ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog...

33
1 Purwiyatno Hariyadi Email: [email protected] Web: phariyadi.staff.ipb.ac.id ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id ITP530 PEMBEKUAN PANGAN Purwiyatno Hariyadi phariyadi.staff.ipb.ac.id ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id Aspek engineering Design (keperluan refrigerasi, T) Laju pembekuan (the rate at which freezing progress) Mutu produk Produktivitas PEMBEKUAN PEMBEKUAN

Transcript of ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog...

Page 1: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

1

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

ITP530

PEMBEKUAN PANGAN

Purwiyatno Hariyadiphariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Aspek engineering

Design (keperluan refrigerasi, T) Laju pembekuan (the rate at which freezing

progress)

Mutu produkProduktivitas

PEMBEKUANPEMBEKUAN

Page 2: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

2

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

• Penyimpanan produk pada T < suhu beku

• Umumnya pada T < 28 °F (-2 °C), atau khususnya pada < 0 °F (-18 °C)

• Sebagian besar air (~95%) beku

• daya awet produk beku ` bbrp bulan --- tahun• Laju pembekuan dipengaruhi oleh bbrp faktor : perlu

dikendalikan

• Pertumbuhan mikroorganisme dihambat, bbrp bahkan inaktif

PurwiyatnoHariyadi/IPN/ITP/Fateta/IPB

PEMBEKUANPEMBEKUAN

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Things to notice:

•Pressure and temperature both affect the phase of matter.

•All three phases of matter exist at the triple point

Melting/Freezing

Boiling/Condensating

PEMBEKUANPEMBEKUAN

pembekuan

Page 3: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

3

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

PENGARUH POSITIF

• Menurunkan/menghambat pertumbuhan m.o.• Menurunkan laju reaksi kimia/biokimia• Meningkatkan daya simpan produk

• (3-40 lipat untuk setiap penurunan suhu 10°C)

PENGARUH NEGATIF• Kerusakan kimia• Kerusakan fisik (textural)

PEMBEKUAN – pengaruhnya pd produk pangan

PEMBEKUAN – pengaruhnya pd produk pangan

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

– Freezer burn ?

• Package properly 

• Control temperature fluctuations in storage.

–Oxidation?

• Off‐flavors 

• Vitamin loss 

• Browning 

–Recrystallization?

PEMBEKUAN – pengaruhnya pd produk pangan

PEMBEKUAN – pengaruhnya pd produk pangan

Page 4: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

4

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

- Penurunan titik beku = f (konsentrasi, BM)

m.KT

m.BMTRT

f

A2

0Agf

kg

kJ335air

kg

kJ,pembekuanlatenpanas

K.mol

J314.8gastatankonsR

K273,Kair)A(murnipelarutbekutitikT

.pelarutmg1000

solutmolmolalitasm

g

0A

dimana:

BMA = Berat Molekul pelarutK = konstanta molal titik beku

Lar. X dlm air Tf = (1.86 m)oC

A

A0Ag

1

XlnT

1

T

1

R

XA = fraksi mol air1 = panas laten pembekuan

Sifat Produk Pangan Beku Sifat Produk Pangan Beku

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Ice cream mix dengan komposisi sbb:10% butterfat12% solid-not-fat (54.5%: laktosa)15% sukrosa0.22% stabilizer

37.22% Air = 62.78%

Ditanya Tf = ?

L

m.BMTRT

A2

0Ag

f

m = ?

solvenkg

solutmolm

Solut? sukrosa BM = 342laktosa BM = 342solut lain diabaikan !!

Asumsi bahwa hanya gula (laktosa + fruktosa) yang memp. Efek menurunkan titik beku) !!

