Subjek psychrometrics melibatkan penentuan termodinamikasifat campuran gas-uap. Aplikasi yang paling umumberkaitan dengan sistem uap air-air.Pemahaman tentang prosedur yang digunakan dalam perhitungan yang melibatkansifat psychrometric berguna dalam desain dan analisis berbagaipengolahan makanan dan sistem penyimpanan. Pengetahuan tentang sifatuap air-air campuran sangat penting dalam desain sistem sepertiperalatan AC untuk penyimpanan produk segar, pengering untukpengeringan biji-bijian sereal, dan menara di pabrik pengolahan makanan pendingin.Dalam bab ini, sifat termodinamika penting yang digunakan dalam psychrometricperhitungan yang defi ned. Grafik psychrometric berguna dalammenentukan sifat seperti disajikan. Selain itu, prosedur untukmengevaluasi proses AC tertentu dibahas.9.1 SIFAT AIR KERING9.1.1 Komposisi AirAir adalah campuran dari beberapa gas konstituen. Komposisi udarasedikit bervariasi, tergantung pada lokasi geografis dan ketinggian.Untuk tujuan c scientifi, komposisi umum diterima adalahdisebut udara sebagai standar. Komposisi udara standar diberikan dalamTabel 9.1.Berat molekul yang jelas dari udara kering standar 28,9645. Gaskonstan untuk udara kering, R a, dihitung sebagai8314 4128 9645287 055..? . (m3 Pa) / (kg K)

9.1.2 spesifik c Volume Air KeringHukum gas ideal dapat digunakan untuk menentukan c Volume spesifik udara kering.Oleh karena itu,VR Tp aA ASebuah

?(9.1)di mana Va

adalah c Volume spesifik udara kering (m 3 / kg); T adalah mutlakSuhu (K); p adalah tekanan parsial udara kering (kPa); dan R a adalah

konstanta gas ([m 3 Pa] / [kg K]).9.1.3 spesifik c Panas Kering AirPada 1 atm (101,325 kPa), c panas spesifik dari udara kering c pa di suhukisaran? 40 sampai 60? C bervariasi 0,997-1,022 kJ / (kg K) dapat digunakan.Untuk kebanyakan perhitungan, nilai rata-rata 1,005 kJ / [kg K] dapat digunakan.9.1.4 Entalpi kering AirEntalpi, kandungan panas dari udara kering, adalah istilah relatif dan membutuhkanpemilihan titik referensi. Dalam perhitungan psychrometric referensiTekanan dipilih sebagai tekanan atmosfer dan referensisuhu 0? C. Gunakan tekanan atmosfer sebagai referensi memungkinkanpenggunaan persamaan berikut untuk menentukan spesifik c entalpi:Ha? 1,005 (? T0 Ta) (9.2)

di mana H adalah entalpi udara kering (kJ / kg); T adalah suhu bola kering(? C); dan T 0 adalah suhu referensi, biasanya dipilih sebagai 0? C.9.1.5 kering Bulb TemperatureSuhu kering bola adalah suhu yang ditunjukkan oleh ed unmodifisensor temperatur. Hal ini berbeda dengan suhu wet bulb(dijelaskan dalam Bagian 9.3.8) di mana sensor terus ditutupi denganlapisan air. Setiap kali suhu istilah digunakan tanpaprefi x dalam buku ini, suhu bola kering tersirat.9.2 SIFAT AIR UAPDalam Bagian 9.1, konstituen dari udara kering standar diberi. Namun,udara atmosfer selalu berisi beberapa kelembaban. Udara lembab adalah binercampuran udara kering dan uap. Uap di udara pada dasarnya adalah superheateduap pada tekanan parsial rendah dan suhu. Air yang mengandunguap superheated jelas; Namun, dalam kondisi tertentu udaramungkin berisi tetesan air ditangguhkan mengarah ke kondisi yang umumdisebut sebagai "berkabut. "Berat molekul air 18,01534. Konstanta gas airuap dapat ditentukan sebagaiRw? ? (m Pa / (kg mol K)8314 4118 01534461 52 3... )9.2.1 spesifik c Volume Air VaporDi bawah suhu 66? C, uap jenuh atau superheated berikuthukum gas ideal. Dengan demikian, persamaan negara karakteristik dapat digunakanuntuk menentukan sifat-sifatnya.VR Tp w

w Aw

? (9.3)di mana pw adalah tekanan parsial uap air (KPA), Vw adalah spesifik yangVolume c uap air (m 3 / kg), R w adalah konstanta gas airuap ([m 3 Pa] / [kg K]), dan TA adalah suhu mutlak (K).9.2.2 spesifik c Panas Uap AirPercobaan menunjukkan bahwa dalam rentang suhu? 71 untuk124? C, c panas spesifik dari kedua jenuh dan superheated uapPerubahan hanya sedikit. Untuk kenyamanan, nilai c-panas spesifik dari1,88 kJ / (kg K) dapat dipilih

9.2.3 Entalpi Air VaporEkspresi berikut dapat digunakan untuk menentukan entalpiuap air:Hw? 2.501,4? 1,88 (? T0 Ta) (9.4)di mana H w adalah entalpi uap air jenuh atau superheated(kJ / kg); T adalah temperatur curah kering (C?); dan T 0 adalah referensisuhu (? C).9.3 SIFAT CAMPURAN AIR-UAPSerupa dengan molekul gas, molekul-molekul air yang ada di udara-uaptekanan mengerahkan campuran pada lingkungan. Campuran udara-uap lakukantidak persis mengikuti hukum gas sempurna, tetapi untuk jumlah tekanan sampaisekitar 3 atm hukum-hukum ini dapat digunakan dengan akurasi suffi efisien.Hukum 9.3.1 Gibbs-DaltonDalam campuran udara-uap atmosfer, hukum Gibbs-Dalton diikutierat. Dengan demikian, tekanan total yang diberikan oleh campuran gas yang sempurnaadalah sama dengan yang diberikan oleh gas konstituen secara independen.Udara atmosfer ada pada tekanan total sama dengan tekanan udara.Dari hukum Gibbs-Dalton,pB? pa? pw (9,5)di mana p B adalah tekanan udara atau total lembab udara (kPa), pa adalahtekanan parsial yang diberikan oleh udara kering (kPa), dan pw adalah tekanan parsialdiberikan oleh uap air (KPA).9.3.2 Dew-Point SuhuUap air yang ada di udara dapat dianggap uap pada tekanan rendah.Uap air di udara akan jenuh ketika udara pada suhusama dengan suhu saturasi sesuai dengantekanan parsial yang diberikan oleh uap air. Ini suhu udaradisebut suhu titik embun. Suhu titik embun dapatdiperoleh dari tabel uap; misalnya, jika tekanan parsialuap air adalah 2,064 kPa, maka suhu titik embun dapat

langsung diperoleh karena suhu yang sesuai saturasi, 18? C.Penjelasan konseptual suhu titik embun adalah sebagai berikut.Ketika campuran udara-uap didinginkan pada tekanan konstan danrasio kelembaban konstan, suhu tercapai ketika campuran

menjadi jenuh. Lanjut menurunkan hasil suhu dalam larutankelembaban. Suhu di mana kondensasi iniProses dimulai disebut suhu titik embun.9.3.3 Rasio Kelembaban (Moisture Content atau)Rasio kelembaban W (kadang-kadang disebut kadar air atau spesifik ckelembaban) adalah defi ned sebagai massa uap air per satuan massa udara kering.Unit umum untuk rasio kelembaban kg air / udara kg kering. Dengan demikian,

9.3 Sifat Air-Vapor Campuran

9.3.4 Kelembaban RelatifKelembaban relatif φ adalah rasio fraksi mol uap air didiberikan lembab sampel pesawat ke fraksi mol dalam sampel udara jenuhpada suhu dan tekanan yang sama. Dengan demikian,φ? ?xxwws100 (9.15)Dari Persamaan (9.13),φ? ?ppwws100di mana p ws adalah tekanan saturasi uap air.Untuk kondisi di mana hukum gas sempurna terus, kelembaban relatif dapatjuga dinyatakan sebagai rasio kepadatan uap air di udara dengandensitas uap air jenuh pada suhu bola kering udara. Dengan demikian,φρρ

? w?s100 (9.16)di mana ρ w adalah densitas uap air di udara (kg / m 3) dan ρ s adalahdensitas uap air jenuh pada suhu bola keringudara (kg / m 3). Seperti namanya, kelembaban relatif tidak mengukur suatudari jumlah absolut dari uap air di udara. Sebaliknya, ia menyediakanukuran jumlah uap air di udara relatif maksimaljumlah uap air di udara jenuh pada suhu bola kering.Karena jumlah maksimum uap air di udara meningkat sebagaisuhu meningkat, penting untuk mengungkapkan suhudari udara setiap kali kelembaban relatif dinyatakan.9.3.5 lembab Panas dari Campuran Air-Air VaporPanas lembab cs adalah defi ned sebagai jumlah panas (kJ) yang dibutuhkan untuk menaikkansuhu 1 kg udara kering ditambah uap air ini dengan 1 K. Sejakc panas spesifik udara kering adalah 1,005 kJ / (kg kering K udara) dan 1,88 kJ / (kg air K)untuk uap air, panas lembab dari campuran udara-uap diberikan olehcs? 1,005? 1,88 W (9.17)mana cs adalah panas lembab udara lembab (kJ / [kg udara kering K]) dan W adalahrasio kelembaban (kg air / kg udara kering).

