KESEIMBANGAN PANAS Pendahuluan Panas merupakan salah satu bentuk

KESEIMBANGAN PANAS

Pendahuluan • Panas merupakan salah satu bentuk energi • Berperanan penting dalam pengolahan • Digunakan untuk : – Mematangkan pangan – Merubah sifat fisik dan kimia – Membunuh mikroorganisme dan enzim

Contoh keseimbangan panas

TEORI PINDAH PANAS • Proses pindah panas banyak ditemui pada industri pengolahan pangan pada proses : pemasakan, pemanggangan, pengeringan, sterilisasi atau pendinginan • Pindah panas: panas berpindah secara spontan dari satu bahan ke bahan lain yang lebih dingin. • Jumlah panas yang dipindahkan tergantung perbedaan suhu bahan (driving force) dan tahanan bahan • Laju perpindahan panas : – Steady state – Unsteady state

Jenis Pindah Panas Konduksi Konveksi Radiasi Konduksi, energi molekul berpindah secara langsung dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin tanpa ada perpindahan molekul. • Radiasi, perpindahan energi panas dengan gelombang elektromagnetik tanpa memerlukan media • Konveksi, proses pindah panas menggunakan pergerakan molekul • •

Konduksi • jumlah panas = daya dorong/ tahanan • DQ/dt = k. A d. T/dx (persamaan Fourier untuk konduksi) – d. Q/dt waktu –A – d. T/dx –k = jumlah panas yang dipindahkan per satuan = luas daerah yang dialiri panas = perubahan suhu per satuan panjang = konduktivitas panas • konduktivitas panas bahan bisa diukur. Konduktivitas thermal berubah sedikit sesuai suhu, tetapi umumnya dianggap konstan untuk bahan yang telah diketahui.

Konduksi melewati suatu lempengan • • d. Q/dt = k. A d. T/dx Pada perbedaan suhu konstan d. Q/dt = q q = k. A d. T/dx q = k. A(T 1 - T 2)/x

Contoh • suatu gabus dengan tebal 10 cm punya suhu permukaan -12 o. C dan 21 o. C. jika rata-rata konduktivitas themal gabus pada suhu tersebut 0, 042 J m-1 s-1 o. C-1 berapa jumlah panas yang dipindahkan melewati diding 1 m 2? • T 1 = 21°C • T 2 = -12°C • DT = 33°C • • A = 1 m 2 • k = 0. 042 J m-1 s-1 °C-1 • x = 0. 1 m • • . . . . J s-1

PINDAH PANAS UNSTEADY STATE • pindah panas yang suhunya berubah karena bahan dipanaskan atau didinginkan. • Proses sangat rumit, melibatkan penyelesaian menggunakan persamaan Fourier yang ditulis dalam bentuk diferensial parsial dalam tiga dimensi. • Contoh pendinginan sosis oleh udara. Jumlah panas yang dipindahkan dari permukaan ke silinder :

Konveksi (dari permukaan sosis ke udara) q = d. Q/dt = hs. A(Ts - Ta) dimana Ta adalah suhu udara and Ts adalah suhu permukaan. Konduksi (dari pusat ke permukaan sosis) d. Q/dt = (k/L)A( Tc– Ts ) dimana Tc suhu pusat silinder, k konduktivitas thermal bahan silinderdan L adalah radius silinder. • hs. A(Ts -Ta) = (k/L)A( Tc– Ts ) hs(Ts - Ta) = (k/L)( Tc– Ts ) hs. L/k = ( Tc– Ts )/ (Ts - Ta) Biot Number Bi = hs. L/k • • •

• • • d. Q = hs. A(Ts - Ta) dt d. Q = c ρ Vd. T c = panas spesifik bahan ρ = densitas bahan V = volume c ρ Vd. T = hs. A(Ts - Ta) dt Integral untuk Ts = T 1 dan Ts = T 2 Untuk waktu t - hs. A t/c ρ V = loge (T 2 - Ta)/(T 1– Ta) (kt/c ρ L 2) = Fourier number (Fo) (hs. L/k) = Biot Number (Bi)

COntoh • sosis daging berbentuk silinder panjang 30 cm da diameter 5 cm diproses di dalam autoclave. jika suhu awal sosis 21 o. C dan suhu autoclave dijaga 116 o. C, perkirakan suhu pusat sosis setelah 2 jam di autoclave. Diasumsikan konduktivitas thermal sosis 0, 48 J m-1 o. C-1 densitas 1, 07, panas spesifik 3350 J kg-1 o. C. koefisien pindah panas permukaan autoclave ke permukaan sosis adalah 1200 J m-2 s-1 o. C-1.

Evaporasi • Berfungsi sebagai alat pemekat larutan • Sumber panas : steam • Singgle effect evaporator, double effect , triple effect

Persamaan • Keseimbangan panas di evaporator 1 • q 1 = U 1 A 1(Ts - T 1) = U 1 A 1 DT 1 • q 1 : laju pindah panas, U 1 : Koef. Pindah panas keseluruhan di ev 1. , A 1 : luas pindah panas di ev. 1. , Ts : suhu kondensasi sieam di ev. 1. , DT 1 : beda suhu di ev. 1= (Ts - T 1). • Keseimbangan panas di evaporator 2 • q 2 = U 2 A 2(T 1 - T 2) = U 2 A 2 DT 2 • Jika tdk terjadi kehilangan panas dan boiling point • q 1 = q 2 • Serta evaporator dari jenis bahan dan ukuran sama • A 1 = A 2 • U 2/U 1 = DT 1/DT 2

Multiple effect evaporators lebih banyak digunakan karena : lebih ekonomis Steam Consumption And Running Costs Of Evaporators Steam Number of consumption effects (kg steam/kg water evaporated) One 1. 1 Two 0. 57 Three 0. 40 Total running cost (relative to a single- effect evaporator) 1 0. 52 0. 37

Steam Table • Steam : uap panas, banyak digunakan sebagai sumber panas pada evaporator • Pertimbangan : bersih, tidak mengkontaminasi pangan, suhu, efisien • Steam table

COntoh • Estimate the requirements of steam and heat transfer surface, and the evaporating temperatures in single effect, for evaporating 500 kg h-1 of a 10% solution up to a 30% solution. Steam is available at 300 k. Pa gauge and the pressure in the evaporation space is 101 k. Pa absolute. Assume that the overall heat transfer coefficients are 2270 J m-2 s-1 °C-1