Sifat Produk Pangan Beku Sifat Produk Pangan Beku Contoh :

Page 5: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

5

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Fraksi gula = 0.15 + 0.12 (0.545) = 0.2154 g/gFraksi air = 0.6278 Konsentrasi gula dlm air =

airg1000

gulag1,343

airg

gulag3431.0

6278.0

2154.0

m003.1airg1000

gulamol342

1.343

m

kg

J335.1000

kg

mol003.1

mol

g18K273

g18

mol1

K.mol

J314.8

T

2

f

Tf = 1,86 K

Sifat Produk Pangan Beku Sifat Produk Pangan Beku Contoh (lanjutan):

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Air murni = 335

Larutan solid x dlm air = (335 mw)

kg

kJ

kgkJ

mw = Fraksi massa airContoh:

Kadar air

Selada 94.8 316.3 Strawberi 90.8 289.6 Kacang panjang 88.9 297.0 Kentang 77.8 258.0 Daging kambing 58.0 194.0 Kacang merah, biji kering 12.5 41.9 Kurma kering 24.0 79.0

kg

kJ

Perhitungan berdasarkan pd rumus

= 335 mwkg

kJ

Air:mol

J6030

mol1

1018

kg

J10335

kg

kJ335

33

Panas Laten PembekuanPanas Laten Pembekuan

Page 6: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

6

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

T-t Diagram :

A schematic freezing curve for water, displayingsensible heat loss (Regions I and III) and latent heat loss (Region II).

Kurva Pembekuan :….. untuk Air Murni

Kurva Pembekuan :….. untuk Air Murni

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Removal of heat (Q) from Region I (sensible heat), II (latent heat), and III (sensible heat) :

(1) Q1 = mCp1T1

m = weight of food Cp1 =specific heat of food above freezing T = temperature difference

ENERGY REMOVAL ASSOCIATED WITH FREEZING

(2) Q2 = mw ........> mw = weight of water ........> = latent heat

(3) Q3 = mCp2T3........> m = weight of food ........> Cp2 = specific heat of frozen food ........> T3 = temperature difference

Page 7: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

7

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Titik Beku air

Super cooling

Titik eutetikAir

Larutan

Suhu

Waktu

Titik beku = f(waktu)

Driving force for nucleation/crystallization(i.e. T = T – Tf)

Kurva PembekuanKurva Pembekuan

Removal of latent heat

Removal of sensible heat

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

3-21

Kurva PembekuanKurva Pembekuan

Page 8: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

8

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Ti

Tf

T

t

Setelah terjadi pembekuan, konsentrasi solute pada sisa larutan menjadi lebih tinggi .....> penurunan titik beku lebih besar .....> Tf

()

Kurva Pembekuan :….. untuk Produk Pangan

Kurva Pembekuan :….. untuk Produk Pangan

You can’t freeze all of the water(Still have unfrozen (unfreezable) water : 5-10%)

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

You can’t freeze all of the water(Still have unfrozen (unfreezable) water : 5-10%)

Kurva Pembekuan :….. untuk Produk Pangan

Kurva Pembekuan :….. untuk Produk Pangan

Page 9: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

9

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Kurva Pembekuan …. for FishKurva Pembekuan …. for Fish

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Kurva Pembekuan …. for FishKurva Pembekuan …. for Fish

Page 10: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

10

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Buah anggur (grape) ........> kadar air 84.7%........> Tf = -1.8oC (271.2oK)

A

A0Ag

1

XlnT

1

T

1

R

1 = 6003

Rg = 8.314 K.mol

JmolJ

XA=?

AXlnK2.271

1K273

1

K.molJ

314,8

molJ

6003

Ln XA = - 0.01755XA = 0.9826 (effective mol fraction of water )

ml

grapem

INTITIAL FREEZING TEMPERATURE

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

XA = fraksi mol air = 0.9826

XA = 0.9826 =

EBM

3.15

18

7.8418

7.84

BME = 183.61 Juice anggur dapat dianggap bertingkah laku mirip/sama dgn- lar. x dlm air- BMx = 183.61

- XA = 09826- Xx = ........ dst

mol

g

INTITIAL FREEZING TEMPERATURE

Page 11: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

11

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

INTITIAL FREEZING TEMPERATURE

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

100

0- 40oC 0oC

% a

ir b

eku

Suhu

Hubungan antara % air beku vs. suhu

PRODUK BEKU?

Page 12: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

12

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Hubungan antara % air beku vs. suhu

PRODUK BEKU?

