SISTEM DAN LINGKUNGAN

      Bagian dari alam semesta selain dari sistem yang ditinjau disebut (dianggap) sebagai lingkungan. Antara lingkungan dan sistem dibatasi oleh dinding pembatas. Dari sifat dinding pembatas sistem dan lingkungan, sistem dapat diklasi kasikan menjadi tiga kelompok berikut:


1. Sistem terisolasi

     adalah sistem yang dinding pembatasnya tidak dapat dilewati oleh partikel dan energi. Tidak ada pertukaran partikel maupun energi antara sistem dan lingkungan.
 Sistem semacam ini dicirikan dengan nilai total energi E, jumlah partikel N dan volume V yang tetap. Dalam realitanya sistem semacam ini tidak ada, tetapi sembarang sistem yang dindingnya sulit ditembus energi maupun partikel (seperti termos) dapat didekati sebagai sistem terisolasi. Variabel keadaan untuk sistem ini adalah (E;V;N)

2. Sistem tertutup

       adalah sistem yang dinding pembatasnya tidak dapat dilewati oleh partikel tetapi masih dapat dilewati energi panas. Sistem semacam ini memiliki nilai jumlah partikel dan volume yang tetap, tetapi energi tidak lagi menjadi variabel keadaan yang konstan.
Sebagai gantinya, ketika terdapat kesetimbangan jumlah energi yang keluar dan masuk sistem, sistem dan lingkungan memiliki nilai temperatur yang sama. Variabel keadaan untuk sistem ini adalah (N;V;T). Sebagai contohnya, air dalam botol gelas tertutup, molekul air dan uap air tidak dapat keluar tetapi energi panas air dapat keluar sampai dinding luar botol tadi.
3. Sistem terbuka
       adalah sistem yang dinding pembatasnya dapat dilewati oleh partikel dan energi. Sebagai contoh, air dalam gelas terbuka. Ketika terjadi kesetimbangan jumlah energi yang masuk dan keluar serta kesetimbangan jumlah partikelyang masuk dan keluar, maka sistem dan lingkungan memiliki nilai temperatur T dan potensial kimia yang sama. Variabel keadaan untuk sistem ini ada (T;V;).

Sistem Lainnya
Sistem Isobarik
       adalah sistem yang dinding pembatasnya dapat bergeser sehingga dapat terjadi perubahan volume pada sistem dan lingkungan (pertukaran volume). Selain itu, energi juga dapat keluar dan masuk ke dalam sistem. Ketika terjadi kesetimbangan energi yang masuk dan keluar maka sistem memiliki nilai temperatur yang sama dengan lingkungan. Ketika terjadi kesetimbangan perubahan volume antara sistem dan lingkungan, sistem dan lingkungan memiliki tekanan p yang sama. Variabel keadaan untuk sistem ini adalah (p;T;N).

       Perhatikan perbedaan penggunaan istilah tertutup dan terisolasi yang berbeda dengan pengertian keseharian. Dari de nisi tentang sistem di atas, maka klasi kasi dalam ketiga kelompok di atas bergantung pada sistem dan dinding pembatasnya. Misalnya ditinjau sebuah botol tertutup berisi air dan udara, bila sistem kita adalah air dalam botol dengan permukaan air adalah dinding batasnya, maka ini adalah sistem terbuka. Bila sistem kita adalah air dan udara dengan botol tertutup sebagai dinding batasnya, maka ini adalah sistem tertutup. Bila seluruh bagian sistem memiliki nilai besaran keadaan yang sama maka sistem ini disebut sebagai sistem homogen, bila tidak maka disebut sebagai sistem heterogen. Bila pada sistem yang heterogen ada bagian sistem yang memiliki nilai besaran keadaan yang sama (homogen), maka bagian tadi disebut sebagai fase. Fase-fase dalam suatu sistem dipisahkan satu dengan lainnya dengan dinding fase. Sebagai contoh air dan udara berisi uap air di dalam botol adalah dua fase yang berbeda dari suatu sistem, dengan dinding pembatas fasenya adalah permukaan air

Sumber:
http://mirza.staff.ugm.ac.id/termo/TERMODINAMIKA.pdf

TAKOMATER

                                        

 

     Takometer atau kadang kita sebut RPM adalah sebuah alat untuk mengukur putaran mesin, khususnya jumlah putaran yang dilakukan oleh sebuah poros dalam satu satuan waktu dan sering digunakan pada peralatan kendaraan bermotor. Biasanya memiliki layar yang menunjukkan kecepatan perputaran per menitnya. Dalam aplikasi kendaraan bermotor, pemasangan takometer dengan tujuan agar pengendara dapat menggunakan mesin secara efisien.