9.3.6 spesifik c VolumeVolume 1 kg udara kering ditambah uap air di udara disebut spesifikVolume c. Unit yang umum digunakan adalah meter kubik per kilogram(m3 / kg) dari udara kering.

Hitung c Volume spesifik udara pada 92? C dan rasio kelembaban 0,01 kg Contoh 9.1air / kg udara kering.mengingatSuhu kering bola? 92? CRasio kelembaban? 0,01 kg air / kg udara keringlarutanMenggunakan Persamaan (9.19),vmm3 / ai kg kering

9.3.7 adiabatik Kejenuhan AirFenomena saturasi adiabatik udara berlaku untukkonvektif pengeringan bahan makanan.Proses kejenuhan adiabatik dapat divisualisasikan oleh berikuteksperimen. Dalam ruang yang terisolasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.1, udaradiizinkan untuk menghubungi area permukaan besar air. Ruang terisolasi

menjamin tidak ada keuntungan atau kerugian panas ke lingkungan (kondisi adiabatik).Dalam proses ini, bagian dari panas yang masuk akal dari memasuki udaradiubah menjadi panas laten.Untuk kondisi yang baru saja dijelaskan, proses penguapan air kehasil udara di saturasi dengan mengubah bagian dari panas yang masuk akal dariudara masuk ke dalam panas laten dan defi ned saturasi sebagai adiabatik.

9.3.8 Wet Bulb SuhuDalam menggambarkan campuran udara-uap, dua suhu wet bulb umumnyadigunakan: psychrometric suhu wet bulb dan termodinamika yangsuhu wet bulb. Untuk udara lembab, nilai-nilai numerikdari dua suhu ini kurang lebih sama. Namun, dalamsistem gas-uap lain, perbedaan antara dua suhusangat besar.The psychrometric suhu wet bulb diperoleh ketika bohlamdari termometer raksa ditutupi dengan sumbu basah dan terkenatak jenuh fl udara karena masa lalu bola pada kecepatan tinggi (sekitar 5 m / s).Atau, bola ditutupi dengan sumbu basah dapat dipindahkan melaluiudara tak jenuh. Ketika sumbu terkena jenuh udara, kelembabanmenguap karena tekanan uap jenuh basah sumbu makhluklebih tinggi dari udara tak jenuh.Proses penguapan membutuhkan panas laten dari sumbu dan penyebabsuhu bola tertutup menurun. Karena suhudari sumbu menurun di bawah suhu bola kering udara, masuk akalpanas fl mengalir dari udara ke sumbu dan cenderung menaikkan suhu.Sebuah steady state tercapai ketika panas fl ow dari udara ke sumbuadalah sama dengan panas laten penguapan diperlukan untuk menguapkankelembaban dari sumbu. Suhu keseimbangan ini ditunjukkan olehbohlam termometer basah atau sama modifi ed sensor suhu adalahdisebut suhu wet bulb.Seperti disebutkan sebelumnya, pergerakan udara melewati sumbu basahpenting, jika tidak sumbu akan mencapai suhu kesetimbanganantara T dan T w.Berbeda dengan psychrometric suhu wet bulb, termodinamika yangsuhu wet bulb dicapai dengan udara lembab ketika adiabatikjenuh dengan air yang menguap. The termodinamika basahsuhu bola hampir sama dengan psychrometric suhu wet bulbuntuk udara lembab.Sebuah persamaan matematika yang berhubungan tekanan parsial dan suhucampuran udara-uap, yang dikembangkan oleh Carrier, telah digunakan secara luasdalam perhitungan untuk menentukan sifat psychrometric. Persamaan adalah

di mana pw adalah tekanan parsial uap air pada suhu titik embun(kPa); p B adalah tekanan udara (kPa); p wb adalah saturasitekanan uap air pada suhu wet bulb (kPa); T adalahsuhu kering bola (C?); dan T w adalah suhu wet bulb (? C).Contoh 9.3 Cari suhu titik embun, rasio kelembaban, volume yang lembab, dan relatifkelembaban udara yang memiliki suhu bola kering 40? C dan suhu wet bulbdari 30? C.MengingatSuhu kering bola? 40? CW et bola suhu? 30? CLarutan1. Dari Tabel A.4.2,Tekanan uap pada 40? C? 7,384 kPaTekanan uap pada 30? C? 4,246 kPa2. Persamaan Dari (9.22),pwkPa? ?? ?? ??4 246101 325 4 246 40 301555 56 0 722 303 613.(..) (). (.).Dari Tabel A.4.2, suhu yang sesuai untuk 3,613 tekanan uap kPaadalah 27,2? C. Dengan demikian, suhu titik embun? 27.2? C.3. rasio Kelembaban, dari Persamaan (9.14),W???(.) (.)(..).0 622 613 3101 325 613 30 023 kg air / kg udara keringVolume 4. lembab, dari Persamaan (9.19),Vm ? ? ? ??

(..)..0 082 40 22 41290 023180 918 3⎛⎝ ⎜⎜⎜⎞⎠ ⎟⎟⎟⎟m / kg udara kering5. Kelembaban relatif: Berdasarkan Persamaan (9.15), kelembaban relatif adalah rasiodari tekanan parsial uap air di udara (3,613 kPa) untuk tekanan uappada suhu bulb kering (7,384 kPa), atauφ? ? ?3 6137 384100 48 9... %

Mengembangkan spreadsheet yang dapat digunakan untuk menentukan Contoh prop- psychrometric 9.4erti seperti suhu titik embun, rasio kelembaban, volume yang lembab, dankelembaban relatif udara dengan suhu bola kering 35? C dan wet bulbsuhu 25? C.mengingatSuhu kering bola? 35? CW et bola suhu? 25? Clarutan1. spreadsheet ini dikembangkan menggunakan Excel ™. Untuk menentukan, di bawah saturasikondisi, suhu ketika tekanan dikenal atau tekanan saat suhudiketahui, ekspresi empiris dikembangkan untuk meja uap oleh Martin(1961) dan Steltz dkk. (1958) yang digunakan. Persamaan yang digunakan untuk spreadsheet iniberlaku antara 10? dan 93? C, dan 0.029 dan 65,26 kPa.2. Rumus spreadsheet dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar E9.1. Proseduruntuk perhitungan sifat psychrometric adalah sama seperti yang digunakan diContoh 9.3.

9.4 THE psychrometric BAGAN9.4.1 Pembangunan ChartDari bagian sebelumnya, itu harus jelas bahwa berbagai propertiudara-uap campuran saling terkait, dan sifat seperti dapatdihitung dengan menggunakan ekspresi matematika yang tepat. lainmetode untuk menentukan sifat tersebut adalah penggunaan psychrometricgrafik digambar untuk tekanan udara yang diberikan. Jika dua properti independennilai-nilai yang diketahui, grafik memungkinkan penentuan cepat semua psychrometricproperti.Pembangunan grafik psychrometric dapat dipahami dariGambar 9.2. Koordinat dasar grafik yang suhu bola keringdiplot sebagai absis dan kelembaban rasio (atau spesifik c kelembaban)sebagai ordinat. Bola dan titik embun suhu basah diplot

pada kurva yang ayunan ke atas ke kanan. Bola basah konstangaris suhu ditarik miring ditunjukkan pada Gambar 9.2. Konstangaris entalpi bertepatan dengan garis suhu wet bulb. Thekurva kelembaban relatif juga ayunan ke atas ke kanan. Perhatikan bahwakurva saturasi mewakili 100% kelembaban relatif. The spesifik konstanbaris Volume c ditarik miring; Namun, mereka memiliki berbedakemiringan dari garis suhu wet bulb.Grafik psychrometric dengan semua data termodinamika ditunjukkandalam Lampiran A.5. Untuk menggunakan grafik ini, setiap dua psychrometric independensifat yang diperlukan. Hal ini memungkinkan lokasi titik padagrafik psychrometric. Nilai properti yang tersisa kemudian dapat dibacadari grafik. Sebagai contoh, pada Gambar E9.2, titik A terletakuntuk diketahui bola kering dan suhu wet bulb. Berbagai propertinilai-nilai seperti kelembaban relatif, rasio kelembaban, spesifik Volume c, danentalpi kemudian dapat dibaca dari grafik. Mungkin perlu untuk interpolasinilai properti, tergantung pada lokasi titik.Perlu dicatat bahwa grafik psychrometric diberikan dalam LampiranA.5 adalah untuk tekanan udara dari 101,325 kPa. Semua contoh soaldibahas dalam buku ini mengasumsikan tekanan udara dari 101,325 kPa.Untuk nilai-nilai tekanan lainnya, grafik ditarik Cally spesifik bagi mereka tekananakan diperlukan.Campuran n udara-uap di 60? C suhu kering bola dan 35? Contoh C wet bulb 9,5temperatur. Menggunakan grafik psychrometric (Lampiran A.5), menentukankelembaban relatif, rasio kelembaban, spesifik Volume c, entalpi, dan titik embuntemperatur.Larutan1. Dari dua nilai properti independen yang diberikan, mengidentifikasi titik padagrafik psychrometric. Seperti yang ditunjukkan pada grafik kerangka (Gambar. E9.2), berikut

langkah menggambarkan prosedur.2. Lokasi dari titik A: Pindah ke atas di 60 C garis bola kering sampai bersimpangan dengan?35? C wet bulb garis suhu.3. Kelembaban relatif: Baca kurva kelembaban relatif melewati A; φ? 20%.4. spesifik c kelembaban: Pindahkan horizontal ke kanan ordinat untuk membacaW? 0,026 kg air / kg udara kering.5. Entalpi: Pindah kiri pada garis miring untuk enthalpy konstan (sama seperti konstanbasah suhu bola) untuk membaca H w? 129 kJ / kg udara kering.6. spesifik c Volume: Dengan interpolasi antara garis volume yang spesifik c, bacaV m? 0,98 m 3 / kg udara kering.

