NERACA PANAS

PADA UNIT PENGOLAHAN

Elok Waziiroh, S.TP, M.Si

Masukan Keluaran

Energimasuk = Energikeluar + Akumulasi

ENERGI.........> PANAS= uap, air, padatan, dll.........> MEKANIK.........> ELEKTRIK.........> ELEKTROMAGNETIK.........> HIDROLIK.........> DLL

sistem

HUKUM TERMODINAMIKA I

Konservasi Energi

Kesetimbangan Energi

Neraca panas

Tentukan Kapasitas produksi

Tentukan suhu dasar perhitungan

Tentukan satuan

Tentukan asumsi kehilangan panas

Tentukan panas jenis bahan

Lihat di data2 keteknikan

Diprediksi : cp1xkadar 1 + cp2xkadar2.

TAHAPAN PERHITUNGAN

Tahapan

Menggambar prosesLengkap dengan anak panah masukkan dan

keluaran pada setiap tahapan proses

Masukkan variabelUntuk variabel yang belum diketahui atau

ditanyakan dapat menggunakan simbol huruf

Gunakan Rumus Energi (Q)Q= m.c.T atau Q=m.

Carilah terlebih dahulu Cp bahan atau panas

latennya

Menyimpulkan kembaliMembuat kesimpulan dari hasil yang didapatkan

Contoh pemanggangan

Masuk (kJ) Keluar (kJ)

Entalpi adonan 17.840,6 Entalpi biskuit 118.937,5

Panas yang diberikan 315.159,4 Entalpi uap air 214.062,5

Total 333.000,0 Total 333.000,0

Q= m cp T

Diperoleh dari tabel atau diprediksi

Q=m

Selisih panas masuk dgn

panas keluar

CONTOH 1

Hitung air (suhu 20) yang diperlukan untuk mensuplai alat pindah

panas yang digunakan untuk mendinginkan pasta tomat (100

kg/jam) dari 90oC ke 20oC. Naiknya suhu air pendingin = 10oC

air dingin (T1), W Kg

q3

q2Pasta tomat

20oC

q4

Air hangat

Pasta

Tomatq1

100 kg/jam

90oC

40% padatan

T2 (T2 > T1 ; T2 - T1 = 10oC)

T2 = T1 + 10oC

Cp. air = 4187C.Kg

J

Cp. Pasta tomat = 2847,76 J/Kg.C

Kandungan panas masuk:

( ) MJ.CKg.C

J2847,76Kgq

o

1 927192090100 =-

=

Kandungan panas keluar:

( ) CKg.C

J2847,76Kgq

o

2 02020100 =-

=

Air masuk, W kg

( ) 03 =

= C20-20

Kg.C

J4187Wkgq

o

( ) ( ) KJwC20-30Kg.C

J4187Wkgq

o87041.4 =

=

Kesetimbangan Panas

q1 + q3 = q2 + q4

air dingin (T1), WKg

q3

q2Pasta tomat

20oC

q4

Air hangat

Pasta

Tomatq1

100 kg/jam

90oC

40% padatan

T2 (T2 > T1 ; T2 - T1 = 10oC)

T2 = T1 + 10oC

q1 + q3 = q2 + q4

q1 = q4

19.927 MJ = q4

19.927. 106 = 41.870 (w) J

w = 475,9 Kg

Atau: Panas yang hilang dari pasta tomat = Panas yang diserap oleh air pendingin

( ) ( ) CT-10TKg.C

J4187W C20-90

Kg.C

J2846.76kg

o

11+

=

100

100 (2846.76) (70) = 41.870 W

W = 475,9 Kg

Susu akan disterilisasi dalam sistem UHT dengan menggunakan

penukar panas (heat exchanger) untuk memanaskannya. Susu

dialirkan ke dalam sistem UHT dengan kecepatan 5000 kg/jam untuk

melewati penukar panas pada suhu 135 C selama 6 detik. Susu

memiliki suhu awal 15 C dan penukar panas yang memiliki tekanan

uap 313,18 kPa dan 100 % kualitas uap air (artinya seluruh uap air

berada dalam fase gas dan digunakan sebagai media pemanas).

Hitunglah laju aliran dari uap air (media pemanas) yang harus

masuk ke dalam penukar panas agar kondisi proses yang diinginkan

tercapai? Diketahui panas jenis susu adalah 3,894 kJ/kgC dan Tref

0C

CONTOH 2

Uap air

T=543,1 kPa

Produk susu

135oC

Kondensat

Susu

15oC

T=135oC

Energi yang masuk: dihitung dari kandungan energi dari susu dan uap air

a. Untuk susu yang masuk gunakan suhu 0C sebagai suhu reference

Qin susu = mCp(Tm-Tref) = (5000 kg/jam)(3,894 kJ/kgC)(15-0) =

292,050 kJ/jam

b. Untuk uap air

Karena diketahui kualitas uap, berarti semua uap berada dalam fase gas.

Dengan menggunakan tabel uap, maka dapat diperoleh nilai hg pada suhu

135C adalah 2726,54 kJ/kg, shg:

Qin uap = m.hg = m (2726,54 kJ/kg)

Energi yang keluar (dari kandungan energi susu yang keluar dan

kondensat air)

a. Untuk susu yang keluar gunakan suhu 0C sebagai suhu reference

Qout susu = mCp(T-Tref)=5000 kg/jam)(3,894 kJ/kgC)(135-0) =

2.628.450 kJ/jam

b. Kondensat air

Qout kondensat = m (4,18 kJ/kg)(135-0) = m (564,3 kJ/kg)

Kesetimbangan energi=

Qin susu + Qin uap = Q out susu + Qout kondensat

292,050 + m2726,54 = 2.628.450 + m564,3

Maka m= 1215,5 kg/jam

CONTOH 2

Tentukan panas yang diperlukan untuk mencairkan

(thawing) 200 kg jus tomat beku (-10C) kemudian

memanaskannya hingga titik didihnya dan menguapkan air

sebanyak 50 kg dari jus. Proses dilakukan pada tekanan

atmosfir. Diasumsikan titik beku dan titik didih jus tomat

adalah 0C dan 100C. Panas jenis jus tomat beku 2,01

kJ/kgC, panas jenis jus tomat cair 3,98 kJ/kgC, panas

laten untuk pelelehan (Hjus 333,2 kJ/kg) dan panas latenuntuk penguapan (Huap 2257 kJ/kg).

Total energi dihitung untuk keseluruhan proses perubahan fase, mulai dari

padat hingga menjadi uap.

Energi untuk menaikkan suhu ke titik beku Q1= m1Cp1(Tbeku-Tawal)

Energi untuk merubah fase jus dari padat ke cair Q2= m2Hjus

Energi untuk menaikkan suhu ke titik didih Q3= m3Cp2(Tdidih-Tawal)

Energi untuk merubah fase ke uap Q4 = m4Huap

Total energi yang diperlukan untuk pemanasan dan evaporasi jus tomat

adalah:

Qtotal= Q1 + Q2 + Q3 + Q4

= (200 kg)(2,01 kJ/kgC)(0C-(-10C)+(200 kg)(332,2

kJ/kg)+(200kg)(3,98 kJ/kgC)(100-0C)+(50 kg)(2257 kJ/kg)= 263,110 kJ