Upload
tito-sambas-bmc
View
470
Download
21
Embed Size (px)
Citation preview
LAPORAN PRAKTIKUM
SATUAN OPERASI INDUSTRI
PINDAH PANAS
Oleh :
Nama : Aulia bahtera lazuardi
NPM : 240110090066
Hari, Tgl Praktikum : Kamis, 5 mei 2011
Asisten : Tiwi
LABORATORIUM PASCA PANEN DAN TEKNOLOGI PROSES
JURUSAN TEKNOLOGI DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
2010
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Latar belakang dari praktikum pindah panas adalah pemindahan atau
penjalaran panas dari satu tempat ke tempat yang lain karena adanya gradien suhu
antara kedua tempat yang bersangkutan. Yang menjadi pendorong terjadinya pindah
panas adalah beda suhu. Pindah panas merupakan proses dinamis, yaitu panas
dipindahkan secara spontan dari satu badan ke badan lain yang lebih dingin.
Kecepatan dari pindah panas bergantung dari perbedaan suhu antara kedua badan,
semakin besar perbedaan, maka semakin besar kecepatan pindah panas.
1.2 Tujuan
1. Mempelajari pindah panas dalam unit operasi industry hasil pertanian.
2. Mempelajari dan menerapkan analisis pindah panas dalam pendinginan uap.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Pengertian Heat Trasfer
Perpindahan panas (Heat transfer) adalah pemindahan atau penjalaran panas
dari satu tempat ke tempat yang lain karena adanya gradien suhu antara kedua tempat
yang bersangkutan. Yang menjadi pendorong terjadinya pindah panas adalah beda
suhu. Pindah panas merupakan proses dinamis, yaitu panas dipindahkan secara
spontan dari satu badan ke badan lain yang lebih dingin. Kecepatan dari pindah panas
bergantung dari perbedaan suhu antara kedua badan, semakin besar perbedaan, maka
semakin besar kecepatan pindah panas.
Perbedaan suhu antara sumber panas dan penerima panas merupakan gaya
tarik dalam pindah panas. Apabila suhu meningkat, maka akan meningkatkan juga
gaya tarik sehingga kecepatan pindah panas akan meningkat. Perbedaan suhu antara
sumber panas dan penerima panas merupakan gaya tarik dalam pindah panas.
Peningkatan perbedaan suhu akan meningkatkan gaya tarik sehingga meningkatkan
kecepatan pindah panas. Panas yang melalui satu badan dari badan lain, pindah
menembus beberapa perantara, yang pada umumnya memberikan penahanan pada
aliran panas. Kedua faktor ini, yaitu perbedaan suhu dan penahan aliran panas,
mempengaruhi kecepatan pindah panas. Kedua faktor ini, yaitu perbedaan suhu dan
penahan aliran panas, mempengaruhi kecepatan pindah panas. Faktor-faktor ini
dihubungi oleh persamaan :
Kecepatan pindah = gaya tarik/penahan
Untuk pindah panas :
Laju pindah panas = perbedaan suhu/penahan perantara aliran panas
Selama pengolahan, suhu banyak berubah, sehingga laju pindah panas akan
berubah. Hal ini disebut pindah panas tidak tetap, sebagai lawan pindah panas tetap,
yaitu suhu selama proses tidak berubah. Pindah panas tidak tetap jauh lebih
kompleks, karena adanya penambahan variabel waktu masuk ke dalam persamaan
kecepatan.
Pindah panas dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu :
1. Konduksi
Konduksi adalah proses perpindahan panas yang ditransfer akibat adanya
saling tukar-menukar energi kinetik antara molekul-molekul bahan tanpa ada
penggeseran tempat dari molekul yang bersangkutan. Pada konduksi, energi
molekul langsung berubah dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih
dingin, molekul dengan energi yang lebih besar memindahkan sebagian energi ke
molekul tetangganya yang berenergi lebih sedikit. Dalam sistem tidak terjadi
transfer molekuler, tetapi yang terjadi adalah transfer energi antara molekul yang
satu ke molekul yang lain yang berdekatan. Konduksi merupakan mekanisme
utama dalam proses transfer panas dalam benda padat.