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

• EQUIPMENT RELATED • rate of heat transfer• size of refrigeration unit

• FOOD/PRODUCT QUALITY• slow freezing

• result in formation of few, large ice crystals•damaging to cell structure/quality

• rapid freezing• results in many small ice crystals•gives best product quality

• water ice: ~ 9% increase in volume

LAJU PEMBEKUAN

Page 13: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

13

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

LAJU PEMBEKUAN

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

LAJU PEMBEKUAN

Slow Freezing

Page 14: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

14

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

LAJU PEMBEKUAN

Rapid Freezing

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

LAJU PEMBEKUAN

Page 15: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

15

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

LAJU PEMBEKUAN

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

LAJU PEMBEKUAN

Page 16: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

16

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

- Pendugaan keperluan pembekuan ukuran sistem “mechanical

compression” evaluasi beban refrigerasi/pembekuan

- Disain peralatan + proses, untuk : memperoleh pembekuan yg diinginkan

- koef pindah panas- laju pembekuan

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

• Time-temperature method• Time required to freeze between two temperatures

(usually T = -5oC or –10oC)• Velocity of ice front

- rate of freezing- must be able to see ice front

• Appearance of specimen- internal conditions

• Thermal methods- calorimetric techniques- not real-world condition

+Time-temp. methods most common

+many people use time to freeze to –10oC as standard.

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN

Page 17: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

17

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

• panas laten adalah energi utama yang hrs diperhitungkan pada proses pembekuan • ~ 75% total energi pd proses pembekuan

333.3 kJ/kg air144 BTU/lb air

• Terjadi perubahan sifat fisik bahan selama proses pembekuan ~ f (T,m)

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Plank’s Method (for infinite slab)

Plank’s equation is an approximate analytical solution for a simplified phase-change model.

• Plank assumed that the freezing process:

(a) commences with all of the food unfrozen but at its freezing temperature.

(b) occurs sufficiently slowly for heat transfer in the frozen layer to take place under steady-state conditions.

Page 18: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

18

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Tf

T1

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Plank’s Method (for infinite slab)

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

xfrozen frozen

Tf Tf

Ts

T1

Ts

T1

qq

unfrozen

a

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Plank’s Method (for infinite slab)

Page 19: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

19

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Convection:

q

hr

BTU= Qt = h (Ts – T1) ...... Pers. 1

h = convective heat transfer coeff. at the product surface.

Conduction:

sff TTx

A.kq .......... Pers. 2

Tf = initial freezing pointx = x (t)

Combine 1&2:

h

1

k

xTT

q

f

1f

........... Pers. 3

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Plank’s Method (for infinite slab)

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Jumlah energi yang dibebaskan selama proses pembekuan

qdt = mi f = f dV f

qdt = f f A dx

so, q = f f A dx/dt .............. Pers. 4

Ingat Pers 3 :

h

1

k

xTT

q

f

1f

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Plank’s Method (for infinite slab)

Page 20: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

20

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

dtTTdxh

1

k

x1f

fff

fT

01f

2

a

0 fff dtTTdx

h

1

k

x

h2

a

k8

a

TTt

2

if

fff

Pembekuan selesai lempeng jika x = a/2

Ti = Suhu PembekuanSuhu ruang pembeku

h1

kx

ATT

dt

dxA

f

1fff

Kombinasi Pers. 3 dan 4 ………………….>

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Plank’s Method (for infinite slab)

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

h

Pa

k

Ra

TTt

f

2

if

fff

Where:Infinite slab Sphere Infinite sylinder Cube

P 1/2 1/6 1/4 1/8R 1/8 1/24 1/6 1/24a Thickness Diameter Diameter Edge

f= latent heat of fusion [=] kJkg

kg

kJ water = 333.22 = 144

lbBTU

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:General Plank’s Equation

Page 21: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

21

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

a

b c

P dan R untuk bentuk bata

a : dimensi terpendekc : dimensi terpanjang

B2 = c/aB1 = b/a

Lihat chart/diagram :dengan diketahui nilai B2 dan B1 maka dapat dibaca nilai P dan R

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:General Plank’s Equation

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:General Plank’s Equation

Chart providing P and R constants for Plank’s equation when applied to a brick or block geometry.

In this figure,

β1 and β2 are the ratios of the two longest sides to the shortest.

It does not matter in what order they are taken.

