energy balance - zaki 1 -...

14
16/03/2012 1 Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan Universitas Brawijaya Ahmad Zaki Mubarok Maret 2012 Sub topik: Prinsip Umum Deskripsi Sistem Heat (Panas) Sifat Saturated dan Superheated Steam Soal-soal Beberapa proses yang berkaitan dg panas

Upload: buinhi

Post on 03-Mar-2019

246 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

1

Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan

Universitas Brawijaya

Ahmad Zaki Mubarok

Maret 2012

Sub topik:

� Prinsip Umum� Deskripsi Sistem� Heat (Panas)� Sifat Saturated dan Superheated Steam� Soal-soal � Beberapa proses yang berkaitan dg panas

Page 2: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

2

ENERGI BALANCE ?

PRINSIP UMUM

Kesetimbangan energi dalam sistem mengikuti hukum termodinamika pertama: hukum konservasi energi.

Persamaan dasar kesetimbangan energi:Energi masuk = Energi keluar + Akumulasi

Jika dalam sistem steady state, akumulasi = 0.

Page 3: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

3

APA ITU TERMODINAMIKA ?

Termodinamika adalah cabang dari ilmu pengetahuanyang mempelajari tentang transformasi energi dari satubentuk ke bentuk lainnya.

Termodinamika – Ilmu yang berkaitan dengan perubahanbentuk atau lokasi energi dan dapat dikaitkan juga dengandinamika energi.

Termodinamika dari suatu proses:→ dapat dilihat dari transformasi energi yang terjadi

sebagai hasil dari suatu proses

DESKRIPSI SYSTEM

� Terdiri dari materi yang memiliki batas tertentudan didefinisikan dalam konteks wilayah tertentu

� Batas bisa nyata atau imaginasi� Wilayah yang berada di luar batas dianggap

sebagai lingkungan� Contoh sistem: sebuah pabrik atau bagian-bagian

dari pabrik

Dua tipe umum sistem:� Sistem terbuka� Sistem tertutup

Page 4: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

4

SISTEM TERBUKA

� Terdapat transfer materiantar sistem denganlingkungan

� Terdapat transfer energi

SISTEM TERTUTUP

� Tidak ada transfer materi

� Terdapat transfer energiantara sistem denganlingkungan

Page 5: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

5

SISTEM TERTUTUP DENGAN

BATAS BERGERAK

ISOLATED SYSTEM

The fact that, in reality, a thermos is not perfect in keeping things warm/cold illustrates the difficulty in creating an truly isolated system.

The only truly isolated system is the universe as a whole

Page 6: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

6

DESKRIPSI SYSTEM

Kondisi Steady State:� Massa sistem tidak berubah� Perubahan energi panas dalam sistem tidak

dipengaruhi oleh waktu

Kondisi Unsteady State:� Massa sistem dapat tidak berubah� Perubahan energi panas dalam sistem dipengaruhi

oleh waktu

BENTUK TRANSFER ENERGI

1. PANAS / HEAT (Q): energi panas yang ditransfer antara dua benda karena adanya perbedaan temperatur.

2. KERJA / WORK (W): transfer energi yang disebabkan oleh selain perbedaan temperatur, misalnya perbedaan tegangan, torque, atau gaya.

Page 7: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

7

HEAT (PANAS)

Sensible heat is defined as the energy transferred between two bodies at different temperatures, or the energy present in a body by virtue of its temperature.

Latent heat is the energy associated with phase transitions, heat of fusion, from solid to liquid, and heat of vaporization, from liquid to vapor.

ENTHALPY

Enthalpy is the heat content of a unit mass of steam or water at the indicated temperature and pressure.

Panas Jenis (Cp) adalah jumlah panas yang menyertai perubahan unit suhu per unit massa.

Page 8: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

8

Properties of Saturated and Superheated Steam

� Steam and water are the two most used heat transfer mediums in food processing.

� The steam tables that list the properties of steamare a very useful reference when determining heat exchange involving a food product and steam or water.

At temperatures above the freezing point, water can exist in either of the following forms:

1. Saturated Liquid� Liquid water in equilibrium with its vapor. � The total pressure above the liquid must be equal to or

be higher than the vapor pressure. If the total pressure above the liquid exceeds the vapor pressure, some other gas is present in the atmosphere above the liquid.