Konduksi Panas
Dalam hal konduksi panas, persamaan laju gaya tarik/tekanan, dapat
langsung diterapkan. Gaya tarik adalah perbedaan setiap satuan jarak yang
ditempuh oleh perpindahan panas , dikenal dengan nama beda suhu. Selain
tahanan aliran panas, kebalikannya disebut penghantar (conductance) juga
dipergunakan. Hal ini merubah bentuk persamaan menjadi :
Laju pindah panas = gaya tarik x penghantar
Yaitu :
dQ/dθ = kA dt/dx
di mana :
dQ/dθ adalah laju pindah panas tiap satuan waktu,
A adalah luas penampang jalur pindah panas,
dt/dx adalah beda suhu, yaitu laju perubahan suhu per satuan panjang jalur dan k
adalah daya hantar panas bahan perantara.
Aliran panas dari bagian terpanas ke bagian terdingin adalah dalam arah
gradien suhu neragtif. Jadi, tanda min harus ada, pada persamaan Fourrier. Akan
tetapi pada persoalan yang sederhana, arah aliran panas kabur dan tanda min
dipertimbangkan meragukan daripada menolong sehingga tidak dipergunakan.
Pada konduksi, energi molekul langsung berubah dari daerah yang lebih panas
ke daerah yang lebih dingin, molekul dengan energi yang lebih besar
memindahkan sebagian energi ke molekul tetangganya yang berenergi lebih
sedikit. Biasanya diaplikasikan pada benda-benda solids.
2. Konveksi
Konveksi yaitu perpindahan energi yang terjadi saat molekul mengalami
proses energi tingkat tinggi yang berpindah ke bagian lain pada sistem tersebut.
Mekanisme transfer panas pada proses ini yaitu akibat gerakan molekuler, bisa
juga terjadi karena adanya gaya mekanis dari luar (misalnya pemompaan,
pengipasan, dll), keadaan ini disebut konveksi paksa (forced convection).
Gerakan konstan yang terjadi karena molekul berpindah dari satu posisi dan
digantikan posisinya oleh molekul lainnya dinamakan konveksi alami. Sedangkan
jika perpindahan molekul dipengaruhi oleh gerakan atau dorongan dari luar
dinamakan konveksi paksa. Biasanya diaplikasikan di perpindahan panas pada
cairan atau gas.
Konveksi paksa merupakan konveksi yang terjadi karena adnya paksaan dari
luar yang menyebabkan fluida mengalir . Bentuk paksaan tersebut antara lain
pemompaan, pengipasan, dll. Karena pada umumnya pada konveksi paksa karena
fluida digerakkan/dialirkan dengan pemompaan dan pengipasan, maka sistem
sangat diperngaruhi oleh kecepatan gerakan fluida. Dalam mempelajari konveksi
paksa, perlu diketahui bilangan-bilangan tidak berdimensi yaitu bilangan Prandtl,
bilangan Nusselt dan bilangan Reynold. Konveksi biasanya diaplikasikan di
perpindahan panas pada cairan atau gas.
3. Radiasi
Radiasi yaitu perpindahan energi dari materi yang satu ke materi yang lainnya
dengan menggunakan gelombang elektromagnetik. Tidak ada kontak antar
molekul dalam hal perpindahan panas dengan cara radiasi.
Panas radiasi ditransfer dari sebuah benda yang mempunyai suhu relatif
tinggi ke benda lain yang bersuhu relatif rendah dengan melintasi ruang dalam
bentuk gelombang elektromagnetik.
Perpindahan panas erat kaitannya dengan suhu. Suhu bisa didefinisikan
sebagai derajat termal yang disebabkan oleh gerakan molekul pada suatu materi.
Suhu diindikasikan dengan alat ukur yang menunjukkan suhu dari elemen yang
diukur, bukan suhu dari medium yang kontak langsung dengan elemen tersebut.
Keakuratan dari pengukuran bergantung pada bagaimana panas berpindah ke
elemen yang diukur panasnya tersebut.
Perpindahan panas erat kaitannya dengan suhu. Suhu bisa didefinisikan
sebagai derajat termal yang disebabkan oleh gerakan molekul pada suatu materi.
Perubahan gerakan molekul pada zat cair atau gas akan menyebabkan perubahan
tekanan dan volume sedangkan pada benda padat akan terjadi perubahan dimensi.