Page 22: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

22

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Limitation of Plank’s method:

• no superheating or supercooling• thermal properties are constant• can’t incorporate a variable heat transfer

coeff.• can’t handle varying freezing point

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:General Plank’s Equation

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Pham (1986): improved Plank’s equation :

• The mean freezing temperature is defined as

acfm TTT 105.0263.08.1

2

12

2

1

1 Bi

f

cF

N

T

H

T

H

hE

dt

where Tc is final center temperature and Ta is freezing medium temperature. The freezing time is given by

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Pham’s Equation

Page 23: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

23

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

where dc = characteristic dimension ‘r’ or shortest distance

Ef = a shape factor (‘1’ for slab, ‘2’ for cylinder and ‘3’ for sphere)

)(1 fmiuu TTcH )]([2 cfmfff TTcLH

afmi T

TTT

21

afm TTT 2

ΔH1 = Enthalpy change during pre-cooling, J/m3

ΔH2 = Enthalpy change during phase change and post-cooling period, J/m3

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Pham’s Equation

2

12

2

1

1 Bi

f

cF

N

T

H

T

H

hE

dt

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

In Pham’s method, the value of Ef is adjusted (Eq. 7.16):

Ef = G1 + G2E1 + G3E2

where the values of G1, G2 and G3 are given in Table 7.1 and E1

and E2 are calculated from Eqs. 7.17 & 7.19 and Eqs. 7.18 & 7.20, respectively.

We can now follow Example 7.2 (Singh and Heldman) and compare the freezing time calculations based on Pham’s approach and Plank’s equation.

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Pham’s Equation

Page 24: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

24

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

• Alternate approach to determine the shape factor Ef in the calculation of freezing time:

– For infinite slab, the shape factor E = 1 (since 1=infinite, 2=infinite)

– For an infinite cylinder, the shape factor E=2 (since 1=1, 2=infinite) 

– For a sphere, the shape factor, E = 3 (1=1, 2=1)

)2

(

)2

1(

)2

(

)2

1(

122

212

1Bi

Bi

Bi

Bi

N

N

N

NE

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Pham’s Equation

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

• For different shapes e.g. ellipsoid, rectangular brick, finite cylinder etc., the shape factor can be calculated:

• Same characteristic dimension R: shortage distance from thermal center to the surface of the object.

• Smallest cross‐sectional area A ; the smallest cross‐section that incorporates R.

• Same volume V

• 1 and 2 can be determined: 

)2

(

)2

1(

)2

(

)2

1(

122

212

1Bi

Bi

Bi

Bi

N

N

N

NE

21 R

A

)3

4( 3

1

2

R

V

k

RhN c

Bi

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:Pham’s Equation

Page 25: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

25

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Lean beef with 74.5% moisture content and 1 m length, 0.6 m width, and 0.25 m thickness is being frozen in an air‐blast freezer with hc = 30 W/m2.K and air temperature of ‐30 oC. If the initial product temperature is 5 oC. Estimate the time required to reduce the product temperature to ‐10 oC. An initial freezing temperature of ‐1.75 oC has been measured for the product.  The thermal conductivity of frozen beef is 1.5 W/m.K, and the specific heat of unfrozen beef is 3.5 kJ/kg.K.  A product density of 1050 kg/m3 can be assumed, and a specific heat of 1.8 kJ/kg.K for frozen beef can be estimated from properties of ice.

– Product length d2 = 1 m– Product width d1 = 0.6 m– Product thickness a = 0.25 m– Convective heat‐transfer coefficient hc = 30 W/m2.k– Air temperature T = ‐30 oC– Initial product temperature Ti = 5 

oC– Initial freezing temperature TF = ‐1.75  

oC– Product density  = 1050 kg/m3

– Enthalpy change (H) = 0.745333.22 kJ/kg = 248.25 kJ/kg (estimate)– Thermal conductivity k of frozen product = 1.5 W/m.K– Specific heat of product (Cpu) = 3.5 kJ/kg.K– Specific heat of frozen product (Cpf) = 1.8 kJ/kg.

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:CONTOH

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

(1) Determine shape factor:

(2) The Biot number is :

(3)  Shape factor E:

056.3)125.0(

6.025.0

)2

25.0(

6.025.02

221

R

A

999.5)125.0(

3

4056.3

16.025.0

)3

4( 33

1

2

R

V

5.25.1

125.030

k

RhN c

Bi

197.1)

5.2

999.52999.5(

)5.2

21(

)5.2

056.32056.3(

)5.2

21(

1)

2(

)2

1(

)2

(

)2

1(

12222

212

1

Bi

Bi

Bi

Bi

N

N

N

NE

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:CONTOH/CEK!!!

