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 = kA dT/dx   (persamaan Fourier untuk konduksi) dQ/dt = jumlah panas yang dipindahkan per satuan waktu A = luas daerah yang dialiri panas dT/dx = perubahan suhu per satuan panjang k = 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 dQ/dt = kA dT/dx Pada perbedaan suhu konstan dQ/dt = q q = kA dT/dx q = kA(T1 - T2)/x

Contoh suatu gabus dengan tebal 10 cm punya suhu permukaan -12oC dan 21oC. jika rata-rata konduktivitas themal gabus pada suhu tersebut 0,042 J m-1 s-1 oC-1 berapa jumlah panas yang dipindahkan melewati diding 1m2? T1 = 21°C T2 = -12°C DT = 33°C    A = 1 m2  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   =   dQ/dt   =   hsA(Ts - Ta) dimana Ta adalah suhu udara and Ts adalah suhu permukaan. Konduksi (dari pusat ke permukaan sosis) dQ/dt = (k/L)A( Tc– Ts ) dimana Tc suhu pusat silinder, k konduktivitas thermal bahan silinderdan L adalah radius silinder.         hsA(Ts -Ta) = (k/L)A( Tc– Ts )           hs(Ts - Ta) = (k/L)( Tc– Ts )          hsL/k = ( Tc– Ts )/ (Ts - Ta) Biot Number Bi = hsL/k

dQ = hsA(Ts - Ta) dt   dQ = c ρ VdT c = panas spesifik bahan ρ = densitas bahan V = volume   c ρ VdT = hsA(Ts - Ta) dt Integral untuk Ts = T1 dan Ts = T2 Untuk waktu t - hsA t/c ρ V = loge (T2 - Ta)/(T1– Ta) (kt/c ρ L2) = Fourier number (Fo) (hsL/k) = Biot Number (Bi)

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

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

Persamaan Keseimbangan panas di evaporator 1 q1 = U1A1(Ts - T1) = U1A1 DT1 q1 :laju pindah panas, U1 :Koef. Pindah panas keseluruhan di ev 1., A1 : luas pindah panas di ev.1., Ts : suhu kondensasi sieam di ev.1., DT1 : beda suhu di ev.1= (Ts - T1). Keseimbangan panas di evaporator 2 q2 = U2A2(T1 - T2) = U2A2 DT2 Jika tdk terjadi kehilangan panas dan boiling point q1 = q2 Serta evaporator dari jenis bahan dan ukuran sama A1 = A2 U2/U1 = DT1/DT2

Multiple effect evaporators lebih banyak digunakan karena : lebih ekonomis Steam Consumption And Running Costs Of Evaporators Number of effects Steam consumption (kg steam/kg water evaporated) Total running cost (relative to a single- effect evaporator) One 1.1 1 Two 0.57 0.52 Three 0.40 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 kPa gauge and the pressure in the evaporation space is 101 kPa absolute. Assume that the overall heat transfer coefficients are 2270 J m-2 s-1 °C-1