Pengukuran sifat-sifat termis

5/14/2013

Panas jenis

Pengukuran sifat-sifat termis

Cork insulation

CcWc Ti  Te   CwWw Ti  Te   CsWs Te  Ts 

Vacuum jacket

Cs  Bucket Sample

CcWc Ti  Te   C wWw Ti  Te  Ws Te  Ts 

Air dan kalorimeter temperaturnya sama Ti dan Ts<Ti

Gbr. Kalorimeter

C W T  Tw   CcWc Ti  Te  Cs  w w e Ws Ti  Te 

Sampel dan kalorimeter temperaturnya Ti dan Tw<Ti

• Dengan menggunakan persamaan Cs diperoleh :

C s  0,44 Btu

T

• Untuk menentukan spc. heat dari jagung, bucket dan jagung dipanaskan sampai temperatur 1640F, kemudian air 700F dituangkan ke dalam bucket. Diketahui :

C w  1 Btu

lb.0 F

Wc  0,120lb

Cc  0,226 Btu

Ww  0,561lb

lb.0 F

Te  86 0 F

Ws  0,198lb

• Sampel diselubungi dengan pelat pelindung, dimana dibuat agar Tplate sama dg Tsampel, sehingga tidak ada panas hilang

lb. F • Koreksi panas hilang : T panas

Contoh soal :

2. Metode Guarded-plate

0

T

1. Metode Pencampuran sampel dengan berat dan temperatur yang diketahui dicampurkan dalam air pada kalorimeter yang diketahui specific heat, temperatur dan beratnya.

T panas

panas supply = panas diterima sampel

Te Te

Heat lost Te1

Te2

3,41 VIt  CWT

Te3 A

T dingin

T dingin Sampel

0

t Saat pencampuran

V

VIt

C

3,41 VIt WT

t

3,41 Faktor konvensi Watt ke Btu/hr

Lama pencampuran Te  regresi linier Tei Vs t

Gb. Kurva untuk koreksi panas hilang

Guarded plate

Pengukuran dengan metode guarded plate

dan t dalam satuan jam

1

5/14/2013

3. Metode Comparison Calorimeter

T ΔtA

• Untuk bahan cairan, satu tabung diisi sampel sedangkan tabung lainnya diisi cairan yang specific heat-nya diketahui (air). Kemudian dipanaskan  didinginkan dalam kalorimeter  C dihitung dari Cooling Curve.

ΔT

q A q B  t A t B

A (air atau cairan lain)

C W  CwWw t B  CBWB t A Cs  A A

B (sampel)

ΔtB

Ws .t A

sampel A

Waktu (t)

t A & t B dari cooling curve

B

air

Contoh tipikal kurva pendinginan udara

Pengukuran dengan metode comparison calorimeter

4. Adiabatik Agricultural Calorimeter External Chamber Pemanas Test Chamber Container + sample

Adiabatic. Pemanas sampel (q)

Hubungan specific heat dengan k.a.

• • • • •

Gabah : Beras : Kedelai : Gandum : Sorghum:

C = 0,265 + 0,0107 M C = 0,286 + 0,009 M C = 0,39123 + 0,0046057 M C = 0,301 + 0,0086 M C = 0,3337 + 0,0077 M

▫ M = kadar air dalam w.b. ▫ C = Cal. 0 gr. C

T inside test chamber wall = T outside test chamber wall

C dihitung dari kesetimbangan energi (panas)

q  WCT Samp.  WCT Cont  WCT TestChamber

Specific heat of food  Umumnya diukur dg Calorimeter

q = Supply energi untuk sampel + container

Contoh soal 311,3 gr. Roti beku k.a. = 36,2% (dalam kaleng) dimasukkan dalam kalorimeter. Temperatur awal –69,40C dibiarkan mencair sampai temperatur 23,20C. Perpindahan panas total diketahui = 19,493 kal. Bila spc. heat dari air di atas 00C = 1 kal/goC, dari 00  -180 = 0,5 kal/goC dan –18  -780C = 0,46 kal/goC , serta panas latent pembekuan (peleburan) es = 79,6 kal/g , spc. heat dari roti (solid) di atas 00C = 0,37 kal/goC , panas sensible dari kaleng 571 kal. Hitung spc. heat dari roti tersebut di bawah 00C

Persamaan dari Moline et.al : • - Untuk produk beku karena Nitrogen Cair q Cf 

T  CaWa t Wf

q = panas hilang Btu (kebocoran) T/  t = laju perubahan temperatur CaWa = kapasitas panas Container Wf = berat produk sampel

2

5/14/2013

• Mengukur panas jenis sampel .  Container diisi sampel

Thermocouple

▫ Panas jenis total yaitu : Sampel dan Container aluminium

Plug (penutup)

q  sampel T Wsc  c  t   ▫ Panas jenis sampel saja Csc 

Styrofoam cell

Sampel bahan beku

Container aluminium

Csa 

Cco , Csc, Cal dan Csa

Pengukuran dengan metode Moline

Mengukur heat leak dari alat - digunakan bahan (sampel) yang diketahui berat dan Cp.nya - Heat leak (q)  kebocoran panas untuk mendeskripsikan karakteristik alat

 T  q  Cco .Wco  c   t 

• Ditentukan berdasarkan k.a bahan, panas latent pembekuan air diasumsikan 143,4 Btu/lb sehingga : ▫ Panas latent bahan = k.a x 143,4