Suhu diindikasikan dengan alat ukur yang menunjukkan suhu dari elemen
yang diukur, bukan suhu dari medium yang kontak langsung dengan elemen tersebut.
Keakuratan dari pengukuran bergantung pada bagaimana panas berpindah ke elemen
yang diukur panasnya tersebut. Suhu memasuki alat tersebut yang nantinya akan
mengukur elemen tersebut setelah pergantian panas mencapai titik ekuilibrium.
II.2 Daya Hantar Panas
Daya hantar panas pada beberapa benda dapat dihitung. Daya hantar panas
sedikit mengalami perubahan akibat pengaruh suhu, akan tetapi dalam beberapa
penggunaan hal ini dapat danggap tetap pada beberapa bahan tertentu.
Sebagian besar bahan pangan mengandung kadar air yang cukup tinggi, dan
oleh karena daya hantar panas air lebih kurang 0,35 BTU/kaki jam °F di atas 32°F ,
maka daya hantar panas bahan-bahan panagn juga di sekitar itu.
II.3 Penguapan
Penguapan adalah proses yang sering dipergunakan oleh ahli pengolahan
pangan. Beberapa jenis pangan dapat dikonsumsi sebagai cairan pemerasan hasil
pertanian antara lain berupa jus, sari buah, nira maupun susu yang langsung
merupakan hasil produk ternak.
Faktor dasar yang mempengaruhi laju penguapan adalah :
Laju panas pada waktu dipindahkan ke bahan cair.
Jumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan setiap pound cair.
Suhu maksimum yang diperkenankan untuk bahan cair.
Tekanan pada saat penguapan terjadi.
Perubahan lain yang mungkin terjadi di dalam bahan selama proses
penguapan berlangsung.
Sebagai suatu bagian proses di dalam pabrik, secara prinsip alat penguapan
mempunyai 2 fungsi yaitu merubah panas dan memisahkan uap yang terbentuk dari
bahan cair.
Ketentuan-ketentuan yang penting pada praktek penguapan adalah :
Suhu maksimum yang diperkenankan, yang sebagian besar di bawah
212°F
Promosi perputaran bahan cair melalui permukaan pindah panas untuk
mempertahankan koefisisen pindah panas yang tingi dan untuk
menghindari setiap pemanasan lokal yang terlalu tinggi.
Kekentalan bahan cair yang selalu meningkat dengan cepat karena
meningkatnya jumlah bahan yang tidak telarut.
Setiap kecenderungan untuk berbusa yang akan mempersulit pemisahan
bahan cair dengan uap.
II.4 Evaporator (alat penguapan)
Alat penguapan yang dibuat khas dari 3 bagian yang penting, yaitu penukar
panas, bagian penguapan tempat bahan cair dididihkan dan diuapkan, dan alat
pemisah, tempat uap meninggalkan bahan cair keluar ke alat pengembun atau ke
peralatan lain.
Pada sebagian besar alat penguapan, ketiga bagian ini diletakkan dalam suatu
silinder tegak. Di tengah-tengah silinder terdapat bagian pemanasan uap, dengan
beberapa pipa, melalui bagian ini tempat yang akan diuapkan timbul. Pada bagian
puncak silinder terdapat plat yang membiarkan uap terlepas, akan tetapi butir-butir
kecil yang mungkin terbawa uap dari permukaan bahan cair ditahan.
Pada bagian pengukur panas disebut celendria pada jenis alat penguap ini, uap
diembunkan di dalam pembungkus dan bahan cair yang akan diuapkan dididihkan
pada bagian dalam pipa dan di dalam ruangan di atas piringan pipa palig atas.
Tahanan terhadap aliran panas ditimbulkan oleh uap dan koefisien lapisan bahan cair,
dan juga oleh bahan pipa. Perputaran bahan cair sangat mempengaruhi laju
penguapan, akan tetapi kecepatan dan koefisien pindah panas keseluruhan yang telah
dilaporkan untuk alat penguapan antara 300-600 BTU/kaki2 jam°F (1500 kcal/m2jam
°C). untuk penguapan air destilasi di dalam alat penguapan dengan pipa tegak dan
dengan panas diberikan oleh uap yang diembunkan.