 

Sejarah

 

     Takometer mekanik diperkirakan pertamakali dibuat oleh insinyur Jerman, Diedrich Uhlhorn pada tahun 1817 untuk mengukur kecepatan putaran crankshaft. Sejak 1840, takometer mulai digunakan sebagai indikator kecepatan pada lokomotif. Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran pada poros engkel / piringan motor atau mesin lainnya. Ada 3 function yang bisa dipilih pada /switch tachometer/, yaitu rpm (/resolution per minute/) untuk menghitung jarak yang ditempuh.

 

      Prinsip kerja alat ini adalah dari inputan data berupa putaran diubah oleh sensor sebagai suatu nilai frekuensi kemudian frekuensi tersebut dimasukkan ke dalam rangkaian /frekuensi to voltage converter/ (f to V) keluarannya berupa tegangan, digunakan untuk menggerakkan jarum pada tachnometer analog atau dimasukkan (/analog to digital converter) /ADC pada tachometer digital untuk diubah menjadi data digital dan ditampilkan pada display.

 

Macam-macam Tachometer

Tachometer Optik

      Tachometer optik adalah sebuah alat untuk mengukur kecepatan sudut putar dengan besaran rpm. Tachometer optik terdiri dari jalur atau garis (stripe) yang terdapat di dalam batang lalu terdapat sebuah atau lebih photosensor yang menghadap pada batang tersebut.

 

      Cara kerjanya setiap batang tersebut berputar maka photosensor akan mendeteksi jumlah stripe yang melewatinya. Kemudian akan menghasilkan output yang akan berbentuk pulsa. Pada gelombang pulsa tersebut periode ≈ kebalikan dari kecepatan angular. Dapat diukur dengan menggunakan rangkaian counter seperti yang digambarkan pada encoder batang optik. Keunggulan tachometer optic ialah memiliki photosensor sehingga dapat mendeteksi setiap garis yang melewatinya, sedangkan kelemahannya tidak dapat merasakan posisi dan jarak, namun dapat diatasi dengan memasang 2 buah photosensor.

Tachometer Rotor Bergigi

      Terdiri dari sebuah sensor tetap dan sebuah pemutar gerigi, roda, dan bahan besi. Ada 2 jenis sensor yang digunakan :

• Variable Reluctance Sensor
• Hall Effect Sensor. Terdapat magnet yang menggantung sebagai sensornya

      Cara kerjanya adalah rotor berputar, kemudian bagian rotor bergigi yang akan diukur. Sensor yang berupa magnet akan mendeteksi setiap gerigi tersebut yang melewatinya. Setiap gerigi melewatinya maka medan magnet akan bertambah dan menginduksi tegangan pada belitan kawat sehingga akan dihasilkan pulsa. Pulsa tersebut akan dikonversi menjadi sebuah gelombang kotak yang bersih dengan rangkaian ambang detector. Keunggulan tachometer gerigi ini ialah Memberikan sebuah pulsa setiap waktu apabila gigi besi melewatinya dan menghasilkan pulsa yang berupa sinyal kotak yang jernih.

Tachometer DC

      Tachometer DC adalah sebuah generator DC yang memproduksi tegangan keluaran DC yang proporsional dengan kecepatan batang. Terdiri dari magnet permanen dan bagian yang beputar yang terbuat dari koil, dan juga terjadi konversi langsung.

 

      Prinsip kerjanya adalah terjadinya proses konversi langsung antara kecepatan dan tegangan. Tachometer inilah yang digunakan dalam praktikum instrumentasi kelautan dalam kesempatan kali ini. Keunggulan tachometer DC ini ialah untuk menjaga inersia turun dapat diatasi dengan penggunaan sikat sedangkan kelemahan sendiri yaitu penggunaan sikat untuk menjaga inersia dapat aus.

Touch Tachomete/Tachometer Tempel

      Pada jenis ini mengharuskan sensor pada alat ini menyentuh dengan benda benda yang diukur. Dalam pengaplikasianya tachometer jenis ini jarang digunakan pada bidang bidang tertentu dengan alasan teknis atau keselamatan.

Tachometer Laser/Photo Tachometer

      Pada jenis ini memungkinkan untuk melakukan pengukuran dari jarak jauh. Laser Tachometer bekerja dengan sensor cahaya yang sangat sensitif terhadap elemen berputar. Unsur berputar akan memiliki satu tempat reflektif, dan rpm meter ini mengukur tingkat di mana berkas cahaya dipantulkan kembali.