Suhu 7. Dew-point: Pindah horizontal ke kiri untuk memotong 100%kelembaban relatif (kurva saturasi). Suhu di persimpangan adalahSuhu titik embun, atau 29? C.9.4.2 Penggunaan psychrometric Bagan MengevaluasiKompleks Ac ProsesBeberapa proses AC dapat dievaluasi menggunakan psychrometric yanggrafik. Biasanya, adalah mungkin untuk menggambarkan seluruh proses dengan menempatkantitik-titik tertentu serta menggambar garis pada grafik yang menggambarkanPerubahan psychrometric terjadi selama proses diberikan. NilaiAnalisis tersebut di estimasi relatif cepat informasi yang berguna didesain peralatan yang digunakan di beberapa penyimpanan makanan dan pengolahantanaman, termasuk AC, pemanas, pengeringan, menguapkan pendingin,dan humidifi kation, serta kation dehumidifi udara. Mengikutibeberapa proses dengan aplikasi penting untuk pengolahan makanan.9.4.2.1 Pemanasan (atau Cooling) dari AirPemanasan (atau pendinginan) dari udara dilakukan tanpa penambahan atau penghapusankelembaban. Dengan demikian, rasio kelembaban tetap konstan. Akibatnya,garis horizontal lurus pada grafik psychrometric pameran pemanas(atau pendinginan) proses.

Seperti ditunjukkan dalam Gambar 9.3, yang identifi proses ed oleh garis AB menunjukkanpemanasan / proses pendinginan. Ini harus jelas bahwa jika udara-uapCampuran dipanaskan, suhu bola kering akan meningkatkan; dengan demikiankondisi proses akan berubah dari A ke B. Sebaliknya, pendinginanProses akan berubah dari B ke A.Untuk menghitung jumlah energi panas yang diperlukan untuk memanaskan udara lembabdari negara A ke negara B, persamaan berikut dapat digunakan:q? m? (HB? HA) (9.23)di mana HB dan HA adalah nilai-nilai entalpi dibaca dari grafik.Menghitung laju energi panas yang dibutuhkan untuk memanaskan 10 m 3 / s dari udara luar Contoh 9.6

pada 30? C suhu kering bola dan 80% kelembaban relatif ke suhu bola keringdari 80? C.Larutan1. Menggunakan grafik psychrometric, kita menemukan pada 30? C suhu kering bola danKelembaban relatif 80%, entalpi H 1? 85,2 kJ / kg udara kering, kelembaban rasioW1? 0,0215 kg air / kg udara kering, dan spesifik c Volume V 1 ? 0,89 m 3 / kg keringudara. Pada akhir proses pemanasan, suhu bola kering 80? C denganrasio kelembaban 0,0215 kg air / kg udara kering. Nilai-nilai yang tersisa baca

dari grafik sebagai berikut: H2 Entalpi? 140 kJ / kg udara kering; kelembaban relatifφ2? 7%.2. Menggunakan Persamaan (9.23),q? ???100 89140 85 2615 7.(.). kJ / s615,7 kW3. Tingkat panas yang dibutuhkan untuk mencapai proses yang diberikan adalah 615,7 kW4. Dalam perhitungan ini, diasumsikan bahwa selama proses pemanasan tidak adagain dari kelembaban. Ini tidak akan menjadi kenyataan jika langsung menembakkan gas merah atau pembakaran minyakSistem yang digunakan, karena dalam proses seperti sejumlah kecil air yang dihasilkansebagai bagian dari reaksi pembakaran (lihat Bagian 3.2.2).9.4.2.2 Pencampuran AirHal ini sering diperlukan untuk mencampur dua aliran udara dari psychrometric berbedaproperti. Sekali lagi, grafik psychrometric dapat dengan mudah digunakan untukmenentukan keadaan udara campuran.Prosedur ini melibatkan pertama menemukan kondisi dua udaramassa pada tabel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.4, menunjukkan A dan B. Selanjutnya,dua poin bergabung dengan garis lurus. Garis lurus ini kemudian

dibagi dalam proporsi terbalik dengan bobot dari jumlah udara individu.Jika dua kuantitas udara adalah sama berat, campuran udara akandinotasikan oleh titik C (titik tengah dari garis AB), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.4.Dalam orts eff untuk menghemat energi, pengering makanan sedang modifi ed untuk menggunakan

kembali bagian dari Contoh 9.7knalpot udara bersama dengan udara ambien. Knalpot airfl ow dari 10 m 3 / s pada 70? Cdan 30% kelembaban relatif dicampur dengan 20 m 3 / s udara ambien di 30? C dan60% kelembaban relatif. Menggunakan grafik psychrometric (Lampiran A.5), menentukansuhu dan kelembaban bola rasio kering udara campuran.Larutan1. Dari data yang diberikan, menemukan titik-titik negara A dan B, mengidentifikasi pintu keluar danudara ambien seperti yang ditunjukkan pada grafik kerangka (Gambar. E9.3).2. Bergabung titik A dan B dengan garis lurus.3. Pembagian garis AB dilakukan sesuai dengan pengaruh infl relatif tertentumassa udara. Karena udara campuran mengandung 2 bagian udara ambien dan 1 bagianpembuangan udara, garis AB dibagi dalam 1: 2 proporsi untuk mencari titik C. Dengan demikian,panjang pendek dari garis AC sesuai dengan massa udara yang lebih besar.4. campuran udara, diwakili oleh titik C, akan memiliki suhu bola kering44? C dan rasio kelembaban 0,032 kg air / udara kg kering.

9.4.2.3 PengeringanKetika udara panas dipaksa melalui tidur makanan granular lembab, yangProses pengeringan dapat digambarkan pada grafik psychrometric sebagai adiabatikProses kejenuhan. Panas penguapan yang dibutuhkan untuk mengeringkanproduk dipasok hanya oleh udara pengeringan; tidak ada transfer panas terjadikarena konduksi atau radiasi dari lingkungan. Sebagai melewati udaramelalui massa granular, bagian utama dari panas yang masuk akal dari udaradikonversi ke panas laten, karena lebih banyak air yang diadakan di udara dalam keadaan uap.Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.5, selama proses saturasi adiabatik yangsuhu bola kering menurun dan entalpi tetap konstan,yang juga berarti suhu wet bulb praktis konstan. seperti udarakeuntungan kelembaban dari produk, rasio kelembaban meningkat.

Contoh

Udara panas pada 50? C dan 10% kelembaban relatif digunakan untuk mengeringkan padi di pengering bin.Udara keluar dari bin dalam kondisi jenuh. Menentukan jumlahair dihapus per kg udara kering.larutan1. Cari titik A pada grafik psychrometric, seperti yang ditunjukkan pada Gambar E9.4. Baca bacarasio kelembaban? 0,0078 kg air / kg udara kering.2. Ikuti garis entalpi konstan untuk kurva saturasi, titik B.

3. Sebuah t titik B, membaca rasio kelembaban? 0,019 kg air / kg udara kering.4. Jumlah kelembaban dihapus dari beras? ,019-0,0078? 0,0112 kgair / kg udara kering.

