Seminar Kontribusi Fisika (SKF 2018), 4 Desember 2018, Bandung, Indonesia

1. Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
1
Pemodelan Satu-Dimensi
Perambatan Panas Bahan
Butiran dalam Proses Sangrai
Sparisoma Viridi1
*, Nuraina Fika Lubis2
, Rafika Sari3
Department of Physics, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
Master Program in Physics, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
Department of Informatics, Universitas Bhayangkara Jaya, Indonesia
*dudung@gmail.com
20181204.3
v20181203_0

2. Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
2
Kerangka
• Pendahuluan
• Teori
• Hasil dan diskusi
• Penutup
..
..

3. Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
3
Pendahuluan

4. Memasak dengan pasir panas
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
4
Inna, “How To Fry Groundnut”, Jiji.ng Blog, https://blog.jiji.ng/2018/01/how-to-fry-
groundnut/ [20181204]

5. Memasak dengan pasir .. (lanj.)
• Memasak bahan makanan dengan pasir yang
dipanaskan telah lama dikenal orang
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
5
LA. Wandsnider, The roasted and the boiled: Food composition and heat Treatment with
special emphasis on pit-hearth cooking, Journal of Anthropological Archaeology 16
(1997) 1

6. Sangrai
• Cara memasak seperti ini di Indonesia dan
sekitarnya lebih dikenal dengan nama sangrai
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
6
W. Pratiwi, Teknik puffing pemanasan konduksi granula pasir panas dalam pembuatan
berondong jagung varietas unggul nasional, Skripsi Sarjana, Institut Pertanian Bogor,
Bogor, Indonesia, 2009

7. Sattu
• Di India, jelai (jawawut) umumnya dikonsumsi
dalam bentuk yang telah disangrai yang dise-
but sattu, di mana jelai utuh disangrai dengan
pasir panas bertemperatur 250 – 300 °C untuk
waktu yang singkat sampai butirannya me-
ngembang memisahkan kulitnya
• Mirip berondong jagung
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
7
P. Sharma and H.S. Gujral, Effect of sand roasting and microwave cooking on
antioxidant activity of barley, Food Research International 44 (2011) 235

8. Pasir
• Pasir merupakan bahan butiran (granular
material), yang merupakan bahan yang ter-
susun atas partikel yang lebih kecil yang sifat
mekaniknya ditentukan oleh interaksi antar
partikelnya
• .. dan juga seharusnya sifat termalnya
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
8
J.E. Andrade, C.F. Avila, S.A. Hall, N. Lenoir, and G. Viggiani, Multiscale modeling and
characterization of granular matter: From grain kinematics to continuum mechanics,
Journal of the Mechanics and Physics of Solids 59 (2011) 237

9. Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
9
Teori

10. Pemanasan kompor listrik
• Kompor listrik dengan resistans kumparan
pemanasnya R yang diberi tegangan V akan
menghasilkan daya
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
10
C.R. Nave, "DC electric power", HyperPhysics, 2017, url http://hyperphysics.phy-
astr.gsu.edu/hbase/electric/elepow.html [20181204]
coil
2
in
coil
R
V
P =

11. Energi panas yang diterima wajan
• Dengan massa wajan m dan kalor jenisnya c
yang semula memiliki temperatur T(t) dalam
selang waktu Δt akan memiliki temperatur
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
11
( ) ( )
wokwok
coil
wokwok
cm
tP
tTttT
∆
+=∆+
C.R. Nave, “Specific heat", HyperPhysics, 2017, url http://hyperphysics.phy-
astr.gsu.edu/hbase/thermo/spht.html [20181204]

12. Sistem wajan, butiran, lingkungan
• Dilakukan diskritisasi berbasis grid 1-d
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
12

13. Hukum Fourier
• Padatan dengan luas penampang A, panjang
L, dan memiliki konduktivitas termal κ, untuk
setiap satuan waktu Δt akan menghantarkan
panas
yang kedua ujungnya bersuhu TH dan TL
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
13
F. Kreith, R.M. Manglik, and M.S. Bohn, Priciples of Heat Transfer, Cengage Learning,
Stamford, USA, 2011, pp. 9-10





 −
∆=
L
TT
tAQ LH
κ

14. Hukum Stefan-Boltzmann
• Suatu titik dengan luas A untuk setiap satuan
waktu Δt akan meradiasikan panas
bila temperaturnya T dan lingkungannya Tenv
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
14
C. Johnson, Mathematical physics of blackbody radiation, Icarus iDucation, 2012, pp. 18-
22.
( )4
env
4
TTtAQ −∆= σε

15. Hukum kekekalan energi
• Panas dari satu bagian akan dirambatkan ke
bagian lain
• Temperatur lingkungan dianggap selalu tetap
(suatu tandon bertemperatur Tenv)
• Pada akhirnya akan tercapai temperatur
transien T∞
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
15

16. Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
16
Hasil dan diskusi

17. • Terdapat N buah grid
Model berbasis grid 1-d
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
17
Vin
Rcoil
Twok TenvT1 T2 T4 T5 TN-1 TN
sand
wok1
κtA
QL
TT
∆
−=
σεtA
Q
TT
∆
−= 4
1
4
2
food
45
κtA
QL
TT
∆
−=
σεtA
Q
TTN
∆
−= 4
env
4

18. Reduksi parameter
• Diperkenalkan parameter intensitas
yang nilainya diberikan sama
• Batasan yang perlu diperhatikan adalah
bahwa
TH – TL >> 0
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
18
tA
Q
I
∆
=

19. Parameter dan konstanta
Material
κ
(W·m−1
·K−1
)
cp
(J·kg−1
·K−1
) ε
Cast iron 0.27 800 0.76
Sand 63 461 0.44
Peanut 0.15 1680 0.8
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
19
I = 1 J·s–1
·m–2
σ =5.670367 × 10–8
·W·m–2
·K–4
Δt = 10–5
s, L = 1 mm, V = 220 V, R = 10 Ω, Tenv = 300 K

20. Notasi
• Susunan di atas dinotasikan dengan matrix
baris
[-1 1 0 1 2 2 1 .. 1 0]
dengan
-1: pemanas, 0: vakum (udara),
1: pasir, 2: makanan
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
20

21. Perubahan distribusi temperatur
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
21

22. Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
22
Penutup

23. Ringkasan
• Pemodelan satu-dimensi perambatan panas
bahan butiran dalam proses sangrai telah da-
pat dirumuskan
• Perambatan panas masih searah
• Faktor I = Q/(AΔt) masih perlu diverifikasi
menggunakan eksperimen, sehingga hasil
telah dapat bebas dari parameter numerik
-nya
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
23

24. Ucapan terima kasih
• Terima kasih kepada panitia SKF 2018 atas
penyelenggaraan kegiatan ini dan juga atas
dukungannya pada presentasi ini
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
24

25. Rencana lanjut
• Memodifikasi algoritma sehingga perambatan
panas dapat dua arah dan mendukung banyak
titik pemanasan
• Melakukan eksperimen yang mendukung
skema pemodelan
• Menjalin kolaborasi terkait dengan tema ini
(tertarik ?)
Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
25

26. Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
26
Terima kasih

27. Seminar Kontribusi Fisika
(SKF 2018)
4 Desember 2018,
Bandung, Indonesia
27
https://osf.io/2efcb/