 

Penggunaan Tachometer

Penggunaan di Mobil

      Dalam bentuk yang paling banyak digunakan, tachometer mengukur kecepatan di mana perangkat mekanik berputar, yang biasanya ditunjukkan dalam RPM. Tachometer digunakan untuk memantau RPM dalam mobil karena menjalankan mesin dengan harga RPM terlalu tinggi dapat secara drastis mengurangi umur mesin menjadi lebih pendek. Ada beberapa cara di mana tachometer yang harus digunakan dapat dibangun. Dalam beberapa kasus, generator kecil melekat pada poros penggerak mesin, dan pengukuran RPM didasarkan pada arus listrik yang dihasilkan oleh perangkat. Mungkin juga hanya mengukur tingkat di mana sistem pengapian mengirimkan bunga api ke mesin.

Penggunaan Dalam Pesawat

      Pesawat biasanya memiliki satu tachometer untuk setiap mesin. Dalam pesawat yang menggunakan baling-baling, tachometer juga dibutuhkan untuk setiap baling-baling. Sebuah mesin pesawat biasanya beroperasi pada RPM lebih tinggi dari baling-balingnya. Dengan menggunakan tachometer terpisah untuk bagian-bagian yang berbeda, pilot pesawat atau awak dapat mengetahui apakah ada masalah dengan bagian tertentu.

Laser Tachometer

      Tachometer pada masa lampau memerlukan kontak fisik antara instrumen dan benda-benda yang diukur. Dalam aplikasi di mana ini tidak layak untuk alasan teknis atau keselamatan, ada kemungkinan untuk laser untuk melakukan pengukuran dari jarak jauh. Laser Tachometer bekerja dengan berdenyut sinar ketat cahaya terhadap elemen berputar. Unsur berputar akan memiliki satu tempat reflektif, dan tachometer mengukur tingkat di mana berkas cahaya dipantulkan kembali. Laser Tachometer dapat menjadi bagian permanen dari sistem, atau mereka bisa genggam untuk pengukuran titik sesekali.

Penggunaan Dalam Medis

      Tachometer bahkan dapat menemukan menggunakan dalam kedokteran. Dengan menempatkan kecil, turbin-seperti alat yang disebut haematachometer dalam arteri atau vena, seorang dokter dapat menggunakan tachometer untuk menyimpulkan laju aliran darah dari kecepatan di mana turbin berputar. Ini dapat digunakan untuk mendiagnosa masalah peredaran darah seperti penyumbatan arteri.

 

Sumber:

http://id.wikipedia.org/wiki/Takometer

SUHU

SUHU

                                                           

       Suhu menunjukkan derajat panas benda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.

Sebuah peta global jangka panjang suhu udara permukaan rata-rata bulanan dalam proyeksi Mollweide.

      Suhu juga disebut temperatur yang diukur dengan alat termometer. Empat macam termometer yang paling dikenal adalah Celsius, Reaumur, Fahrenheit dan Kelvin. Perbandingan antara satu jenis termometer dengan termometer lainnya mengikuti:

C:R:(F-32) = 5:4:9 dan

K = C + 273.(derajat)

Karena dari Kelvin ke derajat Celsius, Kelvin dimulai dari 273 derajat, bukan dari -273 derajat. Dan derajat Celsius dimulai dari 0 derajat. Suhu Kelvin sama perbandingan nya dengan derajat Celsius yaitu 5:5, maka dari itu, untuk mengubah suhu tersebut ke suhu yang lain, sebaiknya menggunakan atau mengubahnya ke derajat Celsius terlebih dahulu, karena jika kita menggunakan Kelvin akan lebih rumit untuk mengubahnya ke suhu yang lain. Contoh: K=R 4/5X[300-273] daripada: C=R 4/5X27 Sebagai contoh:

dan .

ALAT UKUR SUHU

TERMOMETER

       Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun perubahan suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa Latin thermo yang berarti panas dan meter yang berarti untuk mengukur. Prinsip kerja termometer ada bermacam-macam, yang paling umum digunakan adalah termometer air raksa.