DAFTAR SIMBOLc pa spesifik c panas udara kering (kJ / [kg K])c pw spesifik c panas uap air (kJ / [kg K])c s panas lembab udara lembab (kJ / kg udara kering K)H a entalpi udara kering (kJ / kg)H L panas laten penguapan (kJ / kg)H w entalpi uap air jenuh atau superheated (kJ / kg)m massa udara kering (kg)m? massa aliran laju udara lembab (kg / s)M w berat molekul airm w massa uap air (kg)jumlah n moln sejumlah mol udaran jumlah w mol uap air

p tekanan parsial (kPa)p tekanan parsial udara kering (kPa)p B barometrik atau tekanan total udara lembab (kPa)p w tekanan parsial uap air (KPA)p tekanan parsial wb uap air pada suhu wet bulb (kPa)p ws tekanan saturasi uap air (KPA)kelembaban relatif φ (%)Tingkat q perpindahan panas (kW)R konstanta gas ([m 3 Pa] / [kg K])R gas udara kering konstan ([m 3 Pa] / [kg K])R 0 konstanta gas universal yang (8314,41 [m 3 Pa] / [kg mol K])R w uap air konstan gas ([m 3 Pa] / [kg K])kerapatan ρ s uap air jenuh pada suhu bola kering(kg / m 3)ρ densitas w uap air di udara (kg / m 3)Temperatur T (? C)T A suhu mutlak (K)T suhu bola kering (? C)T 0 suhu referensi (? C)T w suhu wet bulb (? C)Volume V (m 3)V c Volume spesifik udara kering (m 3 / kg udara kering)V m spesifik c volume udara lembab (m 3 / kg)V w spesifik c volume uap air (m 3 / kg)Rasio kelembaban W (air kg / kg udara kering)x fraksi mol untuk udara kering

x w fraksi mol uap airx ws fraksi mol untuk udara jenuh

bab 10

Dalam pengolahan makanan, kita sering menciptakan kondisi untuk mendorong kimiaReaksi yang menghasilkan produk akhir yang diinginkan di paling efi -cara efisien. Sering, selain produk yang diinginkan, beberapaoleh-produk dapat dihasilkan. Ini dengan-produk mungkin tidak diinginkandari sudut pandang proses, tetapi mungkin memiliki ekonomi yang cukup besarnilai. Dalam rangka untuk memulihkan produk-produk sekunder, langkah pemisahanharus digunakan untuk mengisolasi produk utama bunga. Dalam merancangproses pemisahan, pemahaman tentang proses perpindahan massamenjadi penting.Perpindahan massa memainkan peran kunci dalam penciptaan kondisi yang menguntungkanuntuk reaktan secara fisik datang bersama-sama, sehingga reaksi tertentuterjadi. Setelah reaktan berada di dekat dengan situs tertentu,reaksi akan dilanjutkan pada tingkat optimal. Dalam keadaan ini,kita mungkin akan menemukan bahwa reaksi dibatasi oleh pergerakanreaktan ke situs reaksi, atau gerakan-produk akhir jauhnyadari situs reaksi. Dengan kata lain, reaksi transfer massaterbatas, bukannya dibatasi oleh kinetika reaksi.Untuk mempelajari perpindahan massa dalam sistem makanan, adalah penting bahwa kita memahamitransfer massa jangka seperti yang digunakan di seluruh buku ini. Dalam situasidi mana kita memiliki fl ow massal dari fluida dari satu lokasi ke lokasilain, ada gerakan dari fluida (dari massa tertentu), tetapiProses ini tidak perpindahan massa, sesuai dengan konteks yang digunakan. Kamipenggunaan transfer massa jangka dibatasi untuk migrasi konstituendari fluida atau komponen dari campuran. Migrasi terjadikarena perubahan keseimbangan fisik dari sistem yang disebabkanoleh perbedaan konsentrasi. Transfer tersebut dapat terjadi dalam satufase atau mungkin melibatkan transfer dari satu fase ke yang lain.

Pertimbangkan contoh ini: Jika kita hati-hati memungkinkan tetesan tinta jatuhke kolam stagnan air, tinta akan bermigrasi dalam berbagai arahdari titik di mana tinta melakukan kontak dengan air.Awalnya, konsentrasi tinta di tetesan yang sangat tinggi, dankonsentrasi tinta dalam air adalah nol, sehingga membentuk konsentrasigradien. Sebagai migrasi tinta terus, konsentrasigradien akan menurun. Ketika tinta menjadi penuh dihamburkan di

air, gradien konsentrasi menjadi nol, dan perpindahan massaProses akan berhenti. Gradien konsentrasi dianggap sebagai "drivingkekuatan "untuk gerakan komponen tertentu dalam lingkungan ned defi.Misalnya, jika Anda membuka sebotol bahan sangat volatileseperti kuku remover cat di sebuah ruangan, komponen (aseton)akan bermigrasi ke berbagai bagian dari ruangan karena konsentrasigradien aseton. Jika udara stasioner, transfer terjadi sebagaihasil dari gerakan acak molekul aseton. Jika penggemar ataucara eksternal lainnya digunakan untuk menyebabkan udara turbulensi, arus eddyakan meningkatkan transfer molekul aseton untuk daerah yang jauhdi dalam ruangan.Seperti yang kita akan fi nd dalam bab ini, sejumlah kesamaan yang ada antaraperpindahan massa dan transfer panas. Dalam perpindahan massa, kita akan menemukanistilah yang juga digunakan dalam transfer panas, seperti fluks, gradien, resistensi,mentransfer sien efisien, dan lapisan batas.Menurut hukum kedua termodinamika dibahas dalam Bab 1,sistem yang tidak dalam kesetimbangan cenderung bergerak ke arah ekuilibriumbersama waktu. Untuk reaksi kimia, perbedaan dalam kimiapotensial dari spesies di satu wilayah dari ruang dibandingkan dengan yang lainwilayah ruang yang sama, adalah keberangkatan dari keadaan setimbang.Seiring waktu, akan ada pergeseran ke arah keseimbangan, sehinggapotensial kimia dari spesies yang seragam di seluruh wilayah.Perbedaan potensial kimia dapat terjadi karena berbagaikonsentrasi spesies dari satu titik ke titik lain, perbedaantemperatur dan / atau tekanan, atau perbedaan yang disebabkan oleh eksternal lainnyaladang, seperti gaya gravitasi.10.1 THE DIFUSI PROSESPerpindahan massa melibatkan kedua difusi massal yang terjadi pada molekulskala dan transportasi massal massa karena konveksi aliran. DifusiProses dapat dijelaskan secara matematis menggunakan hukum Fick dari

difusi, yang menyatakan bahwa massa fluks per satuan luas komponensebanding dengan gradien konsentrasi. Dengan demikian, untuk komponen B,m?SebuahDcxB ??∂∂(10.1)di mana m? B i s massa fluks komponen B (kg / s); c adalah konsentrasiKomponen B, massa per satuan volume (kg / m 3); D adalah difusivitas massa

(m 2 / s); dan A adalah daerah (m 2). Massa fluks juga dapat dinyatakan sebagai kgmole /s, dan konsentrasi komponen B akan kg-mole / m 3.Kami mencatat bahwa hukum Fick mirip dengan hukum Fourier tentang konduksi panas,qSebuahkTx??∂∂dan persamaan Newton untuk hubungan geser-tegangan-regangan,σ μ ??∂∂uyKesamaan antara tiga persamaan transportasi menyarankan tambahananalogi antara perpindahan massa, perpindahan panas, dan momentumtransfer. Kami akan memeriksa kesamaan ini nanti dalam Bagian 10.1.2.Mempertimbangkan dua gas B dan E di sebuah ruangan, awalnya dipisahkan olehpartisi (Gambar 10.1a). Di beberapa instan dalam waktu, partisidihapus, dan B dan E menyebar di arah berlawanan sebagai akibat darigradien konsentrasi. Derivasi berikut ini dikembangkan untukmengungkapkan difusi massa gas B menjadi gas E, dan gas E menjadi gas B.Gambar 10.1b menunjukkan konsentrasi gas pada beberapa waktu setelah partisidihapus. Konsentrasi dinyatakan sebagai molekul persatuan volume. Dalam diagram sederhana kami, lingkaran mewakili molekulgas, dan molekul bergerak dalam arah acak. Namun, karenakonsentrasi awal gas B yang tinggi di sisi kanan daripartisi, ada kemungkinan lebih besar untuk molekul B melintasipartisi dari kanan ke kiri-transportasi bersih B dari kanan ke kiri.Demikian pula ada transportasi bersih E dari kiri ke kanan.Menggunakan hukum gas ideal,pB? ρBRBT (10.2)di mana p B adalah tekanan parsial gas B (kPa); R B adalah konstanta gasuntuk gas B; T adalah suhu mutlak (K); dan ρ B adalah konsentrasi massaB (kg / m 3).

Gas RB konstan untuk gas B dapat ditulis dalam hal universalgas konstan R u sebagai berikut:RRM B

uB? (10.3)di mana R u adalah gas yang universal konstan 8.314,41 (m 3 Pa) / (kg-mol K) atau8,314 (m 3 Pa) / (g-mol K) dan MB adalah berat molekul gas B.Dengan demikian, dari Persamaan (10.2):ρBBB?pR T(10.4)atauρBB Bu= P MR T(10.5)Karena ρ B adalah konsentrasi massa, kita bisa mengganti Persamaan (10.5) diPersamaan (10.1). Dengan demikian,m?SebuahDxp MR TBBEB Budd??⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎞⎠⎟⎟⎟⎟ (10,6)ataum?SebuahD M

R TpxB BE Bud Bd?? (10.7)Difusivitas D massa BE mengacu difusivitas gas B di gas E.Persamaan (10.7) mengungkapkan difusi gas B di gas E. Demikian pula, kitadapat memperoleh Persamaan (10.8) untuk mengekspresikan difusi gas E di gas B.m?SebuahD MR TpxE EB Eud Ed?? (10.8)Besarnya massa difusivitas untuk cairan atau gas di padatankurang dari difusivitas massa untuk gas dalam cairan. Perbedaan-perbedaan iniadalah karena mobilitas molekul. Nilai difusivitas massa yangdinyatakan sebagai sentimeter kuadrat per detik (cm 2 / s). Dalam padatan, yangdifusivitas massa berkisar dari 10? 9-10? 1 cm 2 / s; dalam cairan kisarandari difusivitas massa dari 10? 6 sampai 10? 5 cm 2 / s; dan untuk gas, yangKisaran adalah dari 5? 10? 1 sampai 10? 1 cm 2 / s. Besaran difusivitas massaadalah fungsi dari suhu dan konsentrasi; dalam kasusgas, difusivitas massa substansial infl dipengaruhi oleh tekanan.Beberapa nilai perwakilan dari difusivitas massa gas di udara dan diair disajikan dalam Tabel 10.1a dan 10.1b.