• Hubungan panas latent dengan k.a (Woolrich 1938) 160

fish

cheese

0

= berat tembaga, sampel dan container, aluminium dan sampel

Tc t

= laju perubahan temperatur

Persamaan dari Cooper CwWw T2  T1   W f C1 T0  T3   W2 L  W2C2 T2  T0  T0

= Temperatur titik beku produk

T1 ,T2

= Temperatur awal & akhir dari air pada kalorimeter

T3

= Temperatur awal produk beku yang dimasukkan kalorimeter

Ww

= Berat air

Cw

= Spc. heat air

Wf

= Berat produk beku

C1 & C 2

= Spc. heat produk di bawah & di atas titik beku

L

= Panas latent produk

W2

= Berat produk di atas titik beku (akhir)

beef

80

40

= panas jenis tembaga, sampel dan container, aluminium (container) dan sampel

Wco ,Wsc ,Wal danWsa

misal digunakan bahan copper (tembaga)

Panas latent pembekuan

120

CscWsc  Cal.Wal Wsa

bacon butter 20

40

60

80

100

%.k.a

Persamaan ini menunjukkan kesetimbangan panas pelelehan (thawing) produk beku dalam air pada kalorimeter.

Kurva hubungan antara panas latent dengan kadar air

1. Steady state longitudinal heat flow method

Konduktivitas Panas

Guarded hot plate - paling akurat dan umum - untuk bahan konduktor yang jelek - sampel berbentuk slab homogen dan kering

H G

• Terdapat dua macam cara yaitu steady state dan unsteady state, dimana cara unsteady state akan lebih cepat dalam pelaksanaan pengukurannya.

F D C D

E

I

B

B I

A

D C

E

D

Pengukuran konduktivitas panas dengan metode steady

state longitudinal heat flow method- guarded hot plate

A = Central heating (elektrik)sumber pemanas B = Central surface plate  plat pemanas C = Guard heater (elektrik)  dipanaskan dengan aliran listrik D = Guard surface plate  plat pelindung supaya panas tidak bocor E = Cooling unit  agar transfer panasnya tinggi F, G, H = Thermocouples I = Sampel

k

q.d 2 AT

T  TG  TH

q = konsumsi daya listrik saat steady tercapai

3

5/14/2013

2. Steady state radial heat flow method • Digunakan untuk bahan bijian atau bubuk lepas tak terpadatkan • Peralatan dapat berupa cylinder with and without end guard • Konduktivitas panas dihitung dengan r  q ln  1   r2  k 2LT1  T2  L

Silinder

r1

3. Sphere with central heating • Seperti pada metode steady state radial heat flow method, hanya disini digunakan bola dengan pemanas pada bagian pusatnya • Konduktivitas panas dihitung dengan persamaan 1 1 q   r r2  k  1 4 T1  T2 

r1 r2

Bola

r2

Sampel

Pemanas Elektrik (q)

Pemanas Elektrik (q)

Pengukuran konduktivitas panas dengan metode

Sampel

sphere with central heating

Pengukuran konduktivitas panas dg metode steady state radial heat flow method

4. Concentric cylinder comparative method

5. Unsteady State • Modifikasi dari Fitch Method untuk unsteady state adalah sbb :

L r4 r1

r2

Sampel

q a  mC

r3 Air panas

T1

q  L

Silinder Standart

mC

dT1t  dt

dT1t  dt

q  tidak perlu diukur ks  harus diketahui konduktivitas panas silinder standart

r k s T3  T4  ln  2   r3  T1  T2  ln  r4 r   3

kA T1t   T2  m.C

 kA  T1t   T2   ln  t  mC  T1t 0   T2  

dT  laju panas pada sampel dx

Pengukuran konduktivitas panas dengan metode Unsteady state modifikasi dari

 - kA

T1 t   T2 L

Fitch Method

t = waktu  diintegralkan t = 0  t = t

kA b mC

 y  bx ,

b   T1t   T2   ln    T1t 0   T2  

 perubahan panas air

6. Metode Permodelan Statistik

 - kAT1 t   T2  -

qs  - kA

Isolator

qa  q s

apabila

dt

Sampel

Pemanas

Pengukuran konduktivitas panas dg metode concentric cylinder comparative method

k

dTt 

T2

• Salah satu persamaan matematis yg menghubungkan konduktivitas bahan dengan kadar airnya adalah sbb :

k  m k w  1  mk s k w & k s = konduktivitas panas air dan padatan

kA mC

Bila A, m, dan C diketahui maka k dapat dihitung * m & C= berat & panas jenis air * A = luas permukaan sampel

m

= kadar air bahan (desimal)

k

= konduktivitas panas bahan

t

Kurva hubungan antara rasio temperatur dengan waktu

4

5/14/2013

Difusivitas panas.

C



1. Cylindrical object & Time-temperature data Heater Stirer

Temperatur (T) dan waktu (t)



T

diukur sampai kenaikan T

d 2T 1 dT  dr 2 r dr Cr 2  c1 ln r  c2 4

terhadap t konstan. Pada

Solusi akhir :

kondisi ini persamaan Fourier menjadi

C

 Air



C

 T 1 T   r2 r  r 2

dimana



CR 2 4Ts  Tc 

R = jari-jari silinder sampel Ts = temperatur permukaan silinder Tc = temperatur pusat silinder

dT dt

C  kenaikan T konstan, Thermocouple

Sampel

Pengukuran difusivitas panas dengan metode

sehingga T jadi fungsi r saja menjadi diferensial biasa

cylindrical object and time-temperatur data

2. Dengan tabel-tabel dan grafik • Bentuk bahan ditentukan (bola, silinder, slab/plat) lakukan pemanasan/pendinginan • Ukur temperatur, waktu, jari-jari/tebal • Hitung temperatur ratio (Y) Y

T  Ta Ti  Ta

T = Temperatur bahan pada waktu t Ti = Temperatur bahan awal Ta = Temperatur medium pendingin/pemanas

- Gunakan chart  untuk mendapatkan nilai α

5