SIFAT SIFAT TERMIS. Pendahuluan

SIFAT – SIFAT TERMIS

Pendahuluan

 Aplikasi panas sering digunakan dalam proses

pengolahan bahan hasil pertanian. Untuk dapat menganalisis proses-proses tersebut secara akurat maka diperlukan informasi tentang sifat-sifat thermis dari bahan hasil pertanian yang diproses tersebut.

 Sebagai contohnya sifat thermis seperti specific

heat, heat conductant, latent heat dan lain-lain

diperlukan dalam analisis proses heating, cooling,

Unit Surface Conductance (h)

 Definisi Unit surface conductance :

Konduktivitas panas dari lapisan fluida yang relatif diam yang diasumsikan melekat pada permukaan bahan padat selama pemanasan atau pendinginan.

 Nama lainnya adalah koefisien perpindahan

panas, unit film conductance, dan film coefficient.

Unit Surface Conductance (h)

T A q  .

h =

Satuan h : W/m

2

_{K, J/s.m}

2

_{.K, Btu/hr.ft}

2o

_F

Konversi : 1 Btu/hr.ft

2o

_{F = 5,68 J/s.m}

2

_.K

Unit Surface Conductance (h)

 Contoh nilai h :

Boiling liquid  400 – 4000 Btu/hr.ft2oF  evaporasi Still air  1 Btu/hr.ft2oF  refrigerasi

Moving air  10 Btu/hr.ft2oF  air drying

(pengeringan)

Latent heat (panas laten)

 Panas laten adalah panas yang dibutuhkan untuk merubah wujud suatu bahan pada tekanan konstant tanpa perubahan temperatur.

Es

Cair

Uap

panas laten pembekuan 335 kj/kg panas laten penguapan 2257 kj/kg

Untuk air pada tekanan atmosfer

Untuk food  - panas laten pembekuan - panas laten pencairan

Latent heat (panas laten)

Contoh panas laten beberapa produk :

 Lettuce Ka : 94,8% 316,3 (317,6) kJ/kg  Strawberries Ka : 94,0 316,5 (314,9) kJ/kg  Kentang Ka : 77,8  258,0 (260,6) kJ/kg

Persamaan Lamb (1976) L = 355 m_w

m_w= fraksi berat k.a. L = panas latent (kJ/kg )

Specific heat (panas spesifik)

 Panas spesifik merupakan ukuran yang menunjukkan

jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu satuan berat bahan sebesar satu satuan unit temperatur.

T m q C   Satuan C : K kg kj 0 _{kg K} cal k 0 . atau Konversi : K kg cal k 0 . 1 K kg kj 0 = 4,18

Specific heat (panas spesifik)

 Nilai C tergantung temperatur  C turun dengan

turunnya temperatur

 Contoh :

- air  T : 590_{F  C : 4,18 kJ/kg.K}

- es  T : 320_{F  C : 2,04 kJ/kg.K}

- susu  di atas T beku  C : 3,89 kJ/kg.K - susu  di bawah T beku C : 2,05 kJ/kg.K

 Air dipakai sebagai cooling medium  karena

C-nya besar

 Hubungan antara panas spesifik dan komposisi

bahan.

C = m_w.C_w + m_s C_s

C_w = 4,18 kJ/kg.K C_s = 1,46 kJ/kg.K

m_w & m_s = fraksi berat air dan bahan padatan  Cara lain



Miles et al (1983)





K kg kj x m m mf 0,3 snf w 4,18 0 5 , 0   C = w snf fm m

m , _{ fraksi berat lemak, padatan non lemak, dan air}

Specific heat (panas spesifik)

 Bila data analisis tersedia

C = m_wC_{w +} m_eCe + m_pC_{p +} m_fC_{f +} m_aC_a

 Panas spesifik dari gas dan uap air.

air karbohidrat protein lemak abu

Cv

Cp



dan ps Cv Cp _ 

- Cv = panas spesifik pada volume konstan - Cp = panas spesifik pada tekanan konstan

Specific heat (panas spesifik)

 Contoh nilai Cp dan ɣ_ps Tabel 8.3, Physical Properties,

M.J Lewis 1987

 Hubungan antara panas Spesifik dan temperatur

untuk kebanyakan gas

a, b, c, d = konstanta (Tabel 8.5 Physical Properties, M.J Lewis 1987)

T = temperatur absolut Cp = dalam 3 2

dT

cT

bT

a

Cp









Contoh soal :

Panas specifik oksigen pada Temperatur 270_{C (300K)}

Specific heat (panas spesifik)

 Jawab :

 Dari tabel 8.5  a = 25,46 b = 1,519 x10-2 c = -0,7150 x x10-5

_{d = 1,311 x x10}-9

Cp = 29,41

Dari Tabel 8.3 Physical Properties,

M.J Lewis 1987 : Cp untuk O₂ = 0,92 32 41 , 29 = K gr j 0 = 0,919 K kg kj 0 = 0,919 kg K kj 0

 Total energi dibutuhkan untuk menaikkan temperatur gas  bila Cp = f(T) diketahui CpdT Q



a bT cT dT



dT Q T T



    2 1 3 2







 

 

4



1 4 2 3 1 3 2 2 1 2 2 1 2 4 3 2 T T d T T c T T b T T        

Specific heat (panas spesifik)

Thermal conductivity (konduksi panas)

 Secara matematis k adalah faktor pembanding

pada aliran panas konduksi steady state.