10.1.1 Steady-State Diff usion Gas(dan Cairan) melalui PadatDengan asumsi difusivitas massa tidak tergantung pada konsentrasi,dari Persamaan (10.1) kita memperolehm?SEBUAHDA cABd A

d??x

di mana D AB adalah difusivitas massa untuk gas A (atau cairan A) dalam B. padatSubscript A untuk m? dan c merupakan gas atau cairan menyebar melaluipadat. Pada kenyataannya, D AB merupakan difusivitas efektif melalui padatan.Dengan memisahkan variabel dan mengintegrasikan Persamaan (10.9):m?x D cccxxSebuahAB A Ad dSebuahSebuah??1212 ∫ ∫ (10.10)m?SebuahD c cx xSEBUAH ? AB A A2??()()12 1(10.11)Persamaan (10.11) berlaku untuk difusi satu dimensi ketika konsentrasigradien adalah [c A1? c A2] dan konstan dengan waktu di lokasix 2 dan x 1. Selain itu, ekspresi berlaku untuk koordinat persegi panjang.Untuk bentuk silinder, koordinat radial akan berlaku danpersamaan berikut ini didapat:m?D Lc cr

rSebuah? AB A1 A22?21π ()ln(10.12)Persamaan (10.12) berlaku untuk situasi ketika difusi terjadidalam arah radial silinder; dari pusat ke permukaan ataudari permukaan ke pusat. Agar perpindahan massa menjadistabil-menyatakan konsentrasi di permukaan dan pusat haruskonstan dengan waktu.Kondisi difusi mapan perlu ditekankan.Konsentrasi pada batas harus konstan dengan waktu,dan difusi terbatas pada gerak molekul dalam wujud padatdijelaskan. Selain itu, difusivitas massa, D, tidak infl dipengaruhioleh besarnya konsentrasi, dan tidak ada gradien suhu adadalam padat. Besaran untuk difusivitas massa, D, tergantung padabaik padat dan gas atau cairan Diffusing dalam padat.Alih 10.1.2 konvektif MassaKetika pengangkutan komponen karena gradien konsentrasiditingkatkan oleh konveksi, massa fluks dari komponen akanlebih tinggi daripada yang terjadi dengan difusi molekul. Massa konvektifTransfer akan terjadi pada cairan dan gas, dan dalam struktur daripadat berpori. Kontribusi relatif difusi molekul danperpindahan massa konvektif akan tergantung pada besarnya konvektifarus dalam cairan atau gas.

The konvektif perpindahan massa sien sien km adalah defi ned sebagai tingkatperpindahan massa per satuan luas per satuan konsentrasi perbedaan. Dengan demikian,kmA c c mBB1 B???(2)(10.13)w disini m? B adalah massa fluks (kg / s); c adalah konsentrasi komponen B,massa per satuan volume (kg / m 3); A adalah daerah (m 2). Satuan k m adalah m 3 / m2 s

atau m / s. The sien efisien mewakili volume (m 3) komponen Bdiangkut melintasi batas dari satu meter persegi per detik.Dengan menggunakan hubungan yang disajikan dalam Persamaan (10.5), massatransportasi karena konveksi menjadi:m?k AMR TB p pm Bu A? (B1? B2) (10.14)Ungkapan ini digunakan untuk memperkirakan massa fl ux berdasarkan uapgradien tekanan di wilayah transportasi massal.Ketika aplikasi c spesifik transportasi massa uap air di udara,Persamaan (9.14) dapat dimasukkan dalam persamaan (10.14) untuk mendapatkan:m?k ampR TB W Wm Bu A? 1?0 622 2.() (10.15)Ketika menghitung transportasi konvektif dari uap air di udara,Persamaan (10.15) digunakan, dan gradien adalah dalam bentuk kelembaban yangrasio gradien di wilayah transportasi massal konvektif.Konvektif transfer massa koefisien sien dapat diprediksi dengan menggunakan dimensianalisis, analog dengan metode yang dijelaskan dalam Bab 4 untukkonvektif perpindahan panas koefisien sien. Pada bagian ini, kita akan mempertimbangkanbeberapa nomor berdimensi penting yang terlibat dalam massatransfer.Dalam situasi yang melibatkan difusi molekuler dan perpindahan massa karenakonveksi paksa, variabel-variabel berikut penting: difusivitas massaD AB, untuk komponen A di cairan B; kecepatan fluida, u; itukerapatan fluida, ρ; viskositas fluida, μ; karakteristikdc dimensi; dan perpindahan massa konvektif sien efisien k m. Dalamkasus konveksi alami, variabel penting tambahan mencakuppercepatan gravitasi, g, dan massa kepadatan perbedaan Δ ρ.Variabel dikelompokkan dalam jumlah berdimensi berikut:Nk dD Shm c

AB? (10.16)

Pertimbangkan fl fluida karena selama fl di piring seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.2. untuklapisan batas dari tepi terkemuka piring, kita dapat menulispersamaan berikut untuk momentum, energi, dan konsentrasi,masing-masing.uuxuu ux∂ x x x∂∂∂∂∂? y? Y yμρ22 (10.20)

uTxuT Tx∂∂∂∂∂∂? y? Y yα22 (10,21)u

cxucDcx∂∂∂∂∂∂A AAB? ? Sebuah y y y22 (10,22)Dalam Persamaan (10,22), c A merupakan konsentrasi komponen A dilokasi dalam lapisan batas.Catat ituμραμ? ? ?ckN Prandtl jumlah pPr (10,23)Dengan demikian, jumlah Prandtl memberikan hubungan antara kecepatan danSuhu profi les.Dari Persamaan (10.20) dan (10,22), jikaμρDAB? 1 (10,24)maka kecepatan dan konsentrasi profi les memiliki bentuk yang sama. Theperbandinganμρ AB? Sc?DJumlah N Schmidt (10,25)Konsentrasi dan suhu profi les akan memiliki bentuk yang sama jikaαDAB

? 1 (10.26)RasioαDJumlah N LewisAB? Le? (10,27)Hubungan fungsional yang berhubungan angka-angka ini dimensiuntuk konveksi paksa adalah:NSH? f (NRE, NSC) (10,28)Jika kita membandingkan korelasi untuk perpindahan massa dengan yang disajikanuntuk perpindahan panas di Bab 4, analogi yang jelas. Jika

yang berdimensi profi les kecepatan, temperatur, dan konsentrasidiasumsikan sama, angka Nusselt dan Prandtl untukperpindahan panas bisa diganti dengan nomor Sherwood dan Schmidt,masing-masing, dalam transfer massa. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwaNSHmassa total ditransfermassa total ditransfer oleh molecu?lar difusi(10,29)NSCdifusi molekul momentumdifusi molekul?massa(10.30)Berikutnya, kita akan mempertimbangkan sejumlah korelasi berdimensi digunakandalam mengevaluasi konvektif massa sien perpindahan sien (km). Korelasi iniadalah berdasarkan asumsi sebagai berikut:■ sifat fisik Konstan■ Tidak ada reaksi kimia dalam fluida■ massal Kecil aliran pada antarmuka■ Tidak ada disipasi kental■ Tidak ada pertukaran energi radiasi■ Tidak ada tekanan, panas, atau difusi paksa.10.1.3 Laminar Aliran Selama Flat PlateLaminar fl ow atas fl di piring ada ketika N Re? 5? 10 5, dan korelasiaku s:Nk xD

NxxShmAB? ? Sc? , 0.322N N 0,6 Re/Sc/L1 2 1 3 (10.31)Dalam Persamaan (10.31), yang konvektif massa perpindahan sien efisien km, x dijumlah Sherwood di lokasi yang tetap; oleh karena itu, N Sh, x adalahdisebut nomor Sherwood lokal. Dimensi karakteristikdigunakan dalam nomor Sherwood dan Reynolds adalah jarak dariterkemuka tepi piring.Ketika aliran adalah laminar atas seluruh panjang piring, kita bisamendapatkan nomor Sherwood rata-rata dari hubungan berikut:Nk LDSh Nm LABL Sc? ? ? , 0.664N N 0,6 Re/Sc/L1 2 1 3 (10,32)Dalam Persamaan (10.32), dimensi karakteristik adalah total panjangpiring, L; dan perpindahan massa konvektif sien efisien km, L, diperolehdari jumlah Sherwood, adalah nilai rata-rata untuk seluruh piring.

