Download - NERACA energi.pdf
-
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