Jenis Termometer

      Ada bermacam-macam termometer menurut cara kerjanya:

• Termometer raksa
• Termokopel
• Termometer inframerah
• Termometer Galileo
• Termistor
• Termometer bimetal mekanik
• Sensor suhu bandgap silikon
• merkuri termo
• Termometer alkohol
• Termometer badan
• termometer laboratorium

Satuan Suhu

	Celsius	Reamur	Fahrenheit	Kelvin
Titik didih	100	80	212	373
Titik beku	0	0	32	273
Selisih kedua titik	100	80	180	100
perbandingan	5	4	9	5 (tdk sama dgn celcius)

      Pada skala Celsius, 0 °C adalah titik dimana air membeku dan 100 °C adalah titik didih air pada tekanan 1 atmosfer. Skala ini adalah yang paling sering digunakan di dunia. Skala Celsius juga sama dengan Kelvin sehingga cara mengubahnya ke Kelvin cukup ditambahkan 273 (atau 273.15 untuk lebih tepatnya). Skala Fahrenheit adalah skala umum yang dipakai di Amerika Serikat. Suhu air membeku adalah 32 °F dan titik didih air adalah 212 °F. Sebagai satuan baku, Kelvin tidak memerlukan tanda derajat dalam penulisannya. Misalnya cukup ditulis suhu 20 K saja, tidak perlu 20° K.

Mengubah Skala Suhu

 

      Cara mudah untuk mengubah dari Celsius, Fahrenheit, dan Reamur adalah dengan mengingat perbandingan C:F:R = 5:9:4. Caranya, adalah (Skala tujuan)/(Skala awal)xSuhu. Dari Celsius ke Fahrenheit setelah menggunakan cara itu, ditambahkan

• 77 °F pada skala Celsius adalah 5/9 x (77-32) = 25

Suhu paling dingin di bumi pernah dicatat di Stasiun Vostok, Antarktika pada 21 Juli 1983 dengan suhu -89,2 °C.

Sumber:

http://id.wikipedia.org/wiki/Suhu 

http://id.wikipedia.org/wiki/Termometer

MEDIA DAN TEKNIK PENDINGINAN IKAN

 

      Salah satu cara penanganan ikan mati agar kesegaran tetap maksimal adalah dengan menurunkan suhu tubuh ikan (pendinginan). semangkin besar panas ikan yang di serap maka suhu ikan akan semangkin rendah. Pada suhu rendah (dingin atau beku), proses-proses biokimia yang berlangsung dalam tubuh ikan yang mengarah pada kemunduran mutu ikan menjadi lebih lambat. Selain itu, pada kondisi suhu rendah pertumbuhan bakteri pembusuk dalam tubuh ikan juga dapat di perlambat. Dengan demikian, kesegaran ikan akan semangkin lama dapat di pertahankan.

           

      Adapun syarat-syarat yang harus terpenuhi dari media pending adalah:

1. Tidak meninggalkan zat racun atau zat berbahaya lainnya.
2. Mempunyai kemampuan untuk menyerap panas dari tubuh ikan.
3. Mudah dan praktis dalam penggunaannya.
4. Ekonomis.

       Berdasarkan persyaratan yang harus di penuhi, ada beberapa media pendingin yang dapat digunakan diantaranya es, es ditambah garam, es ditambah es kering, air laut yang di dinginkan dengan es, air laut yang di dinginkan secara mekanis, dan udara dingin.

 

1. PENDINGINAN IKAN MENGGUNAKAN ES

           

      Sebagai media pendingin, es mempunyai beberapa kelebihan:

1. Mempunyai kapasitas pendingin yang besar per satuan berat yaitu 80 kkal per kg es.
2. Tidak membahayakan konsumen.
3. Bersifat thermostatic, yaitu selalu menjaga suhu sekitar 0ºC.
4. Ekonomis
5. Relatife mudah dalam penanganannya.

       Es yang digunakan sebagai media pendingin sebaiknya dibuat dari air bersih sebagai mana persyaratan untuk air minum. Es yang digunakan untuk media pendingin mempunyai suhu antara -12ºC sampai -18ºC (es “matang”). Es yang matang memiliki beberapa sifat:

1. Butiran-butiran es nya lebih kecil bila di hancurkan.
2. Waktu peleburannya lebih lama.
3. Tidak mudah membentuk masa padat seperti es biasa.

      Es yang di gunakan untuk pendinginan ikan harus di hancurkan terlebih dahulu menjadi bongkahan atau disebut menjadi butiran-butiran yang tidak terlalu kecil dan tidak terlalu besar. Ukuran butiran bongkahan es kira-kira 1-2 cm³. pemakaian bongkahan es yang terlalu besar dan runcing dapat mengakibatkan kerusakan fisik ikan. Sementara butiran yang terlalu kecil akan menyebabkan butiran es cepat melebur dan juga membendung aliran air ke bawah sehingga terjadi genangan air antar lapisan ikan. Oleh karena itu, pemakaian es balok yang di hancurkan akan lebih baik dari pada yang di serut karena akan di peroleh butiran es yang berbeda-beda. Disarankan tidak menghancurkan es balok di atas tumpukan ikan karena akan mengakibatkan kerusakan fisik pada ikan.