Page 26: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

26

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

(4) T3 :

(5)  H1:  Cu(Ti‐T3)

(6)  T1 and T2 :

CT o98.3)30(105.0)10(263.08.13

3

331

/33001500

])98.3(5[)/1050()./3500()(

mJ

CmkgKkgJTTCH oiu

3

3

332

/145,039,272

))10(98.3()/1050(./1800

)/1050()745.0()/1000/22.333()(

mJ

mkgKkgJ

mkgkJJkgkJTTCLH ff

CTTT

CTTT

T

oa

oa

i

02.26)30(98.3

51.30)30(2

)98.35(

2

)(

32

31

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:CONTOH/CEK!!!

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

(7) tslab :

(8)  t   =   tslab/E;

s

N

T

H

T

H

h

Rt Bi

slab

156,108

)2

5.21](

02.26

272039145

51.30

33001500[

30

125.0)

21]([

2

2

1

1

hrsE

tt slab 1.2590355

197.1

156,108

Required time for lean beef (1 m 0.6m 0.25 m) will be 25.1 hours to freeze.

PERHITUNGAN WAKTU PEMBEKUAN:CONTOH/CEK!!!

Page 27: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

27

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

METODE PEMBEKUAN

1. AIR FREEZING - Products frozen by either "still" or "blast" forced air.

• cheapest (investment) • "still" slowest, more changes in product • "blast" faster, more commonly used

2. INDIRECT CONTACT - Food placed in direct contact with cooled metal surface. • relatively faster • more expensive

3. DIRECT CONTACT - Food placed in direct contact with refrigerant (liquid nitrogen, "green" freon, carbon dioxide snow) • faster • expensive • freeze individual food particles

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

• Blast freezing – a very cold air blasted on the food cools food very quickly.  

• Close indirect contact – food is placed in a multi‐plate freezer and is rapidly frozen.

• Immersion – food is placed into a very cold liquid (usually salt water – brine) or liquid nitrogen, this is known as cryonic freezing. 

METODE PEMBEKUAN – commercial freezing

Page 28: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

28

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

• Mechanical Freezers‐ Evaporate and compress the refrigerant in a continuous cycle

• Cryogenic Systems‐ Use solid and liquid CO2, N2 directly in contact with the food

METODE PEMBEKUAN --- freezing equipment

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

• Slow Freezers 0.2 cm/h

‐ Still air and cold stores

• Quick Freezers 0.5‐3 cm/h

‐ Air blast and plate freezers

• Rapid Freezers 5‐10 cm/h

‐ Fluidized bed freezers

• Ultra rapid Freezers 10‐100 cm/h

‐ Cryogenic freezers

KLASIFIKASI PEMBEKUAN-- berdasarkan pada laju pergerakan “ice front”

Page 29: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

29

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

ALAT PEMBEKU

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

A typical fluidized bed freezer

ALAT PEMBEKU

Page 30: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

30

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

ALAT PEMBEKU

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

Batch Freezer

Source: Unit operations for food the food industries by: W.A. Gould

Blast Type

ALAT PEMBEKU

Page 31: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

31

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.idSource: Unit operations for food the food industries by: W.A. Gould

Hydraulic Pump

Top Pressure plate

Connecting Linkage

Corner Headers

Refrigerant hoses

Trays

Contact plates

Polyurethane and polystyrene insulated doors

ALAT PEMBEKU

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

ALAT PEMBEKU

Page 32: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

32

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

ALAT PEMBEKU

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

ALAT PEMBEKU

Page 33: ITP530-PEMBEKUAN PANGAN PHA 2015 - phariyadi's blog ...phariyadi.staff.ipb.ac.id/files/2015/05/ITP530-PEMBEKUAN-PANGAN... · •Penyimpanan produk pada T < suhu beku •Umumnya pada

33

Purwiyatno HariyadiEmail: [email protected]: phariyadi.staff.ipb.ac.id

ITP530/2015 phariyadi.staff.ipb.a.id

ALAT PEMBEKU