dengan ketebalan 2 cm. - masukkan jarum termokopel kedalam ikan uji sesuai prosedur , hitung besarnya suhu T1 dan suhu T2 pada termocontrol ) serta pembacaan voltmeter dan amperemeter pada alat ukur. 2. Penentuan konduktivitas Thermal dan panas spesifik berdasarkan komposisi proksimat a. Analisa Protein (SNI 01-2354.4-2006) b. Analisa Lemak (SNI 01-2354.3 -2006) c. Analisa kadar Air (SNI 01-2354.2-2006) d . Analisa kadar abu (SNI 01-2354.1-2006) e. Analisa Karbohidrat HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Nilai KonduktivitasThermal (k) hasil pengukuran Nilai konduktivitas thermal ikan ekor kuning (Caesio Cuning) hasil pengukuran yang dihitung menggunakan Persamaan (2) dengan alat ukur Temperatur controller Autonics Tipe TZ4M adalah 0,699 W/m ⁰K diukur pada suhu (-12 ⁰C – 12
2
⁰C), ikan cakalang (Katsuwonus pelamis) adalah 0,661 W/m ºK, ikan kembung (Restrelliger kanagurta ) adalah 0,577 W/m ºK. Dari Tabel 1 terlihat bahwa nilai konduktivitas thermal pada ketiga jenis ikan akan semakin turun dengan naiknya suhu sehingga perlakuan suhu berpengaruh nyata terhadap hasil pengukuran k pada suhu dibawah 0 ⁰C dan pada suhu diatas 0 ºC suhu tidak berpengaruh nyata. Faktor ini disebabkan karena pengaruh nilai konduktivitas thermal air pada jenis ikan uji masih sangat besar atau dominan (konduktivitas thermal air ≈ 0,56 W/m ºK). Nilai konduktivitas thermal ikan uji dapat diamati pada Tabel 1 Gambar 1 dibawah ini:
KONDUKTIVITAS THERMAL W/ m ⁰ K
Tabel 1. Nilai konduktivitas thermal ikan uji KONDUKTIVITAS THERMAL (W/m⁰K) ekor Ikan cakalang Ikan kembung SUHU ⁰ Ikan kuning C -12 2,9927 1,8303 2,1588 -9 2,8746 1,7473 2,8239 -6 2,9085 1,582 2,1609 -3 0,9146 1,0810 1,1633 0 0,7502 0,8313 0,5830 3 0,7406 0,6650 0,5824 6 0,6981 0,6650 0,5826 9 0,6937 0,6411 0,5897 12 0,6657 0,6749 0,5542 Sumber, Data Penelitian 2010
-12
-9
-6
-3
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
0 SUHU ⁰ C
3
6
9
12
Gambar 1. Nilai konduktivitas thermal – Vs – Suhu Dengan analisa statistik regresi linear untuk ikan ekor kuning (Caesio Cuning), ikan cakalang (Katsuwonus pelamis), ikan kembung ( Restrelliger kanagurta) disimpulkan bahwa jika terjadi penurunan suhu maka nilai konduktivitas thermal ikan naik dan sebaliknya. B. Nilai konduktivitas Thermal dengan analisa proksimat - Nilai konduktivitas Thermal dengan analisa proksimat menggunakan persamaan Choi,Y dan Okos,M.R) dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 2. Nilai k proksimat menggunakan persamaan Choi,Y& Okos,M.R
3
Suhu ⁰C
Nilai k dengan proksimat Ikan Ekor kuning Ikan cakalang -12 0,5096 0,4666 -9 0,5096 0,4667 -6 0,5094 0,4664 -3 0,5081 0,4651 0 0,5079 0,4650 3 0,5076 0,4647 6 0,5073 0,4644 9 0,5073 0,4644 12 0,5072 0,4644 Sumber data penelitian 2010
Ikan kembung 0,4668 0,4666 0,4665 0,4653 0,4651 0,4648 0,4643 0,4643 04643
Analisa korelasi regresi linear menunjukkan bahwa nilai k hasil pengukuran dengan nilai k proksimat menggunakan persamaan Choi,Y & Okos,M.R tidak berkorelasi atau memiliki hubungan keeratan. C. Nilai panas spesifik ( Cp ) pengukuran Tabel 3 . Nilai Cp ikan uji Cp ( kJ /Kg ⁰ K ) Pengukuran Ikan cakalang SUHU ⁰ C Ikan ekor kuning -12
5,5339
Cp ( kJ/ Kg ⁰K )
-9 5,5076 -6 5,5182 -3 2,6520 0 2,5179 3 2,8944 6 3,4244 9 3,4335 12 3,5339 Sumber data penelitian 2010
-12
-9
-6
-3
12 9 6 3 0 -3 -6 0 -9 -12
Ikan kembung
8,2585
6,2372
7,8841 7,1390 4,8777 3,7512 3,0018 3,0018 2,9867 3,0446
5,4360 5,1595 4,9783 4,7169 4,5383 3,1499 3,0113 2,9566
3
6
9
12
SUHU ⁰C
Gambar 2. Panas spesifik – Vs- Suhu Dari Tabel 3 terlihat bahwa perlakuan suhu berpengaruh nyata terhadap hasil pengukuran Cp pada suhu dibawah 4 ⁰C sedangkan kisaran suhu diatas 4 ⁰C tidak berpengaruh nyata.