 

 

2. PENDINGINAN IKAN MENGGUNAKAN ES DITAMBAH GARAM

 

      Media pendinginan es yang di tambah garam (NaCl) juga banyak di gunakan dalam penanganan ikan segar. Media pendinginan ini terutama digunakan oleh para pedagang pengencer ikan untuk menyimpan ikan yang tidak terjual pada penjualan hari pertama. Es yang ditambah garam dapat menyerap panas dari tubuh ikan lebih besar dari pada media es saja. Oleh karena itu, ikan yang diberi perlakuan dengan media pendingin es di tambah garam mempunyai suhu yang sangat rendah dan bahkan dapat lebih rendah dari 0ºC. Dengan penggunaan es ditambah garam, penurunan suhu dalam kotak atau wadah penanganan juga akan berlangsung lebih cepat dibandingkan penggunaan media pendingin es saja.

 

       Kemampuan media pendingin es ditambah garam dalam pempercepat penurunan suhu ikan akan menghasilkan suhu akhir ikan yang rendah berdampak positif terhadap upaya mempertahankan kesegaran ikan. Rendahnya suhu dan kecepatan penurunan suhu ikan dapat menghambat proses biokimia dan pertumbuhan bakteri pembusuk. Proses peleburan es dalam media es ditambah garam lebih lama sehingga jumlah es yang diperlukan lebih sedikit. Table di bawah ini menunjukkan jumlah es yang melebur untuk penanganan ikan kembung dalam berbagai kotak kemasan selama 16 jam pengesan.

 

Sumber:

https://ihsanulkhairi86saja.wordpress.com/2012/01/23/media-dan-teknik-pendinginan-ikan-2/

TEKNOLOGI PEMBEKUAN MAKANAN

                                      

 

      Teknologi pembekuan makanan adalah teknologi mengawetkan makanan dengan menurunkan temperaturnya hingga di bawah titik beku air. Hal ini berlawanan dengan pemrosesan termal, di mana makanan dipaparkan ke temperatur tinggi dan memicu tegangan termal terhadap makanan, dapat mengakibatkan hilangnya nutrisi, perubahan rasa, tekstur, dan sebagainya, atau pemrosesan kimia dan fermentasi yang dapat mengubah sifat fisik dan kimia makanan. Makanan beku umumnya tidak mengalami hal itu semua; membekukan makanan cenderung menjaga kesegaran makanan. Makanan beku menjadi favorit konsumen melebihi makanan kaleng atau makanan kering, terutama di sektor hasil peternakan (daging dan produk susu), buah-buahan, dan sayur-sayuran.

 

      Hampir semua jenis bahan makanan dapat dibekukan (bahan mentah, setengah jadi, hingga makanan siap konsumsi) dengan tujuan pengawetan. Proses pembekuan makanan melibatkan pemindahan panas dari produk makanan. Hal ini akan menyebabkan membekunya kadar air di dalam makanan dan menyebabkan berkurangnya aktivitas air di dalamnya. Menurunnya temperatur dan menghilangnya ketersediaan air menjadi penghambat utama pertumbuhan mikroorganisme dan aktivitas enzim di dalam produk makanan, menyebabkan makanan menjadi lebih awet dan tidak mudah membusuk. Keunggulan dari teknik pembekuan makanan adalah semua hal tersebut dapat dicapai dengan mempertahankan kualitas makanan seperti nilai nutrisi, sifat organoleptik, dan sebagainya.

 

Sejarah

 

      Teknik pembekuan makanan sudah dikenal sejak lama sekali, sedangkan teknik pembekuan dengan campuran garam-es diperkenalkan pada tahun 1800an di dua tempat, yaitu di Inggris (oleh H. Benjamin pada tahun 1842) dan di Amerika Sarikat (oleh Enoch Piper pada tahun 1861) yang keduanya memanfaatkannya untuk mendinginkan ikan. Komersialisasi teknik pembekuan makanan baru dimulai di akhir abad ke 19 ketika alat pendingin mekanis, yang saat ini disebut dengan lemari es, ditemukan. Dan di pertengahan abad ke 20, makanan beku mulai ikut bersaing dengan makanan kalengan dan makanan kering

 

Penurunan Titik Beku

 

      Titik beku adalah temperatur di mana kristal es dan air berada dalam keadaan ekuilibrium; titik di mana air tepat membeku atau es tepat mencair. Air murni membeku pada temperatur 0^oC pada tekanan atmosfer. Titik beku makanan berada di bawah titik beku air murni, hal ini dikarenakan makanan mengandung berbagai campuran berbagai macam zat dan masing-masing saling memengaruhi sehingga menurunkan titik beku. Level titik beku suatu makanan tergantung pada konsentrasi zat-zat dalam makanan.

