TEKNIK PERTANIAN: LAMA PEMBEKUAN

Dalam mendisain sebuah proses pembekuan, penentuan waktu pembekuan merupakan hal yang sangat penting. Waktu pembekuan merupakan faktor kritis dalam pemilihan sistem pembekuan untuk mencapai kualitas pembekuan yang optimal.

1. Metode Plank

Persamaan Plank untuk menduga waktu pembekuan ditemukan oleh Plank (1913). Persamaan ini menggambarkan periode perubahan fase pada proses pembekuan untuk air.

dengan t_F adalah waktu pembekuan ; ρ adalah densitas produk beku ; L adalah panas laten pembekuan; T_F adalah suhu pembekuan ; T ͚ adalah suhu media pembeku; h_c adalah koefisien transfer panas konveksi; k adalah konduktivitas thermal produk ; a adalah ketebalan atau diameter produk ; P dan R adalah konstanta pengaruh bentuk bahan.

Jika produk tidak berbentuk lempeng, silinder, atau bola, Gambar 6.9 digunakan untuk menentukan konstanta. Koefisien β₁ adalah rasio panjang dan ketebalan produk. Koefisien β₂ adalah rasio lebar dan ketebalan produk.

Persamaan Planck (persamaan 8), tidak memperhitungkan waktu yang dibutuhkan untuk menghilangkan panas sensibel dari bagian produk yang tidak membeku pada saat di atas suhu awal pembekuan dan juga tidak memperhitungkan waktu yang dibutuhkan untuk menghilangkan panas sensible produk beku.

Persamaan Planck dimodifikasi :

Pengaruh dari panas sensibel di atas titik beku diakomodasi dengan bilangan

Planck :

Nilai konstanta P dan R ditentukan menggunakan grafik hubungan bilangan Planck dengan bilangan Stefan (Gambar 6.10 dan Gambar 6.11).

Bentuk dari produk ditetapkan menggunakan equivalent heat-transfer dimension (EHTD) :

Nilai W1 dan W2 ditetapkan dari Gambar 6.12 dengan menggunakan bilangan Biot dan faktor bentuk (β).

Nilai W1ditetapkan dengan menggunakan :

dengan d₁ adalah lebar produk dan d_c adalah ½ ketebalan produk.

Nilai W₂ ditetapkan dengan menggunakan :

dengan d₂ adalah panjang produk dan d_c adalah ½ ketebalan produk.

2. Metode Pham

Pham (1986) memperkenalkan perbaikan persamaan Planck untuk memprediksi waktu pembekuan. Metode yang dikembangkan dapat digunkan untuk bahan yang bentuk tidak beraturan dengan pendekatan elipsoidal. Keunggulan dari metode ini adalah mudah digunakan dengan tingkat keakuratan yang dapat dipercaya. metode ini menggunakan asumsi sebagai berikut:

1. Kondisi lingkungan adalah konstan

2. Suhu awal , ti, konstan

3. Nilai suhu akhir, tc, tetap

4. Konveksi pada permukaan bahan mengukuti hukum newton tentang pendinginan.

dengan Ef adalah faktor bentuk : 1 untuk infinite slab ; 2 untuk infinite cylinder ; dan 3 untuk bola.

dengan : ρcu adalah densitas produk sebelum membeku ; Cpu adalah panas spesifik produk sebelum membeku; Ti adalah suhu awal produk ; Tfm adalah “mean freezing temperature” ; Tc adalah suhu akhir pada pusat produk ; T ͚ adalah suhu media pembeku ; ρF adalah densitas produk saat membeku ; dan CpF adalah panas spesifik produk saat beku.

Jika bentuk geometri produk bukan infinite slab, infinite cylinder, atau bola, maka digunakan β₁ dan β₂ (yang cara memperolehnya sama dengan pada metode Planck) :