Unit Operation and Process Material and Energy Balance Widelia Ika Putri, S.T.P., M.Sc.

Basic Principles The mass and energy going into the box must balance with the mass and energy coming out. The law of mass conservation states that mass can’t be created nor destroyed. The law of energy conservation states that energy can’t be created nor destroyed. wideliaikaputri@ub.ac.id

Centrifugal separator Mass Conservation Milk X kg So: Milk mass = skim milk mass + cream milk mass X kg/minute = A kg/minute + B kg/minute Skim milk A kg Centrifugal separator Cream milk B kg wideliaikaputri@ub.ac.id

Body Energy Conservation Food (chemical energy) So: Chemical energy entering body = mechanical energy leaving body Body Mechanical energy wideliaikaputri@ub.ac.id

Energy Conservation Heat exchanger So: The heat lost by the heating water = the heat gained by the milk + the heat lost from heat exchanger to its surroundings Heating water Heat exchanger Milk Heating milk cool water heat lost wideliaikaputri@ub.ac.id

Soal Berapa air yang harus diuapkan dari pemekatan lar. Garam 5% menjadi lar. Garam 20%? Berapa penurunan berat yang terjadi jika bahan dikeringkan dari kadar air 80% menjadi kadar air 50%? wideliaikaputri@ub.ac.id

Soal Tentukan jumlah daging sapi tidak berlemak (lean beef), daging babi berlemak (fat pork), dan air yang harus ditambahkan untuk membuat adonan sosis sebanyak 100 kg. dengan syarat : Lean beef => lemak 14%, protein 19%, air 67% Fat pork => lemak 89%, protein 3%, air 8% Sosis => lemak 20%, protein 15%, air 65% wideliaikaputri@ub.ac.id

Soal 2. Pada pembuatan jam buah-buahan digunakan perbandingan 45 buah : 55 gula. Untuk mendapatkan konsistensi jam yang baik, jam harus mengandung padatan terlarut 65%. Pada proses pembuatan jam terdiri atas pencampuran buah dan gula dengan perbandingan tersebut, penambahan pektin, pemekatan campuran dalam evaporator vacum sehingga kandungan padatan terlarut minimal 65%. Jumlah pektin yang diperlukan dipengaruhi oleh jumlah gula yang ditambahkan (untuk 100 kg gula diperlukan pektin 1kg). Apabila buah yang digunakan mengandung padatan terlarut 10%. Hitung berat buah , gula dan pektin yang diperlukan? Untuk membuat jam 100 kg, dianggap bahwa padatan terlarut yang dimaksud berasal dari buah dan gula (pektin tidak dianggap). wideliaikaputri@ub.ac.id

Energy consumed Direct energy Indirect energy Fuel and electricity used on the farm, in transport, in factories, in storage, selling, etc. Indirect energy Energy which is used to build the machine, to make the packaging, to produce the electricity, etc. wideliaikaputri@ub.ac.id

Energy unit Btu joule kilocalories wideliaikaputri@ub.ac.id

Heat 1 Latent Heat 2 Sensible Heat Is the heat required to change the physical state of material, at constant temperature. 2 Sensible Heat The heat which when added or subtracted from food materials changes their temperature and thus can be sensed . wideliaikaputri@ub.ac.id

Latent Heats (phase changes) Vapourisation (L to V) Melting (S to L) Sublimation (S to V) www.themegallery.com Company Logo

Sensible heat ‘Sensible’ heat – heat/enthalpy that must be transferred to raise or lower the temperature of a substance or mixture of substances. Heat capacities/specific heats (solids, liquids, gases,vapours) Use of mean heat capacities/specific heats over a temperature range Use of simple empirical equations to describe the variation of Cp with T www.themegallery.com Company Logo

Uses Heat required for a process Rate of heat removal from a process Heat transfer/design of heat exchangers Process design to determine energy requirements of a process Pump power requirements (mechanical energy balance) Pattern of energy usage in operation Process control Process design & development www.themegallery.com Company Logo

Soal Pengering casein mengkonsumsi gas alam 4m3/h dengan nilai kalori 800kJ/mol. Jika input pengering adalah 60 kg casein basah per jam, pengeringan dari kadar air 55% menjadi kadar air 10%, hitung keseluruhan efisiensi panas pengering (hanya menggunakan panas latent)? wideliaikaputri@ub.ac.id

Soal 2. Autoclave berisi 100 kaleng sop. Dipanaskan mencapai suhu 100oC. Kaleng didinginkan mencapai 40oC sebelum meninggalkan autoclave. Berapa air dingin yang dibutuhkan jika air masuk pada suhu 15oC dan keluar suhu 35oC? ket: Panas spesifik sop 4,1 kJkg-1oC-1 & kaleng 0,5 kJkg-1oC-1 . Berat setiap kaleng 60 g & berisi sop 0,45 kg. diasumsikan panas di dinding autoclave1,6 x 104 kJ dan tidak ada panas yang hilang melalui dinding. wideliaikaputri@ub.ac.id

Soal Sebuah pabrik minuman, menghasilkan produk dengan kadar alkohol 16% dan kadar gula 3%. Untuk membuatnya diperlukan campuran: Anggur 1 => kadar alkohol 14,6% & kadar gula 0,2% Anggur 2 => kadar alkohol 16,7% & kadar gula 1,0% Anggur 3 => kadar alkohol 17,0% & kadar gula 12,0% bila diinginkan membuat 100 kg produk, berapa berat masing2 minuman yang diperlukan? wideliaikaputri@ub.ac.id

Arigatou Gozaimas