 

Proses Pembekuan

 

      Ketika makanan dipaparkan ke temperatur dingin, produk makanan tersebut akan kehilangan panas akibat laju pindah panas yang terjadi dari makanan ke medium bertemperatur rendah di sekitarnya. Permukaan makanan akan mengalami penurunan temperatur lebih cepat dibandingkan dengan bagian dalamnya. Jumlah air yang membeku dalam produk makanan tergantung pada temperatur pembekuan; kandungan campuran zat makanan amat memengaruhi hal tersebut. Umumnya, semakin cair suatu bahan makanan, jumlah air yang membeku akan semakin banyak. Tetapi, kuning telur masih menyisakan lebih dari 20 persen air meski sudah didinginkan hingga minus 40^oC. Hal ini dikarenakan kandungan protein yang tinggi yang terlarut dalam air. Kekurangan teknik pembekuan adalah sulitnya membekukan kandungan air yang ada dalam bahan makanan secara sempurna sehingga masih menyisakan risiko pertumbuhan mikroorganisme; untuk mengatasinya diperlukan pendinginan lebih jauh lagi untuk menghentikan aktivitas enzim mikroorganisme dan/atau membekukan lebih banyak air, namun hal itu tidaklah ekonomis.

 

      Prinsip dari proses pembekuan suatu bahan adalah penurunan suhu bahan tersebut sampai dibawah titik bekunya, sehingga air dalam bahan akan membeku. Dari termodinamika telah diketahui bahwa penurunan suhu merupakan suatu pengambilan energi dalam bentuk panas, oleh karena itu dasar-dasar pindah panas harus diketahui untuk dapat menduga berapa besar panas yang harus dipindahkan hingga tujuan pembekuan dapat dicapai. Secara umum, semakin besar laju pemindahan panas maka semakin cepat proses pembekuan tercapai, akan tetapi tanpa perhitungan yang memadai proses yang optimal tidak dapat dipenuhi. Beberapa pendugaan waktu pembekuan yang didasarkan pada pindah panas telah berkembang diantaranya mencakup persamaan Plank, Neumann dan lain-lain (Heldman and Singh, 1981).

Persamaan Plank

      Ekspresi untuk perhitungan waktu pembekuan telah diturunkan oleh Plank. Persamaan ini berguna untuk menghitung berbagai bentuk geometri produk. Pada Gambar 1 dilukiskan perhitungan pembekuan untuk bentuk lempeng satu dimensi. Tiga persamaan dasar digunakan dalam penurunan persamaan perhitungan waktu ini. Persamaan yang digunakan adalah persamaan konduksi panas untuk daerah beku:

............................................................................................................(12-6)

dimana T_f titik beku awal dan mewakili suhu seluruh daerah yang tidak beku.

       Persamaan yang kedua adalah pindah panas pada permukaan bahan dengan lingkungan secara konvektif yang diekspresikan ke dalam persamaan berikut:

................................................................................................(12-7)

 

Kombinasi kedua persamaan diatas adalah sebagai berikut:

.............................................................................................(12-8)

 

Persamaan yang ketiga merupakan laju pembentukan panas pada front pembekuan yang merupakan efek perubahan fase, yaitu:

.........................................................................................................(12-9)

 

dimana L merupakan panas laten pembekuan.

Dengan menyamakan persamaan 12-9 dan 12-10, maka dapat ditulis sebagai berikut

..............................................................................................(12-10)

 

Integrasi dari persamaan diatas dari 0 sampai ketebalan ½ a adalah

........................................................................................(12-11)

 

dengan memasukkan nilai tersebut dan mengubah posisi, maka persamaan diatas dapat ditulis sebagai:

..........................................................................................................(12-12)

 

      Persamaan diatas dapat berlaku umum untuk bentuk geometri yang lain, dengan menggantikan nilai ½ dan 1/8 dengan konstanta P dan R. Konstanta P dan R ini mempunyai nilai sebagai berikut:

• untuk bola P=1/6 dan R = 1/24

• untuk silinder tak berhingga P = 1/4 dan R = 1/16

dimana a merupakan diameter dari bola / silinder.