4
Nilai Cp untuk ikan ekor kuning adalah 3,463 (kJ /Kg ⁰K), ikan cakalang 3,041 (kJ /Kg ⁰ K), dan ikan kembung 3,036 (kJ /Kg ⁰K) Dari tabel dan grafik untuk ketiga jenis ikan disimpulkan bahwa nilai panas spesifik akan menurun dengan kenaikan suhu, ini disebabkan karena pengaruh kandungan air dalam ikan masih lebih dominan untuk kisaran suhu yang diteliti (faktor nomali air) D. Nilai panas spesifik ikan ( Cp ) berdasarkan analisa proksimat Tabel. 4. Nilai Cp berdasarkan analisa proksimat Suhu ⁰C -12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12
Nilai panas spesifik ( kJ/Kg ⁰K) Ikan ekor kuning 3,836 3,836 3,836 3,855 3,855 3,855 3,855 3,855 3,854
S umber data penelitian 2010
Ikan cakalang 3,534 3,534 3,550 3,550 3,550 3,550 3,550 3,550 3,550
Ikan kembung 3,502 3,518 3,518 3,518 3,518 3,518 3,518 3,518 3,518
Dari hasil analisa korelasi regresi linear disimpulkan bahwa perhitungan panas spesifik ikan menggunakan persamaan Choi, Y & Okos, M.R serta persamaan Woodside & Messmer tidak berkorelasi atau tidak memiliki hubungan keeratan dengan alat ukur. KESIMPULAN Nilai konduktivitas thermal ikan ekor kuning (Caesio cuning), 0,699 W/m ⁰K, ikan cakalang (Katsuwonus pelamis) 0,661 W/m ºK dan ikan kembung (Restrelliger kanagurta) 0,577 W/m ºK.serta panas spesifik ikan ekor kuning (Caesio cuning) 3,855 kJ/Kg ⁰K, ikan cakalang (Katsuwonus pelamis) 3,550 kJ/Kg ⁰K dan ikan kembung ( Restrelliger kanagurta) 3,518 kJ/Kg ⁰K. Suhu merupakan faktor penentu nilai konduktivitas termal (k) dan panas spesifik (Cp) ikan pada suhu beku ( suhu dibawah 0 ⁰C ),dan pada pada suhu 4 ⁰C keatas suhu tidak berpengaruh nyata.
5
UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada Dirjen Pendidikan Tinggi yang telah membiayai penelitian ini melalui dana BPPS Tahun anggaran 2008/2009. DAFTAR PUSTAKA Anthony J. Fontana et al . 2001. Simultaneous Thermal Conductivity, Thermal Resistivity, and Thermal Diffusivity Measurement of Selected Foods and Soils California, USA. Paper Number: 01-6101 An ASAE Meeting Presentation July 30-August 1, 2001. Anonim. Laporan praktikum Sumber daya Perikanan Laut, Arsip Blog Senin, diakses 28 Juni 2010. Anonim. Metodologi Penelitian dan Pengkajian Perikanan Anonim. Thermal Properties of Fresh and Frozen Fish International Journal of Refrigeration Volume 4, Issue 3, May 1981, Pages 143- 146. Alexander San Lohat, 2009. Suhu dan Kalor. Arsip Blogger Tuesday. Badan Standarisasi Nasional (BSN) ICS 67.120.30. Cara Uji Kimia Bagian 1 : Penentuan Kadar Abu Pada Produk Perikanan. Standar Nasional Indonesia (SNI :01-2354.1-2006).
6