� If the total pressure above a liquid equals the vapor pressure, the liquid is at the boiling point.

Properties of Saturated and Superheated Steam

Page 9: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

9

2. Vapor-Liquid Mixtures� Steam with less than 100% quality. � Temperature and pressure correspond to the boiling point;

therefore, water could exist either as saturated liquid or saturated vapor.

� Addition of heat will not change temperature and pressure until all saturated liquid is converted to vapor.

� Removing heat from the system will also not changetemperature and pressure until all vapor is converted to liquid.

Steam Quality: The percentage of a vapor-liquid mixture that is in the form of saturated vapor.

3. Saturated Vapor� This is also known as saturated steam and is vapor at the

boiling temperature of the liquid. � Lowering the temperature of saturated steam at constant

pressure by a small increment will cause vapor to condense to liquid.

� The phase change is accompanied by a release of heat. Ifheat is removed from the system, temperature and pressure will remain constant until all vapor is converted to liquid.

� Adding heat to the system will change either temperature or pressure or both.

Page 10: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

10

4. Superheated Steam� Water vapor at a temperature higher than the boiling point. � Addition of heat to superheated steam could increase the

temperature at constant pressure or change both the pressure and temperature at constant volume.

� Removing heat will allow the temperature to drop to the boiling temperature where the temperature will remain constant until all the vapor has condensed.

Saturated Steam Table

� The temperature and absolute pressure correspond to the boiling point,or the temperature and pressure under which steam can be saturated.

� The absolute pressure at a given temperature is also the vapor pressure.

� The entries under saturated vapor give the properties of steam at the boiling point.

� The entries under evaporation are changes due to the phase transformation and are the difference between the properties of saturated vapor and saturated liquid.

Page 11: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

11

Properties of steam having less than 100% quality

If steam is not 100% vapor, the properties can bedetermined on the basis of the individual properties of the component.

If x = % qualityh = xhg + (1 − x)hf

Example: Calculate the enthalpy of steam at 120 oC having 80% quality.

From the saturated steam tables, at 120 oC, saturated steam or water has the following properties:hf = 503,72 kJ/kghg = 2706,07 kJ/kg

h = 2706,07 (0,8) + 503,72 (0,2) = 2164,86 + 100,75= 2265,62 kJ/kg

Note that only the temperature of steam is given in thisproblem. If either the temperature or pressure is given, but not both, steam is at the boiling point.

Page 12: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

12

Contoh soal 1:Hitung jumlah air yang dibutuhkan heat exchanger untuk mendinginkan pasta tomat sebanyak 100 kg/jam dari suhu 90 oC menjadi 20 oC. Suhu air masuk 20 oC. Peningkatan suhu air untuk mendinginkan pasta tidak boleh melebihi 10 oC. Panas jenis pasta tomat sebesar 2846 J/kg.K dan panas jenis air sebesar 4187 J/kg.K.

Pasta tomat100 kg/jamCp = 2846 J/kg.K90 oC

Air

AirT2 = T1 + 10 oC

Contoh soal 2:Jika 1 kg air pada tekanan 198,5 kPa dan suhu 110 oC, kemudian tekanan diturunkan menjadi 47,36 kPa.Hitung: a. Temperatur akhir setelah tekanan diturunkan.b. Steam quality setelah tekanan diturunkan.

Page 13: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

13

Contoh soal 3:Hitung jumlah uap air pada 120 oC yang harus disuplai untuk memanaskan tomat sebanyak 100 kg dari 15 oC menjadi 80 oC dengan sistem injeksi secara langsung. Panas jenis tomat = 3200 J/kg.K.

Uap air 120 oC

Tomat 15 oCCp = 3200 J/kg.K

Air 80 oC

Tomat 80 oC

kondensasi

CampuranTomat + Air (80 oC)

Referensi:

� Fundamentas of Food Process Engineering; RT Toledo� Introduction to Food Engineering; RP Singh, DR Heldman

Page 14: Energy Balance - Zaki 1 - blog.ub.ac.idblog.ub.ac.id/dermolen/files/2012/04/Energy-Balance-AZM.pdf · yang mempelajari tentang transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya

16/03/2012

14

Thank You

Energy is expensive...