Menentukan tingkat air menguap dari baki penuh air. Air dikecepatan 2 m / s adalah fl karena lebih baki. Suhu air dan udaraadalah 25? C. Lebar baki adalah 45 cm dan panjangnya sepanjang arahfl ow udara adalah 20 cm.The diff usivity uap air di udara D? 0.26? 10? 4 m 2 / s.Kelembaban relatif udara adalah 50%.MengingatVelocity? 2 m / sSuhu air dan udara? 25? C

Lebar baki? 45 cmPanjang baki? 20 cmUsivity Diff? 0.26? 10? 4 m 2 / sViskositas kinematik dari udara pada 25? C? 16,14? 10? 6 m2 / sPendekatanKami akan terlebih dahulu menentukan jumlah Reynolds dan kemudian menggunakan berdimensi yang sesuaikorelasi untuk mendapatkan perpindahan massa sien efisien dan penguapan airtingkat.Larutan1. bilangan Reynolds untuk 20 cm tray panjangNRE?????2 0216 14 1024 783 6...Sejak N Re? 5 × 10 5, yang ow fl adalah laminar.2. Kami menggunakan Persamaan (10.32):Nk LDSh N NmABRe/Sc? ? 0,664 () 1 2 (?) 1/3dimanaND ScAB? ??????ν 16 14 10

0 26 100 6264...3. Dengan demikian,kkm / /m m / s???? ???0 20 26 100 664 24 783 0 621 1587 1041 2 3 12... () (.)..4. T dia tingkat penguapan untuk baki adalahm? A KMA (cA, s? CA, ∞)di mana c A, s adalah konsentrasi dalam kondisi jenuh,cA, S? ρA, S? 0,02298 kg / m3

dan di mana c A, adalah konsentrasi air dalam aliran bebas; sejak relatifkelembaban 50%, makaρA, ∞? (0,5) (0,02298)? 0,01149 kg / m35. Oleh karena itu,m? A m / s) m 0,2 m)kg / m kg /? ? ? ?? ?(.? (.

(..1 1587 10 0 450 02298 0 0114923 mSebuah kg / s31 1982 10 5)m? ? . ? ?6. Tingkat penguapan air dari baki adalah 0,043 kg / jam.

Contoh 10.2

Menentukan tingkat air menguap dari baki air dijelaskan dalamContoh 10.1 dengan menggunakan tekanan parsial uap air di udara dan dipermukaan air. Kelembaban relatif udara 50%.MengingatKecepatan udara? 2 m / sTemperatur (udara dan air)? 25? CLebar tray? 0,45 mPanjang baki? 0,2 mUsivity diff uap air di udara? 0.26? 10? 4 m2 / sViskositas kinematik udara (25? C)? 16,14? 10? 6 m2 / sKelembaban relatif udara? 50%Tekanan uap air pada kejenuhan? 3,179 kPa (dari Tabel A.4.2 pada 25? C)Berat olecular M air? 18 kg / (kg mol)Konstanta gas, R? 8,314 m3 kPa / (kg mol K)PendekatanKami akan menggunakan pendekatan yang sama seperti pada Contoh 10.1 untuk mendapatkan perpindahan massasien efisien. Gradien tekanan parsial akan digunakan untuk menghitung penguapan airtingkat.Larutan1. Berdasarkan perhitungan dari Contoh 10.1, transfer massa sien efisien,k m? 1.16? 10? 2 m / s2. Menggunakan definisi defi kelembaban relatif, tekanan parsial 50% RH udarapB PB1RH2 k 10050100? ? 3 179? 1 5895%() (.).⎛

⎝ ⎜⎜⎜⎞⎠ ⎟⎟⎟⎟⎛⎝ ⎜⎜⎜⎞⎠ ⎟⎟⎟⎟ Pa

3. Menggunakan Persamaan (10.14):m? Bm / s m kg / kg molm kP?1 16? 10? ? 0 2? 0 45? 188 3142 23. [] (..) [] [()]. [A / kg mol K KkPa()] () [](..) []? ?? ?25 2733 179 1 58954. Kemudianm? B? 1.2? 10? 5 kg / s? 0,043 kg air / h

C0ntoh 10.3

Menentukan tingkat air menguap dari baki air dijelaskan dalam Contoh 10.3Contoh 10.1 dengan menggunakan rasio kelembaban uap air di udara dan dipermukaan air.MengingatKecepatan udara? 2 m / sTemperatur (udara dan air)? 25? CLebar tray? 0,45 mPanjang baki? 0,2 mUsivity diff uap air di udara? 0.26? 10? 4 m2 / sViskositas kinematik udara (25? C)? 16,14? 10? 6 m2 / sKelembaban relatif udara? 50%

Berat molekul air? 18 kg / (kg mol)Konstanta gas, R? 8,314 m3 kPa / (kg mol K)Tekanan atmosfir ? 101,325 kPaPendekatanLangkah-langkah yang digunakan dalam Contoh 10.1 diikuti untuk mendapatkan perpindahan massa sien efisien.Gradien rasio kelembaban digunakan untuk menghitung laju penguapan air.Larutan1. F rom Contoh 10.1, transfer massa sien efisien km? 1.16? 10-2 m / s2. Dari grafik psychrometric (Gambar. A.5), rasio kelembaban udara jenuh(25? C) di permukaan air ditentukan.W1? 0,0202 air kg / kg udara kering3. Dari grafik psychrometric (Gambar. A.5) rasio kelembaban selama 25? C udara pada 50%kelembaban relatifW2? 0.0101kg air / kg udara kering

4. Menggunakan Persamaan (10.15), massa fluks air dari permukaan ke udarabertekad:m? Bm / s m kg / kg molk?? ? ? ??1 16 10? 0 2 0 45 18101 325. 2 [] (..) [2] [()]. [Pa]0,622? m kPa / kgmol K? ? K? ?8 314 25 2730 0202 0 0101. [3 ()] () [](..) [Kg air / kg udara kering]5. Kemudianm? B? 1,25? 10? 5 kg / s? 0.045 kg air / h10.1.4 Turbulent Arus lalu sebuah Flat PlateHubungan berdimensi untuk kelompok berdimensi selama bergolakaliran (N Re 5? 10 5) melewati fl di piring adalah sebagai berikut:Nk xDN N

x xm xShABRe/Sc/? ? , 0,0296 0,6? NSC? 3000 4 5 1 3 (10.33)Dalam Persamaan (10.33), dimensi karakteristik adalah jarak daritepi terkemuka piring, dan perpindahan massa sien konveksi -sien adalah efisien sien lokal di dimensi karakteristik, x.Korelasi yang akan digunakan untuk menentukan massa konvektif rataTransfer sien efisien selama bergolak aliran adalah:Nk LDSh N NmLABRe Pr0.33L? ? 0.036 0,8 (10,34)Dalam Persamaan (10.34), dimensi karakteristik adalah panjang totaldari fl di piring.10.1.5 Laminar Aliran dalam PipaUntuk laminar fl ow di pipa, persamaan berikut disarankan:Nk d N NL / dcSh Nm cABRe Scd RedD? ? 1.86? 10.0001/3⎛⎝⎞⎠(10.35)di mana dimensi karakteristik, dc, adalah diameter pipa.

10.1.6 Turbulent Arus di PipaUntuk bergolak aliran dalam pipa,Nk dDSh N N Nm cABRe Sc/d d Re? ? 0,023 0,8 1 3 10.000 (10,36)mana dc adalah dimensi karakteristik dan diameter pipa.Alih 10.1.7 Massa untuk Arus lebih Objects BulatTransfer massa ke atau dari benda bulat diperoleh dariekspresi mirip dengan korelasi Froessling disajikan sebagai Persamaan(4.69) untuk transfer panas.NSH NRE N N/Re/d d d Sc? 2.0? (0.4 1 2? 0,06 2 3) 0,4 (10,37)Untuk perpindahan massa dari tetesan cairan jatuh bebas, berikutekspresi dianjurkan.NSH NRE N/sc/d d? 2.0? 0.6 1 2 3 1 (10.38)

Contoh 10.4

Sebuah bola 0,3175 cm glukosa ditempatkan dalam aliran air fl karena pada tingkat Contoh 10.40,15 m / s. Suhu air adalah 25? C. Diff usivity glukosa dalam air0.69? 10? 5 cm 2 / s. Menentukan perpindahan massa sien efisien.mengingatDiameter bola? 0,3175 cm? 0.003175 mKecepatan air? 0,15 m / sSuhu air? 25? CUsivity diff glukosa dalam air? 0.69? 10? 5 cm2 / sDari Tabel A.4.1 @ 25? CKepadatan = 997.1kg / m3Viskositas = 880,637? 10? 6 Pa s

pendekatanKami akan terlebih dahulu menentukan jumlah Reynolds dan nomor Schmidt. Sejak glukosalingkup terendam dalam aliran air, kita akan menggunakan Persamaan (10.38) untuk menentukan

jumlah Sherwood. Transfer massa sien efisien akan diperoleh dariJumlah Sherwood.Larutan1. Jumlah Reynolds adalahNRE99 kg / m m / s mPa s==7 1 0 15 0 003175880 637 1053936. . ..? ?? ?2. Jumlah Schmidt adalahNSC88 Pa s 000 cm / m2kg / m cm / s==0 637 10 10997 1 0 69 106 23 5 2. .. .? ?? ???12793. Jumlah Sherwood dapat diperoleh dari Persamaan (10.38)NSH? 2.0? ()??0 6 1279 539153

. 03/01 () 1/24. perpindahan massa sien efisienkm5 cm / sm cm / mNona?? ??? ?153 0 69 100 003175 10 0003 32 1022 25.. ..--5. Massa Transfer sien efisien akan 3.32? 10? 5 m / s, dengan asumsi bahwa dengan melarutkanglukosa dalam air kita tidak akan mengubah sifat fisik air untuksetiap besaran cant signifikan.10.2 goyah-NEGARA MASSA TRANSFERDalam banyak aplikasi, perubahan konsentrasi komponendalam makanan akan terjadi dalam kondisi di mana tingkat konsentrasiPerubahan dapat meningkat atau menurun dengan waktu. Contoh akantermasuk difusi garam dalam makanan matriks padat, difusidari fl avor volatil dalam makanan kering atau difusi antimikrobasubstansi dalam makanan. Dalam beberapa kondisi, difusiair fase cair dapat terjadi dalam makanan di bawah isotermalkondisi. Akhirnya, penyerapan kelembaban oleh makanan kering selama penyimpananakan terjadi karena difusi uap air dalam makanan keringstruktur.