 

      Penggunaan persamaan Plank terbatas karena alasan-alasan sebagai berikut:

• Asumsi panas laten tidak mempertimbangkan pemindahan panas laten secara gradual pada selang suhu selama proses pembekuan.

• Harga menggunakan titik beku awal dalam perhitungan persamaan dan mengabaikan kebutuhan waktu untuk pemindahan panas sensibel di atas titik beku.

• K diasumsikan konstan untuk daerah beku, sedangkan seharusnya k berubah sejalan dengan perubahan suhu dengan daerah beku.

 

Masalah Neumann

       Pada pemecahan ini, pendekatan dilakukan dengan menggunakan pindah panas satu dimensi untuk benda yang semi tak hingga. Pertimbangan untuk kedua fase ( cair dan beku) dimasukkan, oleh karena itu dua persamaan parsial digunakan yaitu:

...............................................................................................(12-13)

...............................................................................................(12-14)

 

Selain itu, perbedaan panas antara porsi padatan dengan porsi cairan harus sama dengan panas pada front pembekuan, yang ekspresinya dinyatakan sebagai berikut:

......................................................................................(12-15)

 

Dengan menggunakan kondisi awal dan kondisi batas sebagai berikut:

Pada x(t) : T₁ = T₂ = T_F

Pada x - ~ : T₂ = T_I

Pada x = 0,t > 0 : T₁ = 0

Pada x(t) = 0 : T₂ = T₁

Dengan demikian pemecahan persamaan dan persamaan dapat ditulis sebagai berikut:

..................................................................................................(12-16)

...........................................................................(12-17)

 

dimana l merupakan suatu konstanta yang harus dievaluasi secara trial dan error. Perhitungan diatas cukup kompleks dan mencakup masalah trial dan error, sehingga sering dihindari, dengan demikian apabila memungkinkan, penggunaan persamaan yang lebih sederhana lebih digunakan.

 

      Perhitungan kebutuhan total waktu untuk pembekuan tidak terlepas dari waktu pre-freezing/cooling dari suhu awal ke suhu di atas titik beku. Terdapat tiga metode yang didasarkan pada asumsi yang berbeda dalam perhitungan yang berbeda:

• Perhitungan dengan mengabaikan tahanan dalam (internal)

• Perhitungan dengan mengabaikan tahanan permukaan

• Perhitungan dengan memperhitungkan keduanya.

 

      Untuk lebih jelasnya diuraikan di bawah ini.

a. Perhitungan dengan mengabaikan tahanan dalam (internal)

Pada situasi ini, diasumsikan bahwa tahanan permukaan jauh lebih besar daripada tahanan intrernal. Dengan demikian suhu permukaan ini adalah seragam. Untuk suatu objek, keseimbangan energi dapat dinyatakan sebagai berikut:

................................................................................................................................(12-18)

.......................................................................................................................................(12-19)

................................................................................................................................(12-20)

 

Dengan mengekspresikan bentuk diatas dalam bilangan tak berdimensi, maka:

...................................................................................................................................(12-21)

 

dimana dan

 

b. Perhitungan dengan mengabaikan tahanan permukaan

      Perhitungan ini didasarkan panda asumsi tahanan internal yang jauh lebih besar daripada tahanan produk. Ini mengakibatkan laju pendinginan produk sangat ditentukan oleh jenis produk, selain geometri produk juga merupakan faktor yang mempengaruhi.

Ekpresi dikembangkan dari persamaan energi dalam suatu sistem, yang dalam bentuk satu dimensi bentuk lempeng dinyatakan sebagai berikut:

.............................................................................................................(12-22)

 

Pemecahan dari persamaan diatas adalah sebagai berikut:

.............................................................................(12-23)

 

Pemecahan juga telah dilakukan untuk bentuk silinder dan bola, yang masing-masing ditunjukkan pada persamaan berikut:

Bentuk silinder tak-hingga :

.................................................................................(12-24)

 

Bentuk bola :

.....................................................................(12-25)

 

• Perhitungan dengan memperhitungkan tahanan internal dan permukaan

       Perhitungan dengan asumsi ini digunakan apabila nilai bilangan Biot berada pada 0.1 sampai 40. Nilai bilangan ini menyiratkan bahwa kedua tahanan, baik internal maupun permukaan mempunyai besar yang cukup berarti, sehingga perhitungan dilakukan dengan mencakup kedua tahanan tersebut. Untuk maksud tersebut, digunakan bagan yang mempermudah dalam perhitungan pindah panas.