 Faktor komposisi bahan  k dapat dihitung berdasar komposisi bahan

dT dx A q k F ft hr Btu C m dt j K m dt j k 0 0 0 . . atau . . .   Satuan  K m dt j F ft hr Btu 0 0 . . 731 , 1 . . 1  Konversi 

Thermal conductivity (konduksi panas)

w V & s V w k & s k

= fraksi volume dari padatan dan air = kondisi panas padatan dan air Untuk sistem dengan n komponen

n k k k k V1 1V2 2 ...Vn n n 2 2 1 1 k V . ... k V k V 1_{  } k  paralel  Tegak lurus

Thermal conductivity (konduksi panas)

Model paralel

q

A B

Model tegak lurus/seri q

A

B

Bila sistem terdiri dari padatan dan air :

k

V

k

_s



_{w w}



V

_s

k

w w s s k V k V 1_{ } k  paralel  tegak lurus

n n 2 2 1 1

k

V

k

...

..V

k

V







k

n n 2 2 1 1

k

V

..

...

k

V

k

V

1







k

 paralel  tegak lurus Untuk sistem dengan n komponen :

Thermal conductivity (konduksi panas)

Thermal conductivity (konduksi panas)

 k udara = 0,025  k protein = 0,2  k es = 2,24  k solid = 0,26  k karbohidrat = 0,245  k air = 0,6  k lemak = 0,18 Satuan k dalam K m dt j 0 2 .

Thermal conductivity (konduksi panas)

 Contoh soal:

Bila diasumsikan komposisi apel dalam fraksi berat adalah 0,844 air dan 0,156 padatan serta berat satuan air dan padatan adalah 1000 kg/m3 _dan

1590 kg/m3_{, hitung nilai konduktivitas panasnya.}

Thermal conductivity (konduksi panas)

104 , 0 1000 844 , 0 1590 156 , 0 1590 156 , 0      w w s s s s s M M M V    JAWAB : V_{w =} 1 - V_s= 0,896

Dengan paralel model



0,104 0,26

 

0,896 0,6



x x k V k v k  _{s s}  _{w w}   K m dt j 0 . 565 , 0 

Thermal conductivity (konduksi panas)

K

m

dt

j

k

0

.

528

,

0



Dengan model tegak lurus

k rata-rata = 0,546

K m dt j 0 .

Thermal conductivity (konduksi panas)

 pada Tabel k apel 0,422 (green) & 0,513 (red) k lebih besar daripada tabel  karena kandungan

udara tidak diperhitungkan

Bila apel diasumsikan mengandung 20% udara



0,8 0,546

 

 0,2 0,025



0,442  x x k 106 , 0 025 , 0 2 , 0 546 , 0 8 , 0 1    k  Paralel  Tegak lurus

Thermal diffusivity ( )

 Adalah laju dimana panas didifusikan keluar

bahan.

 Secara matematis adalah perbandingan antara k

dengan hasil kali C dan

 Ukuran kecepatan perubahan temperatur dari bahan pada pemanasan / pendinginan bila tinggi  bahan mudah panas / dingin

Secara fisik

Thermal diffusivity ( )

 Penting pada proses unsteady state heat transfer.  Contoh : es = 0,048 ft2/hr

apel = 0,0058 ft2_/hr

Thermal Emissivity (Ɛ)

 Adalah perbandingan daya pancar suatu bahan terhadap daya pancar dari benda hitam (black body)

 berhubungan dengan perpindahan panas radiasi.

 Nilai Ɛ : 0 s/d 1 1 untuk black body , air 0,955, kertas putih 0,9  Ɛ tanpa satuan





4

T

A

q



Thermal Emissivity (

Ɛ)

 Panas radiasi yang diserap bahan

  adalah absorptivity  nilainya sama dengan Ɛ  Total panas radiasi pada suatu bahan.

q = laju penyerapan – laju pemanasan





4 1

T

A

q



    4 2 4 1 - AT AT 



4



2 4 1 T A T   T1 = Temperatur lingkungan T2 = Temperatur bahan

Coefficient of thermal expansion

 Bila

V = volume awal

ΔV = kenaikan volume bahan karena pemanasan ΔT = kenaikan temperatur karena pemanasan

 Maka thermal expansion coefficient (average) :

C F T

V V

Bav satuan dalam ₀1 , ₀1 

 

Coefficient of thermal expansion

 Untuk nilai sesaat

 bila dinyatakan dalam ɣ

 

p

dT dv V

B 1  pemanasan sedang terjadi pada P konstan

p dT d B           1

Mass Transfer Coefficient

 Adalah perbandingan antara flux massa uap (W_w/A), pada sembarang titik y antara bagian permukaan basah dan kering, terhadap perbedaan konsentrasi dari kedua bagian tersebut.

 



Cw Cw



V A W h y _n w p  _  0 0

hp = koefisient perpindahan massa (tanpa dimensi)

W_w = laju aliran (lb/hr) A = luas permukaan (ft2₎

V = kecepatan massa (ft/hr) C_w = konsentrasi (lb/ft3₎

Mass Transfer Coefficient

 Definisi yang lain :

P

A

hp

W



.

.



T

A

h

q



.

.



Analog dari 