10.2.1 Transient-Negara Diff usionDifusi komponen makanan dengan massa produk akandijelaskan oleh:∂∂∂∂⎛

⎝ ⎜⎜⎜⎜⎞⎠⎟⎟⎟⎟ctDcx?22(10,39)di mana c adalah konsentrasi komponen menyebarkan dalamstruktur makanan padat, sebagai fungsi waktu, t. Difusivitas massa,D, adalah properti yang sama dari produk dan komponen menyebarkanseperti yang dijelaskan untuk difusi mapan. Solusi analitisPersamaan (10.39) telah disajikan dalam berbagai referensi, denganCrank (1975) memiliki array yang paling lengkap dan geometrikondisi batas. Faktor kunci infl uencing jenis solusidiperoleh adalah geometri dari objek makanan padat, dan bataskondisi yang diperlukan untuk menggambarkan kondisi di permukaanobjek. Solusi seri mirip dengan solusi yang dirujuk dalamgoyah-negara perpindahan panas.Grafik perpindahan massa goyah-negara telah dikembangkan, sepertiGambar 10.3 dari Treybal (1968). Grafik menyajikan konsentrasirasio terhadap rasio berdimensi DTD / c2 selama tiga geometri standar:piring infi nite, infi nite silinder, dan bola. Bila menggunakan grafik diGambar 10.3, rasio konsentrasi mengandung konsentrasi rata massa,c ma, setiap saat, t; konsentrasi komponen menyebarkandi media seputar objek makanan, c m; dan awalkonsentrasi komponen menyebarkan dalam makanan, ci.Sebagai diperkenalkan untuk transfer panas goyah-negara di Bab 4, karakteristikdimensi, dc, perubahan tergantung pada geometri: onehalfketebalan untuk pelat infi nite, jari-jari silinder infi nite,dan jari-jari bola. Selain itu, grafik pada Gambar 10.3 mengasumsikanbahwa kondisi batas akan mewakili perlawanan diabaikanuntuk perpindahan massa pada permukaan obyek, dibandingkan dengan difusidalam makanan. Ini adalah asumsi yang masuk akal dalam banyak makananaplikasi sejak difusivitas massa, D, untuk cairan atau gas dalamstruktur makanan padat memiliki besaran yang kecil dibandingkan dengan massatransfer gas atau cairan pada batas. Setiap konveksi dipermukaan akan meningkatkan perpindahan massa dalam lapisan batas di

permukaan benda. Perlu dicatat bahwa konsentrasi rata-rata massamakanan sebagai fungsi waktu mungkin tidak memberikan informasi memadai suffi,dan sejarah distribusi konsentrasi dalam makananSeharusnya dipertimbangkan.

Contoh 10.5

Garam yang digunakan untuk melestarikan sepotong 4,8 mm dari salmon otot. Konsentrasigaram di permukaan adalah 0,533 kg / kg garam salmon gratis (SFS), dankonsentrasi awal adalah 0,012 kg / kg SFS. Jika usivity diff massa, D, garamdi salmon otot adalah 8.78? 10? 11 m 2 / s, menentukan waktu yang diperlukan untukKonsentrasi rata-rata massa untuk mencapai 0,4 kg / kg SFS.MengingatC dimensi haracteristic untuk nite slab infi, dc? 2.4 mm? 2.4? 10? 3 mKonsentrasi garam di permukaan, cm? 0,533 kg / kg SFSAwal konsentrasi garam, ci? 0,012 kg / kg SFSMassa rata konsentrasi, cm a? 0,4 kg / kg SFSD? 8 78? 10 ?. 11m2 / sPendekatanGrafik perpindahan massa goyah-negara (Gambar. 10.3) akan digunakan untuk memperkirakan berdimensikuantitas, Dt / DC2, dari rasio konsentrasi.Larutan1. rasio konsentrasic cc cma msaya m??????0 4 0 5330 012 0 5330 255. .. ..2. Dari Gambar 10.3,Dt

dc 2? 0.463. LaluWaktumNona]c 222? ?? ??? ???0 46 0 46 2 4 108 78 103 018 13 211. . (.) []. [/.dD08 384 sWaktu? . h4. Dibutuhkan 8.38 h untuk konsentrasi garam rata-rata massa untuk mencapai 0,4 kg / kg SFS.Sebuah hubungan yang lebih berguna untuk aplikasi massal goyah-negaratransfer dalam makanan akan menjadi:c cc cf N N??m?saya m(Bi, Fo) (10.40)dimanaNNBiFo

perpindahan massa nomor Biot;perpindahan massa Fourier n?? Banyaknya.

Penggunaan lebih lengkap dari solusi untuk Persamaan (10.40) akanmemprediksi sejarah distribusi konsentrasi dalam makanan, berdasarkanpengetahuan tentang konvektif perpindahan massa sien efisien pada batasdari objek, dan difusivitas massa gas atau cairan dalamstruktur makanan.Pendekatan alternatif untuk grafik, seperti Gambar 10.3, didasarkan padaanalogi perpindahan panas, seperti yang dijelaskan dalam Bab 4. Bila diterapkanperpindahan massa, ekspresi dasar persamaan laju difusi, sebagaiberikut:log (c c) log [()]tfm? ?? ? j cm? ci (10,41)di mana tingkat difusi konstan, f, merupakan waktu yang dibutuhkan untuksatu perubahan log-siklus dalam gradien konsentrasi, dan sien lag -sien, j, menggambarkan wilayah non-linear dalam hubungan antaragradien konsentrasi dan waktu selama tahap awal dari difusi.Dengan mengadaptasi grafik yang dikembangkan oleh PFL ug dkk. (1965) dan disajikandalam Bab 4, koefisien sien (f, j) yang diperlukan untuk tingkat difusipersamaan dapat ditentukan. Tingkat difusi konstan, f, diperkirakandengan menggunakan Gambar 4.40, di mana jumlah berdimensi fd / dc2disajikan sebagai fungsi dari jumlah Biot perpindahan massa. Catat itusaat menggunakan Gambar 4.40 untuk transfer massa kita menggunakan simbol-simbol padabagan tepat. Seperti yang terlihat, yang pengaruh infl transfer massaJumlah Biot paling dramatis antara besaran 0,1 dan 100.Pada nilai kurang dari 0,1, resistensi internal untuk transfer massa diabaikan,dan perubahan konsentrasi dalam makanan akandikontrol oleh besarnya perpindahan massa sien konveksi -efisien pada permukaan produk. Sebuah aplikasi dari situasi ini mungkinpengangkutan gas atau uap melalui kemasan fi lm untuk berporimakanan selama penyimpanan. Pada transfer massa Biot jumlah yang lebih besar dari 100,resistensi eksternal untuk transfer massa diabaikan, dan perubahankonsentrasi dalam makanan sebagai fungsi waktu dikendalikan olehbesarnya difusivitas massa, D. Sejak Persamaan (10,41) adalahdiperoleh dengan menggunakan istilah pertama dari solusi seri, seperti yang dibahas diBab 4, itu hanya berlaku untuk nomor Fourier lebih besar dari 0,2.Besarnya efisien lag sien, j, adalah infl dipengaruhi oleh transfer massaJumlah Biot, seperti digambarkan pada Gambar. 4,41 dan 4,42. Pada Gambar 4.41,

hubungan menggambarkan pengaruh infl transfer massa jumlah Biotpada lag sien efisien jc di pusat geometris dari objek.Lag sien efisien jm di lokasi defi ning rata-rata massa

konsentrasi objek tersebut infl dipengaruhi oleh jumlah Biot perpindahan massaseperti yang diilustrasikan pada Gambar 4.42. Untuk kedua koefisien sien, yang pengaruh infl darijumlah Biot perpindahan massa yang paling dramatis antara 0,1 dan 100.Pendekatan disajikan dapat digunakan untuk memprediksi waktu yang dibutuhkan untukkonsentrasi rata-rata massa makanan, atau untuk konsentrasidi pusat produk, untuk mencapai beberapa defi ned besarnya. setelahbesarnya jumlah perpindahan Biot massa didirikan,nilai yang sesuai diperoleh dari Angka. 4.40, 4.41, dan 4.42.Besarnya konstanta laju difusi dihitung berdasarkanbesaran difusivitas massa, D, dan dimensi karakteristikuntuk produk. Koefisien sien ini digunakan untuk menghitung waktudari persamaan laju difusi, ketika diberi konsentrasi menyebarkankomponen dalam medium sekitarnya produk, sertakonsentrasi awal dalam makanan.