Ketika proses penguapan berlangsung, bahan cair yang tertinggal menjadi
lebih pekat dan karena oleh peningkatan kepekatan ini, maka suhu didih meningkat.
Kenaikan suhu didih mengurangi penurunan suhu yang diperkenankan apabila
dianggap tidak ada perubahan pada sumber panas. Laju pindah panas keseluruhan
juga akan menurun. Demikian juga dengan kekentalan bahan cair akan meningkat,
sering sangat tinggi, dan ini mempengaruhi perputaran dan koefisien pindah panas
kembali menjadi lebih rendah daripada laju pendidihan.
Komplikasi lain yaitu bahwa pengukuran koefisien pindah panas keseluruhan
telah dijumpai bervariasi dengan penurunan suhu yang sebenarnya, sehingga desain
sebuah alat penguapan secara teoritis tidak dapat dielakkan tergantung pada
ketidaktentuan yang sangat luas. Pindah panas dalam alat penguapan diatur oleh
persamaan pindah panas untuk pendidihan bahan cair dan dengan persamaan
konveksi serta konduksi. Panas yang harus dihasilkan dari sumber, pada suhu yang
sesuai dan dalam beberapa hal sumber adalah uap. Uap diperoleh baik langsung dari
boiler atau dari suatu tahapan penguapan dalam alat penguapan lain.
BAB III
METODOLOGI PENGAMATAN DAN PENGUKURAN
3.1 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan yaitu :
Labu destilasi Baskom
Kolom vigreux Timbangan
Thermometer Cawan ukur
Kondensor Pisau
Labu penampung Kompor listrik
Kawat
Tiang statif
Bahan yang digunakan, yaitu :
400 mL air
daun salam
vaseline
3.2 Prosedur Percobaan
1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Praktikum dilakukan bersama-sama, namun dilakukan pembagian
tugas.
3. Memasang dan menyusun alat sesuai gambar yang tertera pada
modul.
4. Mengiris tipis daun salam
5. Mengukur air sebanyak 400ml
6. Mengukur suhu awal air.
7. Memasukkan air dan daun salam ke dalam labu destilasi.
8. Memasangkan termometer di atas labu ukur
9. Menjalankan proses pendinginan dan pemanasan.
10. Mengukur suhu dan kondensat setiap selang 2 menit.
11. Menghitung laju kalor, laju kondensat dan log mean temperatur.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1Table hasil pengamatanwaktu Suhu (oC) V kondensat0 29 02 21 04 21 06 21 08 29,5 010 30 012 31 014 32 016 33 018 35 020 36 022 37 024 38 026 40,5 028 45 030 52 032 58 034 70,5 036 92,5 2,338 93 440 93 642 93 944 93 11,546 93 14,548 93 17,550 93,5 19,852 93,5 22,654 93,5 2556 - -58 - -60 - -
Data Hasil Praktikum :
Volume air dalam gelas ukur = 300 ml
Volume wadah = ¼ π d t = ¼ . π 35 ( 9 ) = 247,4 cm3
Diameter wadah = 35 cm
Tinggi air dalam wadah = 9 cm
Diameter pipa = 3cm
Panjang pipa = 36,5 cm
Luas pipa ( π d ) p = 344 cm2
Suhu air dalam wadah ( Tc1 ) = 24 0C
Massa daun salam = 8 g
Suhu kondensat = 26 0C
Suhu awal air (Tc1) =24oC
Suhu akhir air ( Tc2 ) = 25 0C
Volume kondensat = 25 ml
Massa air = m = ρ .v = 1g/cm3 x 300 ml = 300g
Massa Kondensat ( m = ρ .v ) = 1g/cm3x25 ml = 25 g
Perhitungan :
Heat Balance
Panas spesifik air, Cp = 4,19 kJ/kg oC
Gunakan tabel uap.