 

• Perpindahan Uap Air

       Migrasi uap air adalah perubahan fisik yang sangat prinsipal yang selalu terjadi dalam bahan pangan beku dan mempunyai efek terhadap sisfat-sifat kimia dan biokimia bahan pangan beku. Migrasi uap air dapat terjadi melalui proses sublimasi, absorbsi dan redistribusi uap air dalam bahan pangan atau komponen-komponen bahan pangan, rekristalisasi es dan kehilangan selama proses thawing. Migrasi uap air selama penyimpanan harus dihindarkan, karena menyebabkan berbagai kerugian dari dalam bahan beku, antara lain, terjadinya freezer burn , penampakan glassy pada produk pangan sehingga tampak tidak menarik, formasi pembentukan es yang tidak menarik di bagian kulit luar produk, hilangnya zat gizi dari dalam bahan pangan; tekstur; bahan yang jelek; kehilangan berat.

 

      Sebaliknya pada kasus lain, kehilangan uap air dari produk justru menguntungkan bagi kualitas dan keamanan produk. Selama proses pembekuan. migrasi uap air dapat mencegah pertumbuhan mikrobilogi yang merugikan karena penurunan aktivitas air. Penyerapan uap air oleh bahan pangan dan redistribusi di antara komponen bahan pangan diharapkan pada proses pembekuan pie atau pizza, karena dihasilkan produk kering dan renyah. Rekristalisasi adalah proses pembesaran kristal kecil menjadi besar. Pengaruh rekristalisasi lebih diharapkan bagi konsumen es krim yang ingin menyimpan kembali es krim untuk beberapa lama.

 

Perubahan Fase dan Formasi Kristal Es

 

      Ketika temperatur produk makanan diturunkan hingga di bawah titik beku air, air mulai membentuk kristal es. Pembentukan kristal es dapat disebabkan oleh kombinasi molekul-molekul air yang disebut dengan nukleasi homogenik, atau pembentukan inti di sekitar partikel tersuspensi yang dikenal dengan nama nukleasi heterogen. Nukleasi homogen terjadi dalam kondisi di mana zat terbebas dari zat pengotor yang pada umumnya berperan sebagai inti ketika terjadi proses pembekuan. Nukleasi heterogen terjadi ketika molekul-molekul air bersatu dengan agen nukleasi seperti benda asing, zat tak terlarut, atau bahkan dinding pembungkus.^[ Nukleasi heterogen adalah tipe yang umum terjadi dalam proses pembekuan makanan.

 

      Tipe ketiga dari proses nukleasi, yang disebut dengan pembentukan inti sekunder, terbentuk ketika kristal-kristal membelah. Tipe kristalisasi ini memberikan ukuran kristal yang seragam, dan umum terjadi pada proses pembekuan makanan cair (Franks, 1987). Umumnya, dalam proses pembekuan makanan, temperatur berkurang mulai dari temperatur awal di atas titik beku hingga beberapa derajat di bawah titik beku. Dalam proses ini, temperatur di 0 hingga -5^oC disebut zona kritis yang diperlukan oleh makanan dalam pembentukan kristal-kristal es. Lamanya waktu yang diperlukan bagi makanan dalam melalui zona kritis ini menentukan jumlah dan ukuran kristal es yang terbentuk. Proses pembekuan yang cepat akan membentuk sejumlah besar kristal es berukuran kecil, sedangkan pendinginan dalam waktu yang lambat akan membentuk sejumlah kecil kristal es berukuran besar. Pembekuan yang lambat memberikan waktu bagi molekul-molekul air untuk bermigrasi menuju inti yang akan bersatu dengannya untuk membentuk agregat kristal es sehingga menghasilkan kristal es berukuran besar. Pembentukan kristal es berukuran besar ini akan memengaruhi struktur makanan dan menyebabkan hilangnya kualitas makanan. Kristal es yang besar akan menusuk dinding sel produk makanan dan merusaknya. Kerusakan akan semakin besar dengan semakin lambatnya laju pembekuan. Solusi terbaik adalah dengan mencegah terjadinya kristalisasi ini dengan risiko meningkatkan pertumbuhan mikroorganisme yang dapat merusak makanan karena temperatur yang masih memungkinkan bagi pertumbuhan mikroorganisme. Solusi dari masalah tersebut adalah dengan menambahkan protein anti beku yang dapat menurunkan titik beku air dan mencegah kristalisasi pada temperatur yang sangat rendah.

 

Sumber:

http://id.wikipedia.org/wiki/Teknologi_pembekuan_makanan

http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Teknik%20Pendinginan/bab12.php