Contoh 10.6

T ia diff usion garam dalam salmon otot diuraikan dalam Contoh 10.5 dapat Contoh 10.6dijelaskan oleh persamaan laju usion diff. Tentukan waktu yang diperlukan untukmeningkatkan konsentrasi rata-rata massa untuk 0,4 kg per kg garam SFS.mengingatd c? 2.4 mm? 2.4? 10? 3 mcm ? 0,533 kg / kg SFSc i? 0,012 kg / kg SFSD? 8.78? 10? 11 m 2 / scm c? 0,4 kg / kg SFSpendekatanPersamaan tingkat usion diff akan digunakan untuk menentukan waktu yang diperlukan, setelah memperkirakantingkat diff usion konstan (f) dan lag sien sien (jm) dari grafik (Gambar. 4.40dan 4.42).larutan1. Perkirakan tetapan laju usion diff.Karena konsentrasi slab telah diukur pada permukaan otot,resistensi terhadap transportasi massal diabaikan di permukaan dan NBI

40Dari Gambar 4.40,f Ddc

2? 0,97untuk slab yang tak terbatas di NBI

3

4

10.2.2 Diff usion GasAplikasi c spesifik dari persamaan laju difusi ke unsteadystateperpindahan massa gas dapat dicapai dengan mengakui bahwakonsentrasi secara langsung berkaitan dengan tekanan parsial, seperti ditunjukkandi Persamaan (10.5). Mengingat hubungan ini, tingkat difusipersamaan dapat dinyatakan sebagai berikut:log (p p) log [()]tfm? ?? ? j pm? pi (10,42)dan perubahan tekanan parsial dari gas menyebarkan dalam makananstruktur produk dapat diprediksi dalam hal tekanan parsialgas itu. Bentuk persamaan laju difusi akan memiliki spesifikaplikasi c untuk difusi oksigen dan gas-gas yang sama dalam makananproduk.Dengan mempertimbangkan definisi defi aktivitas air dalam hal tekanan parsialuap air, persamaan laju difusi dapat disajikan sebagai:log (a) log [()]tfwm? w ?? ? j AWM? awi (10.43)dan perubahan aktivitas air dari makanan kering dapat diprediksi, berdasarkanpada paparan lingkungan dengan aktivitas air (kelembaban relatif)yang berbeda untuk produk. Bentuk persamaan dapat digunakanuntuk memprediksi aktivitas air dalam makanan setelah periode penyimpanan defi ned disebuah defi ned lingkungan, atau untuk memprediksi waktu yang dibutuhkan untuk produk

untuk mencapai batas aktivitas air selama penyimpanan. Aplikasi initerkait erat dengan prediksi rak-hidup untuk kering dan menengahmakanan kadar air.

Contoh 10.7

Potongan individu dari pasta kering yang terkena lingkungan di 15? C dan Contoh 10.750% kelembaban relatif. The usivity diff massa uap air dalam pastaadalah 12? 10? 12 m 2 / s, dan perpindahan massa sien efisien di lingkungan

sekitar pasta telah diperkirakan be1.2? 10? 4 m / s. Potonganpasta memiliki diameter 1 cm. Jika aktivitas air awal adalah 0,05, memperkirakanaktivitas air dari pasta setelah satu minggu.MengingatC dimensi haracteristic, infi nite silinder, dc? 0,005 mk m? 1.2? 10? 4 m / sD? 12? 10? 12 m2 / saw m? 0 0,5 (dari kelembaban relatif? 50%)aw i? 0.05PendekatanLangkah pertama dalam larutan adalah perhitungan perpindahan massa nomor Biot, diikutioleh penentuan koefisien sien yang tepat untuk digunakan dalam usion diffpersamaan laju.Larutan1. perpindahan massa nomor Biot untuk potongan individu dari pastaNBI? 5? 1042. Menggunakan Gambar 4.40,FDdfc22mNona]s 231,5 h221250 40 4 0 00512 108 3 10????? ? ??.. (.) [][.3. Menggunakan Gambar 4.42,

jm = 0,74. Menggunakan persamaan tingkat usion diff,log (.).0 5 log [. (..)]168231 5? aw ?? ? 0 7 0 5? 0 05dan w? 0.445. Berdasarkan langkah-langkah yang digunakan, aktivitas air rata-rata massa pasta setelahsatu minggu adalah 0,44.

Penerapan persamaan laju difusi ke fi geometri nite adalahdicapai dengan cara yang sama seperti yang dijelaskan sebelumnya untuk panastransfer. Ekspresi kunci untuk silinder fi nite dan lempengan fi nite,masing-masing adalah:1 1 1f f f? ?IS IC(10,44)1 1 1 1f f 1 f 2 f 3? ? ?IS IS IS(10.45)Demikian pula, sien efisien j untuk silinder fi nite dan fi nite slab adalah,masing-masing:j j JI? AKU S ? C (10,46)j? jIS1? jIS2? JIS3 (10,47)B y menggunakan ekspresi yang tepat, koefisien sien (f, j) adalahdiperoleh dan persamaan tingkat difusi digunakan untuk memprediksi konsentrasi,tekanan parsial, atau kegiatan air, sebagai fungsi waktu.

Contoh 10.8

Tentukan waktu yang diperlukan untuk pusat potongan pasta dalam Contoh10,7 untuk mencapai aktivitas air 0,3. Potongan memiliki panjang 2 cm dandiameter 1 cm.mengingatC dimensi haracteristic, infi nite silinder, dc? 0,005 mC dimensi haracteristic, infi nite slab, dc? 0.01 mk m? 1.2? 10? 4 m / sD? 12? 10? 12 m2 / s

aw m? 0 0,5 (dari kelembaban relatif? 50%)aw i? 0.05w? 0,3pendekatanSetelah penentuan jumlah Biot perpindahan massa, grafik (Gambar. 4.40 dan 4.41)digunakan untuk menentukan koefisien sien untuk persamaan laju usion diff.larutan1. Kedua perpindahan massa nomor Biot (berdasarkan infi nite slab dan infi nite silinder)melebihi 5? 10 4.

2. Menggunakan perhitungan dari Contoh 10,7,FIC? 231,5 h3. Menggunakan Gambar 4.40 (untuk infi nite slab),f Ddc2? 0,974. Kemudianfis? s 2.245,4 h??? ? ??0 97 0 0112 108 08 102126. (.).5. Dari Gambar 4.41,JCS? 1,27 (untuk slab tak terbatas)IHSG? 1,60 (untuk silinder tak terbatas)6. Menggunakan Persamaan (10,44),1 12245 41231 5209 86ff? ??. .. h

7. Menggunakan Persamaan (10.46),jc? 1,27? 1,60? 2.048. Berdasarkan persamaan tingkat usion diff,log (..).log [. (..)].0 5 0 3209 862 04 0 5 0 05138 89? ?? ? ??tt h9. Waktu untuk kegiatan air mencapai 0,3 di pusat potongan pasta adalah 138,89 hatau 5,8 hari.

DAFTAR SIMBOLm? m ass aliran tingkat (kg / s)j lag sien efisien untuk transfer massa (berdimensi)NBI perpindahan massa jumlah Biot (berdimensi)NFO perpindahan massa jumlah Fourier (berdimensi)fwaktu yang dibutuhkan untuk perubahan satu log-siklus konsentrasigradien (s)Daerah A (m 2)aktivitas air wkonsentrasi c (kg / m 3 atau kg mol / m 3)c p spesifik c panas (kJ / [kg? C])Difusivitas massa D (m 2 / s)d c dimensi karakteristik (m)E aktivasi p energi untuk permeabilitas (kkal / mol)k konduktivitas termal (W / [m? C])k perpindahan massa m sien sien (m / s)Panjang L (m)m? aliran tingkat massa (kg / s)Berat molekul MJumlah N Le Lewis (berdimensi)Jumlah N Re Reynolds (berdimensi)Jumlah N Sc Schmidt (berdimensi)Jumlah N Sh Sherwood (berdimensi)p tekanan parsial gas (kPa)P permeabilitas sien efisien

Tingkat q perpindahan panas (W)R konstanta gas (m 3 Pa / [kg K])r radial koordinat (m)R u konstanta gas universal yang (m 3 Pa / [kg mol K])σ tegangan geser (Pa)Kelarutan S (mol / [cm 3 atm])Temperatur T (K)waktu t (s)viskositas kinematik ν (m2 / s)u kecepatan fluida (m / s)Rasio kelembaban W (air kg / kg udara kering)x jarak koordinat (m)α difusivitas termal (m 2 / s)μ viskositas (Pa s)Konsentrasi massa ρ (kg / m 3)