Pemanasan :
Suhu air awal (Tc1) :
Suhu air akhir (Tc2) :
Tair = Tc2 – Tc1 = 25oC – 24oC = 1oC
Banyaknya air : 300 ml =300gram=0,3 kg
a. Hitung pindah panas permenit
Qair = m . Cp . ∆T
= 0,3 kg . kJ/kgoC. 1 °C
= 1,257 kJ
Laju Kalor = Qair / t(menit)
= 1,257 kJ / 54 = 0,0233 kJ/menit
b. Hitung uap yang didinginkan (teoritis)
Q = m . U
Q = 0,3 kg x 2260 kJ/kg = 678 kJ
Pendinginan :
Suhu uap awal (Th1) :
Suhu kondensat (Th2) :
Volume kondensat : 25 ml
Laju Kondensat = Volume kondensat / Waktu
= 25 ml / 54 menit = 0,46 ml/menit
a. Hitung pindah panas permenit ( Kondensat )
Q/t = m . Cp . ∆T
= 0,025 kg . 4,19 kJ/kg°C . 1 °C = 0,105 kJ/ 54menit
= 1,94 kJ/menit
Luas Area
Apipa = π.d.p = 344 cm2 = 344 . 10-4 m2
LMTD
T1 = Th1 – Tc1 = 93,5 - 24 =69,5
T2 = Th2 – Tc2 = 92,5 - 25 =67,5
∆TLMTD = = = =66,67
Perbandingan Qair dan Qb
Q air = Qbahan
m. Cp. Tair = m. Cp. Tb + m. U
0,3kg. 4,19kJ/kg . 1 = 0,025 kg .4,19 kJ/kg°C.1 + 0,02. U
1,257 kJ = 0,105 kJ + 0,02kg U
U = 57,6 kJ/kg
Laju pindah panas air
Laju pindah kondensat (Debit kondensat)
4.2Pembahasan
Pembahasan pada praktikum satuan operasi industri tentang pindah panas
pada praktikum kali ini menggunakan alat paraktikum yang cukup banyak dan harus
menggunakan ketelitian karena alat yang digunakan pada praktikum kali ini sangat
mahal harganya. prosses pindah panas adalah Perbedaan suhu antara sumber panas
dan penerima panas merupakan gaya tarik dalam pindah panas. Apabila suhu
meningkat, maka akan meningkatkan juga gaya tarik sehingga kecepatan pindah
panas akan meningkat. Perbedaan suhu antara sumber panas dan penerima panas
merupakan gaya tarik dalam pindah panas. Peningkatan perbedaan suhu akan
meningkatkan gaya tarik sehingga meningkatkan kecepatan pindah panas. Panas yang
melalui satu badan dari badan lain, pindah menembus beberapa perantara, yang pada
umumnya memberikan penahanan pada aliran panas. Ketika proses penguapan
berlangsung, bahan cair yang tertinggal menjadi lebih pekat dan karena oleh
peningkatan kepekatan ini, maka suhu didih meningkat. Kenaikan suhu didih
mengurangi penurunan suhu yang diperkenankan apabila dianggap tidak ada
perubahan pada sumber panas. Laju pindah panas keseluruhan juga akan menurun.
Demikian juga dengan kekentalan bahan cair akan meningkat, sering sangat tinggi,
dan ini mempengaruhi perputaran dan koefisien pindah panas kembali menjadi lebih
rendah daripada laju pendidihan.
BAB V
Kesimpulan dan saran
5.1 Kesimpulan
1. Perpindahan panas merupakan satuan operasi yang sangat penting
diantaranya dalam proses pasteurisasi, sterilisasi, pendinginan, pembekuan,
penguapan, pengeringan.
2.Proses pindah panas terjadi karena adanya perbedaan suhu
5.2 Saran
Saran untuk praktikum kali ini mungkin alat dan bahan yang digunakan harus
menggunakan alat yang cukup agar setiap kelompok memiliki hasil yang berbeda-
beda.
DAFTAR PUSTAKA
Charm, S.E.1971.Fundamentals of Food Engineering. AVI Publishing Company. Westport.Connecticut.
R.L Earle.1983. Unit Operations in Food Processing. NZIFST Inc.
Toledo T., Romeo. 1979. Fundamentals of Food Process Engineering.AVI Publishing Company.Westport, Connecticut.
http://lianuraini.blogspot.com/2010/04/kalor-yang-berpindah-pindah-tempat.html
http://www.bahankuliah.info/pdf/pindah-panas-konduksi.html
kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah.../halaman_11.html
www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia...kimia.../destilasi/
www.niroinc.com/evaporators.../evaporation_systems.asp
LAMPIRAN